ДЕТЕРМИНИРОВАННОЕ РЕМУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ ДЛЯ ОДНОЧАСТОТНЫХ СЕТЕЙ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ
DETERMINISTIC REMULTIPLEXING FOR SINGLE-FREQUENCY NETWORKS OF DIGITAL TELEVISION BROADCASTING

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу детерминированного ремультиплексирования транспортных потоков, предназначенных для регионов одночастотной сети (SFN, от англ. Single Frequency Network) в сетях цифрового телевизионного вещания (DVB, от англ. Digital Video Broadcasting).
Уровень техники
Одночастотная сеть (SFN) представляет собой широковещательную сеть, в которой несколько передатчиков одновременно отправляют один и тот же сигнал в одно и то же время по одному и тому же частотному каналу в одной и той же географической области. Использование SFN может увеличивать область покрытия и уменьшать вероятность нарушения связи по сравнению с использованием многочастотных сетей (англ. Multi Frequency Network). Однако, основным стимулирующим фактором для функционирования SFN является обеспечение цифрового дивиденда, поскольку увеличение спроса на частоты для мобильной связи заставляет уполномоченные органы выделять традиционную частоту радиовещательного диапазона для операций мобильной связи.
В регионе SFN важно, чтобы на все передатчики подавался идентичный поток битов. Все, от последовательности пакетов до ссылки на программные часы (PCR, от англ. Program Clock Reference), должно быть идентичным по битам. Настоящее изобретение разработано так, чтобы процесс ремультиплексирования, то есть, процесс адаптации SFN, стал полностью детерминированным, благодаря чему набор географически распределенных мультиплексоров выдает идентичный выходной поток, при подаче на них одинаковых входных сигналов и одинаковых параметров конфигурации.
Ссылочные материалы:
[1]: ISO/IEC 13818-1:2015 Информационная технология - Родовое кодирование киноизображений и сопровождающей звуковой информации - Часть 1: Системы.
[2]: ETSI EN 302 755 v.1.4.1: Цифровое телевизионное вещание (DVB); структура кадра, канальное кодирование и модуляция для системы цифрового наземного телевизионного вещания второго поколения (DVB-T2).
[3]: ETSI TS 102 773 v.1.3.1; Цифровое телевизионное вещание (DVB); Интерфейс модулятора (T2-MI) для системы цифрового наземного телевизионного вещания второго поколения (DVB-T2).
[4]: Draft ETSI TS 102 292 1.1.1: Цифровое телевизионное вещание (DVB); структура и модуляция опциональных сигнатур передатчиков (T2-TX-SIG) для использования с системой цифрового наземного телевизионного вещания второго поколения DVB-T2.
[5]: ETSI EN 300 744. Цифровое телевизионное вещание (DVB); структура кадра, канальное кодирование и модуляция для цифрового наземного телевидения.
[6]: ETSI TS 101 191. [7] Цифровое телевизионное вещание (DVB); мегакадр DVB для синхронизации одночастотной сети (SFN).
[7]: ETSI EN 300 468: Цифровое телевизионное вещание (DVB); стандарт спецификации потоков сервисной информации в системах DVB.
[8]: 1588-2008 - IEEE: Стандарт протокола синхронизации точного времени для сетевых измерительных систем и систем управления.
Настоящее изобретение позволяет использовать общий канал спутниковой связи для распределения транспортных потоков как между конечными пользователями (прямое спутниковое вещание, DTH, от англ. Direct to Home), так и между регионами SFN в наземной сети, что позволяет существенно снизить расходы на распределение. Особое внимание уделено тому, чтобы сохранить общую сложность системы на минимальном возможном уровне.
Принципы, относящиеся к настоящему изобретению, применимы в отношении аналогичной системы любого вида, в которой необходимо обеспечить одинаковые выходные сигналы. Ссылки 1-5.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложен способ добавления пакетов временных маркеров (ТМР, от англ. Time Marker Packet), содержащих метаданные в транспортный поток MPEG-2 (Экспертная группа по вопросам движущегося изображения, от англ. Moving Picture Experts Group), передаваемый по широковещательной сети, для обеспечения детерминированного транспортного потока, причем способ включает этапы, на которых:
- обеспечивают потоки данных из по меньшей мере одного источника, причем указанные потоки содержат пакеты полезной нагрузки, на которые ссылается общая 1PPS ссылка, причем указанные потоки вводят в по меньшей мере один мультиплексор, MUX;
- обеспечивают пакеты временных маркеров (ТМР, от англ. Time Marker Packet), в качестве вводимых данных в каждый мультиплексор, причем каждый ТМР содержит множество меток времени в секунду, измеренное относительно указанной 1PPS ссылки, причем каждый ТМР имеет значение, отражающее абсолютную ссылку на программные часы, (APCR, от англ. Absolute Program Clock Reference), в момент передачи, причем APCR основана на времени эпохи (Epoch time), при этом ТМР дополнительно содержит PCR, OPCR, привязанные к указанному 1 PPS и секундам координации всемирного координированного времени (UTC, от англ. Universal Time Coordinated).
В настоящем изобретении дополнительно предложен способ кодирования детерминированного транспортного потока в одночастотной сети (SFN), включающий этапы, на которых:
- принимают по меньшей мере один мультиплексированный транспортный поток, содержащий пакеты ТМР на входе детерминированного ремультиплексора, причем каждый ТМР содержит множество меток времени в секунду, измеренное относительно указанной 1PPS ссылки, причем каждый ТМР имеет значение, отражающее абсолютную ссылку на программные часы, APCR, в момент передачи, причем APCR основана на времени эпохи, причем ТМР дополнительно содержит PCR, OPCR, привязанные к указанному 1 PPS расчетному времени передачи (ЕТТ) и секундам координации UTC;
- принимают данные конфигурации мультиплексора (MUX), что позволяет мультиплексору вычислить длину кадра одночастотной сети (SFN);
- извлекают временную информацию из каждого ТМР и детерминированно создают метки времени для SFN на основании UTC, длины SFN кадра, расчетного времени передачи (ЕТТ) и с использованием абсолютной ссылки на программные часы, APCR, в качестве временной развертки для вычисления времени отправки первого пакета в SFN кадре;
- маркируют каждый слот пакета в SFN кадре меткой времени отправки, DTS, на основании его положения в SFN кадре;
- маркируют каждый принятый пакет абсолютной меткой времени (ATS, от англ. Absolute Time Stamp), на основании его положения относительно пакета APCR, поступающего до и после каждого пакета, и
- создают совместимые и полностью детерминированные выходные потоки данных с пакетами полезной нагрузки для SFN модуляторов посредством выбора пакетов из по меньшей мере одного принятого мультиплексированного транспортного потока, причем выбранные пакеты размещают в порядке от пакета с низкой ATS до пакета с высокой ATS.
Другие признаки настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение раскрыто подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 показана общая схема системы детерминированного ремультиплексирования для SFN.
На фиг. 2 показаны различные компоненты, предусмотренные в пакете ТМР.
На фиг. 3 проиллюстрирована последовательность процесса ремультиплексирования между генератором пакетов ТМР и детерминированным ремультиплексором.
На фиг. 4 проиллюстрирована операция фильтрации PID и преобразования.
На фиг. 5 проиллюстрирован процесс вычисления значения ATS.
На фиг. 6 проиллюстрирован процесс вычисления меток времени для SFN.
На фиг. 7 проиллюстрирован процесс вычисления меток времени отправки (DTS, от англ. Departure Time Stamp).
На фиг. 8 проиллюстрирован процесс введения пакета данных с виртуальным временем поступления.
Осуществление изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы осуществить детерминированное ремультиплексирование транспортных потоков в одночастотных сетях (SFN) с использованием общего канала спутниковой связи для распределения транспортных потоков как между конечными пользователями (прямое спутниковое вещания, DTH), так и между регионами SFN в наземной сети, с сохранением при этом общей сложности системы на минимальном возможном уровне.
В настоящем изобретении раскрыт способ добавления пакетов временных маркеров (ТМР), содержащих метаданные в транспортный поток MPEG-2, передаваемый по широковещательной сети, для обеспечения детерминированного транспортного потока. При этом способ включает этапы, на которых:
- обеспечивают потоки данных из по меньшей мере одного источника, причем указанные потоки содержат пакеты полезной нагрузки, на которые ссылается общая 1PPS ссылка, причем указанные потоки вводят в по меньшей мере один мультиплексор, MUX;
- обеспечивают пакеты временных маркеров, ТМР, в качестве вводимых данных в каждый мультиплексор, причем каждый ТМР содержит множество меток времени в секунду, измеренное относительно указанной 1PPS ссылки, причем каждый ТМР имеет значение, отражающее абсолютную ссылку на программные часы, APCR, в момент передачи, причем APCR основана на времени эпохи, при этом ТМР дополнительно содержит PCR, OPCR, привязанные к указанному 1 PPS и секундам координации UTC.
В одном из вариантов осуществления, APCR использует часы с частотой 27 МГц для ссылки на программные часы. В другом варианте осуществления, APCR использует часы PCR с частотой 27 МГц для ссылки на программные часы, при этом PCR привязана к 1 PPS с эпохой Y2K.
В одном из вариантов осуществления способа, указанный ТМР отправляют от 20 до 40 раз в секунду.
Для системы стандарта DVB-T, позволяют каждому такому MUX создавать мегакадры с пакетами полезной нагрузки, причем каждый мегакадр содержит контент пакета инициализации мегакадра (MIP, от англ. Mega-frame Initialization Packet), на основании продолжительности каждого SFN кадра, UTC и каждого ТМР.
Для системы DVB-T2, позволяют каждому указанному MUX создавать контент метки времени для DVB-T2, на основании продолжительности каждого Т2 кадра, UTC и каждого ТМР.
Раскрытые выше варианты осуществления предлагаемого способа для обеспечения потоков данных реализуются посредством устройства, выполняющего указанный способ, причем устройство расположено на участке установки передатчика.
В настоящем изобретении дополнительно раскрыт способ кодирования детерминированного транспортного потока в одночастотной сети, SFN, включающий этапы, на которых:
- принимают по меньшей мере один мультиплексированный транспортный поток, содержащий пакеты ТМР на входе детерминированного ремультиплексора, причем каждый ТМР содержит множество меток времени в секунду, измеренное относительно указанной 1PPS ссылки, причем каждый ТМР имеет значение, отражающее абсолютную ссылку на программные часы, APCR, в момент передачи, причем APCR основана на времени эпохи, причем ТМР дополнительно содержит PCR, OPCR, привязанные к указанному 1 PPS расчетному времени передачи (ЕТТ) и секундам координации UTC;
- принимают данные конфигурации мультиплексора (MUX), что позволяет мультиплексору вычислить длину кадра одночастотной сети (SFN);
- извлекают временную информацию из каждого ТМР и детерминированно создают метки времени для SFN на основании UTC, длины SFN кадра, расчетного времени передачи и с использованием абсолютной ссылки на программные часы, APCR, в качестве временной развертки для вычисления времени отправки первого пакета в SFN кадре;
- маркируют каждый слот пакета в SFN кадре меткой времени отправки, DTS, на основании его положения в SFN кадре;
- маркируют каждый принятый пакет меткой времени поступления, ATS, на основании его положения относительно пакета APCR, поступающего до и после каждого пакета, и
- создают совместимые и полностью детерминированные выходные потоки данных с пакетами полезной нагрузки для SFN модуляторов посредством выбора пакетов из по меньшей мере одного принятого мультиплексированного транспортного потока, причем выбранные пакеты размещают в порядке от пакета с низкой ATS до пакета с высокой ATS.
В одном из вариантов раскрытого выше способа, положение пакетов данных в мегакадре вычисляют на основании постепенного роста от первого пакета данных в мегакадре, причем в выходное положение пакета вставляют NULL-пакет, если отсутствуют пакеты, для которых метка времени поступления меньше метки времени отправки для этого положения.
В одном из вариантов осуществления, для системы DVB-T каждый указанный мультиплексор создает мегакадры с пакетами полезной нагрузки, причем каждый мегакадр содержит контент пакета инициализации мегакадра (MIP), на основании продолжительности каждого SFN кадра, UTC (APCR), ЕТТ и указанного ТМР.
В одном из вариантов осуществления, для системы DVB-T2, каждый указанный мультиплексор создает контент метки времени для DVB-T2, на основании продолжительности каждого Т2 кадра и ТМР, содержащего UTC (APCR), ЕТТ и указанный ТМР.
В другом варианте осуществления, в выходной транспортный поток в течение некоторого периода времени вставляют дополнительные пакеты, причем эти пакеты поступают из других источников, при этом время поступления этих пакетов получают так, что количество пакетов представляет собой целое число из 16 пакетов, причем время начала и время окончания периода измеряются относительно APCR часов, причем многочисленные периоды одной и той же продолжительности можно добавлять бесконечно.
В еще одном варианте осуществления, PCR пакетов меняют путем добавления разницы во времени между временем, когда временной пакет был отправлен, и временем его поступления, с учетом разницы между PCR и OPCR.
Раскрытые выше варианты осуществления предлагаемого способа для приема транспортных потоков данных реализуются и выполняются посредством устройства, расположенного на участке установки приемника.
Основные характеристики и преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем.
Детерминированное размещение пакетов TS, принятых из различных входных потоков. Система способна мультиплексировать службы от одного или неограниченного количества входных источников, при этом результирующая выходная последовательность пакетов является полностью предсказуемой.
Детерминированное повторное проставление меток PCR для пакетов TS. Вследствие изменения битовой скорости TS, при переходе от каналов спутниковой связи в локальный регион SFN, необходимо осуществить повторное проставление меток PCR. Выходящие видеопакеты в регионе SFN будут иметь джиттер PCR, который будет находиться внутри требуемых пределов (+/-500 нс).
«Гладкое» мультиплексирование. Пакеты от входов будут перемежаться настолько гладко, насколько это возможно с сохранением на минимуме вводимого джиттера пакетов.
Для DVB-T: Детерминированное создание и вставка MIP пакетов. Каждый MIP пакет будет вставлен с предсказуемым, фиксированным интервалом, обеспечивающим создание совместимых потоков DVB-T.
Для DVB-T2: Детерминированное создание суперкадров, как на уровне суперкадров, так и на уровне TS. Детерминированное создание метки времени DVB-T2. Детерминированное ремультиплексирование любого количества программных каналов физического уровня (PLP, от англ. Physical Layer Pipe).
Различные регионы SFN могут использовать различные параметры модуляции, что приводит к различным битовым скоростям и различным размерам мегакадра/суперкадра. Настоящее изобретение допускает работу с множеством типов модуляции; при этом во все различные регионы SFN могут быть поданы сигналы посредством одной и той же основной мультиплексной передачи.
Отсутствует необходимость в какой-либо специфической синхронизации между различными исходными мультиплексорами.
Настоящее изобретение предусматривает ввод NULL-пакета (то есть, адаптацию скорости передачи) на любом этапе между основным распределительным узлом и удаленным местоположением SFN. Это важно, поскольку многие операторы используют модуляторы стандарта DVB-S/S2, реализующие независимую выходную скорость, и, таким образом, выполняют ввод NULL-пакетов и повторное проставление меток PCR.
В настоящем описании использованы следующие аббревиатуры.
DVB (от англ. Digital Video Broadcasting) - Цифровое телевизионное вещание представляет собой первоначальный стандарт для телевизионного вещания через спутники.
ATS (от англ. Absolute Time Stamp). Абсолютная метка времени, сопряженная с пакетом TS на входе MUX, определяющая время поступления пакета TS. ATS представляет собой специфическую форму отображения метки времени TY2K. Значение ATS представляет собой количество циклов с частотой 27 МГц, которые прошли с 2000 года (Y2K). Процесс детерминированного ремультиплексирования, раскрытый в настоящем документе, работает со значениями ATS.
DTS (от англ. Departure Time Stamp) - Метка времени отправки. Абсолютная метка времени, сопряженная с положением пакета TS и определяющая время отправки пакета TS на выходе MUX. DTS является специфической формой отображения метки времени TY2K. Значение DTS представляет собой количество циклов с частотой 27 МГц, которые прошли с Y2K. Процесс детерминированного ремультиплексирования, раскрытый в настоящем документе, работает со значениями DTS.
ЕТТ (от англ. Estimated Transmission Time) - Расчетное время передачи. Параметр конфигурации в процессе кадровой синхронизации в DVB-T2 (шлюзовый процесс). Задает количество миллисекунд до тех пор, пока принятый пакет не будет передан модулятором DVB-T/T2.
TAI (International Atomic Time, с франц. «Temps Atomique International») - международное атомное время. Монотонно увеличивающееся глобальное время, которое формирует основу для UTC. Это время увеличивается монотонно с течением времени. Без корреляции с изменениями в скорости вращения Земли. TAI на 34 секунды опережает UTC. Также оно представляет собой норму времени, используемую в РТР (от англ. Precision Time Protocol) - протокол точного времени (IEEE1588).
Y2K
T - См. определение для ТМР. Метка времени, включающая в себя информацию в долях секунды, то есть, основанная на расчетном количестве секунд с Y2K, например, с 2000-01-01 00:00:00 UTC. Секунды координации не добавляются и не удаляются из этого времени; оно сохраняет фиксированное смещение по сравнению с TAI. Метка времени DVB-T2, используемая в интерфейсе T2MI, основана на TY2K.
SFN (от англ. Single Frequency Network) - Одночастотная сеть. Режим работы сетей DVB-T/DVB-T2, в котором все передатчики в регионе SFN синхронизированы и передают один и тот же сигнал.
ТМР (от англ. Time Marker Packet) - Пакет временных маркеров, содержащий метаданные, используемые для детерминированного ремультиплексирования, как описано в настоящем изобретении. Сформированный по заказу пакет TS, предназначенный согласно настоящему изобретению для ввода информации о времени в транспортные потоки. Пакет ТМР содержит метку времени APCR, состоящую из информации о долях секунды и информации об абсолютном времени, PCR и OPCR. См. определение для ТМР для получения подробностей о формате пакета.
UTC (от англ. Universal Time Coordinated) - Всемирное координированное время. Первичное эталонное время, по которому в мире настраиваются часы и время. UTC регулируют посредством секунд координации, когда необходимо, чтобы время было синхронизировано с вращением Земли.
Y2K - начало 2000 года. Относится к 2000-01-01 00:00:00 UTC.
Эпоха (отчетная дата: 01.01.2000) служит в качестве исходной точки, от которой измеряется время. Единицы измерения времени отсчитываются с эпохи, что позволяет однозначно определять даты и время событий.
TS (от англ. Transport Stream) - Транспортный поток.
MIP (от англ. Mega-frame Initialization Packet) - Пакет инициализации мегакадра.
MUX - детерминированный ремультиплексор согласно настоящему изобретению.
1PPS - один импульс в секунду (с шириной меньше одной секунды и коротким импульсом), привязанный к временной развертке UTC.
PCR (от англ. Program Clock Reference) - Ссылка на программные часы позволяет декодеру предоставлять синхронизированный контент, например, аудиодорожки, соответствующие сопровождающему видео, согласно определению, приведенному в ссылочном материале [1]. PCR в пакетах ТМР считает циклы с частотой 27 МГц, начиная с Y2K.
OPCR (от англ. Original Program Clock Reference) - Исходная ссылка на программные часы, согласно определению, приведенному в ссылочном материале [1].
APCR (от англ. Absolute Program Clock Reference) - Абсолютная ссылка на программные часы. APCR представляет собой опорный тактовый генератор с частотой 27 МГц, отсчитывающий циклы с частотой 27 МГц, начиная с Y2K.
NULL-пакеты - Некоторые схемы передачи, например, предусмотренные в DVB, предъявляют жесткие требования к постоянной битовой скорости транспортного потока. Для того, чтобы поток сохранял постоянную битовую скорость, мультиплексору может потребоваться ввести некоторые дополнительные пакеты. Полезная нагрузка NULL-пакетов может не содержать какие-либо данные вообще, при этом ожидается, что приемник будет игнорировать его содержимое.
Метка времени для SFN используется для синхронизации потоков и определяется в соответствующих стандартах телевизионного вещания в SFN, например, для DVB-T и Т2 применяется следующее:
- DVB-T: метка времени для SFN определяется в ссылочном материале [6] как «метка_времени_синхронизации», содержащаяся в пакетах MIP;
- DVB-T2: метка времени для SFN определяется в пункте раздела 5.7.2 ссылочного материала [3] как «метка времени DVB-T2».
Кадр синхронизации SFN - Кадр синхронизации SFN эквивалентен суперкадрам, согласно определению, приведенному в ссылочном материале [5] для DVB-T, и согласно определению, приведенному в ссылочном материале [2] для DVB-T2.
На фиг. 1 представлена общая схема системы для детерминированного ремультиплексирования в SFN. Основными частями системы являются распределительный узел спутникового вещания и сеть наземного телевизионного вещания. Система спутникового вещания может представлять собой обычную систему прямого спутникового вещания (DTH, от англ. Direct-To-Home) или распределительную сеть другого типа, например, широко используемую для обеспечения телевизионного вещания с помощью транспортного потока MPEG-2. Этот транспортный поток надлежащим образом модулируется согласно стандарту DVB S или S2 (DVB первого и второго поколения) и принимается в виде цифрового телевидения посредством обычной встроенной телевизионной приставки или преобразователя. Наземная сеть, в данном случае, представляет собой DTT региональную SFN сеть с мультиплексированием локальных ТВ каналов и национальных каналов, и другую региональную SFN сеть с различными комбинациями локальных ТВ каналов и национальных каналов. Каждый регион имеет несколько передатчиков, причем на каждом участке установки передатчика предусмотрен детерминированный SFN ремультиплексор, принимающий обычный DTH сигнал и преобразующий его в DVB-T или T2-MI, что требуется для функционирования в режиме SFN.
Настоящее изобретение позволяет преобразовывать DTH транспортный поток в DVB-T сигнал с мегакадрами SFN или DVB-T2-MI сигнал, подаваемый в DVB-T или Т2 передатчик. Эти передатчики функционируют в режиме SFN, а это значит, что DVB-T и T2-MI входной сигнал в передатчики должен иметь одинаковые метки времени, одинаковый порядок следования пакетов и одинаковый контент пакета.
Следует отметить, что сигнал спутникового вещания не может быть напрямую преобразован в DVB-T или T2-MI SFN сигнал. Причина этого заключается в том, что сигнал DTH спутниковой связи предназначен для оптимизированного применения дорогих спутниковых ретрансляторов. В результате, удается получить битовую скорость в диапазоне от 27 до 54 Мбит/с. Нормальный DVB Т сигнал находится в диапазоне от 18 до 24 Мбит/с. Это значит, что битовую скорость необходимо уменьшить. Недетерминированная обработка данных приведет к разнице на выходе, например, относительно положений NULL-пакетов, и значений PCR после повторного проставления меток. Соответственно, результирующий DVB-T поток не может быть использован для операций в SFN. Несмотря на то, что DVB-T2 поддерживает битовую скорость до 45 Мбит/с, функционирование DVB Т2 требует интерфейса T2-MI для режима SFN, который не поддерживается DTH приемниками.
Настоящее изобретение может быть использовано в различных ситуациях.
- Распределение так называемого сигнала канала связи большой емкости, содержащего набор общих каналов и региональных каналов в одном мультиплексоре. Обычный способ подачи данных в передатчики в отдельных регионах состоит в создании выделенного DVB-T или T2-MI сигнала для каждого из них на распределительном узле спутниковой связи и отправки каждого из них через спутник. Такой подход является чрезвычайно неэффективным, поскольку общий контент необходимо отправлять несколько раз через спутник и затраты на такую работу будут очень высокими. При использовании детерминированного подхода, общие каналы отправляют только один раз, при этом эксплуатационные затраты уменьшаются до минимума.
- Другой вариант применения проиллюстрирован на фиг. 1. Согласно данному варианту сеть вещания DTH и распределительная сеть DTT объединяются в единственный транспортный поток, причем данный подход является более эффективным с точки зрения затрат по сравнению со строительством двух отдельных сетей. В некоторых случаях затраты на строительство распределительной сети DTT из оптических волокон или на обеспечение беспроводных линий радиосвязи являются слишком высокими, причем объединение сети вещания DTH и сети подачи DTT позволяет построить сеть DTT.
- Третий вариант применения состоит в использовании существующей спутниковой или наземной сети для подачи данных в щелевые фильтры для обеспечения DVB-T или DVB-T2 в приемники, расположенные в зонах радиотени.
На фиг. 1 показано, что основной канал связи и канал связи с региональными службами генерируются в одном месте, однако, разумеется, это не является обязательным требованием. Передатчик с детерминированным ремультиплексором должен быть расположен так, что он может принимать транспортный поток и направлять свою антенну в предписанную зону покрытия. В городах с множеством высотных зданий, а также в других зонах такие передатчики могут работать в режиме SFN.
Задачи детерминированного ремультиплексора согласно настоящему изобретению состоят в следующем.
- Ремультиплексирование входного транспортного потока детерминированным образом так, что несколько блоков, принимающих одни и те же входные сигналы, генерируют одинаковые выходные транспортные потоки.
- Введение пакетов транспортных потоков, созданных локально. Эти пакеты данных могут содержать дополнительные видео/аудио данные, EPG данные или другой контент. Многочисленные блоки, вводящие эти дополнительные пакеты, также должны выстраивать одинаковые транспортные потоки.
- Детерминированное конструирование DVB-T мегакадра или T2_MI сигнала с синхронизированными метками времени в SFN.
Мультиплексоры в главном распределительном узле привязаны к абсолютному времени - TAI. Это можно осуществить посредством сигнала 1PPS совместно с доступом к серверу согласно протоколу синхронизации сетевого времени NTP (от англ. Network Time Protocol). Альтернативно, это может быть реализовано с использованием протокола точного времени (IEEE1588) в соответствии со ссылочным материалом [8]. Для каждого процесса мультиплексирования, который будет задействован в процессе мультиплексирования, пакеты ТМР вводят в исходящий мультиплекс. Частоту этих пакетов можно легко настроить. Нормальная настройка состоит в отправке пакетов чаще, чем каждые 40 мс для исключения погрешности в интервале значений PCR.
Обработка на главном участке
Далее будет раскрыт способ, реализуемый на главном участке, то есть, в распределительном узле. Контент в пакетах ТМР не ориентирован на конкретную конфигурацию для передачи DVB-T/DVB-T2, но будет поддерживать все рабочие режимы, возможные в соответствии со стандартом DVB Т или Т2, а также другими стандартами вещания для SFN, основанными на MPEG, например, ISDB-Т. Контент входит в состав пакетов ТМР, которые просто используются для вычисления меток времени. Следует отметить, что одни и те же пакеты ТМР могут быть использованы для генерирования DVB-T мегакадров в одном регионе, a T2-MI сигнал - в другом регионе, причем данный подход является новым по сравнению с предыдущими решениями, например, согласно документу РСТ/ЕР2011/053091.
Пакеты ТМР содержат абсолютную метку времени, APCR, что необходимо в процессе ремультиплексирования в регионах. В дополнение, ТМР содержит нормальную MPEG-2 ссылку на программные часы (PCR), исходную ссылку на программные часы (OPCR) и текущее количество секунд координации относительно эпохи. APCR и PCR представляют собой расчетное количество циклов с частотой 27 МГц, начиная с Y2K, при этом они привязаны к 1PPS ссылке на часы. Значение OPCR является копией PCR. Исходный транспортный поток может проходить через несколько блоков, например, мультиплексор распределительного узла, где пакеты ТМР вводят в сигнал оповещения DTH, или спутниковый модулятор с адаптаций скорости. Такая обработка также будет предусматривать повторное проставление меток PCR для компенсации задержки при передаче пакетов. См. MPEG-2 системы в ссылочном материале [1].
В качестве входа в мультиплексоры также может быть введена PSI/SI, которая должна быть использована в регионах SFN, согласно ссылочным материалам [1] и [7]. Таблицы обычно перераспределяются в набор специальных идентификаторов пакетов (PID, от англ. Packet ID), которые не видны DTH приемникам. В каждом регионе, эти компоненты преобразуются обратно в нормальные значения PSI/SI PID. Как правило, PSI/SI повторно генерируют на основании процесса выбора службы. Настоящее изобретение также позволяет вводить дополнительные пакеты транспортных потоков. Эти пакеты могут представлять собой SI пакеты, отправленные из внутреннего SI процессорного модуля.
Устройства для ввода ТМР на фиг. 1 показаны в виде внутренних модулей в основном мультиплексоре. Однако, поскольку введение временной информации допускает изменение скорости передачи после введения пакетов ТМР, функция может находиться во внешнем мультиплексоре перед основным мультиплексором.
Детерминированные ремультиплексоры на участке установки передатчика
На фиг. 1 показано две региона, каждый из которых имеет множество передатчиков, работающих в режиме SFN. На каждом участке установки передатчика предусмотрен детерминированный ремультиплексор, который принимает один или несколько входных транспортных потоков. Каждый ремультиплексор создаст кадры выходных данных детерминированным образом, которые будут побитово идентичными для всех блоков с одной и той же конфигурацией. Процесс мультиплексирования не имеет каких-либо ограничений, в отношении которых службы и компоненты должны быть остановлены или переданы в выходном транспортном потоке SFN, за исключением ограничения скорости SFN конфигурации (DVB-T мегакадр и/или T2-MI).
Можно видеть, что указанный процесс содержит два следующих этапа.
Ремультиплексирование транспортных потоков. В данном процессе, входящие пакеты отбираются, преобразуются в соответствии с PID, для них повторно проставляются метки PCR, после чего их вводят в новый, повторно сгенерированный транспортный поток.
Адаптация транспортных потоков к выходу с текущей конфигурацией. Для DVB-T, такая адаптация состоит в простой отправке выходного TS с корректной битовой скоростью передачи данных. Для DVB-T2, это означает адаптацию транспортных потоков к одному или нескольким исходящим PLP.
При этом для каждого мультиплексора необходимо настроить следующие требования:
- входы, подлежащие разблокировке,
- для каждого входа, PID пакетов ТМР, который будет использован для добавления меток времени,
- правила фильтрации PID и преобразования. Они включают в себя:
Маршрутизацию выбранных компонентов для их передачи в региональный мультиплексор в SFN;
Преобразование и передачу централизованно сгенерированных таблиц PSI/SI;
- конфигурация выхода. Она включает в себя всю информацию, обычно получаемую в стандартном DVB-T адаптере SFN или DVB-T2 шлюзе. Например,
- количество несущих частот,
- защиту от ошибки,
- защитный интервал
- количество каналов PLP (только DVB-T2)
- дополнительную информацию, например, контент конфигурации приемника в пакете MIP согласно DVB-T и соответствующие данные для транспортного потока T2-MI.
Каждый удаленный ремультиплексор в одном и том же регионе SFN должен использовать одинаковые конфигурации для создания одинаковых выходных потоков.
Конфигурирование может быть выполнено в обычном порядке путем удаленного управления, например, с помощью http, или за счет того, что внутриполосные сигнальные сообщения, адресованные некоторому набору ремультиплексоров в некотором регионе, могут быть введены в процесс спутникового мультиплексирования, что позволяет облегчить управление набором ремультиплексоров синхронно с помощью APCR из центрального местоположения.
Далее будет приведено подробное описание пакетов ТМР. Пакет ТМР представляет собой специальный вид пакета TS, содержащий информацию о времени, используемую в процессе ремультиплексирования.
Со ссылкой на фиг. 2 подробно описаны различные компоненты, предусмотренные в пакете ТМР. Пакет ТМР использует нормальный синтаксис пакетов TS в системах MPEG-2. Заголовок пакета расширен и содержит PCR и OPCR. APCR и поля секунд координации введены в качестве полезной нагрузки пакета.
Y2K
Пакеты ТМР содержат метку времени T, с использованием двух различных разрешающих способностей (1 Гц и 27 МГц) для информации в долях секунды, каждая по 32 бита. Счетчик APCR будет нарастать и не свернется до 2136 года, обеспечивая достаточный диапазон для исключения вероятности некорректных решений во времени.
Y2K(n)
TX_DELAY
На фиг. 3 показана последовательность процесса ремультиплексирования между генератором пакетов ТМР и детерминированным ре мультиплексором. T указывает на идеальное время передачи для ТМР(n). Однако, вследствие процесса мультиплексирования, невозможно отправить пакет точно в данное время. Перед выходом пакета из мультиплексора вводится задержка, T. Пакеты ТМР используют поле PCR и OPCR для того, чтобы ликвидировать эту задержку.
Пакеты ТМР позволяют вычислить детерминированную абсолютную метку времени - ATS - для всех пакетов TS в одном и том же потоке. Эти метки времени используются в процессе мультиплексирования. Полная ATS отражает абсолютную метку времени, указывающую на количество циклов с частотой 27 МГц, начиная с 2000-01-01 00:00:00. Вычисление этой метки времени подробно раскрыто в определении понятия ТМР.
На фиг. 4 показан процесс генерирования меток времени для SFN. Эта же процедура применима в отношении DVB Т и Т2. Детерминированный ремультиплексор использует APCR для нахождения текущего времени, начиная с Y2K. Длина кадра для DVB-T мегакадра и Т2 кадра задана посредством указанной конфигурации. В основе вычисления метки времени SFN для следующего кадра лежит принцип того, что метка времени для первого SFN кадра составила 1.1.2000 в 00:00:00 UTC. При использовании текущего значения для APCR и длины SFN кадра, вычисление следующего и будущего времени является прямолинейным, как показано на фиг. 4.
Для процесса мультиплексирования определяется постоянная выходная битовая скорость. Выходная битовая скорость привязана к тем же самым часам, которые используются в качестве основы для метки времени TY2K. Выходное время ATS вычисляется для каждого пакета TS в исходящем транспортном потоке. Время вычисляется на основании следующих допущений.
Первый пакет в исходящем мультиплексе был передан в точке Y2K во времени, например, 2000-01-01 00:00:00 UTC.
OUT_INT
Как показано на фиг. 4, временной интервал T между каждым пакетом является постоянным и устанавливается на основании конфигурируемой битовой скорости.
OUT(N)
Для пакета со смещением N относительно Y2K, метка времени отправки DTS становится равной:
OUT(N)
OUT_INT
DTS=N*T.
Для каждого входа, осуществляют операцию фильтрации PID/преобразования. Все пакеты, которые необходимо передать, помещают в отдельную очередь для каждого входа. Все входные пакеты, подлежащие мультиплексированию, имеют сопряженное значение ATS, которое вычисляется так, как показано на фиг. 5.
Перед выполнением мультиплексирования, к значению ATS для каждого входящего пакета TS добавляют (настраиваемое) смещение.
При запуске, все слоты исходящих пакетов с Y2K до наименьшего входящего значения ATS сбрасываются. Процесс мультиплексирования начинается на первом слоте, где выходная метка времени превышает наименьшее входное значение ATS.
OUT(N)
Для каждого положения исходящего пакета и последующего положения, сравнивают вычисленное выходное DTS время DTS со значениями ATS для каждой входной очереди, как проиллюстрировано на фиг. 4.
Каждое входное значение ATS сравнивают со значением DTS для выходного слота пакета. Если все входные значения ATS превышают значение DTS текущего выходного слота, то вводят NULL-пакет.
Если только один из входов имеет пакет со значением ATS, которое меньше выходного значения DTS, то этот пакет вводят в выходной слот пакета.
Если более одного входа имеют пакеты со значениями ATS, которые меньше текущего выходного слота, то выбирают пакет с наименьшим значением ATS и вставляют его первым.
Если два входных пакета получают одинаковое значение ATS, то выигрывает пакет с наивысшим приоритетным входом.
OUT(N)
INPUT(M)
В случае увеличения временной буферной области из-за разбивки в скорости передачи входящих пакетов TS для PID, мультиплексор может столкнуться с тем, что возникает некоторое число непереданных пакетов (Backlog). Например, разница между DTS и ATS временно увеличивается. Мультиплексор примет разницу, заданную значением времени TBACKLOG. Если разница превышает значение TBACKLOG, то пакет TS удаляют.
Процесс является полностью детерминированным и приведет к получению одинаковой выходной последовательности пакетов для множества независимых ремультиплексоров.
Необходимо, чтобы сгенерированные пакеты TS в выходном потоке CBR непрерывно сбрасывались и направлялись к выходному модулю.
Далее будет раскрыт процесс повторного проставления меток PCR. Когда необходимо ввести пакеты PCR в выходной мультиплекс, положение пакета будет сдвинуто из-за изменения скорости. Если пакеты содержат поля PCR, то ремультиплексору необходимо выполнить настройку PCR. Этот процессор является достаточно простым, поскольку требуемые моменты времена могут быть получены на основании значений ATS, которые также используют период тактовых сигналов с частотой 27 МГц в качестве единицы.
INPUT
OUT
Если, например, пакет с ATS входом ATS должен быть введен в выходной слот пакета с DTS значением DTS, то процесс повторного проставления меток PCR будет просто придерживаться следующего нормального подхода:
OUT
IN
OUT
INPUT
PCR=PCR+DTS-ATS.
Далее раскрыто, как детерминированное ремультиплексирование может быть использовано в сетях DVB-T SFN.
Для DVB-T, транспортный поток, подаваемый в модуляторы, разделяется на так называемые мегакадры. Мегакадр состоит из фиксированного количества пакетов. Начало мегакадра, в любой точке времени, может быть получено из Y2K, исходя из того, что первый мегакадр был передан в Y2K.
Процесс мультиплексирования будет следовать основным принципам, которые были раскрыты ранее. Некоторые выходные слоты пакета TS будут соответствовать первому пакету в DVB-T мегакадра. В данном слоте пакета, пакет MIP будет введен перед любым другим пакетом TS. Поле sts_offset в пакете MIP получают непосредственно на основании метки времени ATS для следующего мегакадра.
Далее будет раскрыто то, как происходит преобразование суперкадров согласно DVB-T2. Данный процесс основан на той же самой фундаментальной концепции, что и для DVB-T. Допускают, что первый суперкадр DVB-T2 был сгенерирован в Y2K - учитывая данный факт можно получить время начала и время окончания каждого последующего суперкадра.
Допускается, что для каждого PLP в суперкадре DVB-T2, будет предусмотрено фиксированное количество пакетов TS. Теоретически можно предусмотреть дробные пакеты TS, но это выходит за пределы объема защиты настоящего изобретения.
Метку времени для DVB-T2, используемую в суперкадре DVB-T2, получают непосредственно из значения ATS первого выходного пакета TS в суперкадре. Время ЕТТ добавляют к метке времени DVB-T2 при создании суперкадра. Время должно быть достаточно большим для того, чтобы допустить общую задержку в сети, в том числе, процесс ремультиплексирования.
Для одного PLP, работа является довольно простой. Ремультиплексор отслеживает начальное и конечное время для каждого суперкадра на выходе. В режиме работы с множеством PLP, необходимо сгенерировать несколько выходных транспортных потоков. В независимом режиме, каждый выходной TS рассматривается как полностью независимый, за исключением того, что первый пакет TS в каждом исходящем суперкадре имеет одинаковое значение TS. Это обусловлено требованием, согласно которому в суперкадре DVB-T2 должно существовать фиксированное количество пакетов TS.
В независимом режиме, каждый исходящий PLP рассматривается в качестве отдельного транспортного потока, с собственной уникальной битовой скоростью. Для каждого выхода, существует таблица преобразования и фильтрации PID. Выходные потоки создаются независимо друг от друга.
В синхронном режиме, каждый исходящий PLP имеет одинаковую битовую скорость. Синхронный режим использует механизм удаления NULL-пакетов в DVB-T2 для уменьшения выходной битовой скорости. Синхронный режим также обеспечивает возможность введения так называемого общего PLP. Общие компоненты для всех PLP в группе могут быть распределены между различными PLP данных в одной и той же группе.
В синхронном режиме, предусмотрен только один процесс мультиплексирования, даже если имеется несколько выходов. Для каждого пакета, подлежащего мультиплицированию с одного из входов, существует один, и только один целевой выходной PLP. Все другие PLP принимают NULL-пакет. Это значит, что каждый входящий PID маркируется целевым PLP.
Общие компоненты для всех PLP могут быть введены в один общий PLP.
На фиг. 8 проиллюстрирован один из вариантов осуществления с введением пакетов данных с виртуальными метками времени поступления.
Рассматриваемый транспортный поток для цифрового телевидения может нести данные пакетов TS, отличных от видео и аудио пакетов. Эти данные могут быть созданы многочисленными источниками, такими как:
- DSM-CC генераторы потока;
- локальная карусель для EIT,
- сохраненный видео/аудио контент,
- локальный рекламный контент,
- данные системы аварийного предупреждения.
Введение данных такого типа следует осуществлять с жестким контролем скорости для того, чтобы исключить переполнение, причем процесс введения также следует контролировать так, чтобы 4-битовый сс-счетчик в каждом TS пакете увеличивался должным образом. Способ, позволяющий это реализовать, входит в настоящее изобретение как один из вариантов его осуществления. Способ включает в себя следующие этапы:
F
- определяют период введения данных с продолжительностью N*T;
F
- для данных, отправленных с постоянной битовой скоростью, период введения данных составляет целое число N*T относительно эпохи;
- для данных, отправленных в течение меньшего периода, время начала и конца может быть задано со ссылкой на часы APCR;
- определяют количество пакетов TS, отправляемых в течение периода введения данных, равное М*16. Битовая скорость для потока данных в этом случае равна M*16/N*TF пакетам в секунду. М и N представляют собой целые числа и выбираются пользователем для соответствия битовой скорости потока данных.
- механизм для генерирования пакетов данных является детерминированным и синхронизированным с часами APCR так, что многочисленные детерминированные ремультиплексоры создают одинаковые пакеты в одно и то же время. Значение сс-счетчика для первого пакета данных в период введения данных должно быть равно 0.
j
- пакет данных мультиплицируют в выходной транспортный поток, как объяснено со ссылкой на фиг. 6. Каждый пакет маркируют меткой времени поступления, полученной не на основании времени, в которое был создан указанный пакет, а посредством метки времени, которая обеспечивает постоянную скорость. Метка времени поступления, ATS, для количества j пакетов (0≤j≤М*16) при непрерывном введении данных составляет:
j
F
ATS=(integer)*N*T+j*N*TF/М*16+Offset,
где «integer» - это количество кадров введения_данных относительно эпохи, а «offset» - это конфигурируемое смещение, которое обеспечивает более точное управление при позиционировании пакетов.
Аналогичное правило используется для данных, вводимых в течение некоторого периода времени.
Согласно настоящему изобретению для осуществления предлагаемого способа требуется наличие устройств, расположенных на участке установки передатчика и участке установки приемника. Таким образом, указанные устройства устанавливаются как в главном распределительном узле, так и в региональных распределительных узлах. Примеры, рассмотренные в данном описании, допускают, что система спутниковой связи используется в качестве способа распределения между главным распределительным узлом и регионами SFN. Однако, раскрытая система будет качественно функционировать и с другими распределительными системами.