用于提供不同数据损失保护的方法和系统的制作方法

专利名称：用于提供不同数据损失保护的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输系统。更具体地，本发明涉及利用以DVB-H格式编码的数据 帧格式，并且通过前向纠错(FEC)技术来接收不等差错保护(UEP)的数据传输系统。
背景技术：
由于传输期间引入的通道缺陷，通过DVB-H系统递送的用户数据遭受损失。链路 层，前向纠错(MPE-FEC)是DVB-H中的提供针对数据损失的差错保护的模块。用户数据通 常在重要性或差错敏感度上表现出不同，这意味着应用不同强度的差错保护可能是有好处 的。然而，MPE-FEC对于每个时间片(time slice)仅可提供相等差错保护，如标准中所规 定的。结果，当MPE-FEC中的FEC解码失败时，不加区别地丢失用户数据。这可造成DVB-H 服务，例如视频和音频流播的服务质量(QoS)的显著降低。 参考图l，示出了已知的DVB-H系统。如本领域技术人员所理解的，系统包括接收 IP数据报的发送器端IO和输出IP数据报的接收器端20。图1的系统一般地处理MPE-FEC 帧，该帧的结构在图2中示意性地示出。图3 —般地示出了 MPE和MPE-FEC帧格式。如在 DVB-H标准中所规定并且如在下面相关于图1、2、和3所描述，对于来自每个时间片的IP数 据报，如果使用MPE-FEC则由其采取以下操作。 在发送器端10， IP封装器30将时间片的IP数据报载入MPE-FEC模块34内部的 MPE-FEC帧32以用于李德所罗门(RS)编码36。在构造ADT(应用数据表格)期间，将IP数 据报垂直地以列的方式从左到右引入到表格内，如图2中所示。如果IP数据报没有正好在 列的底部结束，则下一个IP数据报完成该列并且开始从顶部到底部填充ADT中的下一列。 如果时间片的IP数据报没有正好填满ADT，则表格中的剩余字节用零来填塞。 一旦填满了 ADT，跨越ADT的列将RS(255，191)编码以行的方式应用。对于ADT的每一行，生成64RS奇 偶校验符号来填充RSDT(李德所罗门数据表格)中的对应行。对应的RS码率是O. 75，没有 填塞或打孑L (puncture)。 在构造了 ADT和RSDT两者之后，将MPE-FEC帧中的数据分组化(packetize)并且 转发到MUX 40和DVB-T调制器50。具体而言，来自ADT的每个数据报封装到MPE片段内，并 且来自RSDT每列的数据封装到MPE-FEC片段内。两种片段头部包含指定为"MAC l"-"MAC 4"的4字节实时参数字段。字段包括12比特的开始地址，其按照字节数量记录了对应的 IP数据报或RS数据列相关于表格的左上角的起始位置。字段还包括1比特的标志以表示 表格的末端和帧的末端，以及18比特的delta_t参数以表示相同ES的下一突发(burst) 的开始时间。在MPE-FEC片段的头部，存在指定为"填塞列"的l字节字段，并且它用于表 示ADT中完全填塞列的数量。调制器50的输出被输出到通道60，如常规所知道的。
在接收器端20，通道由解调器70解调，并且IP解封装器80随后通过校验每个片
4段末端处的CRC32字段来丢弃未正确接收的时间片的任何片段。它然后将剩余的片段载入 MPE-FEC帧内以用于MPE-FEC解码。MPE-FEC帧初始对于它的每个字节位置被标记为"不可 靠"。使用片段头部中记录的开始地址，IP解封装器80能够将每个片段引入到帧中的正确 位置，并且将片段所占据的位置标记为"可靠"。当载入MPE-FEC片段时，IP解封装器从它 的片段头部中的"填塞列"字段检索填塞信息，并且将ADT中的对应列标记为"可靠"。如果 ADT中的最后的MPE片段被正确地接收，如它的头部中的表格末端标志所表示的那样，则来 自该片段的来自最后列的未占据字节位置标记为"可靠"。在完成该过程之后，除了上述的 最后的MPE片段的情况以外，在帧中标记为"不可靠"的所有字节位置对应于丢失的片段。
如果存在任何MPE片段损失，则IP解封装器80跨越帧的所有列以行的方式执行 基于删去的RS(255，191)解码82。使用标记的帧，RS解码器知道在每个码字(帧中的行) 中哪些位置正确并且哪些位置是删去部分，并且能够在它的解码中恢复多达每行64个缺 少的字节。如果缺少字节的数量多于RS解码器可恢复的，则它停止解码并且不改变行。在 对于每行应用RS解码之后，IP解封装器通过校验MPE片段中的CRC32字段仅仅输出ADT中 的正确IP数据报。 MPE-FEC提供的FEC保护强度84可通过调节RS码率来控制以便最终产生MEP帧 86。这转而可通过调节ADT中填塞列的数量和RSDT中打孔RS列的数量来实现。假设将 ADT中的x列指定为填塞列。这将原始RS码从(255， 191)改变为(255， 191_x)，其有效地 降低了码率并且增加了码强度。另一方面，假设对RSDT中的y列进行打孔。这将RS码改 变为(255-y，191)，其增加了码率并且减弱了码。由于分组化和信令约束，可仅仅逐个帧地 应用变化。 根据上面明显的是，按照标准中的默认操作，来自一时间片的所有IP数据报用相 同的RS码来编码，并且因此接收相同量的EFC保护。为了经由MPE-FEC提供不同级别的 FEC保护，调节填塞列和/或打孔列的数量是唯一似乎可行的方式。然而，这些调节在标准 中仅可基于MPE-FEC帧(或者时间片)发生。由于MPE-FEC帧的大小范围可从256X 191 到1024X 191字节，因此这种方法的粒度是相对粗糙的。它要求有类似重要性的IP数据报 天生地进入到MPE-FEC帧的单位(或时间片)中，或者需要执行某种IP数据报级别的重新 排序。然而，对于低比特率、延迟敏感的多媒体服务，例如视频和音频流播，这些要求难于满 足。 通过MPE-FEC提供UEP的替代方法采用了时间片的原始MPE-FEC帧并且将它分为 若干所谓的"对等MPE-FEC矩阵"。然后可用具有(255-x-y，191-x)形式的不同码率的RS 码字来编码每个这种子帧。所有RS码字的总长度保持为255，以保持相同的总比特率。这 些子帧背靠背地发送，以使得突发的总长度等于原始的时间片。这通过在这些MPE片段头 部中将参数delta_t设置为0来实现。该方法的缺点在于用具有更短码字长度的单独RS 码来编码每个子帧，所述码字长度为原始的255字节的子集。更短的码字长度减少了 FEC 纠错能力。所以对于该方法，即使对于用更低RS码率编码的那些子帧，由于更短码字长度 造成的FEC性能的下降也可抵消保护增益。因此，以FEC保护强度的下降这样的代价获得 UEP。 时间片内经由前向纠错(FEC)的不等差错保护(UEP)功能在DVB-H标准的当前 MPE-FEC模块中不可用。期望提供MPE-FEC模块内的UEP功能，而对于现有协议没有任何改变，并且产生兼容标准的输出比特流。在此以前，尚未在本领域中实现这些结果。

发明内容
通过根据本发明提供的方法和装置，满足了前述的长期需求，并且解决了问题。在 优选实施例中，方法和装置包括通过DVB-H系统的链路层，前向纠错将数据字分为保护区 域和非保护区域，以在帧的前向纠错期间提供帧的不等差错保护。


图1是已知DVB-H系统的示意图。 图2是通常在DVB-0H系统中有用的已知MPE-FEC帧的示例。 图3是涉及图2的帧的MPE-FEC片段格式的示例。 图4是根据本发明提供的修改MPE-FEC帧的示例。 图5是本发明优选实施例的图。 图6是用于实现本发明的IP封装器的优选方法的流程图。 图7是用于实现本发明的IP解封装器的优选方法的另一个流程图。
具体实施例方式
参考附图，其中相同的标号指代相同的元件，本发明涉及用于通过DVB-H中的 MPE-FEC在时间片中经由FEC提供UEP的方法和装置。尽管这里相关于DVB-H描述了本 发明，本领域技术人员将会理解，这里教导的纠错算法可应用于其它调制格式和传输方案 (例如VSB)中使用的IP数据报，其中对于算法进行适当修改以适应其它方案的不同数据句 法。如这里相关于DVB-H格式所描述的，本发明基于修改的MPE-FEC帧结构，其在图4中一 般地示出。相比于原始MPE-FEC帧，根据本发明得到的原始ADT优选地虚拟地沿着帧的列 方向分为"保护区域"(PR) 110禾口"非保护区域"(UR) 120。 图5示出了实现该结果的优选传输系统。系统包括发送器端90和接收器端100。 在发送器端90，首先将每个IP数据报载入MPE-FEC帧。不同于标准操作，在本发明中，IP 封装器105确定有效载荷数据的重要性。如果数据被认为是重要的，则将IP数据报引入到 PR 110。否则数据被认为是不重要的，并将IP数据报引入到UR 120。在每个区域中，IP数 据报以与标准相同的方式载入，即以列的方式从顶部到底部并且从左到右。
ADT 130的分割可先验地固定，或者根据时间片中的数据特征对于每个MPE-FEC 帧动态地调节。首先考虑固定分割的情况。在该情况下，每当将IP数据报引入到PR 110 或者UR 120内时，它在帧中的开始位置是立即可用的。而且，IP封装器105可确定填充PR 110的最后的IP数据报，其被定义为表格中的最后片段。使用可用的信息，在将IP数据报 载入ADT 130时，IP封装器105可将它分组化到MPE片段内，填充头部中的必要信息并且 将片段转发到MUX 140和DVB-T调制器150。 对于动态分割的情况，在两个区域之间的边界位置是未知的，直到所有的IP数据 报载入帧内。在该情况下，需要预装载级155。在该情况下，IP封装器105累积重要和非重 要IP数据报的比特率，直到组合的比特率达到ADT 130的容量。使用这两个区域的最终比 特率，可确定ADT分割的位置。然后，操作的剩余部分与固定分割的情况相同。注意，这种操作也可在IP封装器105外部的应用层处执行，使得IP数据报被预先重新排序并且转发 到IP封装器105。在该情况下，IP封装器105不知道来源重要性信息。
—旦适当地填充了PR 110和UR 120，对于MPE-FEC帧中的每行，跨越列应用RS编 码。在标准中，来自ADT 130中行的每个字节被视为RS编码中的消息符号。然而，在本发明 中，对于每行，仅仅落在PR 110中的字节被视为消息符号。落入UR 120中的RS码字中的 字节位置被视为填塞，并且在编码期间用零来填充。假设UR 120的列的数量为x，那么对于
191_x
帧的每行应用RS(255， 191-x)码。RS码率现在是^~ ，其小于标准中的默认码率0. 75。
使用降低的码率，对来自PR IIO的数据提供了更强的FEC保护。同时，来自UR 120的数据 不接收FEC保护。因此为MPE-FEC中的IP数据报创建了两级UEP。而且，有利地，保存255 的原始码字长度，所以不损害码的强度。 可通过控制PR IIO(或者等同地，UR 120)的大小，灵活地调节用于PR 110中数 据的FEC保护的强度。时间片中越少的IP数据报被视为重要，就可为这些数据报获得越强 的保护，代价是更多的IP数据报没有FEC保护，反之亦然。在两种极端情况下，即所有的IP 数据报被视为重要或不重要，本发明中的UEP退化到标准中提供的EEP。
当完成了对于帧中所有行的RS编码之后，将来自RSDT每个列的奇偶校验符号封 装到MPE-FEC片段内，并且以标准的顺序输出。为了将ADT分割信息向接收端表示，每个 MPE-FEC片段头部中的"填塞列"160字段现在记录了 UR 120的宽度。这些MPE-FEC片段 然后转发到MUX 140和DVB-T调制器150。 注意，尽管在MPE-FEC帧中重新排序IP数据报以适配到PR IIO和UR 120中，但 它们可按它们原始的顺序转发到DVB-T调制器150。因此，传输期间的任何通道突发更可能 有相等的概率来影响这两种IP数据报类别的IP数据报。因此，它有效地减轻了突发错误。
在通道60将信号输入到DVB-T解调器165之后，在接收器端100中对于IP解封 装器170来说，与在标准中相同的载入过程发生。由MPE片段占据的MPE-FEC帧中的每个 字节位置标记为"可靠"，不管片段所属于的区域如何。如果来自PR IIO的最后的MPE片段 被正确地接收，则可由它的头部中的表格末端标志来通知IP解封装器170并且IP解封装 器170转而将片段的最后列中的未占据位置标记为"可靠"。 在所有的正确片段载入到MPE-FEC帧内之后，IP解封装器170以行的方式执行基 于删去的RS解码。在解码之前，IP解封装器170从任何接收的MPE-FEC片段头部的"填塞 列"160字段检索分割信息。在形成RS码字期间，RS解码器使用该信息并且在每个码字中 将来自UR的那些字节位置标记为"可靠"，不管它在帧中被标记的实际状态如何。然后执行 正常的RS解码，以恢复PR 110中的丢失符号，并且IP解封装器170在MPE-FEC帧中将对 应于任何所恢复符号的位置标记为"可靠"。 在RS解码之后，IP解封装器170输出来自PR 110和UR 120两者的那些正确的 IP数据报。当IP解封装器170遭遇具有表格末端标志的PR110中的最后片段时，它输出 IP数据报，略过数据报最后列的剩余部分并且开始输出UR 120中的正确IP数据报。
在IP封装器105中，根据IP数据报的重要性将它们重新排序以适配到MPE-FEC 帧中的PR 110和UR 120中。然而，IP解封装器170根据IP数据报被放入MPE-FEC帧中 的空间顺序来输出它们。所以，从IP解封装器170输出的IP数据报的顺序与将IP数据报输入到IP封装器105的顺序不同。为了恢复输入顺序，在接收端处的重新排序模块180是 必需的。可基于例如上层协议提供的序号或时间戳这样的键(key)来完成重新排序过程。 如果在应用中使用RTP协议，则基于RTP标准中所规定的序号来将分组重新排序。
图6是本发明的IP封装器的操作方法的示例流程图。本领域技术人员将会理解， 方法可以软件、硬件或固件实现。此外，方法可体现为专用集成电路(ASIC)或者在适于执 行这里描述的发送和接收功能的其它设备中体现。 方法在步骤190开始并且在步骤200确定ADT分割是否可用。如果否，那么在步骤 210， IP数据报从时间片预装载，以确定分割，并且方法进行到步骤220。如果是，那么方法 直接进行到步骤220，其中执行对于时间片中每个数据报的循环。然后优选地，在步骤230 确定IP数据报是否被视为重要的。如果不是，那么方法进行到步骤240，其中将数据报载入 到UR内。如果是，那么方法进行到步骤250，其中将IP数据报载入PR内。在任何一种情况 下，在步骤260，将IP数据报分组化为MPE片段并且填充它的片段头部。
方法然后进行到步骤270，其中将MPE片段转发到DVB-T调制器。在步骤280，为 当前时间片中的每个IP数据报执行结束循环，并且方法进行到步骤290，其中为MPE-FEC帧 的每行执行循环。在步骤300，然后从ADT取出一行字节，并且在步骤310，将零填塞到行中 来自UR的字节位置。然后，优选地在步骤320，应用RS编码并且用奇偶校验符号在RSDT中 填充。 然后在步骤330，期望对于MPE-FEC帧中的每行执行循环，并且在步骤340，将RSDT 的每列分组化为MPE-FEC片段。在步骤350，然后在MPE-FEC片段的每个头部中记录UR宽 度，并且在步骤360，将所有的MPE-FEC片段转发到DVB-T调制器。方法然后在步骤370结 束。 图7是用于本发明的IP解封装器操作的优选方法的流程图。方法开始于步骤380， 并且在步骤390，将MPE-FEC帧中的每个位置初始化为不可靠的。然后优选地，在步骤400， 对于时间片中每个正确接收的片段执行循环。然后更优选地，在步骤410确定接收了MPE 还是MPE-FEC片段。如果否，那么在步骤420，从片段头部检索填塞信息，并且在430，片段 被放置在RSDT中的正确地址处。如果是，那么在步骤440，将片段放置在ADT中的正确地 址处。在任何一种情况下，方法然后进行到步骤450，其中将片段所占据的位置标记为可靠 的。 然后在步骤460，还期望对于每个正确接收的片段执行结束循环，并且在步骤 470，对于MPE-FEC帧的每行执行循环。在步骤480，对于帧取出一行比特并且在步骤490，将 来自UR的字节位置标记为可靠的。然后优选地，在步骤500执行RS解码，并且在步骤510， 对于MPE-FEC帧中的每行执行循环。在步骤520， MPE片段在ADT中解封装，并且输出正确 的IP数据报。然后在步骤530，方法根据期望的键重新排序输出的IP数据报，并且在步骤 540，方法停止。 因此，已根据本发明描述了用于执行不同数据损失保护的方法和装置的某些优选 实施例。尽管已描述和公开了优选实施例，本领域技术人员将会理解，修改处于本发明的真 实精神和范围内。所附权利要求旨在覆盖所有这些修改。
权利要求
一种方法，包括以下步骤将数据字分割为保护区域和非保护区域，以通过DVB-H系统中的链路层前向纠错(FEC)来提供帧的不等差错保护。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述分割包括预装载来自时间片的所述帧以确定 分割。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括确定所述帧中的所述数据是否重要的步骤。
4. 根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤如果确定数据重要则将数据载入所 述保护区域，否则将数据载入所述非保护区域。
5. 根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤将所述数据分组化为分组(MPE片 段)并且填充所述分组(MPE片段)头部。
6. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤调制所述数据以用于传输。
7. 根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤当在FEC编码期间形成FEC码字的 消息比特时将来自所述非保护区域的字节位置视为零。
8. 根据权利要求l所述的方法，还包括以下步骤重用所述MPE-FEC片段头部中的"填 塞列"字段，以记录所述MPE-FEC矩阵中的所述非保护区域的宽度。
9. 一种编码器，包括第一级，用于将数据帧载入编码级以用于确定保护区域和非保护区域； 与所述第一级接口的调制器，用于编码所述数据；禾口前向纠错编码级，用于通过DVB-H系统的链路层前向纠错，根据由所述帧的保护区域 和非保护区域确定的所述数据的重要性来对所述帧提供不等前向纠错。
10. 根据权利要求9所述的编码器，其中所述第一级包括预装载级，用于分割来自时间 片的所述帧以确定分割。
11. 根据权利要求io所述的编码器，还包括与所述预装载级通信以用于确定所述帧中的数据是否重要的装置。
12. 根据权利要求11所述的编码器，还包括与所述预装载级通信以用于如果确定数据 重要则将数据载入所述保护区域，否则将数据载入所述非保护区域的装置。
13. 根据权利要求9所述的编码器，还包括用于当在FEC编码期间形成FEC码字的消息 比特时在来自所述非保护区域的字节位置中填塞零的装置。
14. 一种解码器，包括解封装器，用于从通道接收经编码的数据帧，所述数据帧已通过DVB-H系统的链路层 前向纠错被编码为保护区域和非保护区域；禾口前向纠错解码级，检索所述保护区域和所述非保护区域的分割信息，并且还仅将解码 应用到来自所述保护区域的数据；适于接收所述解封装器的输出以用于检查所述保护区域和所述非保护区域以确定所 述帧的重要性的级。
15. 根据权利要求14所述的解码器，其中所述级包括重新排序级，用于基于某种排序 键重新排序和输出所述帧中的数据，以与输入数据具有相同的输出顺序。
16. 根据权利要求14所述的解码器，其中所述解封装器包括用于从所述FEC分组头部 (MPE-FEC片段头部)检索填塞信息的装置。
17. 根据权利要求16所述的解码器，其中所述解封装器包括用于在已确定所述帧可靠之后解码所述帧的解码装置。
18. 根据权利要求17所述的解码器，还包括用于检索来自所述帧的FEC分组头部(MPE-FEC片段头部)的填塞的零的装置。
全文摘要
本发明涉及用于在DVB-H模块的链路层，前向纠错中将数据字分割为保护区域和非保护区域，以便在帧的前向纠错期间对帧提供不等差错保护的方法和系统。在初始化预装载级之后封装IP数据报以用于编码，以使得可确定对应于IP数据报的数据帧中的数据的可靠性和重要性。还通过在非保护区域中填塞零实现了不等差错保护。
文档编号H04L1/00GK101796758SQ200880104910
公开日2010年8月4日 申请日期2008年8月27日 优先权日2007年8月30日
发明者吉尔·麦克唐纳德·伯恩斯, 吴镇宇, 艾伦·杰伊·斯坦 申请人:汤姆逊许可证公司