Інтеграцiя форматiв транспортного потоку в сестемах цифрового мовлення нових поколiнь

Баляр В.Б.,  Устинов С.С.
Balyar V.B., Ustinov S.S.

ІНТЕГРАЦІЯ ФОРМАТІВ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ В СИСТЕМАХ
ЦИФРОВОГО МОВЛЕННЯ НОВИХ ПОКОЛІНЬ

TRANSPORT STREAM FORMAT INTEGRATION IN NEXT GENERATION
DIGITAL BROADCASTING SYSTEMS

Анотація  Розглянуто результати досліджень щодо визначення ефективного протоколу інкапсуляції GSE у системах цифрового телевізійного мовлення другого покоління. Розглянуто принцип формування та особливості потоку загального формату.

Abstract  Results of research on the definition of efficient Generic Stream Encapsulation (GSE) protocol in second-generation digital television broadcasting systems are considered. The Generic stream generation and features is presented.

Вступ

В якості формату цифрового потоку, що його передають через мережу мовлення (супутникове, наземне та кабельне мовлення) обрано транспортний потік MPEG-2. Цей потік утворено мультиплексуванням відеопотоків, аудіопотоків та даних, які подаються на вхід системи DVB. Для передавання аудіоданих, відеоданих та іншого контенту, що мають інші формати (MPEG-4 AVC, HE AAC, тощо), в пакетах транспортного потоку MPEG-2 додатково в системі DVB визначено процес багатопрокольної інкапсуляції. За подальшого розвитку систем стиснення аудіовізуального контенту виникне необхідність визначення нового формату потоку, якій буде побудовано за певним стандартом. Для реалізації принципу “універсальності” в ETSI було вирішено визначити формат єдиного універсального формату мовленнєвого потоку. Вже в другому поколінні стандартів систем DVB, окрім потоку систем першого покоління, форматом передбачено передавання потоку, що містять пакети змінної довжини –пакети потоку загального формату (GS).

На теперішньому етапі впровадження нових систем цифрового телевізійного мовлення другого покоління важливим є проведення досліджень в цій області. В цій статті надано узагальнену оцінку результатів досліджень, що їх проведено на теперішній час.

Принцип потоку загального формату (GS)

Протокол інкапсуляції потоку GS (GSE) буде використовуватись як рівень адаптації для інкапсуляції мережного шару та реалізації функцій фрагментації в універсальному потоці. Інкапсуляція GSE забезпечує ефективну інкапсуляцію дейтаграм IP у пакети змінної довжини, після чого з яких буде сформовано кадри основної смуги. За GSE підвищується ефективність передавання IP-дейтаграм  зменшенням заголовку у два-три рази з урахуванням даних MPE, введених у транспортному потоці MPEG-2 без введення будь-яких обмежень на функціональність протоколу. Наприклад, у системі інтерактивного мовлення DVB-S2 з використанням MPE кількість заголовків пакетів складає приблизно 10 % від загального потоків MPEG-2 TS, у той час як за GSE – 2-3 %. При цьому виграш від збільшення пропускної здатності потоку складає приблизно 5-15 %. За GSE реалізовано більш гнучке перетворення вхідного потоку на пакети та більш ефективний метод інкапсуляції з використанням адаптивних служб планування процесу інкапсуляції, що дозволяє оптимізувати характеристики системи підвищенням загальної пропускної здатності та/чи зменшення середньої затримки пакетів у наскрізному тракті. Окрім того, така гнучкість зменшує кількість втрачених пакетів, що дозволяє службі планування процесу інкапсуляції у передавачі динамічно змінювати параметри передавання (наприклад, метод модуляції, швидкість коду) для певного пакету у мережному шарі. За інкапсуляції у форматі GSE забезпечується підтримка багатопротокольної інкапсуляції (IPv4, IPv6, MPEG, ATM, Ethernet, 802.1pQ VLAN, тощо), прозорість до функцій мережного шару (шифрування та стиснення заголовку під IP-протоколом, тощо), декількох варіантів адресації, механізмів фрагментації IP-дейтаграм  або інших пакетів мережного шару у кадрах для підтримки використання ACM/VCM, апаратної реалізації фільтрації;

На рисунку 1 приведено процес інкапсуляції GSE. IP-дейтаграми, кадри протоколу Ethernet або інші пакети мережного шару, які узагальнено називають протокольним блоком даних (PDU), передавання яких було заплановано службою планування процесу інкапсуляції, піддають інкапсуляції в один або більше пакетів GSE. В процесі визначається початок та кінець кожного PDU мережного шару, додається інформація керування (тип протоколу мережі та мітка адреси) та в разі необхідності здійснюється перевірка на цілісність пакету.