具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统。


背景技术：

2.在数据传输协议中，重传是用以保障数据传输可靠性的一种常用方法，例如tcp协议。在支持重传的协议中，由于数据由发送端安全到达接收端的时间不确定，无法保证数据传输的实时性。如需提高数据传输的实时性，则不能利用重传机制保证数据传输的可靠性，例如udp协议。
3.tcp协议与udp协议均为传输层协议。与在传输层等上层协议中实现重传机制相比，在物理层中实现重传有利于减小重传数据的延时，这在车载辅助驾驶系统等对于视频数据传输延时要求较为严格的应用中尤为重要。
4.在车载辅助驾驶等领域中，不仅要求视频数据传输延时小，通常还要求视频数据传输具有高可靠性，而有些数据则对数据传输的实时性有更高要求，例如视频信号中的行同步和帧(场)同步信号，此时可牺牲一部分数据传输的可靠性以换取对数据传输实时性的保证。
5.目前，缺少一种在物理层实现的既能够传输低延时高可靠性的视频数据，又能够传输高实时性的视频时序控制信号的方法。因此，有必要研究一种兼具物理层重传和实时传输功能的视频数据传输系统，使得系统同时具备传输低延时高可靠性视频数据和高实时性视频时序控制信号的能力。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，如何实现一种具有物理层重传和实时传输功能的视频数据传输系统，使得系统同时具备传输低延时高可靠性视频数据和高实时性视频时序控制信号的能力。
7.作为本发明的一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统，包括第一传输终端、第二传输终端、传输通道，第一传输终端通过传输通道将下行数据包发送给第二传输终端，第二传输终端通过传输通道将重传控制信息发送给第一传输终端。
8.所述下行数据包包括可重传数据包和实时数据包，下行数据包中包含数据包类型字段，用以区分可重传数据包和实时数据包。可重传数据包和所述实时数据包的长度相同。可重传数据包和所述实时数据包的结构相同，均含有数据包包头、数据包载荷、校验码字段，可重传数据包与实时数据包中相同字段的数据长度可以相同也可以不相同。第一传输终端发送下行数据包时，实时数据包比可重传数据包具有更高的优先级。
9.实时数据包用于传输视频时序控制信号，视频时序控制信号包括帧同步信号、场同步信号、行同步信号中的一个或多个。
10.所述第一传输终端包含发送存储器。
11.当第一传输终端向第二传输终端发送可重传数据包时，将可重传数据包存入发送存储器，并向第二传输终端发送可重传数据包，所述可重传数据包包含序列号，连续多个可重传数据包中含有的多个序列号按照发送次序顺序排列。第二传输终端接收第一传输终端发送的可重传数据包，对接收到的可重传数据包的异常状态进行判断，若判定可重传数据包出现异常，则产生重传控制信息，所述重传控制信息包含须重传的可重传数据包的序列号，第一传输终端根据所述重传控制信息向第二传输终端重新发送可重传数据包。
12.当第一传输终端向第二传输终端发送实时数据包时，不将实时数据包存入发送存储器。第二传输终端接收第一传输终端发送的实时数据包，并对接收到的实时数据包的异常状态进行判断，若判定实时数据包出现异常，则主动产生所述视频时序控制信号。无论第二传输终端接收到的实时数据包是否出现异常，不产生重传控制信息。
13.优选地，所述实时数据包不包含序列号，或实时数据包中的序列号为固定值。
14.优选地，所述对实时数据包的异常状态进行判断的方法为，第二传输终端判断是否在第一预设时间区间范围内正确接收到实时数据包。
15.优选地，所述对可重传数据包的异常状态进行判断的方法为，第二传输终端判断是否正确接收到可重传数据包，且其中的序列号是否连续。
16.优选地，所述对可重传数据包的异常状态进行判断的方法为，当第二传输终端在正确接收到一个可重传数据包后，判断是否超过第二预设时间后仍未正确接收到下一个可重传数据包。
17.优选地，所述对可重传数据包的异常状态进行判断的方法为，当第二传输终端在发送重传控制信息后，判断是否超过第三预设时间后仍未正确接收到序列号与重传控制信息中序列号相同的可重传数据包。
18.本发明的有益效果是：
19.本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统，既可以在物理层中传输可重传数据包，又可以传输实时数据包，使得系统同时具备传输低延时高可靠性视频数据和高实时性视频时序控制信号的能力。
附图说明
20.图1是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的一种系统框图；
21.图2是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的另一种系统框图；
22.图3是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的又一种系统框图；
23.图4是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的再一种系统框图；
24.图5是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统，接收和主动产生帧同步信号的示意图；
25.图6是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统中下行数据包的结构示意图；
26.图7是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统对正确数据的收发流程图；
27.图8是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的数据重传流程图，第二传输终端对可重传数据包的异常状态进行判断的一种方法；
28.图9是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的数据重传流程图，第二传输终端对可重传数据包的异常状态进行判断的另一种方法；
29.图10是本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的数据重传流程图，第二传输终端对可重传数据包的异常状态进行判断的又一种方法。
30.其中：
[0031]1ꢀꢀꢀ
第一传输终端
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀꢀ
第二传输终端
[0032]3ꢀꢀꢀ
传输通道
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
ꢀꢀꢀ
实时数据源
[0033]
12
ꢀꢀ
可重传数据源
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13
ꢀꢀꢀ
下行数据包发送单元
[0034]
14
ꢀꢀ
校验码编码单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15
ꢀꢀꢀ
重传控制信息接收单元
[0035]
16
ꢀꢀ
发送存储器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21
ꢀꢀꢀ
实时数据阱
[0036]
22
ꢀꢀ
可重传数据阱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
23
ꢀꢀꢀ
下行数据包接收单元
[0037]
24
ꢀꢀ
校验码解码单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25
ꢀꢀꢀ
重传控制信息发送单元
[0038]
31
ꢀꢀ
下行传输通道
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
32
ꢀꢀꢀ
上行传输通道
[0039]
s1
ꢀꢀ
数据包包头
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
s2
ꢀꢀꢀ
数据包载荷
[0040]
s3
ꢀꢀ
校验码
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
s11
ꢀꢀ
数据包类型字段
[0041]
s12 序列号字段
具体实施方式
[0042]
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
如图1所示，在本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的一个应用实施例中，所述数据传输系统包括第一传输终端1、第二传输终端2、传输通道3，第一传输终端1通过传输通道3将下行数据包发送给第二传输终端2，第二传输终端2通过传输通道3将重传控制信息发送给第一传输终端1。
[0044]
第一传输终端1中包含实时数据源11、可重传数据源12、下行数据包发送单元13、重传控制信息接收单元15、发送存储器16，其中下行数据包发送单元13包括校验码编码单元14；第二传输终端2中包含实时数据阱21、可重传数据阱22、下行数据包接收单元23、重传控制信息发送单元25，其中下行数据包接收单元23包括校验码解码单元24；传输通道3包括下行传输通道31和上行传输通道32。
[0045]
所述下行数据包包括可重传数据包和实时数据包。第一传输终端1中的实时数据源11产生实时数据包，可重传数据源12产生可重传数据包；第二传输终端2中的实时数据阱21处理实时数据包，可重传数据阱22处理可重传数据包。
[0046]
当第一传输终端1向第二传输终端2发送可重传数据包时，从可重传数据源12读取
可重传数据包并发送给下行数据包发送单元13，同时将可重传数据包存入发送存储器16；当第一传输终端1向第二传输终端2发送实时数据包时，从实时数据源11读取实时数据包并发送给下行数据包发送单元13，不将实时数据包存入发送存储器16。
[0047]
校验码编码单元14用于对下行数据包进行校验码编码，校验码解码单元24用于对下行数据包进行校验码解码。校验码包括检错码和纠错码等，常用的有循环冗余校验码、奇偶校验码、汉明码、卷积码、里德-所罗门码(rs码)、bch码、ldpc码等。正确接收下行数据包是指对下行数据包的校验码解码后，结果表明含检错码的下行数据包未检测到错误，或对含纠错码的下行数据包的纠错结果正确。
[0048]
校验码编码单元14对下行数据包进行校验码编码后，下行数据包发送单元13通过下行传输通道31将编码后的下行数据包发送给下行数据包接收单元23；校验码解码单元24对下行数据包进行校验码解码，解码错误的下行数据包被丢弃，下行数据包接收单元23对正确接收的下行数据包进行解析，以区分可重传数据包和实时数据包，将可重传数据包发送给可重传数据阱22，将实时数据包发送给实时数据阱21。
[0049]
可重传数据阱22对接收到的可重传数据包的异常状态进行判断，若可重传数据包出现异常，重传控制信息发送单元25通过上行传输通道32发送重传控制信息，该重传控制信息包含须重传的可重传数据包序列号，第一传输终端1中的重传控制信息接收单元15接收重传控制信息后，从发送存储器16中读取序列号与重传控制信息中序列号相同的可重传数据包，并通过下行传输通道31向第二传输终端2重新发送该可重传数据包。
[0050]
实时数据阱21对接收到的实时数据包的异常状态进行判断，无论实时数据包是否出现异常，不产生重传控制信息。
[0051]
如图2所示，在本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的另一个应用实施例中，与图1所示实施例的不同之处在于，当第一传输终端1向第二传输终端2发送可重传数据包时，从可重传数据源12读取可重传数据包并存入发送存储器16，再从发送存储器16中读出该可重传数据包并发送给下行数据包发送单元13。
[0052]
如图3所示，在本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的又一个应用实施例中，与图1所示实施例的不同之处在于，从实时数据源11读取的实时数据包和从可重传数据源12读取的可重传数据包分别经过校验码编码单元14进行校验码编码并发送给下行数据包发送单元13，编码后的可重传数据包同时存入发送存储器16，下行数据包发送单元13不包括校验码编码单元14，下行数据包发送单元13不再对下行数据包进行校验码编码。
[0053]
如图4所示，在本发明一种具有物理层重传和实时传输功能的视频传输系统的再一个应用实施例中，与图2所示实施例的不同之处在于，从实时数据源11读取的实时数据包经过校验码编码单元14进行校验码编码并发送给下行数据包发送单元13，从可重传数据源12读取的可重传数据包经过校验码编码单元14进行校验码编码后存入发送存储器16，再从发送存储器16中读出编码后的该可重传数据包并发送给下行数据包发送单元13，下行数据包发送单元13不包括校验码编码单元14，下行数据包发送单元13不再对下行数据包进行校验码编码。
[0054]
实时数据包具有传输实时性高的特点，传输实时性高是指从发送端发送实时数据包到接收端接收该实时数据包的时间延时为固定值或变化很小，即发送端发送实时数据包
后，可以预判该实时数据包在一较小的时间区间范围内到达接收端。在视频传输领域，对视频时序控制信号的实时性要求较高，以便在接收端正确产生视频信号。
[0055]
在本发明的一个应用实施例中，实时数据包用于传输视频时序控制信号，视频时序控制信号包括帧同步信号、场同步信号、行同步信号中的一个或多个。由于实时数据包不能重传，传输的可靠性无法保证。第二传输终端2对所述实时数据包的异常状态进行判断，若判定实时数据包出现异常，则主动产生视频时序控制信号。对实时数据包的异常状态进行判断的方法为，第二传输终端判断是否在第一预设时间区间范围内正确接收到该实时数据包。
[0056]
在本发明的一个应用实施例中，视频时序控制信号为帧同步信号，用以表示一帧视频的起始时间，两个相邻帧同步信号的时间间隔基本相同。
[0057]
为保证帧同步信号的实时性，在第一传输终端1发送下行数据包时，实时数据包比可重传数据包具有更高的优先级，以保证从产生到发送实时数据包的时间间隔基本相同。
[0058]
如图5所示,实时数据阱21收到第一个帧同步信号f1后，对其延时td后形成帧同步信号d1，供后续电路使用；实时数据阱21收到f1后延时tn，在时间区间t2内搜索帧同步信号，搜索到帧同步信号f2后，对其延时td后形成帧同步信号d2，供后续电路使用；同样，实时数据阱21收到f2后延时tn，在时间区间t3内搜索帧同步信号，搜索到帧同步信号f3后，对其延时td后形成帧同步信号d3，供后续电路使用；实时数据阱21收到f3后延时tn，在时间区间t4内搜索帧同步信号，但未搜索到帧同步信号(帧同步信号f4丢失)，实时数据阱21可主动产生帧同步信号d4供后续电路使用，其相对于本应在时间区间t4内收到的f4延时td。本实施例中，在接收帧同步信号f2、f3、f4时，第一预设时间区间分别为t2、t3、t4。尽管在传输实时数据包时可能产生丢帧，第二传输终端2提供给后续电路使用的帧同步信号d1到d4仍保证了较为接近的时间间隔，从而保证了帧同步信号的实时性。
[0059]
为简化在物理层对下行数据包的处理过程，便于对下行数据包进行校验码编解码，可重传数据包与实时数据包采用相同的长度。进一步，可重传数据包与实时数据包的结构相同，均含有数据包包头、数据包载荷、校验码字段，可重传数据包与实时数据包中相同字段的数据长度可以相同也可以不相同。
[0060]
图6为下行数据包的结构示意图，包含数据包包头s1、数据包载荷s2、校验码s3，其中数据包包头s1中含有数据包类型字段s11和序列号字段s12。
[0061]
数据包类型字段s11用以区分可重传数据包和实时数据包，校验码解码单元24对下行数据包进行校验码解码后，下行数据包接收单元23对正确接收的下行数据包中的数据包类型字段s11进行解析，以区分可重传数据包和实时数据包。
[0062]
序列号字段s12存放序列号，每个可重传数据包中包含1个序列号，若可重传数据包的序列号为n，则将该可重传数据包记为可重传数据包(n)。连续多个可重传数据包中含有的多个序列号按照发送次序顺序排列。例如，当所有可重传数据包都能被第二传输终端2正确接收时，第一传输终端1每一次发送的可重传数据包的序列号，是第一传输终端1前一次发送的可重传数据包中的序列号加1，当加至预设的最大值后，下一个可重传数据包的序列号为0。若第一传输终端1发送可重传数据包(n)，则后续将依次发送可重传数据包(n 1)、可重传数据包(n 2)、可重传数据包(n 3)
……
。若可重传数据包序列号预设的最大值为nmax，第一传输终端1发送可重传数据包(nmax)，则后续将依次发送可重传数据包(0)、可重
传数据包(1)、可重传数据包(2)
……
。
[0063]
实时数据包不包含序列号，或实时数据包中的序列号为固定值。在本实施例中，实时数据包中的序列号字段s12为固定值0。
[0064]
在本发明的一个应用实施例中展示了第一传输终端1发送可重传数据包和第二传输终端2正确接收可重传数据包的流程。
[0065]
如图7所示，第一传输终端1通过传输通道3发送可重传数据包(n)，第二传输终端2接收可重传数据包(n)，并对可重传数据包(n)进行校验，若校验结果正确，则第二传输终端2等待接收第一传输终端1发送的下一个可重传数据包(n 1)。第一传输终端1向第二传输终端2发送序列号排在n后的可重传数据包(n 1)、可重传数据包(n 2)等可重传数据包，第二传输终端2接收这些可重传数据包并对其进行校验且校验结果正确。
[0066]
若重传控制信息中包含的须重传的可重传数据包序列号为n，则将该重传控制信息记为重传控制信息(n)。
[0067]
本发明仅对错误的可重传数据包进行重传控制，不对正确的可重传数据包进行反馈确认，这种方法多用于非对称传输系统，非对称传输系统中的传输通道分为上行传输通道和下行传输通道，分别用于传输上行数据和下行数据。在非对称传输系统中，上行数据传输速率与下行数据传输速率不同，因而上行传输通道的带宽与下行传输通道的带宽不同。在本发明的一个实施例中，下行数据传输速率大于上行数据传输速率，因而下行传输通道的带宽大于上行传输通道的带宽。仅对错误数据包进行重传控制，有利于通过带宽较小的上行传输通道及时发送重传控制信息。
[0068]
在本发明的一个应用实施例中提供了第二传输终端2对可重传数据包的异常状态进行判断的一种方法：第二传输终端2判断是否正确接收到可重传数据包，且其中的序列号是否连续。
[0069]
如图8所示，第一传输终端1向第二传输终端2发送可重传数据包(n)，第二传输终端2接收到正确的可重传数据包(n)。第一传输终端1发送可重传数据包(n 1)，但可重传数据包(n 1)在传输过程中出现错误未被第二传输终端2正确接收。第一传输终端1发送可重传数据包(n 2)，第二传输终端2接收到正确的可重传数据包(n 2)。第二传输终端2因接收到的正确的可重传数据包的序列号n和n 2不连续，判定可重传数据包(n 1)出现错误,第二传输终端2向第一传输终端1发送重传控制信息(n 1)。第一传输终端1接收重传控制信息(n 1)后，重新发送可重传数据包(n 1)，第二传输终端2接收可重传数据包(n 1)。
[0070]
在本发明的一个应用实施例中提供了第二传输终端2对可重传数据包的异常状态进行判断的另一种方法：当第二传输终端2在正确接收到一个可重传数据包后，判断是否超过第二预设时间后仍未正确接收到下一个可重传数据包。
[0071]
如图9所示，第一传输终端1向第二传输终端2发送可重传数据包(n)，第二传输终端2在接收到正确的可重传数据包(n)后，等待接收可重传数据包(n 1)。第一传输终端1向第二传输终端2发送序列号排在n后的可重传数据包(n 1)、可重传数据包(n 2)等可重传数据包，但这些可重传数据包在传输过程中出现错误未被第二传输终端2正确接收。第二传输终端2超过第二预设时间仍未接收到可重传数据包(n 1)，判定可重传数据包(n 1)出现错误,第二传输终端2向第一传输终端1发送重传控制信息(n 1)。第一传输终端1接收重传控制信息(n 1)后，重新发送可重传数据包(n 1)，第二传输终端2接收可重传数据包(n 1)。
[0072]
在本发明的又一个应用实施例中提供了第二传输终端2对可重传数据包的异常状态进行判断的又一种方法：当第二传输终端2在发送重传控制信息后，判断是否超过第三预设时间后仍未正确接收到与重传控制信息中序列号相同的可重传数据包。
[0073]
如图10所示，第一传输终端1发送的可重传数据包(n)因在传输过程中出现错误未被第二传输终端2正确接收，第二传输终端2在判定可重传数据包(n)出现错误后，向第一传输终端1发送重传控制信息(n)，等待接收重传的可重传数据包(n)。第一传输终端1接收重传控制信息(n)后，重新向第二传输终端2发送可重传数据包(n)，但可重传数据包(n)在传输过程中出现错误仍未被第二传输终端2正确接收。第二传输终端2超过第三预设时间仍未接收到可重传数据包(n)，判定可重传数据包(n)出现错误,再次向第一传输终端1发送重传控制信息(n)。第一传输终端1接收重传控制信息(n)后，重新发送可重传数据包(n)，第二传输终端2接收可重传数据包(n)。
[0074]
以上所述，仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。