WO2009112371A1 - Procede de synchronisation d'une pluralite de modules de formatage - Google Patents

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Ludovic Poulain
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    • H04H20/67—Common-wave systems, i.e. using separate transmitters operating on substantially the same frequency

Definitions

  • the present invention relates to the field of broadcasting digital services to delivery terminals of these services. More particularly, the problem of synchronization in the transmission network frame on a single modulation frequency and the reliability of the equipment redundant broadcast chain is of interest.
  • FIG. 1 An example of a typical digital service broadcast channel is shown in FIG. 1.
  • the services are individually encoded by a set of 1.1 encoders. These encoders have the media component of the service. These media can be composed of video sequences, audio sequences, text or interactive applications.
  • At the output of an encoder there is a digital data stream composed of a set of packets from the video, audio or other elementary streams that make up the service.
  • These services are then multiplexed by the multiplexer 1.2.
  • This operation consists of building a stream mixing the data packets of the different services to be broadcast. This results in a digital data flow comprising the data of the different services.
  • Several data formats can be used, in particularly the MPEG-2 or MPEG-2 TS transport stream format for the Moving Picture Experts Group in English described in the normative document ISO / IEC 13818-1, as well as the IP format.
  • the stream is intended to be transmitted in the form of a radio signal by one or more modulators 1.4.
  • the management of the radio resource by these modulators and in particular the management of the interferences that can occur between the signals emitted by these different modulators can be regulated in different ways.
  • a broadcast mode provides that the flow of data transmitted by the different modulators is always transmitted on the same frequency and at the same time. This broadcast mode is called a SFN (Single Frequency Network) mode.
  • the signal received by a terminal is composed of the signals emitted by at least two modulators.
  • This synchronization is obtained by a stream formatting module 1.3 whose function is to format the stream to be broadcast for synchronized radio transmission by a plurality of modulators.
  • This formatting may, for example, consist of the insertion of synchronization marks into the stream. These marks then serve the modulator to synchronize the transmission of the signal.
  • This device advantageously using a common clock received by both the formatting module 1.3 and the modulators 1.4. This clock can, for example, be broadcast by the GPS satellite system ⁇ Global Positioning System in English).
  • the stream is broadcast between the formatting module 1.3 and the modulators 1.4 by a distribution network that can borrow various types of links such as satellite links, microwave or cables. These types of links do not all offer total transmission reliability.
  • the present invention aims to solve this problem by a broadcast system having a duplicate formatting module.
  • This system allows a modulator to switch between the two streams generated by the two formatting modules without becoming out of sync. These formatting modules are synchronized with each other to generate synchronized flows.
  • a modulator is caused to switch from a first stream generated by one of the formatting modules to a second stream generated by a second formatting module, this switching can be done without requiring a resynchronization step. This prevents an incident occurring on the generation of the flow systematically resulting in an interruption of service due to the resynchronization of the modulator.
  • the invention relates to a method for synchronizing a plurality of formatting modules for synchronized broadcasting of digital service flows, each formatting module receiving at least one stream to be formatted as input, at least one clock signal. reference and generating at least one output stream corresponding to the input stream formatted according to the received reference clock signal.
  • Said method comprises a step of electing one of the plurality of formatting modules as having the status of master, the other modules having the status of slave; a step of periodically sending a time tag used by the master module in the stream formatting operation to the slave modules and a time slaving step of the stream formatting operation by the slave modules as a function of the time tag received from the master module.
  • the method further comprises a step of comparing a continuity counter of the time tag used by the slave module with the continuity counter of the corresponding label received from the master module. , the slave module adopting for its time label the continuity counter of the label of the master in case of divergence.
  • the method further comprises a step of taking the slave status for the master module as soon as the reception of the input stream or a reference clock signal n is more correct.
  • the method further comprises a step of taking the master status for a slave module, having all its correct input signals, when it receives a message indicating that the other modules of the plurality do not all have their correct input signals.
  • the method furthermore comprises, for a slave or master module having all its correct input signals, when it receives a message from at least one other module also having its signals. correct choice, an election step to determine whether it takes the status of master or slave so that one of the modules having its correct input signals takes the status of master, the others taking the slave status.
  • the method further comprises a step for each formatting module to periodically send its status to other modules.
  • the periodic sending of status is done in response to a status request from the other modules.
  • the invention also relates to a formatting device for synchronized broadcasting of digital service streams, receiving at least one stream to be formatted as input, at least one reference clock signal and generating at least one corresponding output stream to the input stream formatted according to the received reference clock signal.
  • Said device comprises means of communication with at least one other formatting device, itself and these other formatting devices forming a plurality of formatting devices; means for selecting one of the plurality of formatting devices as having the status of master, the other modules having the status of slave; means for periodically sending a time tag used by the master module in the stream formatting operation to the slave modules and time slaving means for the stream formatting operation by the slave modules as a function of the time tag received from the master module.
  • FIG. . 1 illustrates an example of a digital distribution chain
  • Fig. 2 illustrates an exemplary structure of a stream formatted for synchronized broadcasting
  • Fig. 3 illustrates the architecture of the stream formatting modules according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the exemplary embodiment is described in the context of a broadcasting of digital services according to the DVB (Digital Video Broadcasting) standard, in particular within the framework of the DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld in English) described in the document "ETSI EN 302 304, DVB-H - Transmission System for Handheld Terminals” and the DVB-T standard (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) described in the document “ETSI EN 300 744 V 1.5.1, Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for terrestrial digital television ".
  • DVB Digital Video Broadcasting
  • Synchronization of the modulators is done, in this context, according to the mechanism described in ETSI TS 101 191 "Digital Video Broadcasting (DVB); DVB mega-frame for Single Frequency Network (SFN) synchronization.
  • This document describes how the formatting module, here called SFN adapter, introduces packets called MIP packets into the stream.
  • This stream is decomposed into mega-frames (Mega-frame in English).
  • Each mega-frame is composed of a number n of TS packets (Transport Stream in English), this number n depending on the modulation adopted. It is illustrated in Fig. 2.
  • the TS packets of the stream are numbered according to their place in the mega-frame of the first MFP packet # 0, referenced 2.1, to the MFP packet #nl, referenced 2.3, where "n" and the number of TS packets in the mega-frame.
  • MIP packet Mega-frame Initialization Packet in English
  • PID identifier PID identifier.
  • This MIP package identifies precisely the first packet of the next mega-frame. It also has a time stamp (timestamp in English) indicating the difference between the last top of a period clock, a reference second preceding the beginning of the next megatram and the effective start of this next mega-frame.
  • This time stamp is called STS (Synchronization Time Stamp).
  • the reference clock is generally obtained through a GPS receiver (Global Positioning System).
  • the time stamp STS is expressed in steps of 100 ns.
  • the main function of the stream formatting module is to cut the stream into megaframes and insert the MIP packets, one per megatram, allowing the synchronization of the modulators.
  • the modulator synchronizes the transmission of the signal transmitting the stream by settling on the received MIP packets. This makes it possible to time precisely the mega-frame data transmission as a function of the reference clock received.
  • the formatting module therefore generates at least one output stream corresponding to at least one input stream formatted according to the received reference clock signal.
  • a first way to improve the reliability of the broadcast is to duplicate the formatting module of the stream.
  • the data stream, in the MPEG-2 TS format, referenced 3.4 is duplicated to be admitted at the input of two formatting modules 3.1 and 3.2.
  • Each of these modules formats the stream received as input for synchronized broadcast.
  • this formatting consists of inserting MIP packets into the stream.
  • the streams thus formatted are transported by a distribution network to the modulators 3.3, only one being represented in the figure.
  • the distribution network may be different for each stream from the formatting modules. This allows the two streams do not suffer the same transmission hazards being transported by the same network.
  • the modulator is adapted to receive both flux.
  • the selection of the input stream of the modulator can be entrusted to a dedicated module.
  • This selection module accepts as input the streams coming from the formatting modules. It is responsible for selecting the correct entry and performing failover when one of the flows is no longer correct. It has an output on which it redirects the selected input. This output feeds a distribution network destined for several modulators.
  • the modulator In nominal mode, the modulator sends a signal corresponding to one of the streams received. It is then synchronized on this stream. If there is a problem in the reception by the modulator of the transmitted stream, it can switch to the second input and send a signal from the second stream. As it stands, there is no guarantee that the two streams received by the modulator are synchronized and that the time information sent within the MIP packets by the two formatting modules correspond. A switchover therefore generally results in a synchronization phase of the modulator on the second stream.
  • This communication link will advantageously be a link whose latency is deterministic.
  • This link may, for example, consist of a serial link, an IP over Ethernet connection, a fiber, a coaxial link or others.
  • This connection link allows the exchange of messages by the two formatting modules. These message exchanges synchronize these two modules to generate two synchronized streams.
  • Both formatting modules operate according to a master slave scheme.
  • the synchronization scheme between the devices is designed so that each device can determine its status as master or slave at any time. At any moment, only one of the two devices can be master. The master imposes its synchronization on the slave device.
  • Each formatting module receives as input a stream to be formatted. It also receives time information that allows it to manage its temporal stream formatting operations. This information consists of GPS clocks in the exemplary embodiment. In addition, it can send and receive messages from synchronization via link 3.5. Formatting the stream consists of building from the received TS packets mega-frames constituting the output stream. Each mega-frame consists of a number of packets of the input stream and a MIP packet constructed and inserted into the mega-frame. Optionally, the mega-frame may be supplemented with stuffing data to regulate the flow rate of the flow. Each MIP packet consists of a continuity counter and a temporal information relating to the time of transmission of the next mega-frame. This time information is given relative to the received GPS clocks.
  • a module for managing the construction of these MIP packets is initialized and slaved on the GPS clocks.
  • Each device is able to generate the output stream according to its inputs.
  • the formatting module is then said to be synchronized.
  • the apparatus is no longer able to correctly generate the output stream. It is then said to be out of sync.
  • the output of the device is interrupted. The return of a correct reception of the inputs initiates a resynchronization phase necessary for the MIP packet generation module to be correctly slaved again to the clocks and to generate the correct MIP packets within the mega-frames.
  • an autonegotiation phase is used to define the master device and the slave device. Both devices are initially in a slave state. Each device sends the other a status request message. Upon receiving a status request, the device returns its status to the requester. The status includes the reception status of the reference clock signals and the reception status of the input stream. It also sends a unique identifier. This identifier is unique in the sense that it is necessarily different for each device. This identifier may, for example, consist of the MAC address of the device or at least part of this address. It can also be a serial number. Any identifier whose value is unique to the device can be used here.
  • a device If a device has one of its input signals, streams or clocks, which is not received correctly, it automatically takes slave status. If one device has all of its correct signals and the status message received from the other device indicates that the other device is not having all of its correct signals, it will assume master status.
  • one device If one device has all of its correct signals and the status message received from the other device indicates to it that the other device also has all of its correct signals, it performs an election step of the master apparatus.
  • This election step consists of a comparison of its identifier and the identifier of the other device it received in the message. According to this comparison test it takes the status of slave or master. This is an example, the reverse also works, if its identifier is greater than the identifier of the other device it becomes master.
  • the master formatting module formats the input stream as if it were alone. In addition, it sends regularly, for example for each mega-frame, a synchronization message to the slave formatting module. This message contains the time tag of the current mega-frame as well as the continuity counter of the MIP packet inserted in this mega-frame.
  • the slave formatting module verifies that the value of the time tag it calculates for the same mega-frame is identical to that received from the master. A slight shift is acceptable. In the exemplary embodiment, the allowed offset is a micro second. If the difference between the two time tags is greater than the allowable offset, a time slaving phase is undertaken by the slave formatting module.
  • the slave module recalculates as soon as a drift is detected to remain temporally enslaved on the master module.
  • the two modules are synchronized with each other.
  • the slave module also checks the continuity counter of the MIP packet received from the master and compares it with the one it generates. In case of divergence, it takes the value of the master. It is important to distinguish between the different synchronization mechanisms implemented in the system.
  • the first synchronization mechanism is the conventional synchronization mechanism of the formatting module which consists of a servo on the received reference clock signals. This mechanism is implemented at the start of the device and after a loss of reference clock signals as soon as they become correct again.
  • a second synchronization mechanism is the mechanism used by the modulator to synchronize with the received stream. It consists of slaving the transmission of the signal on the temporal information contained in the stream, in this case in the MIP packets.
  • the third synchronization mechanism is that provided by the invention between the master formatting module and the slave. It consists for the slave module, already synchronized to the reference clocks according to the first synchronization mechanism, when it finds an offset between the time information that it calculates and those received from the master to wedge on it. The repetition period of the mega-frame generator being deterministic, the slave module recalibrates and verifies in the next mega-frame that it has found the synchronization with the master. If it does not, it starts again until it has synchronized with it.
  • the master formatting module As soon as the master formatting module loses one of these input signals, flow or reference clock, it switches to slave mode and sends a message signaling it to the other module. On receipt of such a message, the other formatting module which is in the slave state immediately assumes the status of master provided that these input signals are correct.
  • the method of synchronization between the two formatting modules involves the use of four types of synchronization messages.
  • a first type consists of a status request. This status request is sent periodically, for example every 5 mega-frames. If a device does not receive a response to its status request at the end of a given time, for example the generation time of 15 mega-frames, it takes the status of master to the condition that his entries are correct.
  • a second type consists of status messages. These messages are used to notify the other module of the status, master or slave, in which one is.
  • the status also includes the state of the entries of the formatting module, as well as the unique identifier allowing the election step of the master.
  • a third type of message consists of the synchronization message sent by the master and received by the slave. It is sent, for example, all the megatrams and containing the continuity counter of the MIP packet and the corresponding time tag. This type of message is used to perform the actual synchronization between the two formatting modules.
  • a last type of message is the signal loss message to indicate to the other module that some of the input signals have just been lost and that the status of slave has accordingly been changed.
  • the status messages are routinely sent periodically and not in response to a status request message. This last type of message then becomes useless.
  • the synchronization method described here can be obviously extended to the synchronization of three or more formatting modules.
  • the same election process ensures that only one of the modules is master at a given moment, the others being slaves and synchronizing with the master.
  • This method is not limited to the DVB framework but can be applied when duplicating a formatting module for synchronized stream distribution.
  • This formatting is done from a received reference clock signal and involves the insertion of synchronization time tags in the stream.
  • the invention then operates by transmitting these time tags from the master to the slave and is not related to the MIP packet synchronization mechanism itself which is only one example.
  • the two modules When the two modules are synchronized with each other, they generate flows themselves synchronized in the sense that the mega-frames generated by the two modules contain the same data, start at the same time and contain MIP synchronization packets carrying the same counter of continuity and the same temporal label, the notion of the same instant and of the same temporal label being understood as the allowable offset ready.
  • a modulator can therefore switch between the two streams without becoming out of sync.
  • the two flows are not necessarily perfectly identical.
  • the flow management causes the introduction into the flow of stuffing packets. This rate management is not completely deterministic and it may happen that a data packet and a stuffing packet are inverted in both flows.
  • a switchover between the data packet and the inverted stuff packet will therefore result in either the non-receipt of a data packet or its double reception. It is therefore possible to lose a data packet and therefore very occasionally to obtain a service interruption. But this one will be of short duration, of the order of the image or to the maximum of a group of images (GOP) encoded in a linked way. In any case, the modulator will not lose its synchronization and will not be obliged to start a synchronization step. In general, no disruption of service will be caused by the switchover and in the rare event that it occurs, it will be short-lived.

Abstract

Dans le domaine de la diffusion de services numériques à destination de terminaux de restitution de ces services, on s'intéresse au problème de la synchronisation dans le cadre de réseau d'émission sur une seule fréquence de modulation et à la fiabilité de la chaîne de diffusion par redondance d'équipement. La présente invention propose un système de diffusion disposant d'un module de formatage dupliqué. Ce système autorise un modulateur à basculer entre les deux flux générés par les deux modules de formatage sans se désynchroniser. Ces modules de formatages sont synchronisés entre eux pour générer des flux synchronisés. Ainsi, lorsqu'un modulateur est amené à basculer d'un premier flux généré par l'un des modules de formatage sur un second flux généré par un second module de formatage, ce basculement peut s'effectuer sans nécessiter d'étape de resynchronisation. On évite ainsi qu'un incident intervenant sur la génération du flux n'entraîne systématiquement une interruption de service due à la resynchronisation du modulateur.

Description

Procédé de synchronisation d'une pluralité de modules de formatage
La présente invention concerne le domaine de la diffusion de services numériques à destination de terminaux de restitution de ces services. Plus particulièrement, on s'intéresse au problème de la synchronisation dans le cadre de réseau d'émission sur une seule fréquence de modulation et à la fiabilité de la chaîne de diffusion par redondance d'équipement.
Un exemple de chaîne de diffusion typique de services numériques est illustré Fig. 1. Les services sont encodés individuellement par un ensemble d'encodeurs 1.1. Ces encodeurs disposent des médias composant le service. Ces médias peuvent être composés de séquences vidéo, de séquences audio, de texte ou encore d'applications interactives. En sortie d'un encodeur, on dispose d'un flux de données numériques composé d'un ensemble de paquets issus des flux élémentaires vidéo, audio ou autres, composant le service.
Ces services sont ensuite multiplexes par le multiplexeur 1.2. Cette opération consiste à construire un flux mélangeant les paquets de données des différents services devant être diffusés. Il en résulte un flux de données numériques comportant les données des différents services. Plusieurs formats de données peuvent être utilisés, en particulier le format de flux de transport MPEG-2 ou MPEG-2 TS pour Moving Picture Experts Group en anglais décrit dans le document normatif ISO/CEI 13818-1, ainsi que le format IP.
Dans le cadre d'une émission hertzienne, le flux est destiné à être émis sous la forme d'un signal radio par un ou plusieurs modulateurs 1.4. La gestion de la ressource radio par ces modulateurs et en particulier la gestion des interférences pouvant se produire entre les signaux émis par ces différents modulateurs peuvent être réglées de différentes façons. En particulier, un mode de diffusion prévoit que le flux de données émis par les différents modulateurs est toujours transmis sur la même fréquence et au même instant. On appelle ce mode de diffusion un mode SFN {Single Frequency Network en anglais).
Dans un tel réseau SFN, il est nécessaire de synchroniser finement les signaux émis par les différents modulateurs pour éviter l'apparition de phénomènes d'interférence dans les régions frontalières aux limites des zones de réception de plusieurs modulateurs. Dans ces zones, le signal reçu par un terminal est composé des signaux émis par au moins deux modulateurs.
Cette synchronisation est obtenue par un module de formatage du flux 1.3 dont la fonction est de formater le flux devant être diffusé en vue d'une émission radio synchronisée par une pluralité de modulateurs. Ce formatage peut, par exemple, consister en l'insertion de marques de synchronisations dans le flux. Ces marques servent alors au modulateur à synchroniser l'émission du signal. Ce dispositif utilisant avantageusement une horloge commune reçue tant par le module de formatage 1.3 que par les modulateurs 1.4. Cette horloge peut, par exemple, être diffusée par le système satellite GPS {Global Positioning System en anglais). Le flux est diffusé entre le module de formatage 1.3 et les modulateurs 1.4 par un réseau de distribution pouvant emprunter divers types de liens comme des liens satellites, hertziens ou câbles. Ces types de lien n'offrent pas tous une fiabilité de transmission totale. D'autre part, il arrive également que la réception des horloges nécessaires au formatage par le module de formatage du flux subisse des incidents. Confrontés à ces difficultés, les modulateurs peuvent perdre leur synchronisation avec le flux reçu. Ces pertes de synchronisation nécessitent une resynchronisation pouvant prendre jusqu'à une minute et entraînant une interruption de service préjudiciable à la qualité de service perçue par l'utilisateur. Des tentatives pour fiabiliser la chaîne de diffusion ont consisté à introduire un second module de formatage permettant à partir d'un même flux reçu de générer deux flux à destination du ou des modulateurs. Malheureusement, lorsque la génération d'un flux par l'un des modules de formatage subit un aléa, le basculement sur le flux de secours généré par le second module de formatage induit généralement une étape de synchronisation du modulateur sur ce second flux.
La présente invention vise à résoudre ce problème par un système de diffusion disposant d'un module de formatage dupliqué. Ce système autorise un modulateur à basculer entre les deux flux générés par les deux modules de formatage sans se désynchroniser. Ces modules de formatage sont synchronisés entre eux pour générer des flux synchronisés. Ainsi, lorsqu'un modulateur est amené à basculer d'un premier flux généré par l'un des modules de formatage sur un second flux généré par un second module de formatage, ce basculement peut s'effectuer sans nécessiter d'étape de resynchronisation. On évite ainsi qu'un incident intervenant sur la génération du flux n'entraîne systématiquement une interruption de service due à la resynchronisation du modulateur.
L'invention concerne un procédé de synchronisation d'une pluralité de modules de formatage en vue d'une diffusion synchronisée de flux de services numériques, chaque module de formatage recevant au moins un flux à formater en entrée, au moins un signal d'horloge de référence et générant au moins un flux de sortie correspondant au flux d'entrée formaté en fonction du signal d'horloge de référence reçu.
Ledit procédé comporte une étape d'élection d'un module de formatage parmi la pluralité comme ayant le statut de maître, les autres modules ayant le statut d'esclave ; une étape d'envoi périodique d'une étiquette temporelle utilisée par le module maître dans l'opération de formatage du flux aux modules esclaves et une étape d'asservissement temporel de l'opération de formatage du flux par les modules esclaves en fonction de l'étiquette temporelle reçue du module maître.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape de comparaison d'un compteur de continuité de l'étiquette temporelle utilisée par le module esclave avec le compteur de continuité de l' étiquette correspondante reçue du module maître, le module esclave adoptant pour son étiquette temporelle le compteur de continuité de l'étiquette du maître en cas de divergence. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape consistant à prendre le statut d'esclave pour le module maître dès que la réception du flux d'entrée ou d'un signal d'horloge de référence n'est plus correcte. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape consistant à prendre le statut de maître pour un module esclave, ayant tous ses signaux d'entrée corrects, lorsqu'il reçoit un message indiquant que les autres modules de la pluralité n'ont pas tous leurs signaux d'entrée corrects.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre, pour un module esclave ou maître ayant tous ses signaux d'entrée corrects, lorsqu'il reçoit un message d'au moins un autre module ayant lui aussi ses signaux d'entrée corrects, une étape d'élection pour déterminer s'il prend le statut de maître ou d'esclave de façon à ce qu'un des modules ayant ses signaux d'entrée corrects prenne le statut de maître, les autres prenant le statut d'esclave.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape consistant pour chaque module de formatage à envoyer périodiquement son statut aux autres modules.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'envoi périodique de statut se fait en réponse à une requête de statut de la part des autres modules.
L'invention concerne également un dispositif de formatage en vue d'une diffusion synchronisée de flux de services numériques, recevant au moins un flux à formater en entrée, au moins un signal d'horloge de référence et générant au moins un flux de sortie correspondant au flux d'entrée formaté en fonction du signal d'horloge de référence reçu. Ledit dispositif comporte des moyens de communication avec au moins un autre dispositif de formatage, lui même et ces autres dispositifs de formatage formant une pluralité de dispositifs de formatage ; des moyens d'élection d'un dispositif de formatage parmi la pluralité comme ayant le statut de maître, les autres modules ayant le statut d'esclave ; des moyens d'envoi périodique d'une étiquette temporelle utilisée par le module maître dans l'opération de formatage du flux aux modules esclaves et des moyens d'asservissement temporel de l'opération de formatage du flux par les modules esclaves en fonction de l'étiquette temporelle reçue du module maître.
L'invention concerne également un système de diffusion de services numériques comportant une pluralité de modules de formatage tels que précédemment décrits. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : La Fig. 1 illustre un exemple de chaîne de distribution numérique,
La Fig. 2 illustre un exemple de structure d'un flux formaté en vue d'une diffusion synchronisée,
La Fig. 3 illustre l'architecture des modules de formatage de flux selon un exemple de réalisation de l'invention. L'exemple de réalisation est décrit dans le cadre d'une diffusion de services numériques selon la norme DVB (Digital Video Broadcasting en anglais), en particulier dans le cadre de la norme DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld en anglais) décrite dans le document "ETSI EN 302 304, DVB-H - Transmission System for Handheld Terminais" et de la norme DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial en anglais) décrite dans le document "ETSI EN 300 744 V 1.5.1, Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial télévision". Mais l'homme du métier comprend que la présente invention peut s'appliquer dans tout système de diffusion de services numériques dès lors que ce système nécessite l'utilisation d'un module de formatage du flux en vue d'une diffusion synchronisée, en particulier dans tout réseau de diffusion SFN.
La synchronisation des modulateurs se fait, dans ce contexte, selon le mécanisme décrit dans le document ETSI TS 101 191 « Digital Video Broadcasting (DVB) ; DVB mega-frame for Single Frequency Network (SFN) synchronisation ». Ce document décrit comment le module de formatage, appelé ici SFN adapter, introduit des paquets appelés paquets MIP dans le flux. Ce flux est décomposé en méga-trames (Mega-frame en anglais). Chaque méga-trame est composée d'un nombre n de paquets TS (Transport Stream en anglais), ce nombre n dépendant de la modulation adoptée. Il est illustré Fig. 2. Sur cette figure, les paquets TS du flux sont numérotés en fonction de leur place dans la méga-trame du premier paquet MFP #0, référencé 2.1, au paquet MFP #n-l, référencé 2.3, où « n » et le nombre de paquets TS dans la méga-trame. Au sein de la méga-trame, un paquet d'initialisation, référencé 2.2, est introduit, ce paquet est appelé paquet MIP (Mega-frame Initialization Packet en anglais) et possède un identifiant PID dédié. Ce paquet MIP permet d'identifier précisément le premier paquet de la méga-trame suivante. Il possède également une marque temporelle (timestamp en anglais) indiquant la différence entre le dernier top d'une horloge de période, une seconde de référence qui précède le début de la mégatrame suivante et le début effectif de cette méga-trame suivante. Cette marque temporelle est appelée STS {Synchronization Time Stamp en anglais). L'horloge de référence est généralement obtenue par le biais d'un récepteur GPS (Global Positioning System en anglais). La marque temporelle STS est exprimée en pas de 100 ns.
La fonction principale du module de formatage du flux, ou SFN adapter, est donc de découper le flux en méga-trames et d'y insérer les paquets MIP, un par mégatrame, permettant la synchronisation des modulateurs. De manière duale, le modulateur synchronise l'émission du signal transmettant le flux en se calant sur les paquets MIP reçus. Cela permet de caler temporellement précisément l'émission des données des méga-trames en fonction de l'horloge de référence reçue. Lors d'une perte de synchronisation qui peut être due à un problème de réception des horloges de référence ou à des problèmes de transmission, il est nécessaire de resynchroniser le modulateur avant de pouvoir reprendre l'émission. Cette resynchronisation peut prendre du temps, jusqu'à une minute dans des cas réels. Cela se traduit par des interruptions de service pour l'utilisateur. Le module de formatage génère donc au moins un flux de sortie correspondant à au moins un flux d'entrée formaté en fonction du signal d'horloge de référence reçu.
Un premier moyen pour améliorer la fiabilité de la diffusion consiste à dupliquer le module de formatage du flux. Une telle solution est illustrée Fig. 3. Le flux de données, au format MPEG-2 TS, référencé 3.4 est dupliqué pour être admis en entrée de deux modules de formatage 3.1 et 3.2. Chacun de ces modules formate le flux reçu en entrée en vue d'une diffusion synchronisée. En l'occurrence, dans le cadre de l'exemple de réalisation, ce formatage consiste à insérer des paquets MIP dans le flux. Les flux ainsi formatés sont transportés par un réseau de distribution à destination des modulateurs 3.3, un seul étant représenté sur la figure. Avantageusement, le réseau de distribution peut être différent pour chacun des flux issus des modules de formatage. Ceci permet que les deux flux ne subissent pas les mêmes aléas de transmission en étant transportés par le même réseau. Le modulateur est adapté pour recevoir les deux flux.
Alternativement, la sélection du flux d'entrée du modulateur peut être confiée à un module dédié. Ce module de sélection accepte en entrée les flux issus des modules de formatage. Il est chargé de sélectionner l'entrée correcte et d'effectuer les basculements lorsque un des flux n'est plus correct. Il possède une sortie sur laquelle il redirige l'entrée sélectionnée. Cette sortie alimente un réseau de distribution à destination de plusieurs modulateurs.
En mode nominal, le modulateur émet un signal correspondant à l'un des flux reçus. Il est alors synchronisé sur ce flux. En cas de problème dans la réception par le modulateur du flux émis, il peut basculer sur la seconde entrée et émettre un signal issu du second flux. En l'état, rien ne garantit que les deux flux reçus par le modulateur soient synchronisés et que les informations temporelles émises au sein des paquets MIP par les deux modules de formatage correspondent. Un basculement entraîne donc généralement une phase de synchronisation du modulateur sur le second flux.
Pour résoudre ce problème, un lien 3.5 est ajouté entre les deux modules de formatage 3.1 et 3.2. Ce lien de communication sera avantageusement un lien dont la latence est déterministe. Ce lien peut, par exemple, être constitué d'un lien série, d'une connexion IP sur Ethernet, d'une fibre, d'un lien coaxial ou autres. Ce lien de connexion permet l'échange de messages par les deux modules de formatage. Ces échanges de messages permettent de synchroniser ces deux modules pour permettre de générer deux flux synchronisés.
Les deux modules de formatage fonctionnent selon un schéma maître esclave.
Le schéma de synchronisation entre les appareils est conçu de telle sorte que chaque appareil puisse déterminer à tout instant son statut de maître ou d'esclave. A tout instant, un seul des deux appareils peut être maître. Le maître impose sa synchronisation à l'appareil esclave.
Chaque module de formatage reçoit en entrée un flux à formater. Il reçoit également des informations temporelles qui lui permettent de gérer ses opérations de formatage temporel du flux. Ces informations sont constituées des horloges GPS dans l'exemple de réalisation. De plus, il peut émettre et recevoir des messages de synchronisation via le lien 3.5. Le formatage du flux consiste à construire à partir des paquets TS reçus des méga-trames constituant le flux de sortie. Chaque méga-trame est constituée d'un certain nombre de paquets du flux d'entrée et d'un paquet MIP construit et inséré dans la méga-trame. Eventuellement, la méga-trame peut être complétée par des données de bourrage pour réguler le débit du flux. Chaque paquet MIP est constitué d'un compteur de continuité et d'une information temporelle relative au moment de l'émission de la prochaine méga-trame. Cette information temporelle est donnée relativement aux horloges GPS reçues. En mode de fonctionnement nominal, dans le cadre de l'invention, pour chacun des modules de formatage un module de gestion de la construction de ces paquets MIP est initialisé et asservi sur les horloges GPS. Chaque appareil est à même de générer le flux de sortie en fonction de ses entrées. Le module de formatage est alors dit synchronisé. Lorsque la réception du flux d'entrée ou des horloges de référence subit une interruption, l'appareil n'est plus en état de générer correctement le flux de sortie. Il est alors dit désynchronisé. Dans cet état désynchronisé, la sortie de l'appareil est interrompue. Le retour d'une réception correcte des entrées initie une phase de resynchronisation nécessaire pour que le module de génération des paquets MIP soit de nouveau correctement asservi aux horloges et à même de générer les paquets MIP corrects au sein des méga-trames. Au démarrage du système, une phase d'autonégociation permet de définir l'appareil maître et l'appareil esclave. Les deux appareils sont initialement dans un état esclave. Chaque appareil envoie à l'autre un message de demande de statut. A la réception d'une demande de statut, l'appareil renvoie son statut à l'auteur de la demande. Le statut comprend l'état de réception des signaux d'horloge de référence et l'état de réception du flux d'entrée. Il envoie également un identificateur unique. Cet identificateur est unique dans le sens qu'il est forcément différent pour chaque appareil. Cet identificateur peut, par exemple, être constitué de l'adresse MAC de l'appareil ou du moins d'une partie de cette adresse. Il peut également s'agir d'un numéro de série. Tout identificateur dont la valeur est propre à l'appareil peut ici être utilisé.
Si un appareil a l'un de ses signaux d'entrée, flux ou horloges, qui n'est pas reçu correctement, il prend automatiquement le statut d'esclave. Si un appareil a tous ses signaux corrects et que le message de statut reçu de l'autre appareil lui indique que l'autre appareil n'a pas tous ses signaux corrects, il prend le statut de maître.
Si un appareil a tous ses signaux corrects et que le message de statut reçu de l'autre appareil lui indique que l'autre appareil a également tous ses signaux corrects il effectue une étape d'élection de l'appareil maître. Cette étape d'élection consiste en une comparaison de son identificateur et de l'identificateur de l'autre appareil qu'il a reçu dans le message. En fonction de ce test de comparaison il prend le statut d'esclave ou de maître. Ceci est un exemple, l'inverse fonctionne également, si son identificateur est supérieur à l'identificateur de l'autre appareil il devient maître.
L'important ici est que les deux appareils arrivent au même choix de celui qui devient maître et de celui qui reste esclave.
Le module de formatage maître formate le flux d'entrée comme s'il était seul. De plus, il envoie régulièrement, par exemple pour chaque méga-trame, un message de synchronisation au module de formatage esclave. Ce message contient l'étiquette temporelle de la méga-trame courante ainsi que le compteur de continuité du paquet MIP inséré dans cette méga-trame. Le module de formatage esclave vérifie que la valeur de l'étiquette temporelle qu'il calcule pour la même méga-trame est identique à celle reçue du maître. Un léger décalage est admissible. Dans l'exemple de réalisation, le décalage admis est d'une micro seconde. Si la différence entre les deux étiquettes temporelles est supérieure au décalage admissible, une phase d'asservissement temporel est entreprise par le module de formatage esclave. Il fera commencer la prochaine méga-trame qu'il génère à un instant correspondant à la valeur de l'étiquette temporelle reçue plus la durée théorique d'une méga-trame. De cette façon, le module esclave se recale dès qu'une dérive est détectée pour rester asservi temporellement sur le module maître. Les deux modules sont donc synchronisés entre eux.
Le module esclave vérifie également le compteur de continuité du paquet MIP reçu du maître et le compare à celui qu'il génère. En cas de divergence, il prend la valeur du maître. II faut bien faire la différence entre les différents mécanismes de synchronisation mis en œuvre dans le système. Le premier mécanisme de synchronisation est le mécanisme de synchronisation classique du module de formatage qui consiste en un asservissement sur les signaux d'horloge de référence reçus. Ce mécanisme est mis en œuvre au démarrage de l'appareil et après une perte des signaux d'horloge de référence dès que ceux-ci redeviennent corrects. Un second mécanisme de synchronisation est le mécanisme utilisé par le modulateur pour se synchroniser sur le flux reçu. Il consiste à asservir l'émission du signal sur les informations temporelles contenues dans le flux, en l'occurrence dans les paquets MIP. Le troisième mécanisme de synchronisation est celui apporté par l'invention entre le module de formatage maître et l'esclave. Il consiste pour le module esclave, déjà synchronisé sur les horloges de référence selon le premier mécanisme de synchronisation, lorsqu'il constate un décalage entre les informations temporelles qu'il calcule et celles reçues du maître à se caler sur celle-ci. La période de répétition du générateur de méga-trame étant déterministe, le module esclave se recale et vérifie lors de la méga-trame suivante qu'il a retrouvé la synchronisation avec le maître. Si ce n'est pas le cas, il recommence jusqu'à ce qu'il se soit synchronisé ave lui.
Dès que le module de formatage maître perd un de ces signaux d'entrée, flux ou horloge de référence, il passe en mode esclave et envoie un message le signalant à l'autre module. Sur réception d'un tel message, l'autre module de formatage qui est dans l'état esclave prend immédiatement le statut de maître à la condition que ces signaux d'entrée soient corrects.
Dans le cas où les deux modules de formatage sont dans un état où leurs signaux d'entrée sont incorrects, aucun des deux n'est en mesure de prendre le statut de maître et d'émettre un flux correct en sortie. Cette situation rare, d'erreurs sur les deux modules conduit à une interruption de service. Dans l'exemple de réalisation, le procédé de synchronisation entre les deux modules de formatage implique l'utilisation de quatre types de messages de synchronisation.
Un premier type consiste en une demande de statut. Cette demande de statut est envoyée de manière périodique, par exemple toutes les 5 méga-trames. Si un appareil ne reçoit pas de réponse à sa demande de statut au bout d'un temps donné, par exemple le temps de génération de 15 méga-trames, il prend le statut de maître à la condition que ses entrées soient correctes.
Un second type est constitué des messages de statut. Ces messages servent à notifier l'autre module du statut, maître ou esclave, dans lequel on se trouve. Avantageusement, le statut comprend également l'état des entrées du module de formatage, ainsi que l'identificateur unique permettant l'étape d'élection du maître.
Un troisième type de message est constitué du message de synchronisation, envoyé par le maître et reçu par l'esclave. Il est envoyé par exemple toutes les mégatrames et contenant le compteur de continuité du paquet MIP et l'étiquette temporelle correspondante. Ce type de message est utilisé pour effectuer la synchronisation effective entre les deux modules de formatage.
Un dernier type de message est le message de perte de signaux pour indiquer à l'autre module que l'on vient de perdre certains des signaux d'entrée et que l'on passe en conséquence en statut d'esclave.
Il est possible de modifier ces messages sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, dans un mode de réalisation alternatif, les messages de statut sont envoyés systématiquement de manière périodique et non en réponse à un message de demande de statut. Ce dernier type de message devient alors inutile.
Le procédé de synchronisation ici décrit peut s'étendre de manière évidente à la synchronisation de trois ou plus modules de formatage. Le même procédé d'élection garantissant qu'un seul des modules est maître à un instant donné, les autres étant esclaves et se synchronisant sur le maître. Ce procédé n'est pas limité au cadre DVB mais peut s'appliquer dès lors que l'on duplique un module de formatage en vue d'une diffusion synchronisée de flux. Ce formatage se faisant à partir d'un signal d'horloge de référence reçu et impliquant l'insertion d'étiquettes temporelles de synchronisation dans le flux. L'invention fonctionne alors par transmission de ces étiquettes temporelles du maître vers l'esclave et n'est pas lié au mécanisme de synchronisation par paquet MIP proprement dit qui n'en est qu'un exemple.
Lorsque les deux modules sont synchronisés entre eux, ils génèrent des flux eux- même synchronisés dans le sens où les méga-trames générées par les deux modules contiennent les mêmes données, démarrent au même instant et contiennent des paquets de synchronisation MIP portant le même compteur de continuité et la même étiquette temporelle, la notion de même instant et de même étiquette temporelle se comprenant au décalage admissible prêt. Un modulateur peut donc basculer entre les deux flux sans se désynchroniser. Pour autant, les deux flux ne sont pas nécessairement parfaitement identiques. En particulier, la gestion de débit entraîne l'introduction dans le flux de paquets de bourrage. Cette gestion du débit n'est pas totalement déterministe et il peut arriver qu'un paquet de données et un paquet de bourrage soient insérés de manière inversée dans les deux flux. Un basculement intervenant entre le paquet de données et le paquet de bourrage inversé entraînera donc soit la non réception d'un paquet de données soit sa double réception. Il est donc possible de perdre un paquet de données et donc très occasionnellement d'obtenir une interruption de service. Mais celle-ci sera de courte durée, de l'ordre de l'image ou au maximum d'un groupe d'images (GOP) encodées de manière liée. Dans tous les cas, le modulateur ne perdra pas sa synchronisation et ne sera pas obligé d'entamer une étape de synchronisation. En général, aucune interruption de service ne sera provoquée par le basculement et dans les rares cas où elle se produirait, elle serait de courte durée.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Procédé de synchronisation d'une pluralité de modules de formatage en vue d'une diffusion synchronisée de flux de services numériques, chaque module de formatage recevant au moins un flux à formater en entrée, au moins un signal d'horloge de référence et générant au moins un flux de sortie correspondant au flux d'entrée formaté en fonction du signal d'horloge de référence reçu, caractérisé en ce que ledit procédé comporte :
- une étape d'élection d'un module de formatage parmi la pluralité comme ayant le statut de maître, les autres modules ayant le statut d'esclave ;
- une étape d'envoi périodique d'une étiquette temporelle utilisée par le module maître dans l'opération de formatage du flux aux modules esclaves ;
- une étape d'asservissement temporel de l'opération de formatage du flux par les modules esclaves en fonction de l'étiquette temporelle reçue du module maître.
2/ Procédé de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre une étape de comparaison d'un compteur de continuité de l'étiquette temporelle utilisée par le module esclave avec le compteur de continuité de l'étiquette correspondante reçue du module maître, le module esclave adoptant pour son étiquette temporelle le compteur de continuité de l'étiquette du maître en cas de divergence.
3/ Procédé de synchronisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre une étape consistant à prendre le statut d'esclave pour le module maître dès que la réception du flux d'entrée ou d'un signal d'horloge de référence n'est plus correcte.
4/ Procédé de synchronisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre une étape consistant à prendre le statut de maître pour un module esclave, ayant tous ses signaux d'entrée corrects, lorsqu'il reçoit un message indiquant que les autres modules de la pluralité n'ont pas tous leurs signaux d'entrée corrects. 5/ Procédé de synchronisation selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre, pour un module esclave ou maître ayant tous ses signaux d'entrée corrects, lorsqu'il reçoit un message d'au moins un autre module ayant lui aussi ses signaux d'entrée corrects, une étape d'élection pour déterminer s'il prend le statut de maître ou d'esclave de façon à ce qu'un des modules ayant ses signaux d'entrée corrects prenne le statut de maître, les autres prenant le statut d'esclave.
6/ Procédé de synchronisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant pour chaque module de formatage à envoyer périodiquement son statut aux autres modules.
Il Procédé de synchronisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'envoi périodique de statut se fait en réponse à une requête de statut de la part des autres modules.
8/ Dispositif de formatage en vue d'une diffusion synchronisée de flux de services numériques, recevant au moins un flux à formater en entrée, au moins un signal d'horloge de référence et générant au moins un flux de sortie correspondant au flux d'entrée formaté en fonction du signal d'horloge de référence reçu, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte :
- des moyens de communication avec au moins un autre dispositif de formatage, lui même et ces autres dispositifs de formatage formant une pluralité de dispositifs de formatage ; - des moyens d'élection d'un dispositif de formatage parmi la pluralité comme ayant le statut de maître, les autres modules ayant le statut d'esclave ;
- des moyens d'envoi périodique d'une étiquette temporelle utilisée par le module maître dans l'opération de formatage du flux aux modules esclaves ;
- des moyens d'asservissement temporel de l'opération de formatage du flux par les modules esclaves en fonction de l'étiquette temporelle reçue du module maître.
9/ Système de diffusion de services numériques comportant une pluralité de modules de formatage selon la revendication 8.
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