彙編傳輸數據包系統中的壓縮數據處理器的製作方法

2023-10-08 23:51:09 3

專利名稱：彙編傳輸數據包系統中的壓縮數據處理器的製作方法
技術領域：
本發明涉及數位訊號處理領域，更具體地說涉及用於處理包含在(例如)一個高清晰度電視系統中傳送編碼MPEG式數據的傳送包的數據流的方法和設備。
Acampora等人美國專利5，168，356描述了一種用於處理須經MPEG式可復長度編碼的高清晰度電視(HDTV)信號的系統。MPEG是由圓標標準化組織建立的一種標準的編碼格式。該標準描述於文獻「國際標準化組織」，中適用於數字存儲媒體的移動圖象與伴章的編碼的ISO/IECDIS11172(1991年11月23日修訂)標準，該文件引入本文，供說明一般編碼格式時參改。在Acapora等人的該系統中，代碼字是賦以優先權的反映基在數據流中的高優先權和低優先信息。該代碼字數據流被傳到一個傳輸處理器，該處理器將代碼字數據的縮(packs)成各包括標題節和壓縮數據的有效負載節的傳輸單元，並提供高優先級和低優先級的數據流輸出。
該傳輸處理器一個主要功能是將由選前優先級處理器產生的可復長度代碼字數據組合成壓縮數據字。壓縮字的累加即將之為數據包是以一傳輸標題開始。
這種傳輸包格式增加接收機端的再同步和信號恢復性能，例如由於傳輸頻道幹擾引起破壞以後，由於提供了標題數據，接收機就能由此確定發送數據一旦發生丟失或破壞時，重新進入數據流的重入點。由於在一個包的邊界開始一組圖象(GOP)也有利於在MPEG解碼器的數據同步。正如將要看到的一個GOP即是欲成為有助於隨機存取的一個編碼視頻位流序列的一系列一幅或多幅圖象或幀。照MPEG標準的系統中通過響應內編碼(intracoded)I-幀圖象開始代碼字，以及通過將圖象開始代碼字置於包的邊界，也便於再同步。
根據本發明原理，在一個傳送數據包中可變長度代碼字(例如MPEG代碼字)的系統中，具有少於予定字數的不完全數據包用非一操作「零字」組裝。以產生一個固定長度包，並定義一個可出現規定代碼字的包間(inter-Packet)邊界。
在本文所揭示的一個最佳實施例中，一個專用代碼字，包對齊標記(PAF)被插入一個MPEG數據流，以表示圖象組(GOP)的開始。該PAF緊接在開始一個GOP的內編碼(intracoded)「I」幀的圖象開始代碼字之前。該PAF指示圖象開始代碼字即將出現，並擁有這樣一個時鐘周期，即在此時鐘周期期間，執行某些「內務處理」功能後，再在下一包的起始點出現圖象開始代碼字。這些內務處理功能包括(例如)將累加器置零，檢查標題狀態，以及當PAF出現時，對建造中的數據包產生一最後字指示符。一旦PAF出現，由於規定在一數據包邊界開始一GOP，而終結構造中的數據包。這種終結可導致包含少於規定組裝字數的短縮包。該短縮數據包被填充以空(零位)字，以建立一個具有規定字數的完全數據包，並定義一個圖象開始代碼字可出現的包間邊界。三十個32-位固定長度的字構成一個數據包，該數據包被冠以一個32-位的標題。
附圖中

圖1是根據本發明的包含數據字控制器，數據包形成器(datapacker)和數據/標題組合設備的視頻信號編碼器一部分的方塊圖。
圖2A，2B和2C表示圖1的字控制器和數據包形成器的細節。
圖3是與圖2A所示字狀態控制器的操作相關的真值表。
圖4表示一個壓縮數據彙編程序網絡的細節。
圖5至16描繪了最後字產生的幾個實例。
圖17表示圖1所示數據和標題組合單元的細節。
圖18是與圖17所示狀態控制器操作相關的狀態圖。
圖19是包含根據本發明設備的一個HDTV編碼系統的方塊圖。
圖20A和20B是對編碼視頻信號的圖象場/幀序列的示意表示。
圖21是對由圖19系統中編碼/壓縮設備產生的數據塊形成的示意表示。
圖22是對由圖19系統中編碼/壓縮設備提供的數據格式的一種通用示意性表示。
圖1是一個傳輸處理器的數據包形成器12和壓縮數據字控制器10的方塊圖。正如前面已提及，傳輸處理器的一個主要功能是將可變長度的代碼字數據壓縮成固定長度(例如32位)的數據字。30個累計數據字構成一個數據包，該數據包最後由一傳輸標題開始。這樣一種傳輸處理器可應用於一個為處理MPEG式壓縮視頻信號的系統中，正如後面將對圖19所作論述那樣。有關MPEG格式化和處理過程的其他特性將結合圖20，21和22討論。
控制器10監控與包對齊標記[PocketAlignmentFlag(PAF)]相應的長度數據字的累計，以確定由一可變長度代碼字流彙編成的32-位數據字的完成，以及960-位長的數據包的完成。該長度數據是一個定義其長度的與一個可變長度代碼字一致的六位並行字。該長度的二進位值表示與實際代表待傳輸的MPEG代碼字的可變長度代碼字一致的位數。每個可變長度代碼字以代表MPEG代碼的有效位(1至32)的可變位數出現在一條32位寬的總線上。
PAF是通過輸入處理器14如此形成，以使PAF出現在一組圖象開始時的MPEG「I」(內編碼)幀圖象開始代碼字剛好前一個代碼字。PAF可通過利用-數據比較器檢測I幀圖象開始代碼字的出現來產生。單元14還包括一個信號延遲網絡，用以處理圖象開始代碼字和PAF，以使PAF出現在代碼字時鐘周期中剛好在I幀圖象開始代碼字之前。該延遲網絡還保證加到單元10和12的輸出信號呈現正確的時間同步。
字地址被傳送到數據包形成器12，該數據包形成器接收用於組裝的可變長度代碼字，以確保輸入可變長度代碼字的正確連結。字控制信號也被送到包形成器12，以便說明短字，標誌一個包中的最後字和保證30個壓縮數據字序列與相應傳輸標題正確對齊。控制器10通過累加長度字的二進位值來跟蹤壓縮的完成。每個值代表相關代碼字中的有效位數。當已累計有960位時便完成了一個包。這種計數的起點，或說初始化是通過PAF的出現，使控制器10內的內部累加器置零而形成的。
包形成器12藉助一根32位的並行數據總線接收可變長度代碼字(VLC)。在來自控制器10的信號管理下，將有效位壓縮成32位字。為適應最終的MPEG比特串行傳輸次序而安排連結。來自單元12的壓縮數據以一可變的字率被送到數據和標題組合器15的輸入FIFO數據緩衝器16。組合器15還接收來自形成器12的數據字使能信號，使有效數據能被寫入組合器15中的FIFO數據緩衝器16。除了PAF強制成短包外，一旦已傳送了30個這樣的字便形成一個完全的數據包。由包形成器12產生的最後字指示符標誌著本例中一個正常包內的第三十個字，或因出現PAF而縮短的包中的最後一個字。
每當壓縮數據字是可用時該壓縮數據字便被傳送到數據/標題組合器15。同樣，每當標題可用時，便將傳輸標題從標題發生器18傳送到組合器15中輸入FIFO標題緩衝器17。標題發生器18用來形成標題的信息是從輸入處理器14和字控制器10獲得的。一個標題寫使能信號表示一個標題是可用的，並使這些標題能寫入FIFO17。組合器15在每個壓縮數據有效負載之前冠以適當標題，並將由此形成的傳輸包或塊轉至如圖19可見的輸出速率緩衝器。組合器15還產生一個輸出數據就緒信號，以表示壓縮數據字或傳輸標題已準備就緒等待轉送。一個標題指示符信號表示標題進行傳送過程的時鐘周期。該信號充當一個傳輸包邊界的標記，致使諸如正向糾錯(FEC)之類的後繼操作可被適時加到傳輸單元。
每一標題包含與該標題相應數據包中的數據有關的信息。該標題信息協助接收機的數據彙編和同步並包含諸如服務類型(例如，聲頻，視頻，數據)，幀類型，幀數和分片數(slicenumber)等信息。Acampora等人的美國專利5，168，356中有關應用MPEG信號編碼的HDTV數位訊號處理系統的那部分描述了這種類型的標題及其處理過程。
一個數據包可包含(對本實例而言)從1至29字，即少於30個的壓縮數據字。正如將結合圖20至22論述的，由輸入處理器14提供的PAF一出現立即出現位於一個GOP開始的一內編碼I-幀的圖象起始代碼字。一個內編碼幀的該圖象起始代碼字總是開始一個新包，並緊跟在前的PAF表明一個數據包的結束和一個新包的開始。該圖象起始代碼字的包對齊有助於在接收機快速獲取數據流。當形成固定長度字期間出現PAF時，即形成一個短縮的數據包。在建造該壓縮字時其餘位在數據包形成器12中被填以若干「零位」(zeroedbits)(從1至31)。此外，該數據包中的其餘字將在組合器15中同樣被填以「零字」(從1至29)，以此保持傳輸包的原尺寸。這種「填零字」的必要性是在30個數據字已傳送到組合器15之前，由一最後字指示符的出現來指示的。
正確識別一個數據包中的最後字是重要的。該最後字保證了對一個帶有其相應傳送標題構成的包的正確記錄。最後字也構成圖象邊界的MPEG組(即內編碼幀)處的填充包(filledpacket)，這對諸如改變頻道之後等情況下在電視接收機/解碼器處的再同步是必不可少的。對最後字的測定不是一項無價值工作，並取決於對包狀態的特定了解，諸如何時完成一個包，以及如果已完成，是否存在進入下一包的數據段等等。何時最後字是形成在當前時鐘間隔內的字或是待形成在下一時鐘間隔內的字，這有幾種情況。
最後字形成的某些具體例子說明如下。在沒有PAF情況下完成一個包時，則最後字(在本例中為第30個字)是最後字並由一最後字指示符作此標記。這是「真」最後字的一個例子。一個PAF可能發生在一個包已完成同時沒有位段進入下一包的時候，即，該字恰好結束在包的邊界。一個完成包的最後字被標識為最後字，因為事實就是如此。這是「真」最後字的另一例子。PAF也可能發生在一個包已完成同時某些位段進入了下一包的第一字的時候。在此情況下，形成並因此標識了兩個相繼的最後字。該完成包的最後字被標識為最後(一個「真」最後字)，同時下一包的第一字也被標識為最後，因為PAF迫使該包短縮。在後一種短縮包情況下，在已發送30字以前出現最後字導致「零字填充」以完成該包。下面給出最後字的另一些實例。PAF可發生在一個未完成包處於建造中的某一時間。若一個內部字是在某些位段進入下一字情況下完成;則該部分字成為最後字。一種特別麻煩的情況是當一個未完成包在建造時，一個內部字在沒有任何位段進入下一字的情況下完成。該內部字可被傳送到數據/標題組合器後，其後數據(即，PAF出現)才指示該字是最後字，這就不能名符其實地達到正確標識目的。在此情況下，一個稱為「偽」最後字的零字產生並被標識為最後字。這種偽最後字，與(例如)部分被填充零位的分段式(不完全)最後字不同，是完全用零位構成的。這些和其他一些實例將在涉及圖5-16時加以論述。
在下面將要描述的該揭示系統的一些重大特徵是零長度PAF的形成，以發出GOP即將開始的信號，以及便於產生和標識一個數據包中的最後字，以要時產生偽最後字，和產生與最後字出現的變化有關的特定信號。
圖2A示出圖1控制器10的細節。該控制器包括在一帶有模960電路22的反饋裝置中的累加器20。包含在該反饋迴路中的一個緩衝寄存器23，以將新累加值保存在每個長度輸入周期的末端。輸入PAF和長度字經由輸入寄存器24分別傳送到模單元22和累加器20。長度字的值連續地通過單元20累加，同時累加器20和模960單元22的反饋組合將一個包的長度設定在960位。從寄存器23得到的累加器輸出代表該位在一個包內的位置並被傳送到狀態控制器25。
包狀態控制器25還接收來自輸入緩衝寄存器24的PAF並發出為在字狀態控制器26中產生寫指令所需的輸出信號。當累加器位計數值等於或大於960時，便向字狀態控制器26發出包完成輸出信號。當累加器的位計數不在字邊累上(即，位計數不等於32的整數倍)時，控制器25發出一個輸出剩餘(Remnant)信號。當累加器位計數為零時，發出真零輸出信號，該信號僅在PAF出現時確定最後字的正確形成方面才有意義。用於產生這些信號的邏輯電路示於下面要討論的圖2B中。
當接收到的零值長度字表明存在零長度空代碼字，即，非操作(NO-OP)代碼字時，累加器20空閒，並保持該最後位計數值。這一規則的一個例外是PAF將總是迫使累加器值為零，而與位計數值無關。另一例外發生在一個包剛好在包的邊界(即，累加器計數為960)上完成。在接著的下一時鐘周期，累加器計數值將經由模960單元22被校正到下一長度字的二進位值。當累加器計數等於或大於960時，便完成一個包。
在圖2B中，代表累加長度的10位累加器輸出被示為I0至I9。當壓縮代碼字的累加長度等於或大於960時，便完成一個包。該條件被表示為當作為加到與門(AND)30的累加器四個MSB位16至19均處於邏輯1狀態。真零被表示為當作為加到或門31的所有十個累加器位均處於邏輯0時狀態。「非剩餘」狀態是指加到或門32的五個LSB累加器位I0至I4均處於邏輯0狀態。數據包形成器的字地址是響應六個LSB累加器位，I0至I5形成的。與門陣列34在遇到包對齊標記(PAF)時迫使字地址至邏輯0狀態(字地址復位)。
圖2C表示圖1的數據包形成器12的細節。可變長度代碼字被送到數據移位器35。該移位器可為象德州(Texas)儀器公司的74AS8838型之類的桶形移位器。為適當地定位用於連結可變長度代碼字的有效位，長度累加器輸出的一個LSB子集(subset)從包狀態控制器25發出(見圖2A和2B)並被傳送到數據移位器作為字地址。當從可變長度代碼字的連結已形成一個32位字時，該壓縮字被傳送到保持寄存器36。該壓縮數據字的有效性是通過一個由寄存器36發出的字就緒信號作出標記的，以使該字能被傳送到數據彙編網絡37。數據彙編網絡37利用來自壓縮字控制器10(圖1)的控制信號WEN1，WEN2和WZERO，給在圖1的數據和標題組合器15內包含的一個FIFO緩衝器發送帶有其數據寫使能和最後字標記的壓縮數據字。
下一傳送標題插入該組合數據流尾隨一個包的最後字發送以使下一包的標題在當前包的最後字後面插入。一個標題控制器使用該累加器輸出(圖2A)去指示該包中某些代碼字的位置，以使這些位置能在標題範圍中的入口點欄位內加以描述。藉助與字狀態控制器26和數據彙編網絡37相關的邏輯數組(logicarrays)可簡便地產生使數據字能寫入FIFO緩衝器的最後字指示符和標記。下面的表1表示用於響應邏輯數組輸入PAF(包對齊標記)，PC(包完成)，TZ(真零)和REM(剩餘，欄位區指示符)產生最後字的動作狀態。數據彙編網絡37藉助從控制器26經緩衝寄存器28施加的輸出信號可方便地形成其輸出信號。這些信號包括表示出現在下一時鐘周期內的最後字的寫使能信號WEN1，表示出現在當前時鐘周期內的最後字的寫使能信號WEN2和產生一個偽最後字的寫零信號WZERO。該偽最後字出現在PAF與駐留在未完成包的內部代碼字邊界的包形成(formation)一致的時候。
表1字狀態控制器的狀態PAFPCTZREM採取的動作是是N/A是當前字標記作為最後字,則下一時鐘的字標記同樣(情況1)是是N/A否當前字標記作為最後字(情況2)是否N/A是下一時鐘標記字作為最後字(情況3)是否否否下一時鐘形成偽零字,並標識它作為最後字(情況4)否是N/AN/A標識當前字作為最後字(情況5)是否是否沒有一個(情況6a)否否N/ZNA沒有一個(情況6b)注1當前字的最後字標記由寫使能2給出信號。
注2下一時鐘內的字的最後字標記由寫使能1給出信號。
注3偽字的形成由寫零給出信號並由寫使能1標識。
正如將就圖5-16進一步論述的，對於不同操作條件的實例(表1的情況1-6)產生WEN1，WEN2和WZERO的真值表示於圖3。附件A給出了表1的算法。來自控制器26的輸出信號被加到輸出緩衝寄存器28後，再作為輸出字控制信號供至圖4所示數據彙編網絡。
圖4的數據彙編網絡包括圖1中數據包形成器12的輸出網絡。該數據彙編網絡包括與邏輯門42和44，或邏輯門46，和如圖所配置的D型觸發器43和45。經壓縮的32位寬的數據字經由與邏輯門42被送到一數據FIFO，一個來自在先的包形成電路的字就緒信號通過與邏輯門44並成為用於圖1中數據FIFO16的數據寫使能信號。來自壓縮字狀態控制器(圖2A)的數據寫控制信號WEN1，WEN2和WZERO如圖示被加到觸發器43和45和邏輯門46。WEN2表示與當前字相關的一個最後字標記，而WEN1表示一個與下一時鐘周期中一字相關的最後字標記。WZERO控制信號表示由WEN1標識為最後字的一個偽最後字(表1中情況4)的形成。在此情況下，稱之為偽最後字的全零字被插入壓縮數據字流，並被寫到數據FIFO16。至彙編門44的字就緒輸入信號由一保持寄存器36(圖2C)提供，以表示一個壓縮成32-位字的有效性。
以下的討論涉及由圖5至16所示有關最後字形成的幾個實例。其中某些實例顯示與一後繼和在先PAF一致的零長度NO-OP字的影響。
圖5和6說明了表1中情況5的幾種變型。在圖5中，一個包在以分段進入下一包的方式完成(即，累加器位值大於960)。圖6中，一個包正好在包的邊界上完成(即，累加器值等於960)，沒有任何分段或剩餘部分進入下一包。在兩種情況下，最後字標記在包完成時間出現。這一事件與真零和剩餘指示符無關，因為不存在PAF。不然，在有PAF情況下，必須考慮真零和剩餘指示。
圖7和8示出表1的情況2。在圖7中，在一個包完成以後立即出現PAF，同時沒有跟著一個32-位圖象開始代碼字的分段。圖8是類似的，只是除外在圖象開始代碼字前面介入了三個零長度非-操作(NO-OP)代碼字這一點。在該兩圖中，PAF均與包完成信號一致並在沒有餘段進入下一包的情況下結束包的。圖7表示立即累加跟一個32位長的圖象開始代碼字的更典型情況。圖8表示允許介入NO-OP字。
圖9屬於表1的情況6a，此處，PAF與一個包完成信號不一致。PAF在包完成之後出現，同時無分段和在NO-OP字之後跟隨一個圖象開始代碼字。在此情況下，一個最後字指示與包完成信號相關聯，但沒有與PAF相關的最後字指示，因為在此情況下由於累加器在零空閒引起包含一個真零指示。
圖10和11示出表1的情況1。在圖10中，一個PAF緊接包完成之後出現，並有跟隨一圖象開始代碼字的分段。圖11除在圖象開始代碼字以前介入NO-OP字以外，與圖10相同。由於分段剩餘之故需要兩個最後字指示符。由於該分段形式使一個最後字指示符出現在包完成區間，而另一個出現在PAF後面的一個時鐘區間。
圖12，13和14示出了表1的情況3。在這些實例中，PAF有時出現在包形成期間，但不在字邊界(即，存在進入下一字的分段)，而且不與包完成指示相符。那時最後字信號通常作為部分起始字(由於分段)的一個結果而發生在PAF後面的下一時鐘區間。在圖12中，PAF在完成一個包之後，以分段式在一些NO-OP字之後出現，跟隨一圖象開始代碼字。在圖13中，PAF在完成一個字時立即出現，以分段方式後跟一個圖象開始代碼字。在圖14中，PAF在完成一個字之後並在若干代碼已引起分段以後出現。
圖15和16示出表1的情況4，即關於有必要產生特定型式的最後字，偽最後字的情況。該情況涉及PAF在一個字完成以後立即(圖15)出現或隔一些時間之後(圖16)，無分段，即直接出現在32倍數的一個字邊界上。在此情況下，前提是完成字在通知(由後繼PAF提供)它是最後字以前已被發出。形成和發出一個全零偽最後字。這是允許的，因為MPEG允許在一個開始代碼字前面前置任意數目的零，並確保了圖象開始代碼字緊跟PAF的出現。此外，在這些情況中，包的平衡(balance)將由數據/標題組合器對其填充零位(空)字達到。在此情況下，由於已發出一個零字並被偽標為最後字，故組合器將發出不到一個字(onelessword)。在圖15中，當一個字完成時(沒有分段)立即出現PAF接著一個圖象開始代碼字。在圖16中一個字完成(沒有分段)後緊跟介入的NO-OP字。然後出現PAF，後跟著一個圖象開始代碼字。
圖17表示數據/標題組合器15(圖1)的其他細節。每當標題發生器18產生標題響應一個標題寫使能信號標題部分被寫入標題FIFO70。類似的，每當壓縮數據字由數據包形成器12產生，就響應數據寫使能信號被寫入數據FIFO72。無論最後字是否為第30字，在數據壓縮過程中都伴隨一個包的最後字而產生一個最後字指示符。單元70和72的標題和數據輸出通過多路轉換器76被多路轉換到一根公共總線上並加到輸出寄存器78。寄存器78將數據就緒信號，包數據和標題，及標題指示符供至圖19所示的速度緩衝器713和714。多路轉換器76能響應來自FIFO狀態控制器74的一個發出零信號(Issuezerosignal)而按命令發出零字。
兩個FIFO單元70和72，多路轉換器76和輸出寄存器78由控制器74管理，該控制器是一個狀態機。在接通電源或類似的再起動以後，控制器74等待一個可用標題。一個可用標題與數據就緒指示符一個標題指示符一起被送到多路轉換器76的輸出總線。然後控制器74為數據FIFO72服務，提取可用數據直至出現最後字指示符。伴有數據就緒指示符所發送的每個數據被傳送到輸出寄存器78。假如在最後字指示符出現後已服務了30個數據字，控制器74將再檢查標題FIFO70的有用信息。若控制器74服務少於30個數據字，則通過發出零命令去指示多路轉換器76發出零字，以平衡包。所有這類零字均伴之以數據就緒指示符。每當沒有標題或數據要發送時，控制器74便指示多路轉換器76發出零字，同時在數據不可用期間沒有任何數據就緒指示符。圖18示出了描繪如上所述的對組合器15的狀態機驅動操作流程圖(狀態圖)。數據就緒指示符和標題指示符通過輸出寄存器78傳送到圖19中的速度緩衝器713和714。這些指示符向速度緩衝器表示總線上有數據和標題信息，並保持標題/數據的對準以便於到速度緩衝器後進行正向糾錯(FEC)編碼和數據交叉。在該系統中(圖19)，FEC和交叉過程要求首先傳送標題，也就是說，要在由該標題描述的數據包前面先將標題開始發至速度緩衝器。分別從標題FIFO70和數據FIFO72送出的空標記信號表示沒有標題或數據字在發送，因此狀態機控制器74處於空閒狀態。該狀狀示於圖18中，說明狀態0和狀態1的「無標題」和「無字」情況。當一相關讀使能信號被分別傳送至標題FIFO70或數據FIFO72時，來自控制器74的標題/數據選擇信號指示多路轉換器76或是將從單元70來的標題輸出或是將從單元72來的數據輸出轉換到對輸出寄存器78的輸入的信號總線。
為產生一個所需30字數據包要將零字加到一個不完全，短縮包的輸出緩衝器78顯著大於前面的標題緩衝器70和數據緩衝器72。這些緩衝器有利地不間斷地連續接收和處理數據。這種無中斷的操作極大地簡化了定時和同步功能，例如，因為消除了時鐘停止/開始同步的困難。
如前所述，必要時用加空字的方式方便地利用予定長度的全包，有助於在諸如一可變長度代碼字系統中發現的任意數據狀態下進行檢索和同步。一個開始代碼字，具體地說1幀開始代碼字是一個MPEG兼容的數據流中的特定再同步點(specificre-synchronizingpoint)。該開始代碼字出現在一個包的邊界，在所揭示系統中利用零位空字來產生該代碼字是特別方便有利的，從而完成一個截尾數據包並界定了該包的邊界。MPEG標準允許在一個開始代碼字前面有任何數目的零字，而接收機/解碼器忽略不計這些零-位空字。在本例中，輸出緩衝器78是大而有時間復原性(timesesilient)，因此是一種用於執行空字組合操作[packingoperation)的方便的運載工具。就此而言要注意的是為在包邊界在包對齊標記和一個圖象開始代碼出現之間進行空字組合可用的時間極短(例如，一個時鐘周期)。
圖19示出一個可將按本發明的設備應用於傳輸處理器部分的典型HDTV編碼系統。圖19表示該系統正處理單一視頻輸入信號的情況，但應了解亮度和色度分量信號被分開處理，而用亮度移動矢量(luminancemotionvectors)來產生壓縮的色度分量。該壓縮的亮度和色度分量被交錯，以在代碼字優先級進行分析之前形成宏功能塊。有關圖19系統的其他資料可在Acampora等人美國專利5，168，356中找到。
圖20A中所示的圖象場/幀序列被加到電路705，它根據圖20B重新安排場/幀。該重排序列被加到壓縮器710，產生一個按照MPEG式格式編碼的壓縮的幀序列。這種格式是分層的並以短縮形式示於圖22中。MPEG分層格式包括帶有各自標題信息的多層。各義上，每個標題包括一個起始代碼，與各層有關的數據和對附加標題擴展部分的規定。
當提及由該系統產生的MPEG式信號時，則意指(a)視頻信號的連續圖象場/幀是按照I、P、B編碼順序編碼的，和(b)在該圖象電平(Picturelevel)上的編碼數據是以MPEG式分片方式或塊組方式編碼的，其中每場/幀的片數可以不同，每片的宏功能塊數也可不同。I編碼幀是幀間(intraframe)壓縮的，以致為重視一個圖象僅需I幀壓縮數據。P編碼幀是按照正向移動補償予見法編碼的，其中P幀編碼數據是從當前幀和一個I幀或在當前幀之前發生的P幀產生。B編碼幀是按照雙向移動補償予見法編碼的。B編碼幀數據是從當前幀和從出現在該當前幀前後的I和P幀產生的。
本系統的編碼輸出信號被分段為場/幀組，或由方格行L2(圖22)所示的圖象組(GOP)。每個GOP(L2)包括後跟圖象數據(分)段的標題。GOP標題包括與水平和垂直圖象尺寸寬高比，場/幀速率，位速率等有關的數據。
對應於各圖象場/幀的圖象數據(L3)包括後跟片數據(L4)的圖象標題。該圖象標題包括一個場/幀數和圖象代碼類型。每一片(L4)包括後跟多個數據塊MBi的片標題。該片標題包括組號和量化參數。
每塊MBi(L5)代表一個宏功能塊並包括後跟移動矢量和編碼係數的標題。該MBi標題包括宏功能塊地址，宏功能塊類型和一個量化參數。該編碼係數示於層L6中。每個宏功能塊包括6塊，每塊包括4個亮度塊，一個U色度塊和一個V色度塊(見圖21)。一塊代表一個(例如8×8)的象素矩陣，在該矩陣上執行離散的餘弦變換(DCT)。四個亮度塊是一個代表(例如)一個16×16象素矩陣的2×2鄰接亮度塊矩陣。色度(U和V)塊代表與四個亮度塊相同的總面積。也就是說，在壓縮以前，色度信號是以相對於亮度的兩個水平和垂直(速率)被子取樣(subsampled)。一片數據對應於代表與由一宏功能塊相鄰組表示的一個面積相對應的一個圖象矩形部分的數據。一幀可包括360片組成的光柵掃描，即60片垂直乘6片水平的。
塊係數由DCT一次一塊地提供。DC係數先出現，再按其相對重要性次序跟隨各自的DCTAC係數。在每個連續出現的數據塊結束處，加上一個塊結束代碼EOB。
在圖19中，來自壓縮器710的數據經優先級處理器711處理後再加到一個傳輸處理器712，它將數據分段為高優先級(HP)和標準優先級(SP)兩部分。這些部分經由速率緩衝器713和714被耦合到各自的正向錯誤編碼單元715和716。該速率緩衝器暫存壓縮的數據和標題，以便此後由FEC錯誤編碼網絡提取。一個速率控制器718配合緩衝器713，714去調整由壓縮器710提供的平均數據傳輸速率。此後，信號被耦合到一個傳輸數據機717，在那裡，HP和SP數據對一個標準6MHzNTSC制電視頻道範圍內的各載波進行正交幅度調製。
附件A，最後字形成算法含正時鐘邊沿＝1，∞若包對齊標記若包完成若剩餘標記字就緒與作為最後的包完成一致則在下一時鐘作為最後的標記短字就緒否則標記字就緒與最後包完成一致否則若剩餘在作為最後的下一時鐘標記字就緒否則如果不是真零在下一時鐘產生一零字，和標識該偽字為最後字否則連接(即，什麼都不做)要不然若包完成標記字就緒與作為最後的包完成一致結束
權利要求
1.用於處理一種圖象表示的可變長度代碼字數據流的設備，其特徵在於響應所述可變長度代碼字數據流，用於產生包含有少於規定字數的短數據包的數據包的裝置(12)；數據處理裝置(15)，用以將所述數據包傳送至一輸出端；及包含在所述數據處理裝置中的裝置(76，圖17)，用以必要時以非操作空字填充所述短數據包，以產生具有所述規定字數的固定長度數據包，並定義可出現規定代碼字的包間邊界。
2.根據權利要求1的設備，其特徵在於所述數據處理裝置包括數據選擇裝置(76)，用於將數據包與包標題序列傳送至所述輸出端，並用於以所述空字填充所述短包。
3.根據權利要求1的設備，其特徵在於所述數據處理裝置包括一個輸入標題緩衝器(70)，用於接收含有與一相關數據包的內容相關信息的標題;一個輸入數據緩衝器(72)，用於接收所述數據包;以及一個輸出緩衝器(78)，用於分別接收來自所述標題緩衝器和所述數據緩衝器的標題和數據包的被控序列;其中所述數據處理裝置包括所述數據緩衝器，所述標題緩衝器和所述輸出緩衝器，呈現關於接收和處理所述標題和數據包的不間斷的操作。
4.根據權利要求3的設備，其特徵在於所述空字是在所述數據和標題緩衝器之後被供至所述短數據包的
5.根據權利要求1的設備，其特徵在於所述代碼字包括一個與圖象數據組相關聯並出現在一包間邊界的圖象開始代碼字。
6.根據權利要求5的設備，其特徵在於所述數據流包括具有所述圖象開始代碼字的MPEG代碼字。
7.根據權利要求5的設備，其特徵在於圖象開始代碼字是與內幀編碼的I-幀圖象數據相關聯的。
全文摘要
在一種數位電視信號處理系統中，一個專用代碼字，一個包對齊標記(PAF)被插入(14)到一個MPEG代碼字位流中，以表示存在一組圖象(GOP)。該PAF緊接在「I」幀的圖象起始代碼字之間，以開始GOP由於打算在包邊界開始一個GOP當PAF出現對構造中(12)的數據包被終結，這種終結可導致一個少於為完成一個數據包所必需的規定代碼字數的短縮包。每個包的最後字被如此表示，以便於接著對數據包與各自標題的組合(15)。不完全數據包被填充空(零位)字而構成具有規定字數的完全數據包。
文檔編號H04N7/50GK1111876SQ9411295
公開日1995年11月15日 申請日期1994年11月29日 優先權日1993年11月30日
發明者A·A·阿坎波拉, R·M·邦廷 申請人:通用電氣公司