用於實施特技模式的視頻數據傳輸方法和設備的製作方法
2023-10-11 10:15:39 2
專利名稱：用於實施特技模式的視頻數據傳輸方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於傳輸按照MPEG 2(運動圖像專家組)標準或者DV(數字視頻)標準編碼的存儲數據的方法和設備。本發明典型地涉及來源於衛星接收機的數字衛星系統(DSS)數據，來源於數字可攜式攝錄一體機的DV數據等，該數據通過IEEE 1394總線被傳送，以便存儲或由數字解碼器讀取。
背景技術：
諸如盒式磁帶錄像機、可攜式攝錄一體機、多媒體計算機等的新數字視聽設備的出現意味著，現在必需在這些設備之間使用高速連結。家庭自動化網絡圍繞著該設備所支持的IEEE 1394高速串行總線而被建立。必須實時傳輸的音頻和視頻流數據以同步方式被傳輸。
關於系統，涉及MPEG 2型音頻和視頻數據的編碼的國際標準ISO/IEC 13818-1描述了整個鏈的同步模型，換句話說，描述了MPEG型畫面的編碼、傳輸、解碼和顯示的同步模型。例如，通過使用鎖相環把本地時鐘值鎖定到由輸入TS(傳輸流)流的PCR傳送的參考時鐘值上，來在解碼器上執行系統時鐘的恢復。PCR場的到達時間不得使任何系統時鐘漂移，如在解碼器中所重現的，超過30ppm，30ppm是國際標準ISO/IEC 13818-1強加的精度。
視聽層已被定義，以使接收機能夠補償由1394總線引入的傳輸時間變化。它由標準IEC 61883來規定。在MPEG 2數據的情況下，包含「時間標記」的12位元組的頭被加到數據分組上，在該MPEG 2標準的情況下，該分組由188位元組組成。
在通過總線傳輸之前，在1394接口輸入，利用1394電路的時鐘來標記分組，按照標準，該時鐘的精度為100ppm。視聽分組被存儲在1394接口的先進先出(FIFO)存儲器中，並且當每個分組到達存儲器中時，每個分組接收時間樣本，實際上是頭(header)。取決於輸入位率，該存儲器在125微秒期間內，獲取一定數量的分組。當125微秒同步信號(「周期開始」)被觸發時，這些分組通過1394總線，以突發方式一個接一個地被傳輸。
在從總線收到分組之後，在1394接口輸出，讀出標記，並且把標記和本地計數器的內容進行比較，以定義分組將被給出的時間。該時間樣本用於重新創建應用於FIFO輸入的時間分布。在根節點的時鐘的每一個周期開始，使本地計數器同步，該根節點的時鐘產生125微秒參考周期。
在直接連結的情況下，換句話說，在通過1394總線的簡單傳輸的情況下，標記(stamping)的時間與讀標籤的時間之差大約為100微秒。根據不同的本地時鐘，來執行寫數據，或者更具體地說，為數據加標籤，以及讀出該標籤，然而，在根節點的主時鐘上的每125微秒，同時使這些不同的本地時鐘同步。因為寫和讀實際上是瞬時的，因此由IEEE 1394總線的同步機制固有的不穩定性或漂移及其時鐘系統的精度所造成的效應，沒有被轉換為1394接口的輸出處的分組的時間分布的漂移。因此，1394總線不改變位率，並且按照IEC 61883標準的該時間標記解決了，當MPEG 2分組通過1394總線傳輸時的時間分布丟失的問題。
然而，當海量存儲設備和視聽設備相關聯時，當TS流傳輸鏈被「切斷」，典型地因為該流的壓縮數據被存儲在硬碟上以供隨後的讀出，則當數據通過1394總線傳輸時，該特定的漂移問題仍然存在。
相對於1883層的、用於介質上存儲的加標籤的使用，並沒有解決該問題，這是因為1394同步時鐘的精度大約為100ppm。數據被標記的時間和數據從硬碟被讀取的時間不同。因為和時鐘頻率的變化關聯的新的分組時間分布，因此1394接口的輸出位率存在漂移。
還能看出，在存儲時的根節點可以不同於在讀取時的根節點。因此，在加標籤的時候，可以在和用於讀出標籤的時鐘不同的主時鐘上，使時鐘同步。
位率的漂移，以及由此本地27MHz時鐘在其上面被同步的PCR的到達時間的漂移，造成了該時鐘的頻率漂移。因此，或多或少，從長遠觀點來看，MPEG解碼器的緩衝器的下溢或上溢發生了，反映為接收機的畫面顯示故障，典型地為周期性間隔的畫面固定。
該同步化時鐘的過大偏移，也能夠損害從副載波提取的色度信號的質量。
改變一項特殊設備的100ppm的精度不能解決問題，這是因為當寫數據到硬碟上，以及然後從硬碟讀數據時，任何設備都能夠被宣稱為根節點。
在一種被稱為「拉(pull)」的周知操作方式下，解碼器典型地可以根據解碼器緩衝器的填充率，來「控制」從硬碟到解碼器的數據傳輸率，該操作方式能夠用於避免該緩衝器的任何下溢或上溢。在該方式下，時鐘精度的問題不太關鍵，這是因為通過由解碼器根據解碼器緩衝器的填充率調節讀出模式流位率，來校正由位率漂移造成的解碼器時鐘的過大漂移。然而，在不允許解碼器進行直接存儲器存取(DMA)的TS流存儲的情況下，該操作方式是不可能的。關於在PES分組級的存儲，它不允許通過1394總線傳輸該數據。
因此，如果壓縮數據不是直接被發送給解碼器，而是被存儲在存儲介質上，典型地為硬碟，以致於隨後能夠通過1394總線讀出該壓縮數據，則漂移問題仍然存在，造成了周期性的並且或多或少短暫的間隔的畫面顯示故障。
於2000年7月17日在法國提交的、並且公開號為2 811 846的專利申請解決了該問題。該方法從存儲介質讀出按照MPEG標準以分組形式編碼的音頻和視頻數據，以致於該音頻和視頻數據能夠通過1394總線被傳送給解碼器，該方法包括以下步驟根據加標籤時鐘，讀出與分組一起存儲的標籤，這些標籤定義了要存儲的數據分組的到達時間；以及對標籤和根據傳輸時鐘計數的值進行比較，以便定義從存儲介質讀出的數據在總線上的傳輸時間。
所述加標籤的操作頻率和傳輸時鐘必須滿足某些規定，尤其是相對於這些頻率之間的最大差，或者如果它是同一個時鐘，則相對於漂移。
通過根據特定時鐘對存儲介質中存儲的分組進行時間標記，使解碼器緩衝器的下溢或上溢的風險最小化。於是，實現了通過1 394總線存儲和傳輸DV或MPEG型信號的完全兼容性。
在MPEG標準中描述的特技模式的使用中，出現了一種特殊問題。當使用這些特技模式時，分組的時間標記以及包含標籤的文件的創建需要更改標籤。實際上，雖然該使用沒有在本地造成問題，換句話說，當解碼器是主，則當操作伺服器時，一樣不適用，伺服器在正常方式下以和存儲相同的速率返回數據。例如，當操作快進模式時，伺服器必須增大傳輸時的位率。因為它只在包含標籤的盤上具有文件，因此一種解決方法是更改文件中存儲的這些標籤。本申請實時地進行該更改。該解決方法非常耗費帶寬和中央處理器資源。非實時地更改標籤，並且把已更改標籤重寫到介質上，是不可設想的，因為這樣做太耗費處理時間，並且沒有考慮實際上對特技模式命令的實時響應，特技模式命令根據定義是無法預測的。
另一種解決方法是，在本地，典型地在解碼器上，擁有大存儲容量，來執行簡單的特技模式功能，但是這種解決方法耗費視頻存儲器。
發明內容
在此提出的本發明是作為上述已公開專利申請的目的的方法和設備的改進，本發明解決上述問題。
為此，本發明的目的是一種通過總線傳輸在存儲介質上存儲的已編碼視頻數據的方法，該存儲的數據是數據分組和被分配給數據分組的標籤，該方法包括步驟對標籤和從傳輸時鐘計數的值進行比較，以便定義從存儲介質讀取的分組在總線上的傳輸時間，其特徵在於，為了實施特技模式，該方法還包括以下步驟根據存儲的標籤值，計算兩個連續分組之間的差，根據該差和通過總線收到的、定義特技模式的參數，計算偏移值，把該偏移值加到被發送的分組的標籤值上，以獲得新的標籤值，該新的標籤值定義要發送的下一個分組在總線上的傳輸時間。
根據特殊的實施例，相對於一連串的分組，對差進行平均。可以基於在預先定義的期間內獲取的存儲標籤，非實時地執行平均差的計算。
本發明也涉及一種用於實施以上方法的數據傳輸設備，其特徵在於，該數據傳輸設備包括計數器，用於提供計數信息，比較器，該比較器對計數信息和標籤進行比較，以觸發通過總線傳輸對應於標籤的分組，計算電路，該計算電路接收特技模式的參數和已發送的先前分組的標籤值，以便根據這些參數以及兩個連續分組的標籤值之差，來計算偏移值，以及加法器，用於把和分組(n-1)的傳輸時間相對應的標籤值加到偏移值上，來定義被發送給比較器、且和隨後分組n的傳輸相對應的新標籤值。
本發明也涉及使用這種傳輸設備的伺服器。
本申請的思路不是實時地更改硬碟上存儲的標籤，而是計算偏移，以便把偏移應用於讀出的標籤上，該標籤和計數值進行比較，以便決定分組的傳輸時間。因此，解決方法涉及伺服器，根據由解碼器發送的選定特技模式的參數，來計算偏移。
本發明提供一種操作諸如快進和慢動作等的特技模式的簡單裝置，而不需要較大的存儲器或較多的CPU處理資源。本發明可用於以可變速度重放預先存儲的流，同時保持由存儲介質上和數據分組一起存儲的標籤所強加的給定位率，並保證重新讀出速率。可以在沒有索引文件的情況下，基於單一源文件，通過家庭網絡實施特技模式。
由以下通過非限制性的例子並參考附圖給出的說明，本發明的其它特殊特徵和優點將變得顯而易見，其中圖1描述了連結到存儲裝置的接收機，以及圖2描述了讀接口電路。
具體實施例方式
以下，回顧在已公開的專利申請No.2 811 846中描述的、本發明所應用的設備的例子。它涉及這樣一種設備，該設備用於把壓縮的數據存儲在連結到衛星接收機的硬碟上，以及用於通過1394總線讀取該數據。
配備有1394接口電路的接收機1接收來源於衛星傳輸的、按照MPEG 2標準壓縮的視聽數據流，該視聽數據流在該標準中被稱為傳輸流TS。其中，由接收機接收的信號被解調，以提供基帶信號。該傳輸流包括許多節目。可以不變地傳送該傳輸流，或者在過濾之後傳送該傳輸流，以便僅選擇和精選的節目相對應的分組。
被併入接收機中的1394接口電路用於通過1394鏈路傳輸該數據流。按照標準中的命名，該電路包括「鏈路控制」層(LINK)2和物理接口層(PHY)3。其中，該電路可以用於按照IEC 61883標準，來為分組加標籤。數據經由1394埠被發送。存儲裝置4包括硬碟10和連結到1394總線及硬碟10的硬碟接口電路4。
該接口電路4包括PHY電路5，LINK電路6，寫接口電路7，讀接口電路9，和時鐘電路8。
數據經由1394埠，通過遵照1394標準的PHY電路5和LINK電路6到達。在對應於為分組加標籤的時候，數據被發送到LINK電路的輸出視聽埠。視聽埠連結到寫接口電路7的輸入，寫接口電路7對數據進行時間標記。硬碟接口電路4連結到硬碟10。硬碟接口電路4把經過時間標記的數據發送給硬碟10，以便存儲。
硬碟10連結到接口電路4的輸入，以便讀數據。讀接口電路9在該輸入處讀數據，以便將數據發送給PHY電路6的輸入視聽埠。然後，該數據經由PHY電路5和1394埠，被發送給1394總線。
時鐘8饋給接口電路7和9的每一個。
作為該專利申請的目的的本發明更具體地涉及接口電路9。圖2顯示了這種電路，該電路再次包括在上述已公開專利申請中已經描述的項，以下描述其操作。
硬碟10連結到讀接口電路9的輸入，以提供存儲的數據。在該接口電路的輸入處的該數據通過讀緩衝存儲器11，以便被傳送給分組存儲器12和標籤提取電路13。視聽數據被存儲在分組存儲器12中，而加標籤數據被標籤提取電路13提取，然後被電路13存儲。該加標籤數據是電路7為每個分組而加到視聽數據上的數據。關於分組長度的信息被傳送給提取電路13，要提取的標籤以分組速率被接收。
提取電路13和接口電路收到的時鐘8同步地，把標籤發送給恢復計數器14的輸入和開關15的第一輸入。當打開文件時，提取電路13還把加載命令信號發送給恢復計數器，然後恢復計數器加載在打開文件時讀取的第一時間標籤，以便初始化自身。
開關15的輸出端連結到時間標籤存儲寄存器16。在發送提取的時間標籤的時候，提取電路13把應答數據的信號發送給寄存器16。然後，和寄存器16收到的時鐘信號8同步地，寄存器8加載在開關的輸出端處的信息。
標籤偏移寄存器17接收由中央處理器(CPU)計算的偏移信息(圖中未顯示)。該計算是根據從解碼器收到的命令而被執行的。偏移數據被發送到加法器電路18的輸入。加法器電路18的第二輸入接收來自寄存器16的信息。加法器電路18的輸出被發送到開關15的第二輸入端。
計數器14的時鐘輸入接收時鐘信號8。計數器14的輸出被發送到比較器19，比較器19在第二輸入端處接收從寄存器16輸出的數據，該數據或者是當前正被存儲在分組存儲器12中的分組的時間標籤，或者是已經增加了偏移的先前分組的標籤。當檢測到匹配，並檢測到和電路所接收的時鐘信號8同步時，該比較器19把讀控制信號發送給分組計數器20。當收到該讀控制信號時，計數器20觸發從分組存儲器12讀取對應於一個分組的許多字節。該分組計數器接收關於分組長度的信息。當數據正在從分組存儲器12被讀出時，該分組計數器20啟動從讀緩衝存儲器11讀新的分組，以及把該分組寫入分組存儲器12中。分組計數器20的時鐘輸入由來源於LINK接口6的視聽時鐘信號饋給，以使數據傳輸同步。來源於分組存儲器12的視聽數據，以及來源於分組計數器20的分組開始時鐘信號和相應的有效數據，被提供在接口電路9的輸出端。
因此，用從硬碟上的文件讀取的第一分組的標籤，來初始化恢復計數器14。在過渡階段，第一分組被存儲在分組存儲器中，並且被立即讀出，因此立即被發送到LINK電路6的視聽輸入埠。在存儲、接著立即發送第一分組之後，當第二分組被存儲在分組存儲器中時，提取第二分組的標籤，它的值或者已經增加了偏移值的先前分組的值，被加載到寄存器16中。計數器14以精密時鐘8的頻率運行，並且當計數值等於寄存器16中存儲的值時，比較器19向分組計數器29發送觸發信號，以便讀取對應於一個分組的多個字節，並把這些字節傳送給LINK電路6的視聽輸入埠。每當新的分組被讀取時，都是如此。
與特技模式命令有關的數據以異步方式、經由IEEE 1394總線被傳輸。該傳輸使用專利化的交互工作協議，乃至標準化的交互工作協議，諸如家庭視聽接口(HAVi)或通用即插即用(UpnP)。
當伺服器的CPU收到特技模式命令時，伺服器根據兩個連續分組之間的相對差，典型地在10秒左右內被平均，以及選定方式的參數，來計算偏移。能夠被連續執行的平均提供了代表平均流位率的值，這是因為兩個分組之間的時間分布從一個分組到另一個分組可能大不相同。該偏移被存儲在偏移寄存器17中，以便被發送給加法器18。加法器18把該偏移加到先前發送的、並來源於TS寄存器16的分組的標籤TS(n-1)上，以便提供新的已更改標籤值TS(n)，用於要發送的下一個分組。該值被發送給開關15，開關15把該值提供給TS寄存器16，以便將該值加載到TS寄存器16中，在來源於CPU的開關命令啟動該輸入的情況下，解碼器發送對應於特技模式請求的命令。當計數器14的輸出與該已更改標籤對應時，比較器把該信息發送給分組計數器20，分組計數器20開始通過總線傳輸分組。
因此，例如，如果在通過網絡發送對應於從存儲介質讀取的標籤TS(n-1)的分組(n-1)的時候，或者在通過網絡發送了該分組(n-1)之後，收到了特技模式操作命令，則下一個分組(n)的發送將由下一個標籤TS(n)觸發，通過把偏移加到標籤TS(n-1)上來計算標籤TS(n)。
可以得到TS(n-1)＝TS(file)TS(n)＝TS(file)+偏移TS(n+1)＝TS(file)+2×偏移TS(n+2)＝TS(file)+3×偏移諸如此類，直到到正常讀方式的切換再次有效為止。
TS(file)和存儲介質上存儲的分組(n-1)所關聯的標籤相對應。
可以非實時地，換句話說在分組傳輸之前，根據存儲的標籤值來執行偏移的計算。對和預先定義的傳輸時間相對應的許多標籤執行平均。該數目典型地和這樣的連續標籤的數目對應，在這些連續標籤以外，平均值的變化變得可以忽略，而且對於給定數目的樣本，樣本和來自存儲標籤的一組連續標籤相對應。該數目甚至能夠被選為，和大約十秒時間或更長時間相對應，該值的代表性與所考慮的標籤的數目成正比。
對於正常方式下的操作，可以考慮涉及兩個分組之差的最後計算的平均值，來完成由中央處理器執行的偏移計算，假設兩個分組之差要被連續刷新，正常方式下的操作速度和新速度被請求。也有可能考慮計算的最後平均值，而與操作方式和所應用的最後操作速度無關，由此計算該平均值。
本申請從所需的特技模式參數和該平均值，來計算要應用於標籤值的偏移。與兩個連續分組有關的標籤值之差的平均值被計算。令a為該值。於是，快進模式下的操作，例如以比畫面的正常滾動速度快n倍的速度，和等於n/a的偏移對應。從而，分組被傳送到分組存儲器12中，並且以快n倍的速度、通過網絡被讀取。類似，慢動作操作，例如通過係數p，和a×p的偏移對應，則分組計數器20觸發把分組寫入存儲器中，以及觸發以比正常速度慢p倍的速度、通過網絡傳輸分組。
解碼器的緩衝存儲器存儲收到的分組。解碼器的算術和邏輯單元以顯示頻率，從該緩衝器提取存儲的畫面。如果特技模式是快進模式，則某一部分的存儲畫面被丟棄，並且解碼器只對要顯示的那些畫面進行解碼。
自然，用戶能夠在任何時候，例如退出特技模式或者更改參數，以便返回到正常電影重放速度，發送給解碼器的請求立即在異步方式下、通過1394總線被發送到伺服器，以便解碼器恢復以初始速度傳輸流。
所描述的本發明涉及MPEG標準和通過1394總線的傳輸。然而，基於存儲的標籤和存儲介質上的視頻數據之間的比較，以定義總線上的數據傳輸時間，本發明能夠應用於任何讀方法。
權利要求
1.一種通過總線傳輸在存儲介質上存儲的已編碼視頻數據的方法，該存儲的數據是數據分組和被分配給數據分組的標籤，所述方法包括步驟對標籤和根據傳輸時鐘(8)計數的值(9)進行比較，以便定義從存儲介質讀取的分組在總線上的傳輸時間，其特徵在於，為了實施特技模式，所述方法還包括以下步驟根據存儲的標籤值，計算兩個連續分組之間的差，根據該差和通過總線收到的、定義特技模式的參數，計算偏移值，把該偏移值加到(18)被發送的分組的標籤值上，以獲得新的標籤值，該新的標籤值定義要發送的下一個分組在總線上的傳輸時間。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，相對於一連串的分組，對差的計算進行平均。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，基於在預先定義的期間內獲取的存儲標籤，非實時地執行平均差的計算。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，存儲的數據是按照運動圖像專家組標準編碼的音頻和視頻數據。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，存儲的數據和傳輸流TS對應。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，總線是IEEE 1394總線。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，特技模式的參數來源於連結到IEEE 1394總線的解碼器。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，特技模式是慢動作模式和快進模式或畫面倒退滾動模式，參數定義了滾動速度和方向。
9.一種用於實施根據權利要求1的方法的數據傳輸設備，其特徵在於，所述數據傳輸設備包括計數器(14)，用於提供計數信息，比較器(19)，該比較器(19)對計數信息和標籤進行比較，以觸發通過總線傳輸對應於標籤的分組，計算電路，該計算電路接收特技模式的參數和已發送的先前分組的標籤值，以便根據這些參數以及兩個連續分組的標籤值之差，來計算偏移值，以及加法器(18)，用於把和分組(n-1)的傳輸時間相對應的標籤值加到偏移值上，來定義被發送給比較器、且和隨後分組n的傳輸相對應的新標籤值。
10.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，計算電路計算兩個連續分組的標籤值之差的平均值。
11.一種伺服器，其特徵在於，所述伺服器包括根據權利要求9所述的傳輸設備。
全文摘要
一種用於實施特技模式的視頻數據傳輸方法和設備，該方法包括步驟對標籤和基於傳輸時鐘(8)計數的值(9)進行比較，以便定義從存儲介質讀取的分組在總線上的傳輸時間，其特徵在於，為了實施特技模式，該方法還包括以下步驟根據存儲的標籤值，計算兩個連續分組之間的差，根據該差和通過總線收到的、定義特技模式的參數，計算偏移值，把該偏移加到(18)被發送的分組的標籤值上，以獲得新的標籤值，該新的標籤值定義要發送的下一個分組在總線上的傳輸時間。可適用於MPEG數據的存儲。
文檔編號H04N7/24GK1669310SQ03816436
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月11日 優先權日2002年7月17日
發明者簡-查爾斯·吉列莫特, 克勞德·查普爾, 奧利維爾·馬列克 申請人:湯姆森許可貿易公司