用於將數據插入到數位電視信號中的波形產生器的製作方法

2023-10-22 22:14:32 3

專利名稱：：用於將數據插入到數位電視信號中的波形產生器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及數位電視信號的通信，尤其是涉及一種波形產生器，用於在一個模擬電視信號的垂直消隱期(VBI)以一種數據類型方便地提供數位電視信號。在下面被稱之為″用戶數據″的這種涉及到的數據的例子有封閉的標題數據(CC)、垂直間隔時間碼(VITC)、實時的視頻數據(例如垂直間隔檢測信號-VITS)、取樣的視頻數據北美基礎電視圖文信息(NABTS)、世界系統電視圖文(WST)、歐廣聯(EBU)數據和Lineup尼爾森(Nielsen)自動測量數據(AMOL)。電視信號的數字傳送能夠提供質量比模擬技術高得多的視頻和音頻服務。數字發送方案的特有的優點是使得廣播的信號經過電纜傳輸網絡或經過衛星到電纜電視設施和/或直接到家庭衛星電視接收機。所期望的是數位電視發射機和接收機系統將取代現存的模擬系統，就象在音響工業中的數字光碟已經取代了模擬光記錄器那樣。把壓縮的視頻數據發送到接收機的一種方式是在打包的數據流中的數據包的形式。通常帶有壓縮的視頻數據的數據包是與其它的數據包，例如帶有對應音頻數據和對於恢復電視信號為所需的控制信息的其它的數據包一起多路復用。以這種方式傳送數位電視信號的一個標準是MPEG-2標準，該標準的細節可見於標準化國際組織的ISO/IEC13818-1的國際標準中，發表在1994年11月13日的″運動圖象和相關音頻的原始編碼系統″中的建議H.222.0中，該建議在此引作參考。對於MPEG-2視頻信號的算法和句法可見於標準化國際組織的ISO/IEC13818-2的國際標準中，發表在1995年的″運動圖象和相關音頻的原始編碼圖象″中的建議H.262中，該建議在此也引作參考。其它的用於發送打包的數據流的數位電視數據標準是在1995年9月15日批准的高級電視系統委員會(ATSC)數位電視標準A/53。在此引作參考。這種ATSC數位電視標準的基礎是ISO/IECMPEG-2視頻標準、數字音頻壓縮(AC-3)標準和ISO/IECMPEG-2系統標準。以打包的數據流的方式傳送數位電視數據的另一個標準是在1995年9月15日批准的高級電視系統委員會(ATSC)數位電視標準A/53，該標準在此也作為參考。該ATSC數位電視標準是根據ISO/IECMPEG-2電視標準、數字音頻壓縮(AC-3)標準和ISO/IECMPEG-2系統標準。在ATSC和MPEG-2系統標準(以及屬於本註冊人通用儀器公司特權的相似的DigiCipherII系統)中，傳送數據流或發送的多路是由相鄰的固定長度的數據包組構成的。視頻序列的傳送是使用一種分級的結構，其中的序列的標題跟隨著各種擴展的內容、用戶數據圖象組(GOP)標題、選擇用戶數據圖象標題等。序列的標題提供用於圖象序列的信息，這些圖象的序列通常包括多於一個GOP。這種信息包括例如水平和垂直幅度值、寬高比、幀和比特速率、以及用於這些視頻數據的量化參數。還可以包括用戶數據擴展，提供由解碼器使用的附加信息。DigiCipherII標準提供在序列比特後的附加用戶數據的傳送，以便識別一個DigiCipherII信號和使用在一個序列中的任何專用視頻壓縮技術，包括DigiCipher專用預測和數據塊運動估計。無論是在MPEG-2還是在DigiCipherII中，除去序列擴展和用戶數據之外，都提供包括例如視頻格式和彩色描述信息的一個序列顯示擴展。除去其它的信息之外，隨後的一個圖象標題組提供一個時間碼。隨後，提供的圖象標題包括適用於在將要顯示的一個圖象序列中的對應圖象的各種信息。一個圖象的擴展，最終是將被記錄和重放以便觀看的實際的圖象數據被隨後提供。應該注意，除去這樣的事實，即各種擴展必須是在序列擴展之後和在GOP標題(如果提供的話)或圖象標題之前，該MPEG並不表示各種擴展(例如序列顯示擴展)或必須發送的數據的次序。MPEG並不要求將要發送的GOP標題，而且在特定的事實方案中可將這樣的標題旁路。在實際的發送系統中，可能需要包括在不同的時間的用於專門目標的附加數據，例如提供封閉標題、VITS、輔助實時圖象、電視圖文和AMOL數據。這樣的附加數據可以在模擬電視信號的垂直消隱期(VBI)中傳送，並且被稱之為″VIB用戶信息″、″用戶數據″、或″用戶信息″。通過在模擬和複合視頻信號的VBI行中傳載的波形，已經發展了用於服務的多種標準。數字視頻信號的壓縮系統趨向使用的算法對於二維的運動圖象的特徵十分有利。這些算法通常不適於用於對在目標視頻信號的VBI行中的視頻波形的壓縮。和動態視頻信號相比，VBI波形的特點很不相同。對於這些行的不經壓縮的發送是一個很重的帶寬的負擔，例如發送8或10比特的704或720亮度和色度象素的取樣。例如，8比特清晰度和30Hz的720亮度和色度象素值需要345600bps，由這些行傳送的信息只用480bps用於封閉的標題，而以6720bps用於北美基礎電視圖文規範。隨著到數字視頻過程的過渡，對於VBI服務的支持和重建的需求將繼續。期望數字視頻信號的分配系統來重建該VBI以及動態視頻信號，即使在採用數字視頻壓縮技術的時候。所以，需要用於VBI視頻行的壓縮的算法、句法和語義的說明，以便實現一個效率和靈活的多樣性，從而生成說明用於數據句法和語義的VBI波形。提供用於數位電視數據的原始傳送句法將是有利的，這種數位電視數據將滿足於在任何給定時間可以使用也可以不使用的VBI用戶信息的各種類型。這種方案將使得實現帶寬的經濟管理的同時提供對於VBI用戶信息的傳送的靈活性。相應原始的發送句法，提供一個波形產生器以便提供符合VBI各種標準數字波形將是更為有利的。本發明提供了一個具有所述的這樣的優點的一個原始波形的產生器。根據本發明提供的裝置用於產生與不同的垂直消隱期(VBI)服務相符合的數字波形，用於插入到一個數字成分視頻信號的VBI部分中。根據用戶數據的句法，一個緩存器接收攜帶有用於特定的VBI服務的VBI數據的多個符號，它們表示VBI數據所要插入的電視信號行。一個定時電路響應這些符號的第一個的起始時間(由該句法所提供)，以便實現在由特定VBI服務所規定的一個時間將VBI時間插入到數字成分視頻信號的VBI部分。一個符號處理器響應由該句法提供的信息。該信息表示(i)每一個符號表示的多個象素，(ii)這些符號傳送的時間，和(iii)將要插入到VBI部分中的符號傳送數據的數目。該符號處理器通過特定的VBI服務指定的格式提供該VBI數據。可提供一個電平控制電路，響應該句法提供的至少一個幅度值，在將數據插入到VBI部分之前調節VBI數據的電平。同時，可以有選擇地提供VBI數據的幅度調製。在用於具有單一符號脈衝響應的VBI數據的第一實施例中，符號處理器包括一個過渡處理器，用於檢測在VBI數據中的一個過渡並產生響應被檢測的過渡的一個過渡波形。該過渡波形符合由特定的VBI服務所規定的格式。提供有裝置用於將過渡波形和VBI數據相結合，以便提供數字波形，插入到由句法指示的電視行的VBI部分中。該過渡處理器還可以包括一個存儲器，用於存儲過渡數據並產生過渡波形。過渡波形例如可以是一個跳躍或一個非線性函數。在用於具有單一和/或多個符號脈衝響應的VBI數據的第二實施例中，符號處理器採用一個有限脈衝響應(FIR)函數(例如等效於一個FIR濾波器)，以便產生一個數據符號序列，表示用於特定VBI服務的VBI數據，以便插入到由句法規定的電視行的VBI部分中。根據該句法所定義的VBI服務的過渡的類型，一個存儲器可以被提供，用於存儲用於VBI服務的有限脈衝響應數據，其中採用的裝置是響應存儲的有限脈衝響應數據，用於實現針對特定VBI服務的有限脈衝響應功能。此外，一個無限脈衝響應(IIR)濾波器或均衡器也可以被採用。在任何一種情況中，濾波器可以按照一個查詢表的方式實現。該脈衝響應數據可以與VBI服務相結合地或者是獨立地裝入到存儲器中。而且，第一和第二實施例可以用單獨的設施方案來實現。對應的方法也是存在的。圖1是採用本發明的數字視頻編碼器的框圖；圖2是採用本發明的視頻壓縮處理器的框圖；圖3是根據本發明的用於從攜帶在數字視頻數據流中的用戶數據中產生數字VBI波形的一個象素產生器的第一實施例的框圖；圖4是當著VBI發送標準的脈衝響應時間大於一個符號的時間時，用於從攜帶在數字視頻數據流中的用戶數據中產生數字VBI波形的一個象素產生器的第二實施例的框圖；圖5是圖4的內插器的頻率響應的曲線。本發明提供一種改進帶寬使用效率的方法和裝置，以便使用一個數位電視數據的數據流傳送通常是在一個模擬電視信號的VBI部分中傳送的各種不同類型的信息的可變數量的信息。所涉及的信息是一組用戶使用數據，稱之為″圖象用戶數據″，以便區別於在MPEG、ATSC或DigiCipherII發送數據流中的″序列用戶數據″。在這一個子組中，下稱為VBI用戶信息，包括象封閉標題數據、取樣的視頻數據、NABTS、WST、EBU數據和NielsenAMOL數據。圖象用戶數據的這些類型的每一種都隨著每一個圖象而被刷新。這些圖象用戶數據是在對應於VBI行的連續的視頻幀的部分中而被發送的。在根據本發明的處理之前，每一個VBI行是由720個8比特的亮度取樣和720個8比特的色度取樣表示的。起因於實現多數標準VBI波形的本發明能夠被表示為調製到一個視頻信號的亮度部分的脈衝幅度調製(PAM)數據(例如非歸零(NRZ)數據)。這種波形能夠通過它們的脈衝形狀、每一個符號的象素數目、符號-上升時間比率、在視頻行中的波形開始時間和可應用的視頻系統(即視頻標準)作分類。由於沒有任何一個標準表明行-行的重要性或幀-幀數據的相關性，所以每一個VBI都能夠被獨立於任何其它的VBI行獨立地處理。而且，脈衝形狀的說明使得不同的VBI波形被分類成要求脈衝形狀小於一個符號的持續期的波形(例如非圖文波形)和要求脈衝形狀大於一個符號的持續期的波形(例如圖文波形)。如上所述，本發明的優點在於實現涉及到各種不同的VBI波形幀的適用，從而提供一個波形產生器能夠和在數位電視數據流中的傳送的各種VBI波形相兼容。提供一個能夠重建各種VBI波形的大多數的單一狀態機制。這種狀態機制使得下列的參數可被編程特定VBI行的場號碼、特定VBI行的行號碼、特定VBI波形標準使用的符號速率、標準的CCIR-601開始取樣號碼、標準的上升時間(符號-過渡期比率)、用於NRZ″0″和″1″的標準的CCIR-601值、在標準的波形中的符號數目、和在特定VBI行的波形中的符號的矢量。如同在本專業的技術人員所理解的那樣，″CCIR-610″是一個由國際無線電協調委員會所推薦的標準，用於對數字成分的編碼和濾波。表1總結出已知的VBI波形標準的關鍵分布。″VBI服務″一項用於表示任何所列出的標準以及任何其它的VBI數據格式、規程或系統。列出的標準適用於525-行(NTSC和PAM/M)或625-行(除去PAL/M之外的PAL)電視系統。每一個標準提供波形的某些部分作為用於符號的同步目的的定時基準和同步方案。而且，每一個標準都提供每一個視頻行的數據比特的固定的數目，其中的一些是用於誤差檢測的目的。通過某些調製技術和採用表示不同數據比特值的不同幅度，每一個標準將數據比特調製到視頻行上。最終，每一個波形採用已知標定的符號速率(有時被稱之為視頻行速率[fh])和脈衝(符號)形狀(經常表示成上升時間[tr]或具有特定的字母值的上升的餘弦脈衝波形)。特定的標準的唯一的分布用粗前端強調示出。表1(VBI波形標準的總結)通過比較在表1中列出的各種不同的VBI波形的標準，可以得出各種結論1.所有的波形都可以被表示成調製到視頻信號的亮度信號上的NRZ數據，甚至是EBU3217的標準的雙相調製符號，但是表示NRZ的″0″和″1″符號的標定的亮度制隨波形的不同而不同。2.脈衝波形表明，可以被劃分成用於非電視圖文波形的具有持續期小於一個符號時間的脈衝形狀的波形和用於電視圖文波形的具有持續期大於一個符號時間的脈衝形狀的波形。3.沒有任何一個標準表明數據的行與行或幀與幀之間的相關性；所有，有利的是保持每一個VBI行對於任何其它的VBI行的獨立性。4.VITC的同步比特最好是作為數據比特簡單地處理。5.在所有的波形上，每一個符號的CCIR-601取樣的數目的範圍達到13的因數。6.整個非電視圖文波形上的符號-實時比率的範圍是從1.5-8.5。7.波形範圍的符號速率是因數21。8.相對於第一CCIR-601取樣，所需要的波形的起始取樣從在CCIR-60取樣零之前的27個取樣到在取樣零之後的80個取樣，具有在取樣零之後的26個取樣的標定值。從上面的結論的角度可以確定，能夠產生一個單一的機制，如果下列的參數能夠在該狀態機制中被編程的話，就能夠重建所有的這些VBI波形1.特定的VBI行的場數目，2.特定的VBI行的行數目，3.標準的符號速率，4.標準的CCIR-601起始取樣數目，5.標準的上升數據(符號的過渡期)，6.用於NRZ″0″和″1″符號的標準的CCIR-601值，7.在標準的波形中的符號的數目，8.在特定的VBI行的波形中的符號的值的矢量。提供用於對各種VBI波形的每一個進行重建的上述參數可編程性的一個狀態機制在下面的圖3中公開。在討論該狀態機制之前，結合一個編碼器和解碼器的結構的實際實施例，公開根據本發明的一個新穎的算法。圖1以框圖的形式示出一個用於將原始的數字視頻數據處理成用戶數據算法的一個編碼器，其中的VBI用戶信息的不同類型的可變數量能夠以數位電視數據流的形式傳送。用戶數據的句法可以包括PAM數據，比如說NRZ數據，稱之為亮度″NRZ″(lumaNRZ)。可以理解到，雖然NRZ數據被是以特定的說明性的實例表示的，但是其它的PAM方案也能夠採用。原始的數字視頻信號，例如滿足動畫組織和電視工程(SMPTE)標準的視頻信號經過接端10輸入到一個串接的接收機12，該串接的接收機將並聯格式輸入的這些數據串聯化。串行的數據在緩存器14中緩存，它是一個普通的先入-先出(FIFO)寄存器。一個視頻數據語法分析程序16隨串行數據的句法進行解釋並解譯出各種信息，例如表示新行起始的信息，新幀起始的信息和原始亮度和色度數據的信息。該亮度和色度數據被輸入到一個解多路器18，將這些數據分解成對應於連續視頻幀(例如對應的NTSC模擬電視新行的第1行到21行)的垂直消隱間隔的數據和對應於這些幀的有效視頻部分的數據。解多路器18還確定所要求的數據流的同步性是否已經丟失，如果是，則將″同步丟失″信號示出的一個視頻壓縮處理器22，它還接收將要壓縮的有效視頻信號。該視頻壓縮處理器22是本專業人士熟知的類型，例如在美國專利5376968、5235419、5091782或5068724中描述的類型。應該注意，被歸類為VBI數據的某些用戶數據的類型可以在實際的VBI中不存在。例如，由Nielsen公司使用的編程行列信息用於市場研究並被稱之為″行列的自動測量″(AMOL)的信息，在NTSC制式的廣播電視信號中被插入到每一個電視幀的第二場的行22中。行22是一個有效的電視信號行，所以對於NTSC制式的電視信號來說，解碼器可以從行23而不是從行22開始處理有效電視信號。在一個30幀的序列中，每一幀的AMOL行一般是存在的，但是用於多數幀的實際通常將是無效的。為了提供AMOL數據，VBI被假設擴展到行22而不是行21。包括在數字視頻輸入信號的VBI部分中的數據是從解多路器18輸出到隨機存儲器20(RAM)的。該存儲器包括一個亮度RAM和一個色度RAM。這些RAM存儲數據直到句法處理器24所要求的時間，該句法處理器24提取VBI用戶信息並建立一個句法，該句法使得該信息在數位電視數據流中的VBI部分中有效率地傳送，以便傳送到對應的解碼器，例如在一個終端用戶位置的解碼器。由句法處理器提供的句法存儲在一個標題FIFO28中，它被用於彙編傳送標題，例如數位電視數據流的一個MPEG或DigiCipherII實施方案中的標題。該標題FIFO28把句法信息提供到一個桶形移位器30，把該標題和來自視頻信號編碼器26的壓縮的有效視頻數據相組合。利用公知的方法，例如採用Huffman編碼，該視頻信號編碼器26對應來自視頻壓縮處理器22的壓縮的視頻數據編碼，以便提供碼字(CW)、碼字長度(CL)和表示編碼信息的數據標籤。來自桶形移位器30的輸出是包括由標題所分割的有效視頻數據的數據流，包括為了解碼該有效視頻數據所必須的信息。這些數據被存儲在視頻信號緩存器32中，它提供作為打包器34所使用的基礎的數據。該打包器34是一個傳統的部件，將數據組合成符合傳輸數據流標準，例如ATSC、MPEG-2或DigiCipherII數位電視標準的數據包。相對於本發明來說的句法處理器24的功能在下面採用ATSC和MPEG傳輸標準的所用正式的語法來描述。這一語法是一種採用C語言形式的句法，並且是一個描述數據比特的連續和可能可變速率序列的方法，而不是說明一個規程的程序和它的在計算機C語言中的功能。句法的第一列包括句法成分。第二列是句法成分的比特長度而第三列是說明句法的類型。類型是bslbf(從左比特首先開始)和uimsbf(未加符號的整數最主要比特開始)。標題″user_data0...″表示在括號中的句法單元是一個名稱組，並且可被包括在由″user_data0″表示的句法中的其它的地方。比特結構的條件的出現可以用一個通常的″if″檢測表示。在C語言中的習慣關係操作符號仍然可用。可用使用循環結構並使用標準的C語言的循環標題句法。該句法表伴有一套語義的說明，提供來用於定義先前未定義的句法場和在它們使用中的定位限制。下列的圖象用戶數據比特數據流句法(其中陰影區表示標準的ATSC用戶數據句法而非陰影區表示根據本發明的句法)和說明本發明最佳實施例的比特數據流的語義圖象用戶數據的語義說明附加數據類型(additional_data_type)-一個8-比特整數(值的範圍在[1∶255])指示跟隨該場的附加數據結構的類型。該場將具有十六進位的01值，指示附加數據是lumaNRZ數據。附加數據長度(additional_data_length)-一個16-比特未加符號的整數(值的範圍在)表明跟隨該場的附加數據結構的字節長度。該長度不包括附加數據長度本身，但是包括用於給定附加數據類型的隨後的附加數據。可用到達但是不包括任何其它的附加數據類型的隨後的附加數據。亮度NRZ計數(luma_nrz_count)-一個5-比特的整數(值的範圍在)給出在行中的偏置，從該值，相對於基礎的VBI行產生該亮度NRZ數據(NTSC和PAL/M制式的場1的525行的第10行；除去PAL/M之外的所有的PAL制式的第二場的525行第273行，第一場的625行的第六行；和第二場的625行的第319行)，如CCIR報告624-4所規定。起始取樣(start_sample)-一個9-比特的未加符號的整數(值的範圍在)，指示重建的亮度行的取樣，從該行將開始過渡成第一亮度NRZ符號。起始取樣將和CCIR610取樣相同的單位並將和CCIR601重建的幀的第一個取樣相關。NRZ增量(nrz_increment)-一個6-比特的未加符號的整數(值的範圍在[1∶63])表示亮度符號時鐘的增量值，並連同NRZ模式一起，呈現的值描述該亮度NRZ符號時鐘對於27MHz基準時鐘的關係。更詳細可見NRZ模式的語義。NRZ模式(nrz-modulus)-一個10-比特未加符號的整數(值的範圍在[2∶1023])。表示亮度NRZ符號時鐘模式值，並連同NRZ增量一起，呈現的值描述該亮度NRZ符號時鐘對於27MHz基準時鐘的關係。具體地說，NRZ增量和NRZ描述對於亮度NRZ符號速率的關係是nrz_increment/nrz_modulus＝LumaNRZsymbolrate/system_clock_frequency其中system_clock_frequency是在ISO/IEC13818-1中定義的27MHz+30ppm，而nrz_increment的值必須不超過nrz_modulus-1。0幅度(0_amplitude)-一個8-比特未加符號的整數(值的範圍在[1∶254])，表示一個幅度，在該幅度，值為0的亮度NRZ符號將以CCIR601重建幀的幅度單位重建。1幅度(1_amplitude)-一個8-比特未加符號的整數(值的範圍在[1∶254])，表示一個幅度，在該幅度，值為1的亮度NRZ符號將以CCIR601重建幀的幅度單位重建。脈衝形狀(pulse_shape)-一個2-比特的未加符號的整數，表示脈衝的形狀，將被用於亮度NRZ的行的重建。脈衝形狀的含義用表3所表示。表3脈衝形狀符號-過渡比率(symbol_to_transition_ratio)-一個8-比特未加符號的整數(值的範圍在[16∶255])，表示在由0幅度和1幅度所規定的幅值之間的每一個亮度NRZ符號的持續期對每一個符號的過渡期的比率，並具有的單位是2-4(0.0625)。這一場以一個符號描述符號，過渡比率的範圍在1.0-15.9375。NRZα(nrz_alpha)-一個5-比特的未加符號的整數(值的範圍在)，表示上升的餘弦濾波器的α值，該濾波器的脈衝形狀用2-5(0.03125)描述每一個亮度NRZ的符號。這一場描述的α值從0.03125到1.0.該NRZα的含義由表4示出。表4NRZα碼字計數(word_count)-一個5-比特未加符號的整數(值的範圍在，表示跟隨該場的標誌比特和亮度NRZ碼字對的數目。亮度NRZ碼字(luma_nrz_word)-一個22比特的亮度NRZ符號的字串，例如接收的第一個比特是從左到右顯示的視頻行上的重建的第一個亮度NRZ的值。該亮度NRZ碼字將被接收，以便它們的符號在從左到右顯示的視頻信號行上被重建。餘數計數(remainder_count)-一個5-比特的未加符號的整數(值的範圍在)，表示跟隨該場的亮度NRZ比特的數目。亮度NRZ比特(luma_nrz_bit)-一個單一的比特，表示將在視頻行上重建的亮度NRZ符號。亮度NRZ比特將被接收，以便跟隨在從任何亮度NRZ碼字之後將它們的符號從重建在左到右顯示的視頻信號行上。上述的句法是由圖1中的句法處理器24進行彙編的。在最佳實施例中，該句法處理器24是用硬體實現的。在句法加到數字視頻數據之後，產生的數據流被打包並從打包器34輸出，以便提供用於眾多解碼器通信的最終的數據流。圖2示出了一個視頻解壓縮處理器(即一個解碼器)的框圖，用於處理包括上面詳述的VBI用戶數據句法的已收數據流。該視頻解壓縮處理器(VDP)採用一個存儲器管理器130，編址一個DRAM122，以便存儲和檢索為了在一個接收機上重建一個電視節目所必須的視頻數據。該處理器通常被表示成視頻解壓縮處理器120，它是一個流水線型的處理器，設計來解碼經過終端110輸入的壓縮的比特數據流的傳送數據層(即控制和其它的非視頻信息)和視頻數據層，有時將該處理器表示成視頻處理器的″傳送數據包接口″。用戶處理器接口包括例如提供在終端114的一個M-總線控制器150，用於控制視頻數據處理器。該接口包括各種在視頻解壓縮處理器120中的寄存器，如同本專業所公知。對於DRAM122的接口是通過地址線124和數據線126提供的。在圖2示出的實例中，DRAM122具有九比特的地址埠和三十二比特的數據埠。視頻輸出接口138被提供來用於解壓縮和重建視頻信號，例如輸出標準的CCIR656的8比特27MHz的多路的亮度(Y)和色度(Cr，Cb)信號。經過檢測接口可用通過一個終端162接到一個傳統的組合測試功能組(JTAG)160.JTAG是一個標準的邊界掃描技術方案，用於邊界電平的測試，以便檢測在數據包和邊界連接點的誤差以及內部電路。經過終端112，視頻解壓縮處理器120接收時鐘信號。該時鐘信號提供所用的定時信息，例如使得傳送句法語法分析程序132從包括在經過終端110輸入的打包數據的數據流中的傳送數據包恢復定時信息和視頻信號。一個查詢和誤差管理電路134利用通過一個視頻句法語法分析程序140檢測的一個程序時鐘基準(PCR)和解碼時間標記(DTS)來同步圖象解碼的起始。該電路設置垂直同步並提供用於所有的視頻解碼器和顯示功能的全局同步。通過存儲器管理器130，視頻數據層在包括在DRAM122中的一個輸入緩存器(FIFO)中緩存。經過存儲器管理器130，視頻句法語法分析程序140從該DRAMFIFO接收壓縮的的視頻數據，並從描述該視頻信息的係數中分離出運動矢量信息。該係數由Huffman解碼器152、反相量化器154和反相離散餘弦變換(IDCT)處理器156處理。運動矢量被恢復並用於編址所要求的先前的視頻幀，以便重建當前視頻幀。具體地說，運動矢量解碼器142對於從視頻句法語法分析程序140接收的運動矢量進行解碼，並將其傳送到預測地址產生器144。該預測地址產生器144提供必要的地址信息，以便經過存儲器管理器130獲取必須的基礎幀(即幀間(I)或預測(P)幀)數據，以便使得預測計算器146提供對於重建當前幀數據塊所必須的預測信號。差分解碼器148將預測的數據和解碼的係數數據組合，以便提供解壓縮的視頻數據。經過存儲器管理器130，解壓縮的視頻數據存儲在DRAM122的適當的存儲器中。應該懂得，由運動矢量解碼器142、預測計算器146、差分解碼器148、Huffman解碼器152、反相量化器154和反相離散餘弦變換(IDCT)處理器156進行的視頻數據的解壓縮處理是本專業的技術人員熟知的普通技術。存儲器管理器130對於地址線124和數據線126上的所有的運作編程並有效率地編址DRAM122。該存儲器管理器130確保DRAM122的輸入FIFO部分視頻句法語法分析程序140和視頻信號重建電路136(以及預測計算器146和差分解碼器148)的所有的數據請求都被滿足。視頻信號重建電路136計算當前的圖象並處理該VBI用戶數據，以便把所希望的用戶數據插入，從而在視頻輸出接口138上輸出。應該懂得，不屬於VBI的用戶數據也可以存在，並且在被處理和被輸出之前對於可用的用戶數據作暫存。視頻輸出接口138將把帶有解壓縮的有效視頻數據的已經處理的VBI用戶信息包括在送到圖1示出的串行接收機12的原始格式中。示出的DRAM122是一個外部存儲器。應該懂得，在所使用的特徵來看和隨著技術的進步，DRAM122可以是作為在視頻壓縮處理器中的內部存儲器提供的。該DRAM122被變換，以便提供各種解碼並輸出視頻信號緩存器，以及一個用於壓縮的輸入視頻數據流的電路FIFO緩存器。該DRAM122還可以用於提供一個測試圖案的緩存器，一個VITS緩存器和一個封閉標題顯示記錄緩存器以及存儲各種為了正確地顯示解碼的視頻幀所需要的圖象結構數據。該DRAM122可用通過存儲器管理器130而被重新初始化，以便當變量被修正時，例如PAL或NTSC視頻信號，8或16Mbit存儲器構型時，以及當出現B幀時，按照需要提供比特的存儲器變換。如上所述，存儲器管理器130規劃在DRAM總線上的所有的操作，包括輸入FIFO的數據傳送請求，視頻語法分析程序和視頻重建電路。該存儲器管理器130還執行傳統方式的所要求的DRAM的刷新。例如在兩個或四個DRAM的每一個中的相同的列可被同時地被刷新。當著包括壓縮視頻數據的打包的比特數據流輸入到視頻解壓縮處理器120的終端110時，由壓縮視頻數據表示的視頻幀在一個時刻被重建。在一開始，視頻數據的完整的幀必須被接收並存儲在DRAM122中。用於隨後視頻幀的信息可用包括完整視頻幀的子組，當加到來自先前視頻幀的預測的數據(存儲在DRAM122中)時，將產生完整的視頻幀的重建。圖3示出了一個象素產生器的框圖，用於根據上述的句法設置，從被攜帶在數字視頻數據流中的用戶數據產生一個數字VBI波形。該波形產生器可以是圖2示出的視頻信號重建電路136的一部分，或者可以是單獨提供的視頻重建電路，例如用於商業應用，其中希望更大的靈便性，雖然有可能增加成本。該波形產生器能夠適用於表1中示出的用於AMOL、VITC和EBUVBI標準的各種參數。這些VBI服務的每一個具有對應的每一個符號的象素數目。封閉標題、AMOL、VITC和EBU服務具有的脈衝帶有一個脈衝響應時間，該響應時間小於一個符號時間，在此稱之為單一的符號脈衝響應。圖文業務具有多個符號脈衝響應，其中的脈衝響應時間是若干個符號。用於此業務的具有多個符號脈衝響應的波形產生器在圖4中描述。利用單個符號脈衝響應的服務的每一個具有對應的上升時間，總體的過渡時間和每一個過渡的象素的數目。針對每一個業務的這一個信息總結在表5中。表5VBI業務特徵業務的單個符號脈衝響應種類具有的特性是，其中有以CCIR601每幀取樣速率的四個或更多的象素。如在表5中所見，封閉標題的每一個符號具有最大的象素數目(例如大約是27)。對於單個符號脈衝響應服務，從一個符號到下一個符號沒有重疊。符號的時間響應使用其過渡和完整的幅度部分為特徵的。符號的過渡部分可被作為服務的一部分而被下載，或存放在一個過渡存儲器(ROM或RAM)，例如提供在圖3示出的過渡產生器218中的存儲器中。從硬體的靈活性和通道的效率的角度，ROM的使用更為有效率。一個正弦方波的使用對於所有的各種VBI服務都將有效。將要被插入到VBI波形的數據在解碼器被插入並在FIFO202中排隊。通過象素產生器重放該符號而將數據插入到VBI中。象素產生器將以高電平和低電平經過終端201插入(0幅度和1幅度)；經過終端203插入其上插入數據(從場號和行偏移得出的數據)的幀的行號；經過終端205插入過渡類型(從脈衝形狀得到)；經過終端207插入所要插入的符號的號碼(從碼字計數和餘數計數得到)；分別經過終端209和211插入NRZ模式和NRZ增量；經過終端213插入符號-過渡比率；以及經過終端215插入第一個符號(起始取樣)的起始時間。所有的這些信息都表示將要插入的VBI數據的特定的類型，並通過上述定義的句法提供。其中將要插入VBI數據的視頻信號數據經過終端217輸入到波形產生器。例如以傳統的CCIR656格式提供的視頻數據被耦合到一個多路器254。該多路器254還從一個插入窗口產生器248接收門控信號，這使得多路器在定時窗口中輸出VBUI數據，即是例如長度為704象素的數據。為了將VBI數據插入到視頻信號的適當的位置，視頻數據的行計數被保持並和所希望的插入行相比較。這一功能是通過一個行檢測器244和經過終端217從視頻信號數據接收當前行信息的一個行定時產生器246實現的。當將要插入VBI數據的行被行檢測器244檢測到時，則該行檢測器244啟動該行定時產生器246。該行定時產生器246則保持該視頻數據行的軌跡，並提供該視頻數據行象素計數到插入窗口產生器248，以便提供適當的插入窗口，例如704個有效象素的插入窗口。一旦接收到正確行的0數據，該行定時產生器246還通知一個起始時間檢測器214(計數器)，開始對於由從句法得到的開始取樣信息規定的起始象素數據的遞減計數。該起始時間檢測器214啟動符號時鐘產生器210，該符號時鐘產生器210又清除一個符號計數器212。符號時鐘產生器210從句法接收NRZ模式和NRZ增量。一旦該符號時鐘產生器開始響應起始時間檢測器214，則通過藉助在象素時間上的分數符號時間計數器的遞增計數得出符號時間。計數器的模式是分數單位的。如果希望，計數器和單位可用由一個常數所乘，以便簡化硬體的實施。符號時鐘產生器210輸出一個符號時鐘到FIFO，以便實現對於來自FIFO202的VBI時間的鐘控。它還提供當前出現的取樣的符號時間的一部分到將要描述的過渡時間度量電路216。符號時鐘運行到該符號計數器212計數了由來自句法的碼字計數和餘數計數所規定的符號的數目為止，在此時，產生一停止信號。該停止信號還清除在VBI數據路徑中的一個移位檢測器206。經過移位檢測器206移位的VBI數據由符號檢測電路208監視。通過將先前發送的符號和當前將要發送的符號相比較檢測過渡的存在和不存在。如果它們是相同的，則產生相同的值並發送。如果這兩個符號之間存在不同，則就要選擇可能包括只讀存儲器(ROM)或隨機存儲器(RAM)的過渡產生器218。過渡產生器218存儲用於產生多個過渡函數的數據，每一個用於所支持的過渡類型，針對不同VBI標準的VBI數據脈衝。用於當前VBI數據的所選擇的特定的過渡函數是由該句法的脈衝形狀規定的過渡類型並經過終端205送到過渡產生器218的脈衝形狀的值所規定的。例如，過渡函數可用提供脈衝形狀作為一個矩形或上升的餘弦脈衝。過渡的開始和結束是通過從過渡時間度量電路216輸入到過渡產生器的地址所決定的，該過渡時間度量電路216根據來自終端213的符號-過渡持續期比率和來自終端209的NRZ模式度量符號時間的一部分。所度量的符號時間的部分表示在VBI數據脈衝的上升時間之內的時間中的取樣的位置。過渡處理被重複，直到檢測電路220確定該地址超過過渡產生器的ROM或RAM的範圍為止，在此時的符號已經達到其最終值的100％。輸出多路器(檢測器)242隨後選擇用於當前和符號象素的餘量的最終值。選擇邏輯電路222根據過渡檢測電路224的對過渡的初始檢測控制輸出多路器242，並按照檢測電路220的確定的來控制過渡的結束。一個查詢表(LUT)236(存儲在例如ROM中)把從移位檢測器206輸出的數據的每一個比特轉換成一個8比特的電平，最終被標度成適當的亮度電平，用於正在處理的用戶數據的特定類型。例如，LUT236可用將一個二進位的″0″轉換成8-比特的00001111和將一個二進位的″1″轉換成8-比特的11110000。這種變換是任意的，並且其它的所希望的8-比特電平可被選擇用於二進位的″1″和″0″。除非一個過渡是在由選擇邏輯電路222指示的進程中，則將來自LUT236輸出的8-比特電平被提供到輸出多路器242，選擇該電平作為輸出，在此種情況下，來自過渡產生器218的過渡函數被輸出。響應通過201的用戶數據句法傳送的0幅度和1幅度，從輸出多路器242輸出的數據流被標度成所需要的輸出電平。針對由插入窗口產生器248提供的插入窗口，一個輸出多路器254把產生的VBI數據插入到來自終端217的視頻數據流上。該插入窗口對應於有效視頻信號的持續期。多個VBI業務可用圖3示出的產生器插入。需要用附加電路根據逐行基礎輸入為了運行該產生器所需要的變量。數據在一個普通的FIFO中排隊。在實施中示出，除非另外有規定，所有的時鐘都是以13.5MHz運行的。這是標準的MPEG、ATSC和DigiCipherII系統的時鐘頻率的一半。符合EBU3217標準的數據具有這樣的性質，即過渡時間要比符號時間稍長。這一問題可用通過選擇一個相對於這個過渡時間而言低百分之10到百分之90的過渡函數來克服。用于波形形成EBU3217數據的專用濾波器是高斯(Gaussian)過渡濾波器。窗口化的高斯過渡濾波器能夠提供比正弦方波較好的性能。可用按照聯繫圖3對於VBI業務的討論支持電視圖文業務。為了支持電視圖文業務，如上所述，波形產生器必須控制一個脈衝響應，該響應必須在持續期上大於一個符號。實現這種VBI波形產生器的實例在圖4中示出。圖4中的VBIFIFO310、312、符號計數器316、符號時鐘產生器320、起始時間檢測器322、標度和補償電路306、308、插入窗口產生器332、行檢測器330和328都與圖3中的相對的比較類似。為了控制電視圖文業務的範圍可從以13.2MHz取樣每個符號的1.89到2.36的多個符號的脈衝響應，一個發送(Tx)濾波器RAM302和一個內插濾波器314被採用。應該理解到，如果希望的話，該濾波器RAM302也可以用應該RAM來實現，特別是如果所希望的格式的脈衝響應將要被裝入而不是被局部地存儲在ROM中時。任何這種裝入都是以應該固定的每一個符號速率的取樣數輸入的。用於這種裝入的句法可用按照在先討論的C語言形式的經過提供。這種內插器被用於產生13.5MHz速率的圖象。速率的差異是該內插器的增量。通過終端303把將要插入的數據在FIFO310中排隊。藉助把符號經過象素產生器的重放將數據插入到VBI中。該象素產生器帶有第一個符號象素經過終端315的起始時間、每一個符號象素的數目(遞增/模式)經過終端311和309的起始時間、經過終端300插入高和低電平的(0幅度和1幅度)起始時間、經過終端301的信令系統的脈衝響應(過渡類型)的起始時間、經過終端307插入的符號的數目和經過終端305插入數據的場號和行號。輸出到終端317的視頻數據是按照CCIR656的格式提供的。行計數被導出並在電路330、328和起始時間檢測器322中與插入的所希望的行相比較。一旦獲得準確的行的零數據，則在電路起始時間檢測器322中開始用於起始象素時間的遞減計數，這使得在適當的時間啟動該符號時鐘產生器320。這704個象素的插入窗口產生器332是通過行定時產生器328啟動的。和在圖3中的波形產生器相同，符號的定時是通過對於函數″符號定時/象素定時″的計數器的遞增得出的，其中的″INCR″是應該是一個計數器，並且計數器的模式是該分數的分母。除去分別通過終端309和311接收模式和增量之外，符號時鐘產生器320通過終端313接收系統時鐘(例如27MHz)。通過以27MHz而不是以13.5MHz運行該符號時鐘產生器，產生兩倍的符號速率時鐘。FIFO310的啟動輸入，從一個除法器318接收符號時鐘，該除法器318將符號時鐘產生器320的輸出除2。這一點是必要的，因為符號時鐘產生器提供的時鐘符號速率的兩倍。一旦符號的具體的數目從該FIFO輸出，則該符號時鐘就對於當前的電視行禁止。所有隨後的數據符號都被強制成低(0)狀態。這些符號不是數據，而是填充704個象素的窗口的具有低狀態的平衡數據。發送濾波器RAM302產生每一個符號的兩個象素。當起始時間到達時，發送312以符號速率裝入發送符號。在完成每一個插入時，該寄存器被初始化成用光低狀態。用於該脈衝響應的持續期的發送數據被送到發送312。該ROM存儲事先根據已知計數計算的脈衝響應的查詢表。通過存儲FIR計算的結果在該ROM中，就沒有必要存儲FIR係數以用於計算該結果。當該ROM由經過終端301的過渡類型編址時，將被提供在VBI波形中用於特定過渡的適當的FIR將從LUT輸出。該發送濾波器的輸出經過寄存器304送到內插濾波器314。該內插濾波器314把每個符號速率數據兩個取樣轉換成13.5MHz的取樣。一個適當的內插濾波器的實例由下列的FIR係數所描述A0＝αμ2-αμA1＝-αμ2+(α+1)μA2＝-αμ2+(α-1)μ+1A3＝αμ2-αμ其中的α定義為0.5，而μ是用於將要被內插的取樣的時間。用於該內插器(ParaIntr)的頻率響應400和用於各種電視圖文標準的發送脈衝響應402，404，406和408，以及用於本發明的原始指定的VideoCipher標準特性在圖5中示出。可用看出，該內插器明顯地影響著發送的頻率響應。這種頻率響應的誤差能夠在發送濾波器中較正(預失真)，從而減小其影響。所要求的是，發送頻譜以及它的圖象將被在內插前完好地控制。這將是用於所描述的數據信號類型的情況。如果每一個符號的象素速率是小於每個符號的三個取樣，則將需要每一個符號的取樣的更大的數目。送到內插濾波器314的數據是以兩倍的符號速率進行的。實際的實際發送的出現是和27MHz的速率相吻合的。該內插器是以13.5MHz輸出。時間內插變量是以13.5MHz的速率送到濾波器的。時間產生器324和標定電路326使得μ的數字表示和該濾波器硬體的數字系統相一致，並與當前的模式值無關。數據流已經被標定成要求的輸出電平。例如這將可用通過標度和補償電路306提供的一個相乘或每一個象素的相加實現。輸出308將來自標度和補償電路306的VBI數據插入到來自終端317的CCIR視頻數據流上，用於704個象素的窗口。可以有多種可供選擇的方式實現圖3和圖4示出的波形產生器提供的功能，而且示出的實施例決不是對於本發明進行限制。例如，進行的標定和補償可以在示出的情況之前進行。在圖4中的實施例中，任何已知類型的內插器均可使用。而且，在多個符號的實施例中，較低數據速率可用具有更高每符號取樣的脈衝響應來支持。所有當前的電視圖文的標準都可以由每個符號兩個取樣來支持。此外，具有M≥2的多電平脈衝幅度調製(PAM)可用圖4的波形產生器支持。在該實例中，由於是M≥2，將會有每個符號的以2為基底的對數的M比特送到發送濾波器ROM，由於是M＝2，將會有每一個符號的一個比特送到發送濾波器ROM。應該懂得，本發明提供的是用於在數位電視數據流中傳送用戶信息的方法和裝置。用戶信息的類型是通常在模擬電視信號的消隱期中作為NRZ數據傳送的類型。用戶數據是以一個用戶數據的句法傳送的，它能夠提供各種補償場。這些包括附加數據類型場、行補償、起始符號、NRZ增量和模式、幅度值、脈衝形狀信息、碼字以及和在以亮度碼字和亮度NRZ比特形式傳載的用戶數據相關的餘數計數信息。雖然是參照具體的實施例進行的描述，應該懂得，本發明在不背離所附的權利要求的精神範圍內將會有各種修改。權利要求1.一種用於根據垂直消隱期(VBI)服務的用戶數據句法產生插入到數字視頻信號的VBI部分的數字波形的裝置，所說的裝置包括符號處理器，用於從所說的VBI服務接收VBI數據，並根據所說的用戶數據句法以與所說的VBI服務兼容的格式提供所述的VBI數據；所說的句法提供用於多個符號的第一個符號的起始時間，這多個符號攜帶所說的VBI數據，並指示(i)每一個符號表示的多個象素，(ii)用於所說的符號的過渡時間，和(iii)傳送所說的VBI數據的符號的數目；和一個定時電路，用於根據所說的起始時間，把所說的VBI數據置入由所說的句法指示的電視行的一個VBI部分。2.根據權利要求1的裝置，還包括一個耦合到所述符號處理器的緩存器，用於暫存所說的VBI數據。3.根據權利要求1或2的裝置，還包括一個電平控制電路，響應由所說的句法提供的至少一個幅度值，用於在插入到所述的VBI部分之前，調節所述的VBI數據的電平。4.根據權利要求3的裝置，其中所說的電平控制電路提供所說的VBI數據的M-電平幅度調製，其中M＞2。5.根據權利要求3的裝置，其中所述的電平控制電路提供所說的VBI數據的非歸零幅度調製。6.根據在先的權利要求之一的裝置，其中所說的VBI服務的所說的VBI數據具有一個單一符號脈衝響應；所說的符號處理器包括一個過渡處理器，響應與所說的VBI服務兼容的被檢測的過渡，用於檢測在所述的VBI數據中的一個過渡並產生一個過渡波形；和所說的裝置還包括用於將所說的過渡波形和VBI數據組合，以便提供所說的數字波形，用於插入到由所說的句法指示的電視行的所說的VBI部分的裝置。7.根據權利要求6的裝置，其中所說的過渡處理器還包括用於根據由所說的句法定義的過渡類型，產生針對所說的VBI服務的一個過渡函數的裝置；所說的過渡波形是根據所說的過渡函數產生的。8.根據權利要求7的裝置，其中所說的過渡處理器還包括一個存儲器，用於存儲用來產生所說的過渡函數的過渡數據；所說的用於產生的裝置是響應所說的被存儲的數據，以便產生所述的過渡函數。9.根據在先權利要求之一的裝置，其中所說的VBI數據具有多個符號脈衝響應，所說的符號處理器包括用於實現一個脈衝響應函數，以便產生表示用於VBI服務的VBI數據的一個數據符號序列的裝置。10.根據權利要求9的裝置，還包括一個存儲器，根據由所說的句法定義的一個過渡類型，用於存儲針對所說的VBI服務的脈衝響應數據；所說的用於實現的裝置是響應所說的存儲的脈衝響應數據，以便實現用於所說的VBI服務的所說的脈衝響應函數。11.根據權利要求10的裝置，其中所述的脈衝響應數據是裝入到用於存儲脈衝響應數據的所述的存儲中。12.一種用於根據垂直消隱期(VBI)服務的用戶數據句法產生插入到數字視頻信號的VBI部分的數字波形的方法，所說的方法包括步驟從所說的VBI服務接收VBI數據；並根據所說的用戶數據句法以與所說的VBI服務兼容的格式提供所述的VBI數據；所說的句法提供用於多個符號的第一個符號的起始時間，這多個符號攜帶所說的VBI數據，並指示(i)每一個符號表示的多個象素，(ii)用於所說的符號的過渡時間，和(iii)傳送所說的VBI數據的符號的數目；和根據所說的起始時間，把所說的VBI數據置入由所說的句法指示的電視行的一個VBI部分。13.根據權利要求12的方法，還包括步驟在所說的提供步驟之前，緩存所說的VBI數據。14.根據權利要求12或13的方法，還包括步驟響應由所說的句法提供的至少一個幅度值，在插入到所述的VBI部分之前，調節所述的VBI數據的電平。15.根據權利要求14的方法，其中所說的電平調節步驟提供所說的VBI數據的M-電平幅度調製，其中M＞2。16.根據權利要求14的方法，其中所述的電平調節步驟提供所說的VBI數據的非歸零幅度調製。17.根據在先的權利要求12-16之一的方法，其中所說的VBI服務的所說的VBI數據具有一個單一符號脈衝響應，所述的方法還包括下列的步驟響應與所說的VBI服務兼容的被檢測的過渡，檢測在所述的VBI數據中的一個過渡並產生一個過渡波形；和將所說的過渡波形和VBI數據組合，以便提供所說的數字波形，用於插入到由所說的句法指示的電視行的所說的VBI部分。18.根據權利要求17的方法，還包括下列步驟根據由所說的句法定義的過渡類型，產生針對所說的VBI服務的一個過渡函數；所說的過渡波形是根據所說的過渡函數產生的。19.根據權利要求18的方法，其中還包括步驟存儲用來產生所說的過渡函數的過渡數據；所說的用於產生的步驟是響應所說的被存儲的數據，以便產生所述的過渡函數。20.根據權利要求12-19之一的方法，其中所說的VBI數據具有多個符號脈衝響應，還包括步驟實現一個脈衝響應函數，以便產生表示用於所說VBI服務的VBI數據的一個數據符號序列。21.根據權利要求20的方法，還包括步驟根據由所說的句法定義的一個過渡類型，存儲針對所說的VBI服務的脈衝響應數據；所說的用於實現的方法是響應所說的存儲的脈衝響應數據，以便實現用於所說的VBI服務的所說的脈衝響應函數。22.根據權利要求21的方法還包括步驟裝入所說的脈衝響應數據；其中所說的存儲步驟響應所說的裝入步驟。全文摘要一數字波形產生器適用於不同的垂直消隱(VBI)標準並被插入到數字成分視頻信號的VBI部分。一緩存器根據一用戶數據句法接收針對特定VBI服務的攜帶VBI數據的符號,它表示其中將要插入有VBI數據的電視行。該符號處理器以一種格式提供該VBI數據。一個定時電路響應由句法提供的起始時間,以便該VBI數據,響應由句法提供的幅度值,在將數據插入到VBI部分之前,一個電平控制電路調節該VBI數據的電平。文檔編號H04N7/088GK1194542SQ9810702公開日1998年9月30日申請日期1998年1月16日優先權日1997年1月16日發明者G·肯特·瓦爾克,雷·紐伯申請人:次級系統有限公司