專利名稱：用于產(chǎn)生接收裝置的系統(tǒng)時鐘的方法以及相應的接收裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)流接收裝置的系統(tǒng)時鐘的方法，其中在發(fā)送裝置中通過分別用采樣頻率來采樣模擬信號(例如音頻或視頻)而產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)流，或者數(shù)字數(shù)據(jù)流已經(jīng)作為數(shù)字數(shù)據(jù)(例如小標題)而存在。
在數(shù)字多媒體系統(tǒng)中，用不同的采樣率使單個數(shù)據(jù)流、例如視頻和音頻數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)通道等數(shù)字化。于是，相應的數(shù)字數(shù)據(jù)流明顯不具有共同的時基。為了能在傳輸了單個數(shù)據(jù)流之后使其在接收單元中再次同步，不僅需要單個采樣率的共同的時基，而且需要用于相互矯正單個數(shù)據(jù)流的同步點。
除了用于視頻和音頻數(shù)據(jù)流的編碼技術之外，利用動態(tài)圖像專家組標準(MPEG)還定義了用于對編碼后的數(shù)據(jù)流進行分組的句法和語義規(guī)則，以便稍后能夠識別出每個分組基本數(shù)據(jù)流(PES)的單個數(shù)據(jù)包并且以其正確的時間上的相互關系來描述。
例如在1994年第4期第48卷的Fernseh-und Kinotechnik的第115-163頁中，在由D.Teichner撰寫的文章“der MPEG-2-Standard”中講述了MPEG標準。在此，MPEG系統(tǒng)以唯一的用于編碼和解碼的時基參考值為前提。為此，在發(fā)送機和接收機中設有一個基于90kHz頻率的計數(shù)器、即所謂的程序時基計數(shù)器(PCR)。為每個基本數(shù)據(jù)包添加從發(fā)送機內(nèi)90kHz的計數(shù)器得出的所謂的顯示時間標記(Presentation-Time-Stamp PTS)，以便在接收機中根據(jù)程序時基計數(shù)器(PCR)的當前狀態(tài)來說明數(shù)據(jù)包的顯示時間。
通過連續(xù)地傳輸系統(tǒng)時基計數(shù)器的值而向接收機傳送發(fā)送機的系統(tǒng)時鐘(fSender)。該接收機由系統(tǒng)頻率直接驅(qū)動。為了使單個數(shù)據(jù)流(音頻、視頻)相互同步，需要程序時基計數(shù)器(PCR)。為此，將系統(tǒng)時鐘(fSender)分頻為程序時基計數(shù)器的計數(shù)頻率，并傳輸給程序時基計數(shù)器。于是，PCR計數(shù)器的狀態(tài)作為數(shù)字值以PTS的形式嵌入到PES的單個數(shù)據(jù)包中。為了進行傳輸，音頻、視頻、數(shù)據(jù)通道等的不同PES以及系統(tǒng)時基計數(shù)器的值組合成共同的數(shù)據(jù)流、即傳輸數(shù)據(jù)流。
在接收裝置中使從傳輸數(shù)據(jù)流中重建的不同的單個數(shù)據(jù)流同步時，問題在于，必須在整個系統(tǒng)中將系統(tǒng)時基計數(shù)器的值以恒定的延遲從發(fā)送裝置傳輸?shù)浇邮昭b置。根據(jù)系統(tǒng)時基計數(shù)器的值及其時間間隔，可以在接收裝置中重建發(fā)送機的系統(tǒng)時鐘(fSender)。接收裝置的這個系統(tǒng)時鐘(STC)為接收機側的STC(系統(tǒng)時鐘)計數(shù)器提供脈沖。根據(jù)到達的系統(tǒng)時基計數(shù)器的值和STC計數(shù)器的狀態(tài)之間的差值來跟蹤系統(tǒng)時鐘STC的頻率。同時，該系統(tǒng)時鐘STC被用于在接收機側為不同的數(shù)據(jù)流(音頻、視頻、數(shù)據(jù)通道)產(chǎn)生采樣頻率(f′Audio、f′Video、f′Daten)。因此，這些數(shù)據(jù)流具有與發(fā)送裝置的相應采樣頻率(fAudio、fVideo、fDaten)相同的頻率。
為了使單個數(shù)據(jù)流相互同步，根據(jù)其PTS標記將其校正到系統(tǒng)時鐘計數(shù)器STC的共同的時基。在此，借助于系統(tǒng)時鐘計數(shù)器和每個單個的數(shù)據(jù)流各自的PTS標記，分別確定來自輸出端緩沖器的數(shù)據(jù)流各自日期的輸出時間。
在使發(fā)送機和接收機之間的系統(tǒng)頻率同步時，問題在于，必須以恒定的延遲將系統(tǒng)時基計數(shù)器的值從發(fā)送裝置傳輸?shù)浇邮昭b置，由此可以在接收裝置中重新獲得正確的系統(tǒng)時鐘STC。
因此，本發(fā)明的任務是研究一種用于在接收裝置中為數(shù)字數(shù)據(jù)流產(chǎn)生STC計數(shù)器的方法，該方法無需傳輸系統(tǒng)時基計數(shù)器，從而無需產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。
按照本發(fā)明，利用文章開頭所述的方法通過以下方式來解決該任務-在接收裝置中確定數(shù)據(jù)流的采樣頻率(f′Abtast)，以及-使STC計數(shù)器同步到該數(shù)據(jù)流的采樣頻率。
通過使接收裝置的STC計數(shù)器與所確定的一個數(shù)據(jù)流的采樣頻率同步，為所有的數(shù)據(jù)流提供了共同的時基，而不必重新獲得發(fā)送裝置的原系統(tǒng)時鐘。因此與傳統(tǒng)的方法不同的是，通過重新獲得的采樣頻率而不是通過重新獲得的系統(tǒng)時鐘來控制接收單元的STC計數(shù)器。
在此，需要這樣調(diào)整接收單元的STC計數(shù)器的步寬，使得該步寬由程序時基時鐘PCR的頻率和相應的數(shù)據(jù)流的采樣頻率的比率決定。在此，可以將步寬設置為恒定值，其中計算一次額定的程序時基時鐘PCR和額定的采樣頻率的比率并輸入該比率。
然而，也可以重復地跟蹤步寬。為此有利的是，計算基本數(shù)據(jù)流中用于表明程序時基時鐘的當前標記和系統(tǒng)時鐘STC的當前計數(shù)器狀態(tài)之間的差值。然后根據(jù)每次所計算的差值來修正系統(tǒng)時鐘STC的步寬。
為了處理多個不同的數(shù)據(jù)流、例如音頻、視頻和數(shù)據(jù)通道，只從一個所選擇的數(shù)據(jù)流中確定采樣頻率，并且借助共同的STC計數(shù)器使不同的數(shù)據(jù)流同步。
特別有利的是，從基本數(shù)據(jù)流中確定采樣頻率，該基本數(shù)據(jù)流具有可供使用的數(shù)據(jù)流中的最大采樣頻率(fAbtast)。在此，在音頻可視系統(tǒng)中，通常從音頻數(shù)據(jù)流中確定采樣頻率。
接收裝置的其他有利的實施方案在從屬權利要求中說明。
下面根據(jù)附圖詳細講述本發(fā)明。其中

圖1示出了按照本發(fā)明的數(shù)字數(shù)據(jù)流接收裝置的方框圖；圖2示出了在步寬恒定的情況下STC計數(shù)器的值隨時間變化的示意圖；圖3示出了在校正步寬的情況下STC計數(shù)器的值隨時間變化的示意圖；圖4示出了傳統(tǒng)的數(shù)字數(shù)據(jù)流的發(fā)送裝置的方框圖；圖5示出了傳統(tǒng)的數(shù)字數(shù)據(jù)流的接收裝置的方框圖。
圖1作為方框圖示出了按照本發(fā)明的數(shù)字數(shù)據(jù)流的接收裝置。該接收裝置具有傳輸流分解器和解包器1，以便用已公開的方法將例如按照MPEG標準建立的傳輸數(shù)據(jù)流T分解成不同數(shù)據(jù)內(nèi)容的基本數(shù)據(jù)流E、即視頻基本數(shù)據(jù)流V-E和音頻基本數(shù)據(jù)流A-E并且進行解包。此外，該傳輸數(shù)據(jù)流分解器和解包器1還用于從分組基本數(shù)據(jù)流中提取出顯示時間標記PTS，利用該顯示時間標記，單個的數(shù)據(jù)包可以通過用共同的STC計數(shù)器來進行同步而在正確的時間點被組合并被顯示。
此外，還存在已公開的用于視頻數(shù)據(jù)流V-E和音頻基本數(shù)據(jù)流A-E的解碼器2a、2b。在解碼器2a、2b的的輸出端上可使用視頻原始數(shù)據(jù)V-R和音頻原始數(shù)據(jù)A-R。視頻原始數(shù)據(jù)V-R和音頻原始數(shù)據(jù)A-R分別在中間存儲器3a、3b中進行緩沖，并且利用由STC計數(shù)器和PTS的比較控制的輸出控制單元4分別輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器5a、5b中，對于相應的原始數(shù)據(jù)V-R和A-R，利用相應的采樣頻率f′Video和f′Audio對該數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行計時。一方面，借助于重新獲得的采樣頻率f′Audio對音頻進行計時，另一方面，借助于具有采樣頻率f′Video的分離的時鐘源6對視頻進行計時。緊接著，視頻數(shù)據(jù)作為模擬數(shù)據(jù)在監(jiān)視器7上被重放，以及模擬音頻數(shù)據(jù)在揚聲器8上被重放。
為了產(chǎn)生STC計數(shù)器，在單元9中利用已公開的方法確定數(shù)據(jù)流之一、此處例如為音頻基本數(shù)據(jù)流A-E(f′Audio)的采樣頻率f′Abtast，并將該采樣頻率用作為STC計數(shù)器10的時鐘。在計數(shù)單元10中，從起始值S開始對程序時鐘值進行計數(shù)。優(yōu)選地在每個音頻幀開始時通過裝載信號L來實現(xiàn)起始值S、例如音頻PTS值的裝載。
例如利用恒定的因子來調(diào)整系統(tǒng)時鐘STC的步寬SW。在此，由額定的程序時基時鐘PCR與額定的基本數(shù)據(jù)流E的采樣頻率fAbtast之比來確定步寬SW，該基本數(shù)據(jù)流被用于使STC計數(shù)器步進。
在基于MPEG的系統(tǒng)中，音頻數(shù)據(jù)流A-E的采樣頻率例如可以是48kHz，以及視頻數(shù)據(jù)流V-E的采樣頻率可以是25Hz，即每秒25幅圖像。系統(tǒng)時鐘被確定為27MHz，因此將根據(jù)因子比1/300得出的程序時基時鐘PCR定義為90kHz。于是，同步單元10的步寬SW對應于原始程序時基時鐘PCR和采樣頻率的比率，即90kHz∶48kHz＝1。875。因此，為了處理小數(shù)點后的數(shù)字，同步單元不是作為整數(shù)計數(shù)器來實現(xiàn)，而是優(yōu)選地作為定點計數(shù)器來實現(xiàn)。
最初在發(fā)送單元中通過系統(tǒng)時基時鐘標記來確定起始值S，因此也必須對接收單元上的STC計數(shù)器進行初始化。為此，在分組基本數(shù)據(jù)流E中使用PTS標記，該分組基本數(shù)據(jù)流的采樣頻率被用于使同步單元10的計數(shù)器步進。為了防止例如由于沒有正確地設置步寬SW而附加地使同步單元10的計數(shù)器“溢出”，定期地用PTS標記來重新校準該同步單元10的計數(shù)器。也就是根據(jù)存儲PTS標記的時間間隔，優(yōu)選地分別在開始輸出新幀的時間點上執(zhí)行校準。
然而，在固定地設置步寬SW的情況下，同步單元10的計數(shù)器可能由于實際采樣頻率f′Abtast和額定采樣頻率fAbtast之間的偏差而溢出，因此上述對同步單元10的計數(shù)器進行重新校準將導致STC計數(shù)器狀態(tài)突變。在圖2中可以看到這種現(xiàn)象。顯然，用虛線表示的理想的STC計數(shù)器理論值隨時間的推移而不同于STC計數(shù)器的實際值。在步寬SW正確時，實際值變化曲線應是嚴格線性的。
因此，如在作為STC計數(shù)器值隨時間變化的示意圖的圖3中所示，優(yōu)選地重復地對同步單元10的計數(shù)器的步寬SW進行匹配。為此，持續(xù)地計算STC計數(shù)器的實際值和用虛線所示的STC計數(shù)器的理論值之間的差值，并且在處理了音頻幀N之后根據(jù)該差值來校正步寬SW。
圖4示出了傳統(tǒng)的數(shù)字數(shù)據(jù)流發(fā)送單元的方框圖。該發(fā)送單元具有用于產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘fSender的中央時鐘發(fā)生器11。例如在MPEG發(fā)送裝置中系統(tǒng)時鐘頻率fSender為27MHz。
利用PCR擴展計數(shù)器17以比例1/300對系統(tǒng)時鐘fSender進行分頻。1/300分頻信號控制PCR計數(shù)器13。PCR計數(shù)器和PCR擴展計數(shù)器共同構成系統(tǒng)時基計數(shù)器。為了得出顯示時間標記(PTS)，向編碼器和打包器16a和16b傳輸PCR計數(shù)器13的值。向傳輸流發(fā)生器14傳輸系統(tǒng)時基計數(shù)器。在該傳輸流發(fā)生器14中，實現(xiàn)分組視頻和音頻基本數(shù)據(jù)流V-E和A-E的復用，以及將系統(tǒng)時基計數(shù)器標記(PCR和PCR擴展)嵌入到傳輸流T中。在MPEG標準中足夠詳細地說明了傳輸流T的相應結構。
為了產(chǎn)生分組視頻和音頻基本數(shù)據(jù)流V-E和A-E，分別在編碼器和打包器16a、16b中，分別用已定義的模擬視頻信號的采樣頻率fVideo和模擬音頻信號的采樣頻率fAudio對來自模擬源15的模擬視頻和音頻信號V和A進行采樣、壓縮和打包。
圖5示出了傳統(tǒng)的接收裝置，其再次包含傳輸數(shù)據(jù)流分解器1、解碼器和解包器2a、2b和用于使數(shù)據(jù)流同步以及顯示數(shù)據(jù)流的輸出控制單元18。
在此，在轉(zhuǎn)換單元19中從系統(tǒng)時基標記PCR和PCR擴展中重新獲得系統(tǒng)時鐘，并由此重新獲得系統(tǒng)頻率f′System，其對應于發(fā)送機的系統(tǒng)頻率fSystem。然而，在此必須在整個系統(tǒng)內(nèi)將系統(tǒng)時基標記以恒定的延遲從發(fā)送單元傳輸?shù)浇邮諉卧?，以便保證前后緊接著的標記的時間間隔等于其差值。當系統(tǒng)保證系統(tǒng)時基標記的傳輸沒有恒定的端對端延遲時，接收裝置則不再能正常工作。
權利要求
1.用于產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)流(E)的接收裝置的系統(tǒng)時鐘(STC)計數(shù)器的方法，其中在發(fā)送裝置中通過利用采樣頻率(fAbtast)進行采樣而產(chǎn)生所述數(shù)據(jù)流，所述采樣頻率通過所述發(fā)送裝置的系統(tǒng)時鐘被同步，其特征在于，-在所述接收裝置中確定數(shù)據(jù)流的采樣頻率(f′Abtast)，以及-使所述STC計數(shù)器同步到所述數(shù)據(jù)流的采樣頻率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述STC計數(shù)器步寬的設置，其中所述步寬由程序時基時鐘(PCR)和所述采樣頻率(fAbtast)的比率決定。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)額定的采樣率(fAbtast)將所述步寬設置為恒定值。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，比較被考慮用于確定所述采樣頻率的分組基本數(shù)據(jù)流(E)的當前顯示時間標記(PTS)和所述STC計數(shù)器的當前計數(shù)器狀態(tài)，以及根據(jù)比較結果來調(diào)整所述STC計數(shù)器的步寬。
5.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，從所述數(shù)據(jù)流中確定所述采樣頻率(f′Abtast)，所述數(shù)據(jù)流具有可供使用的數(shù)據(jù)流的最大采樣頻率(fAbtast)。
6.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述分組基本數(shù)據(jù)流(E)是按照動態(tài)圖像專家組標準(MPEG)壓縮的視頻和音頻數(shù)據(jù)流。
7.接收裝置，具有-傳輸數(shù)據(jù)流分解器(1)，用于將傳輸數(shù)據(jù)流(T)分解成分組基本數(shù)據(jù)流(E)，并提取用于表明顯示時間的標記(PTS)以便對所述STC計數(shù)器進行初始化；-用于正確地確定數(shù)據(jù)流的采樣頻率f′Abtast的單元(9)；以及-輸出控制單元(18)，用于使由所述分組基本數(shù)據(jù)流(E)獲得的數(shù)據(jù)流同步，其特征在于，在同步單元(10)中借助于所述采樣頻率(f′Abtast)使所述STC計數(shù)器同步。
8.如權利要求7所述的接收裝置，其特征在于，所述同步單元(10)被構造用于設置所述STC計數(shù)器的步寬(SW)，其中所述步寬(SW)由程序時基時鐘(PCR)和額定的采樣頻率(fAbtast)的比率決定。
9.如權利要求8所述的接收裝置，其特征在于，根據(jù)額定的采樣頻率(fAbtast)將所述步寬(SW)設置為恒定值。
10.如權利要求8所述的接收裝置，其特征在于，所述同步單元(10)被構造用于比較被考慮用于確定所述采樣頻率的分組基本數(shù)據(jù)流(E)的當前顯示時間標記(PTS)和所述STC計數(shù)器的當前計數(shù)器狀態(tài)，并根據(jù)比較結果來調(diào)整所述STC計數(shù)器的步寬(SW)。
11.如權利要求7至10之一所述的、用于多個不同的分組基本數(shù)據(jù)流(V-E、A-E)的接收裝置，其特征在于，所述單元(9)被構造用于在從所述不同的分組基本數(shù)據(jù)流(V-E、A-E)中所選擇的分組基本數(shù)據(jù)流(E)中確定所述采樣頻率(f′Abtast)，以及所述輸出控制單元(18)被構造用于利用被同步的STC計數(shù)器使所有分組基本數(shù)據(jù)流(E)同步。
12.如權利要求11所述的接收裝置，其特征在于，從所述基本數(shù)據(jù)流(E)中確定所述采樣頻率(f′Abtast)，所述基本數(shù)據(jù)流具有可供使用的分組基本數(shù)據(jù)流(V-E、A-E)的最大采樣頻率(fAbtast)。
13.如權利要求7至12之一所述的接收裝置，被構造用于處理分組基本數(shù)據(jù)流(E)，所述分組基本數(shù)據(jù)流(E)是按照動態(tài)圖像專家組標準(MPEG)壓縮的視頻和音頻數(shù)據(jù)流。
全文摘要
公開了一種用于產(chǎn)生數(shù)字分組基本數(shù)據(jù)流(E)的接收裝置的系統(tǒng)時鐘的方法，其中在發(fā)送裝置中通過利用各個采樣頻率(f
文檔編號H04N7/62GK1679343SQ03805692
公開日2005年10月5日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權日2002年6月12日
發(fā)明者J·巴特爾, C·米滕多夫 申請人:羅伯特-博希股份公司