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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Transcodieren digitaler
Videosignale und insbesondere auf das Bereitstellen einer genauen
Zeitreferenz für
die Eingangs- und Ausgangssignale eines Transcoders.
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Üblicherweise
ist es notwendig, eine Bitrate von digitalen Videoprogrammen, die
z. B. an Teilnehmerendgeräte
in einem Kabelfernsehnetz oder dergleichen bereitgestellt werden,
einzustellen. Beispielsweise kann eine erste Gruppe von Signalen über eine
Satellitenübertragung
an einer Kopfstelle empfangen werden. Der Kopfstellenbetreiber möchte möglicherweise
ausgewählte
Programme an die Teilnehmer weiterleiten, während er Programme (z. B. Werbesendungen
oder anderen Inhalt) von einer örtlichen
Quelle wie etwa Speichermedien oder einer örtlichen Direkteinspeisung
hinzufügt.
Zusätzlich
dazu ist es häufig
notwendig, die Programme innerhalb einer insgesamt verfügbaren Kanalbandbreite
bereitzustellen.
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Demgemäß ist der
statistische Remultiplexer (stat remux) oder Transcoder entwickelt
worden, der vorkomprimierte Videobitströme bearbeitet, indem er sie
mit einer spezifizierten Bitrate neu komprimiert. Auf ähnliche
Weise bearbeitet der statistische Multiplexer nicht komprimierte
Videodaten, indem er sie mit einer gewünschten Bitrate komprimiert.
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In
derartigen Systemen wird eine Reihe von Datenkanälen von einer Reihe von Prozessoren,
die parallel angeordnet sind, verarbeitet. Jeder Prozessor kann
typischerweise mehrere Datenkanäle
unterbringen. Es können
allerdings in einigen Fällen,
die viele Berechnungen erfordern, wie etwa für hochauflösendes Fernsehen, Anteile von
Daten aus einem einzelnen Kanal auf mehrere Prozessoren verteilt
werden.
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Einkanal-Transcoder
werden ebenfalls in verschiedenen Anwendungen verwendet.
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Bei
einem digitalen Videokompressionssystem, wie etwa dem MPEG-2-System, wird die
digitale Videoquelle auf 27 MHz getaktet (D1-Videostandard). Der Decodierer muss
denselben 27-MHz-Takt erzeugen, so dass der Codierer- und der Decodierertakt
synchronisiert sind. Dieser Takt wird als Systemzeittaktgeber (STC) bezeichnet.
Sowohl der Codierer als auch der Decodierer weisen einen Zähler auf,
der bei jedem Ticken des STC erhöht
wird. Wenn die STCs des Codierers und des Decodierers synchron geschaltet
sind, weisen beide Zähler
den gleichen Wert auf.
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Um
den Decodierer synchron zu schalten, sendet der Codieren eine PCR
(Program Clock Reference = Programmtaktreferenz) an den Decodierer.
Die PCR ist der Wert des STC-Zählers
in dem Moment, in dem das Paket mit der PCR den Codierer verlässt. Wenn
das Paket mit der PCR von dem Decodierer empfangen wird, vergleicht
der Decodierer diesen Wert mit dem Wert seines STC-Zählers. Wenn
die beiden gleich sind, wird keine Einstellung benötigt. Wenn
sich die zwei Werte unterscheiden, muss der Decodierer seinen STC entweder
rücksetzen,
beschleunigen oder verlangsamen.
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Bei
verschiedenen Transcodieranwendungen wirkt die Verarbeitung, als
ob mehrere Paare von Decodierern/Codierern verwendet werden, da
jeder Videoeingangskanal transcodiert (z. B. decodiert und neu codiert)
wird. Somit muss der Eingangs-STC für jeden Kanal aufgegriffen
werden, und eine neue PCR muss dann für die neu codierte Ausgabe
ausgegeben werden. Eine mögliche
Lösung
liegt darin, für
jeden empfangenen Videodienst einen örtlichen STC zu haben. Dies
ist jedoch teuer, da es für
jeden Videodienst eine Phasensynchronisationsschleife (PLL) erfordert.
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Demgemäß wäre es wünschenswert,
ein kosteneffektives und wirksames System zum Aufgreifen eines Eingangs-STC
aus jedem Kanal in einem Transcoder und Ausgeben einer neuen PCR
für die
neu codierte Ausgabe bereitzustellen.
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Das
System sollte nur einen Haupt-STC verwenden und Differenzen zwischen
dem Haupt-STC und den STCs der unterschiedlichen Dienste oder Kanäle ausgleichen.
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Das
System sollte in Software umsetzbar sein.
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Das
System sollte den Bedarf an mehreren Zählern vermeiden.
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Das
System sollte eine Frequenzdifferenz zwischen dem Haupt-STC und
dem Eingangs-STC ausgleichen.
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Das
System sollte auch Änderungen
bei Decodierzeitstempeln (DTSs) und Präsentationszeitstempeln (PTSs)
berücksichtigen.
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Eine
Vorgriffsverzögerung
an einem Transcoder und Pufferverzögerungen eines Codierers des
Transcoders und eines Decodierers eines Endverbrauchers sollten
ebenfalls berücksichtigt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein System mit den obigen und weiteren
Vorteilen bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Bereitstellen einer genauen
Zeitreferenz für
die digitalen Eingangs- und Ausgangsvideosignale eines Transcoders.
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Statt
der Verwendung eines örtlichen
STC-Taktes für
jeden Videodienst, der empfangen wird, verwendet die Erfindung lediglich
einen Haupt-STC. Die Differenzen zwischen dem Haupt-STC und dem
Eingangs-STC des Dienstes werden dann z. B. unter Verwendung von
Software korrigiert.
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Vorteilhafterweise
wird ein Offset zwischen dem Haupt-STC und den Eingangs-PCRs berechnet,
um mehrere Zähler
zu vermeiden.
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Dann
wird eine Frequenzdifferenz zwischen dem Haupt-STC und dem Eingangs-STC
berechnet. Diese Frequenzdifferenz wird korrigiert, wenn die Ausgabe-PCR
berechnet wird.
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Zusätzlich dazu
korrigiert die Erfindung auch die PTSs und DTSs, die einen Decodierer
darüber
informieren, wann ein Bild präsentiert
(angezeigt) bzw. decodiert werden soll, ob der Decodierer ein Teil
eines Transcoders oder ein allein stehender Decodierer eines Endverbrauchers,
wie etwa bei einer Set-Top-Box, ist. Insbesondere verweist der DTS
auf die PCR. Wenn zum Beispiel die PCR dem DTS für ein Bild gleicht, wird dieses
Bild decodiert. Auf den berechneten STC wird am Eingang in den Transcoder
verwiesen. Ein Videoeinzelbild wird aufgrund der Transcodierverzögerung um
einen festen Betrag verzögert.
Diese Verzögerung
ist die Zeit des ursprünglichen
PTS/DTS des Eingabestroms bis zur Zeit des transcodierten PTS/DTS.
Daher müssen der
ursprüngliche
PTS und DTS durch Hinzufügen
dieser Verzögerung
eingestellt werden. Anstatt jedoch sowohl die PCR als auch die Zeitstempel
(PTS und DTS) zu modifizieren, ziehen wir diese Verzögerung von
der PCR ab, um die gleiche Wirkung zu erzeugen.
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Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
zur Bereitstellung von eingestellten Zeittaktdaten für eine Vielzahl jeweiliger
Kanäle,
die in einen Transcoder eingegeben werden, ist in Anspruch 1 dargelegt.
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Zudem
sind die eingestellten Zeittaktdaten (PcrOut) ferner in dem mindestens
einen Paket, das aus dem Transcoder gemäß einer Summe des zugehörigen Offsets
und eines zugehörigen
Hardwarefehlers (PcrHwErr), minus einer dem Transcoder zugehörigen Verzögerung (PcrSysDly),
ausgegeben wird, bereitgestellt.
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Der
zugehörige
Hardwarefehler (PcrHwErr) gehört
Folgendem zu: (a) dem Hauptsystemzeittaktgeber und (b) einem Systemzeittaktgeber
eines Codierers, der den bestimmten Kanal codierte, und die dem
Transcoder zugehörige
Verzögerung
(PcrSysDly) umfasst eine Vorgriffsverzögerung (lookahead_dly) und
eine Pufferverzögerung
(buffer_dly).
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Eine
entsprechende Vorrichtung wird ebenfalls präsentiert und ist in Anspruch
14 dargelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines Transcoders gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 veranschaulicht
die Einstellung einer Programmtaktreferenz (PCR) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 veranschaulicht
einen Transcoder, der gemäß der vorliegenden Erfindung
eine PCR-Korrektur durchführt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Bereitstellen einer genauen
Zeitreferenz für
die digitalen Eingangs- und Ausgangsvideosignale eines Transcoders.
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Die
folgenden Kurzworte und Begriffe werden verwendet:
DPRAM – dynamischer
programmierbarer Direktzugriffsspeicher
DTS – Decodierzeitstempel
FIFO – Prioritätssteuerung
FPGA – frei programmierbare
logische Anordnung
MTS – MPEG-Transportstrom
PAT – Program
Association Table
PCI – Peripheral-Component-Interconnect-Bus
PCR – Programmtaktreferenz
PID – Programmkennung
PMT – Programmverwaltungstabelle
PTS – Präsentationszeitstempel
QL – Quantisierungspegel
STC – Systemzeittaktgeber
TCI – Transportkanaleingang
TCO – Transportkanalausgabe
TMC – Transcodermultiplexerkern
TSP – Fernsehdiensteanbieter
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1. Zeitstempel
und PCR-Berechnungen
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1 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines Transcoders gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
verwendet der Transcoder 100 einen Hauptsystemtaktgeber 155 und
erstellt Berechnungen für
PCR-Korrekturen,
wie unten beschrieben. Dies vermeidet den Bedarf einer PLL für jeden Transportstrom.
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Der
Transcoder 100 empfängt
einen Transportstrom oder mehrere Transportströme und hängt an jedes Paket bei einer
Anhangsfunktion 105 eine Markierung „PcrInHwTag" – oder PCR-Eingabehardwaremarkierung – an. Diese
Markierung stellt die Taktgeberdaten des Haupt-STC 155 zu
der Zeit dar, zu der das Paket in den Transcoder eingegeben wird.
An einem Demultiplexer 110 wird für jeden Dienst ein MPEG-Transportstrom
ausgegeben. Ein erster Dienst wird an Funktionen 120 und 122 verarbeitet
und ein letzter, N-ter Dienst wird an Funktionen 130 und 132 verarbeitet.
Jeder Dienst wird im Allgemeinen als ein n-ter Dienst bezeichnet, wobei
n = 1, ..., N.
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Insbesondere
wird an der Funktion 120 ein Offset zwischen der PCR des
ersten Dienstes und einer PCR des Haupttaktgebers 155 bestimmt.
Auf ähnliche
Weise wird an der Funktion 130 ein Offset zwischen der PCR
des N-ten Dienstes und einer PCR des Haupttaktgebers 155 bestimmt.
Die obige Verarbeitung wird angewendet, wenn die PCR vorliegt. Im
Allgemeinen wird die PCR nicht in jedem Paket bereitgestellt, aber
sie kann z. B. alle 100 ms, mit jedem Einzelbild oder in anderen
regelmäßigen oder
unregelmäßigen Intervallen bereitgestellt
werden. Bei MPEG beträgt
die Zeit zwischen PCRs möglicherweise
nicht mehr als 100 ms.
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Die
Daten aus den Diensten werden an jeweiligen Transcodierfunktionen 122,
..., 132 transcodiert.
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Jeder
n-te Dienst wird analog bearbeitet.
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Das
transcodierte Video wird an einem Remultiplexer 140 remultiplexiert,
und an einer Funktion 145 wird ein Ausgabe-PCR-Wert, PcrOut,
für diejenigen
Pakete, bei denen die PCR vorliegt, berechnet.
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Die
Funktion 145 reagiert auf ein Ausgabetransportticken 150 und
eine PCR-Ausgabehardwaremarkierung, PcrOutHwTag, 160, welche
beide wiederum auf den Haupttaktgeber 155 reagieren. Diese
Markierung stellt die Taktgeberdaten des Haupt-STC 155 zu
der Zeit dar, zu der ein Paket aus dem Transcoder ausgegeben wird.
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Wenn
ein Eingabepaket 104 ankommt, hängt die Funktion 105 einen
Transportzeitstempel, PcrInHwTag, an das Paket an. Der PcrInHwTag
wird aus dem Hauptsystemzeittaktgeber, MasterSTC 155 zwischengespeichert.
Der Transcoder 100 reduziert die Rate des Videos an den
Transcoderfunktionen 122, ..., 132 und paketiert
den Transportstrom am Remultiplexer 140 neu.
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An
der Tq-Periode (einer Quantisierungszeitperiode) sendet jeder Transcoder 122,
..., 132 die Anzahl an Paketen, die ihm zugeteilt worden
war, z. B. über
einen PCI-Bus an die Funktion 145. Einige dieser Pakete enthalten
einen Platzhalter für
eine PCR. Von den Transcodern 122, ..., 132 werden
Platzhalter für
den/die zugehörigen
Kanal/Kanäle
mit der PCR-Rate
eingefügt.
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Die
Funktion 145 stellt Ausgabepakete bereit, wie etwa ein
Beispielausgabepaket 106, das einen Anfangsblock 103 mit
einem eingestellten PCR-Feld gemäß der Erfindung
umfasst.
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Die
Funktion 145 empfängt
ein Transportticken, das von der Transporttickfunktion 150 produziert
wird. Die Funktion 145 berechnet die PCR und fügt sie in
den PCR-Schlitz ein, wenn ein PCR-Platzhalter in dem aktuellen Paket
vorliegt. Das Transportpaket 106 wird aus der Funktion 145 über eine
angemessene Ausgabe gesendet. Das Transportpaket kann gepuffert
und eine feste Anzahl an Transportticken später abgelesen werden.
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1.1. Eingangstaktgeberaufgriff
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Ein
27-MHz-Hauptsystemzeittaktgeber, MasterSTC, 155 wird für alle Kanäle verwendet.
Wenn ein Paket 104 mit einer PCR ankommt, kann der MasterSTC 155 aufgrund
der mehreren Kanäle
nicht auf diesen PCR-Wert gesetzt werden. Stattdessen wird für jeden
Kanal der aktuelle Wert des MasterSTC am Signalspeicher 160 zwischengespeichert,
und die Differenz, PcrOffset, wird wie folgt berechnet: PcrOffset = PcrIn – PcrInHwTag,wobei PcrIn
der PCR-Wert in dem Transportanfangsblock ist, wie z. B. in dem
Anfangsblock 102 des Beispielpakets 104 gezeigt.
Andere Anfangsblockinformationen sind nicht gezeigt.
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PcrInHwTag
ist die PCR-Hardwaremarkierung; dies ist die Zählung des frei laufenden MasterSTC 155 zu
der Zeit, zu der das Paket 104 mit der PcrIn ankam.
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Unter
der Annahme, dass alle Kanaltaktgeber und der STC 155 exakt
27 MHz betragen, ist der unmittelbare Systemzeittaktgeber für jeden
Kanal: STC = MasterSTC + PcrOffset
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Der
STC zu der Zeit des Ausgabetransporttickens ist: STC
= PcrOutHwTag + PcrOffsetwobei PcrOutHwTag der MasterSTC zu
der Zeit des Ausgabetransporttickens ist.
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Das
obige Szenario berücksichtigt
jedoch keine Hardwarefehler der Kanaltaktgeber und des Haupttaktgebers,
denen in der Praxis begegnet wird. Siehe unten den Abschnitt über „PCR-Jitter". Insbesondere können die
27-MHz-Takte um z. B. 30 ppm falsch liegen. Gemäß der Erfindung wird eine Einstellung
am STC für
einen PCR-Hardwarefehler (PcrHwErr) wie folgt vorgenommen: STC = PcrOutHwTag + PcrOffset
+ PcrHwErr (1)
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PcrHwErr
ist der geschätzte
Fehler von PcrOutHwTag aufgrund der geringen Differenz zwischen
dem 27-MHz-Hardwarezähler
auf dem Transcoder und dem 27-MHz-PCR-Zähler der Videoquelle. Bezugnahme auf 2 veranschaulicht
die Einstellung einer Programmtaktreferenz (PCR) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Es
ist zu beachten, dass der Haupt-STC von einem Takt wie etwa einem
27-MHz-Takt abgeleitet ist. Software kann einen 27-MHz-Takt erzeugen,
aber dieser Takt ist von dem Prozessortakt abgeleitet, der wiederum
von Hardware, wie etwa einem Quarzoszillator, erzeugt wird. Der
Begriff Hardwarefehler oder dergleichen soll daher derartige Fälle mit
einschließen.
Der folgende Ausdruck gibt PcrHwErr zur Zeit Tout an, was die Ausgabezeit
eines Pakets aus dem Transcoder 100 ist. Tin ist die Eingabezeit
eines Pakets mit einer PCR in den Transcoder 100. PcrHwErrTout = αTout*(Tout – Tin(n)).
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Wobei
Tin(n) die neueste PcrIn-Zeit ist. „n" ist ein Index aufeinander folgender
aufgegriffener PCR-Werte aus einem zugehörigen Kanal. Außerdem: αTout = CntErrTin(n)/(Tin(n) – Tin(n – 1)) CntErrTin(n) = PcrOffsetTin(n) – PcrOffsetTin(n–1).
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CntErr
bezieht sich auf einen Zählungsfehler.
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Es
ist zu beachten, dass der Transcoder 100 jeden Eingabestrom
an dem Demultiplexer 110 entpaketiert. Mit der Ausnahme
der Durchführpakete,
die in Abschnitt 1.4 beschrieben werden, existieren die Eingabepakete
nicht länger,
obwohl einige der Paketkopfinformationen und die gesamte Nutzlast
bewahrt werden. Neue Pakete werden an der Ausgabe des Datencodierers 328 erzeugt.
Siehe 3.
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Wie
erwähnt
ist CntErrTin(n) null, wenn die 27-MHz-Takte
des Transcoders und der Quelle synchronisiert werden.
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Unter
Substitution von CntErrTin(n):
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Unter
Substitution von αTout:
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Der
PcrInHwTag- und PcrOutHwTag-Wert können verwendet werden, um eine
Zeit T zu verfolgen, in welchem Fall PcrHwErr(Tout) alternativ wie
folgt ausgedrückt
werden kann:
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Ein
Beispiel ist in 2 gezeigt. Ein PcrOffset1 ist
zu einer Zeit Tin1 (210) gezeigt, ein PcrOffset2 und ein
CntErrT2 sind zu einer Zeit Tin2 (220) gezeigt, eine Zeit
Tout1 (230) ist gezeigt und ein PcrOffset3 und ein CntErrT3
sind zu einer Zeit Tina (240) gezeigt. Tin1, Tin2, ...
beziehen sich auf die Eingabezeiten eines ersten, zweiten ... Pakets.
Tout1 ist die Ausgabezeit des ersten Pakets.
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PcrHwCnt
ist der Zähler
des Haupttaktgebers und PcrIn ist der Eingangs-PCR-Wert, der aus dem Eingabepaket aufgegriffen
wird.
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Es
ist zu beachten, dass PcrHwErr mit der Zeit in der Größenordnung
zunimmt und zu jeder Eingabezeit auf null rückgesetzt wird. Im Wesentlichen
wäre PcrHwErr
null, wenn ein PCR-Paket zu derselben Zeit ausgegeben wird, in der
ein Eingabe-PCR-Paket ankommt, da es nach der anfänglichen
Berechnung von PcrOffset keine Hardwaredrift gibt. Falls es jedoch
eine Verzögerung
zwischen einem Eingabe-PCR-Paket und einem Ausgabe-PCR-Paket gibt,
nimmt PcrHwErr mit einer Rate zu, die durch die Steigung α, unten beschrieben,
gegeben ist. PcrHwErr(Tout1) = α*(Tout1 – Tin2),wobei α = (PcrOffsetTin2 – PcrOffsetTin1)/(Tin2 – Tin1).
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Die
Steigung a ist im Wesentlichen die Steigung der Linie A-B relativ
zur Linie A-B'.
Es wird angenommen, dass die Linie B'-C relativ zur Linie B'-C' die gleiche Steigung
aufweist, was eine sinnvolle Annahme ist, da sich die relative Steigung
zwischen Eingabezeitintervallen nur sehr wenig ändert.
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Somit
wird zu Tout1 die Änderung
der PcrOffset-Werte der beiden neuesten Pakete verwendet, um eine
relative Steigung α zu
erhalten. PcrHwErr zur Zeit des aktuellen Ausgabepakets, z. B. PcrHwErr(Tout1), wird
dann auf der Basis der relativen Steigung α und des Zeitintervalls zwischen
der Zeit des aktuellen Ausgabepakets (Tout1) und der Zeit des neuesten
Eingabepakets (Tin2) (oder eines anderen vorhergehenden Eingabepakets
als des neuesten) bestimmt. Dies kann wie folgt ausgedrückt werden:
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Diese
Gleichung kann alternativ ausgedrückt werden, indem PcrInHwTag
und PcrOutHwTag an Stelle von Tout bzw. Tin wie folgt verwendet
werden:
wobei
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Es
muss Sorge getragen werden, den Zählerumlauf, der beim Haupt-STC 155 auftreten
kann, zu berücksichtigen.
Das heißt,
die Zählung
des Haupt-STC wird
durch eine feste Anzahl von Bits dargestellt, so dass der Höchstwert
beschränkt
ist. Wenn der Zähler
diese Höchstwerte
erreicht, fängt
er mit dem Zählen
wieder von null an.
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Wahlweise
kann α über die
letzten N PcrIn-Zeiten gemittelt werden. Außerdem kann in diesem Fall
ein gewichtetes Mittel verwendet werden, z. B. unter Verwendung
eines Rekursivfilters.
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1.1.1. Umsetzungseinstellungen
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Die
gezeigte Technik nimmt an, dass Pakete bei ihrer Eingabe in den
Transcoder analysiert werden. In der Praxis werden die Pakete in
einem MTS-Puffer gespeichert und periodisch zwischen Transcodiereinzelbildern
analysiert. Daher steht die neueste PCR möglicherweise nicht zu der Zeit
zur Verfügung,
zu der die Ausgabe-PCR korrigiert werden muss. Deshalb werden das
neueste PcrOffset und α,
die während
der Transport-Demultiplexierung verarbeitet werden, zur PCR-Korrektur verwendet.
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1.2. PCR, DTS, PTS
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Anstatt
alle drei Felder, PCR, DTS und PTS, zu ändern, kann die PCR allein
eingestellt werden, um die Änderungen
des DTS und PTS zu berücksichtigen.
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Der
Transcoder ist als Decodierer und Codierer modelliert. Siehe 3,
die einen einzelnen Zeitpunkt darstellt. 3 veranschaulicht
einen Transcoder, der gemäß der vorliegenden
Erfindung eine PCR-Korrektur durchführt. Da die Decodierer die
Pakete zu Nutzlasten entpaketieren, kann ein Ausgabepaket wiederum
nicht streng einem Eingabepaket zugehören. Ein Paket wird nur für einen
Durchführkanal
intakt gehalten, wo die PCR-Korrektur unterschiedlich durchgeführt wird
(siehe Abschnitt 1.4).
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Ein
Codierer 300 codiert nicht komprimierte Videoursprungsdaten,
z. B. in einem Studio, an einem Direkteinspeiseort, einem Satellitenverteilungsort
oder dergleichen, und stellt dem Transcoder 320 einen komprimierten
Datenstrom bereit. Der Transcoder 320 führt Decodier- und Neucodierarbeitsschritte
durch, um einem Decodierer 380 eines Endverbrauchers einen
neuen komprimierten Datenstrom mit einer reduzierten Bitrate bereitzustellen.
Der Decodierer 380 eines Endverbrauchers kann eine repräsentative
Set-Top-Box in, zum Beispiel, einem Breitbandkommunikationsnetz
wie etwa einem Kabel- oder Satellitenfernsehnetz sein. Der Decodierer 380 decodiert
und entkomprimiert die empfangenen Daten, um sie in einem zur Anzeige
geeigneten Format bereitzustellen.
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Der
Codierer 300 umfasst eine Datencodierfunktion 302 und
einen FIFO-Puffer 304.
Der Transcoder 320 umfasst einen Decodierer-FIFO 322,
einen Datendecodierer 324, einen Transcoderverzögerungspuffer/eine
Vorgriffsverzögerung 326,
der/die z. B. sechs Einzelbilder speichert, einen Datencodierer 328 und
einen Codierer-FIFO 330. Der Decodierer 380 umfasst
einen Decodierer-FIFO 382 und einen Datendecodierer 384.
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Der
Decodierer 324 und der Codierer 328 des Transcoders 320 sind
repräsentative
Funktionen, da grundsätzlich
jede Art von Transcodierung verwendet werden kann. Zum Beispiel
verwenden einige Transcoder vollständiges Decodieren und Neucodieren,
was hinsichtlich Berechnungen relativ intensiv ist. Andere Transcoder
verwenden Teildecodierung, gefolgt von Neucodierung. Beispielsweise
können
verschiedene Informationen wie etwa Bewegungsvektoren wiederverwendet
werden, um den Bedarf an Bewegungseinschätzung während der Codierung zu vermeiden,
was die Berechnungen am Transcoder reduziert. Zusätzlich dazu kann
gemäß der Erfindung
ein Durchführmodus
verwendet werden, wie unten in Abschnitt 1.4 beschrieben. Des Weiteren
kann ein Transcoder zu verschiedenen Zeiten und/oder für verschiedene
Kanäle
in verschiedenen Modi laufen.
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Eine
Vorgriffsverzögerung
erstreckt sich von DTS1 bis STC2, und eine Pufferverzögerung (die
Verzögerungen
durch die Puffer 330 und 382) umfasst) erstreckt
sich von der Zeit STC2 bis DTS2. Die Pufferverzögerung kann z. B. 0,5 s betragen,
kann aber für
verschiedene Systeme variieren. Eine Gesamt- oder Paketverzögerung umfasst
daher die Vorgriffs- und Pufferverzögerung (z. B. 6 Rahmenlängen + 0,5
s).
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Auf
STC1 wird zu der ursprünglichen
Codierzeit verwiesen. DTS1 ist der Decodierzeitstempel für den Decodierer 324,
der in dem Transcoder 320 eingebettet ist. Auf STC2 wird
zu der Transcodercodierzeit verwiesen. DTS2 ist der Decodierzeitstempel
für den
Zieldecodierer 380.
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Zu
der Transcodercodierzeit (STC2) gleicht der berechnete STC (wie
zuvor beschrieben) STC1. STC1 taktet für DTS1. Wenn wir den berechneten
STC für
die PCR verwenden, muss DTS2 wie folgt berechnet werden: DTS2 = DTS1 + PcrSysDly (2)wobei PcrSysDly
= (lookahead_dly + buffer_dly); es ist zu beachten, dass die eigentliche
Transcoderdecodierzeit, die in der Figur gezeigt ist, in lookahead_dly
eingeschlossen ist. „Sys" bedeutet „System" und „Dly" bedeutet „Verzögerung".
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Wenn
der ursprüngliche
DTS und PTS verwendet werden, muss der STC abgeändert werden, um die gleiche
relative Zeit zwischen dem STC und dem DTS zu wahren. Zu der Transcodercodierzeit
(STC2) haben wir: DTS2 – STC =
CONSTANT (3)
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Wenn
DTS1 an Stelle von DTS2 in dem PES-Anfangsblock verwendet wird,
ist es gleichwertig damit, wenn PcrSysDly von DTS2 (aus Gleichung
(2)) abgezogen wird. Damit CONSTANT in Gleichung (3) gleich bleibt,
muss PcrSysDly von dem STC abgezogen werden. Genauer gesagt ist
Gleichung (3) zu der Zeit wahr, zu der wir beginnen, ein Bild „A" zu codieren. Zu
dieser Zeit (STC) ist der DTS von Bild (A – n) DTS2. ,n' ist eine feste Anzahl
von Bildern in den Puffern/Verzögerungsblöcken. Die
Zeit zwischen Codierbeginn A und DTS2 ist CONSTANT. Dies ist wahr
zur Zeit des Codierbeginns eines beliebigen Bildes. Die Differenz
zwischen Zeiten des Decodierbeginns mit einer 30-Hz-Rahmenfrequenz
beträgt
900, 900 (in Einheiten von 27 MHz); dasselbe ist wahr für die Zeit
zwischen aufeinander folgenden DTS-Werten. STCnew
= STC – PcrSysDly
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Zu
der Zeit, in der PCR zwischengespeichert wird, PcrOut
= STCnew = STC – PcrSysDly
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Daher
wird beim Substituieren in Gleichung (1) für jeden Videokanal die Ausgabe-PCR
durch die folgende Formel erzeugt: PcrOut = PcrOutHwTag
+ PcrOffset + PcrHwErr – PcrSysDly.
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1.3. PCR-Jitter
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MPEG-2-Spezifikationen
für die
PCR sind:
Der 27-MHz-Takt muss 27 MHz +/– 810 Hz (30 ppm) betragen;
Die
27-MHz-Frequenzanstiegsgeschwindigkeit < 75 × 10–3 Hz/s;
und
Die PCR-Toleranz (Netzjitter nicht eingeschlossen) +/– 500 ns.
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Die
Transcoder-PCR-Korrektur weist den folgenden Jitterfehler auf:
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PcrInHWTag,
der Wert des 27-MHz-Hardwarezählers
in dem Moment, in dem das eintreffende PCR-Paket empfangen wird,
kann um einen 27-MHz-Zyklus
falsch liegen.
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PcrHwErr
ist exakt, abgesehen von der Rundung, da der Frequenzanstieg zwischen
PCRs 100 ms*75 × 10–3 Hz/s
= 75 × 10–4 Zyklen
beträgt.
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PcrHwErr
wird auf das nächste
27-MHz-Ticken gerundet, was einen ½ 27-MHz-Zyklusfehler ergibt.
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Der
höchste
PCR-Jitter, der von dem Transcoder bewirkt wird, beträgt 1,5 27-MHz-Zyklen
oder 56 ns (1,5/(27 × 106) s.).
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1.4. Durchführ-PCR-Korrektur
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Ein
Durchführmodus
kann gemäß der Erfindung
auch verwendet werden, wobei die Transportpakete eines Kanals zwischen
der Eingabe und der Ausgabe des Transcoders intakt bleiben und nicht
transcodiert werden. Jedoch werden die Durchführpakete verzögert, um
mit der Verzögerung
der anderen Dienste/Kanäle übereinzustimmen,
damit die Synchronität
mit diesen anderen Kanälen,
die von dem Transcoder transcodiert werden, gewahrt bleibt.
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Des
Weiteren kann Paketjitter auftreten, wenn sich Pakete aus getrennten
Transportströmen
zeitlich überlappen.
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Die
PCR wird korrigiert, indem die Differenz zwischen der PcrHwInTag
für dieses
Paket und der PcrHwOutTag zu der Zeit, zu der dieses Paket ausgesendet
wird, genommen wird. Diese Differenz wird mit einer festen Konstante,
TcdrPassDly (Transcoderdurchführverzögerung)
verglichen, und jede Diskrepanz zwischen den beiden sollte durch
das Einstellen des Ausgabe-PCR-Stempels, PCR, korrigiert werden.
Die TcdrPassDly stellt die nominale Zeitverzögerung zwischen der Eingabe
und der Ausgabe des Transcoders 320 dar. Diese Zeit entspricht
im Allgemeinen auch DTS2 – DTS1.
Die PCR wird wie folgt korrigiert: PCR = PcrIn – TcdrPassDly
+ (PcrHwOutTag – PcrHwInTag).
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Demgemäß wird ersichtlich,
dass die vorliegende Erfindung eine genaue Zeitreferenz für mehrere
Eingangs- und Ausgangssignale eines Transcoders bereitstellt. Ein
effizienter Entwurf wird durch das Einstellen jedes Kanals auf einen
Haupttaktgeber des Transcoders erreicht. Insbesondere werden eingestellte
Zeittaktdaten für
Ausgabepakete eines Kanals auf der Basis von Informationen aus Eingabepaketen
des Kanals bereitgestellt. Diese Informationen umfassen einen Offset
zwischen den PCR-Daten und dem Haupttaktgeber zu der Paketeingabezeit,
einen Hardwarefehler des Haupttaktgebers und/oder des Systemtaktgebers
eines Kanalcodierers und eine Verzögerung, die dem Transcoder
zugehört
und eine Vorgriffsverzögerung
und eine Pufferverzögerung
umfasst.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen
und Anpassungen daran vorgenommen werden können, ohne den Bereich der
Erfindung, wie in den Ansprüchen
aufgeführt,
zu verlassen.
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Während die
Erfindung vor allem in Hinsicht auf das Transcodieren von Videodaten
erörtert
worden ist, kann sie um Beispiel auch auf das Transcodieren anderer
Arten von Daten, wie etwa Audiodaten, angewendet werden. Insbesondere
kann, da aktuelle Audionormen Festraten (nicht variable Raten, wie
für Videodaten)
unterstützen,
Transcodieren von einer höheren
Festrate zu einer niedrigeren Festrate durchgeführt werden.
