DE69811532T2

DE69811532T2 - Paketfilterung

Info

Publication number: DE69811532T2
Application number: DE69811532T
Authority: DE
Inventors: Dominique Hamery; Lionel Tranchard; Christophe Declerck
Original assignee: Canal Plus Technologies SA
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: PL188866B1; UA66823C2; IL136150A0; KR20010032204A; NO20002536L; CN1153447C; DE69811532D1; BR9814657A; IL136150A; BR9814657B1; CZ298058B6; AU756127B2; AU1169799A; EP1033033B1; NO20002536D0; HUP0101201A2; HUP0101201A3; US6650710B1; RU2225075C2; HRP20000307A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zum Filtern eines digitalen Paketdatenstroms, wie er in einem digitalen audio-visuellen Übertragungssystem verwendet wird, insbesondere einen Paketdatenstrom, der mit einem MPEG-Format für ein digitales Fernsehsystem übereinstimmt.
Herkömmliche digitale Fernsehübertragungssysteme übertragen Daten in der Form von diskreten Transportstrompaketen oder Transportpaketen, wobei jedes Paket eine vorbestimmte Länge hat und einen Header bzw. Kopf und eine Nutzlast beinhaltet. Der MPEG-2-Standard bzw. die MPEG-2-Norm ist der gegenwärtig favorisierte Standard bzw. die gegenwärtig favorisierte Norm in dieser Domäne und stellt ein vorbestimmtes Format für Transportpakete dar.
Der Paketkopf bzw. Paketheader umfasst im Allgemeinen beschreibende bzw. anschauliche Daten, die das Paket betreffen, während die Nutzlast die Daten umfasst, die bei dem Receiver bzw. Empfänger zu verarbeiten sind. Der Paketkopf bzw: Paketheader schließt eine Paket-ID oder PID ein, die das Paket identifiziert. Die Nutzlast des Paketes kann Audio-, Video- oder andere Daten, wie z. B. Anwendungsdaten, die durch den Empfänger/Decoder verarbeitet werden beinhalten, um Extrafunktionen bereitzustellen, beispielsweise eine Programmführung oder andere visuelle Daten, welche auf dem Bildschirm über dem normal angezeigten Programm überlagert sein können.
Der ankommende bzw. hereinkommende Datenstrom wird herkömmlich durch einen Empfänger/Decoder entsprechend dem PID von jedem Paket gefiltert. Die demultiplexten visuellen und Audiodaten werden dann direkt zu vorbestimmten Prozessorelementen in dem Empfänger/Decoder geleitet bzw. geführt, der angepasst ist, um jeweils echtzeit-visuelle und Audiobilder zu erzeugen. Teletext- und Untertiteldaten werden ähnlich direkt zu dem allgemeinen Mikroprozessor des Empfängers/Decoders geleitet, um Echtzeit-Teletext- und Untertitelanzeigen zu erzeugen.
Daten benötigen eine unmittelbare Verarbeitung, beispielsweise werden visuelle, Audio-, Teletext- und Untertiteldaten mit einem geeigneten Prozessor kommunizieren, und zwar in der Form, was herkömmlich bekannt ist, und zwar als elementarer Strom, der in Pakete zerlegt ist, bzw. paketisierter elementarer Strom oder PES. Dieser kontinuierliche Datenfluss, der durch Zusammenbau bzw. Zusammenfügen der Nutzlasten der Transportpakete gebildet wird, weist selbst eine Sequenz von Paketen auf, wobei jedes PES-Paket einen Paketkopf bzw. Paketheader und eine Nutzlast umfasst. Im Gegensatz zu Transportpaketdaten ist die Länge eines PES-Paketes variabel. Die gefilterten PES-Ströme werden unmittelbar verarbeitet, um einen Echtzeitbetrieb bzw. eine Echtzeitoperation bereitzustellen.
Während visuelle, Audio-, Teletext- oder Untertiteldaten die herkömmlichsten Arten von Daten sind, die durch einen PES-Strom definiert sind, können andere Flusstypdaten ebenso wie ein PES-Strom organisiert sein.
Zusätzlich zu dem PES-Strom können Daten auch innerhalb der Nutzlast der Transportpakete beinhaltet sein, wobei andere Daten keine unmittelbare Verarbeitung brauchen. Im Gegensatz zu PES-Daten, welche unmittelbar durch einen Prozessor behandelt werden, um eine Echtzeitausgabe bzw. einen Echtzeitausgang zu erzeugen, sind diese Daten typischerweise in einer asynchronen Art und Weise durch den Prozessor verarbeitet. Die Daten sind oft zyklisch bzw. periodisch, das heißt die Funktionen, die durch die Daten definiert sind, werden bei mehreren Intervallen durch einen Prozessor aufgerufen. Ein Beispiel von Daten von dieser Art sind die so genannten programmspezifischen Informationen oder PSI-Daten.
In diesem Fall werden die Daten, die in der Nutzlast der Transportpakete beinhaltet sind, in eine Serie von Sektionen oder Tabellen geteilt, wobei jede einen Header und eine Nutzlast einschließt, wobei der Header eine Tabellen-ID oder TID einschließt, welche die Tabelle identifiziert. Nach der anfänglichen PID-Filterung wird eine zweite Filterstufe basierend auf dem Sektions- bzw. Abschnittsheader verwendet, um Module mit derselben TID aufzuteilen bzw. herauszuteilen, und die Nutzlasten dieser Module werden gespeichert und allmählich in einem Speicherelement in dem Empfänger/Decoder zusammengefügt, um die heruntergeladene Anwendung aufzubauen. Im Gegensatz zu PES-Daten ist die Reihenfolge, in der die Sektionen bzw. Abschnitte ankommen, nicht wichtig, da die Anwendung über eine Zeitperiode zusammengefügt bzw. zusammengebaut wird.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Decoderarchitektur zur Filterung von PES- und PSI-Typdaten wird in der europäischen Patentanmeldung EP 0 735 776 (Hitachi) gezeigt. Die Transportpaketdaten werden anfänglich in einem Paketlandepuffer gespeichert, nachdem eine Anfangsstufe bzw. Initialstufe der PID-Filterung durchgeführt wird. Die Audio- und Video-PES-Daten werden unmittelbar zu Audio- und Videodecodern zur Echtzeitverarbeitung geleitet bzw. geführt, während eine zweite Filterstufe bei dem PSI-Sektions- bzw. -Abschnittsheader oder TID-Niveau für PSI-Daten durchgeführt wird, wobei solche Daten danach in einem Systemdecoderpuffer gespeichert werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 714 213 (LG Electronics) beschreibt eine ähnliche Decoderarchitektur und zusätzlich wird die Analyse von Anpassungsfeldern bzw. Halbbildern oder ADF-Daten diskutiert, die in dem Header der Transportpakete beinhaltet sind, die verwendet werden, um PES-Daten zu befördern.
Während das Benutzen eines Satzes von zusammengefügten bzw. zusammengebauten Sektionen bzw. Abschnitten komplexe Anwendungen ermöglicht, die durch den Mikroprozessor heruntergeladen und ausgeführt werden, führen die Schritte, die in diesem Prozess bzw. Verfahren benötigt werden, zu einer relativ langen Verarbeitungszeit, da alle Tabellen, die dieselbe TID haben, identifiziert, herausgefiltert und in dem Speicher gespeichert werden müssen, bevor die Anwendung komplett ist. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Apparat zum Filtern übertragener Datenpakete bereitzustellen, welche die Nachteile der bekannten Paketfiltersysteme überwinden.
Entsprechend eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstromes, wie Übertragen in einem digitalen audio-visuellen Übertragungssystem und empfangen durch einen Empfänger/Decoder, wobei empfangene erste Transportpaketdaten mit Daten in der Form von Paketstromdaten durch ein digitales Filter gemäß den Charakteristiken des Transportpaketheaderteils gefiltert werden, die ausgewählten gefilterten Daten, die durch das Filter geführt werden, direkt zu einem Speicherelement in dem Empfänger/Decoder geführt werden, zum Speichern in der Form eines vollständigen Transportpaketes einschließlich dem Paketheaderteil und der Nutzlast, und zweite Transportpaketdaten mit Daten in der Form von Paketstromdaten parallel zu den ersten Transportpaketdaten gemäß dem Wert der Paket-ID gefiltert werden, zum Herausteilen der Nutzlast von einem Empfangspaket, wobei die Nutzlast in Echtzeit zu einem oder mehreren entsprechenden Prozessorelementen gesendet werden.
Dieses Verfahren zur Behandlung der Paketdaten repräsentiert einen radikalen Aufbruch bzw. Start zu dem herkömmlichen Verfahren, in dem Daten entsprechend dem PID-Paketheaderwert gefiltert sind, werden entweder direkt (in der Form eines PES-Stroms) zu einem vorbestimmten Prozessor gesendet, oder werden in einer zweiten Stufe entsprechend eines TID- oder PSI-Headerwertes gefiltert, und zwar bevor sie in dem Speicher des Decoders zusammengefügt bzw. zusammengebaut werden.
Indem die Transportpaketdaten direkt nach einer ersten Filterstufe gespeichert werden, erlaubt die vorliegende Erfindung die direkte und schnelle Verarbeitung von Daten, welche ansonsten über eine Zeitperiode würden kompiliert werden müssen, und zwar indem eine Serie von Tabellen usw. zusammengefügt bzw. zusammengebaut werden. Zum Beispiel können unverarbeitete bzw. originale oder natürliche Daten in der Nutzlast des Transportpaketes befördert werden, um in dem Speicher gespeichert zu werden und nachfolgend durch den Hauptprozessor des Empfängers/Decoders verwendet zu werden.
Die Transportpaketdaten können zumindest entsprechend dem Wert einer Paket-ID oder PID innerhalb des Transportpaketheaders gefiltert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können jedoch die Daten entsprechend anderen Bitwerten innerhalb des Transportpaketheaders zusätzlich zu dem Wert der Paket-ID gefiltert werden.
Ein komplettes Transportpaket einschließlich dem Paketheader und der Nutzlast wird zu einem Speicherelement geleitet bzw. geführt und in dem Speicherelement gespeichert. Dies erleichtert die spätere Behandlung der Paketdaten. Zum Beispiel kann es gewünscht sein, eine Analyse der Transportpaketheadercharakteristik durchzuführen.
In diesem Fall, wo ein MPEG-Typformat benutzt wird, werden die Transportpaketdaten in Paketen einer festen Größe übertragen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein gefiltertes Paket zu dem Speicherelement geleitet bzw. geführt, das dieselbe Größe wie die feste Paketgröße hat.
Die Daten, die innerhalb der Nutzlast des Transportpaketes beinhaltet sind, können selbst in der Form von Daten-Sekundärpaketen organisiert sein, wobei jedes einen Header bzw. Kopf und eine Nutzlast aufweist. Im Gegensatz zu den Transportpaketen können diese Sekundärdatenpakete eine variable Paketlänge haben.
Insbesondere in dem Fall, wo die übertragenen Daten in einem MPEG-Format organisiert sind, können die Daten, die in der Nutzlast eines MPEG-Transportpaketes beinhaltet sind, in der Form eines paketisierten Elementarstromes oder PES organisiert sein. Dieser paketisierte Elementarstrom kann einem Video-, Audio-, Teletext-, Untertitel- oder paketisierten Elementarstrom entsprechen, der direkt durch einen entsprechenden Prozessor des Empfängers/Decoders verarbeitet wird.
Zusätzlich zur Leitung bzw. Führung ausgewählter Pakete zu einem Speicherelement kann der Digitalfilter auch benutzt werden, um ausgewählten Daten zu einem Prozessor zu leiten bzw. zu führen, z. B. um ausgewählte Daten zu einem visuellen Prozessor zu leiten bzw. zu führen, um ein Bild zu erzeugen, und zwar ohne zuerst in einem Speicherelement gespeichert zu sein.
Die Daten können zu einem Prozessor zur Ausführung geleitet bzw. geführt werden, und zwar entweder direkt oder über eine zweite digitale Filterstufe. In diesem Fall, wo Daten, die in der Nutzlast von Transportpaketen beinhaltet sind, in der Form von Sekundärdatenpaketen organisiert sind, können die zweiten Digitalfilter die Pakete filtern, und zwar basierend auf dem Wert eines oder mehrerer Elemente des Headers der Sekundärdatenpakete.
Die Daten, die durch den zweiten digitalen Filter gefiltert werden, können zu einem verbundenen Speicherelement geleitet bzw. geführt werden, um zu speichern, und/oder zu einem Prozessor geleitet bzw. geführt werden, um zu decodieren, nachdem sie gefiltert worden sind.
Die Sektionen bzw. Abschnitte, die innerhalb der Nutzlast eines Transportpaketes beinhaltet sind, können entsprechen dem Wert des Sektionsheaders bzw. Abschnittskopfs gefiltert werden.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich in einem zweiten Aspekt auf einen Empfänger/Decoder für ein digitales audio-visuelles Übertragungssystem, wobei der Empfänger/Decoder ein erstes digitales Filter enthält, zum Filtern erster Transportpaketdaten, empfangen durch den Empfänger/Decoder, und mit Daten in der Form von Paketstromdaten gemäß den Charakteristiken des Transportpaketheader und zum Führen bzw. Leiten ausgewählter gefilterter Daten direkt zu einem Speicherelement für das Speichern in Form eines vollständigen Transportpaketes mit dem Paketheader und der Nutzlast, und ein zweites digitales Filter zum Filtern, parallel zu den ersten Transportpaketdaten, von zweiten Transportpaketdaten, empfangen durch den Empfänger/Decoder, und mit Daten in der Form von Paketstromdaten gemäß dem Wert der Paket-ID zum Herausteilen der Nutzlast von einem empfangenen Paket und zum Führen bzw. Leiten der Nutzlast in Echtzeit zu einem oder mehreren entsprechenden Prozessorelementen.
In dem Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Ausdruck "digitales-audio-visuelles Übertragungssystem" auf alle Übertragungssysteme zur Übertragung oder Ausstrahlung primärer audio-visueller oder multimedia-digitaler Daten. Während die vorliegende Erfindung im Besonderen auf ein Sende-Digital-Fernsehsystem anwendbar ist, wie z. B. ein Satelliten-, terrestrisches oder Kabelfernsehsystem, kann die vorliegende Erfindung genauso bei der Filterung von Da- ten benutzt werden, die durch ein festes Telekommunikationsnetzwerk für Multimedia-Internetanwendungen, kombinierte Telekommunikations- und Ausstrahlungssysteme usw. gesendet werden.
Der Ausdruck MPEG bezieht sich auf die Datenübertragungsstandards bzw. die Datenübertragungsnormen, die durch die internationale Standardorganisationsar beitsgruppe bzw. internationale Normorganisationsarbeitsgruppe "Motion Pictures Expert Group" entwickelt wurde und hauptsächlich bzw. vor allem den MPEG-2-Standard bzw. die MPEG-2-Norm für digitale Fernsehanwendungen entwickelt hat und in den Dokumenten ISO 13818–1, ISO 13818–2, ISO 13818–3 und ISO 13818-4 dargelegt hat. In dem Zusammenhang der vorliegenden Patentanmeldung beinhaltet der Ausdruck alle Variation, Modifikationen oder Entwicklungen der Basis-MPEG-Formate, die auf dem Gebiet der Digitaldatenübertragung anwendbar sind.
Ähnlich wird es klar sein, dass, während die Beschreibung sich auf "Empfänger/Decoder" und "Decoder" bezieht, die vorliegende Erfindung ebenso Ausführungsformen mit einem Empfänger, der mit dem Decoder integriert ist, wie eine Decodereinheit, die in Kombination mit einem physikalisch separaten Empfänger funktioniert, sowie Decodereinheiten, die andere Funktionalitäten, wie z. B. Web-Browser, Decoder, die mit anderen Geräten integriert sind, wie z. B. Videorecordern, Fernseher usw. anwendet bzw. einsetzt.
Es wird nun nur beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, für die gilt: 1 zeigt einen Überblick eines digitalen Fernsehsystems;
2 zeigt die Komponenten bzw. Elemente eines Empfängers/Decoders zum Einsatz bzw. Verwenden in einem digitalen Fernsehsystem;
3 zeigt die digitalen Filter, die in dem Decoder von 2 verwendet werden, um Paketdaten entsprechend dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu filtern; und
4 zeigt die Struktur von Paketdaten innerhalb des übertragenen Datenstromes sowie die Struktur von Daten, die innerhalb der Nutzlast von solchen Paketen beinhaltet sind.
Einen Überblick eines digitalen Fernsehsystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Erfindung umfasst ein meist herkömmliches digitales Fernsehsystem 2, welches das bekannte MPEG-2-Kompressionssystem verwendet, um komprimierte digitale Signale zu übertragen. Im Einzelnen empfängt ein MPEG-2-Datenkomprimierer 3 in einem Rundfunkzentrum einen digitalen Signalstrom (typischerweise einen Strom von Videosignalen). Der Datenkomprimierer 3 ist mit einem Multiplexer und Scrambler 4 über eine Verbindung 5 verbunden.
Der Multiplexer 4 empfängt eine Vielzahl von weiteren Eingabesignalen, assembliert den Transportstrom und überträgt komprimierte digitale Signale an einen Sender 6 des Rundfunkzentrums über eine Verbindung 7, welche selbstverständlich eine breite Auswahl von Gestaltungen, einschließlich einer Telekommunikationsverbindung, aufweisen kann. Der Sender 6 überträgt elektromagnetische Signale über eine aufsteigende Verbindung 8 zu einem Satelliten-Transponder 9, wo diese Signale elektronisch verarbeitet und über eine fiktive, absteigende Verbindung 10 an einen Erdempfänger 12 gesendet werden, welcher üblicherweise in der Gestalt einer Schüssel vorliegt, die der Endbenutzer besitzt oder gemietet hat. Die durch den Empfänger 12 empfangenen Signale werden an einen integrierten Empfänger/Decoder 13 übertragen, die der Endbenutzer besitzt oder gemietet hat und mit dem Fernsehgerät 14 des Endbenutzers verbunden ist. Der Empfänger/Decoder 13 decodiert das komprimierte MPEG-2-Signal in ein Fernsehsignal für das Fernsehgerät 14.
Selbstverständlich sind andere Transportkanäle zur Übertragung der Daten möglich, wie etwa ein terrestrischer Rundfunk, eine Kabelübertragung, eine kombinierte Satelliten/Kabelverbindungen, Telefonnetzwerke, etc.
In einem Multikanalsystem bearbeitet der Multiplexer 4 Audio- und Videoinformationen, die von einer Anzahl von parallelen Quellen empfangen wurden, und der Multiplexer 4 interagiert mit dem Sender 6, um die Information entlang einer ent sprechenden Anzahl von Kanälen zu senden. Zusätzlich zu audio-visueller Information können Nachrichten oder Anwendungen oder jegliche andere Art von digitalen Daten durch Verschachtelung mit den übertragenen digitalen Audio- und Videoinformationen eingeführt werden.
Ein bedingtes bzw. konditionales Zugriffssystem bzw. ein System mit bedingtem Zugriff 15 ist mit Multiplexer 4 und dem Empfänger/Decoder 13 verbunden und ist teilweise in dem Rundfunkzentrum und teilweise in dem Decoder angeordnet. Dieses ermöglicht es dem Endbenutzer, auf digitale Fernsehsendungen von einem oder mehreren Rundfunkanbietern zuzugreifen. Eine Smartcard, die in der Lage ist, sich auf kommerzielle Angebote (d. h., ein oder verschiedene Fernsehprogramme wurden durch den Rundfunkanbieter verkauft) beziehende Nachrichten zu entschlüsseln bzw. zu dechiffrieren, kann in dem Empfänger/Decoder 13 eingeführt werden. Unter der Verwendung des Decoders 13 und einer Smartcard kann der Endbenutzer kommerzieller Angebote in entweder einem Abonnenten-Modus oder einem Pay-Per-View-Modus erwerben.
Wie obig erwähnt, werden mittels des Systems übertragene Programme bei dem Multiplexer 4 gescrambelt bzw. verwürfelt, wobei die Konditionen und der Verschlüsselungsschlüssel, die bei einer gegebenen Übertragung angewandt werden, durch das Zugriffssteuerungssystem 15 ermittelt bzw. bestimmt werden. Die Übertragung von gescrambelten Daten auf diese Art und Weise ist aus dem Gebiet der Pay-TV-Systeme bekannt. Typischerweise werden gescrambelte Daten zusammen mit einem Steuerungswort zum Entscrambeln bzw. Entwürfeln der Daten übertragen, wobei das Steuerungswort selber mittels eines so genannten Exploitations- bzw. Auswertungsschlüssels verschlüsselt ist und in verschlüsselter Form übertragen wird.
Die gescrambelten Daten und das verschlüsselte Steuerungswort werden dann mittels des Decoders 13 empfangen, welcher einen Zugriff auf einen zu dem Auswer tungsschlüssel äquivalenten Schlüssel hat, der auf einer in den Decoder eingeführten Smartcard gespeichert ist, um das verschlüsselte Steuerungswort zu entschlüsseln und danach die übertragenen Daten zu entscrambeln. Ein im Voraus bezahlender Abonnent wird beispielsweise in einer monatlich versendeten ECM (Entitlement Control Message bzw. Berechtigungs-Steuerungs-Nachricht) den Auswertungsschlüssel empfangen, der notwendig ist, um das verschlüsselte Steuerungswort zu entschlüsseln, um es somit zu ermöglichen, die Übertragung anzuschauen.
Ein interaktives System 16, welches ebenso mit dem Multiplexer 4 und dem Empfänger/Decoder 13 verbunden und wiederum teilweise in dem Rundfunkzentrum und teilweise in dem Decoder angeordnet ist, gestattet es dem Endbenutzer, mit einer Vielzahl von Applikationen über einen Modemmed-Back-Kanal 17 zu interagieren. Der Modemmed-Back-Kanal kann auch für Kommunikationen benutzt werden, die in dem konditionalen Zugriffssystem 15 verwendet werden. Ein interaktives System kann beispielsweise benutzt werden, um es dem Zuschauer zu ermöglichen, unmittelbar mit dem Übertragungszentrum zu kommunizieren, um eine Autorisation anzufordern, ein bestimmtes Ereignis anzuschauen, eine Anwendung herunterzuladen etc.
Unter Bezugnahme auf 2 werden nun die Komponenten bzw. Elemente des Empfängers/Decoders 13 oder der Set-Top-Box, die ausgelegt sind, um in der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden, beschrieben. Die in diesen Figuren gezeigten Elemente bzw. Komponenten werden in Bezeichnungen bzw. Ausdrücken von funktionalen Blöcken beschrieben.
Der Decoder 13 umfasst einen zentralen Prozessor 20, welcher zugehörige Speicherelemente einschließt und ausgelegt ist, um Eingabedaten von einer seriellen Schnittstelle 21, einer parallelen Schnittstelle 22, einem Modem 23 (welches mit dem Modemmed-Back-Kanal 17 von 1 verbunden ist) und Schaltkontakten 24 an der Frontkonsole des Decoders zu empfangen.
Der Decoder ist zusätzlich derart ausgelegt, um Eingaben von einer Infrarot-Fernbedienung 25 über eine Steuereinheit 26 zu empfangen, und er besitzt auch zwei Smartcard-Lesegeräte 27, 28, die jeweils ausgelegt sind, Bank- oder Abonnenten-Smartkarten 29, 30 zu lesen. Das Abonnenten-Smartcard-Lesegerät 28 steht im Eingriff mit einer eingeführten Abonnentenkarte 30 und mit einer konditionalen Zugriffseinheit 29, um das notwendige Steuerungswort an den Demultiplexer/Entscrambler 30 zu liefern, um es zu ermöglichen, dass das verschlüsselte Rundfunksignal entscrambelt wird. Der Decoder umfasst ferner einen herkömmlichen Tuner 31 und Demodulator 32, um die Satellitenübertragung zu empfangen und zu demodulieren, bevor diese mittels der Einheit 30 gefiltert und demultiplext wird.
Die Verarbeitung von Daten innerhalb des Decoders wird allgemein durch den zentralen Prozessor 20 behandelt. Die Software-Architektur des zentralen Prozessors kann jener entsprechen, die in einem bekannten Decoder verwendet wird, und wird hier nicht in irgendeinem Detail beschrieben. Beispielsweise kann sie auf einer virtuellen Maschine basieren, die über eine Schnittstellenschicht mit einem Operationssystem niedrigeren Levels interagiert, welches in den Hardware-Komponenten des Decoders implementiert ist. In Begriffen der Hardware-Architektur wird der Decoder mit einem Prozessor, Speicherkomponenten, wie etwa ROM, RAM, FLASH, etc., wie in bekannten Decodern ausgerüstet sein.
In dem Fall von empfangenen Audio- und Videosignalen, und wie es detaillierter nachfolgend beschrieben wird, werden die MPEG-Pakete, die diese Signale enthalten, entmultiplext und gefiltert, um zu bestimmten Audio- und Videoprozessoren oder Decodern 33, 34 Echtzeit-Audio- und Videodaten in der Gestalt eines paketisierten elementaren Stromes (PES) von Audio- und Videodaten geleitet bzw. geführt zu werden. Die konvertierte Ausgabe von dem Audioprozessor 33 wird an einen Vorverstärker 35 und danach an die Audioausgabe bzw. den Audioausgang des Empfängers/Decoders geleitet bzw. geführt. Die konvertierte Ausgabe bzw. der konvertierte Ausgang von dem Videoprozessor 34 wird über einen Grafikprozessor 36 und PAL/SECAM-Kodierer 37 zu der Videoausgabe bzw. dem Videoausgang des Empfängers/Decoders geleitet bzw. geführt.
Der Grafikprozessor 36 empfängt zusätzlich Grafikdaten zur Anzeige (wie z. B. erzeugte Bilder etc.) von dem zentralen Prozessor 20 und kombiniert diese Information mit Information, welche von dem Videoprozessor 34 empfangen wurde, um eine Bildschirmanzeige zu erzeugen, welche Bewegtbilder zusammen mit überlagertem Text oder anderen Bildern kombiniert.
In dem Fall von empfangenem Teletext- und/oder Untertiteldaten kann die Konversion der Echtzeit-PES-Daten zur Erzeugung der zugehörigen bzw. geeigneten Bilder auch durch bestimmte Prozessoren bearbeitet werden. In den meisten herkömmlichen Systemen wird dieses jedoch durch den Prozessor 20 gehandelt.
Die Verarbeitung der gefilterten audio-visuellen und Teletext-/Untertiteldaten, um die notwendigen Bild- und Sound- bzw. Tondaten zu erzeugen, ist herkömmlich und braucht nicht weiter genauer beschrieben zu werden.
Bezieht man sich nun auf die 3 und 4, so wird nun ein System zur Paketdatenfilterung innerhalb des Demultiplexers 30 beschrieben. In 3 werden descrambelte bzw. entwürfelte MPEG-Pakete, die von dem Descramblerteil bzw. Entwürflerteil des Demultiplexers (nicht gezeigt) ankommen, durch eine erste Stufe von digitalen Filtern 40 geführt bzw. geleitet. Diese Stufe von Filtern umfasst einen Standardsatz bzw. Normsatz von vier PID-Filtern 41, um visuelle, Audio-, Teletext- und Untertiteldaten zu extrahieren, vier Paketheaderfilter 42, um MPEG-Pakete mit vorbestimmten Headercharakteristiken zu extrahieren, und weiteren herkömmlichen achtundzwanzig PID-Filtern, um MPEG-Pakete eines vorbestimmten PID-Wertes zu extrahieren.
Bezieht man sich nun auf 4, so wird die Struktur eines Standard-MPEG-2-Paketes 60 bzw. Norm-MPEG-2-Paketes 60 von übertragenen Daten gezeigt. Das Paket hat eine feste Länge von 188 Bytes und umfasst einen Header 61 und eine Nutzlast 62.
Der Header 61 hat eine feste Größe von vier Bytes (32 Bits). Die Nutzlast hat eine Länge von 184 Bytes (1472 Bits).
Das erste Byte 62 des Headers umfasst Synchronisationsdaten, die verbleibenden drei Bytes (24 Bits) werden durch eine Paket-ID- oder PID-Sektion 63 und anderen Daten 64 besetzt. Die PID-Sektion hat eine Länge von 13 Bits, wobei die anderen Daten die verbleibenden 11 Bits besetzen.

Genauer gesagt, umfassen in einem Standard-MPEG-Paket bzw. Norm-MPEG-Paket die drei Header Bytes, die den Synchronisationsdaten folgen, Folgendes:

Transportfehleranzeige	1 Bit
Nutzlast-Einheit-Start-Anzeige	1 Bit
Transportpriorität	1 Bit
PID	13 Bits
Transport-Scrambling-Steuerung	2 Bits
Anpassungsfeldsteuerung	2 Bits
fortlaufender Zähler	4 Bits

Bezieht man sich nun zurück auf 3, so führen die Filter 41 zur Extraktion des Video-, Audio- usw. Datenstroms einen Filterungsprozess durch, und zwar basierend auf ausschließlich dem Wert der Bits innerhalb der PID-Sektion 63. Aus diesem Grund haben die Filter eine Größe von 13 Bits, die der Größe dieser Sektion bzw. dieses Abschnitts entsprechen.
Wie in herkömmlichen MPEG-Systemen, beinhalten gewisse Transportpakete an reservierten PID-Adressen Informationen, die die PID-Adressen von Audiopake ten, visuellen Paketen usw. betreffen. Diese Information ermöglicht den Filtern 41 die korrekten Pakete für eine nachfolgende Verarbeitung zu extrahieren. Sobald der Transportpaketheader entfernt ist, werden die extrahierten PES-Ströme, die in der Nutzlast beinhaltet sind und durch diese Filter ausgefiltert wurden, direkt zu den zugehörigen bzw. geeigneten Prozessoren zur Echtzeitumwandlung zu Bildund Sound- bzw. Tondaten geleitet bzw. geführt.
In entgegengesetzter Weise führen die Filter 42 entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung eine Filterung von Daten durch, und zwar basierend auf dem gesamten Paketheader 63, 64, das die PID-Sektion bzw. den PID-Abschnitt 63 einschließt, aber das Synchronisationsbyte 62 ausschließt. Aus diesem Grund hat jeder der Filter 42 eine Größe von 24 Bits oder 3 Bytes.
Wie bei allen herkömmlichen digitalen Filtern, können die Filter 42 voreingestellt sein, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines gegebenen Bits zu erkennen oder um den Wert eines Bits an einer bestimmten Position zu ignorieren, indem dieses Bit maskiert wird. Die Filter 42 können in einer festen Hardwareschaltung oder mit Hilfe eines bestimmten programmierbaren Prozessors, der mit einem eingebetteten Softwareprogramm arbeitet realisiert sein. Die Charakteristiken der digitalen Filter 42 können durch die zentrale Steuerungseinheit des Empfängers/Decoders vorprogrammiert werden und können, wie gewünscht, geändert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurden vier Filter 42 angezeigt. Zur Erleichterung der Repräsentation bzw. Darstellung werden die vier Datenströme, die an dem Ausgang des Filters erscheinen, als ein einzelner Datenfluss gezeigt. Bei anderen Ausführungsformen können eine andere Anzahl von derartigen Filtern parallel bereitgestellt sein.
Abhängig von dem Ergebnis des Filterungsprozesses bzw. Filterverfahrens können einige der Daten zu einem bestimmten Speicherelement 44 geleitet bzw. geführt werden und können in einem bestimmten Speicherelement 44 z. B. einem RAM-Element gespeichert werden. Alternativ kann ein vorbestimmter Raum in dem allgemeinen Speicher des Empfängers/Decoders zu dem Speicher dieser Daten zugeordnet bzw. reserviert sein. Bei dieser Ausführungsform wird das Ganze eines empfangenen und gefilterten Daten-MPEG-Paketes in dem Speicherelement 44 gespeichert, welches eine korrespondierende Größe von 188 Bytes hat. Bei alternativen Anordnungen können nur die 184 Bytes Nutzlast des MPEG-Paketes gespeichert werden. Wie zuvor, werden vier derartige Pufferelemente für jeden der vier Filter bereitgestellt.
Die Daten können in dem Speicherelement gespeichert werden, und zwar entsprechend entweder eines einfachen Modus, wo nur das erste passende Paket bzw. Abgleichpaket gespeichert wird, wobei die verbleibenden gefilterten Pakete ignoriert werden, oder ein Wiederholmodus, wo jedes passende Paket bzw. Abgleichpaket in dem Speicher gespeichert wird, wobei ein neues Paket ein zuvor gespeichertes Paket löscht.
Einmal in dem Speicherelement 44 gespeichert, können derartige Daten aufgerufen und nach Belieben verarbeitet werden, und zwar durch den Empfänger/Decoder. Zum Beispiel kann die Nutzlast des Transportpaketes unverarbeitet den originalen oder natürlichen Code beinhalten, der durch die Elemente des Decoders ausgeführt wird. Alternativ kann es gewünscht sein, die Charakteristiken des Headers des Transportpakets zu analysieren.
Im Gegensatz zu bekannten Systemen zur Extraktion und Speicherung, von Datenmodulen, die in einer festen Tabellenform angeordnet sind (siehe die Beschreibung unterhalb der PID-Filter 42 und der nachfolgenden Verarbeitung), ist die Filterstufe 42 im Besonderen zur Filterung und Speicherung von Transportpaketen ange passt, die PES-Daten beinhalten, wie z. B. Video- oder Audio-PES-Daten, da sie in einem sequenziellen Block ankommen. Wie nun beschrieben wird, kann der Filter 42, anstatt des Leitens bzw. Führens eines Transportpaketes zu dem Speicher 44 den Transportpaketheader entfernen und die PES-Daten, die in der Nutzlast beinhaltet sind, zu einem zweiten digitalen Filter 45 senden.
Bezieht man sich auf 4, so repräsentiert die untere Veranschaulichung ein PES-Datenpaket 65, das in einem oder mehreren Nutzlasten 62 eines MPEG-Paketes 60 befördert werden kann. Im Gegensatz zu einem MPEG-Paket ist ein PES-Paket von variabler Länge und ein PES-Paket kann in einer Vielzahl von übertragenen MPEG-Paketen befördert bzw. getragen werden.

Das PES-Paket umfasst eine Headersektion bzw. einen Kopfabschnitt 66 und eine Nutzlast 67. Die Headersektion 66 eines PES-Paketes schlüsselt sich wie folgt auf bzw. ist wie folgt eingeteilt:

Paket-Start-Code-Präfix	3 Bytes
Stromidentifizierer	1 Byte
PES-Paketlänge	2 Bytes
Flag- bzw. Kennzeichenfeld	2 Bytes
Optionales Feld	(variable Länge)
Füllende Bytes bzw. Füllbytes	(variable Länge)

In dem vorliegenden Fall sind die Elemente des PES-Headers, die in dem Zweistufenfilterprozess bzw. in der zweiten Stufe des Filterprozesses zu betrachten sind, und ihre maximalen Werte:

Aus dem Flagfeld bzw. Kennzeichenfeld:

Flags bzw. Kennzeichen 8 Bit max

Aus den Optionalfeldern:

PTS-Felder 33 Bit max

DTS-Felder 33 Bit max

DSM-Trickmodusfeld 8 Bit max
Die Bedeutung von jedem der Felder bezieht sich auf das Gebiet der digitalen Ausstrahlung und wird dem Fachmann bekannt sein. Der Ausdruck "PTS" bezieht sich auf die "Präsentationszeitstempel" und bestimmt die relative zeitliche Anpassung bzw. Synchronisierung der Datenanzeige in dem Paket, "DTS" bezieht sich auf "Decoderzeitstempel" und bestimmt die relative zeitliche Anpassung bzw. Synchronisierung oder Taktung einer Datenverarbeitung und "DSM-Trickmodus" wird verwendet, um die Daten in einer besonderen Art und Weise zu behandeln, z. B. durch Einfrieren eines Vollbildes bzw. Rahmens, Wiederholen eines Vollbildes bzw. Rahmens usw. Der Ausdruck "Flagfelder" bzw. "Kennzeichenfelder" bezieht sich auf einen Satz von Flags bzw. Kennzeichen, die die Anwesenheit oder Abwesenheit von gewissen Informationen anzeigen. In dem vorliegenden Fall wird die Filterung nur an bzw. bei einer Hälfte der verfügbaren Flags bzw. Kennzeichen in dem Flagfeld bzw. Kennzeichenfeld durchgeführt.
Bezieht man sich auf 3, so benötigt der zweite Filter 45 eine Größe von 82 Bits, und zwar entsprechend der maximalen Größe aller oben genannten Werte, um Daten korrekt zu filtern, und zwar basierend auf den PES-Headerwerten, die oben beschrieben sind. Der Filterprozess bzw. das Filterverfahren kann auf einer "OR"-Basis durchgeführt werden, das heißt, falls irgendeines der Felder ("Flag" bzw.
"Kennzeichen", PTS, DTS, DSM-Trickmodus) präsent bzw. anwesend ist, kann der PES-Strom zu einem Speicherelement 46 oder über ein Schaltelement 47 zu dem vorbestimmten Prozessorelement zur Echtzeitverarbeitung und -präsentation gesendet werden. Wie zuvor, kann die Filterung entsprechend bekannter digitaler Filterungstechniken durchgeführt werden; Maskierung, Vergleich eines Feldes zu einem gegebenen maximalen/minimalen Wert usw.
Wie oben beschrieben, wurde die Filterung bei dem Filter 45 in Relation zu dem PES-Header durchgeführt. Bei dieser Ausführungsform kann jedoch die Filterung in Relation zu der Nutzlast durchgeführt werden. In einem derartigen Fall definiert der Systemoperator bzw. Systembediener die Charakteristiken der Nutzlast, um eine Filterung zu erlauben, z. B., indem eine Anzahl von vorbestimmten Feldern, nachdem das Ende des Headers, das identifiziert und gefiltert werden kann, und zwar durch den Filter 45 usw., definiert wird.
Der Speicher 46 kann irgendeinen Wert haben, der ausreicht, um eine sinnvolle Menge von PES-Daten zu speichern. In dem vorliegenden Fall wurde ein Speicher mit 1024 Bytes gewählt.
Das Schaltelement 47 wird benötigt, um ein Überladen eines gegebenen Prozessors zu verhindern. Wie oben beschrieben, arbeiten die Filterstufen 42, 45 parallel mit dem Filter 41. In dem Fall, wo die Filter 42, 45 eingesetzt sind bzw. eingerichtet sind, um einen gegebenen PES-Strom (z. B. ein Video-PES-Strom) zu einem Prozessor zur unmittelbaren Echtzeitverarbeitung zu führen bzw. zu leiten, ist es notwendig, die Versorgung desselben Datenstromtyps (z. B. das Video-PES, das von den Filtern 41 weggeht) zu demselben Prozessor zu verhindern.
Zusätzlich zu den Filtern 41, 42 schließt die vorliegende Ausführungsform ferner einen weiteren Satz von PID-Filtern 43 ein, die angepasst sind, um heruntergeladene Anwendungsdaten zu identifizieren und zu verarbeiten, die in Form von Sektionen bzw. Abschnitten innerhalb der Nutzlast des MPEG-Paketes gespeichert sind. Die Anwendungsdaten, die durch die PID-Filter 43 identifiziert sind, werden über einen weiteren Satz von 32 Sektionsfiltern bzw. Abschnittsfiltern 48 geroutet bzw. geleitet, welche eine weitere Filteroperation bzw, einen weiteren Filterbetrieb durchführen, und zwar basierend auf dem Wert des Sektionsheaders bzw. Abschnittskopfes, der die Tabellen-ID, die in dem Header der Tabelle innerhalb der MPEG-Paket-Nutzlast präsent bzw. vorhanden ist, einschließt. Die gefilterten Tabellen werden dann über FIFO-Puffer 49 geführt bzw. geleitet, um in dem Verarbeitungsspeicher 50 assembliert bzw. zusammengesetzt oder zusammengefügt zu werden.
Wie in der Einführung erwähnt, ist diese Filterung von Daten durch eine Tabellen-ID an sich bekannt und z. B. in der anhängigen Patentanmeldung PCT/EP97/02114, die in dem Namen des vorliegenden Anmelders eingereicht wurde beschrieben. Deswegen braucht es nicht genauer beschrieben zu werden.

Claims

Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms, wie übertragen in einem digitalen audio-visuellen Übertragungssystem und empfangen durch einen Empfänger/Decoder, wobei empfangene erste Transportpaketdaten mit Daten in der Form von Paketstromdaten durch ein digitales Filter (42) gemäß den Charakteristiken des Transportpaket-Headerteils (61) gefiltert werden, die ausgewählten gefilterten Daten, die durch das Filter (42) geführt werden, direkt zu einem Speicherelement (44) in den Empfänger/Decoder geführt werden, zum Speichern in der Form eines vollständigen Transportpakets (60) einschließlich dem Paket-Headerteil (61) und der Nutzlast (62), und zweite Transportpaketdaten mit Daten in der Form von Paketstromdaten parallel zu den ersten Transportpaketdaten gemäß dem Wert der Paket ID gefiltert werden, zum Herausteilen der Nutzlast von einem Empfangspaket, wobei die Nutzlast in Echtzeit zu einem oder mehreren entsprechenden Prozessorelementen gesendet werden.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 1, bei dem die ersten Transportpaketdaten zumindest gemäß dem Wert einer Paket ID (63) in dem Transportpaket-Headerteil (61) gefiltert werden.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die ersten Transportpaketdaten gemäß anderer Bitwerte (64) in dem Transportpaket-Headerteil (61) gefiltert werden, zusätzlich zu dem Wert der Paket ID (63).
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Transportpaketdaten in Paketen (60) fester Größe übertragen werden, und das Speicherelement (44) dieselbe Größe wie die feste Paketgröße aufweist.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms gemäß einem der vorangehenden-Ansprüche bei dem Daten, enthalten in der Nutzlast (62) eines Transportpakets (60), selbst in der Form sekundärer Pakete (65) von Daten organisiert sind, jeweils mit einem Header (66) und einer Nutzlast (67).
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 5, bei dem sekundäre Datenpakete (65) eine variable Paketlänge haben.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Daten in den Nutzlasten (62) des ersten Transportpaketdatenstroms einem kontinuierlichen Fluss von Daten entsprechen.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die übertragenen Daten in einem MPEG Format organisiert sind.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 8, bei dem die Daten, enthalten in der Nutzlast (62) eines MPEG Transportpakets (60), in der Form eines paketierten Elementarstroms (65) organisiert sind.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das digitale Filter (62) auch ausgewählte Daten von der Nutzlast eines Transportpakets zu einem Prozessor für eine Ausführung fuhren kann.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das digitale Filter (42) auch ausgewählte Daten von der Nutzlast eines. Transportpakets zu einem zweiten digitalen Filter (45) führen kann.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 11, bei dem Daten, enthalten in der Nutzlast (62) der Transportpakete (60), in der Form sekundärer Datenpakete (65) organisiert sind, wobei das zweite digitale Filter (45) zum Filtern der sekundären Pakete (65) wirkt, auf der Grundlage des Werts von einem oder mehreren Elementen des Headerteils (66) der sekundären Pakete der Daten.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach Anspruch 12, bei dem Daten, gefiltert durch das zweite digitale Filter (45), dann zu einem zugewiesenen Speicherelement (46) zum Speichern geführt werden, und/oder zu einem Prozessor zum Ausführen, abhängig von den Ergebnissen des Filterns.
Verfahren zum Filtern eines Paketdatenstroms nach. Anspruch 12 oder 13, bei dem Abschnitte, enthalten in der Nutzlast (62) eines Transportpakets (60), gemäß dem Wert des Abschnittheaders, gefiltert werden.
Empfänger/Decoder für ein digitales audio-visuelle Übertragungssystem, wobei der Empfänger/Decoder ein. erstes digitales Filter (42) enthält, zum Filtern erster Transportpaketdaten, empfangen durch den Empfänger/Decoder und mit Daten in der Form von Paketstromdaten, gemäß den Charakteristiken des Transportpaket-Headerteils (61), und zum Führen ausgewählter gefilterter Daten direkt zu einem Speicherelement (44) für das Speichern in Form eines vollständigen Transportpakets (60) mit dem Paketheaderteil (61) und der: Nutzlast (62), und ein zweites digitales Filter (41) zum Filtern, parallel zu den erste Transportpaketdaten, von zweiten Transportpaketdaten, empfangen durch den Empfänger/Decoder und mit Daten in der Form von Paketstromdaten, gemäß dem Wert der Paket ID, zum Herausteilen der Nutzlast von einem empfangenen Paket und zum Führen der Nutzlast in Echtzeit zu einem oder mehreren entsprechender Prozessorelemente.
Empfänger/Decoder nach Anspruch 15, bei dem das erste digitale Filter (42) zum Filtern von Transportpaketdaten zumindest gemäß dem Wert einer Paket ID (63) in dem Transportpaket-Headerteil (61) ausgebildet ist.
Empfänger/Decoder nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das erste digitale Filter (42) zum Filtern von Transportpaketdaten ausgebildet ist, gemäß anderen Bitwerten (64) in dem Transportpaket-Headerteil (61), zusätzlich zu dem wert der Paket ID (63).
Empfänger/Decoder nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem das Speicherelement (44) dieselbe Größe wie eine feste Paketgröße der empfangenen Transportpaketdaten aufweist.
Empf änger/Decoder nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem das erste digitale Filter (42) ausgebildet ist, um ausgewählte Daten von der Nutzlast eines Transportpakets zu einem Prozessor für die Ausführung zu führen.
Empfänger/Decoder nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem das erste digitale Filter (42) zum Führen ausgewählter Daten von der Nutzlast eines Transportpakets zu einem dritten Filter (45) ausgebildet ist.
Empfänger/Decoder nach Anspruch 20, bei dem Daten, enthalten in der Nutzlast (62) der Transportpakete (60), in Form sekundärer Datenpakete (65) organisiert sind, wobei das dritte digitale Filter (45) zum Filtern der sekundären Pakete (65) ausgebildet ist, auf der Grundlage des Werts von einem oder mehreren Elementen des Headerteils (66) der sekundären Pakete der Daten.
Empfänger/Decoder nach Anspruch 21, bei dem das dritte digitale Filter zum Führen von Daten, die hierdurch gefiltert sind, zu einem zugewiesenen Speicherelement (46) für ein Speichern ausgebildet ist, und/oder zu einem Prozessor für ein Ausführen, abhängig von den Ergebnissen des Filtervorgangs.