CN100390772C - 使漂移数据流重新同步的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于使数据流同步的系统。分类单元(24)接收有关数据帧的信息，并为每个帧提供评估，该评估指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性。重新同步单元(14)接收与所述帧关联的所述评估，并根据所述评估基于某个基准使所述数据流重新同步。

Description

使漂移数据流重新同步的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及数据流同步，并且更具体地说，涉及一种将从网络接收的数据流重新同步，并减少在重新同步期间引入的明显非自然信号的方法和系统。
背景技术
市场上目前可提供的许多多媒体播放器和视频会议系统利用基于分组的网络，并且应用提供在非实时操作系统上运行的基于音频和/或视频的服务。不同的媒体流(如视频会议的音频流和视频流)经常单独发送，且通常具有固定的时间关系。由于网络负荷重、中央处理器(CPU)负荷重或用于发送和接收装置的时钟不同，导致服务质量下降，要求系统丢弃帧、样本，或者在接收侧引入帧/样本以使音频和视频流重新同步。然而，常规重新同步方案将明显的非自然信号引入到数据流中。
例如，考虑采用个人计算机(PC)作为终端装置的基于因特网协议(IP)(参阅“RFC0791因特网控制消息协议，1981[RFC0791Internet Control Message Procotol，1981]”)的视频会议系统，视频和音频流可能在接收侧因网络抖动或发送与接收侧稍有不同的抽样率而产生漂移。对于视频部分，显示帧速率易于调整。然而，由于抽样率比帧率高得多，因此，音频部分引起更多的问题。音频样本通常按块传送给具有固定抽样率的声音装置。因此，要调整重放时间，抽样率转换通常太复杂，且因此要在所述块中添加(填充)或删除几个样本。这通常会在播放时导致明显的非自然信号。
通常，通过检测静寂期并相应地引入或删除样本来实现重新同步。静寂期通常用作使音频流重新同步的瞬时，这是因为它非常不可能丢失或损坏重要信息。但存在必须执行重新同步，并且信号中无静寂期的情况。
发明内容
本发明公开了一种用于使数据流同步的系统。在其中，解码器通过将多个编码的帧解码来确定表示多个帧的数据。分类单元接收有关数据帧的信息，并提供对每个帧的评估，该评估指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性。重新同步单元接收与所述帧关联的所述评估，并根据所述评估基于某个基准使所述数据流重新同步。
一种用于使数据流重新同步的方法包括：通过将多个编码的帧解码来确定表示多个帧的数据；将数据帧分类，以便提供对每个帧的评估，该评估指示对帧的修改可减少明显非自然信号的可能性；使所述数据流重新同步的方式为：采用与所述帧关联的所述评估以确定添加和删除帧的最佳时间，从而根据某个基准使所述数据流重新同步。
一种用于使媒体流同步的方法包括：通过将多个编码的帧解码来确定表示多个帧的数据；根据表示所述多个帧的所述数据，为至少一个帧生成评估，所述评估指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性；以及根据所述评估使所述媒体流重新同步。
附图说明
在结合附图充分考虑多个说明性实施例之后，将会更全面地了解本发明的优点、性质和各种附加特征。
图1是根据本发明一个实施例的方框/流程图，其显示了用于使媒体或数据流同步以减少或消除明显非自然信号的一种系统/方法；以及
图2是根据本发明一个实施例，示意针对两个媒体流的发送侧与接收侧之间的同步差异的时序图。
应理解，附图用于说明本发明概念，但不一定是说明本发明的唯一可能配置。
具体实施方式
本发明提供了一种减少在使多个数据流重新同步期间引入的明显非自然信号的方法和系统。将多媒体数据帧分类以指示在不产生明显非自然信号的前提下数据流之间的可能调整程度。“明显非自然信号”包括数据流之间同步时任何可察觉差异。一个示例可包括视频中唇动与音频部分不同步。明显非自然信号的其它示例可包括空白帧、视频中的太多连续静态帧、无用的音频噪声或显示帧中的随机宏块组成。本发明更适宜使用解码和接收单元来获得分类信息，随后基于分类信息使一个或多个数据流重新同步。这样，可在最佳的可能位置或时间将帧或块(数据)添加到至少一个数据流中，或从中去除，而无论清音停顿是否可用于重新同步。
要理解的是本发明是就视频会议系统来进行描述的；然而，本发明更广泛，并且可包括具有多个数据流以再现多媒体内容的任一数字多媒体传送系统。另外，本发明适用于任一网络系统，并且数据流可通过电话、电缆、通过无线电波、计算机网络、卫星网络、因特网或任何其它媒体传送。
还应理解的是，附图中所示要素可以硬件、软件或其组合的不同形式来实现。这些元素最好在一个或多个适当编程的通用装置上以硬件和软件的组合来实现，所述通用装置可包括处理器、存储器和输入/输出接口。
现在具体参照附图，几个视图之间同样的标记表示类似或相同的要素。首先参照图1，图中显示了允许识别执行重新同步的最佳时间的系统10。系统10能够使一个或多个媒体流同步到另一媒体流或时钟信号。例如，视频流(媒体间同步)与音频流同步，以成为唇同步的，或者媒体流可同步到接收系统的时基(媒体间同步)。这些方法之间的差异在于：在一种情况下，音频流可用作相对时基，而在另一情况下，要参考系统时间/时钟。
系统10最好包括接收器12，此接收器具有连接到接收器12的重新同步单元14。在一个实施例中，接收器12接收两个媒体流，例如，音频流16和视频流18。流16和18要进行同步以便实现诸如重放或录制的功能。音频流16可包括由发送侧编码器(未显示)产生的帧。这些帧可具有例如大约10毫秒到大约30毫秒的持续时间，但也可以考虑使用其它持续时间。另外，由系统处理的视频帧类型例如可以是MPEG-2兼容的I、B和P帧，但可以使用其它帧。这些帧最好通过网络20在分组中发送。在接收侧(接收器12)，帧缓冲区22预取或缓存了多个帧以便能够均衡网络和处理延迟。
图2所示时序图显示了与发送侧108的时基106和接收侧110的时基109相比较的视频流18的帧102和音频流16的帧104。发送与接收端上的不同时钟频率可导致流16与18之间的漂移。在此示例中，在接收器时钟比发送器时钟运行更慢时，可发生错误，即接收侧的缓冲区水平将溢出。这种可能的错误条件是可检测到的，并可这样予以解决：丢弃分类的音频帧样本，从而允许更快地播放视频帧或将其丢弃。因此，允许在最佳时间使流16和18重新同步。根据本发明的原理，本领域技术人员会应用本发明的原理来解决在至少两个媒体流之间需要重新同步的问题类型。
再次参照图1，由接收侧分类单元24利用指明为重新同步而修改该帧会对音频质量产生的影响程度的数字将输入帧分类。此数字或评估由分类单元24分配给各帧，并可基于网络层21的信息执行，网络层可提供例如象“帧损坏”或“帧丢失”等信息。另外，帧的评估可根据解码器26执行的解码进程期间提供/生成的一组参数执行。可采用诸如ITU G.723、GSM AMR、MPEG-4 CELP、MPEG-4HVXC等的常用语音编码器，这些语音编码器提供如下说明性参数：浊音信号(元音)、清音信号(辅音)、话音活动(即，静音或话音)、信号能量等。
视解码器26的内置错误隐藏而定，可采用如表1所列的以下说明性评估：
  评估   帧类型
  0   损坏的帧
  1   丢失的帧
  2   静音帧
  3   清音帧
  4   浊音帧
表1
根据本发明可采用其它评估系统、参数和值。本发明的评估向重新同步单元14指示当前缓存帧28中的哪个帧允许引入或删除样本而对主观声音质量影响最小(例如，0表示最小影响，4表示最大影响)。损坏的帧和丢失的帧可引入明显的噪声，但插入或删除该帧的样本可能不会引起其它非自然信号。如上所述，静寂期更可能用于重新同步。清音帧通常具有比浊音帧低的能量，因此，清音帧中的修改将不太引入注意。如果解码器具有修复由损坏或丢失的帧引起的错误的成熟机制，则评估可能不同。
编码帧30进入解码器以进行解码。有关每个帧的信息从网络层21和解码器26输入分类单元24。分类单元24输出评估，并将该评估与每个解码帧28关联。解码帧28与评估一起存储在帧缓冲区22中。每个帧的评估输入到重新同步单元14中，以便分析使媒体或数据流16与18重新同步的最佳时机。重新同步单元14可采用本地系统计时器36或基准计时器38来使流16与18重新同步。计时器36可包括系统的时钟信号或任何其它定时参考，而基准计时器38可基于某个基准流的定时，例如，基准流可包括流16或流18中的任意一个流。
一旦输入重新同步单元14，便可相对于附近的帧对每个帧进行分析，以确定删除或添加帧/数据到该流中的最佳时机。重新同步单元14可包括程序或函数40，该程序/或函数对附近的帧进行轮询或维护累计评估计数，以估计用于使数据流重新同步的相对位置或时间。例如，视各流之间同步中的差异而定，可从视频流中删除损坏的帧，以便相对于音频流使视频流超前。同样地，视频帧可通过复制添加到视频流以便相对于音频流而放慢视频流。多个帧可同时添加到一个或多个流，或者从中删除以实现重新同步。基于系统10的需要，也可进行对任一流的帧率进行调整以实现重新同步。
除帧评估外，程序40可采用统计数据41或其它标准，以选择要添加或去除的适当帧。统计数据可包括诸如这样的信息：例如每经基于给定评估类型的多个帧的多个周期，只允许删除或添加一个帧等。在另一示例中，某些帧评估模式可导致产生不需要的非自然信号。重新同步单元14和函数40可编程为确定这些模式，并可编程为以减少这些非自然信号的方式使数据流重新同步。这可基于用户经验、基于输出42的反馈或者基于从系统10外形成的涉及其它重新同步系统的操作的数据的反馈。
要理解的是本发明可应用到其它媒体流，包括音乐、数据、视频数据等。另外，虽然附图显示了正在使两个数据流同步，但本发明适用于使更多数量的数据流同步。另外，数据流可包括由不同编码器生成的音频流或视频流，并且以可变比特率编码。例如，可存在这样两个不同视频流，它们表示以不同抽样率抽样的同一音频/视频源。本发明的重新同步方案能够将这些变化纳入考虑，并且如果存在同步问题，则可将来自一个源的帧用在另一个源的帧上。本发明还可考虑将一个编码器(如RealAudio)所生成的流的帧用在第二编码器(如Windows Media Player)生成的流上，以便根据本发明原理使数据流重新同步。
数据流可通过网络20发送。网络20可包括电缆调制解调器网络、电话(有线或无线)网络、卫星网络、局域网、因特网或能够发送多个数据流的任何其它网络。另外，数据流无需通过网络接收，而是可在发送器-接收器装置对之间直接接收。这些装置可包括对讲机、电话、手持/膝上型计算机、个人计算机或能够接收多个数据流的其它装置。
在使数据流重新同步方面，还可以将数据流的起源(与上述其它属性的情况一样)纳入考虑。例如，源于因特网源的视频流可导致太多的重新同步尝试，从而使太多帧被丢弃。诸如来自电话的替代源或替代数据流可用于替换产生重放错误的流。在此实施例中，通过将表(例如表1)中所列的顺序用作要添加到重新同步单元14中累积器43中的存储记录的值，累积器43(例如，寄存器或存储块)会记录被重新同步的当前媒体流的帧错误类型。在该累积器中存储的记录超过阈值后，重新同步单元14会请求替代媒体流(例如，来自不同来源、类型的特定编码器媒体流或者能够发送多个流的网络的媒体流)，以替代当前媒体流。系统10随后会利用来自替代媒体流的帧来减少必须使两个或更多媒体流重新同步的需要。在使用替代媒体流后会使累积器43重置。
虽然就接收器装置进行了描述，但本发明也可以类似方式在网络的发送侧/接收侧采用，或在系统的发送与接收位置之间采用。
在描述了使漂移数据流重新同步且引入的明显非自然信号最少的优选实施例(这些实施例用于说明而非限制)后，要注意，本领域的技术人员可根据上述教导进行修改和变化。因此要理解，可以对所公开的本发明的特定实施例进行改动；这些改动在所附权利要求书概括的本发明的范围和精神内。

Claims (18)

1.一种用于使媒体流同步的系统，它包括：
解码器(26)，其通过将多个编码的帧解码来确定表示多个帧的数据；
分类单元(24)，其响应表示所述多个帧的数据以提供对所述多个帧中至少一个帧的评估，以指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性；以及
重新同步单元(14)，其响应与所述帧关联的所述评估，以根据所述评估基于某个基准使所述媒体流重新同步。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述基准包括系统的时钟信号和媒体流的至少其中之一。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：表示所述多个帧的所述数据包括有关声音帧的信息，所述信息包括以下各项中的至少其中之一：静音帧、清音帧和浊音帧。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述媒体流是从网络层接收的，所述网络层向所述分类单元提供信息以指示帧是否丢失或损坏。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于还包括帧缓冲区，其存储所述多个帧和与所述各帧关联的要输入到所述重新同步单元的所述评估。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述重新同步单元包括确定评估模式，并根据所述评估模式使所述媒体流重新同步的程序。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述程序包括统计数据以确定重新同步是如何实现的。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：在达到重新同步阈值时，所述重新同步单元利用来自备选数据流的由另外的多个帧组成的第二组帧。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述帧的所述评估包括与至少下列之一相关的信息：所述帧的来源及用于生成所述帧的编码器。
10.一种使媒体流重新同步的方法，它包括以下步骤：
通过将多个编码的帧解码(26)来确定表示多个帧的数据；
将表示所述多个帧的数据分类(24)，以便提供对至少一个帧的评估，从而指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性；以及
通过采用与所述帧关联的所述评估来确定添加和删除数据的最佳时间，以根据基准使所述媒体流重新同步，从而使所述媒体流重新同步(14)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述基准包括系统的时钟信号和媒体流的至少其中之一。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：表示所述多个帧的所述数据包括有关声音帧的信息，所述信息包括下列各项中的至少其中之一：静音帧、清音帧和浊音帧。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述媒体流是从网络层接收的，并且所述方法还包括：为了对所述多个帧中所述帧进行分类，由所述网络层提供指示帧是否丢失或损坏的信息的步骤。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：在用于保存帧的帧缓冲区中缓存帧以及用于所述重新同步步骤的与各帧关联的评估的步骤。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：确定评估模式并根据所述评估模式使所述媒体流重新同步的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：在达到重新同步阈值时，所述重新同步单元利用来自备选媒体流的帧。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：所述帧的所述评估包括与至少下列之一相关的信息：所述帧的来源及用于生成所述帧的编码器。
18.一种用于使媒体流同步的方法，它包括：
通过将多个编码的帧解码(26)来确定表示多个帧的数据；
根据表示所述多个帧的所述数据，为至少一个帧生成评估，所述评估指示通过修改所述帧引入明显非自然信号的可能性；以及
根据所述评估使所述媒体流重新同步(14)。
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