CN100499820C - 实现音频和视频同步呈现的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明描述视频数据的呈现或再现与音频数据的同步，其每种数据分别在两个非同步计算机上处理。MPEG类流分为视频数据和音频数据，其中视频数据应用第一处理装置处理，而音频数据被加上时间戳转发给第二处理装置，由第二处理装置对其所收到的时间戳与本地时间进行比较。基于本地系统时间和插入在音频数据包中的时间戳计算音频数据包从第一处理装置传输到第二处理装置的传输时间周期。随后实现音频和视频呈现或再现的同步。

Description

实现音频和视频同步呈现的方法和设备
技术领域
本发明涉及用非同步处理装置实现视频流和音频流同步呈现或再现的技术领域。
背景技术
MPEG-4是由运动图像专家组(MPEG)提出的国际标准，该组织还发展了许多其他MPEG类的音频数据和视频数据压缩标准，例如MPEG-1和MPEG-2。编码后/压缩后的数据被作为对象数据，并且视频数据和音频数据两者都被结合在单个的位流(bit stream)中。因为MPEG-4系统被设定为把数据当作对象数据，便很容易通过将所收到的位流分成多个单个数据包来重新组织所收到的位流。因而，MPEG-4播放器允许音频和视频数据在计算机或者其他设备上再现。
发明内容
即使MPEG类标准的视频编码能提供高清晰的图像，其应用还需要一个或多个更为强大的、专用的处理器，例如一种用于对MPEG类标准的视频数据进行编码或解码的数字信号处理器。只用一个计算机处理完整的MPEG类流会消耗计算机通用CPU(中央处理单元)几乎所有的计算资源，这样致使计算机实际上不能用于其它用途。因而，MPEG类数据的处理非常需要MPEG-类的技术能够使用远程计算机或设备网络，在一个计算机或设备上处理视频流的同时将音频数据发往第二计算机或设备进行处理，因为这种处理可以用任意标准的计算机或设备对视频和音频进行处理。
因此，需要使用两个处理装置或计算机播放或呈现视频数据和音频数据，其中为了呈现或再现视频流和音频流，视频流和音频流需要被同步。
本发明要解决的一个问题是，使用基本上相互不同步的单独的设备提供视频和音频的同步呈现或再现。
通过本发明所揭示的方法以及应用这个方法的装置，有利地解决了这个问题。
下面所描述的发明特征是利用两个处理装置或计算机使音频数据的呈现或再现与适当的视频数据同步。由第一处理装置接收包括音频流和视频流的数据流，将收到的数据流分成视频流和音频流，并由第一处理装置给音频数据包加上时间戳。随后音频数据包被转发给第二处理装置，确定第二处理装置的本地系统时间，基于本地系统时间和音频数据包的时间戳计算音频数据包从第一处理装置传输到第二处理装置的传输时间周期。随后基于传输时间周期使视频和音频播放/呈现同步。有利的是，播放处理伴随有对传输时间周期的低通滤波，这样可获得用于使视频和音频的呈现或再现同步的平均传输时间。也可以使用一个中值滤波器，对所测量的传输时间周期进行低通滤波以得到测量结果。
本发明解决上述现有技术的问题，并提供一种能够在启动时快速反应同时在处理期间高度稳定的方法。中值滤波器还特别不受大测量误差的影响。
MPEG类流被分成视频数据和音频数据，其中视频数据在第一装置PC_A上进行处理，音频数据被加上时间戳并转发给第二设备PC_B，PC_B比较所收到的时间戳和本地时间。二者之差被认为是所需传输时间。第一处理设备和第二处理设备的内部定时时钟并不同步。
通过从第二处理设备PC_B的本地时间中减去平均传输时间周期获得用于使视频流和音频流同步的时间参考。随后可以用数字滤波器进行附加的低通滤波，例如使用截止频率比需要消除的高频动作(抖动)的频率低的巴特沃思(Butterworth)滤波器。
附图说明
参考附图对本发明的实施例进行描述，其中：
图1是描述呈现或再现视频和音频的第一和第二处理装置网络的方块图；
图2是发明步骤的流程图。
具体实施方式
图1的方块图表示根据本发明的多媒体计算机网络的主要结构，参考标号100表示MPEG-4播放器，将MPEG-4数据流102发往包括一个视频播放器108的第一处理装置PC_A104。所收到的MPEG类流包括系统、视频和音频流，并进一步包含视频数据包116和音频数据包134。
流分析模块110检查流，因为系统流还包括视频和音频播放器的结构和配置。第一计算机PC_A104处理获取自MPEG-4视频流的视频数据，并用显示器显示，例如所附带的监视器。加时间戳模块112核对本地时钟106，并将时间戳插入音频数据包中。网络118，例如以太型网络(TCP/IP)，连接第一处理装置104和第二处理装置120，例如第二计算机PC_B，第二计算机PC_B使用音频播放器126处理接收自第一计算机PC_A的音频数据包。第一计算机104的时间基114与第二计算机120的时间基132彼此不同步，并有偏离彼此的趋势。第二计算机或网络或第一计算机核对本地时钟122，并比较所收到的时间戳124和时钟122的本地时间。第二计算机或网络或第一计算机计算相应的传输时间周期。
为了获得平均传输时间，中值滤波器128能够用于对传输时间周期进行低通滤波，该平均传输时间转而用于使音频和视频播放同步。巴特沃思滤波器130提供附加的低通滤波，目的是改善最终结果。
MPEG-4播放器100将MPEG-4数据流送往第一处理装置PC_A，由PC_A处理视频数据，并且还通过网络将实现的并加有时间戳的音频数据包转发给第二计算机PC_B。在从第一计算机PC_A接收到音频数据包及其配置之后，第二计算机PC_B比较所收到的时间戳和本地时间。二者的差值被认为是传输时间周期。
视频处理计算机104的时间基和音频处理计算机120的时间基不同步。同样，第一计算机和第二计算机的内部时钟不同步，并且缓慢地偏离彼此。因而，可以认为第二计算机所接收的时间戳可以根据它们的值被改变，因为实际传输时间不能被精确指定。这样可以具有不同的原因，例如：网络线或线路上的流量，TCP/IP和以太网结构，操作系统的线程，数据量的变化等。为了使音频数据的呈现或再现与适当的视频数据同步，计算数据包的发送和接收之间的时间差。然后用中值滤波器对差值进行滤波。
中值滤波器是离散时间非线性滤波器，存储所获取的样本，将样本分类并提供中间样本值(或者是输入值的数目为偶数时，取两个中间样本值的平均值)作为其运算的输出。用于本发明的中值滤波器对于它所处理的输入样本数目是很灵活的。开始时所有的样本值都被设为零。在采集了预定的第一数目的样本之后，例如19个，中值滤波器开始输出平均传输时间，这样中值滤波器的长度对应于所述第一数目。作为一种选择，在一接收到进一步输入的样本时，每另外接收到一个输入样本，所用的滤波器长度增加1，直到达到预定的最大长度，例如499。从而既能实现起始时具有快速反应时间也能实现稳定地连续运算。随后由数字滤波器再进行通滤波，例如使用截至频率比需要消除的高频动作(抖动)的频率低的巴特沃思滤波器。这类运算能让视频和音频在时间上同步呈现，从而消除了两个计算机时间基上的不连续。
在图2流程图的步骤200中，由第一处理装置PC_A接收包括视频和音频流的MPEG类流。在接下来的步骤202中，将所述MPEG类数据流分成视频流和音频流，其中包含视频播放器的第一处理计算机PC_A处理视频流，包含音频播放器的第二处理计算机PC_B处理音频流。随后，在步骤204，视频处理计算机PC_A给音频数据包加上时间戳并转发给音频处理计算机PC_B，该计算机PC_B被配置为从视频处理计算机PC_A接收音频数据。在接下来的步骤206中，确定音频处理计算机的本地系统时间。随后在步骤208计算音频流从第一处理装置传输到第二处理装置的传输时间周期。在最后的步骤210中，基于计算出的传输时间周期使音频和视频的呈现或再现同步。
也可以用视频数据的呈现或再现与适当的音频数据的同步代替音频数据的呈现或再现与适当的视频数据的同步，在这种情况下，由第一处理装置给视频流的视频数据包加上时间戳，并且将视频数据包转发给第二处理设备，该第二处理设备被配置为接收视频数据包。基于相应的本地系统时间和视频数据包的时间戳计算视频数据包从第一处理装置传输到第二处理装置的传输时间周期。

Claims (11)

1、一种实施音频和视频呈现或再现的方法，包括以下步骤：
-接收包括视频流和音频流的数据流；
-将所述数据流分成视频流和音频流；
-由第一处理装置给所述音频流的音频数据包加上时间戳，并将音频数据包转发给被配置为接收音频数据包的第二处理装置；
-确定所述第二处理装置的本地系统时间；
-基于所述本地系统时间和所述音频数据包时间戳，计算音频数据包从所述第一处理装置传输到所述第二处理装置的传输时间周期；
-基于所述计算出的传输时间周期，使音频和视频的呈现或再现同步。
2、根据权利要求1的方法，其中第一处理装置使用第一处理装置的内部时钟给音频数据包加上时间戳。
3、根据权利要求1或2的方法，其中通过第二处理装置的本地时间减去传输时间周期来获得呈现或再现音频的时间参照。
4、根据权利要求1或2的方法，其中基于从第一处理装置传输到第二处理装置的多个音频数据包计算传输时间周期。
5、根据权利要求1或2的方法，其中，当计算所述传输时间周期时，为了获得平均传输时间周期，对计算出的传输时间周期进行中值滤波。
6、根据权利要求5的方法，其中，所述中值滤波的长度动态地改变，从输入传输时间周期值的预定第一数目开始，根据进一步收到的传输时间周期值的数目而增加，直到达到输入传输时间周期值的预定最大数目。
7、根据权利要求5的方法，其中所述平均传输时间周期用于使音频和视频的呈现或再现同步。
8、根据权利要求5的方法，其中累积的传输时间周期值被排序用于所述滤波。
9、一种实施视频和音频呈现或再现的系统，包括：
-用于接收包括视频流和音频流的数据流的装置；
-用于将所述数据流分成视频流和音频流的装置；
-用于由第一处理装置给所述音频流的音频数据包加上时间戳并将音频数据包转发给被配置为接收音频数据包的第二处理装置的装置；
-用于确定第二处理装置的本地系统时间的装置；
-用于基于本地系统时间和所述音频数据包的时间戳，计算音频数据包从第一处理装置传输到第二处理装置的传输时间周期的装置；
-用于基于所述计算出的传输时间周期，使音频和视频的呈现或再现同步的装置。
10、根据权利要求9的系统，其中，当计算所述传输时间周期时，为了获得平均传输时间周期，对计算出的传输时间周期进行中值滤波。
11、根据权利要求10的系统，其中，中值滤波器的长度动态地改变，从输入传输时间周期值的预定第一数目开始，根据进一步收到的传输时间周期值的数目而增加，直到达到输入传输时间周期值的预定最大数目。
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