CN100527712C - 封包串流处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种封包串流处理系统和方法，所述的系统和方法适用于多个串联的处理单元，且每一处理单元具有一封包速率补偿器，以维持该封包从该处理单元输出的时间间隔与该封包从同一处理单元输入的时间间隔大致相同，通过将封包输出速率维持在与原始封包输入速率相同的速率，以达成封包可以流畅的实时传输和呈现。一信号同步装置，设置于多个异步处理单元之间或使用于接收异步信号源的处理单元的封包输入口处，以保证封包能稳定且可靠的传输于这些处理单元间。

Description

封包串流处理系统及方法

技术领域

本发明是关于一种封包串流处理系统及方法，特别是一种采用多个串联的(multiple cascaded)处理单元，且每一单元都具有封包串流处理能力的系统及方法。

背景技术

数字广播接收系统(Digital Broadcasting Receiver Systems)如数字电视，通常包括：频道接收器(Channel Receiver)、调谐器(Tuner)、信号分离器(Demultiplexer)、视频/音频解码器(Video/Audio Decoder)及缓冲器。该接收系统用于将远程广播发射系统发射出的以MPEG标准压缩的数据进行解码。MPEG压缩数据是指采用由动态影像专家组织(Moving Pictures Experts Group)所制定的一MPEG标准化数据，该标准包含如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3等标准，主要是为各类信号处理装置提供一标准化的信号呈现、压缩及传送。MPEG标准数据主要包含视频信号、音频信号及系统控制信号，每一信号在传送过程中被封包化并根据不同规则及时间间隔加以串行排列。这些串行传输的封包通常称为“传输串流封包”(Transport Stream Packets)。例如图1B所示，MPEG标准传输串流封包1，2，3，...分别依时间间隔A，B，C，...进行传输或接收，这些时间间隔彼此可能不相同。

传输串流封包被分析并传送到数字广播接收系统的相关单元中，以处理其中的视频及音频数据，如音频数据封包会被输入至一音频解码单元。对于每一传输串流封包来说，每一处理单元所造成的处理时间延迟可能都不是相等的，因此两个相邻传输串流封包分别通过同一处理单元时，会在两封包之间形成额外延迟，相对于一标准时钟(Clock)，可能产生一时钟误差(Jitter)，而该时钟误差问题会导致处理单元的封包输入速率和输出速率不同。在封包传输过程中，不一致的输入/输出速率很可能使封包串流在一系统接收端的缓冲区上溢或下溢，而终将中断该数字广播接收系统中的实时封包传送，因此系统必须保持封包的原有传输速率。

为避免时钟延迟问题，很重要的一点是要确保任意两相邻封包之间的时间间隔，以维系该处理单元在输入和输出时的速率是一致的。

为建立一数字家庭架构(Digital Home Architecture)，数字广播接收系统的处理单元一般都连接外围设备以散布数字内容，像是机顶盒、计算机、视频/音频播放设备、记录装置及数字影像打印机等等。举例而言，特定数位节目的数字内容即存入一数字记录器中，以供数字电视播放之用。这些处理单元及其外围设备也可通过IEEE-1394总线接口彼此连接。

为确保传送串流封包在通过不同形式的处理单元能实时传输，每一串流封包在经过每一处理单元时的封包输入率和输出率应该维持一致。

然而，如果任一数字广播接收系统中的处理单元采用与其它处理单元异步的时钟信号时，将很难确保那些串流封包在通过异步时钟处理单元后还能达成实时传送的目的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种封包串流(packet stream)处理系统及方法，该系统及方法能确保串流中每一封包经过任一处理单元的封包输入及输出速率皆相同。

为达上述的目的，依据本发明的实施例，一封包串流处理系统包括多个串联的(multiple cascaded)处理单元，每一处理单元具有一个封包速率补偿机制，用以维持该串流中的封包通过每一处理单元的时间间隔，使每一封包于同一处理单元的封包输入速率及封包输出速率保持一致，从而形成一无时钟误差(JitterDistortion)的实时传送。

于本发明的另一些实施例中的处理封包串流的系统及方法，是利用一个信号同步装置用于储存和发送经过两个异步时钟处理单元之间的串流封包。

为达到所述的目的，本发明揭示一种封包串流处理系统，该系统包括多个串联的处理单元，用以处理单向的串流封包，且每一处理单元进一步包括一封包速率补偿器，可将封包经过同一处理单元的封包输出速率与封包输入速率调整到一致，以确保封包在通过同一处理单元时的输出时间间隔大致与其输入时间间隔相同。在一些实施例中，封包速率补偿器进一步包括：一时间戳记产生器、一储存装置、一比较器和一时间戳记移除器。该时间戳记产生器对每一进入处理单元的封包，基于一时钟源，对应产生一个时间戳记，且该时间戳记可以贴于或附于该封包信息之中。储存装置耦接至所述的时间戳记产生器，以暂存收到的封包，并准备传输到下一处理单元。比较器依据该时间戳记和所述的时钟源所提供的一个时间值两者之间的比较结果，来决定是否将该封包传输到下一处理单元。之后，在该封包传输到下一个处理单元之前，时间戳记移除器会将所述的时间戳记从该封包内移除。藉此一连串的封包就能以大致相同的封包速率，串行传输通过以上处理单元之间的连接，从而确保实时传输及呈现。一信号同步装置，用于每两个具有独立时钟的处理单元之间。

为达所述的目的，本发明提供一种封包串流处理方法，该方法适用于多个串联的处理单元，以处理一连串传送的串流封包，该方法包括：补偿串流封包经过第一处理单元的封包输出速率，使之与该串流封包经过同一第一处理单元的封包输入速率一致，从而使该串流中的封包经过第一处理单元的输出间隔与该串流封包经过第一处理单元的输入间隔大致相同；然后将该串流封包由第一处理单元传输到第二处理单元；将该串流封包经过第二处理单元的封包输出速率补偿到与其封包输入速率一致，从而使该串流封包经过第二处理单元的输出间隔与该串流封包经过第二处理单元的输入间隔大致相同。

本发明是采用一封包速率补偿机制以确保每一串流封包经过各处理单元的封包输入速率及封包输出速率相同，从而保证串流封包通过处理单元的时间间隔接近一致，故能避免造成时钟误差。

附图说明

图1A为依据本发明的一实施例的封包串流处理系统的示意图。

图1B为具有不同时间间隔的一连串串流封包的示意图。

图1C为如图1A中所示的一封包速率补偿器的示意图。

图2为依据本发明实施例的一种数字电视系统的示意图。

图3为依据本发明的另一实施例的封包串流处理系统的示意图。

图4为采用如图3实施例的一数字电视系统的示意图。

图5为依据本发明的一封包串流处理方法的流程示意图。

附图标号：

1、3  系统                       2、4    数字电视接收系统

15、16、17  封包串流

12、32、442、472、482  封包速率补偿器

122  时间戳记产生器              124     时钟源

126  储存装置                    128     比较装置

129  时间戳记移除器              22、40  频道接收器

200、202、204  TS封包串流        24、44  信号分离器

26   IEEE1394接口                28      记录装置

30、42  信号同步装置             47      传输终端IEEE1394接口

48   接收终端IEEE 1394接口

具体实施方式

请参阅图1A所示，为依据本发明较佳实施例的一封包串流处理系统1，其包括：多个串联的处理单元A，B，C....等等，用于处理一封包串流(PacketStream)15，封包串流15包含多个串流封包，最初是依序串行进入该处理单元A。

进一步如图1B所示，所述的封包串流15包含多个传输串流封包(TransportStream Packet)1，2，3，4，5，6，7....等等，且这些传输串流封包分别被一些预设但非一致的时间间隔(Time Interval)A，B，C，D，E，F，G...等所分隔。每一个传输串流封包可能携带视频数据、音频数据、系统控制信号或者以上所述三种数据的混合。在现有处理系统的处理单元接收到封包时，依各处理单元的需求，其中部分的封包会被该处理单元处理或者分发，以致连续封包之间的一时间间隔可能因数据处理量或传送延迟，而与最初封包排列时的时间间隔不一致。

请参阅图1A所示，每一处理单元A，B，C....等内部利用一个封包速率补偿器12以维持该封包串流15中各个串流封包间预定的时间间隔，其作法是封包速率补偿器12将每一串流封包经过某一处理单元的封包输出率作补偿，使其趋于与该封包输入至该处理单元时的输入率一致。实施本发明时，封包速率补偿器12可以通过硬件、软件或者韧体形式实现。

请参阅图1C所示，为图1A的封包速率补偿器12的一实施例，该封包速率补偿器12包括一时间戳记产生器122、一储存装置126、一比较装置128以及一时间戳记移除器129。当一封包到达某一处理单元的输入口时，时间戳记产生器122根据一时钟源124为该封包产生一个对应的时间戳记。该时钟源124可以是一区域定时器(Local Timer)，也可以为其它包含一计数器的设备，且该计数器由时钟信号触发。而该时钟信号通常是由振荡器之类的时钟信号产生器所产生。在有些实施方式中，该时间戳记可附于具有标准长度或非标准长度的封包中，也可以独立于该封包单独产生，然后储存在该储存装置126里面。于封包速率补偿器12的其它实施方式中，系统1中的封包时间戳记也可以来自于其它系统的封包里的程序参考时钟(program clock reference，PCR)。封包速率补偿器12中的储存装置126，例如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等，用于连续暂存每一封包，以准备从当前处理单元传输到另一接续处理单元(例如图1A中，从处理单元A到处理单元B)。另，储存装置126可以是位于补偿器12外部的一现有存储器，但补偿器12可以对其进行存取。

比较装置128如一比较器，用于将所述的时间戳记与时钟源124提供的一时间值进行比较，并根据此比较结果决定是否将该封包传输到下一接续处理单元。当该封包的时间戳记与时钟源124提供的时间值之间的一特定比较结果被满足时，该比较装置128会决定将该封包传输到所述的下一处理单元。所谓特定的比较结果被满足的情况，可以是该封包的时间戳记与时钟源124产生的时间值相同，或者该时间值等于该时间戳记加上一特定偏移值或延迟值。对于封包速率补偿器12的其它实施例，如由其它程序参考时钟(PCR)作为封包时间戳记的情况，是将该时间戳记从该封包中抽离，与一区域定时器产生的时间值作比较。

诚如前述，如果从当前处理单元输出一封包串流16的时间间隔与输入该处理单元的封包串流15的时间间隔大致相同，则代表当前处理单元的封包输入速率与其封包输出速率保持一致。在一些实施例中，任一封包在通过同一处理单元时的输入传输速率以及输出传输速率可以维持恒定。在另一些实施例中，一封包可以被设计成在一预设的时间间隔内的平均输入传输速率以及平均输出传输速率被维持恒定。当所述的封包准备被传输到下一处理单元之前，时间戳记移除器129从该封包中将对应的时间戳记移除。

如图1A所示，源自该封包串流15的封包串流16是从处理单元A被传输出到处理单元B，故封包串流15、16的传输速率是由处理单元A的封包速率补偿器12来控制。同样情况，串流封包16可能被传输到处理单元B和C而分别形成封包串流17、18，封包串流17、18通过处理单元B、C时的传输速率或时间间隔，也是以处理单元B、C内部的封包速率补偿器12来控制，使得在封包串流15中每一封包的原有传输速率得以被维持，进而确保稳定且实时的传输和呈现。

图2显示一数字电视解码系统2，为图1A所示的系统1的一实施例。具有记录功能的数字电视解码系统，包括一个频道接收器(Channel Receiver)22(包括一调谐器(Tuner)及一解调器(Demodulator))，一信号分离器(Demultiplexer)24，一IEEE 1394接口26和一数字储存设备28。信号分离器24和IEEE 1394接口26正如图1A中所示的众多处理单元的具体实施。最初，频道接收器22接收到一传输(Transport Stream，TS)封包串流200，并将该TS封包串流200传输到具有一封包速率补偿器244的TS信号分离器24。在封包速率补偿器244的封包传输速率控制下，一TS封包串流202会从TS信号分离器24传送至IEEE1394接口26。该TS封包串流202经过TS信号分离器24输出的封包输出速率是由封包速率补偿器244控制，以调整到与该TS封包串流202输入TS信号分离器24时的封包输入速率一致。同样的情况，一TS封包串流204在一封包速率补偿器264的传输速率控制下，以大致相同的传输速率从IEEE 1394接口26传输到数字储存设备28。

图3所示为依据本发明的处理封包串流系统的另一实例施，该封包串流处理系统3包括多个处理单元A’，B’，C’...等。每一个处理单元使用的时钟来源可能均不相同。如前所述，每一个处理单元均使用一封包速率补偿器32来确保每一封包通过同一处理单元时的封包输入及输出速率皆维持一致。

不同于所述的图1A中所示的实施例，在系统3中，每一处理单元A’，B’，C’....连接至少一个信号同步器30。这是因为每一处理单元的时钟基准不同，各自独立，所以每一处理单元需要分别从一个信号同步装置接收封包串流。信号同步装置30可连接于每一处理单元的输入口，暂存串流封包，以防止接收异步信号所造成的错误。在所述的实施例中，具有相同时钟来源的串连处理单元之间可以不需要使用信号同步装置来执行单元连接及封包缓冲。信号同步装置30可以包括一个异步序列缓冲器(Asynchronous Queuing Buffer)(例如一异步先入先出(FIFO)缓冲器或类似物等)，或者是一耦接至FIFO缓冲器的异步电路及接口。信号同步装置30依序暂存收到的封包并将该封包传输到下一处理单元，藉此可以解决在具有异步时钟的处理单元之间传递封包所造成封包丢失的问题，故能保证封包传输的可靠性。

如图4所示另一数字电视解码系统4，为图3的封包串流处理系统3的另一实施例。数字电视解码系统4接收来自一频道接收器40(包括调谐器及解调器)的封包串流15，然后经过一个信号同步装置42将串流封包15传输到一TS信号分离器44。数字电视解码系统4进一步包括另一信号同步装置42，是从信号分离器44将该封包串流16传输到一传输终端IEEE 1394接口47。接着，传输终端IEEE 1394接口47进一步通过传输线路将该封包串流16传输到一接收终端IEEE 1394接口48。其中由于该两IEEE 1394接口47，48使用同步时钟，因此该两IEEE 1394接口47，48之间无需设置信号同步装置。接收终端IEEE 1394接口48可用来将该封包串流17传输到一记录装置如一数字家用录像系统(DigitalVideo Home System，D-VHS)储存装置。每一处理单元44，47，48均包括一个封包速率补偿器442、472、482以保持每一封包的输入及输出速率的一致性。

由于所述的TS信号分离器44、频道接收器40以及IEEE 1394接口47，48可能产生异步的时钟频率或者相位，因此信号同步装置42需要设置在这些处理单元之间，以相互连接这些处理单元。

图5为一封包串流处理方法的流程图，可适用于多个串联的处理单元。该多个串联的处理单元包括至少第一处理单元和第二处理单元。封包串流处理方法包括如下步骤：

步骤500：第一处理单元以一封包输入速率接收该串流的封包，其中该封包输入速率取决于该封包串流内各封包之间的时间间隔。

步骤510：补偿该封包经由第一处理单元输出的输出速率，使之与所述的封包输入至第一处理单元的输入速率相同，藉此将该封包串流的封包依序输出。

步骤520：将第一处理单元输出的串流封包经由一信号同步装置缓冲，使该串流封包以第一处理单元处理的封包输出速率传输到第二处理单元。

步骤530：第二处理单元从该信号同步装置接收具有一封包输入速率的串流封包。

步骤540：补偿该封包经过第二处理单元的输出速率，使之与该封包输入至第二处理单元的输入速率相同，以将该封包串流的封包顺序输出。

所述的补偿封包输出率的方式，包括：根据时钟源在至少一个封包到达时，相应的产生一时间戳记，暂时储存该封包和该时间戳记，再根据时间戳记和时钟源提供的一时间值之间的比较结果来控制该封包传送至下一处理单元的传送时间，以决定该封包的输出速率，并且在该封包输出之前将该时间戳记移除。

本发明提供的封包串流处理系统和方法，该系统包括多个串联的处理单元，每一处理单元具有一个封包速率补偿器，以维持封包串流中每一封包通过任一处理单元的时间间隔，从而保持封包串流经过同一处理单元的输入及输出率一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，举凡熟悉此项技艺的人士，在依本发明精神架构下所做的等效修饰或变化，皆应包含于权利要求保护范围内。

Claims (15)

1.一种封包串流处理系统，所述的系统包括：

多个串联的处理单元，用于连续地处理所述的封包串流，其中每一处理单元具有：

一时间戳记产生器，当所述的封包中至少一封包到达一处理单元时，依据一时钟源，对应产生一时间戳记；

一储存装置，耦接至所述的时间戳记产生器，以暂存收到的封包，并准备传输到下一处理单元；以及

一比较装置，依据所述的封包的时间戳记与所述的时钟源提供的一时间值，决定是否将该封包传输到所述的下一处理单元，以维持该封包从该处理单元输出的时间间隔与该串流封包从同一处理单元输入的时间间隔大致相同，从而使该封包保持一致的封包传输速率。

2.如权利要求1所述的封包串流处理系统，其中所述的多个串联的处理单元包括有一信号分离器、一传输终端IEEE 1394接口、一接收终端IEEE 1394接口、一记录装置、一执行装置或一显示装置。

3.如权利要求1所述的封包串流处理系统，其中所述的时间戳记表示所述的封包到达所述的处理单元的时间。

4.如权利要求1所述的封包串流处理系统，其中所述的时钟源包括一由时钟信号触发的计数器。

5.如权利要求1所述的封包串流处理系统，其中当所述的时间戳记与所述的时间值之间的比较符合一特定比较结果时，所述的比较装置决定将所述的封包传输到所述的下一处理单元。

6.如权利要求5所述的封包串流处理系统，其中所述的特定比较结果是指所述的封包的时间戳记与所述的时钟源提供的时间值相同。

7.如权利要求1所述的封包串流处理系统，进一步包括一时间戳记移除器，是于所述的封包传输到所述的下一处理单元之前，将所述的时间戳记从所述的封包中移除。

8.如权利要求1所述的封包串流处理系统，其中所述的封包传输速率是指在一预定时间间隔内的平均封包传输速率。

9.如权利要求1所述的封包串流处理系统，进一步包括一信号同步装置，所述的信号同步装置耦接于所述的处理单元的输入口，依序储存输入的封包，以防止从一异步输入源接收封包时所导致错误。

10.如权利要求9所述的封包串流处理系统，其中所述的信号同步装置包括一异步序列缓冲器，用于依序储存输入的封包串流。

11.一种封包串流处理方法，所述的方法适用于具有至少一第一处理单元和一第二处理单元的多个串联的处理单元，其包括如下步骤：

使所述的第一处理单元接收具有一第一封包输入速率的封包串流；

通过补偿所述的封包串流从所述的第一处理单元输出的一封包输出速率，使之与该封包串流从该第一处理单元输入的第一封包输入速率相同，并依序输出该封包串流；

将所述的第一处理单元输出的封包串流暂存于一信号同步装置；

使第二处理单元从所述的信号同步装置接收具有一第二封包输入速率的封包串流；以及

通过补偿所述的封包串流从所述的第二处理单元输出的一第二封包输出速率，使之与该封包串流从该第二处理单元输入的该第二封包输入速率相同，并依序输出该封包串流的封包。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述的第一处理单元和第二处理单元使用的时钟基准相互独立。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述的第一封包输入速率可以由所述的封包串流间的时间间隔决定。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述的信号同步装置是用来防止所述的封包在所述的第一处理单元和第二处理单元之间传输时丢失，以确保该封包在各处理单元之间的可靠传输。

15.一种封包串流处理方法，所述的方法适用于多个串联的处理单元之间，该方法包括如下步骤：

根据一时钟源，在至少一封包到达其中任一处理单元时，对应产生一时间戳记；

将所述的时间戳记和所述的封包暂存于所述的处理单元中；

比较所述的时间戳记和所述的时钟源提供的一时间值，并根据比较结果控制所述的封包从所述的处理单元的离开时间，从而决定该封包的输出速率；以及

在所述的封包从所述的处理单元离开之前，将所述的时间戳记从对应的封包中移除。

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