CN101027909A - 在视频传输流中插入元数据用于特技播放 - Google Patents

在视频传输流中插入元数据用于特技播放 Download PDF

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Abstract

视频接收器系统(20)配置为从所接收的传输流中提取对应于视频信息的特技播放元数据。视频接收器系统(20)响应存在于传输分组(160)的报头中的信息来识别这种元数据的存在。视频接收器在提取元数据之后，将对应于这些元数据的数据存储到一个表(175)中。当在视频回放期间实施特技播放功能时，视频接收器系统(20)使用表中的数据来实施期望的特技播放功能。使用传输优先级比特或负载或传输分组在传输流中插入元数据。

Description

在视频传输流中插入元数据用于特技播放
相关申请的相互参照
本申请要求2004年9月23日提交的美国临时申请US60/612,624的权益。
技术领域
本发明总的涉及数字传送系统，更具体地涉及支持特技播放功能的视频传送系统。
背景技术
当通过数字递送系统比如电缆、卫星、经无线电波、通过因特网等传送视频节目时，视频节目被作为最终由视频接收器解码的数据分组的序列来递送。当前，利用卫星或经无线传送的视频递送系统典型公知为“单路”传送，其中大部分视频信息从节目广播器传送到视频接收器(以比如机顶盒或电视机的设备形式)。然而如果接收设备支持回传信道，能够被回传到广播器(上游)的信息量典型的小于从广播器传送到接收设备(下游)的量。
然而当通过卫星传送或经无线广播传送视频内容时，这种递送系统不支持特技播放功能比如快速前进、回退、暂停、向前/向后跳过指定时间量，因为当向大量视频接收器播放视频时广播器没有办法支持这种特征。特别的，如果操作视频接收器的每个用户同时想要不同的特技播放，因为可用于广播器的广播带宽的限制，广播器没有办法有效地支持所有这些功能。
发明内容
根据本发明一个方面，提供了一种装置和方法，用于广播包含与在视频接收器中支持特技播放功能相关的信息的数据分组。
而根据本发明另一个实施例，提供了一种装置和方法，用于利用作为从广播器的传送的部分而传送的信息，在视频接收器中支持视频特技功能。
本发明的这些和其它方面、特征和优点将从可结合以下附图阅读的优选实施例的以下具体描述中变得明显。
附图说明
图1是说明视频发送器系统和视频发送器接收器系统的具体实施例的框图；
图2是说明传输分组的具体实施例的框图；以及
图3是说明用于从传输分组中提取特技播放元数据以支持特技播放功能的实现的方法的具体实施例的示意图。
具体实施方式
本发明目的在于在视频回放设备比如计算机、机顶盒、电视机等等中，使用从源比如卫星提供商比如DIRECTV经无线电势广播、有线公司、流式媒体提供商、经因特网协议传送的视频等等作为分组的数据信号传送的信息来支持视频特技播放功能。本发明的具体实施例关于由提供商比如卫星提供商比如DIRECTV使用的数据传输结构或与ATSC高清标准(参见于1995年10月4日出版的ATSC53/A标准)兼容的数据传输结构来描述。应当理解的是这些描述形式并非用于限制，并且本领域技术人员能够将本发明的原理应用到其它传送方法和传输结构。
还应当理解的是本发明可以通过硬件、软件、固件、专用处理器或它们的结合的形式来实施。优选的，本发明通过硬件和软件的结合来实施。而且，软件优选的实施作为切实实现在程序存储设备上的应用程序。应用程序可被上载到包括任何适用结构的机器上并且由其执行。优选的，机器在具有硬件比如一个或多个中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、和输入/输出(I/O)接口的计算机平台上实施。计算机平台还包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种过程和功能可以是通过操作系统执行的微指令代码的部分或者是应用程序的部分(或其结合)。此外，各种其它外围设备可连接到计算机平台比如附加数据存储设备和打印设备。
还应当理解的是，因为在附图中描述的一些组成系统的部件和方法步骤优选地通过软件实施，系统部件(或过程步骤)之间的实际连接关系可基于该方法被编程的方式而不同。根据这里的教导，本领域技术人员能够预期本发明的这些和类似实施方式或配置。
图1呈现了根据本发明的实施例而被使用的视频广播和接收器系统100的高级视图。视频广播系统10给出了视频内容105，所述视频内容提供由视频广播系统传送的视频。优选的，视频内容105是存储在大容量存储设备(比如DVD、录像带、硬盘驱动器)上、从实时广播源(比如视频摄像机)或从能够传送视频信息的数据网络提供的视频(以及可选的音频信息)。
来自视频内容105中的视频信息被视频编码器110编码为数字信息，优选的使用视频压缩标准，比如MPEG-2、H.261、H.264等。在ATSC的情况下，MPEG-2被用于将视频信息压缩到独立帧(I帧)、双向帧(B帧)和预测帧(P帧)。其它类型的视频压缩可被用于将来自视频编码器110的视频数据压缩为压缩的视频数据信号。应当注意的是视频编码器110压缩视频的操作是可选的，并且可不用于特定广播。例如，广播器可决定将视频信号作为比如一系列未压缩I帧或其它类型的未压缩视频信息来进行传送。
来自视频编码器110的编码视频信号被提供给视频传输编码器115，其将视频信号编码为由多个数据传输分组(传输流)组成的分组数据信号。在本发明的实施例中，来自视频编码器110的视频编码信号被编码为由在ATSC53/A标准中描述的传输分组组成的传输流，并且如图2所示。典型的，传输流被用于传送视频、音频或附加信息，其中每个传输流与特定分组标识号码或PID相关联。应当注意的是可使用其它类型的传输分组方案，比如传输控制协议(TCP)、用户数据协议(UDP)等等。
特别的，图2的传输分组表示具有四字节报头的一百八十八字节数据分组。报头的前八个比特表示同步字节。数据分组的第二部分是单个比特值，其是传送分组错误标记。传输分组的下一部分表示负载单元开始指示标记，其是单个比特值。传输优先级标记是该传输的下一个部分，其由指示传输分组是否被分配了高或低优先级的一个比特值组成。应当注意的是传输优先级标记典型的不用于基于ATSC的视频传送的视频节目广播。
随后的十三个比特被预留用于PID信息，它识别一个具体的传输分组所述的传输流。传输分组报头的随后两个比特表示传输加扰控制(指示分组负载是否被加扰)，并且接着的两个比特指示适应字段控制(揭示是否预设了一个适应报头(adaptation header)以及其在同一个传输分组中是否跟随有负载)。报头的最后四个比特表示典型的单调递增的连续性计数器。连续性计数器可被用于指示所接收的传输数据分组的顺序以及一个传输数据分组是否丢失。
传输分组的其它一百八十四比特是表示分组的音频数据、视频数据、附加数据或所有三种数据的混合的负载。负载的内容典型地根据广播器的要求而加以定义。
再次参考图1显示的视频广播系统10，经处理的传输流从视频传输编码器115提供到视频调制器/发送器120，后者将视频传输流调制为能够被传送的信号。调制信号可使用比如正交幅度调制(QAM)、四相移键控(QPSK)、残留边带调制(VSB)等用于经特定形式比如卫星、经无线电波、有线、调制解调器等传送视频信号的技术来调制。优选的，视频传输流使用比如网格编码、Reed Solomon编码等等的格式来编码，以进行传送。
视频接收器系统20(此后称为接收器系统20)表示能够将视频广播系统10传输的数据信号处理为能够在显示设备上回放和显示的视频解调/解码器系统。视频接收器/解调器150表示从视频广播系统10接收(通过天线、卫星碟、网络接口连接等等)传送的数据信号并且将数据信号处理为数据传输流用于进一步操作的电路。优选的，视频接收器/解调器150执行的操作与调制器/传送器120传送数据信号所执行的操作相反。例如，如果网格编码数据信号使用QAM调制，视频接收器/解调器150将使用基于QAM的解调和网格解码技术来将从链路层子系统所接收数据信号解调为传输流。应当理解的是可基于接收器系统20的要求来选择不同的解调和解码技术。
传输解码器160从视频接收器解调器150接收解码的传输流，并且将所接收的传输分组处理为编码视频信息和表示特技播放数据的信息。如将在本申请以下文本中解释的，传输解码器160读取插入在传输分组报头或负载中的信息来协助接收器系统20完成特技播放功能。从传输解码器160中提取的信息的例子将在说明书的以下文本中描述。
视频解码器165从视频传输解码器160接收经处理的数据。优选的，视频解码器165接收经处理的数据并且将这些数据解码为能够被显示在显示设备173(表示电视机、监视器等等)上的视频信息。视频解码器165的视频解码操作是视频编码器110执行的反操作。例如，如果经处理的数据被编码为MPEG-2视频，视频解码器165可将MPEG-2视频解码为能够被显示在显示设备173上的视频信号。视频解码器165执行的解码操作基于编码视频数据所使用的编码方案。优选的，视频解码器165还从传输解码器160接收的经处理数据中解码音频信息。解码的音频信息能够被视频解码器165作为声音从扬声器174输出。
耦接到传输解码器160的本地存储器175被用于存储从所接收的传输分组中提取的信息来支持接收器系统20的特技播放功能。信息可以是由传输解码器160从传输分组中提取的信息形成的元数据的表，这将在说明书的以下部分描述。
存储设备180被配置为存储从传输解码器160接收的传输流、从传输解码器160接收的解码传输流以及从视频解码器165接收的解码视频数据。优选的，存储设备180是诸如硬盘驱动器、随机存取存储器、闪存卡、数字通用盘、磁带系统等等的存储设备。除了存储视频数据和传输流之外，存储设备180被配置为支持特技播放功能，比如快进、倒回、暂停、向前跳、向后跳等等。
系统处理器155是接收器系统20所使用的微处理器，用于控制上述接收器系统20的部件。在本发明的可选实施例中，系统处理器165与传输解码器160结合。
当以一系列数据传输分组来传送数字信号时，传送系统10和接收器系统20能够通过使用这些数据传输分组的特定部分来指示关于在这些数据传输分组中递送的视频数据的信息，从而支持特技播放功能。这些表示特技播放元数据的数据被传输编码器115插入到传输分组(报头、负载或二者)中。同样，当数字数据被接收器系统20处理时，传输解码器160被配置为从其中具有这种元数据的传输分组中提取这些特技播放元数据。
然后所提取的元数据被接收器系统20用于形成一个元数据的表，其将特技播放元数据和被递送到接收器系统20并且由其处理的视频信息相关联。例如，表1表示用于支持特技功能的特技播放元数据的表的具体实施例。在本例子中，表1指示在分组数据传输流中接收的I帧的时间位置信息，其中时间位置被存储为表的项目，尽管其它特技播放相关信息也可存储在该表中。
    帧类型     时间位置(秒)
    I     1.27
    I     2.54
    I     3.71
    I     4.11
    I     5.25
    I     6.11
表1
用于建立包含特技播放元数据的表的值优选地由传输解码器160存储在本地存储器175中。此外，存储设备180可被优选的用于存储表示传输流、编码视频信息或解码视频信息的数据，它们可由系统处理器155存取来完成特技播放功能。
根据本发明的实施例，当传输流被接收器系统20接收时，其被处理来创建表1中的内容，(如存储在本地存储器175中)并且如上所述，传输流的视频数据的内容被作为编码视频存储在存储设备180中。当接收器系统20在特技播放模式比如快进中操作时，系统处理器155访问本地存储器175中的特技播放元数据来确定存储在存储设备180中的I帧的时间位置。通过仅对存储在存储设备180中的I帧进行访问和解码(以1.27秒、2.54秒和3.71秒等的顺序)，系统处理器155就能知道将什么视频数据提交给视频解码器165，而不用解码作为所存储的编码视频数据的一部分并且对于快进特技播放操作不必要的B帧和P帧。此外，系统处理器155可使用表中的其它存储元数据通过参考进入点的时间代码和对应的字节计数来支持比如“向前跳进五分钟”的功能。而且，通过参考元数据表，系统处理器155可定位所有的节目开头和结尾，并且提交关于节目内容的文本细节(比如列出节目的开头、结尾和持续时间)。本领域技术人员可根据本发明的原理实施其它特技播放功能和应用。
当从传送系统10将特技播放元数据作为传输流的一部分传送到接收系统20时，本发明的一个实施例替换传输优先级比特(基于ATSC的传送分组)而插入特技播放元数据，因为该比特通常不被用在ATSC中(或在DIRECTV流中)。本发明的发明人意识到，传送分组的传送报头是一个理想的位置，来插入特技播放元数据，因为传送分组报头(以及因此传输优先级比特)在传送期间通常不会加密。因此，解码器可利用特技播放元数据而不必支持安全子系统。
再次参考将传输优先级比特用作特技播放元数据的位置，作为传输优先级比特而被传送的那些比特可被组装为字节，并且这些字节可被组装为完整的消息。然后多个消息可包括特定PID的元数据以及与PID对应的基本流。
尽管看起来好像单组比特不足以产生有意义的特技播放元数据，发明人注意到对于4M bps的视频流，每秒将传送超过四千个分组(相对于基于ATSC的递送系统的2650数据分组)。因此，通过单独的使用传输优先级比特，几百个字节的特技播放元数据能够被接收并由接收器系统20使用。应当理解的是根据本发明的原理，包括报头、负载、报头和负载二者的传输分组的其它部分以及其它类型的传输分组自身可被用于传送特技播放相关的元数据。
表2表示一个提供了特技播放元数据的消息的示例实施方式，这些元数据是由从一系列数据传输分组中提取的优先级比特数据组装而成的。
  元素     格式     值
  开始代码     比特     ‘00000000 00000000 00000001’
  功能     字节     ‘0000 0001’
  字节计数     字节     N＝负载的字节
  负载     N*字节     可变的
  填充     Y*比特     “1”被重复直到下一个开始代码
表2
表3表示一个提供了特技播放元数据的备选消息的示例实施方式，这些元数据是由从一系列数据传输分组中提取的优先级比特数据组合而成的。
  元素   格式   值
  开始代码   比特   ‘00000000 00000000 00000001’
  指令   字节   如表5中的COMMAND(指令)所定义的
  数据   N*字节   如表5中的DATA(数据)所定义的
  填充   Y*比特   “1”，被重复Y次，直到下一开始代码
表3
如果接收的传输分组丢失或在接收期间有错误，在该点之后的当前元数据消息将被怀疑，并且将停止消息的进一步获取直到检测到新的开始代码。在本发明的可选实施例中，“负载”的语法被构造为不一定需要发生开始代码的仿真(emulation)。特别的，通过在组成消息的语法元素之间插入标记比特(值为“1”)来完成。在数据的结尾，“1”的值被重复直到下一个开始代码。
如果特技播放元数据与传输报头标记的传送对齐，比如边界包比特或负载单元开始指示符(用于基于ATSC的传输分组)，那么传输报头标记可充当开始指示符，来指示元数据消息的存在(其可充当元数据来支持特技播放功能)。在这种条件下，元数据传送优选的改变为表4所示的格式，其中数据不需要被限制，以避免开始代码的无意触发。类似的，在传输分组的报头中的指示符标记可被设置用来指示在传输分组的负载中特技播放相关元数据的存在。
    元素     格式   值
    功能     字节   如表5中的COMMAND(指令)所定义
    负载     N*字节   如表5中的DATA(数据)所定义
    填充     Y*比特  “1”，被重复Y次，直到下一开始代码
表4
在如表4所示的特定的排列格式下，推导出新的语义，其与包含在传输负载中的特定视频帧的数据相关。例如，指示给定帧的“节目时间代码”的数据类型可从包含所述帧的同一传输分组中组装。对于在传输多路复用中传送的大部分帧来说(即便不是所有的帧)，都可以获得这种类型的对应关系。
以下给出了可被用于传送特技播放元数据的COMMAND(指令)和DATA(数据)字段的一般结构，如用于表2到4中给出的传输结构。应当注意的是通用COMMAND和DATA指令可被级联在一起并且作为多个指令和数据的字符串进行传送，直到检测到字节计数(ByteCount)变量的大小、直到检测到“填充”比特、或直到检测到下一个开始代码。COMMAND和DATA类型在表5中示出，其被用于描述数据传输分组中的视频信息的属性。
COMMAND   DATA 数据的含义/相关属性
0000 0000 禁止
0000 0001 禁止
0000 XX1X 预留
0000 X1XX 预留
0000 1XXX 预留
0001 0000   6字节 在当前帧开始处的“时间代码”的值
0001 0001   6字节 在节目开始处的“时间代码”的值
0001 0010   6字节 在上一个不连续处的“时间代码”的值
0001 0011   6字节 在节目结束处的“时间代码”的值
0001 0100   6字节 当前节目持续时间的值
0001 0101   6字节 (最大)视频比特速率
0001 0110   6字节 当前帧大小的值，按字节计
0001 0111   6字节 当前节目大小的值，按字节计
0001 1XXX   6字节 预留
0010 0000   1字节 当前帧类型，如下定义
0000 0000＝禁止
0000 0001＝I帧
0000 0010＝P帧
0000 0011＝B帧
0000 0100＝特技模式关键帧
0000 0101＝随机访问点
0000 0110＝解码参考帧
0000 0111＝不连续帧
xxxx 1xxx＝预留
0010 0001  1字节 (PTS-DTS)/(PTS[帧+1]-PTS[帧])的值
0010 0010  1字节 当前节目号码的值
0010 0011  1字节 静止帧；要显示的秒数
0010 X1XX  1字节 预留
0010 1XXX  1字节 预留
0011 0000  8字节 在当前帧的开始处的节目字节ptr的值
0011 0001  8字节 在节目开始处的节目字节ptr的值
0011 0010  8字节 在节目结束处的节目字节ptr的值
0011 0011  8字节 预留
0011 X1XX  8字节 预留
0011 1XXX  8字节 预留
0100 0000  6字节 当前帧的PTS值
0100 0001  6字节 当前帧的DTS值
0100 0010  6字节 在当前帧位置的开始处的PCR值
0100 0011  6字节 在下一个不连续的开始处的PCR值
0100 X1XX  6字节 预留
0100 1XXX  6字节 预留
1111 0000  1字节 跟随的节目描述文本字节的数目
1111 0001  1字节 跟随的XML数据字节的数目
1111 1111   负载的结束；可选使用；跟随填充
表5
所有其它COMMAND值被预留并且跟随有一个字节的数据，所述数据作为该指令的操作数来描述随后的附加数据字节的数目。
表5所给出的COMMAND和DATA指令的使用是优选的，例如缺少I帧的指示并不能推断本帧不是I帧。然而，对于在传输分组中明确声明的COMMAND和DATA，这些COMMAND和DATA的含义是真实的。
使用上述方法，大致上(如果不相同的话)以接收器系统20接收视频帧的速率来构建元数据的表。例如，如果仅五分钟的视频被捕获并存储在存储设备180上，对于这五分钟的特技播放元数据也被存储在存储设备180中。
可选的，为了使用存储设备180，可以存储部分传输流，而由接收器系统20丢弃那些对于想要的节目没有贡献的数据分组。使用这种方法需要传输解码器160对传输流的一定程度的解码。在这个可选的解码过程期间，可从部分传输流中提取特技播放元数据并存储在别处。以这种方式，存储设备180和相关的存储系统部件可处理传输流的存储，允许进一步的加密和数据重新组织来便于视频数据的最佳恢复和回放。因此特技播放元数据可对接收器系统20保持为开放和本地的，以便于进一步的搜索处理，其中搜索元数据来寻找视频参数而不是传输流本身。当找到合适的元数据时，可为存储子系统比如存储设备180产生简单的文件索引指令。
作为本发明的一个附加的可选实施例，关于特技播放元数据的信息可被放置到分组基本流(PES)结构中，其被插入到具有唯一PID的一个或多个传输分组的负载中。在这种情况下，显示时间戳(PTS)字段被用于识别应用了给定的PES分组的单个帧。本发明的该可选实施例支持传送与频道指南信息相关联的特技播放元数据或传送节目特定信息(PSI)，PSI被用于识别特技播放元数据所应用的节目。
图3说明了根据本发明的实施例用于从接收的传输流中提取和使用特技播放元数据的方法300。步骤305是可选步骤，识别可用作特技播放元数据的数据是否在传输分组中存在。如上所述，可用作特技播放元数据的信息可位于传输分组的报头、传输分组的负载、跨越多个传输分组或所有这些可能性的结合中。此外，元数据的识别可通过以下方式来执行：通过另外设置一个指示特技播放元数据之存在的某个标记、通过使用各种指令和数据格式(如上所述)、或通过根据本发明原理的其它过程。
步骤S310是从接收的传输分组中提取可用作特技播放元数据的信息。典型的，传输解码器160执行这个步骤，但是存在步骤310的备选实施例，其可由接收器系统20的其它部件实施。例如，所接收的传输流可被归档在存储设备180中，直到较晚时传输解码器180分析这个数据流以呈现可用作特技播放元数据的信息。在步骤315中，所提取的表示特技播放元数据的信息被存储比如本地存储器175或存储设备180的存储器中。优选的，这种元数据信息被如上所述存储在表中。
步骤320规定了，如果在视频回放期间激活了特技播放功能，视频回放设备(比如接收器设备20)访问所存储的表示特技播放元数据的数据，并且使用这些信息来实施想要的特技播放功能。如上所述，如果用户想要快进的特技播放功能，视频回放设备(20)将定位存储在存储设备180中的I帧的时间位置，并且在快进操作期间仅输出这些帧。根据本发明的原理，通过使用所存储的特技播放元数据可实施其它特技播放功能。
应当理解的是尽管参考高级电视系统委员会(ATSC)通信系统描述了本发明，但是本发明还可应用到各种基于分组的数字通信系统。
尽管在此参考附图描述了具体实施例，应当理解的是本发明不限于这些准确的实施例，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下本领域技术人员可做出各种其它的变更和修改。所有这些变更和修改都包括在权利要求所定义的范围内。

Claims (12)

1.一种以分组数据流的格式传送视频信息的方法，包括以下步骤：
将视频信息(115)安排到传输分组中；
将元数据(115)插入所述传输分组来支持特技播放功能，其中所述元数据描述所述视频信息的属性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述元数据被插入到所述至少一个数据传输分组的传输报头中。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述元数据被插入到所述传输分组报头的传输优先级比特中。
4.如权利要求1所述的方法，其中指示符标记在所述至少一个传输分组的传输报头中激活来指示所述元数据存在于所述至少一个传输分组的负载中。
5.如权利要求1所述的方法，其中至少一个传输分组包含有表示至少一个指令的数据，并且
所述至少一个指令从以下至少一个中选择：当前帧的时间代码，节目开始的时间代码，上一个不连续的时间代码，节目结束的时间代码，关于当前帧大小的信息，关于当前节目大小的信息，在所述至少一个传输分组中指示视频帧的信息，特技模式关键帧，解码参考帧，不连续帧，以及表示静止帧和所述帧被显示秒数的信息。
6.一种以分组数据流的格式接收视频信息的方法，包括以下步骤：
处理来自所述分组数据流的传输分组(160)，以提取对应于所述传输分组中的所述视频信息的特技播放相关元数据；以及
存储指示所述特技播放元数据(175)的信息来支持特技播放功能。
7.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：
访问指示所述特技播放元数据的所述信息，以及
使用指示所述特技播放元数据的所述信息来实施所述特技播放功能。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述存储的信息被存储在表中。
9.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：
把来自所述传输分组中的数据存储到存储设备中，其中所述存储数据是以下至少一个：传输分组，从所述传输分组解码的视频信息，从所述传输分组解码并且根据从所述传输分组中提取的特技播放元数据而被选择的视频信息。
10.如权利要求6所述的方法，其中根据指示所述特技播放元数据在所述传输分组中存在的指示符标记来执行所述元数据的提取。
11.如权利要求6所述的方法，其中所述提取步骤从位于所述传输分组的报头中的单独的字节中提取所述特技播放信息。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述提取步骤对于多个传输分组重复来填充元数据的表中的至少一个项目。
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