CN101217661A - 网络间封包修改器及其相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦接于第一网络及第二网络间的封包修改器，其根据接收自第一网络的输入传输封包产生传送至第二网络的输出传输封包。封包修改器包含有用于储存更新后的识别信息的储存装置以及模式检测器(patterndetector)。模式检测器用于检测输入封包的特定模式，并根据特定模式将输入封包的原始识别信息与更新后的识别信息进行交换以产生输出传输封包，其中模式检测器为用于交换识别信息的专用硬件。本发明所提供的网络间封包修改器及相关方法可以利用专用的模式检测器来交换传输封包的识别信息，因此，实施本发明可避免抖动现象的发生并提升电视频道的播放质量。

Description

网络间封包修改器及其相关方法

技术领域

本发明涉及一种处理网络间数据传输的技术，尤指一种网络间封包修改器及其相关方法。

背景技术

数字电视信号是以视频压缩标准中MPEG-2数据流的形式传输，称为传输流，而在有线或卫星网络中，每一传输流的传输速率最高可达到每秒40兆比特(megabits)，而在地面网络(terrestrial network)中，传输速率也可高达每秒20兆比特，足以提供7到8个电视频道使用。

请参考图1，图1是显示传输串流形成过程的示意图。基本上，原始的视频及音频数字信号(视频源102v及音频源102a)分别由MPEG-2编码器104v及104a根据一种编码机制(例如MPEG标准)进行编码以形成视频及音频的基本串流(elementary stream，ES)，除了音频及视频信号之外，传输串流中还可能需要包含某些数据，例如非公开数据或电视文字(teletext)信息，因此来自数据源102d的数据也会形成数据基本串流，然而这些基本串流并不能被直接传输或储存，必须先送进封包器(packetizer)106中进行封包，也就是说，这些基本串流必须先被分割及形成封包以简化后续流程中的多任务处理。在经过封包化后，封包器106输出封包化基本串流(packetized elementary stream，PES)，其中除了视频及音频数据外，封包化基本串流也包含有使用于各种应用、电视文字信息或其它功能的数据串流。

最后，封包化基本串流(包含视频及音频部分)便经由多工器108多路转换成一节目串流(program stream)或一传输串流，接着再被加以储存或传送出去。

由于传输串流具有简短的封包结构，对传输过程中发生的错误具有强抵抗力，因而适合于高噪声的环境中使用，其中传输封包的长度是固定的，但可在传输封包中附加另外的同位(parity)信息以帮助更正错误。请注意，上述的封包化基本串流中的封包可能具有不同的大小，因此封包化基本串流中的封包可被分割成数个简短的区块，每一区块再经封包化成一个传输封包，并连结成传输串流。

如同所熟知的，数字电视信号是以MPEG-2传输串流的形式传送，且传输串流由多个传输封包所组成，每一传输封包的长度固定为188个字节，其包含长度为4字节的标头(header)、可选调适字段(optional adaptive field)，以及载有编码(例如MPEG)后的视频信号、编码(例如MPEG)后的音频信号、数据或服务信息(service information)的负载(payload)。以下将介绍几个重要的标头字段，包括同步字节字段及13位的封包识别码(packet identifier，PID)字段。同步字节可用于建立封包边界以允许随机存取传输串流。封包识别码可用于识别属于同一个数据串流的传输封包，使得机顶盒(Set Top Box，STB)内可以重建出串流。将具有相同封包识别码的传输封包视为封包识别码串流。举例来说，程序代码通常关联至少一音频串流及一视频串流，包含有音频串流的传输封包可以由一特有的音频封包识别码加以识别，同样地，包含有一视频串流的传输封包则可以由特有的视频封包识别码加以识别。

由于传输流中的每一个传输封包可载有如编码(例如MPEG)后的视频信号、编码(例如MPEG)后的音频信号、控制数据或服务信息等信息，因此载于传输封包中的信息必须被识别并提取出来，经过重新组合得出原始的信息以呈现在使用者面前(例如电视节目的播放)。而为了达到此目的，MPEG标准中规范了附加于传输流中除了视频及音频以外的信息，一般称为“服务信息”，以提供必要的信息来完成上述的操作。

服务信息是用于描述传输串流的结构，其中有些服务信息包含有描述传输串流所提供的服务(例如电视节目)的表，在表中列有一组与该服务相关的封包识别码串流、相关的封包识别码，以及每一个封包识别码串流所包含的数据类型，因此根据服务信息，接收端便可识别出哪一个封包识别码串流包含有音频信号、哪一个封包识别码串流包含有视频信号或是哪一个封包识别码串流包含有其它类型的数据，再分别使用不同的译码机制进行译码。

此外，有些服务信息限定于描述特定的服务，而有些服务信息则较为一般，例如用来描述传输串流的结构或网络的特性。在某些情况下，包含有服务信息的封包识别码串流对应于固定的封包识别码，这对译码器来说较容易发现，而在其它情况下，包含有服务信息的封包识别码串流是对应于列于其它服务信息表中的封包识别码。

举例来说，在数字视频广播中，传输串流中常见的服务信息表如下所示：

节目相关表(Program Association Table，PAT)，由MPEG标准定义

节目映射表(Program Map Table，PMT)，由MPEG标准定义

条件存取表(Conditional Access Table，CAT)，由MPEG标准定义

网络信息表(Network Information Table，NIT)

服务描述表(Service Description Table，SDT)

事件信息表(Event Information Table，EIT)

节目组相关表(Bouquet Association Table，BAT)

时间及日期表(Time and Date Table，TDT)

时间偏移表(Time Offset Table，TOT)

节目相关表是服务信息中的基本表，其描述与节目映射表相关的封包识别码，而节目映射表与传输串流提供的各项服务有关(将于后续段落中介绍)。

条件存取表描述传输串流中使用的条件存取系统，并提供关于条件存取管理及搅频(scrambling)方式的信息。

节目映射表列有一组与服务相关的封包识别码串流，以及封包识别码串流包含有用于服务的MPEG节目频率参考，因此节目映射表并不是对应到一固定的封包识别码，且传输串流所提供的每一服务均具有其对应的节目映射表。

节目相关表、节目映射表及条件存取表统称为节目特定信息(ProgramSpecific Information，PSI)，并由MPEG标准所定义。其它的表是数字视频广播系统特有的表，且已被本技术领域内技术人员所熟知，在此省略不再赘述。

请参考图2，图2是显示现有技术中传输串流的示意图。如图2所示，传输串流包含有多个封包识别码串流1001～1009。具有封包识别码00的第一封包识别码串流包含有服务信息的节目相关表。节目相关表可以用来指示其它的服务信息，例如节目映射表，也就是说，节目相关表中列出了与每一个节目映射表相关的封包识别码。请参考图2中的节目相关表，其显示了包含于封包识别码串流中的两个节目映射表，两个节目映射表分别对应于封包识别码200及201。每一节目映射表与服务相关(此处的服务可指视频节目或电视频道)，因此，节目相关表在某种程度上是电视节目/频道表，而每一节目映射表则表示与节目/频道相关的传输封包。在本实施例中，以服务1为例，对应于封包识别码200的节目映射表显示具有封包识别码100、102及106的封包识别码串流，这些封包识别码串流分别包含有视频数据、音频数据以及其它数据。因此，这些封包识别码串流可经过重新组合以与编码后的视频、音频及数据结合，使电视频道可以呈现在使用者面前。另一方面，对于服务2而言，对应于封包识别码201的节目映射表显示具有封包识别码101、103及104的封包识别码串流，这些封包识别码串流分别包含有视频数据、音频数据以及其它数据，因此，这些封包识别码串流也可经过重新组合以和编码后的视频、音频及数据结合，使电视频道可以呈现在使用者面前。

然而，当传输串流从第一网络传送至第二网络时，由于包含于传输串流中的服务信息会因为需要遵循第二网络的规格而改变，因此可能会发生一些问题。请注意，上述的网络是指可支持(supporting)传输串流的通信网路，例如可提供传输串流传输的个体(entity)，如使用者的人造卫星或有线电视业者(cable operator)。在地面系统中，同一个区域内有许多网络同时在运作，例如多个国家网络加上一个或多个区域性的网络。在有线电视系统中，当电视从电缆中接收电视频号时，通常可以接收此电视频号中的所有电视频道，但是当电视频号必须通过特定接口(例如IEEE 1394或通用序列总线(USB)接口)传输至目标接收器时，由于受限于目标接收器的规格或能力，接收器只能接收及播放有限数量的节目或电视频道，因此传输串流必须根据目标接收器的规格或能力修改，以确保修改后的传输串流具有节目相关表及节目映射表。

网络间封包修改器(inter-network packet modifier)，例如机顶盒，即是用来处理上述问题。请参考图3，其是现有技术提供的网络间封包修改器20的结构示意图，如图所示，网络间封包修改器20包含有识别滤波器(identificationfilter)21、耦接于识别滤波器21的直接内存存取(direct memory access，DMA)控制器22、耦接于直接内存存取控制器22的内存23、耦接于直接内存存取控制器22与识别滤波器21的中央处理单元24，以及耦接于中央处理单元24的直接内存存取控制器26。首先，识别滤波器21经由电缆、因特网、卫星或免付费(free-to-air)的地面广播等接口来从第一网络25接收电视频号(传输串流)，并从传输串流中选出少部分的封包识别码串流，如上所述，不同的封包识别码串流可能载有不同的信息，以音频信息为例，对电视节目而言，不同的音频封包识别码串流可能载有电视节目所使用的不同语言的音频信息，如果只会使用到一部份语言，那么识别滤波器21便会滤除那些与未使用到的语言相关的封包识别码串流。

经过滤波处理后的传输封包接着被识别滤波器21输出，并经由直接内存存取控制器22储存于内存23中。中央处理单元24准备有使用于目标接收器30的更新后的识别信息，其包含有修改后的节目相关表及节目映射表。根据目标接收器30的规格或能力，修改后的节目相关表只具有数量有限的几个节目连结。节目映射表包含有与目标接收器30所需的节目相关的封包识别码表。另外，中央处理单元24同时控制直接内存存取控制器22将更新后的识别信息储存于内存23中。请同时参考图2及图1，假设目标接收器30只能接收一个电视节目，故只有一个节目可通过连结传送至目标接收器30，节目相关表中只具有一个节目映射表的连结。此外，由于部分传输封包被识别滤波器21滤除，使得节目映射表需要进行相应变更，因此，中央处理单元24便控制直接内存存取控制器26以自内存23中读取全部的传输串流，并根据每一封包识别码将原始的识别信息交换为更新后的识别信息，接着，替换后的传输串流经由直接内存存取控制器26传送至目标接收器30，使目标接收器30可对选取的节目进行处理。

请注意，直接内存存取控制器22及26可以是同一直接内存存取控制器(即二者同样用来存取数据)，但是实施不同的直接内存存取操作。

然而不幸的是还有其它的问题会发生。在上述网络间的封包修改器20中，所有的工作都要经由中央处理单元24进行，中央处理单元24需要执行许多程序代码以处理封包交换以及流程控制。此外，中央处理单元24读取节目相关表及节目映射表时是以字节为基础，故读取过程中效率较低，因而造成中央处理单元24的负载过重，因此输出传输串流时可能会不稳定。换句话说，由于中央处理单元24无法进行实时的处理，在输出时可能会发生抖动(jitter)现象而影响接收端的节目播放质量。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供一种用于网络间的封包修改器及其相关方法，以解决上述问题。

根据本发明提供的一实施例，提供一种耦接于第一网络及目标网络间的网络间封包修改器。该网络间封包修改器包含有用于储存更新后的识别信息的储存装置，以及模式检测器，模式检测器检测输入传输封包的特定模式，并根据特定模式将输入封包的原始识别信息与更新后的识别信息交换，以产生输出传输封包；其中网络间封包修改器用于交换识别信息的专用硬件，而任何不符合特定模式的传输封包会略过交换操作并直接传送至目标接收器。

根据本发明提供的另一实施例，提供一种网络间封包交换的方法，用来根据接收自第一网络的输入传输封包产生输出至目标接收器的输出传输封包。该网络间封包交换的方法包含有：提供包含有储存装置及模式检测器的网络间封包修改器；以储存装置储存更新后的识别信息；以及以模式检测器检测输入传输封包的特定模式，并根据特定模式将输入封包的原始识别信息与更新后的识别信息进行交换以产生输出传输封包；其中任何不符合该特定模式的传输封包会略过交换操作并直接传送至目标接收器，且网络间封包修改器为用于封包交换的专用硬件。

本发明所提供的网络间封包修改器及相关方法可以利用专用的模式检测器来交换一传输封包的识别信息，因此，本发明可避免抖动现象的发生并提升电视频道的播放质量。

附图说明

图1是显示传输串流形成过程的示意图。

图2是显示现有技术中传输串流的示意图。

图3是现有技术提供的网络间封包修改器的结构示意图。

图4是本发明一实施例关于网络间封包修改器的示意图。

图5是本发明一实施例关于图4所示的网络间封包修改器执行传输串流的识别信息交换的流程图。

图6是本发明另一实施例关于网络间封包修改器的示意图。

具体实施方式

请参考图4，图4是本发明一实施例关于网络间封包修改器的示意图。如图所示，网络间封包修改器300类似于图3所示的网络间封包修改器20，同样包含有识别滤波器310、内存320、中央处理单元330以及耦接于内存320及中央处理单元330的直接内存存取控制器350，两者差别主要在于网络间封包修改器300另包含有模式检测器(pattern detector)340，耦接于识别滤波器310及内存320。请注意，模式检测器340是专门用于交换传输串流的识别信息的专用硬件。网络间封包修改器300的操作及功能说明如下。

在本实施例中，网络间封包修改器300用于对传输串流执行识别信息的交换操作，其中传输串流在第一网络305(或称为有线电视系统)及计算机系统360(或称为第二网络)间传输。

请参考图5，其是本发明一实施例关于图4所示的网络间封包修改器300执行传输串流的识别信息交换的流程图。此流程图包含有以下步骤：

步骤400：撷取(extract)传输串流中的节目相关表以获得节目信息，中央处理单元330准备更新后的识别信息，并将更新后的识别信息储存于内存320中，且当接收到目标接收器的请求时，致能(enable)模式检测器340。

步骤410：根据识别设定(identification configuration)来设定识别滤波器310。

步骤420：识别滤波器310根据识别设定来对传输串流进行过滤以得出选取的封包识别码串流。

步骤430：以模式检测器340检测选取的封包识别码串流，并将其原始识别信息与储存于内存320中的更新后的识别信息进行交换以形成交换后的传输串流。

步骤440：将交换后的传输串流传送至第二网络360。

首先，从传输串流中撷取出节目相关表以获得频道/节目的信息，接着中央处理单元330依据目标接收器的规格或能力来设定识别滤波器310。识别滤波器310从第一网络305中接收传输串流(在本实施例中，是自电缆接收此传输串流)。如前所述，识别滤波器310会根据识别设定来滤除未选取的封包识别码串流，举例来说，传输封包可能载有对应于不同语言或其它节目的音频信息，若某些语言或节目没有被选取时，识别滤波器310便可滤除那些载有未选取的语言/节目的传输封包。

请注意，中央处理单元330准备更新后的识别信息，其包含有符合计算机系统360规格/能力的节目相关表及节目映射表，且中央处理单元330控制直接内存存取控制器350将更新后的识别信息储存于内存320中以待后续操作使用。

识别滤波器310将选取的封包识别码串流输出至模式检测器340中，由模式检测器340对选取的封包识别码串流进行检测，检测选取的封包识别码串流的特定模式(specific pattern)，并将原始识别信息与准备好且储存于内存320中的更新后的识别信息进行交换(步骤420)。

模式检测器340利用储存于内存320中的更新后的识别信息对选取的封包识别码串流进行交换，因此，交换后的封包识别码串流便符合计算机系统360的规格/能力。未被选取的封包识别码串流则可略过交换操作(被旁路)而直接传送至计算机系统360，这些未被选取的封包识别码串流可能是包含有视频、音频数据的封包识别码传输串流，并因为识别设定而被视为不必要的封包识别码串流。

交换操作以及旁路操作均是以字节为单位来进行，而交换后的封包识别码串流及未被选取的封包识别码串流接着通过一接口(例如IEE1394接口或USB接口)而被传送至计算机系统360，由于没有延迟或抖动现象发生，计算机系统360可正确地显示选取的电视节目/频道。

例如，在本发明中，中央处理单元330可依据输入的传输串流的节目信息以及目标接收器的规格/能力准备更新后的识别信息，识别信息包含有封包识别码表(图中未显示)的识别设定。如此一来，模式检测器340就只要检测待检测的封包识别码是否符合表中的封包识别码即可。当检测结果为符合时，模式检测器340直接将传输串流中原本的识别信息与更新后的识别信息进行交换，举例来说，模式检测器340可直接交换传输封包中的少部分比特/字节或交换整个封包。在上述操作中，中央处理单元330只需要准备更新后的识别信息而不用处理交换的操作，因此网络间封包修改器300的整体运作将变得更有效率，此外，由于传输串流是由模式检测器340实时处理，而不是由中央处理单元330处理，因此传输串流的输出速率可等于其输入速率，避免了抖动现象的发生。

在本实施例中，网络间封包修改器300操作于第一网络和计算机系统之间，可等同视为将网络间封包修改器300操作于两个网络中。然而在其它实施例中，网络间封包修改器可连结多个网络，这同样符合本发明的精神。请参考图6，其是本发明另一实施例关于网络间封包修改器的示意图。如图6所示，网络间封包修改器500是耦接于第一网络510、第二网络520、第三网络530以及第四网络540，并用来进行识别信息的交换处理。网络间封包修改器500的操作与功能与使用于两个网络间的网络间封包修改器300类似，唯一的差别在于网络间封包修改器500需要知道每一个网络的系统规格/能力，不仅是接收端，也需要知道数据来源端的系统规格/能力。举例来说，节目相关表及节目映射表的识别信息会根据每一接收网络的规格而改变，由于相关的调整步骤已为领域内技术人员所了解，故在此省略。

请注意，上述识别滤波器只是用于表示一较佳实施例，并非限定本发明的应用，举例来说，如同本领域内技术人员所了解的，媒介存取控制层(MAC)滤波器同样可应用于本发明，媒介存取控制层滤波器可滤除不需要的封包并根据来源端与接收端的规格交换目标信息，这同样符合本发明的精神。

请注意，上述计算机系统360只是作为一实施例，并非限定本发明的用途，在实际应用上，本发明可应用于显示装置，例如IEEE 1394、USB或任何连接至此交换装置的其它装置。

请注意，上述网络间封包修改器可使用于机顶盒，此外，其也可使用于其它数字电视的应用以提升网络间通信的效率。

相较于现有技术，本发明所提出的网络间封包修改器及其相关方法可利用专用的模式检测器来交换传输封包中的识别信息(请注意，交换逻辑可用于根据多个网络的规格交换多个封包，例如在图6中，节目映射表根据三个来源端的规格来进行交换，而三个不同的节目相关表则需根据每一个网络节目的规格进行交换)，因此，本发明可避免抖动发生并提供稳定的信号质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明所做的均等变化与修饰，都属于本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种网络间封包修改器，耦接于第一网络及第二网络间，以自该第一网络接收第一传输串流并产生第二传输串流至该第二网络，所述的网络间封包修改器包含有：

储存装置，用于储存更新后的识别信息；以及

模式检测器，用于检测所述的第一传输串流的特定模式，并根据识别设定将该第一传输串流的原始识别信息与所述的更新后的识别信息交换以形成所述的第二传输串流；

其中所述的模式检测器是用于识别信息交换的专用硬件。

2.如权利要求1所述的网络间封包修改器，其特征在于，还包含：

控制器，用于控制所述的储存装置以储存所述的更新后的识别信息。

3.如权利要求1所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的第一传输串流符合MPEG-2标准。

4.如权利要求3所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的特定模式为对应于所述的第一传输串流中特定类型数据的节目识别码。

5.如权利要求4所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的特定类型数据是节目相关表或节目映射表。

6.如权利要求3所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的原始识别信息与所述的更新后的识别信息均分别包含有相对应的节目相关表。

7.如权利要求3所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的原始识别信息与所述的更新后的识别信息均分别包含有相对应的节目映射表。

8.如权利要求1所述的网络间封包修改器，其特征在于，所述的网络间封包修改器适用于机顶盒。

9.如权利要求1所述的网络间封包修改器，其特征在于，还包含有：

识别滤波器，耦接于所述的模式检测器与所述的第一网络，用于根据所述的识别设定使所述的第一传输串流中选取的传输封包通过并传送至所述的模式检测器。

10.一种网络间封包修改方法，接收自第一网络的输入传输串流以产生输出至第二网络的输出传输串流，该方法包含：

提供网络间封包修改器，该网络间封包修改器包含有储存装置及模式检测器；

储存更新后的识别信息至所述的储存装置；以及

以所述的模式检测器检测所述的输入传输串流中输入传输封包的特定模式，并根据该特定模式将所述的输入传输封包的原始识别信息与所述的更新后的识别信息进行交换以形成所述的输出传输串流的输出传输封包；

其中所述的模式检测器是用于识别信息交换的专用硬件。

11.如权利要求10所述的网络间封包修改方法，其特征在于，还包含有：控制所述的储存装置以储存所述的更新后的识别信息。

12.如权利要求10所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的传输串流符合MPEG-2标准。

13.如权利要求12所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的特定模式为对应于所述的输入传输串流中特定类型数据的节目识别码。

14.如权利要求13所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的特定类型数据是节目相关表或节目映射表。

15.如权利要求12所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的原始识别信息与所述的更新后的识别信息均分别包含有相对应的节目相关表。

16.如权利要求12所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的原始识别信息与所述的更新后的识别信息均分别包含有相对应的节目映射表。

17.如权利要求10所述的网络间封包修改方法，其特征在于，所述的网络间封包修改器适用于机顶盒。

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