CN101500170B - 用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,包括:提供视频编码器;从视频编码器接收当前画面组的多个编码后的视频帧,另接收多个编码后的音频帧;当视频编码器中出现异常时,产生多个空壳视频帧;利用空壳视频帧代替该当前画面组的视频帧。本发明提供了一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,可以修正音频视频流中的时序不匹配,避免声音与画面不同步的现象。
Description
技术领域
本发明是关于一种数据处理的补偿方法,尤指一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法。
背景技术
数字系统针对数据流(data stream)进行编码以减少需要通过网络传送的数据数量。编码也可以保护数据免于被非法存取。
当编码音频视频数据(audio-visual data)时,分别使用单独的视频编码器及音频编码器,然后这些单独编码的数据流通过多任务器进行多任务处理(multiplexed)。因此,数据流的时序非常重要。如果在时序中发生了误差,当观众观看时,声音与画面就会因不同步而导致偏差。
时序不匹配(timing mismatch)发生的原因有很多。有时,视频编码器会在编码过程中异常中断(abort),例如由于处理到坏的数据而发生中断。视频编码器随后需要重新启动,但是,在重新启动的期间里,照常编码的音频帧(frame)仍然继续被多任务器接收。由于没有视频帧与持续进入的音频帧进行多任务处理,因此发生了时序不匹配,并且随时间积累而增大误差。
另一个例子为:当信号源系统改变时,视频编码器以低于预期的帧率(framerate)进行编码。因此,一个视频帧到达的实际时间比应该到达的预期时间要迟。尽管初始误差很小,但是随时间的积累,最终对观众来说会变得很明显。
最后一例为:信号源不稳定。在这种情况下,视频编码器试图以初始帧率进行编码,但是由于信号的不稳定,视频编码器将以低于预期的帧率进行编码,因而造成误差。
发明内容
为了解决音频视频流中时序不匹配,造成声音与画面不同步的现象,本发明提供了一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法。
一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,包括:提供视频编码器;从视频编码器接收当前画面组的至少一编码后的视频帧,以及接收至少一编码后的音频帧;当视频编码器中出现异常时,产生至少一空壳视频帧;以及利用该至少一空壳视频帧代替当前画面组的的该至少一视频帧。
一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,包括:接收画面组的至少一编码后的视频帧,以及接收至少一编码后的音频帧;判定画面组的每一视频帧的误差值;当当前帧的误差值与先前帧的误差值的差别大于第一阈值时,计算画面组中的最后视频帧的误差值以作为画面组误差值;当画面组误差值大于或等于第二阈值时,产生空壳视频帧;以及利用空壳视频帧填补画面组。
本发明提供了一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,可以修正音频视频流中的时序不匹配,避免声音与画面不同步的现象。
附图说明
图1所示为依据本发明第一实施例的方法步骤的流程图。
图2所示为依据本发明第二实施例的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域技术人员应可理解,制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。
如上文提到,在多种情况下,音频帧及视频帧之间存在时序不匹配,因为从视频编码器所接收到的视频帧多于或少于预期的视频帧数量。本发明提供了一种方法,通过产生并插入一个或多个空壳视频帧(dummy video frame),或者通过删除一个或多个帧来纠正上述差异。插入空壳帧可以采用多种方法实现,如通过改变帧标头(frame header)中的特定比特实现,通过重复先前的帧实现,或通过插入特殊制作的帧实现。
很多视频编码标准已有定义空壳帧(P0),这些空壳帧是用来代替丢失的视频帧,例如MPEG-4(Moving Pictures Experts Group 4)标准定义了VOP-coded-0帧作为空壳帧。空壳帧为零参考(zero-reference)帧,并且为包含先前参考帧内容的视频帧。在适当地计算音频帧以及视频帧之间的时序误差之后,通过对音频视频数据流中插入这些零参考/空壳帧,即可纠正时序误差。
在上文描述的第一种情况中,视频编码器出现异常中断后,所有目前画面组(group of picture,GOP)的帧都应该舍弃,因为在这些帧中可能带有错误。请注意,术语GOP在本发明中用于代表一定数量的视频帧,并不限于MPEG标准定义的GOP结构。由于视频编码与音频编码是各自运行的,此时仍然由音频编码器处照常接收编码后的音频帧。本方法的实施例利用最终参考帧(lastreference frame)来产生多个空壳视频帧(例如,利用先前GOP的最后一个P帧来产生多个空壳视频帧),并且用这些空壳视频帧代替已经进行多任务处理的当前GOP的视频帧。而且,将视频编码器关闭,然后重新启动。在此期间内,当更多的来自音频编码器的音频帧到达时,系统持续对这些音频帧和空壳视频帧进行多任务处理。
当新的视频帧从视频编码器到达时,换言之,视频编码器已经重新启动成功,则对当前的GOP填补(pad)空壳视频帧,这些空壳视频帧的时序必须与音频帧的时序相等。再将空壳视频帧的持续时间加入到总录制时间当中,这样就完成了当前GOP的多任务处理,然后便可以恢复正常流程,开始下一GOP的正常多任务处理。
为更清楚地描述这一过程,请参照图1。图1所示为依据本发明第一实施例的补偿方法的流程图。步骤如下:
步骤100:开始;
步骤102:判断是否侦测到视频编码器异常中断,若是,则进入步骤104,否则进入步骤118;
步骤104:重新启动视频编码器,利用当前GOP的最近一个编码后的视频帧作为参考以产生多个空壳视频帧;
步骤106:将一个或多个当前GOP的多任务处理后的视频帧替换为空壳视频帧;
步骤108:判断是否有新的视频帧来自视频编码器,若有则进入步骤112,否则进入步骤110;
步骤110:对音频帧与空壳视频帧进行多任务处理,返回步骤108;
步骤112:对音频帧与空壳视频帧进行多任务处理直到当前GOP完成;
步骤114:将进行多任务处理的空壳视频帧的持续时间加入到总录制时间;
步骤116:完成当前GOP并继续正常流程;
步骤118:以正常流程对音频视频帧进行多任务处理;
步骤120:结束。
上文提到过信号源不稳定或者信号源系统发生改变的情况。在对音频视频数据流进行多任务处理时,这两种情况也可引起同步误差。在这两种情况中,编码后的视频帧从视频编码器到达的实际时间会与预计时间不同。当信号源的帧率低于预期时,本发明的第二实施例也利用产生空壳视频帧的方法纠正此误差。若视频帧率高于预期,则舍弃一些视频帧以纠正此误差。在一些实施例中,通常选择保留参考帧,舍弃双向帧(bidirectional frame,B frame)。
依据视频帧来自编码器的真正时间以及电视系统的播映时戳(presentationtime stamp,PTS)周期,本发明的第二实施例计算视频帧到达的实际时间与预计时间的差别。方程如下:
(1)Errn=PTSn+Acc_Video_Adjust-PTS_Period*n
其中PTSn为第n个帧由视频编码器输出的真正时间,Acc_Video_Adjust为累积调整值(accumulated adjustment),并且初始值为零。对于全国电视系统委员会(National Television System Committee,NTSC)系统而言,PTS_Period为3003*(1/90,000)秒;对于逐行倒相(Phase Alternating Line,PAL)系统而言,PTS_Period为3600*(1/90,000)秒。
当Errn-Errn-1大于或等于第一阈值时,系统开始进行误差处理。首先,当前GOP的所有帧均以正常流程进行多任务处理,然后计算GOP中最后帧的误差(在此称为GOP误差值)并将其与第二阈值进行比较。如果GOP误差值大于第二阈值,则对GOP尾部插入第一个空壳视频帧。从GOP误差值以及Acc_Video_Adjust中减去PTS_Period,并将PTS_Period加入到总录制时间。如果调整后的GOP误差值仍然大于第二阈值,则插入第二个空壳视频帧,并使用PTS_Period调整GOP误差值、Acc_Video_Adjust以及总录制时间。继续此过程直到GOP误差值小于第二阈值。
第一阈值用以判断两个帧之间的误差是否足够大而启动误差处理机制。比如,累积误差小于帧周期(例如,1/30秒)时不能通过插入或舍弃视频帧来进行补偿。此类微小的误差可通过调整播映时戳(presentation time stamp,PTS)来进行补偿。
为更加清楚地描述这一过程,请参照图2。图2所示为依据本发明第二实施例的补偿方法的流程图。步骤如下:
步骤200:开始;
步骤202:计算当前GOP每一视频帧的误差;
步骤204:判断当前帧误差与先前帧误差之间的差别是否大于或等于第一阈值?若是,则进入步骤206,否则进入步骤220;
步骤206:以正常流程对当前GOP的所有帧进行多任务处理;
步骤208:计算当前GOP的最后帧的误差以决定GOP误差;
步骤210:判断GOP误差是否大于或等于第二阈值?若是,则进入步骤212,否则进入步骤224;
步骤212:利用最后一个参考视频帧产生多个空壳视频帧,并且对当前GOP的尾部填充一个空壳视频帧;
步骤214:从GOP误差中减去PTS_Period;
步骤216:从Acc_Video_Adjust中减去PTS_Period;
步骤218:将PTS_Period加入到总录制时间,并且返回步骤210;
步骤220:以正常流程对帧进行多任务处理;
步骤222:判断该帧是否为最后帧?若是,则进入步骤226,否则返回步骤202;
步骤224:完成当前GOP并且返回步骤202;
步骤226:结束。
通过产生空壳帧,可依据视频数据与音频数据之间的时序不匹配对当前GOP进行选择性的填补。由于空壳视频帧的参考帧已经进行过编码,故只需最小限度的计算。而且,空壳视频帧可以选择性地填补到GOP中以纠正帧率编码误差。因此,利用空壳帧填补GOP可以恢复所需的帧率。
在其它实施例中,除GOP尾部以外,空壳帧也可插入到其它位置,例如,插入到GOP头部、GOP中部或者插入到GOP的多个部分。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做各种的更动与润饰,故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (9)
1.一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,包括:
提供视频编码器;
从该视频编码器接收当前画面组的至少一编码后的视频帧,另接收至少一编码后的音频帧;
当该视频编码器中出现异常时,利用先前画面组的最近的编码后视频帧作为参考,产生至少一空壳视频帧;以及
利用该至少一空壳视频帧代替该当前画面组的该至少一视频帧。
2.如权利要求1所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,更包括:
当出现该异常时,重新启动该视频编码器;
其中利用该至少一空壳视频帧代替该当前画面组的该至少一视频帧的步骤包括:
对该至少一编码后的音频帧与该至少一空壳视频帧进行多任务处理;以及
当由该视频编码器接收到下一视频帧时,继续对该至少一编码后的音频帧与该至少一空壳视频帧进行多任务处理以完成该当前画面组。
3.如权利要求2所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,更包括:
添加该填补的空壳视频帧的持续时间至该音频视频流的总录制时间。
4.如权利要求1所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,该至少一空壳视频帧是通过改变帧标头的比特而产生。
5.一种用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,包括:
接收画面组的至少一编码后的视频帧,以及接收至少一编码后的音频帧;
决定该画面组的每一视频帧的误差值;
在当前帧的误差值与先前帧的误差值的差别大于第一阈值时,确定该画面组中的最后视频帧的误差值以产生画面组误差值;
当该画面组误差值大于或等于第二阈值时,利用该最后视频帧作为参考帧以产生空壳视频帧;以及
利用该空壳视频帧填补该画面组。
6.如权利要求5所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,通过比较该最后视频帧的实际时间与预计时间以决定该画面组误差值,该预计时间是依据预计帧率决定。
7.如权利要求5所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,利用该空壳视频帧填补该画面组的步骤包括:
对该画面组尾部插入该空壳视频帧;
依据该插入的空壳视频帧调整该画面组误差值;
将该调整的画面组误差值与该第二阈值比较;以及
当该调整的画面组误差值大于该第二阈值时,重复上述步骤直到该调整的画面组误差值小于该第二阈值。
8.如权利要求7所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,该至少一编码后的视频帧以及该至少一编码后的音频帧由电视系统接收,并且该依据该插入的空壳视频帧调整该画面组误差值的步骤包括:
由该画面组误差值中减去该电视系统的播映时戳周期。
9.如权利要求5所述的用于补偿音频视频流中时序不匹配的方法,其特征在于,该至少一编码后的视频帧以及该至少一编码后的音频帧由电视系统接收,并且该决定该画面组的每一视频帧的误差值的步骤通过方程PTSn+Acc_Video_Adjust-PTS_Period*n决定;
其中n表示该视频帧为该画面组的第n个视频帧,PTSn为该第n个视频帧完成编码的真正时间,Acc_Video_Adjust为累计调整值,以及PTS_Period为该电视系统的播映时戳周期。
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