CN101933332B - 视频数据解码器和用于解码视频数据并与字幕显示同步的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于解码视频数据和与视频数据相关联的字幕数据的解码器，所述视频数据来源于进一步包括时间参考(PCR)的数据流(F)。解码器(1)包括存储空间(3)，视频和字幕数据以复用的形式存储在所述存储空间(3)，以“先进先出”模式工作并能暂时存储以数据包形式的视频数据(P1)的第一缓冲存储器(5)，以“先进先出”模式工作并能暂时存储以数据包形式的字幕数据(P3)的第二缓冲存储器(6)，向第一和第二缓冲存储器(5，6)分别传输视频数据和字幕数据的解复用器(4)，和本地时钟(15)。存储空间(3)包括用于存储所述时间参考(PCR)的装置(16)使得解复用器(4)也传输时间参考(PCR)，解码器(1)包括生成与不包含显示时间戳(PTS)的每个字幕数据包(P3)相关联的显示时间戳(PTSV)的装置(10)，所述显示时间戳(PTSV)基于所述解复用器(4)传输的时间参考值确定并用于将所述字幕数据包(P3)的显示关于所述本地时钟(15)同步。

Description

视频数据解码器和用于解码视频数据并与字幕显示同步的方法
技术领域
本发明涉及视频数据解码器(也称机顶盒)和涉及解码这些数据的方法。本发明适用于数字电视解码器的领域，所述数字电视解码器被开发出用于解码视频数据并包括用于同步视频、字幕和音频数据(当后者都存在时)的装置，这些数据以复用的形式记录在存储空间(硬盘类型)。请注意以下所用的术语“字幕”指定旨在与视频数据相伴的任何类型的文本数据；例如它可指根据DVB(数字视频广播)标准定义的字幕，但也指利用图文电视标准的数据(例如通过DVB数据包传输的)。
背景技术
在包括硬盘的数字电视解码器中，以DVB标准描述的各种音频、视频和图文电视/字幕类型的数据流，以部分流的形式存储在硬盘上，以便随后被重放和解码。
这些各种数据流通常使用例如DVB标准以流传输的形式传输、由解复用器解复用并分别被传送给基本的解码器以便解码音频、视频、图文电视或字幕。传送至解码设备的数据流可以旨在为同步使用。例如对于通过时间同步数据相互联接的音频和视频数据就是如此，其中所述时间同步数据呈现显示时间戳(PTS)的形式。这些数据的运行，结合借助称为PCR(节目时钟参考)的时间参考信号对本地系统时钟(STC)的更新，使图像与声音同步地显示。PCR时间参考与用于实现数据编码的同步的时钟同步地被插入数据流。通过使用频率合成器或通过使用称为VCXO(压控晶体振荡器)的电压控制振荡器，它们使得能够在解码侧生成STC时钟。PTS时间戳使得数据包的显示关于STC时钟同步。虽然视频解码和音频解码是分开的过程，但每个视频数据包和每个音频数据包与STC时钟同步使得它们呈现于同一给定的时间。换句话说，视频和音频数据包每个均与STC时钟同步，因此它们之间同步。这种方法众所周知，且已在数字解码器里实施。
应指出，PTS同步数据的传输在字幕/图文电视数据情况下不是必需的。这些数据的同步，其中要求的准确度大为低于在音频数据的情况下，通过对在解复用器输出端收到的数据的几乎是立即的(最多几十毫秒)解码实现。因此，关于根据天线信号在直接解码模式下字幕流的运作、对在这些数据流里是否出现同步数据兴趣不大，考虑平均误差足以提高准确度。
然而，这样的解决方案的实施在解码器包括数据存储空间的情况下有某些困难。
因此，被从存储空间重播的数据回放期间，通常利用的原则在于通过用视频数据显著地最大限度地填充缓冲存储器来缓冲(即存储在缓冲存储器)所用的数据。此后将使用术语“缓冲存储器”或“缓冲器”。所用的缓冲器是FIFO(先入先出)类型。以这样的方式，在读取存储空间时可能的故障(例如磁盘读取错误)导致读取这些数据的延迟是不明显的。因此，所有从存储空间回放的音频、视频和字幕数据被提供给解复用器，其中控制通过视频解码缓冲器的填充水平实现。
关于之前不为字幕发送PTS时间戳的情况，一旦字幕在解复用器输出可用字幕即被解码(以与直接收到时相同的方式)。当相应的字幕已在被显示，视频数据尚未被解码，因此视频解码缓冲中仍存在风险。在实践中，视频解码缓冲器的容量和常用视频压缩率使得在这些字幕和尚未被解码的图像间可能有几秒钟的间隔。字幕关于视频的显示一致性因而被严重的损害。因此，可以理解，当数据“实时”播放时，即时播放不带PTS显示时间戳的字幕(没有缓冲)的事实不会构成主要问题，但缓冲过程的缺失对从嵌入在解码器里的硬盘读取数据构成严重问题。请注意术语“实时”此后使用时指定从数据流而不是从硬盘实时显示。
此外，在与字幕数据相关联的显示时间戳缺失的情况下，上面提及的问题在空闲模式下进一步加剧，原因是字幕的显示和视频图像的显示之间的延迟更长。
发明内容
在本文中，本发明旨在提供针对来自于存储空间的视频数据和与视频数据相关联的字幕数据的解码器，使视频数据与字幕数据有效、简单并经济地同步。
基于此目的，本发明提出了用于视频数据和与所述视频数据相关联的字幕数据的解码器，所述数据来源于也包括PCR时间参考的数据流，所述PCR时间参考与用于同步所述数据的编码的时钟同步，所述解码器包括：
-存储空间，所述视频数据和字幕数据以复用的形式记录在所述存储空间上，
-以“先进先出”模式工作并能接收以数据包形式的所述视频数据的第一缓冲存储器，
-以“先进先出”模式工作并能接收以数据包形式的所述字幕数据的第二缓冲存储器，
-分别传输所述视频数据和字幕数据到所述第一和第二缓冲存储器的解复用器，
-本地时钟，
所述解码器的特征在于所述存储空间包括用于存储所述时间参考的装置使得所述解复用器也传输所述时间参考，所述解码器包括生成与初始不包含显示时间戳的每个字幕数据包相关联的显示时间戳的装置，所述显示时间戳从所述解复用器传输的时间参考值确定并使得所述字幕数据包的显示关于所述本地时钟同步。
由于本发明，重建的时间戳与不具有PTS时间戳的每个字幕数据包相关联(可实现同步)；该重建的时间戳是从PCR时间参考产生的。因此，在读盘期间，本发明使得字幕同步，即使它们不包含PTS，也就是说，即使它们没有为那个目的被提供。
根据本发明的装置也可会呈现以下一个或多个特点，其可单独或根据所有技术上可行的组合考虑。
根据第一优选的实施方式，根据本发明的解码器包括用于存储时间参考变量的装置，其中所述时间参考变量等于从所述复用器收到的最后的时间参考，所述装置生成显示时间戳，该显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包的所述显示时间戳的值设置为所述时间参考变量的当前值。
根据第二实施方式，根据本发明的解码器包括用于存储时间参考变量的装置，其中所述时间参考变量等于从所述复用器收到的最后的时间参考，所述装置生成显示时间戳，该显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包的所述显示时间戳的值设置为在所述第二缓冲存储器收到所述数据包时所述时间参考变量的当前值之下一个值。
根据第三实施方式，根据本发明的解码器包括用于存储时间参考变量的装置，其中所述时间参考变量等于从所述复用器收到的最后的时间参考，所述装置生成显示时间戳，该显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包的所述显示时间戳的值设置为所述时间参考变量的当前值和在所述第二缓冲存储器收到所述数据包时所述时间参考变量的当前值之下一个值的组合。
以特别有利的方式，根据本发明的解码器包括以“先进先出”模式工作并能暂时存储所述生成的显示时间戳的第三缓冲存储器，所述第三缓冲存储器包含与在所述第二缓冲存储器中初始不包含所述显示时间戳的字幕数据包数目一样多的时间戳。
根据一种实施方式，所述视频和字幕数据以DVB格式存储在所述存储空间中。
优选地，根据本发明的解码器包括以“先进先出”模式工作并能暂时存储音频数据的第四缓冲存储器，所述音频数据也来自于也包括视频数据、字幕数据和时间参考的所述数据流。
有利的是，根据本发明的解码器是一种数字电视解码器。
本发明的另一目的是一种用于视频数据和与所述视频数据相关联的字幕数据的解码的方法，所述数据来源于也包括时间参考的数据流，所述时间参考与用于同步所述数据的编码的时钟同步，所述视频数据和字幕数据和所述时间参考以复用的形式记录在存储空间上，所述方法包括以下步骤：
-解复用所述视频数据、所述字幕数据和所述时间参考，
-将所述视频数据以数据包形式存储于以“先进先出”模式工作的第一缓冲存储器，
-将所述字幕数据以数据包形式存储于以“先进先出”模式工作的第二缓冲存储器，
-存储等于从所述复用器收到的最后的时间参考的时间参考变量，
-将与每个字幕数据包相关联的显示时间戳存储于以“先进先出”模式工作的第三缓冲存储器，所述每个字幕数据包进入所述第二缓冲存储器且初始不包含显示时间戳，所述时间戳等于最后存储的时间参考的值并使所述字幕数据包的显示关于本地时钟同步。
附图说明
本发明的其它特点和优点将清楚地从以下参照附图1的描述中表现出来(其为指示性和决非限制性的目的)，其中附图1是用于实施根据本发明的编码方法的根据本发明的解码器的简化的示意图表示。
具体实施方式
图1以示意图表示提供为用来接收数据流F(例如使用DVB类型的标准)的数字电视解码器1。该解码器1不仅能使视听节目向电视观众实时播出，而且还能使该节目被录制在比如硬盘3的存储空间，以使它们以后可由电视观众访问。应当指出，图1只表示与数据存储相关的实施方式有关的功能。
解码器1包括：
-接收数据流F的模块2，
-硬盘3，
-解复用器4，
-四个缓冲存储器5、6、7和8，
-分别提供为用于解码视频、音频和字幕数据的三个解码器11、12和13。
每个缓冲存储器5、6、7和8是FIFO“先进先出”类型的缓冲器。
在数据流F被接收模块2接收后，数据流F被存储在硬盘3上。
数据流F包括视频、音频和字幕数据的集合。数据流F也包括称为PCR(节目时钟参考)的时间参考信号。这些PCR时间参考被与用于实现数据编码的同步的时钟同步的嵌入数据流。在“实时”读取中，通过使用频率合成器或通过使用称为VCXO(压控晶体振荡器)的电压控制振荡器，PCR使得能够在解码侧生成STC同步时钟。在从硬盘3读取的情况下，时间参考不会被用来生成STC时钟：然而硬盘3包括装置16以存储植入数据流F的PCR参考于存储器中。
正如我们参照现有技术解释的，每一音频和视频数据包括以PTS(显示时间戳)形式的时间同步数据。因此，在解复用器4解复用数据流F后，每个包括PTS时间戳的视频数据包P1被发送到缓冲存储器5。另外，每个包括PTS时间戳的音频数据包P2被发送到缓冲存储器8。
解码器1也包括用于同步的STC(系统时间时钟)本地时钟15和用于生成所述STC时钟15的装置14。生成所述STC时钟15的方式依据是“实时”或读硬盘3而不同。
因此，正如我们参照现有技术解释的，当直播(实时)时，由于在数据流收到的PCR时钟参考，STC时钟被生成，音频和视频数据包同步到STC时钟(即，将收到的数据包的PTS时间戳与STC时钟相比较，以知道播放数据包的正确的时间)。
在读盘时，由于数据流以人为的速度到达，PCR时钟参考不是可靠值。结果是视频数据包不同步，视频解码器11将因此不再考虑每一视频数据包中存在的PTS时间戳；另一方面，视频解码器11将告知用于生成STC时钟15的装置14与显示的每幅图像相关联的PTS时间戳值。该PTS时间戳则被用于生成STC本地时钟15。如同在“直播(实时)”，音频数据包将与时钟15同步。这种方法被称为“视频为主(video master)”。
应指出，也有可能使用音频数据包的PTS时间戳生成STC时钟。这种方法被称为“音频为主(audio master)”。
如上所说，在字幕/图文电视数据的情况下，PTS同步数据的传输不是强制性的。为阐明本发明，在这里只探讨不包括PTS时间戳的P3字幕数据包的情况(通过P3数据包里出现的X来说明PTS的缺失)。这些P3数据包被解复用器4传输给缓冲存储器6。
解码器1包括用于存储时间参考变量的装置(9)，其中所述时间参考变量等于所述复用器(4)收到的最后的PCR时间参考：换句话说，装置9支持最后的PCR值的永久访问。
解码器1还包括装置10以生成与在缓冲存储器6收到的每个P3字幕数据包相关联的显示时间戳。
因此，在缓冲存储器6每次接收P3数据包时，装置10将询问存储装置9并将与该P3数据包相关联的时间戳值设置为收到的最后的PCR值(即，时间参考变量的当前值)。因此，虚的(或重建的)PTSV时间戳被创建为等于每个PCR参考值的收到的最后值。
每一PTSV时间戳被输入到缓冲存储器7。
可以理解，字幕数据包缓冲存储器6包括与包含在缓冲存储器7中的PTSV虚拟时间戳的数量一样多的不具有STC时间戳的字幕数据包。
与字幕数据包相关联的时间戳的存在使得字幕数据解码器13能将字幕数据同步到STC本地时钟15。
应注意，PCR参考比字幕数据包更频繁地到达(在DVB标准中至少每100ms)。因此，清楚地表明了每个PTSV虚拟时间戳将采用不同的PCR值，且许多PCR值将不被装置10利用来生成PTSV。
视频数据缓冲存储器5被设计成持久性全满，这种事实在数据包的输入和其输出之间造成了几秒钟延迟(此延迟值直接依赖于视频缓冲器5的大小和视频速率)。所以，刚收到的PCR参考给定的时间先于从来自解码器11的视频图像产生的STC本地时钟15这几秒钟。因此，分配收到的最后的PCR给每个字幕数据包的时间戳的事实构成了很好的近似，且使得能获得实践中与“实时”读同步的结果。
当然，该发明不限于刚才所描述的实施方式。
具体而言，图1所描述的装置是可能或可能不相应于物理上可区分的单元的功能单元。例如，这些装置可以被重组为单一的组件，或构成同一软件的功能。相反，某些装置可能由分离的物理实体组成。
此外，我们描述了一个实施方式，在其中虚拟时间戳的值设成收到的最后的PCR参考的值。但是，也可以考虑使用与收到的最后的值不同的另一个PCR值。例如它可是紧随收到字幕数据包之后的参考或收到的最后的值和收到的下一个值的组合(平均)。
此外，我们已表明了旨在存储PTSV虚拟时间戳的缓冲器的存在。也可考虑从字幕数据包进入字幕数据缓冲存储器的上游改变字幕数据包(尤其是通过增大它的大小)，以直接给其分配PTSV虚拟时间戳。
最后，任何装置可由等效装置替换。

Claims (9)

1.一种用于视频数据和与所述视频数据相关联的字幕数据的解码器(1)，所述视频数据和字幕数据来源于也包括时间参考的数据流(F)，所述时间参考与用于同步所述视频数据和字幕数据的编码的时钟同步，所述解码器(1)包括：
存储空间(3)，所述视频数据和字幕数据以复用的形式记录在所述存储空间(3)上，
以“先进先出”模式工作并能暂时包含以数据包形式的所述视频数据(P1)的第一缓冲存储器(5)，
以“先进先出”模式工作并能暂时包含以数据包形式的所述字幕数据(P3)的第二缓冲存储器(6)，
分别传输所述视频数据和所述字幕数据到所述第一和第二缓冲存储器(5，6)的解复用器(4)，
本地时钟(15)，
所述解码器(1)的特征在于，所述存储空间(3)包括存储所述时间参考的装置(16)，使得所述解复用器(4)也传输所述时间参考，所述解码器(1)包括生成与每个字幕数据包(P3)相关联的显示时间戳的装置(10)，其中所述每个字幕数据包(P3)初始不包含显示时间戳，所述显示时间戳从所述解复用器(4)传输的时间参考值确定并使得所述字幕数据包(P3)的显示关于所述本地时钟(15)同步。
2.根据权利要求1的解码器(1)，其特征在于，所述解码器包括用于存储时间参考变量的装置(9)，其中所述时间参考变量等于从所述解复用器(4)收到的最后的时间参考，所述生成显示时间戳的装置(10)生成显示时间戳，所述显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包(P3)的显示时间戳的值设置为所述时间参考变量的当前值。
3.根据权利要求1的解码器，其特征在于，所述解码器包括用于存储时间参考变量的装置，其中所述时间参考变量等于从所述解复用器收到的最后的时间参考，所述生成显示时间戳的装置(10)生成显示时间戳，所述显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包的显示时间戳的值设置为在所述第二缓冲存储器收到所述字幕数据包时所述时间参考变量的当前值之下一个值。
4.根据权利要求1的解码器，其特征在于，所述解码器包括用于存储时间参考变量的装置，其中所述时间参考变量等于从所述解复用器收到的最后的时间参考，所述生成显示时间戳的装置(10)生成显示时间戳，所述显示时间戳将在所述第二缓冲存储器收到的每个字幕数据包的显示时间戳的值设置为所述时间参考变量的当前值和在所述第二缓冲存储器收到所述字幕数据包时所述时间参考变量的当前值之下一个值的组合。
5.根据权利要求1的解码器(1)，其特征在于，所述解码器包括以“先进先出”模式工作并能暂时包含所述生成的显示时间戳的第三缓冲存储器(7)，所述第三缓冲存储器(7)包含与字幕数据包(P3)数目一样多的时间戳，其中在所述第二缓冲存储器(6)中所述字幕数据包(P3)初始不包含所述显示时间戳。
6.根据权利要求1的解码器(1)，其特征在于，所述存储空间提供为使得所述视频和字幕数据以DVB格式存储。
7.根据权利要求1的解码器(1)，其特征在于，所述解码器包括以“先进先出”模式工作并能暂时包含音频数据的第四缓冲存储器(8)，所述音频数据也来自于包括视频数据、字幕数据和时间参考的所述数据流(F)。
8.根据权利要求1的解码器(1)，其特征在于，所述解码器是数字电视解码器。
9.一种用于视频数据和与所述视频数据相关联的字幕数据的解码的方法，所述视频数据和字幕数据来源于也包括时间参考的数据流，所述时间参考与用于同步所述视频数据和字幕数据的编码的时钟同步，所述视频数据和字幕数据和所述时间参考以复用的形式记录在存储空间上，所述方法包括以下步骤：
解复用所述视频数据、所述字幕数据和所述时间参考，
将所述视频数据以数据包形式存储于以“先进先出”模式工作的第一缓冲存储器，
将所述字幕数据以数据包形式存储于以“先进先出”模式工作的第二缓冲存储器，
存储等于从所述解复用收到的最后的时间参考的时间参考变量，
将与进入所述第二缓冲存储器且初始不包含显示时间戳的每个字幕数据包相关联的显示时间戳存储于以“先进先出”模式工作的第三缓冲存储器，所述时间戳等于最后存储的时间参考的值并使所述字幕数据包的显示关于本地时钟同步。
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