CN1111985C - 确定发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种确定在接收的数据元素中包含的一个发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法，具有下述步骤：存储多个依次相继接收的数据元素；存储一个相应于数据元素接收时刻的接收机时钟时间；在存储的数据元素中搜索一个发送时间标记和根据存储的(各)接收机时钟时间，确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间。所述方法的特征在于，对每个规定数目的或者未规定数目的存储数据元素只存储相应于一个唯一数据元素的接收时刻的接收机时钟时间，和根据存储的(各)接收机时钟时间，通过外插值或者内插值方法，确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间。

Description

确定发送时间标记的 接收时刻的接收机时钟时间的方法

本发明涉及一种确定在接收的数据元素中包含的发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法，亦即确定在接收的数据元素中包含的发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法，具有以下各步骤：存储多个依次相继接收的数据元素，存储一个相应于数据元素接收时刻的接收机时钟时间，在存储的数据元素中寻找一个发送时间标记，以及根据存储的各接收机时钟时间，确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间。

要传输的数据元素，例如音频和视频数据，在数据传输前越来越多数字化，以便通过使用数字数据简化和压缩方法可以使传输信道的带宽保持在较窄范围或者可以优化使用。

数字化的，可能的话压缩了的数据为了传输的目的格式化为面向包或者面向流的数据流。

为支持在接收侧有序地重建数据，可以给这些在发送侧提供附加信息，例如时间标记和这一类等。

在MPEG2标准(ISO/IEC13818)的第一部分例如为音频和视频领域定义了数据包的格式化和时间标记的加注。

例如可以安排时间标记的传输，以便使接收机(解码器)的时钟与发送机(编码器)的时钟同步(以便能够例如在正确的时刻，输出一幅图像或一段音频)和/或以便调节接收机中工作节拍的速度。

为同步接收机时钟，数字编码数据流的接收机，必须从到来的数据流中抽取由发送机插入的发送时间标记，并在考虑接收时钟(接收时间标记)各当前值的情况下，将此时间标记作为接收时钟再调整的基础。

发送时间标记的抽取需要一种分析到达接收机的数据流的方法。

一种这样的分析可以通过专用硬件实现。另外的方案或者补充方案，也可以使用一个可编程系统。

这类系统工作的基本原理在图4中表示的方框图中说明。

图4所示系统由发送机S、接收机E和一个数据传输线段D组成，在该传输线段上，从发送机输出的数据元素以数据流的形式向接收机发送，接收机接收该数据并进一步处理。

从发送机S发送的数据附上发送时间标记，这些标记由从发送机时钟1产生，并通过一个编码器2插入要传输的数据之间；编码器2除插入发送时间标记外，还可以压缩要传输的数据，按照预先规定的传输协议等等格式化要传输的数据。

从发送机传输的数据流到达接收机B中的一个解码器12。

解码器12从数据流中重新得到传输数据。此外它从接收的数据流中滤出发送时间标记，并比较这些时间标记是否这些标记与由接收机时钟11产生的并同样输入解码器12的接收时间标记对应。

如果不存在这种对应，那么接收机时钟11依据解码器12的一个输出信号同步。

如果接收机时钟11的再调整在足够短的间隔内重复，那么总能保证发送机时钟1和接收机时钟11同步运行。

但是在实际中为此需要极大的技术开销，下面将详细叙述。这首先在于从由接收机接收的数据流中得到发送时间标记的开销很大。

从由接收机接收的数据流中得到发送时间标记的传统方法在于所谓的实时扫描/分析到达的数据元素。

图5示出实现这种方法的一个系统。

根据图5，向接收机传输的数据流到达一个扫描仪/分析仪21。

该扫描仪/分析仪21是用硬件元件构成的，和/或集成在一个足够快的可编程系统中。

在扫描仪/分析仪21对数据流的所有数据元素一个接一个地分析其数据结构情况下，检验在每一当前数据元素处是否涉及一个发送时间标记。数据元素以及从数据流中抽取的附加信息，作为向一个后处理单元22的数据输出。

虽然扫描仪/分析仪21能够同步地处理到来的数据流的数据元素，但是上述检验仍然需要一定时间。此外从发送机到接收机传输数据还需要一定时间。

因此从扫描仪/分析仪21到后处理单元22输出的数据，具有一个相应于所述时间之和的等待时间。在此的依据是，等待时间在时间上是不变的。

向后处理单元22中除输入由扫描仪/分析仪21输出的数据外，还输入从接收机时钟23输出的形式为接收时间标记的接收时间。

数据中包含的发送时间标记，在后处理单元22中与相应的接收时间标记比较。然而在进行这种比较时必须相应考虑前面已经说明的等待时间。

根据比较结果，后处理单元22可以输出一个信号，根据这一信号对接收机时钟23再调整，或者根据这一信号相应影响以接收机时钟时间为基础的信号。

所述扫描仪/分析仪21只有在技术上以最大开销才能实现，因为它必须在识别到来的数据流的结构的基础上能够实时分析这些数据。

一个不需实时分析到达数据流的用于再调整接收机时钟或者影响由此导出的信号的系统，是一个具有数据存储器和接收时间存储器的可编程扫描仪/分析仪。

实现将扫描仪/分析仪作为可编程单元(例如使用微计算机或者微控制器情况下)基本上具有下面的优点，它可以以简单的方式适应不同结构的数据流，这在一个纯硬件实现的扫描仪/分析仪中通常不能轻易做到。

图6示出包含带数据存储器和接收时间存储器的一个可编程扫描仪/分析仪的装置。

根据图6，到达的数据流流入一个数据FIFO(先进先出)存储器31，数据流的数据元素(数据字)在其中一个接一个相继存储。

与数据FIFO存储器并联提供另一个形式为接收时间FIFO存储器32的FIFO存储器。

在该接收时间FIFO存储器32中，从接收机时钟33输出的接收时间以接收时间标记的形式存储，这些接收时间标记各自分配给在数据FIFO存储器中存储的数据元素。

因为为每一个在数据FIFO存储器31中存储的数据元素，在接收时间FIFO存储器32中存储一个被分配的接收时间标记，所以这两个FIFO存储器具有同样的深度。

在FIFO存储器中存储的数据元素和时间标记，可以根据该FIFO存储器的深度和根据数据传输中的数据传输速率和停顿，在一个可变的、未确定的时间以后进行后处理。

在FIFO存储器中存储的数据元素和时间标记，然后向一个可编程扫描仪/分析仪34输出。

扫描仪/分析仪34在分析到来的数据流的结构的基础上再次检验数据流的每一(有关的)数据元素是否涉及一个发送时间标记。

如果发现一个发送时间标记，那么就比较该发送时间标记与分配给它的接收时间标记。

根据发送时间标记和所属接收时间标记之间的比较结果(考虑了等待时间)，可以输出一个图6中未示出的信号，根据该信号再调整接收机时钟或者根据该信号相应地影响以接收机时钟为基础的信号。

时间标记的比较和比较结果的分析，是在一个与扫描仪/分析仪34连接的后处理单元35中执行的，该后处理单元35可以是独立的或者与扫描仪/分析仪34作为一个单元合并建立。

刚才参考图6叙述的方法是用以确定在接收的数据元素中包含的发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法。

它具有下面的缺点，所用的FIFO存储器必须具有相当大的容量，使得为实现本方法的装置，由于很高的硬件开销相应很贵、笨重和容易产生错误。

因此本发明的任务在于，改进确定在接收的数据元素中包含的发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法，使得以最小的技术开销可实现该确定过程。

该任务根据本发明通过外插或内插法确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法而解决。

因此规定，为每种确定的或者未确定很多数目的存储数据元素，只存储相应于一个单一数据元素的接收时刻的接收机时钟时间，以及确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间，根据存储的(一些)接收机时钟时间，通过外插法或者内插法进行。

因为数据流的数据元素和分配给它们的接收时间标记(只要需要)在数据流分析前要临时存储，这一事实决定不需实时确定。因此使用的硬件部件，不必为为此需要的高处理速度而配置。

此外，因为接收时间标记根据本发明也仅为少数选择的任意数据元素来存储，所以为存储接收时间标记而建立的存储器，可以相对较小配置，这将极大地减少硬件开销。

为减少硬件开销而承受增加的计算开销很小，因此在实际中它不起多大作用。

因此建立确定在接收的数据元素中包含的发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的一种方法，该方法一方面可最灵活地使用，亦即可适应各种极不相同的传输系统，另一方面该方法能够以最小的技术开销实现该种确定过程。

本发明有利的改进方案是从属权利要求的内容。

下面根据实施例参考附图详细说明本发明。附图中：

图1是为实现本发明方法的一个装置的第一实施例的方框图；

图2是为实现本发明方法的一个装置的第二实施例的方框图；

图3是为说明本发明方法各个步骤的时间序列的时间流程图；

图4表示一个公知的装置，该装置用于传输和分析带有发送时间标记的数据元素；

图5表示一个公知的装置，该装置使用一个设备实时地扫描/分析到达的数据元素；

图6表示一个公知的装置，该装置使用一个设备非实时地扫描/分析到达的数据元素。

在图1和图2中示出的实现本发明方法的装置的部件，通过硬件和/或可编程单元(例如使用微计算机或者微控制器)实现，它非实时完全分析到来的数据流的单个数据元素，而是在相应的暂时存储后晚一个可变的未确定的时间才执行。

按照图1，传导数据流的传输线段101分为两个传输线102和103。

第一传输线102把数据流引导到一个数据FIFO存储器104，数据流的数据元素在其中一个接一个存储。

第二传输线103把数据流引导到一个扫描仪105，该扫描仪识别预先规定的可简单识别到达的数据流的数据元素，并在每次识别时输出一个触发信号。

在包含数据包的数据流的场合，扫描仪105例如可以识别各自的数据包的开始(例如根据第一数据元素的一个单意值，根据一个外部触发信号或者根据一个结合包长度非单意值)。

但是对把一个数据包的开始作为“可简单识别的数据元素”使用没有任何限制。这里可以相反地涉及各任意数据元素，但是这些数据元素尤其以适合的时间间隔在数据流中重复出现。

“可简单识别的数据元素”的识别通过扫描仪实时实现。

单纯寻找数据流中规定的数据元素可以简单地实现，并且尽管需要实时执行，但是也可以简单地构造使用的扫描仪；该扫描仪的构造在任何情况下都比构造这类在传统的装置使用的扫描仪/分析仪简单的多。

由扫描仪105在识别一个应识别数据元素时产生的触发信号被导向一个接收时间FIFO存储器106。

接收时间FIFO存储器106，除触发器接口外还有一个第二输入接口，在该接口上输入从接收机时钟107产生的接收时间标记。

然而连接到接收时间FIFO存储器106上的接收时间标记，只在由扫描仪105产生一个触发信号时，才存储在接收时间FIFO存储器中。

并非为每一个在数据FIFO存储器104中存储的数据元素，而是仅为少数几个选出的数据元素在接收时间FIFO存储器106中存储相应的接收时间标记，这一事实决定接收时间FIFO存储器的深度可以减至最小。

在保证足够快地后处理在FIFO存储器中存储的数据时，接收时间FIFO存储器106甚至可以通过一个单个的寄存器构成。

在数据FIFO存储器104中存储的数据元素和在接收时间FIFO存储器106中存储的接收时间标记各自向一个时间重建单元108输出。但是这可以在数据元素和接收时间标记在各自的FIFO存储器中存储后任何时间执行。

时间重建单元108具有一个在图中未示出的扫描器部件，它仿造前述的扫描仪105构造。该扫描器部件因此可以识别在接收时间FIFO存储器105中为之存储了接收时间标记的数据元素。

此外，时间重建单元108还具有一个同样在图中未示出的发送时间标记识别部件，它能够采集在数据元素中的发送时间标记出现和可能的话还采集该发送时间标记的内容。

现在当在数据FIFO存储器104中存储的数据元素持续地向时间重建单元108传输时，在时间重建单元108中由扫描器部件和发送时间标记识别部件检验每一单个数据元素是否在此涉及一个数据元素，为该数据元素在接收时间FIFO存储器106中存储着一个分配的接收时间，或者该数据元素是一个发送时间标记或其一部分。

如果时间重建单元108的扫描器部件采集了一个数据元素，为该数据元素在接收时间FIFO存储器106中存储了一个分配的接收时间的话，那么时间重建单元108从该数据元素开始计数数据元素。

为有关的数据元素存储的接收时间，下面称为参考元素接收时间。时间重建单元的计数值，下面称为参考元素间距。

如果发送时间标记采集部件采集到一个表示发送时间标记或者发送时间标记的开始的数据元素的话，那么当为所涉及的数据元素未存储接收时间标记时，该发送时间标记的接收时刻也可以在后处理单元109中，按照本发明通过外插法或者内插法确定。后处理单元109可以与时间重建单元108分开构造或者与其作为一个单元构造。

发送时间标记的接收时间在这种场合下可以例如从参考元素接收时间、参考元素间距和传输速率求出存储的数据元素以该速率从发送机向接收机传输，(以每秒的数据元素或者数据字测量)，这可以例如按照下式实现：

发送时间标记的接收时间＝

在此的依据是，传输速率至少逐段恒定且已知，或者能够测量。为测量传输速率，例如可以结合相应的参考元素间距，使用在接收时间FIFO存储器中存储的值。

上述计算发送时间标记的接收时间的可能性，仅仅是多种可能中的一种。在使用外插值和内插值方法的条件下可考虑其它不同的计算方法。

通过一个在图1中未示出的存在于后处理单元109和接收机时钟107之间的连接，接收机时钟通过相应的再调整可以与发送机时钟同步。可以提供关于这点的另外可选的方案或者辅助方案，它们相应地影响数据元素的后处理的时间过程。

图2表示另一个相对于图1中示出的装置改型的装置，使用该装置可实现本发明的方法。

图1和图2中示出的装置大多相同，彼此相应的部件用同样的参考符号表示。

图1和图2表示的装置之间的唯一不同在于，图2所示装置只配备一个唯一的FIFO存储器110，然而它既用于存储传输的数据元素，又用于存储特别选择的形式为接收时间标记的接收时刻，因此用它代替图1中的数据FIFO存储器104和接收时间FIFO存储器106。

这一公共FIFO存储器110的深度这样设计，它能够接受总归要缓冲存储的数据元素和偶尔插入的接收时间标记。也就是说，公共FIFO存储器110的深度大致相应于图1中数据FIFO存储器104的深度。

在分析存储器内容时必须注意，接收的数据元素和接收时间标记交错嵌套存储，并且必须与此相应地注意可能改变了的读出序列。

此外图1和图2所示装置的构造的其余部分相同，因此可以省略对其余部件的再次说明。

下面根据图3说明前述步骤精确的时间过程。

按照图3中的“数据流”行，到达的数据流由各单个数据包(数据包A到D)组成。

各包的开始可以由扫描仪105唯一识别。在识别到一个包的开始时，扫描仪105给接收时间FIFO存储器106或者公共FIFO存储器110发送一个触发信号；它表示在图3中的“触发器”行里面。

该触发信号引起，接收机时钟107的形式为接收时间标记的各当前值在相关FIFO存储器中存储。

这在图3中的“接收机时钟”的和“接收时间FIFO存储器”的行中表示。于是在一个分配给数据包A的开始的第一触发脉冲出现时接收机时钟的读数等于“10”，与此相应地值10作为接收时间标记写入到相应的FIFO存储器中。

以相似的方式在数据包B、C和D的开始时，将值40、80和110写入到相应的FIFO存储器中。

单个数据包的数据元素，在数据FIFO存储器104或者同样在公共FIFO存储器110中存储。

在接收和存储这些数据元素后的一个未确定的时间，由接在FIFO存储器后的单元分析它们。

数据包A的分析，在图3所示例子中大约从接收机时钟时间读数43开始(参见图3中的“处理”行)。

这里从相应的FIFO存储器读出所属的包开始接收时间标记t_H，A＝10。由此分析单元知道，数据包A的开始在接收机中的接收机时钟时间读数10的时候到来。

因为数据包A不含为接收机时钟必须参考的信息(发送时间标记)，所以为数据包A的接收时间标记t_H，A＝10被取消。

数据包B的分析，按照在图3中所示例子，大约从接收机时钟时间读数59开始。

通过从相应的FIFO存储器中读出相应的包开始-接收时间标记t_H，B＝40分析单元知道，数据包B的开始在接收机中的接收机时钟时间读数40时到来。

在分析数据包B的进一步的过程中，在例子中大约在接收机时钟时间读数84处识别到具有值T_S，B的一个发送时间标记，它应该相关于所属接收时刻t_M，B设定。

因为为该发送时间标记未存储相应的接收时间标记，所以必须计算t_M，B的值，这一点可如下执行：

在数据包B的开始和发送时间标记T_S，B之间，计数n_B个数据元素(数据字)。根据已知的数据传输速率R(以每秒数据元素或者数据字计)可以用Δt_B＝n_B/R计算在数据包B的包开始-接收时刻(t_{H， B}＝40)和发送时间标记T_S，B的接收(t_M，B)之间的时间。

由此知道发送时间标记T_S，B的接收时刻t_M，B＝t_H，B+Δt_B。

数据流中其它的数据和时间标记可以相应求出。

这一点根据图3很容易理解。为完整起见下面列出图3中使用的符号及其意义。

t_H，A：数据包A的开始的接收时刻

t_H，B：数据包B的开始的接收时刻

t_H，C：数据包C的开始的接收时刻

t_H，D：数据包D的开始的接收时刻

t_M，B：发送时间标记B的接收时刻

t_M，C：发送时间标记C的接收时刻

T_S，B：发送时间标记B

T_S，C：发送时间标记C

n_B：从最后的接收时间标记到发送时间标记B之间接收的数据元素的数目

n_C：从最后的接收时间标记到发送时间标记C之间接收的数据元素的数目

Δt_B：t_H，B和t_M，B之间的时间

Δt_C：t_H，C和t_M，C之间的时间

最后说明两个具体的应用实例(按照MPEG2标准(ISO/IEC13818)的传输流和程序流)中的特殊性。

传输流是一个面向包的数据流。每包包含188个字节。一个包的开始可以以很小的开销在扫描仪中识别，因为先行的线路可以通过一条控制线将包开始信令化。另外可选的方案为扫描仪可以检验每一个字节是否具有值47₁₆，此处识别到包的开始，并且每188个字节为存储当前接收时间标记，向接收时间FIFO存储器发送一个触发信号。

程序流是面向流的。在数据流中编码的数据包具有可变的长度。一个包的开始可以用很小的开销在扫描仪中识别，因为一个包的开始用4个值为0₁₆，0₁₆，1₁₆，BA₁₆的字节标识。这个数据序列是单意的，在有用数据中不被仿真。

无论在传输流还是在程序流中，用于同步接收机时钟(只要存在)的发送时间标记，位于距数据包开始处一个固定数目的元素或者字的位置。

因为在一个实际的系统中一个包中的数据速率是恒定的，以及在发送机(MPEG2编码器)和接收机(MPEG2解码器)之间的同样恒定的等待时间是无关紧要的，所以可以直接使用为数据包的开始而存储的参考时刻作为对已传输的发送时间标记的参考。

如果另外使用这种特殊性的话，还可以得到更加简单和更加可靠的处理方法，用于确定在接收的数据元素中包含的一个发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间。

参考符号表D    数据传输线段E    接收机S    发送机1    发送机时钟2    编码器11   接收机时钟12   解码器21   扫描仪/分析仪22   后处理单元23   接收机时钟31   数据FIFO(先进先出)存储器32   接收时间FIFO存储器33   接收机时钟34   可编程扫描仪/分析仪35   后处理单元101  传输线段102  第一传输线103  第二传输线104  数据FIFO存储器105  扫描仪106  接收时间FIFO存储器107  接收机时钟108  时间重建单元109  后处理单元110  公共FIFO存储器

Claims (19)

1.确定发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间的方法，该发送时间标记包含在接收的数据元素中，所用步骤有：

存储多个依次相继接收的数据元素；

存储一个相应于数据元素接收时刻的接收机时钟时间；

在存储的数据元素中搜索一个发送时间标记；和

根据存储的各接收机时钟时间确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间，其特征在于，

对每个确定数目的或者未确定数目的存储数据元素只存储相应于一个单一数据元素的接收时刻的接收机时钟时间；和

根据存储的各接收机时钟时间，通过外插值或者内插值方法，确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在一个数据流中接收的数据元素以至少分段恒定的数据传输速率传输。

3.根据权利要求1或者2的方法，其特征在于，确定数目或者未确定数目依次相继存储的数据元素，是一个数据包的数据元素，该数据包是包式或流式数据流的数据包。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，相应于一个当时的数据包的开始接收时刻的接收机时钟时间作为接收机时钟时间来存储。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间要考虑一个数据元素的发送时间标记的间距，为该数据元素存储着一个接收机时钟时间。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，通过在存储有一个接收机时钟时间的数据元素后开始的计数，了解在哪个数据元素开始发送时间标记，而确定所述间距。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，实现确定相应于发送时间标记的接收时刻的接收机时钟时间，要考虑数据传输速率。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，一个数据包B的发送时间标记T_S，B的接收时刻t_M，B根据公式

t_M，B＝t_H，B+n_B/R

计算，式中t_H，B为数据包B的开始的接收时刻，n_B为从时刻t_H，B到发送时间标记T_S，B接收的数据元素的数目，R为数据传输速率。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，要存储的数据元素在一个数据FIFO存储器(104)中存储。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，要存储的接收机时钟时间在一个接收时间FIFO存储器(106)中存储。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，使用单一寄存器作为接收时间FIFO存储器(106)。

12.根据权利要求9的方法，其特征在于，数据FIFO存储器(104)和接收时间FIFO存储器(106)作为一个公共FIFO存储器(110)构造。

13.根据权利要求1的方法，其特征在于，要存储的接收机时钟时间各在一个触发信号出现时存储。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述触发信号由一个扫描仪(105)产生，它监视一个预先确定的数据元素的或者一个预先确定的数据元素序列的出现，为该数据元素或者该数据元素序列应该存储一个接收机时钟时间。

15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述触发信号由所述扫描仪(105)替代地产生或在从存储最后的接收机时钟时间起，接收规定数目的数据元素之后另外产生。

16.根据权利要求14的方法，其特征在于，使用扫描仪(105)实时监视一个预先确定的数据元素或者一个预先确定的数据元素序列的出现。

17.根据权利要求1的方法，其特征在于，存储的数据元素和存储的接收机时钟时间在接收后为了分析和/或后处理而输出一个变化的未确定的时间。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于，在一个为分析数据的分析单元(108，109)中仿造一个扫描仪(105)，以便能对每一个数据元素确定是否为其存储一个接收机时钟时间。

19.根据权利要求1、2、5-18中任何一个权利要求的方法，其特征在于，要存储的接收机时钟时间，以接收时间标记的形式存储和后处理。

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