CN1145008A - 易扩传输流编码器 - Google Patents

Abstract

一种传输流编码器，包括多个与组分信号源相连的先进先出缓冲器(12-16)。每个缓冲器有一个用来产生组分信号数据的数据输出端(30)。一个包化器(30)有一个用来接收组分信号的数据输入端并产生一个包流。一个数据总线(20)公共地连接到先进先出缓冲器的数据输出端和包化器的数据输入端。

Description

易扩传输流编码器

本发明涉及一种可使来自大量源的数据组合成一个单包流的传输流编码器，其中源的数目可容易扩展。

在目前的高分辨率电视(HDTV)和卫星广播系统中，其节目包括代表一个移动图象的视频信号，一个或一个以上的音频信号(为了立体声或多语言能力)，和一个或一个以上的数据信号(用于闭路字幕，和/或交互计算机程序码和/或数据)。作为一种具体的例子，由Grand Alliance协会建议的系统包含一个视频信号组分，两个音频信号组分的和四个辅助数据信号组分的的节目。组成了一个连续的数据包流，每个包包含来自其中一个信号组分的数据。用这种方法，七种组分信号被时分多路成一个单包流，再通过传输链路广播出去。

远端站接收并处理包含在包流中的数据以便产生七个组分信号。由视频信号组分代表的图象被显示在显示器屏幕上，而由音频信号组分代表的声音则在扬声器播放出来。辅助数据组分信号由在远端的适当的电路处理。例如，如果其中一个辅助数据组分信号代表闭路字幕信息，则一个代表该闭路字幕图象的视频信号被产生，此图象信号与代表视频信号组分的图象信号相组合而由组合的图象信号代表的图象则被显示在显示器上。

用于组合七个组分信号的装置称为传输流编码器。由国际标准化组织ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，Coding of Moving Pictures andAsociated Audio在1993年九月出版的题为“MPEG-2 SystemsWorking Draft”(ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11/N0531)工作草案示出了一个传输流编码器的方框图。该方框图包括一个先进先出(FIFO)缓冲器和数据选择器用于临时缓冲代表七个数字数据信号组分的数据和产生代表七个信号组分的被选择的一个的数据。将该数据加到一个包化器。一个程序调度器选择哪个信号组分要在下一个保的时隙中利用一个优先程序或一个固定的时隙程序来被执行。为了形成一个包含来自一个选择的信号组分的包，程序调度器调节数据选择器将一个用于被选择的信号组分的先进先出的输出端耦合到包化器，并调节该先进先缓冲器以产生要在该包中要执行的数据。这样得到的包通过传输链路传输出去。

在上述工作草案中示出的传输流编码器的问题是：可以在传输的包流中被组合的信号的数目被限于上面提到的七个。在将来的发展中，可能要求在传输的包流中传输七个以上的信号组分。然而，在工作草案中的系统是难于扩展的。给每个增加的信号组分必需增加一个先进先出缓冲器，数据选择器必需重新设计以包括一个新增的输入端，和用于选择该组分和将该增加的组分的先进先出缓冲器的输出端耦合到包化器的电路必需作类似的扩展。

由此可见需要一种可扩展的用来满足更多信号组分而无需传输流编码器的复杂的再设计的传输流编码器。

根据本发明的原理，一种传输流编码器包括耦合到组分信号源的多个缓冲器(即先进先出缓冲器)每个缓冲器有一个用来产生组分信号数据的数据输出端。一个包化器有一个用来接收组分信号数据的数据输入端并产生一个包流。一个数据总线耦合到先进先出缓冲器的数据输出端和包化器的数据输入端。

本发明的的传输流编码器通过给数据总线连接更多的先进先出缓冲器而易于扩展以容纳大量的组分信号，而无需作任何重大的再设计。

图1是本发明的传输流编码器的方框图；

图2是用于图1的传输流编码器等待先进先出缓冲器的更详细的方框图；和

图3是一个说明保持在用来给组分信号分配包时隙的程序调度器中的一组表格的储存器布局图。

图1是本发明的传输流编码器的方框图。在图1中，示出的的信号线代表信号或多比特数字信号线。其他信号，诸如时钟和控制信号，以及其他部件，诸如时钟发生器和同步器，则为了使图面简明起见而未于示出。虽然未于示出，但是熟悉数字系统设计的人们可以认识到需要什么信号和如何产生以及将他们分配到系统的适当的位置。

在图1中，一个或一个以上的节目源(未示出)，产生N个数字信号组分，分别耦合到相应多个输入端5。程序源可包括诸如MPEG编码器的设计压缩网络。首先，第二和第三信号组分被耦合到输入端2，4和6。第N个信号被耦合到输入端N。在图1中，信号组分代表一个HDTV或卫星电视节目：即分别耦合到输入端2，4和6的第一第二和第三信号组分分别代表视频信号V，音频信号A和闭路字幕信息信号CC。上述节目源，它们的工作原理，和它们产生的视频，音频以及数字数据信号都是众所周知的，因此不细述。

多个输入端5分别耦合到相应多个先进先出缓冲器10数据输入端D1。输入端2，4，6和N被耦合到各自的先进先出缓冲器12，14，和1N的各自数据输入端D1。先进先出缓冲器的数据示出的DO公共地耦合到数据总线20。数据总线20也别耦合到包化器30的数据输入端。包化器30的输出端被耦合到输出端15。输出端15被耦合到用来处理包流和将其广播到远端站传输链路。传输链路及其工作原理已公知而无需详述。传输链路可以包括传输处理网络，诸如编码，频谱整形和调制器网络。

程序调度器控制器50包括一个就绪信号输入端R识别符信号ID和允许信号E输出端。先进先出缓冲器10的各个就绪输出端R被公共地耦合到程序调度器控制器50的就绪输入端R。程序调度器控制器的识别符输出端ID被耦合到先进先出缓冲器的各个识别符输入端ID，而其允许信号输出端E被公共地耦合到先进先出缓冲器10的各个允许输入端E。与就绪信号R，识别符ID和允许信号端相连的信号线组分了一个控制总线22，它与数据总线相连。包化器30的起始信号输出端S被耦合到程序调度器控制器50的起始信号输入端。存储器70被耦合到程序调度器控制器50。

一个可能被连接到诸如一个计算机终端(未示出)的用户输入源被耦合到微处理器(μP)60的一个输入端口。微处理器60有一个耦合到程序调度器控制器的控制输入端C的控制输出端口。在一个实施例中，程序调度器控制器可以公知的方式做成独立的控制器。在本实施例中，程序调度器控制器被直接连接到存储器70和包括只接收来自微处理器60的控制信息并控制信息存储到存储器70和控制向存储器70检索信息的其本身的处理器。在第二个实施例中，程序调度器控制器工作为一个耦合到微处理器60的系统总线(未示出)的I/O适配器。在该实施例中，程序调度器控制器在微处理器60上执行的程序的控制下工作。存储器70被连接到微处理器60的系统总线上，如图1中虚线所示，而微处理器60控制向存储器存储信息和从存储器70检索信息。

在工作中，包化器30产生一个顺序的包流。每个包包含来自其中一个组分信号的数据，或如果在形成包的时候在该组分的先进先出缓冲器中没有足够的数据，则为一个零包。包流被分成为依次的包时隙组，每组有一个预定数的包时隙。程序调度器控制器50的控制那个信号组分被插入到每个包时隙。以下面要详述的方式，程序调度器控制器包含一组可允许的信号组分的清单，每个包时隙一个清单。这一组清单存储在相应的程序调度器控制器50的存储器中。如果程序调度器控制器50工作为一个微处理器60的I/O适配器，则该组清单被存储在微处理器60的RAM(未示出)中，否则，程序调度器控制器50包含其自己的存储器以容纳该组清单。不管它们存储在何处，该组清单的内容以众所周知的方式通过微处理器60由用户的输入端口输入予以保持。

每个先进先出缓冲器10有一个预定的维一的地址或与此相关的标识值，而程序调度器控制器50如上所述，作为可允许信号组分的一部分清单，在其清单中保持每个先进先出缓冲器10的标识值。当填充一个包时隙时，该包时隙的可允许信号组分清单被送来。程序调度器控制器50把一个包含用于第一信号组分的先进先出缓冲器10的预定的维一标识符值置于ID信号线上。该标识符信号被所有的先进先出缓冲器10的ID输入端接收。如果在先进先出缓冲器10的ID输入端接收的标识符信号匹配于本身标识符值，则它在就绪输出端R产生一个就绪信号以表明在先进先出缓冲器中有足够的数据去填充一个包；否则，标识符信号被忽略，而先进先出缓冲器10保持静止状态。

程序调度器控制器50在其就绪输入端R接收就绪信号。如果就绪信号指示：在编址的先进先出缓冲器10中的数据不充分，则访问在可允许信号组分清单中等待下一个项目，将一个相应于该下个项目的预定维一标识符值置于标识符信号线上，并对其就绪信号作一类似的分析。重复该过程直到发现有充足数据的先进先出缓冲器1或在清单中再没有项目为止。

包化器30在其起始输出端S产生一个起始信号以表明一个包时隙的起始时间。如果发现了一个有足够数据来形成一个包的先进先出缓冲器10，那么，当起始信号被程序调度器控制器50接收时，一个允许信号在其允许输出端E被产生。被寻址的先进先出缓冲器10响应此允许信号，而其他的非编址的先进先出缓冲器10将其忽略并保持静止。先进先出缓冲器的数据输出端DO根据允许信号被启动，来自先进先出缓冲器10的数据被送到数据总线20。包化器30接收来自数据总线20的该数据，并产生一个包含该数据的包。当包化器30正在产生该包时，程序调度器控制器50测试多个先进先出缓冲器10以确定下一个包时隙的内容。然而，如果在清单上的先进先出缓冲器10没有一个有足够的数据来充填一个包，则该包时隙产生一个零包。

图2是一个用于图1所示的传输流编码器的先进先出缓冲器10的更详细的方框图。在图2中，信号线代表单个或多比特数字信号。其他的组分和信号，例如，用于同步和/或时钟同步的信号则为简化起见而未于示出。熟悉本技术领域的人们可以认识到需要什么组分和信号和如何设计并将它们与所示出的组分相连接。

在图2中，先进先出缓冲器10数据输入端D1与先进先出缓冲器102的一个输入端1相连。先进先出缓冲器102的输出端O与缓冲器10的数据输出端DO相连。标识符输入端ID与地址比较器104的地址输入端相连。地址比较器104的第一输出端连接到缓冲器/驱动器106的允许输入端，而一个地址比较器104的第二输出端连接到一个二输入与门108的第一输入端。先进先出缓冲器102的全输出端F则被连接到缓冲器/驱动器106的数据输入端。缓冲器/驱动器106的数据输出端连接到缓冲器10的就绪输出端R。缓冲器10的允许输入端E连接到与门108的第二输入端。与门108的输出端被连接到缓冲器102的输出允许输入端。

在工作时，地址比较器104经由控制总线22从程序调度器控制器50(图1)的ID输出端接收标识符信号。这个接收的标识符信号与分配给该先进先出缓冲器10的预定的维一的标识符在地址比较器中以已知的方式进行比较。如果所接收的标识符信号是与该缓冲器10的标识符相同，则在地址比较器104中的第一第二输出端的信号有一个第状态，该状态表明：该先进先出缓冲器10正在被寻址。否则，在地址比较器104的第一第二输出端的信号有一个第二状态，该状态表明：该先进先出缓冲器没有被寻址。熟悉数字系统设计的人们可以认识到：每个先进先出缓冲器10可以预先分配给任何标识符，而不管在数据总线20上的物理或逻辑位置，倘若它们是与分配给其他先进先出缓冲器10的标识符互相不同的话。

缓冲器102在其输入端1接收数据，并以公知的方式内部临时将其存储起来。在全输出端F的信号也以公知的方式指出当前存储在先进先出缓冲器102中的数据量。如果在先进先出缓冲器102中有充足的数据用来给包化器30(图1)组成一个包，那么在全输出端F的信号有一个第一状态，否则，有一个第二状态。当缓冲器10被程序调度器控制器编址时，在缓冲器/驱动器106允许输入端的来自地址比较器104的信号调节缓冲器/驱动器106使来自先进先出缓冲器102的全输出端F的信号送到缓冲器10的就绪输出端R。当缓冲器10未被编址时，在缓冲器/驱动器106的允许输入端的信号调节缓冲器/驱动器106使其输入端置于高组态，基本上使先进先出缓冲器10与控制总线22断开，用这种方式，只有编址的缓冲器10才将一个信号置于控制总线22的就绪线R上。

当缓冲器102被其允许输入端E上的适当的信号启动时，它在其数据输出端O产生当前内部存储的数据。当缓冲器10被编址时，从地址比较器104到与门108的第一输入端的信号为逻辑“1”信号。这样调节了与门108使其第二输入端的信号从缓冲器10的允许输入端E通到到其输出端，并于是到达缓冲器102的允许输入端E。当先进先出缓冲器10不被编址时，来自编址比较器104的信号为逻辑“0”信号。这使与门108在其输出端产生了逻辑“0”信号，从而使得缓冲器102的输出端O禁止。以这种方式，当被程序调度器控制器50启动时，只有编址的缓冲器10才在其数据输出端DO产生数据。

用程序调度器控制器来选择哪个分量信号被插入到下一个包的技术混合了优先权方案与固定时隙方案。图3是一个表示上述保持在用来把代表组分信号的数据分配到保时隙的程序调度器控制器50中的一组表格的存储器布局图。在图3中，由包化器30(图1)所产生的一部分包流110表示在图的顶端，在所示的部分的包流110中的每个包流用一个矩形表示之。包流110被划分为一些组，每个组包含包时隙的一个固定的预定号M：时隙1，时隙2，时隙3至时隙M。该组包时隙在包流110中连续重复。即，紧接所示时隙M的包是下一个组的时隙1。

服务表格130包含被广播系统广播的的每个组分信号的一个项目。每个项目包含一个组分信号的描述和一个标识符ID。在所示的服务表130中，第一项目VIDEO1代表第一节目的视频组分，它有一个标识符1。第二项目AUDIO代表第一节目的音频组分和有一个标识符2，而第三项目CLOSED CAPTION1代表第一节目的闭路字幕信息和有一个标识符3。类似地，在服务表格130中的第四、五和六项目(VIDEL2，AUDIO2，CLOSEDCAPEION2)分别代表了第二节目的视频，音频和闭路字幕信息。最后，提供由广播系统本身产生的组分信号的项目。例如，具有标识符N-1的项目代表了一个载有一个节目时钟基准信号和密钥的信号组分；和具有标识符N的项目代表了一个载有各种系统表格(即服务表格)的信号组分。

再参阅图1和图2，在所示的实施例中，在服务表格130的每个项目中的标识符涉及到载有相应组分信号的先进先出缓冲器10的预分配的标识符。于是，具有标识符1(VIDEO1)项目涉及到连接到最高先进先出缓冲器12的视频信号组分V，在所示的实施例中，它有一个预先分配的标识“1”；具有标识符2(AUDIO)的项目是指连接到先进先出缓冲器14的音频信号组分A，该缓冲器14有一个预先分配的标识符“2”；和具有标识符3(CLOSED CAPTIN1)的项目是指连接到有预先分配的标识符“3”的先进先出缓冲器16的闭路字幕信号组分CC。具有标识符4，5和6的项目是指来自第二节目源(未示出)的类似的视频，音频和闭路字幕信号组分。

在包流110中的每个包时隙有一个与其相应的优先权清单。这在图3中用多个优先权清单120表示之，每个相应于一个对应的时隙，而紧接的是相应顶端包时隙，用指在各个优先权清单和其相应顶端包时隙之间的箭头指示了优先权清单与包时隙的关联。这就是说，优先权清单1122相应于包时隙1，优先权清单2124相应于包时隙2，3126相应于时隙3，和M129相应于包时隙M。每个优先权清单包含多个项目，每个项目用一个矩形表示。每个项目的内容是一个代表与包含在服务表格130中一样的组分信号的标识符(D)。

例如，在优先权清单1122中的第一项目ID1包含代表来自第一节目源的视频信号组分V的标识符“1”。这个在图3中是用在优先权清单1122中的第一项目ID1和在服务表格130中的第一项目VIDEO1之间的箭头表示的。在优先权清单1122中的第二项目ID2包含一个代表第二节目源(未示出)的视频信号组分(未在图1中示出)的标识符“4”。在图3中用在优先权清单1122中的第二项目ID2和在服务表格130中的第四项目VIDEO之间的箭头对此作了表示。另外，在优先权清单1122中的第四项目(ID3。。。)，例如，类似地包含了用于所有其他广播的信号组分的标识符。

类似地，优先权清单2124，例如，包含了标识所有音频组分信号的项目。也就是说，在优先权清单2124中的第一项目ID1代表了来自第一节目源的音频信号组分A和有一个值2(用从优先权清单2124的ID1至服务表格130中的第二项目AUDIO的箭头表示)；第二项目ID2代表来自第二节目源的音频信号组分和有一个值5(用优先权清单2124的ID2至服务表格130的第二项目AUDIO2箭头表示)；如此等等。优先权清单3可以，例如，包含标识类似于优先权清单1的视频组分信号的项目-可能在优先权清单中具有不同位置的视频信号组分。下一个优先权清单(未示出)可能，例如，包括标识所有闭路字幕组分信号的项目，接着是另一个视频信号组分优先权清单，等等。最后的优先权清单M可以，例如，包含标识PCR和密钥组分信号N-1和表格信号组分的项目。

在组中的包时隙数和分配组分信号给每个包时隙的相应的优先权清单的问题是通过考虑每个组分信号的各自的数据速率而定的。也就是说，具有较高数据速率组分信号(即2视频信号组分)将被分配给一个以上的优先权清单，于是分配到在该组中的一个以上的包时隙。熟悉本技术领域的人们可以知道任何给优先权清单分配组分信号以最佳化系统的数据通过量，而同时使在包流中插入零包的可能性最小。

在工作中，当包时隙一出现，程序调度器控制器50(图1)给该包时隙送出优先权清单。程序调度器控制器50从该优先权清单中的第一项目中提取标识符并把代表该标识符的标识信号置到控制总线22的ID信号线上。

编址的先进先出缓冲器10则以将来自先进先出缓冲器102(图2)的全输出端F的信号放置到控制总线22的就绪信号线作出响应。如果就绪信号表明：编址的先进先出缓冲器10有足够的数据去组成一个包，那么程序调度器控制器50等待一个来自包化器30的起始信号，并当起始信号收到之后，在控制总线22的允许信号线上产生一个允许信号。如上所述，根据该允许信号，编址的先进先出缓冲器10产生该包时隙的数据，该数据通过数据总线20被传输到包化器30。

如果，另一方面，该就绪信号表明：编址的先进先出缓冲器10并没有足够的数据去组成一个包，那么，程序调度器控制器50从在优先权清单120中的下一个项目中提取该包时隙的标识符并把一个代表该标识符的信号置于控制总线22的ID信号线上，再等待来自最近编址的缓冲器10的就绪信号。

这个过程继续到接收到一个就绪信号从而表明：先进先出缓冲器10中其中一个有足够的数据去组成一个包，或在优先权清单中的最后项目被处理时为止，在这种情形下，在包时隙中放置一个零包。然后，接着对下一个的包时隙的优先权清单进行同样的步骤。

使用数据总线来将输入先进先出缓冲器连接到包化器的传输流编码器为容易在编码器加入更多的先进先出缓冲器提供了必需的灵活性。一个新的先进先出缓冲器被连接到控制和数据总线并被分配一个不同于已在总线上等待先进先出缓冲器的标识符。此外，本发明的传输流编码器容易使大量的先进先出缓冲器连接到包化器中和于是使大量组分信号通过传输链路传输。

把组分信号分配给包时隙的混合方式提供了极大的灵活性。这样一来，使广播设备可方便地给每个组分信号提供它所需的通过量，而同时使传输的零包的数目最小。

Claims (13)

1.一种传输流编码器，其特征在于：

多个连接到组分信号的各自源的缓冲器(12-16)，每个具有一个用来传输组分信号数据的数据输出端；

一个包化器(30)，它具有一个用来接收组分信号数据的数据输入端，用来产生一个包流；以及

一个数据总线(20)，它被公共地连接到多个缓冲器的各自数据输出端和包化器的数据输入端，用来将来自所述缓冲器的输出数据传送到所述包化器。

2.如权利要求1所述的编码器，其特征在于：

一个程序调度器控制器(50)，它连接到多个缓冲器，用来选择其中一个缓冲器以便将其数据输出端上的组分信号数据供应到包化器以产生一个包。

3.如权利要求2所述的编码器，其特征在于：

所述缓冲器是先进先出缓冲器；

每个缓冲器有一个用来产生一个全信号的输出端，该信号指示是否其中一个先进先出缓冲器包含足够的数据来产生一个包；和

程序调度器控制器选择其中一个缓冲器以根据来自多个缓冲器的各自的全信号在其数据输出端产生组分信号。

4.如权利要求3所述的编码器，其特征在于：

多个缓冲器中的每个缓冲器用一个预定的维一值标识，并有一个用来接收一个标识符信号的标识符输入端，以及响应于一个用来产生全信号的具有预定维一值的标识信号；和

程序调度器控制器有一个连接到多个缓冲器的各自标识符输入端的标识符输出端并产生一个具有所选择的缓冲器的预定维一值的标识符信号。

5.如权利要求2所述的编码器，其特征在于：

包化器有一个输出端，用来产生以便指示包时隙的开始的起始信号；

多个缓冲器的每个有一个用来接收允许信号的输入端，该允许信号调节缓冲器以在其数据输出端产生组分信号数据；和

程序调度器控制器响应于起始信号用来产生一个被选择的缓冲器的允许信号。

6.如权利要求5所述的编码器，其特征在于：

多个缓冲器的每个用一个预定维一值标识，它有一个用来接收一个标识符信号的输入端，和响应于具有预定维一值的标识符信号和允许信号，用来在其数据输出端产生组分信号；和

程序调度器控制器有一个标识符信号输出端，该输出端连接到多个缓冲器的各自的标识符信号的输入端，并产生一个具有被选择的缓冲器的预定维一值的标识符信号。

7.如权利要求5所述的编码器，其特征在于：

多个缓冲器的每个具有一个用来产生一个全信号的输出端，该全信号指示是否其中一个缓冲器包含足够的数据来产生一个包；和

程序调度器控制器选择多个缓冲器中的其中一个以便在其数据输出端根据来自多个缓冲器的各自的全信号产生组信号数据。

8.如权利要求7所述的编码器，其特征在于：

每个缓冲器用一个预定的维一值标识，它有一个用来接收标识符信号的标识符输入端，它响应于一个具有预定维一值的标识符信号用来产生全信号，以及响应于具有预定维一值的标识符信号和允许信号以用来在其数据输出端产生组分信号数据；和

程序调度器控制器有一个标识符输出端，该输出端与多个缓冲器的各自的标识符输入端相连并产生一个具有所选择的缓冲器值的标识符信号。

9.如权利要求2所述的编码器，其特征在于：

一个用户信息源(25)，它连接到程序调度器控制器，用户信息用来控制程序调度器控制器的工作以选择多个缓冲器中其中一个将组分信号数据加到包化器中。

10.如权利要求9所述的编码器，其特征在于：

用户信息源包括一个微处理器(60)。

11.如权利要求10所述的编码器，其特征在于：

程序调度器控制器独立于微处理器工作并被直接连接到存储器。

12.如权利要求10所述的编码器，其特征在于：

程序调度器控制器由一个系统总线连接到微处理器，并工作为一个在微处理器控制下的I/O适配器；和存储器通过系统总线连接到微处理器。

13.如权利要求9所述的编码器，其特征在于：

一个用来存储代表用户信息的数据的存储器；其中：

程序调度器控制器当选择多个缓冲器的其中一个供应信号给包化器时，它选择先前存储的用户信息的代表性数据。

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