CN1235406C - 在数字视频解码器中提供无缝流交换的系统和数据格式 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理分组化视频数据的系统和方法。接收表示具有第一显示分辨率的第一视频节目的编码数据，以及接收表示具有低于所述第一显示分辨率的第二显示分辨率的第二视频节目的编码数据。生成用信号表示的从所述第一显示分辨率转换到所述第二显示分辨率的传输标识信息，并将所述第一视频节目编码数据和所述第二视频节目编码数据以及所述标识信息插入到分组化数据中。提供所述分组化数据以便输出到传输信道中。

Description

在数字视频解码器中提供无缝流交换的系统和数据格式
发明背景
发明领域
本发明涉及视频处理系统，具体地说，涉及用于对具有不同分辨率的第一和第二视频流编码以及在解码期间从一个流无缝转换到另一个流的装置和方法。
相关技术说明
数据信号经常要由各种计算机处理技术如数据压缩或者编码以及数据解压缩或解码技术加以处理。数据信号可能是例如，视频信号。视频信号通常表示运动视频序列的视频图像。在视频信号处理中，视频信号通过按照规定的编码标准对视频信号进行编码进行数字压缩，以形成数字编码比特流。编码视频信号比特流(视频流或数据流)可经解码，以提供对应于的原始视频信号的解码视频信号。
术语“帧”通常用于表示视频序列单元。一帧包含若干视频信号空间信息行。帧可能由视频数据的一场或多场构成。因此，编码比特流的各段表示指定的帧或者场。编码比特流可以加以存储以便由视频解码器以后进行检索，和/或通过传输信道或者系统如综合业务数字网(ISDN)和公用交换电话网(PSTN)电话连接、电缆、以及直接卫星系统(DSS)传送给远程视频信号解码系统。
视频信号常常经过编码、传输和解码，以便用于电视(TV)类型的系统中。许多公用TV系统，例如在北美的公用TV系统根据NTSC(国家电视制式委员会)标准工作，它们以(30*1000/1001)29.97帧每秒(fps)的速率工作。NTSC的空间分辨率有时称为SDTV或者SD(标准清晰度TV)。NTSC最初采用30fps，即AC电源系统频率60赫兹的一半。该工作频率后来更换为29.97fps，以便使其与电源“不同相”，从而减少谐波失真。也利用其它系统如PAL(逐行倒相制式)，例如在欧洲。
在NTSC系统中，各数据帧通常由偶场与奇场交替或交织而成。各场由图像或者帧的交替水平行的像素构成。相应地，NTSC摄像机每秒输出29.97×2＝59.94场模拟视频信号，其中包括29.97个偶场与29.97个奇场交织，以提供29.97fps速率的视频。
数字视频处理采用了各种视频压缩标准，为指定的视频编码标准规定编码比特流。这些标准包括国际标准化组织/国际电工技术委员会(ISO/IEC)11172运动图像专家组-1国际标准(“数字存储媒体所用的运动图像和相关音频编码“)(MPEG-1)和ISO/IEC 13818国际标准(“运动图像和相关音频信息的通用编码”)(MPEG-2)。另一种视频编码标准是由国际电信联盟(ITU)开发的H.261(Px64)。在MPEG中，术语“图像”指比特流数据可以要么表示数据帧(即，奇偶场)，要么表示单个数据场。因此，将MPEG编码技术用于对来自视频数据场或帧“图像”进行MPEG编码。
于1994年春被采纳的MPEG-2是对MPEG-1的兼容扩展，它基于MPEG-1并支持隔行视频格式和若干其它高级特征，包括支持HDTV(高清晰度TV)的特征。设计MPEG-2部分是为了配合NTSC类型的广播TV采样率(每秒29.97帧，每帧480行，每行720个采样)使用。在MPEG-2采用的交织中，一帧被分裂成两场，即顶场和底场。这些场之一在一个场周期结束之后开始另外一个场周期。各视频场单独传送的图像的像素子集。MPEG-2是视频编码标准，可用于例如广播按照此标准来编码的视频。MPEG标准可以支持隔行帧速率和格式。
MPEG传输比特流或者数据流通常包含与一个或多个音频流和其它数据如定时信息多路复用的一个或多个视频流。在MPEG-2中，描述特定视频序列的编码数据用几个嵌套的层来表示：即序列层、GOP(图像组)层、图像层、图片层和宏块层。
为了协助传送此信息，将表示多个视频序列的数字数据流划分成若干较小的单元并且将这些单元中的每一个封装成相应的分组化基本流(PES)分组。也就是说，传输流可能包含具有独立时基的、复用在一起的一个节目或多个节目。为了进行传输，将各PES分组依次划分成多个长度固定的传输分组，其中，各个节目可能由具有公共时基的一个或多个PES构成。各传输分组包含仅涉及一个PES分组的数据。基本流由压缩视频或者音频源资料构成。将PES分组插入传输流分组，其中每个分组承载一个且仅一个基本流的数据。传输分组还包括首部(header)，首部包含用于对传输分组解码的控制信息。
因此，MPEG流的基本单元是分组，分组包括分组首部和分组数据。各分组可表示例如数据场。分组首部包括流标识码，并可能包括一个或多个时间标记。例如，各数据分组的长度可以超过100字节，其中前两个8-比特字节包含分组标识符(PID)场。传输分组首部中的PDI唯一标识分组中承载的基本流。在例如DSS应用中，PID可能是例如SCID(业务信道ID)和各种标志。SCID通常是唯一的12-位编号，它唯一地标识数据分组所属的特定数据流。
除了承载节目信息，传输分组还承载业务信息和定时基准。MPEG标准规定的业务信息通称为节目专用信息(PSI)，此信息编排成四个表，其中各表携带其自身标记，即PID值。
传输流最终必须由位于接收端的综合接收解码器(IRD)去复用。因此，它必须承载同步信息，以允许对压缩音频和视频信息进行解码，以及在适当的时间显示。编码器上的时钟生成此信息。如果传输流中存在多个节目，且其中每个均具有各自的时基，则对各个节目使用各自的时钟。这些时钟用于创建时间标记，用于向解码器提供定时基准，以便对音频和视频进行正确的解码并显示，而且，还创建时间标记来指示时钟本身在采样间隔处的瞬时值。
指示何时从解码器缓冲区中提取信息并对其进行解码的时间标记称为解码时间标记(DTS)。那些指示何时向查看者再现解码图像及其伴音的时间标记称为显示时间标记(PTS)。音频和视频有各自的PTS，它们被设计来在两者之间传送精确的相对定时。另一组时间标记指示节目时钟值。这些时间标记称为节目时钟基准(PCR)。解码器利用这些PCR来重建编码器生成的节目时钟频率。
在DSS MPEG系统中，当采用DSS传输时通过DSS分组传输MPEG-2编码视频比特流。DSS系统允许用户用DSS接收器直接接收卫星广播的TV频道。DSS接收器通常包括小型18-英寸圆盘式卫星电视天线，该天线通过电缆连接到MPEG IRD单元。圆盘式卫星电视天线对准卫星，而IRD以类似于常规有线电视解码器的方式连接到用户的电视机。或者，IRD可从本地台接收信号。这些信号可包括本地节目和本地台通过卫星从全国网络接收的全国节目的转播。
在MPEG IRD中，前端电路接收来自卫星的信号并将其转换为原始数字数据流，该数据流又馈给视频/音频解码电路，此解码电路执行传输提取和解压缩。具体地说，IRD的传输解码器对传输分组进行解码，以重新装配PES分组。接着依次对PES分组进行解码以重新装配表示图像的MPEG-2比特流。对于MPEG-2视频，IRD包括用于对接收的压缩视频进行解压缩的MPEG-2解码器。指定的传输数据流可能同时传送多个图像序列，例如交织形式的传输分组。
在典型的北美电视网中，指定电视网的网络台通常传送由卫星馈送的HD。此信号直接由用户IRD接收而不是由本地附属机构的本地台来接收，以便更有效地利用传输带宽。本地台通常还接收网络视频馈送信号，这些网络视频信号提供同步和其它信号如在本地台的地理区域向IRD广播本地节目或商业节目的许可。本地馈送信号通常从本地台上行传送到卫星，然后卫星同时传送网络HD馈送信号和本地节目。这些可能或者有可能不采用相同的转发器(即在相同传输“信道”上)进行传输。
如果HD流和SD流均由IRD(要么在相同信道要么在不同信道中)接收，并且如果用户的IRD只是在各比特流之间进行切换以便对本地商业节目进行解码，则会引入不希望的非自然信号(artifact)。例如，在切换到新节目以及获取新数据所需的时间内，IRD可能需要显示黑屏或者再三重复最后解码的图像直到获得新的节目数据。
一种避免这种非自然信号的备选方法可能是，通过在获得允许时首先对HD比特流解码然后再插入本地商业节目，从而将本地内容插入到视频域中，并重新进行编码。但是，这增加了本地台的系统成本，因为需要硬件来对HD信号进行解码和重新进行编码。另一种方法可能是在比特流域中插入对应本地商业节目的另一个比特流，以替代原来的HD馈送信号。这称为比特流拼接。但是，这种方法也额外增加了整个系统的成本。
发明概述
本发明的思想是将两个具有不同分辨率的视频流应用于可从一种视频分辨率切换到另一种视频分辨率的数字视频解码器。通过将来自各流的视频数据存储到缓冲区中，该数字视频解码器可以在各视频流之间进行无缝切换，条件是缓冲区可保存并输出视频数据以匹配切换视频流所需的时间。
附图简述
图1显示了根据本发明的实施例的数字视频广播系统；
图2说明三个不同解码器所对应的平均缓冲区占用率随时间的变化；以及
图3说明图1所示系统的HD编码器和解码器缓冲区用于取得本发明的无缝流切换的HD流的VBV延迟变化。
最佳实施例的详细说明
本发明提供一种在数字视频解码器中进行无缝流切换的方法和系统。在本说明书中，“流切换”指给定的IRD从一个数字数据(例如视频)流切换到另一个数字数据流，无论这两个数据流是否在相同信道中传输。
在最佳实施例中，具有第一分辨率的第一视频流(例如HD)由本地台在与具有第二分辨率的第二视频流(例如SD)相同的信道上传输(也可采用不同的信道)。第一个流包含主节目，例如接收自以本地台为附属机构的全国电视广播网的主TV馈送信号。第二个流包含本地内容，例如本地TV新闻节目或本地商业节目。
在这种实施例中，本地台接收HD流并生成本地SD流。最好在相同信道上通过合适的发送器如卫星或无线电天线塔发送。如下详述，对这两个流、HD和SD编码器以及IRD进行配置，以便IRD可以无缝从HD切换到SD流，或者从SD流切换回HD流。流之间的切换是无缝的，因为切换切换时没有明显的非自然视频信号，如黑帧(black frame)、视频冻结或反复等。
因此，本发明提供了一种IRD，它可以在特定的时间从一个视频流如MPEG视频流无缝地切换到另一个流。在此实施例中，一接收到特定的信号，IRD就自动地调谐到另一个节目，该节目的特性参数(调谐频率、PID等等)之前就已经传送给IRD。与此同时，IRD继续对已经存储在其缓冲区中的之前视频节目的数据进行解码。如果缓冲区中的数据足够包括切换到新节目和获取新数据所需的全部时间，则转换是无缝的，并且无需显示黑帧或者再三重复最后解码的图像以掩饰没有有效的数据。为了实现本发明的无缝信道切换，两个视频流是彼此同步的。而且编码器和解码器(IRD)都完全知道拼接点的时间位置。下面将对允许进行这种无缝转换的约束作更详细的说明。
参照图1，它显示了一种根据本发明实施例的数字视频广播系统100。系统100包括包含HD编码器111的网络台110。HD编码器111生成包括多个包含网络的主馈送信号的HD视频流的HD馈送信号114。将此HD馈送信号114传输到卫星115，以便再传输给用户IRD。通常还将网络台110上生成的HD网络馈送信号116传输到网络的本地附属机构的本地台，例如本地台120。
本地台120包括用于将本地内容编码成SD视频流的SD编码器121。发送器122向卫星115发送(上行发送)包括多个本地SD流的本地SD馈送信号123，以便再传送给与本地台120相关的给定本地区域中的IRD，例如IRD 130。来自HD馈送信号114的HD流136和来自本地SD馈送信号123的SD流137由给定用户的IRD 130从卫星115接收。如果卫星采用相同的转发器来传输这些数据流，则它们在相同的信道中。IRD 130所执行的从HD流136到SD流137的切换将因此涉及切换流而非信道。但是，如果卫星115采用不同的转发器来传送这些流，则流切换还包括切换信道。
因此，例如，IRD 130接收的HD流136可能是全国广播的HDTV馈送信号的一部分，以便避免不得不复制信号并生成本地馈送信号，这会占用太多可用带宽。SD流137表示本地节目，例如商业节目、本地新闻以及其它本地节目。为了将SD流137中所承载的本地节目在指定的时间“插入”到HD节目中，通过合适的流切换信号命令当前正对HD节目解码的IRD切换到SD流137。与此同时，如果实际采用了视频或比特流拼接，则SD流137将显示应该已插入HD流136中的本地节目。如果使HD流136和SD流137正确地同步并且转换是无缝的，则用户将什么也注意不到。本地节目结束时，IRD切换回HD流136，一直到下一个拼接点。
因为实际切换花费相当多的时间并且IRD解码器缓冲区的大小有限，故必须考虑时间约束。本发明在两个流之间维持正确的同步并在流之间进行切换时避免时钟不连续。不像其它类型的解码方式，例如不像DVD的解码方式，在如系统100所示的广播系统中，IRD解码器不能对传输比特率作任何控制。因此，当对流进行切换时，无法以“突发模式”读取数据，因此缓冲区132可能变空。而且，因为数据一直在广播(“推送”)，所以解码器131不能随意停止缓冲输入数据，换句话说，缓冲区132将会溢出。
现在来参照图2，其中所示的各图说明三个不同解码器210、220、230的平均缓冲区占用率随时间的变化。第一图显示对应于一直保持调谐到HD节目的HD解码器210的第一解码器210的缓冲区占用率随时间的变化。HD编码器(例如111)维持HD解码器210缓冲区占用率的精确模型并且按比特率控制方案作出的所有决定均基于该模型。第二解码器220对应于一直保持调谐到SD节目的SD解码器220类似于HD编码器，SD编码器121维持SD解码器220缓冲区占用率的精确模型。第三解码器230对应于HD解码器230，它在检测到第一拼接点时切换到SD流，然后在检测到第二拼接点时切换回最初的HD流。HD解码器230表示解码器131的操作和状态。
为了说明本发明的方案所涉及的不同的机制，考虑由IRD 130在HD视频流136和SD视频流137之间进行的切换示例。视频流切换还适用于在两个SD流之间或两个HD流之间进行切换，或者更一般地，适用于在两个不同的数据流之间进行切换，其中，对解码器缓冲区大小以及切换之前所缓存的数据可以抵消的最大延迟作适当的改变。
本质上，在解码器侧进行的两个流之间的切换等效于直接在解码器缓冲区132中对两个流进行拼接。必须采取若干步骤来确保正确操作并不会引起任何缓冲区问题(溢出或下溢)。的确，HD编码器111和SD编码器121均没有能力监测实际进行流切换的HD解码器131中的缓冲区132水平。这两个编码器均假定在一对流切换(HD至SD和SD至HD)之后，解码器缓冲区水平正好与HD解码器210缓冲区模型的缓冲区水平相匹配。换言之，在各切换系列之后和之前，HD解码器(例如解码器131)的缓冲区水平均应该与HD编码器111所维持的HD解码器模型210的缓冲区水平相匹配，无论它们是否进行了切换。
为此，有必要在HD流136和SD流137之间保持完全同步。它们必须具有相同的基准时钟和PTS。对于相同的PTS，HD流136和SD流137中的拼接点应该在同一时间出现。理想情况下，甚至这两个流的GOP结构都应该相同，其它流中的图像及其等效物(在定时方面)必须精确地属于相同的类型(I、P、B、帧或场结构、顶场在先或底场在先、第二或第三场帧)。但是，此GOP结构同步难于实现。因此，在实施例中，不要求GOP结构相同，但要求在各拼接点之后立即启动闭合GOP。下面对此条件作充分说明。
在图2所示的示例中，假定第一拼接点出现在t0时刻，第二拼接点出现在t1时刻。如果我们假定两个流已正确地同步，则如果如下条件得到满足，就可取得无缝转换：
               tohd≥ts+tosd
               tlsd≥ts+tlhd
其中：
ts：HD解码器131切换并开始搜索新的序列首部所需的时间；
tohd：在发生第一切换时缓冲区132中HD数据所抵消的时间段；
tosd：在第一切换(SD VBV(视频缓冲校验器)延迟)之后填满解码器缓冲区132所需的获取时间；
tlsd：在发生第二次切换时缓冲区132中SD数据所抵消的时间段；以及
tlhd：在第二次切换(HD VBV(视频缓冲校验器)延迟)之后填满解码器缓冲区132所需的获取时间；
ts的典型值大约是0.3秒。此值包括调谐时间(如果新节目在不同的频率上传输)和获取并处理新的解扰密匙所需的时间(如果采用条件接入)。获取时间(VBV延迟)取决于解码器缓冲区132的大小以及编码比特率。编码器控制解码器中缓冲区占用率并因此将获取时间设定为指定值。如果编码比特率是固定的，则多数时间平均获取时间在整个序列中保持相同。但是，编码器可能在特定情况如场景剪辑(scene cut)或渐变(fade)时临时修改该平均值，以允许更好地处理编码困难。
适用的编码器要正好在两个流之间进行切换之前确定存储在缓冲区132中的数据量。所缓冲的数据可以抵消的最大时间段随最大解码器缓冲区大小和编码比特率变化。MPEG-2规范规定最大VBV缓冲区大小对SD流而言是1.835008兆比特，而对HD流而言为7.340032兆比特。例如，在切换时间为0.3秒和最小获取时间为0.1秒的情况下，如果在切换发生时(0.3+0.1+弥补两个流之间同步不精确的裕量)在缓冲区中有大约0.5秒的视频，则在理论上有可能取得无缝转换。既然解码器缓冲区132的大小有最大极限，故可用于实现无缝转换的最大编码比特率存在极限。此极限对SD流大约为3.5兆比特/秒，对HD流而言大约为14兆比特/秒。提高最大比特率极限的唯一途径是要么采用更大的解码器缓冲区(但这些解码器缓冲区将不再与MPEG-2兼容)或者减少由缓冲数据所抵消的时间(实际上就是减少ts)。
在本发明中，编码器111和121被配置为执行两种不同的任务。它们首先必须在各拼接点之前将解码器缓冲区占用率设定为特定值，这需要修改比特率控制机制。它们还必须正好在拼接点之后启动闭合GOP，而无论拼接点在正在进行的GOP中的位置在哪里。这些任务将在如下两段中加以详细说明。
当从HD流136切换到SD流137时，HD编码器111必须填满解码器缓冲区132以使tohd最大。与此同时，SD编码器121必须清空SD解码器220的假设的解码器缓冲区以尽可能地减少获取时间tosd。当从SD切换回到HD时，情况正好相反。在这种情况下，SD编码器121填满解码器缓冲区132以使tlsd最大，而HD编码器111清空HD解码器210的假设的解码器缓冲区以减少tlhd。图3说明HD流的VBV延迟变化。本专业的技术人员会理解，对应SD流的变化可通过使图3中的图320、330颠倒而获得。
图310、320、330中所示的端到端延迟对应于任何数据通过编码器和解码器缓冲区所需的总的时间。该延迟是恒定的并可以表示为一定数量的编码帧。VBV延迟是解码器缓冲区132中指定帧所花费的时间。VBV延迟不一定是恒定的，其变化取决于目标编码比特率Rin和传输比特率Rout。例如，在图310中，Rin和Rout是恒定的，表示视频流未经拼接而进行广播且VBV延迟保存恒定时的平均缓冲区水平。每当Rin和Rout具有不同的值时，VBV延迟就作相应的修改。在图320中，正好在将一个视频流拼接为另一个视频流之前，Rin变得比Rout小，使得VBV延迟增加(更多的帧出现在HD解码器缓冲区中)。在图330中，正好在进行第二视频流拼接之前，Rin变得比Rout大，使得VBV延迟下降(更少的帧出现在HD解码器缓冲区中)
两个编码器均不能控制Rout，Rout是由多路复用器来进行分配的。然而，编码器可以这样调整Rin，使得在各拼接点之前达到目标VBV延迟。必须提前若干GOP就知道拼接点，以允许VBV值的平滑转换。迅速转换只能通过突然修改编码比特率而取得，这可能导致图像质量的显著变化。一旦达到目标VBV延迟，则编码器就将编码比特率值设回Rout。在统计复用配置中，如果编码器可以直接向多路复用器请求指定的比特率，则可以对Rout而非Rin加以调整。
假定这两个编码器均精确地知道每个拼接点的出现并且每个拼接点均对应于第一流(本示例中的HD流136)中GOP的末尾。如果我们假定HD编码器111控制拼接点的插入，则这后一约束可以容易地得到满足。假定两个流是同步的，即，它们共享相同的基准时钟并且采用相同的PTS/DTS值。如果当前采用删除模式(detelecine mode)并因此授权丢弃重复的场，则要在两个流之间维持完美的PTS/DTS同步将变得更为困难。因为提前若干GOP就完全知道发生拼接的精确的PTS/DTS值，故如果即将到来的帧(顶场在先)中没有一个帧与该给定的PTS/DTS正确相关，则SD编码器121可以人工地重复某些场，一直到最后有一个帧与给定的PTS/DTS正确相关。
或者，IRD本身可以在拼接点处理PTS/DTS不连续，跳过或者重复几场以便弥补两个流之间的PTS/DTS差异。一般而言，既然希望无缝转换，故跳过若干场比重复若干场更可取。然而，在开始显示第二个流的图像之前重复第一个流的若干场，应该不会是可见的，因此仍然可以视为无缝的。
如上所述，即使两个流之间存在完美的同步，(就基准时钟和PTS/DTS而言)，也几乎不可能保证两个流会表现出相同的GOP结构。换言之，即使拼接点出现在第一个流的GOP的末尾，这并意味着该拼接点之后的第一图像就是第二个流的新GOP的第一帧。不过，如果我们希望避免PTS/DTS不连续，则这是强制的。完全独立于前一个GOP的新GOP(闭合GOP)，必须在拼接点之后立即开始。编码器111、121因此必须不用复位就能够在线(on the fly)修改当前的编码结构。这本质上意味着能够在相同序列中拥有不同长度的GOP和不同长度的P周期。对于多数编码器，修改GOP的长度应该不是问题，但是在线修改B图像的数量或许是不可能的。这可能是因为编码器管道初始化或者运动估计芯片的工作方式。如果的确如此，则可能在拼接点和新GOP的第一帧之间存在长达P周期的延迟。同样，对此问题的唯一解决方法是在IRD 130中实现重复场的机制，以便弥补丢失的场。或者，可以在新的拼接点之前开始新的GOP，同时跳过IRD中第一个流中重叠的场。这种机制允许放松两个流之间的同步约束，而同时保持无缝转换。
可以如下所述对标准IRD加以修改以便实现IRD 130，从而实现本发明的无缝流转换。
首先，IRD 130在检测到拼接点时必须自动地切换到另一流，而继续对缓冲区132中已有的数据进行解码。在一个实施例中，如下传送ATSC(高级电视系统委员会)视频流的拼接信息：MPEG-2传输流的适配字段含有1位“splicing_point_flag(拼接点标志)”。当设为1时，该标志表示“splice_countdown_field(拼接递减计数字段)”将会出现在相关的适配字段中，用于指明拼接点的出现。“splice_countdown”是8位字段，表示可为正也可为负的值。正值说明在到达拼接点之前剩余的具有相同PID的输入分组数。拼接点就位于“splice_countdown”字段计数到0的传输分组的最后一个字节后之后。HD编码器111和SD编码器121均必须插入拼接信息。
然而，这种拼接信息只能指示具有相同PID的流之间的切换。但是，在某些情况下，IRD不仅需要知道何时进行切换，而且需要知道切换到什么频率(或信道或视频和音频PID)。因此，在一个实施例中，除采用“splicing_point_flag”提供拼接信息以外，还采用了节目和系统信息协议(PSIP)。
除了拼接信息，还可以在虚拟信道表(VCT)中创建新的描述符。此描述符可以用于告诉IRD切换时间和载波频率以及新节目流的PID。而且，此描述符可以告诉本地广播台何时插入本地节目。此描述符的主要字段可能包括：应用时间、持续时间、业务类型(SD或者HD)、载波频率、节目编号、PCR_PID、基本流数量、PID和各基本流的流类型以及任何其它必要信息。VCT每隔400毫秒就传送一次。
如下表1提供一个可能的描述符示例。
类别 信息 位置
对于节目本身 载波频率 VCT表体
节目编号 VCT表体
业务类型(例如HDTV) VCT表体
基本流数量 业务位置描述符
ES1的PID 业务位置描述符
ES2的流类型(例如音频) 业务位置描述符
ES2的PID 业务位置描述符
必要时的额外信息字段 业务位置描述符
类别 信息 位置
对于备选节目 应用时间(拼接点)
持续时间(例如10分钟)
载波频率 备选业务位置描述符
节目编号 备选业务位置描述符
业务类型(例如SDTV) 备选业务位置描述符
基本流数量(例如2) 备选业务位置描述符
ES1的基本流类型(例如视频) 备选业务位置描述符
ES1的PID 备选业务位置描述符
ES2的流类型(例如音频) 备选业务位置描述符
ES2的PID 备选业务位置描述符
必要时的额外信息字段 备选业务位置描述符
                             表1
上述描述符中信息配合拼接信息将提供足够的切换信息。给定这种在拼接点前提供的切换信息，则配置用于HD的IRD不仅会知道切换时间(即拼接点)，而且还会知道备选节目的频率、视频和音频流的PID等。这就允许IRD在拼接点开始切换到指定的备选节目。
为了从SD节目137切换回HD节目136，SD编码器121还需要同时发送具有类似描述符的拼接信息和VCT。但是，此时备选节目的业务类型应该是HDTV，以便配置用于SD应用的IRD可以忽略切换信号。
如上所述，两个流之间可能不会是完全同步的，而且PTS/DTS不连续可能发生。应当在拼接点周围允许这种不连续，并且只要未有新的PTS到达就应通过冻结上一帧从而处理这种不连续。对多数IRD而言，这应该不是问题。通常以相同方式来处理PTS不连续，不过这时要对所有指针复位从而使缓冲区中的当前数据丢失。在拼接情况下不需要复位，因为缓冲区中的所有数据按照推测都是有效的。
本发明的流切换系统和方法实现直接在解码器缓冲区132中无缝拼接两个MPEG视频流。对这两个流的VBV延迟加以调整，使得第一个流的VBV延迟足以抵消切换到新流并获取新数据所需的全部时间。在实施例中，可以修改新流的VBV延迟以减少获取时间，从而减少要由旧流数据所抵消的延迟。还有必要正确地使这两个流同步，以便这两个流至少共享相同的基准时钟(PCR采样)。如果两个流采用完全相同的PTS并具有相同的GOP结构，则完全无缝的转换是可能的，起码在拼接点附近是可能的。因为难以取得高度同步，故在拼接点处非常可能造成PTS不连续。
在实施例中，本发明的流切换采取了尽可能减少不连续的措施，例如通过修改GOP结构以确保在拼接点之后尽可能快地开始闭合GOP或者通过调整第二个流的PTS值(通过重复场)以匹配第一个流的场。这样一来，拼接点处的不连续就不超过4场(P周期被限制为值3)。IRD 130必须忽略不连续并冻结上次显示的帧，一直到不超过4场以后新的PTS到达为止。即便如此，还是可以将转换视为“准无缝的”。限制适用于拼接期间两个流所允许的最大编码比特率。那些限制是由于解码器缓冲区大小和IRD进行切换所需的最小时间周期。
本专业的技术人员会理解，上述主要参照两个视频流加以说明的本发明的流切换可以扩展用于其它种类的数据流，例如音频流。
本发明的各方面可以体现为计算机实现的、用于实施所述那些过程的程序和装置的形式。本发明的各种方面还可以以包含在有形媒体如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储媒体中的计算机程序代码的形式来体现，其中，当装入计算机程序代码并由计算机来执行时，计算机就成为实施本发明的装置。本发明还可以体现为计算机程序代码的形式，例如无论该计算机程序代码是存储在存储媒体中由计算机装入并执行，还是作为传播的计算机数据或其它信号通过一些传输或者传播媒体如通过电线或电缆，通过光纤，或者通过电磁辐射、或者包含在载波中予以传输，其中，当装入计算机节目代码并由计算机来执行时，计算机就成为实施本发明的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段对微处理器进行进行配置，以创建特定的逻辑电路来自执行期望的程序。
所述系统代表了一种可供无力对本地HD传输设备进行资本投资的本地广播商进行商业活动的有利方法。所述系统有利地允许本地广播商通过第三方提供的卫星链路来同时向消费者传送高清晰度(HD)和标准清晰度(SD)视频信息。本地广播商无需投资昂贵的HD广播设备，同时保持在HD和本地SD节目之间进行切换的能力，例如，可包括本地新闻和可产生收益以支持本地广播商的商业节目。如上所作的详述，在MPEG编码信号环境中，用适当数量的HD资料填充(VBV)缓冲区允许从HD无缝切换到SD节目内容，反之，SD到HD的转换亦然。
应理解，本专业的技术人员可以对以上已作说明和图解、以阐明本发明特征的各部分的细节、内容和设置作各种变化，而又不背离如下权利要求书中记载的本发明的原理和范围。

Claims (20)

1.一种用于处理分组化视频数据的方法，包括如下这些步骤：
接收表示具有第一显示分辨率的第一视频节目的编码数据；
接收表示具有低于所述第一显示分辨率的第二显示分辨率的第二视频节目的编码数据；
生成用信号表示的从所述第一显示分辨率节目转换到所述第二显示分辨率节目的传输标识信息；
将所述第一视频节目编码数据和所述第二视频节目编码数据以及所述标识信息插入到分组化数据中；以及
提供所述分组化数据以便输出到传输信道。
2.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述转换是无缝转换。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括如下步骤：在解码器中将所述解码的第二分辨率数据上变频以将第一分辨率的商业节目无缝插入到所述视频节目中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二视频节目是视频商业节目。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一视频节目是网络视频馈送信号，而所述第二视频节目是本地视频节目。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二视频节目是本地新闻节目。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于表示所述第一视频节目的所述编码数据由网络台生成，而表示所述第二视频节目的所述编码数据由本地台生成。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于通过卫星将所述分组化数据输出到传输信道。
9.一种方法，用于对表示具有第一显示分辨率的视频节目的图像表示输入数据进行解码并插入具有较低第二显示分辨率的视频段，包括如下这些步骤：
识别表示具有第一显示分辨率的视频节目的编码数据；
识别具有低于所述第一显示分辨率的第二显示分辨率的视频段的编码数据以便将其插入到所述视频节目中；
获取用信号表示的从所述第一显示分辨率转换到所述第二显示分辨率的标识信息；以及
对所述视频节目编码数据和所述视频段编码数据解码，以利用所述标识信息分别提供解码的第一分辨率数据输出和解码的第二分辨率数据输出；以及
对所述第一和第二分辨率解码数据输出进行格式化以便显示。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括如下步骤：将所述解码的第二分辨率数据上变频以将第一分辨率的视频段数据无缝插入到所述视频节目中。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述视频段表示视频商业节目。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述第一视频节目是网络视频馈送信号而所述视频段是本地视频节目。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述视频段是本地新闻节目。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于表示所述第一视频节目的所述编码数据由网络台生成，而表示所述视频段的所述编码数据由本地台生成。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于通过卫星将所述分组化数据输出到传输信道。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述解码步骤包括如下步骤：在缓冲器中存储表示所述视频节目的数据和表示所述视频段的数据。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述缓冲器通常存储具有所述第一较高显示分辨率的视频数据。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述缓冲器是兼容MPEG的。
19.一种视频广播方法，包括如下这些步骤：
从网络提供商接收高清晰度视频信息；
将所述接收的高清晰度视频信息转换为较低分辨率的视频信息；
以较低清晰度提供本地视频信息；以及
在数据流中将所述经过转换的较低清晰度视频信息和所述较低清晰度本地信息通过上行路径传输给卫星；
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于：
所述高清晰度视频信息是高清晰度电视信息；以及
所述较低清晰度信息包括标准清晰度电视节目信息、新闻和商业节目至少之一。
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