CN1449192A - 用于运动图像专家组－2的节目参考时钟的调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

用于运动图像专家组－2的节目参考时钟的调整方法及装置，属于数字视音频传输领域，所述方法包括：获得传输流再复用前后码率的比例关系；获得输入传输流中被再复用输出的节目的PCR相对于输入传输流以包为单位的变化率Rpcr；对再复用后的输出传输流中的PCR进行调整；所述装置包括：m个缓冲—计数—锁存单元；一缓冲—计数单元，一个再复用处理单元；采用本发明所述方法和装置，可以降低硬件设计的复杂度，提高调整后的PCR的平滑度，增强系统的抗干扰能力；提高了灵活性。

Description

用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整方法及装置

所属领域

本发明属于数字视音频传输领域，具体涉及在运动图像专家组-2(MPEG-2)传输流再复用时进行节目参考时钟(PCR)调整的方法和装置。

背景技术

在对MPEG-2传输流进行再复用时通常都采用对时间基准进行调整的方法以使图象和语音经过编码、传输和解码之后保持恒定地端到端延时，从而保证视音频信号的正确再现。MPEG-2传输流体系中与时间基准有关的字段是节目参考时钟(PCR)，显示时戳(PTS)和解码时戳(DTS)，其中PCR用于在解码端恢复编码端的时钟，而PTS和DTS都是以PCR作为参照的。通常在调整时间基准时对PTS和DTS都不作修改，而只对PCR这一重要字段进行调整，以使经过复用之后的PCR稳定地与编码时钟保持同步。

美国专利US5905732“PCR restamper”公开了一种对PCR进行重新标记的方法，该方法需要测定输入传输流的码率，还需要用硬件对携带PCR字段的传输流包(以下简称为PCR包)进行实时分析，PCR的最终调整仍然需要硬件完成。

美国专利US6233238“Method for updaing clock references in adigital data stream and a remultiplexer”公开了一种再复用装置中修改参考时钟的方法，该方法原理简单，但实现时也需要使用硬件对PCR包进行分析，而且无法消除编码时钟或网络传输带来的PCR抖动。

一般地说，目前的时间基准调整技术大都需要对输入的传输流进行实时分析，找出PCR包并进而获取该时刻的系统状态参数，PCR的最终调整也要求在输出的时刻实时进行，以目前的技术水平，这些工作只能由硬件完成，而这必然导致硬件复杂，成本提高。另外，有些原理复杂，运算次数多，需要为保持时间基准的精度付出较大的代价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术算法复杂、实现困难、技术效果不佳的缺点，提出一种在MPEG-2传输流再复用时进行PCR调整的方法和应用该方法进行PCR调整的装置。

本发明提出的用于MPEG-2传输流再复用的节目参考时钟(PCR)调整方法包括以下步骤：

第一步：获得传输流再复用前后码率的比例关系，将再复用前的输入传输流码率记为CodeRateIn，将再复用后的输出传输流码率记为CodeRateOut，根据以下公式(1)定义再复用前后的码率之比Kcr： $\mathrm{Kcr}=\frac{\mathrm{CodeRateIn}}{\mathrm{CodeRateOut}}....\left(1\right);$

第二步：获得输入传输流中被再复用输出的节目的PCR相对于输入传输流以包为单位的变化率Rpcr，将输入传输流中两个PCR包中间经过的传输流包数量记为ΔPacketNumIn，而将这两个PCR包中PCR字段的差值记为ΔPCRIn，则根据以下公式(2)得到Rpcr： $\mathrm{Rpcr}=\frac{\mathrm{\ΔPCRIn}}{\mathrm{\ΔPacketNumIn}}....\left(2\right);$

第三步：根据前两个步骤获得的结果对再复用后的输出传输流中的PCR进行调整，本步骤可分为以下两步：

1.将参与再复用的节目的某一个PCR包视为起始PCR包，对该包不做调整而直接输出，并将该包携带的PCR字段的值记为PCROut0；

2.将起始PCR包之后出现的每一个PCR包与起始PCR包之间经过的传输流包数量记为ΔPacketNumOut(n)，而将该包的PCR字段调整之后的值记为PCROut(n)，根据如下的公式(3)进行计算：

PCROut(n)＝PCROutO+Kcr×Rpcr×ΔPacketNumOut(n)...(3)。

一种用于MPEG-2传输流再复用的节目参考时钟的调整装置，包括：

与输入传输流一一对应的m个缓冲—计数—锁存单元，用于对输入传输流数据进行缓冲和计数，并在锁存控制信号的控制下对计数值进行锁存，将锁存值和锁存刷新标志提供给再复用处理单元；

缓冲—计数单元，用于缓冲来自再复用处理单元的输出传输流，同时对输出传输流数据进行计数，每当计数增长了预先设定的固定值(记为CONSTCNT)时就设置锁存控制信号，该信号被提供给各输入传输流上的缓冲—计数—锁存单元；

再复用处理单元，用于及时从所述的缓冲—计数—锁存单元读取锁存值、锁存刷新标志和输入传输流数据等信息，将所有连续两次读取的锁存值累加作为模块内部使用的输入传输流数据计数，同时将模块内部使用的输出传输流数据计数(初始值为零)加上缓冲—计数单元中的选取的固定值CONSTCNT，则输入、输出传输流数据在相同时间段内的计数之比就是再复用前后的码率之比Kcr；并从缓冲—计数—锁存单元读取输入传输流数据，进行处理得到PCR相对于输入传输流包的变化率Rpcr；对输出传输流进行PCR调整。

采用本发明所述方法和装置，可以不需要对PCR进行实时分析，降低了硬件设计的复杂度，并能够提高调整后的PCR的平滑度，增强系统的抗干扰能力；可降低实现的难度，以减小由于实现不善而导致结果不理想的机率；绝大部分工作可以由软件完成，易于开发和调试，也便于算法改进和功能增强，提高了灵活性。

附图说明

图1是用于说明本发明的节目参考时钟的调整方法的功能块的示意图；

图2是用于说明图1中码率比例获取的功能块的示意图；

图3是用于说明图1中输入PCR变化率获取的功能块的示意图；

图4是用于说明图1中输出PCR处理的功能块的示意图；

图5是PCR调整装置的示意图；

图6是图5中缓冲—计数—锁存单元1的示意图；

图7是图5中缓冲—计数单元的示意图；

图8是图5中再复用处理单元的功能示意图；

图9是图8中锁存信息接收功能的流程图；

图10是图8中传输流处理功能的流程图；

图11是图10中PCR包处理功能的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和示例的实施方式对根据本发明的节目参考时钟的调整方法及其装置作进一步详细的说明。

首先参见图1至4，详细说明本发明的节目参考时钟的调整方法。

如图1所示，本发明的节目参考时钟的调整方法可划分为三个功能块：码率比例获取模块、输入PCR变化率获取模块和输出PCR处理模块，这三个模块分别实现本发明所述方法的三个步骤：

1、对输入传输流字节时钟ByteClkIn和输出传输流字节时钟ByteClkOut进行分析，获得传输流复用前后的码率的比例关系；

2、对输入传输流包PacketIn进行分析，得到输入PCR变化率；

3、对输出传输流PacketOut进行分析，再根据前两步获得的

参数对复用输出的传输流中的PCR进行调整，得到调整后的

PCR(图1中的PCROut)；

图2是图1中码率比例获取模块的示意图，用于说明码率比例获取的步骤：

输入传输流字节计数器对输入传输流字节时钟ByteClkIn进行计数；

输出传输流字节计数器对输出传输流字节时钟ByteClkOut进行计数；

字节计数器控制模块对以上两个计数器进行控制，得到相同时间段内输入传输流字节计数器的变化量ΔByteNumIn和输出传输流字节计数器的变化量ΔByteNumOut；

ΔByteNumIn和ΔByteNumOut被输出到图1中的输出PCR处理模块。

图3是图1中输入PCR变化率获取模块的示意图，用于说明输入PCR变化率获取的步骤：

输入传输流包计数器对输入传输流包PacketIn进行计数，提供给输入PCR处理模块；

输入PCR处理模块对被复用节目的PCR包进行处理，计算两个PCR包的PCR字段的差值ΔPCRIn，再根据输入传输流包计数器的值得到这两个PCR包之间经过的包数量ΔPacketNumIn；

ΔPCRIn和ΔPacketNumIn被输出到图1中的输出PCR处理模块。

图4是图1中输出PCR处理模块的示意图，用于说明获得输出的PCROut的方法：

输出传输流包计数器对输出传输流包PacketOut进行计数，得到PacketNumOut；

输出PCR调整模块对输出传输流PacketOut进行分析，识别出PCR包，同时从输出传输流包计数器读出各PCR包对应的输出包计数，从而计算出ΔPacketNumOut(n)，再根据图1中的码率比例获取模块和输入PCR变化率获取模块提供的参数，按照公式(3)

    PCROut(n)＝PCROut0+Kcr×Rpcr×ΔPacketNumOut(n)...(3)

计算出调整后的PCR值(记为PCROut)，并用计算出的PCR值替换该包中的PCR字段。

在上面的计算过程中，Kcr和Rpcr按照如下公式计算： $\mathrm{Kcr}=\frac{\mathrm{\ΔByteNumIn}}{\mathrm{\ΔByteNumOut}},\mathrm{Rpcr}=\frac{\mathrm{\ΔPCRIn}}{\mathrm{\ΔPacketNumIn}};$

则公式(3)可变形为如下的公式(4)： $\mathrm{PCROut}\left(n\right)=\mathrm{PCROut}0+\frac{\mathrm{\ΔByteNumIn}\×\mathrm{\ΔPCRIn}\×\mathrm{\ΔPacketNumOut}\left(n\right)}{\mathrm{\ΔByteNumOut}\×\mathrm{\ΔPacketNumIn}}...\left(4\right).$

输入PCR相对于输入传输流包的变化率实质上就是被复用节目编码时钟相对于输入传输流包的变化率，将该变化率与输入输出码率的比值相乘，得到的就是被复用节目编码时钟相对于输出传输流包的变化率，从而计算出某个输出PCR包(将该包的PCR值视为本发明方法描述中的PCROut0)之后任意一个输出传输流包(将该包与PCROut0对应的包中间经过的输出传输流包数量记为ΔPacketNumOut(n))对应的编码时钟的变化值，再与PCROut0相加，即为该包对应的PCR值。

为了使调整后的PCR满足MPEG-2标准对PCR精度的要求，输入PCR变化率和输入输出码率的比例都应该用两个整数之比的形式保存，而且这些整数的位数也应该达到一定的长度；在根据公式(4)进行计算时，同优先级的乘法和除法运算应该先算乘法后算除法。

本发明的PCR调整装置如图5所示：包括与各输入传输流TS1、TS2、…、TS(M)一一对应的M个缓冲—计数—锁存单元、再复用处理单元和缓冲—计数单元；各输入传输流TS1、TS2、…、TS(M)经过相对应的缓冲—计数—锁存单元进行处理后，提供给再复用处理单元，缓冲—计数单元接收再复用处理单元的输出，在外来的输出传输流字节时钟CLKOut的控制下生成输出传输流TSOut，缓冲—计数单元同时对CLKOut进行计数，计数器的溢出标志OVFLG提供给各缓冲—计数—锁存单元，作为锁存控制信号。

图6是图5中缓冲—计数—锁存单元的示意图：包括一个FIFO(先进先出)芯片、一个20位计数器、一个20位寄存器、一个锁存控制单元。在图6所示的缓冲—计数—锁存单元1中，输入传输流的数据字节被写入FIFO1，而其字节时钟CLK1提供给计数器1进行计数，锁存控制单元在锁存控制信号的LCKCTL的上升沿控制寄存器1从计数器1读数，并设置锁存刷新标志LCKFLG1，该标志与寄存器1的输出CNT1和FIFO1的输出DATA1一起作为整个缓冲—计数—锁存单元的输出提供给再复用处理单元，锁存刷新标志在寄存器1的内容被读走之后被锁存控制单元清除。

图7是图5中缓冲—计数单元的示意图：包括一个作为输出缓冲区的FIFO芯片和一个带溢出标志的16位计数器；FIFO接收再复用处理单元的输出DATAOut，并在输出传输流字节时钟CLKOut的控制下发送输出传输流TSOut，计数器同时对CLKOut进行计数，溢出标志OVFLG为其输出，被引入图6中的锁存控制单元作为锁存控制信号LCKCTL，溢出标志被设置之后，在CLKOut的下一个计数脉冲到达时自动清除。

图8是图5中再复用处理单元对第一路输入传输流进行处理的功能示意图：分为锁存信息接收和传输流处理两个功能块，锁存信息接收模块从缓冲—计数—锁存单元1接收锁存信息(CNT1、LCKFLG1)进行处理，处理结果提供给传输流处理模块，传输流处理模块据此对来自缓冲—计数—锁存单元1的输入传输流数据(DATA1)进行处理。

再复用处理单元反复地对各输入传输流进行处理，最后由传输流处理单元生成输出传输流TSOut。

图9给出了第一路输入传输流锁存信息接收功能的流程(其它输入传输流锁存信息接收流程与之类似，所有各路输入传输流锁存信息接收功能构成图8中的锁存信息接收功能)：

开始901；

首先判断锁存信息刷新标志LCKFLG1 902，如果该标志未被置位则转步骤909，否则继续执行；

读取寄存器1的计数值CNT1 903；

判断是否是第一次读取寄存器904，是则继续执行，否则转步骤906；

锁存信息接收初始化是将两个计数器初值清零，同时保存CNT1的值以用于下一次的接收锁存信息时计算差值905，然后转步骤909；

将所有连续两次CNT1值的差累加起来作为第一路输入传输流同等时间内的输入字节计数ΔByteNumIn1 906(对应于公式(4)中的ΔByteNumIn)，令：

    ΔByteNumOut1＝CNT1差值累加的次数×2¹⁶

ΔByteNumOut1即为同等时间内的输出字节计数(对应于公式(4)中的ΔByteNumOut)，2¹⁶的系数是为了与图7中计数—锁存单元中的计数器的位数相对应，而在再复用处理单元内部，整数与2¹⁶相乘可以方便地用字节移位来实现。

判断输入或输出字节计数器是否将要溢出907，是则继续执行，否则转步骤909；

在将要溢出时将输入字节计数和输出字节计数同时右移16位908；

结束909。

不难看出：图6中的缓冲—计数—锁存单元、图7中的缓冲—计数单元和图9中的锁存信息接收功能相互配合，实现了图2的码率比例获取模块的功能，应该注意的是：计数—锁存单元中计数器从零开始计数到溢出的时间必须小于缓冲—计数—锁存单元中计数器从零开始计数到溢出的时间，而实现锁存信息接收功能时，两次检测锁存信息刷新标志之间的时间间隔又必须小于计数—锁存单元中计数器从零开始计数到溢出的时间。

现在参见图10，图10是根据本发明的传输流处理功能的流程图。

开始1001；

进行包同步，分析输入传输流1002；

进行复用处理，生成输出传输流，并维护各输入传输流的包计数器和输出传输流包计数器1003；

判断是否是PCR包1004，是则继续执行，否则转步骤1006；

调用PCR包处理模块1005；

判断各输入传输流是否处理完毕1006，是则转1008，否则继续执行；

为处理下一路传输流做准备1007，然后转步骤1002；

结束1008。

图11只给出了一个被复用节目A的的PCR包处理流程图，其它节目的PCR包处理的流程与之类似：

开始1101；

从输入PCR包中提取PCR值，同时取出该节目所属的输入传输流以及输出传输流计数器的1102值；

判断是否为该节目的第一个PCR包1103，是则继续执行，否则转步骤1105；

为PCR调整进行初始化工作1104：将当前的PCR值作为输出PCR的初始值PCROutA0(对应于公式(4)中的PCROut0)，读取输出传输流包计数器的值作为PacketNumOut0，将输入PCR变化量ΔPCRInA(对应于公式(4)中的ΔPCRIn)和输入包计数器变化量ΔPacketNumInA(对应于公式(4)中的ΔPacketNumIn)清零，然后转步骤1106；

更新PCR相对于输入传输流包的变化率1105：将该PCR减去前一个PCR，得到的结果加上ΔPCRInA作为ΔPCRInA的新值，再根据对应的输入传输流包计数，经过计算得到ΔPacketNumInA的新值，从而实现图3中PCR变化率获取模块的功能，同时也要采取和图9中类似的方法防止内部存储单元的溢出；

准备进行PCR调整计算1106，将此时输出传输流包计数器的值减去PacketNumOut0作为ΔPacketNumOut(n)，同时将一些数据加以保存以备下次计算使用；

判断公式(4)中的分母是否为零1107(保证除法有意义)，是则转步骤1109，否则继续执行；

按照公式(4)进行PCR调整计算1108，并据此修改该包中的PCR字段；

结束1109。

通常情况下，在开始再复用之前就能获得码率比例关系的值，故只有处理第一个PCR包时公式(4)中的分母为零，此时对该PCR包不作修改。上面的情况相当于暂时无法确定公式(3)中的Kcr与Rpcr之积，由于此时ΔPacketNumOut(n)为零，故输出的PCR虽然无法按照公式(4)进行计算，但仍然符合公式(3)。

Claims (5)

1.用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整方法，包括以下步骤：

首先获得传输流再复用前后码率的比例关系，再复用前后的码率之比Kcr根据以下公式定义： $\mathrm{Kcr}=\frac{\mathrm{CodeRateIn}}{\mathrm{CodeRateOut}},$

式中CodeRateIn为再复用前的输入传输流码率，CodeRateOut为再复用后的输出传输流码率；

再获得输入传输流中被再复用输出的节目的节目参考时钟相对于输入传输流以包为单位的变化率Rpcr，该变化率Rpcr根据如下的公式计算： $\mathrm{Rpcr}=\frac{\mathrm{\ΔPCRIn}}{\mathrm{\ΔPacketNumIn}},$

式中ΔPCRIn为输入传输流中两个节目参考时钟包中节目参考时钟字段的差值，ΔpacketNumIn为这两个节目参考时钟包中间经过的传输流包数量；

根据前两个步骤获得的结果对再复用后的输出传输流中的节目参考时钟进行调整。

2、根据权利要求1所述的用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整方法，其特征在于所述的对再复用后的输出传输流中的节目参考时钟进行调整包括如下步骤：

将参与再复用的节目的一个节目参考时钟包视为起始节目参考时钟包，对该包不做调整而直接输出，并将该包携带的节目参考时钟字段的值记为PCROut0；

对起始节目参考时钟包之后的出现的每一个节目参考时钟包，将该包与起始节目参考时钟包之间经过的传输流包数量ΔPacketNumOut(n)，而将该包的节目参考时钟字段调整之后的值PCROut(n)，则：

   PCROut(n)＝PCROutO+Kcr× Rpcr×ΔPacketNumOut(n)，

式中Kcr为复用前后的码率之比，Rpcr为输入传输流中被再复用输出的节目参考时钟相对于输入传输流以包为单位的变化率。

3.用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整装置，其特征在于它包括：

与输入传输流一一对应的m个缓冲—计数—锁存单元，用于对输入传输流数据进行缓冲和计数，并在锁存控制信号的控制下对计数值进行锁存，将锁存值和锁存刷新标志提供给再复用处理单元；

缓冲—计数单元，用于缓冲来自再复用处理单元的输出传输流，同时对输出传输流数据进行计数，每当计数增长了一个预先设定的固定值时就设置锁存控制信号，该信号被提供给各输入传输流上的缓冲—计数—锁存单元；

再复用处理单元，用于及时从所述的缓冲—计数—锁存单元读取锁存值、锁存刷新标志和输入传输流数据等信息，经过处理得到再复用前后的码率之比；并从缓冲—计数—锁存单元读取输入传输流数据，进行处理得到PCR相对于输入传输流包的变化率；对输出传输流进行PCR调整。

4、根据权利要求3所述的用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整装置，其特征在于所述的缓冲—计数—锁存单元包括一个先进先出芯片、一个计数器、一个寄存器、一个锁存控制单元；

输入传输流的数据字节被写入先进先出芯片，而其字节时钟提供给计数器进行计数，锁存控制单元在锁存控制信号的上升沿控制寄存器从计数器读数，并设置锁存刷新标志，该标志与寄存器的输出和先进先出芯片的输出一起作为整个缓冲—计数—锁存单元的输出提供给再复用处理单元，锁存刷新标志在寄存器的内容被读走之后被锁存控制单元清除。

5、根据权利要求3或4所述的用于运动图像专家组-2的节目参考时钟的调整装置，其特征在于所述的缓冲—计数单元包括作为输出缓冲区的一个先进先出芯片和带溢出标志的一个计数器；先进先出芯片接收再复用处理单元的输出，并在外来的输出时钟的控制下发送输出传输流，计数器同时对输出时钟进行计数，溢出标志为其输出，被引入锁存控制单元作为锁存控制信号，溢出标志被设置之后，在输出时钟的下一个计数脉冲到达时自动清除。

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