CN1969563B - 用于程序时钟参照消除抖动的速度限制的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种系统和方法，用于在最大环路带宽不变时，保证输出抖动的上限。存储在缓冲器中的多个传输信息包的至少一部分包含一个第一时间戳记值。第一锁相环接收第一时间戳记值的流，并产生变化速率的定时信号流，将第一时间戳记值的流的相位累计速率和可变速率传送到第一环路。第二锁相环接收可变速率的定时信号流，并产生传送可变速率定时信号流的平均速率的恒定速率的定时信号流。间隔定时器响应恒定速率的定时信号流，以便从缓冲器中释放传输信息包。

Description

用于程序时钟参照消除抖动的速度限制的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及数字发送系统，尤其涉及用于从需要延迟的已发送信息包中消除抖动，以及用于纠正所选信息包中的时间戳记以便准确地反映所选信息包相对其它信息包的暂时位置的方法和系统。

背景技术

MPEG-2(运动图像编码专家组规范-2)系统标准提供了构建包含一个或多个相关节目多元组合的比特流的语法和一组语义的规则。每个节目由一个或多个代表了图像、声音或其它与和它们关联的节目共享公共时间基准的数据流的相关基本流组成。图像、声音或其它数据流的编码数据被分成包以便组成分包基本流。传输流协议提供了用于将一个或多个分包的基本流组合成可以接着通过媒介发送的单传输流的标准格式。

传输流包括携带来自分包基本流之一的数据的传输信息包的连续序列。在发送传输流之前，编码器采用系统时钟来给传输信息包打上时间戳记。接收传输流的解码器，通过简单地提取首部包含指向所选分包基本流的节目标识符的每一个输入的信息包，来允许从传输流中提取出一个或多个分包基本流。接收传输流的解码器，使用运行频率与编码器匹配的相应的系统时钟。然而，解码器系统时钟典型地将需要与编码器系统时钟同步。

程序时钟参照(PCR)是来自插入传输信息包的编码器系统时钟的计数值。插入传输信息包的PCR代表了PCR被插入传输信息包的时间，并，因此，反映了特定节目的真实时间基准。每个节目具有其自身的独立时间基准。每个特定时间戳记值代表了表示在特定数据信息包的净荷数据及其前后数据信息包的净荷数据之间的最佳时间关系的插入时间的时钟值。

在将传输流从头端器通过网络发送到用户之前，信息包的到达时间被破坏，从而导致了已知的抖动误差。由于包含PCR的信息包在错误时间到达，PCR不再准确地反映所选节目的时间基准。在此情况下，必须在信息包离开头端器之前调整PCR及信息包的发送时间，以便让解码器重新建立所选节目的初始时间基准。

典型地，使用II型数字锁相环路来恢复并抑制来自MPEG传输流的PCR中的抖动。然而，希望来自PCR消除抖动算法的输出PCR抖动上具有上限。例如，希望PCR抖动上限不超过500纳秒。用已知的数字锁相环路系统限制PCR抖动，很难保证满足这种上限。

可使用多个串联锁相环路来抑制时间基准抖动。锁相环路向抖动元件提供了低通滤波器函数。这使得位于确定频率的抖动抑制得到确定。由于输入抖动的谱分量未知，不可能知道将完成多少总的抖动抑制。

因此，除非用极低带宽系统，简单地串联多个锁相环路不能保证来自PCR消除抖动算法的输出PCR抖动上的上限。然而，在大部分情况下，这种低带宽系统是不切实际的，因为它不能对由切换到不同的MPEG源引起的源时钟速率改变有足够迅速的反应。需要一种方法和系统来消除MPEG传输流的抖动，在保持最大系统带宽的情况下，保证来自PCR消除抖动算法的输出PCR抖动上的上限。

附图说明

图1示出了本发明的传输流发送器的一个实施例。

图2示出了图1的传输流发送器的流消除抖动的一个实施例。

图3示出了发送到数字用户通讯终端(DSCT)的传输信息包的一个流的一个实施例。

图4是根据本发明实施信息包流消除抖动的过程的流程图的一个实施例。

具体实施方式

接下来将参考附图对本发明进行更充分地描述，图中相同附图标记在所有的几副图中表示同样的元素，其中示出了本发明的一个示例性实施例。然而，本发明可以，以许多不同形式实施，而不应被解释为限制于此处揭示的实施例；相反，提供实施例是为了使揭示更全面和彻底，并将充分地向本领域技术人员表述发明范围。接下来将更充分地描述本发明。

本发明的一个实施例可通过作为硬件的预定用户电视系统(STS)、软件、固件或其组合的形式来实现。例如，以STS为形式的本发明在储存于存储器中的可由合适的执行系统执行的软件或固件中实现。如果在硬件中实现，本发明可用本领域技术人员的任何已知技术实现。

STS可以用许多不同方式配置，但是通常包含位于头端器和多个数字预定用户通讯终端(DSCT)之间的网络。位于预定用户所在地的DSCT提供了头端器和预定用户之间的接口。头端器接收并处理来自内容提供者的编程信号。在一个实施例中，头端器以MPEG格式发送数字信号。然而，这里描述的采用MPEG信息包的实施例是为了示例的目的，而不限制本发明的范围。本发明的范围包括所有消除抖动的信息流。STS可以包括其它附加元件或包括不使用物理结构电缆进行发送的诸如卫星系统的系统。

如图1所示，头端器中的传输流发送器100接收网络构架102的异步序列。由于网络阻塞和其它因素，网络构架102之间有变化的时间间隙导致抖动。每个网络构架102封装了多个传输信息包104(图2)。然而，本发明不限于携带任何特定数量的传输信息包的网络构架。发送器100将MPEG传输信息包104的流106发送到DSCT300(图3)。

继续参见图1，发送器100包括处理器110、时钟112、预消除抖动器114、多个抖动消除器116、多个加密器118、复用器120以及调制器122。预消除抖动器114接收网络构架102的流并打开网络构架102携带的传输信息包104的封装。预消除抖动器114给传输信息包104附上数据单元头(DUH)，其中包括携带不同处理、路由、以及定时信息的域。附上了DUH的传输信息包104，接着作为抖动流106被发送到抖动消除器116。预消除抖动器114从处理器110接收处理指令，这样网络构架102的流中所携带的每个节目流都被发送到独立的抖动消除器116。时钟112产生本地时间，并向抖动消除器116和复用器120提供当前的本地时间。

在优选实施例中，预消除抖动器114还计算一个聚丛误差估算，E，它准确地补偿因多个传输信息包104聚丛为一个网络构架102而带来的误差。聚丛误差估算，E，戳记到DUH。预消除抖动器114还检查传输信息包104寻找PCR240(图2)，并且作为对找到PCR240的响应，预消除抖动器114戳记DUH中的PCR240中携带的时间戳记。

每个抖动消除器116接收传输信息包104的抖动流106并输出传输信息包的连续的消除抖动流124。接下来给出抖动消除器116的详情。

消除抖动流124进一步由加密器118、复用器120以及调幅器122处理。在抖动消除器116和调幅器122之间对消除抖动流124的处理再次引入抖动，因为其中，复用引入变化的延迟。调幅器122适应发送传输信息包104而不造成变化的延迟。因此，本领域技术人员认识到，由在抖动消除器116之后及调幅器122之前所作的处理引入的传输信息包的变化的延迟，可得到补偿，且传输流发送器100可包括与图1中相比不同的元件、更少的元件或更多的元件。

关于抖动消除器116之前的处理，当预消除抖动器114找到具有PCR240的传输信息包104时，预消除抖动器114读取并记录PCR240的时间戳记域的值。因为PCR负担传输信息包，预消除抖动器114还记录在聚丛误差估算域中的误差估算，E。DUH还包括记入时间域，当在抖动消除器116接收到传输信息包104时，抖动消除器116将当前的本地时间，通常称为LCR，戳记到记入时间域。

其中，DUH还可以包括，用于携带处理信息和加密信息的域。在那种情况下，处理器110向预消除抖动器114提供处理和加密信息，以使预消除抖动器114可以将信息戳记到DUH的适当的域中。

尽管流抖动消除器116的元件示作独立的元素，这是为了清楚起见而非限制示例。流抖动消除器116的一个或多个元件可以在硬件、软件、或除了别的之外的固件中实现。在图2所示的实施例中，抖动消除器116包括PCR萃取器210、消除抖动缓冲器212、间隔定时器214、第一锁相环路220、第二锁相环路230。第一锁相环路220包括比较器222、环路滤波器224，以及压控振荡器或时钟226。第二锁相环路230包括比较器232、信号限幅器234，以及压控振荡器或时钟236。第二锁相环路230的时钟236锁定于第一锁相环220的速率。

PCR萃取器210接收多个抖动传输信息包104的输入传输流106，其中输入信息包104的至少一部分包括一个PCR240和一个净荷242。当输入信息包104到达抖动消除器116时，信息包104根据参考系统本地时钟112的本地时钟，用LCR244打上时间戳记。在信息包104放置到消除抖动缓冲器212之前，从信息包104中读取PCR240及LCR244。

只要DUH在PCR时间戳记域中包含了时间戳记，将PCR240以及LCR244提供给第一反馈环路220，通常指II型PCR恢复环路。第一锁相环220得到了“纠正的”输入，PCR250，作为PCR＝PCR_IN-E_IN，其中PCR_IN是PCR240最初携带的时间戳记，而E_IN携带在输入DUH的聚丛误差估算域中。由第一锁相环220产生的输出252是可变速率的定时信号流，锁定于反馈到比较器222的最初的系统时钟参照(SCR)。可变速率定时信号流响应频率(相位累计速率)的变化以及时间戳记值的流的相位。

比较器222分别确定它的输入、PCR250以及PCR_恢复252之间的区别，并将差额254输出到环路滤波器224。环路滤波器224实质上平缓或均分其输入254，以产生不包括高频变化的输出256。振荡器226接收环路滤波器224的输出256并相应地调整其速率。振荡器226加快对正的输入的反应，减缓对负的输入的反应，并对等于0的输入保持不变的反应。

第一锁相环的输出252、PCR_恢复252被输入到包含比较器232、信号限幅器234、加法器238以及压控振荡器或时钟236的第二锁相环230。第二锁相环230，追踪第一环路220，传送来自第一环路220的定时信号流的平均速率的恒定速率定时信号流，它将被用于从消除抖动缓冲器212中移除的信息包的时间基准。除了具有低于特定限制的抖动，在第二环路230的输出262和接收到的信息包中所含的PCR之间的误差必须小。当源SCR频率不同于额定的PCR_本地频率(具有0纠正信号的振荡器236的频率)时，为了使所述误差小，锁相环必须是II型(相对线性变化的输入相位0恒定状态误差)或振荡器的额定频率必须通过一些外部机构调整。为了使位于第二锁相环路230的输出的已消除抖动的PCR_本地262的抖动低于特定限度，必须限制速率控制信号268的速率变化。如果在控制信号268的路径中放置了回转速率限幅器，第二锁相环路230的开环响应将被逆向影响到不稳定点(如果环路230是II型环路)。然而，来自第一环路的环路滤波器224的输出256为第二环路230(振荡器226和236具有同样的额定频率和调谐灵敏度)需要的相位累计速率(编码器SCR和产生PCR_恢复的振荡器的额定频率之间的频率误差)。

输出256被用作前馈信号来调整第二锁相环230(I型环路)中的振荡器236的额定频率。该前馈信号256可被在路径258(不在反馈环路中)中的回转速率限幅器228回转速率限制。由于这个信号的存在，第二锁相环230中的振荡器236被调整到正确的额定频率，那样第二锁相环230只需补偿在其输出和第一锁相环220的输出之间的最初的相位误差。通过限制在信号限幅器234中的环路误差信号264(且仅周期性地更新其输出)的大小，并将它与加法器238中的限制速率的调整信号258相加，控制信号268的变化速率得到限制。

比较器232确定其来自第一锁相环220的输入与通过第二锁相环230的受控振荡器236产生的PCR_本地262之间的差额。比较器232将差额264输出到信号限幅器234，信号限幅器234限制输入264的大小以产生输出266到加法器238。

来自第二锁相环路230的振荡器236的输出PCR_本地262被提供给另一个加法器270。加法器270扣除表示传输信息包104驻留在缓冲器212中的平均时间的可调整的参数β。其结果用于与间隔定时器214协作来控制传输信息包的输出速率。具有PCR时间戳记的传输信息包104，用来自时钟238的PCR_本地延迟294加上来自第二锁相环230的加法器270的β重新戳记。

继续参见图2，第一和第二反馈环路220、230一起控制间隔定时器214而不需要第二锁相环230为II型环路。将来自第一环路滤波器224的输出256通过回转速率限幅器228的前馈限制了频率可能变化的快速程度，并因此保证了输出抖动的上限不会被超出。从第一锁相环220前馈的速率限制函数将第二锁相环230变成了非线性自适应系统，因为系统的带宽作为输入流中的抖动量的函数而改变。

第二锁相环230的输出用作时间基准，并因此提供给根据消除抖动的PCR从消除抖动缓冲器212中移除信息包104的输出处理。由图2的块280所示，输出处理根据间隔定时器214的期满，将信息包104从消除抖动缓冲器212中移除。间隔定时器时间间隔以在MPEG流PCR之间的提供持续的信息包间隔的方式计算。在每个间隔定时器递减计数的期满，释放信息包。连续的递减计数响应来自环路230的恒定速率定时信号流而减量。因为定时间隔是参考恢复了的PCR的，信息包104将以等于初始服务速率的速率被移除，从而重新建立所选节目的初始时间基准。如图2的块282和284所示，在消除抖动信息包104中的PCR时间戳记值被更新的PCR时间戳记代替。

如图3所示，DSCT300的一个实施例包括，除了别的之外，分析程序310、本地时钟312、解码器314、处理器316，以及解密器318。分析程序310向处理器316提供流130中的PAT和PMT。处理器316利用PAT来确定特定节目的PMT，并将该PMT用于特定节目来确定该特定节目的PID流，包括PCR PID流。分析程序310将PCR240中携带的时间戳记提供给本地时钟312。此外，分析程序310将特定节目的PID流提供给解密器318。

对处理器316确定DSCT300被授权访问节目作出响应，处理器316向解密器318提供控制词来解密节目。解密器318接着利用控制词来解密携带节目的传输信息包104的加密净荷，并将解密的净荷提供给解码器314。

本地时钟312接收时间戳记并利用此时间戳记锁定其频率来与编码节目的头端器的编码器的频率匹配。随着本地时钟312与编码器频率匹配，解码器利用来自本地时钟312的定时信号来同步节目流的不同的元素。

图4示出了通过传输流发送器100实现本发明采用的流程400的示例性步骤。传输流发送器100接收具有传输信息包106(其中部分具有时间戳记PCR240)的输入流102。如程序块402中所示，输入信息包104用LCR244作了时间戳记。如程序块404所示，从具有DUH的信息包104中读取PCR240和LCR244，并放置到程序块406所示的消除抖动缓冲器212中。接着，如程序块410所示，将PCR240和LCR244提供给第一锁相环220来确定如程序块420所示的PCR变化速率。程序块430描述了将PCR变化速率提供给第二锁相环230。如程序块440所示，来自第一锁相环220的相位累计速率前馈到第二锁相环230，使得来自第一锁相环220的残余抖动减少。

接着，如程序块460所示，将第二锁相环路230的输出提供给间隔定时器214。如，程序块470所示，根据相对于第二锁相环230的时钟236的输出的间隔定时器214的期满，信息包104从消除抖动缓冲器212中被释放。萃取的传输信息包104在传输流发送器100中进行进一步的处理，导致变化的延迟从而再次引入抖动。在这种情况下，如程序块480所示，用相对于第二锁相环230的时钟236测得的时间，重新戳记具有PCR时间戳记的传输信息包104。接着将传输信息包104从流130中的传输流发送器110发送到预定用户的DSCT300。

流程图中的任何进程描述或块应被理解为代表模块、段，或包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或进程步骤的可执行指令的部分编码，而且本发明的优选实施例的范围中包含了可替代的实施方式，其中可以不按照所示或所述中的顺序实现功能，包括实质上同时地或者反向的顺序，它取决于所包含的功能，这些可以被本发明领域中等程度技术人员理解。

前述内容宽泛地勾勒了本发明的一部分相关方面和特征。这可以被解释为仅仅是本发明申请的更多显著特征中的一些的示例。其它有益效果可以通过用不同的方式应用所揭示的信息或通过改变揭示的实施例而获得。因此，其它方面以及对本发明的更充分的理解，可以通过在权利要求书定义的发明范围的基础上，结合附图参考示例性实施例的详细描述而获得。

Claims (18)

1.一种保证输出抖动的上限而维持最大系统带宽的方法，所述方法包括以下步骤：

接收多个传输信息包，其中所述多个传输信息包中的至少一部分中的每一个包含了第一时间戳记值，所述第一时间戳记值是程序时钟参照PCR值；

产生所述第一时间戳记值的流；

由第一环路(220)接收所述第一时间戳记值的流产生用于输出至第二环路的可变速率的定时信号流，进一步包括：由比较器(222)确定所接收第一时间戳记值的流和所产生可变速率的定时信号流之间的差额，将所述差额输出到环路滤波器(224)进行平缓或均分以产生不包括高频变化的输出，并由压控振荡器(226)进行速率调整，以产生所述可变速率的定时信号流；

由第二环路(230)接收所述第一环路输出的所述可变速率的定时信号流产生恒定速率的定时信号流，进一步包括：由比较器(232)确定所述可变速率的定时信号流和所产生的恒定速率的定时信号流之间的差额，将所述差额经由信号限幅器(234)限幅后输出到加法器(238)，利用所述不包括高频变化的输出作为前馈信号经第二环路外的回转速率限幅器(228)进行回转速率限幅而产生的调整信号也输出到加法器，由加法器进行相加以产生控制信号输出到压控振荡器(236)，限制所述恒定速率的定时信号流的相位累计速率变化的速率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应所述恒定速率的定时信号流，从消除抖动缓冲器中释放所述传输信息包的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生可变速率定时信号流的步骤是响应所述第一时间戳记值的所述流的变化速率以及相位累计速率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述产生恒定速率的定时信号流的步骤是响应所述第一时间戳记值的所述流的所述相位累计速率。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述产生恒定速率的定时信号流的步骤是响应所述第一时间戳记值的所述流的所述相位累计速率前馈。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括回转速率限制所述第一时间戳记值的所述流的所述相位累计速率前馈的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应在所述传输信息包之间具有恒定间隔的所述恒定速率的定时信号流，从消除抖动缓冲器中释放所述传输信息包的步骤。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括向间隔定时器提供所述恒定速率的定时信号流，并在从消除抖动缓冲器中释放所述传输信息包时，根据所述间隔定时器的期满，在所述传输信息包之间提供恒定间隔的步骤。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应所述恒定速率的定时信号流，保持连续的递减计数的减量的步骤。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应所述恒定速率的定时信号流，产生第二时间戳记值代替所述第一时间戳记值。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变速率定时信号流是在II型锁相环中产生的，而所述恒定速率的定时信号流是在I型锁相环中产生的。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，传输信息包传送运动图像专家组MPEG数据。

13.一种保证输出抖动的上限而维持最大系统带宽的系统，所述系统包括：

多个传输信息包(104)，其中所述多个传输信息包中的至少一部分中的每一个包含了第一时间戳记值，所述第一时间戳记值是程序时钟参照PCR(240)值；

程序时钟参照PCR萃取器(210)，用于接收多个传输信息包(104)的输入传输流(106)，并输出包含经纠正的程序时钟参照PCR(250)值的流；

消除抖动缓冲器(212)，用于存储所述多个传输信息包；

第一环路(220)，用于接收来自所述程序时钟参照PCR萃取器(210)的包含经纠正的程序时钟参照PCR(250)值的流，并产生用于输出至第二环路(230)的可变速率的定时信号流(252)，其中，所述第一环路进一步包括比较器(222)、环路滤波器(224)，和压控振荡器(226)，所述比较器确定输入的包含经纠正的程序时钟参照PCR(250)值的流和所述第一环路输出的可变速率的定时信号流(252)之间的差额(254)，并将所述差额(254)输出到所述环路滤波器进行平缓或均分以产生不包括高频变化的输出(256)，所述压控振荡器接收来自所述环路滤波器的所述不包括高频变化的输出(256)并进行速率调整，以输出所述可变速率的定时信号流(252)；

第二环路(230)，用于接收所述第一环路所输出的所述可变速率的定时信号流(252)，产生恒定速率的定时信号流(262)，其中，所述第二环路进一步包括比较器(232)、信号限幅器(234)，加法器(238)，和压控振荡器(236)，所述比较器(232)确定所接收的所述可变速率的定时信号流和输出的所述恒定速率的定时信号流(262)的差额(264)，并将所述差额(264)输出到所述信号限幅器(234)进行大小限制以产生输出(266)到所述加法器(238)，所述压控振荡器(236)接收来自所述加法器(238)的输出控制信号(268)，产生所述恒定速率的定时信号流(262)；以及

第二环路外的回转速率限幅器(228)，利用所述不包括高频变化的输出(256)作为前馈信号，产生调整信号(258)输出到所述加法器(238)，所述加法器(238)利用来自所述信号限幅器(234)的速率输出(266)以及来自所述回转速率限幅器(228)的所述调整信号(258)产生控制信号(268)以输出到所述压控振荡器(236)。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，进一步包括间隔定时器，它响应所述恒定速率的定时信号流，从所述消除抖动缓冲器中释放所述传输信息包，因此所述间隔定时器根据所述间隔定时器的期满，提供所述传输信息包之间的恒定间隔。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述恒定速率的定时信号流响应从所述第一环路前馈到所述第二环路的相位累计速率。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第二环路被所述第二环路外的回转速率限幅器所限制。

17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，进一步包括第二时间戳记值，响应产生所述恒定速率的定时信号流，代替已产生的所述第一时间戳记值。

18.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述可变速率的定时信号流是由I型锁相环中的压控振荡器所产生的，而所述恒定速率的定时信号流是由II型锁相环中的压控振荡器所产生的。

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