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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zeitlichen
Glätten
eines Datenstroms aus zeitkontinuierlich von einer Datenquelle erzeugten
Datenpaketen bei der Umsetzung von einem nicht zeitkontinuierlich
arbeitenden Übertragungsmedium
auf ein zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium.
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Stand der
Technik
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Bei
der Übertragung
von Datenströmen,
die aus Datenpaketen bestehen, welche von einer Datenquelle zeitkontinuierlich
erzeugt werden, über
ein Netzwerk, das mindestens ein nicht zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium
umfaßt,
treten Schwierigkeiten bei der Umsetzung des Datenstroms von dem
nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium des Netzwerks
auf das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium des Netzwerks auf.
Datenströme
aus zeitkontinuierlich erzeugten Datenpaketen umfassen insbesondere
audiovisuelle Datenströme,
wie sie beispielsweise beim Übertragen
von Rundfunk- oder Fernsehsendungen oder eines Videofilms auftreten.
Audiovisuelle Datenströme werden
abgekürzt
als AV-Datenströme
bezeichnet. Ein Beispiel für
einen AV-Datenstrom ist ein MPEG-2-Datenstrom gemäß dem Audio-
und Videokompressionsstandard der Motion Picture Experts Group,
der von der International Standard Organisation (ISO) im Dokument
ISO13818 genormt ist. Im folgenden wird unter einem Datenpaket ein
Datenpaket eines zeitkontinuierlichen Datenstroms verstanden, beispielsweise
ein MPEG-2-Transportstrompaket, sofern sich aus dem Kontext nicht
ausdrücklich
etwas anderes ergibt. Ganz allgemein werden Datenströme aus zeitkontinuierlich
erzeugten Datenpaketen hier als zeitkontinuierliche Datenströme bezeichnet.
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Zu
den nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Netzwerken bzw. Übertragungsmedien
gehört
das Internet. Bei der Übertragung
eines Datenstroms über
das Internet wird der Datenstrom in IP-Datenpakete zerlegt, die
einzeln, unabhängig
voneinander über
das Internet übertragen
werden. Eine Schwierigkeit bei der Übertragung von zeitkontinuierlichen Datenströmen über das
Internet ergibt sich daraus, daß häufig mehrere
IP-Datenpakete in
einem Stoß (burst) übertragen
werden. Eine weitere Ursache für zeitliche
Diskontinuitäten
bei der Übertragung
eines zeitkontinuierlichen Datenstroms über ein nicht zeitkontinuierlich
arbeitendes Netzwerk kann ein nicht zeitkontinuierlich arbeitender
Sender sein, der den Datenstrom in das nicht zeitkontinuierlich
arbeitende Netzwerk einspeist. Ferner ist das Internet so aufgebaut,
daß zwischen
zwei Netzwerkknoten, beispielsweise zwei Computern, unterschiedliche Übertragungswege
existieren können.
Ohne besondere Vorkehrungen ist es daher nicht möglich, vorauszusagen, über welchen Übertragungsweg
die IP-Datenpakete zwischen zwei Netzwerkknoten übertragen werden. Werden die
unterschiedlichen IP-Datenpakete, die Datenpakete eines zeitkontinuierlichen
Datenstroms enthalten, von einem ersten Netzwerkknoten zu einem
zweiten Knoten des Internets übertragen,
so ist nicht sichergestellt, daß sämtliche
IP-Datenpakete über denselben Übertragungsweg
zwischen dem ersten und dem zweiten Netzwerkknoten übertragen
werden. Ebensowenig ist sichergestellt, daß die IP-Datenpakete dieselbe
Laufzeit bzw. Übertragungszeit
zwischen dem ersten Netzwerkknoten und dem zweiten Netzwerkknoten
aufweisen. Folglich kann auch nicht sichergestellt werden, daß die IP-Datenpakete und somit
auch die Datenpakete des zeitkontinuierlichen Datenstroms an dem
zweiten Netzwerkknoten in der Reihenfolge eintreffen, in der sie
vom ersten Netzwerkknoten versandt wurden. Zusätzlich kann auch der Verlust
ganzer IP-Datenpakete
auftreten.
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Bei
einem zeitkontinuierlich arbeitenden Netzwerk werden die Datenpakete
so übertragen, daß sichergestellt
ist, daß die
Datenpakete zum einen in der Reihenfolge, in der sie von einer Sendeeinrichtung
abgesandt wurden, bei dem Empfänger eintreffen
und zum andern beim Empfänger
die Zeitabstände
zwischen den Datenpaketen dieselben wie beim Absenden an der Sendeeinrichtung
sind bzw. die Rate beim Empfänger
der Datenpakete dieselbe ist wie beim Absenden. Bei einem IEEE 1394-Netzwerk
wird eine gewisse Anzahl Datenpakete des zeitkontinuierlichen Datenstroms
jeweils zu einem IEEE 1394-Datenpaket
zusammengefaßt.
Somit entspricht bei einem IEEE 1394-Netzwerk die Rate der empfangenen
Datenpakete der Rate der abgesandten Datenpakete des zeitkontinuierlichen
Datenstroms.
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Bei
einem IEEE 1394-Netzwerk ist das Übertragungsmedium mit einer Übertragungsmediumzeit verknüpft. Den
einzelnen IEEE 1394-Datenpaketen wird vor dem Versenden eine Übertragungszeit
zugeordnet. Stimmen Übertragungsmediumzeit
und die dem IEEE 1394-Datenpaket zugeordnete Übertragungszeit überein,
so wird das IEEE 1394-Datenpaket über das Übertragungsmedium übertragen.
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Bei
der Übertragung
eines zeitkontinuierlichen Datenstroms über Übertragungsmedien, von denen
eines nicht zeitkontinuierlich zu der Paketübertragungsrate des übertragenen
Datenstroms arbeitet, kommt es ohne eine zeitliche Glättung zu
einer zeitlichen Unstetigkeit bzw. Diskontinuität des Datenstroms an der Datensenke,
die am Übergang
von dem nicht zeitkontinuierlich arbeitenden auf das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium
verursacht wird.
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Als
Beispiel soll hier die im folgenden beschriebene Anordnung für die Übertragung
eines AV-Datenstroms, beispielswei se eines MPEG-2-Datenstroms einer
Rundfunksendung, von einer Quelle, einem MPEG-2-Codierer, zu einer
Datensenke, einem MPEG-2-Decodierer, der die Rundfunksendung wiedergibt,
betrachtet werden. Der Daten Strom wird zunächst über einen Satelliten zeitkontinuierlich
zu einem DVB-IPI-Server (Digital Video Broadcasting – IP Infrastructure-Server) übertragen.
Ein DVB-IPI-Server ist ein Empfangsgerät für mittels elektromagnetischer
Wellen übertragener
Datenströme,
das die empfangenen Datenströme über das
Internet weiterleitet. Der betrachtete AV-Datenstrom wird zu einer
Umsetzungseinrichtung (einem IP-Tuner) über das Internet nicht zeitkontinuierlich übertragen.
Die Umsetzungseinrichtung überträgt den Datenstrom
zu der Datensenke über
ein zeitkontinuierliches Übertragungsmedium,
beispielsweise ein IEEE 1394-Netzwerk. In der Umsetzungseinrichtung,
von der der AV-Datenstrom aus dem Internet empfangen wird und in
das zeitkontinuierlich arbeitende IEEE 1394-Heimnetzwerk eingespeist
wird, ergibt sich das Erfordernis, den AV-Datenstrom zeitlich zu
glätten.
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Im
Stand der Technik sind Umsetzungseinrichtungen für die Umsetzung eines zeitkontinuierlichen
Datenstroms von einem nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium
auf ein zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium bekannt. Die
zeitliche Glättung
wird in diesen Vorrichtungen dadurch erreicht, daß eine größere Menge
Datenpakete des AV-Datenstroms
in der Umsetzungseinrichtung zwischengespeichert wird, um jeweils
eine ausreichende Anzahl von Datenpaketen für das Einspeisen in das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium
zur Verfügung
zu haben. Um einen zeitkontinuierlichen Datenstrom über ein
nicht zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium wie das Internet übertragen
und anschließend
wieder in einen zeitkontinuierlichen Datenstrom zurückwandeln
zu können,
werden zumindest in einige Datenpakete Zeitmarken eingefügt, die
mit der Erzeugungszeit des jeweiligen Datenpakets korreliert sind. Anhand
dieser Zeitmarken, z. B. PCR-Werten (Program Clock Reference – Werten)
eines MPEG-2-Datenstroms, ist es möglich, in der Umsetzungseinrichtung
zu ermitteln, mit welcher Übertragungsrate
die Daten über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium weitergeleitet
werden müssen.
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Anhand
der im Datenstrom enthaltenen Zeitmarken, kann der Datenstrom in
Segmente gleicher Übertragungsrate
zerlegt werden. Die Übertragungsrate
für ein
Segment des Datenstroms ergibt sich aus der Zeitdifferenz der beiden
Zeitmarken, die das Datenstromsegment eingrenzen, und der Anzahl
der zu diesem Datenstromsegment gehörenden Datenpakete. Für die einzelnen
Datenpakete eines Datenstromsegments kann die Übertragungszeit in der Umsetzungseinrichtung
anhand der ermittelten Übertragungsrate
und der jeweiligen Stellung innerhalb des Datenstromsegments berechnet
werden.
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Die
Menge der zwischengespeicherten Datenpakete muß bei den Umsetzungseinrichtungen nach
dem Stand der Technik relativ groß sein, um die Schwankungen
in der Übertragungsrate
der Datenpakete in dem nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium
auszugleichen. Die Übertragung
der Datenpakete über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium muß zumindest
annähernd
mit der Übertragungsrate
erfolgen, mit der die Datenpakete erzeugt bzw. abgesandt wurden. Wird
diese Rate überschritten,
so kann es zu einem Bufferüberlauf
bei der Datensenke, der Empfangsvorrichtung, des Datenstroms kommen.
Ist die Übertragungsrate
zu gering kommt es zu einem Datenpaketmangel, der zu einer Unterbrechung
bzw. einem Aussetzer in dem AV-Datenstrom führt. Für den Fall, daß in der
Umsetzungseinrichtung zwar Datenpakete zwischengespeichert sind,
jedoch das Datenpaket noch nicht empfangen ist, welches die das
Datenstromsegment abschließende
Zeitmarke enthält, kann
die Übertragungsrate
für diese
Datenpakete nicht bestimmt werden. Folglich ist eine Berech nung der Übertragungszeiten
nicht fristgerecht möglich. Hierdurch
kann es auftreten, daß die Übertragungszeiten
für die
Datenpakete, die berechnet werden, nachdem das Datenpaket mit der
zweiten Zeitmarke empfangen worden und die Übertragungsrate für die Datenpakete
des betreffenden Datenstromsegments bestimmt worden ist, relativ
zu der Übertragungsmediumzeit
in der Vergangenheit liegen.
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Die
Berechnung der Übertragungszeiten
für die
Datenpakete soll kurz erläutert
werden. Die Übertragungszeit
für ein
Datenpaket wird ermittelt, indem aus der dem Datenpaket zugeordneten Übertragungsrate
und der Stellung des Datenpakets innerhalb des Datenstroms zunächst ein
zeitlicher Versatz (offset) bezüglich
eines Referenzzeitpunkts bestimmt wird. Der Referenzzeitpunkt ist
mit der Übertragungsmediumzeit
korreliert, Aus dem Referenzzeitpunkt und dem ermittelten zeitlichen
Versatz ergibt sich aufgrund der Korrelation. zwischen Referenzzeitpunkt und
der Übertragungsmediumzeit
die Übertragungszeit
des Datenpakets. Steht die Übertragungsrate
für Datenpakete
nicht zeitgerecht für
eine Berechnung des zeitlichen Versatzes zur Verfügung, wie
dies oben beschrieben wurde, so ist die in dem Zeitsystem der Übertragungsmediumzeit
vergangene Zeitspanne größer als
der zu dieser Zeitspanne korrelierte für das Datenpaket bestimmte
zeitliche Versatz. Folglich liegt eine auf Basis dieses Versatzes
ermittelte Übertragungszeit
in der Vergangenheit der Übertragungsmediumzeit.
Analog erfolgt die Berechnung der Übertragungszeit für ein IEEE
1394-Datenpaket anhand der Stellungen und der Übertragungsraten der in dem
IEEE 1394-Datenpaket
zusammengefaßten
Datenpakete des zeitkontinuierlichen Datenstroms.
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In
einem solchen Fall ist es nicht mehr ohne weiteres möglich, die
Datenpakete in das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
einzuspeisen. Bei einem IEEE 1394-Über tragungsmedium "wiederholt" sich jedoch die Übertragungsmediumzeit
jede Sekunde. Daher können
die Datenpakete des zeitkontinuierlichen Datenstroms bei einem zeitkontinuierlich
arbeitenden IEEE 1394-Übertragunsmedium
noch versand werden, ohne sie zu verwerfen oder eine erneute Synchronisierung
der Übertragungszeiten
mit der Übertragungsmediumzeit
durchführen
zu müssen.
Es tritt im Datenstrom jedoch ein Zeitsprung von bis zu einer Sekunde
auf. Dieses Problem wird bei den bekannten Umsetzungsvorrichtungen
nur dadurch vermieden werden, daß eine so große Menge
Datenpakete in der Umsetzungseinrichtung gespeichert wird, daß jederzeit
sichergestellt ist, daß ausreichend
viele Datenpakete vorliegen, für
die die Übertragungsrate
in der Umsetzungseinrichtung bereits bestimmt worden ist. Der Nachteil
dieser Vorgehensweise liegt darin, daß bei einem Wechsel zu einem
anderen Datenstrom, beispielsweise einem anderen Fernseh- oder Radioprogramm,
eine längere
Unterbrechung notwendig ist. Diese Unterbrechung wird dadurch bedingt,
daß vor
dem Beginn der Einspeisung des neuen Datenstroms in das zeitkontinuierlich
arbeitende IEEE 1394-Netzwerk die erforderliche Anzahl von Datenpaketen
in der Umsetzungseinrichtung angesammelt werden muß, um Diskontinuitäten in dem
empfangenden Datenstrom am Wiedergabegerät ausschließen zu können.
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Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zeitlichen
Glätten
eines Datenstroms aus zeitkontinuierlich von einer Datenquelle erzeugten
Datenpaketen bei der Umsetzung von einem nicht zeitkontinuierlich
arbeitenden Übertragungsmedium
auf ein zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium zu schaffen,
welches/welche kürzere
Umschaltzeiten beim Wechsel zwischen verschiedenen Datenströmen ermöglicht.
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Die
Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Patentanspruch
1 und eine Umsetzungseinrichtung mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Patentanspruch 11
gelöst.
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Die
Erfindung umfaßt
den Gedanken, daß für die in
der Umsetzungseinrichtung empfangenen Datenpakete, für die anhand
der ausgelesenen Zeitmarken die Paketübertragungsrate nicht (oder
noch nicht) ermittelbar ist, eine geschätzte Paketübertragungsrate geschätzt und
diesen Datenpaketen zugeordnet wird, falls keine der empfangenen
Datenpakete zum Versenden über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium vorliegen,
denen die anhand der ausgelesenen Zeitmarken ermittelte Paketübertragungsrate
zugeordnet ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß auch in
dem Fall, in dem ein Datenstromsegment noch nicht vollständig in
der Umsetzungseinrichtung empfangen worden ist, für die bereits
empfangenen Datenpakete eine Paketübertragungsrate bestimmt werden
kann, die es ermöglicht,
die Datenpakete über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium zu versenden. Hierdurch
wird verhindert, daß,
nachdem die Paketübertragungsrate "zu spät" zur Verfügung steht, Übertragungszeiten
für die
Datenpakete ermittelt werden, die relativ zu der Übertragungsmediumzeit
in der Vergangenheit liegen. Insgesamt kann so die Anzahl der Datenpakete,
die in der Umsetzungseinrichtung zwischengespeichert werden müssen, verringert
werden. Bei einer gleich großen
Anzahl gespeicherter Datenpakete in der Umsetzungseinrichtung kann
das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung
größere Schwankungen
der Übertragungsrate
bei der Übertragung über das
nicht zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium ausgleichen.
Gleichzeitig bleibt sichergestellt, daß die Datenpakete nicht mit
einer zu hohen Datenrate in das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
eingespeist werden, so daß eine Überfüllung der Datenpuffer
an der Datensenke, zu der der Datenstrom übermittelt wird, nicht auftritt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß Leerdatenpakete
als Ersatz für die
empfangenen Datenpakete erzeugt und über das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium versandt
werden, falls keine empfangenen Datenpakete in der Umsetzungseinrichtung
vorliegen. Bei dieser Ausführungsform
ist sichergestellt, daß ein zeitkontinuierlicher
Datenstrom in dem zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium
aufrecht erhalten wird, selbst wenn keine empfangenen Datenpakete
in der Umsetzungseinrichtung vorliegen. Dies bietet den Vorteil,
daß, sobald
weitere Datenpakete über
das nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium empfangen
worden sind, diese Datenpakete unverzüglich über das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium
weiter versandt werden können,
ohne daß eine
Unstetigkeit/Diskontinuität
in dem zeitkontinuierlichen Datenstrom bei der Übertragung über das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium
auftritt. Würden
keine Leerdatenpakete erzeugt und dem Sender zur Verfügung gestellt, wäre ansonsten
eine erneute Synchronisierung zwischen dem zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium
und den ermittelten Übertragungszeiten
der empfangenen Datenpakete vor dem Versenden der empfangenen Datenpakete
erforderlich. Im Falle eines IEEE 1394-Netzwerks kann diese Synchronisierung
zu Unterbrechungen im Datenstrom von bis zu einer Sekunde führen. Werden
hingegen die Leerdatenpakete in den Datenstrom eingefügt, ist eine
solche Synchronisierung nicht erforderlich, und die empfangenen
Datenpakete können
nahtlos unter Berücksichtigung
ihrer Paketübertragungsrate
in den zeitkontinuierlichen Datenstrom des zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmediums
eingefügt werden,
indem die eingetretene Veränderung
der Stellung der Datenpakete in dem Datenstrom aufgrund des Einfügens der
Leerdatenpakete berücksichtigt
wird.
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Wurden über das
zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
Datenpakete versandt, für die
nur die geschätzte
Paketübertragungsrate
zur Verfügung
stand, so kann diese geringer, gleich oder größer als eine tatsächliche
Paketübertragungsrate für das jeweilige
Datenpaket in dem übermittelten Datenstrom
sein. Falls eine Differenz zwischen der nachträglich bestimmten Paketübertragungsrate
und der geschätzten
Paketübertragungsrate
ermittelt wird, so kann diese Differenz dadurch ausgeglichen werden,
daß die
Paketübertragungsrate
der nachfolgenden Datenpakete entsprechend erhöht bzw. erniedrigt wird. Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht daher vor, daß für Datenpakete, die auf Basis
der geschätzten
Paketübertragungsrate
versandt wurden, nachträglich,
sobald dies anhand der ausgelesenen Zeitmarken möglich ist, die Paketübertragungsrate
ermittelt wird und eine Differenz zu der geschätzten Paketübertragungsrate bestimmt wird,
die bei den nachfolgenden Ermittlungen der Paketübertragungsrate für die empfangenen Datenpakete
berücksichtigt
wird, um die Differenz auszugleichen.
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Um
zu einer guten Schätzung
für die
geschätzte
Paketübertragungsrate
zu gelangen, ist es vorteilhaft, daß die geschätzte Paketübertragungsrate auf Basis der
vorangehend ermittelten Paketübertragungsraten
geschätzt
wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß das
Schätzen
der geschätzten Paketübertragungsrate
das Bilden eines Durchschnitts mehrerer der vorangehend ermittelten
Paketübertragungsraten
umfaßt.
Da die Paketübertragungsrate
in einem zeitkontinuierlichen Datenstrom, beispielsweise einem MPEG-2-Datenstrom,
in der Regel über
größere Zeitab schnitte
nur leicht variiert, stellt der Durchschnitt der Paketübertragungsraten mehrerer
Datenstromsegmente eine gute Schätzung für die geschätzte Paketübertragungsrate
dar, auch wenn die zuletzt ermittelte Paketübertragungsrate hiervon abweicht.
Für einen
MPEG-2-Datenstrom hat sich eine Einbeziehung von zehn Paketübertragungsraten
verschiedener Datenstromsegmente bei der Durchschnittsbildung als
vorteilhaft erwiesen. Es können
jedoch auch weniger oder mehr ermittelte Paketübertragungsraten in die Durchschnittsberechnung
einbezogen werden.
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Beim
Empfang der Datenpakete über
das nicht zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium ist nicht
sichergestellt, daß die
empfangenen Datenpakete in der Reihenfolge ihrer Erzeugung an der
Datenquelle empfangen werden. Folglich ist es vorteilhaft, wenn
die Reihenfolge der Datenpakete in der Umsetzungseinrichtung wiederhergestellt
wird. Dies wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreicht,
indem die Datenpakete entsprechend ihrer Erzeugungsreihenfolge in
dem Empfangsspeicher gespeichert werden.
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Um
eine einfache Verwaltung der Datenpakete zu ermöglichen, sieht eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung vor, daß die
empfangenen Datenpakete, für
die die Paketübertragungsrate
anhand der ausgelesenen Zeitmarken ermittelt worden ist, von dem
Empfangsspeicher in einen Sendespeicher überführt werden. Für die in
dem Sendespeicher abgespeicherten Datenpakete ist jeweils die Paketübertragungsrate
bekannt und den Datenpaketen zugeordnet. Aus dem Sendespeicher können die
Datenpakete gemeinsam mit den ihnen zugeordneten Paketübertragungsraten
ausgelesen und in das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
eingespeist werden.
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Das
Versenden der Datenpakete über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium erfolgt vorteilhafterweise
so, daß ein
Sender anhand der den Datenpaketen zugeordneten Paketübertragungsraten
jeweils eine Übertragungszeit
bestimmt und die Datenpakete über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium jeweils versandt
werden, wenn ihre Übertragungszeit
mit einer Übertragungsmediumzeit
des zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmediums übereinstimmt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht
vor, daß der
Sender mehrere Datenpakete in einem Sendebuffer zusammenfaßt und anhand
der den in dem Sendebuffer zusammengefaßten Datenpaketen zugeordneten
Paketübertragungsraten
jeweils eine Übertragungszeit
bestimmt und der Sendebuffer über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium versandt
wird, wenn seine Übertragungszeit
mit einer Übertragungsmediumzeit
des zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmediums übereinstimmt.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Einspeisung der Datenpakete in das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
von dem Sender gesteuert. Dieser fordert die Datenpakete an, um
sie über
das Übertragungsmedium
zu versenden. Daher ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß eine Sender-Dienst-Schnittstelle
auf Anforderung des Senders Datenpakete aus dem Sendespeicher oder,
falls dieser leer ist, aus dem Empfangsspeicher oder, falls der
Empfangsspeicher ebenfalls leer ist, erzeugte Leerdatenpakete liefert
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Die
Erfindung ist besonders gut geeignet um mit einem zeitkontinuierlich
arbeitenden Übertragungsmedium
verwendet zu werden, das konform zu dem Standard IEEE 1394 ist.
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Ausführungsformen
der Umsetzungseinrichtung können
in Form einer elektronischen Schaltung und/oder Software ausgeführt sein.
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Die
Merkmale der übrigen
Weiterbildungen in abhängigen
Ansprüchen
der Umsetzungseinrichtung weisen die in Verbindung mit zugehörigen Merkmalen
in den abhängigen
Verfahrensansprüchen
genannten Vorteile entsprechend auf.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung näher
erläutert.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht von Komponenten, die an einer Übertragung
eines zeitkontinuierlichen Datenstroms beteiligt sind;
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2 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
einer Umsetzungseinrichtung; und
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3 schematische
Blockschaltbilder einzelner Bestandteile der Umsetzungseinrichtung
nach 2.
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Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
eine schematische Darstellung von Komponenten, die an der Übertragung
eines AV-Datenstroms von einer Datenquelle 1 mit Hilfe
eines DVB-IPI-Servers 2 zu einer Datensenke 3 beteiligt
sind. Die Datenquelle 1 ist ein MPEG-2-Codierer, der zeitkontinuierlich Datenpakete 4 über einen
Satelliten 5 zu dem DVB-IPI-Server 2 überträgt. Die Übertra gung
von der Datenquelle 1 zu dem DVB-IPI-Server 2 über den
Satelliten 5 erfolgt über ein
zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium.
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Der
DVB-IPI-Server 2 versendet die empfangenen Datenpakete 4 in
IP-Datenpaketen 6 über
ein nicht zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium 7,
das Internet, zu einer Umsetzungseinrichtung 8, die auch
als IP-Tuner bezeichnet wird. Die Übermittlung der Datenpakete 4 in
den IP-Datenpaketen 6 über das
nicht zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium 7 erfolgt
stoßweise
(burst-artig). Die Umsetzungseinrichtung 8 glättet den übertragenen
AV-Datenstrom zeitlich.
Für die
empfangenen Datenpaketen 4 wird eine Sendedatenrate ermittelt,
die angibt, mit welcher Rate die Datenpakete 4 an der Datenquelle 1 erzeugt
bzw. versandt wurden. Die Sendedatenrate wird im folgenden als Paketübertragungsrate
bezeichnet. Die Datenpakete 4 werden entsprechend der ermittelten
Paketübertragungsrate über ein
zeitkontinuierlich arbeitendes Übertragungsmedium 9,
beispielsweise ein IEEE 1394-Netzwerk, zu der Datensenke 3 versandt.
Die Datensenke 3 ist in diesem Beispiel ein MPEG-2-Decodierer.
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In
der weiteren Beschreibung der Erfindung wird davon ausgegangen,
daß der
AV-Datenstrom ein MPEG-2-Datenstrom ist und es sich bei dem Datenpaket 4 um
ein MPEG-2-Transportstrompaket handelt. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf AV-Datenströme
bzw. Datenpakete dieses Standards eingeschränkt, sondern kann für beliebige
zeitkontinuierliche Datenströme
und Datenpakete verwendet werden.
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Die
Beschreibung einer Ausführungsform des
Verfahrens zum zeitlichen Glätten
des AV-Datenstroms und der Funktionsweise einer Umsetzungseinrichtung
erfolgt anhand der 2 und 3. Gleiche
Merkmale sind in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet. Datenpakete des zeitkontinuierlichen Datenstroms werden
allgemein mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. An einigen
Stellen wird auf einzelne dieser Datenpakete Bezug genommen, die
besondere Merkmale aufweisen. Diese Datenpakete sind zu Unterscheidungszwecken
zusätzlich
durch hochgestellte römische
Zahlen gekennzeichnet. In der 2 sind die
Datenpakete 4, die ein gemeinsames Merkmal aufweisen zusätzlich durch
eine Schraffur gekennzeichnet.
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In
einem MPEG-2-Datenstrom weisen einige Datenpakete 4I Zeitmarkierungen
(AV-Timestamps) auf, die mit einer Erzeugungszeit in der Datenquelle 1 (vgl. 1)
bzw. dem Versandt des jeweiligen Datenpakets 4I korreliert
ist. Anhand der Anzahl der Datenpakete 4, die zwischen
zwei der einigen Datenpakete 4I ,
welche eine Zeitmarke enthalten, in der Umsetzungseinrichtung 8 empfangen
werden, und den Zeitmarken kann die Paketübertragungsrate ermittelt werden.
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Die
Umsetzungseinrichtung 8 umfaßt einen Empfänger 11 (Receiver),
der mit dem nicht zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium
verbunden ist und IP-Datenpakete 6 empfängt. Die empfangenen IP-Datenpakete 6,
die wiederum Datenpakete 4 des übertragenen zeitkontinuierlichen
Datenstroms enthalten, werden von einer Paketabtaster- und Sequenzsteuereinheit 12 (Packet
Scanner/Sequence Controller) untersucht, um die Zeitmarken aus den
einigen Datenpaketen 4I auszulesen.
Die Datenpakete 4 werden zusammen mit ihrem IP-Datenpaket 6 in
einem Empfangsspeicher 13 (Receive Queue) abgespeichert.
Da die IP-Datenpakete 6 über das nicht zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium 7 (vgl. 1),
hier das Internet, nicht notwendigerweise in der Reihenfolge empfangen
werden, in der sie ausgesandt wurden, muß die Empfangsreihenfolge der
IP-Datenpakete 6 und somit der Datenpakete 4 nicht
ihrer ursprünglichen
Reihenfolge ent sprechen, mit der sie versandt bzw. erzeugt wurden.
Ordnungsmittel 14 der Paketabtaster- und Sequenzsteuereinheit 12 prüfen daher,
ob die Empfangsreihenfolge mit der ursprünglichen Reihenfolge übereinstimmt,
und sorgen dafür,
daß die
Datenpakete 4 entsprechend ihrer ursprünglichen Reihenfolge in dem
Empfangsspeicher 13 abgespeichert werden. Ein sogenannter Queue-Übertragungs-Manager 15 (Queue
Transfer-Manager) empfängt
die von der Paketabtaster- und Sequenzsteuereinheit 12 ausgelesenen
Zeitmarken. Sind von dem Empfänger 11 der
Umsetzungseinrichtung 8 zwei der einigen Datenpakete 4I empfangen worden, die eine Zeitmarke
enthalten, so wird von dem Queue-Übertragungs-Manager 15 anhand der
Anzahl der Datenpakete 4, die zwischen den zwei einigen
Datenpaketen 4I empfangen wurden,
eine Paketübertragungsrate
ermittelt, die die Rate angibt, mit der die Datenpakete 4 an
der Datenquelle ursprünglich
erzeugt wurden. Die ermittelte Paketübertragungsrate wird den Datenpaketen 4 zugeordnet, die
zwischen den zwei einigen Datenpaketen 4I empfangen
wurden.
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Datenpakete 4II , für die die Paketübertragungsrate
ermittelt und ihnen zugeordnet wurde, werden von Überführungsmitteln 18 des Queue-Übertragungs-Managers 15 in
einen Sendespeicher 19 (Send Queue) überführt. Sind in dem Sendespeicher 19 ausreichend
viele Datenpakete 4II mit einer
bekannten Paketübertragungsrate
abgespeichert, wird ein Sender 21 aktiviert. Der Sender 21 fordert
von einer Sender-Dienst-Schnittstelle 22 (Sender Service
Interface) Datenpakete 4 an, um sie über das zeitkontinuierlich
arbeitende Übextragungsmedium
zu versenden. Die Sender-Dienst-Schnittstelle 22 greift
dabei zunächst
auf den Sendespeicher 19 zurück.
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Der
Sender 21 umfaßt
eine Sendebufferfülleinheit 34,
die jeweils mehrere Datenpakete 4 in einem Sendebuffer 26 zusammenfaßt. Der
Sender 21 umfaßt
ferner eine Zeitbestimmungs einheit 23, die relativ zu einer
Startzeit anhand der den in dem Sendebuffer 26 zusammengefaßten Datenpaketen 4 zugeordneten
Paketübertragungsraten
und deren Stellungen in dem zeitkontinuierlichen Datenstrom eine zeitliche
Verzögerung
berechnet. Aus der Verzögerung
kann eine Übertragungszeit
für den
jeweiligen Sendebuffer 26 ermittelt werden, zu der der
jeweilige Sendebuffer 26 über das zeitkontinuierlich
arbeitende Übertragungsmedium
versandt werden soll. Dem zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium ist
eine Übertragungsmediumzeit
zugeordnet, die durch eine Senderuhr 24 (Sender Clock)
festgelegt wird. Die Übertragungsmediumzeit
ist bei einem IEEE 1394-Übertragungsmedium
die cycle-time. Die von der Zeitbestimmungseinheit 23 bestimmte Übertragungszeit
des jeweiligen Sendebuffers 26 wird von einer Synchronisierungseinheit 25 des
Senders 21 mit der Übertragungsmediumzeit
verglichen. Stimmen die Übertragungszeit
eines der Sendebuffer 26 und die Übertragungsmediumzeit überein,
so sorgt die Synchronisierungseinheit 25 dafür, daß der entsprechende
Sendebuffer 26 über
das zeitkontinuierlich arbeitenden Übertragungsmedium übertragen wird.
Hierdurch wird erreicht, daß die
Datenpakete 4 über
das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium entsprechend
ihrer Paketübertragungsrate versandt
werden. Der Sender 21 fordert selbständig neue Datenpakete 4 an,
um leere Sendebuffer 27 befüllen zu können. Kann die Sender-Dienst-Schnittstelle 22 keine
Datenpakete 4II liefern, für die die
Paketübertragungsrate
ermittelt wurde, d. h., wenn der Sendespeicher 19 leer
ist, fordert die Sender-Dienst-Schnittstelle 22 Datenpakete
bei dem Queue-Übertragungs-Manager 15 an.
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Der
Queue-Übertragungs-Manager
schätzt dann
mit Hilfe von Schätzmitteln 28 eine
Paketübertragungsrate
für die
nächsten
zu übermittelnde
Datenpakete 4III , welche in dem
Empfangsspeicher 13 abgespeichert sind und für welche
die Paketübertragungsrate
noch nicht bestimmt worden ist. Die Schätzmit tel 28 greifen
hierbei auf vorangehend ermittelte Paketübertragungsraten zurück, die
in einem Paketübertragungsraten-Speicher 29 abgespeichert sind.
Hierfür
verfügen
die Schätzmittel 28 über einen Durchschnittsbilder 30,
der einen Durchschnitt der zehn zuletzt ermittelten Paketübertragungsraten
bildet. Andere Ausführungsformen
können
mehr oder weniger Paketübertragungsraten
berücksichtigen, die
in dem Paketübertragungsraten-Speicher 29 gespeichert
sind. Die Datenpakete 4III werden
dann mit der geschätzten
Paketübertragungsrate über die Sender-Dienst-Schnittstelle 22 dem
Sender 21 zugeleitet, der mit ihnen leere Sendebuffer 27 befällt.
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Sobald
anschließend
das Datenpaket der einigen Datenpakete 4I empfangen
wird, welches eine der Zeitmarken enthält, kann nachträglich für die Datenpakete 4III , die mit einer geschätzten Paketübertragungsrate
versandt wurden, die "tatsächlich" ermittelte Paketübertragungsrate
bestimmt werden. Mit Hilfe von Vergleichermitteln 31 wird
eine Differenz zwischen der geschätzten Paketübertragungsrate und der ermittelten
Paketübertragungsrate
bestimmt. Diese Differenz wird, sofern sie nicht null ist, bei der Bestimmung
der Paketübertragungsraten
für zukünftig über das
zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium 9 (vgl. 1)
zu übersendende
Datenpakete 4 berücksichtigt.
Hierfür
modifizieren Ausgleichsmittel 32 die anhand der Zeitmarken
bestimmten Paketübertragungsraten
entsprechend.
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In
dem extremen Ausnahmefall, daß sowohl der
Sendespeicher 19 als auch der Empfangsspeicher 13 leer
sind, d. h. in der Umsetzungseinrichtung 8 keine empfangenen
Datenpakete 4 vorliegen, die dem Sender 21 von
der Sender-Dienst-Schnittstelle 22 zur Verfügung gestellt
werden können,
erzeugen Paketerzeugungsmittel 33 Leerdatenpakete als Ersatz
für die
empfangenen Datenpakete 4, bis wieder empfangene Datenpakete 4 des übermittelten
Datenstroms vorliegen. Dieses bedeutet, daß für die Leerdatenpakete ebenfalls
mit Hilfe der Schätzmittel 28 eine
Paketübertragungsrate
geschätzt
und ihnen zugeordnet wird. Ferner wird der Versand der Leerdatenpakete
bei der Korrektur der nachfolgend ermittelten Paketübertragungsraten
mit Hilfe der Ausgleichsmittel 32 berücksichtigt.
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Indem
dem Sender 21, der nach seinem Start die Umsetzungseinrichtung 8 selbständig steuert,
bei jeder Anforderung von der Sender-Dienst-Schnittstelle 22 Datenpakete 4 zur
Verfügung
gestellt werden, wird vermieden, daß bei der Bestimmung der Übertragungszeiten
solche bestimmt werden, die in der Vergangenheit der "aktuellen" Übertragungsmediumzeit liegen.
Hierdurch werden Unstetigkeiten in dem über das zeitkontinuierlich arbeitende Übertragungsmedium
versandten Datenstrom vermieden, die im Stand der Technik auftreten. Im
Stand der Technik werden bis zu einer Sekunde lang keine Daten übertragen,
d. h. bis die Übertragungsmediumzeit,
die cycle-time des IEEE 1394-Übertragungsmediums,
einmal umgelaufen ist.
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Die
Umsetzungseinrichtung 8 kann sowohl als elektronische Schaltung
als auch in Form von Software oder einer Kombination aus Software
und einer elektronischen Schaltung ausgeführt sein.
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Einzelheiten
zum Ausbilden und zum Konfigurieren einer Schnittstelle nach dem
IEEE 1394-Standard oder einer Internetschnittstelle sind dem Fachmann
bekannt und werden hier deshalb nicht im Detail erläutert.