DE69625415T2 - Verfahren zur Verbindung von MPEG-Videosequenzen - Google Patents

Verfahren zur Verbindung von MPEG-Videosequenzen

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft die Verarbeitung von Videosignalen, welche codiert wurden gemäß dem Standard, welcher eingeführt wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG) und insbesondere ein Verfahren zur Verbindung eines MPEG codierten Datenstromes von einer ersten Quelle mit einem MPEG codierten Datenstrom von einer zweiten Quelle auf eine Art, welche sicherstellt, dass keine Videodaten verloren werden, wenn das kombinierte Bild wiedergegeben wird.
  • In den Vereinigten Staaten wurde ein Standard vorgeschlagen für digital codierte hochauflösende Fernsehsignale. Dieser Standard ist im wesentlichen der gleiche wie der MPEG-2 Standard, vorgeschlagen von der Moving Picture Experts Group (MPEG) der International Standards Organisation (ISO). Dieser Standard ist beschrieben in einer Draft International Standard (DIS) Veröffentlichung mit dem Titel "Information Technology - Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio, Recommendation H.262", welche von der ISO erhältlich ist.
  • Der MPEG-2 Standard besteht tatsächlich aus verschiedenen unterschiedlichen Standards. Im MPEG-2 sind verschiedene unterschiedliche Profile definiert, wobei jedes einem unterschiedlichen Grad an Komplexität des codierten Bildes entspricht. Für jedes Profil sind verschiedene Ebenen bzw. Grade definiert, wobei jede Ebene einer unterschiedlichen Bildauflösung entspricht. Einer der MPEG-2 "Standards", bekannt als Hauptprofil (Main Profile), Hauptebene (Main Level) dient zum Codieren von Videosignalen, welche mit bestehenden Fernsehstandards (d. h. NTSC und PAL) konform sind. Ein anderer "Standard", bekannt als Main Profile, High Level dient zum Codieren von hochaufgelösten Fernsehbildern. Bilder, welche codiert wurden gemäß dem Main Profile, High Level Standard können soviel wie 1.152 aktive Zeilen pro Vollbild und 1.920 Pixel pro Zeile haben. Es ist dieser Standard, welcher gegenwärtig implementiert ist als der United States HDTV Standard.
  • Der MPEG-2 Standard definiert eine komplexe Syntax, welche eine Mischung von Daten und Steuerinformationen enthält. Ein Teil dieser Steuerinformation wird verwendet, um es zu ermöglichen, dass die Signale, welche verschiedene unterschiedliche Formate haben, umgewandelt werden durch den Standard. Diese Formate definieren Bilder und haben eine unterschiedliche Anzahl von Bildelementen (Pixels) pro Zeile, unterschiedliche Zahlen von Zeilen pro Vollbild oder Halbbild und unterschiedliche Zahlen von Vollbildern oder Halbbildern pro Sekunde. Zusätzlich definiert die grundlegende Syntax des MPEG-2 Main Profile den komprimierten MPEG-2 Bit- Strom, welcher eine Sequenz von Bildern in sechs Schichten darstellt, die Sequenz- Schicht, die Gruppe-der-Bilder-Schicht, die Bild-Schicht, die Teil- bzw. Slice-Schicht, die Makro-Black-Schicht, und die Block-Schicht. Jede dieser Schichten ist mit einer Steuerinformation und "Füll" ("Stuffing")-Zeichen versehen. Die Füll-Zeichen werden eingefügt wenn erforderlich, um sicherzustellen, dass die Datenrate des eingegebenen Datenstromes mit der Rate zusammenpasst, mit welcher Bilder angezeigt werden. Schließlich ist weitere Steuerinformation, auch bekannt als Seiteninformation (z. B. Vollbild (frame)-Typ, Makroblock-Muster, Bild-Bewegungs-Vektoren, Koeffizient Zig-Zag Muster und Dequantisier-Information) verteilt über den codierten Bit-Strom.
  • Um effektiv die digitalen Bilder zu empfangen, muss ein Decoder die Steuerteile erkennen, die notwendige Steuerinformation extrahieren bzw. gewinnen, und die gewonnenen Daten verwenden, um die Videosignalinformation zu verarbeiten. Ein Teil einer Information, welcher spezifiziert ist für jede Sequenz-Schicht, ist die Video- Puffer-Prüf (VBV; Video buffering verifier) Puffer-Größe. Der VBV Puffer-Größen- Wert spezifiziert eine Anzahl von Bits von Eingabedaten von der Videosequenz, welche gespeichert werden muss in dem Eingabepuffer des Decoders, bevor die Videosequenz decodiert werden kann. Wenn diese Anzahl der Bits gespeichert ist, wenn der Decodiervorgang beginnt, wird der Eingabepuffer weder zu voll (Überlauf) oder leer (Unterlauf) werden während der Verarbeitung der Videosequenz.
  • Der VBV Puffer-Größen-Wert nimmt an, dass der Eingabepuffer leer ist, wenn die neuen Sequenzdaten empfangen werden oder mindestens dass alle Daten des Eingabepuffers entfernt werden bevor die Inhalte des Eingabepuffers den VBV Puffer- Größen-Wert erreichen. Um sicherzustellen, dass der VBV Puffer-Größen-Wert nicht verursacht, dass der Eingabepuffer überläuft oder unterläuft, wird in dem MPEG Standard bevorzugt, dass jede Bild-Verbindung durchgeführt wird an einer Sequenz- Grenze.
  • Dies kann jedoch nicht akzeptabel sein für Video-Editoren, welche von einer Szene zu einer anderen schalten wollen nachdem ein bestimmtes Büd angezeigt wurde, unabhängig davon, ab dieses Bild bei einer Sequenzgrenze ist. Es kann auch nicht erwünscht sein für Rundfunker, welche kurze Programm-Segmente einfügen wollen, z. B. Stations-Identifikations-Nachrichten oder Werbungen in ein HDTV Programm bei frei gewählten Intervallen.
  • Wenn das Verbinden nicht bei einer Sequenz-Grenze durchgeführt wird, dann kann es vorkommen, dass die Daten, welche schon in dem Eingabepuffer vorliegen, nicht gelesen werden von dem Puffer zur Verarbeitung bis der Puffer überläuft aufgrund der neuen Daten von der eingefügten Sequenz. Alternativ können die Daten, welche schon in dem Eingabepuffer vorhanden sind, bewirken, dass der Decoder vorzeitig anzeigt, dass das VBV Puffer-Größen-Kriterium erfüllt wurde. In diesem Fall kann der Decoder bewirken, dass der Eingabe-Puffer entweder überläuft oder unterläuft bei der Verarbeitung der gespeicherten Daten.
  • Ein Verfahren zum Lösen dieses Problems ist vorgeschlagen, in dem MPEG-2 Standard DIS 150/IEC 13818-1. Durch dieses Verfahren werden bestimmte Zugriffs- Einheiten, oder Bilder, in dem Datenstrom markiert mit einem SEAM- LESS_SPLICE_FLAG. Dieses Flag wird verwendet, um sichere Stellen zum Verbinden einer eingefügten Sequenz in die Hauptsequenz zu markieren. Wie bei dem herkömmlichen Verbindungsverfahren gibt es jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Zugriffs-Einheiten, welche das Kriterium erfüllen, dass dieses Flag gesetzt wird. Des Weiteren begrenzt dieses Verbindungs-Verfahren die Bit-Rate des eingefügten Stromes auf ein bestimmtes Niveau, um dessen Kriterium zu erfüllen, und der eingefügte Strom kann kein Strom mit einer variablen Bit-Rate sein.
  • Ein anderes Verfahren wäre es ein Format innerhalb des MPEG Standards zu definieren, welches das einfache Einfügen ermöglicht und ein Flag vorzusehen, welches dieses Format anzeigt. Dieses Verfahren kann jedoch nicht inkompatible Formate handhaben und reduziert die Robustheit des MPEG Standards.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist definiert in den beiliegenden Ansprüchen und basiert auf der Idee einer Verarbeitung einer Haupt-MPEG codierten Sequenz, um es zu erlauben, dass eine andere Sequenz eingefügt wird bei jeder Bild-Grenze in der Haupt-Sequenz. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Haupt- und eingefügten MPEG Sequenzen analysiert, um eine Anzahl von Füll-Zeichen zu bestimmen, welche eingefügt werden in den Daten-Strom, nach der ausgewählten Bildgrenze und vor der eingefügten Sequenz. Die Füll-Zeichen werden ignoriert während des Decodier-Vorganges und ermöglichen es dem Eingabe-Puffer geleert zu werden auf ein Niveau, welches mit der eingefügten Sequenz kompatibel ist. Diese Anzahl der Füll-Zeichen wird bestimmt aus den Daten-Raten der Haupt- und eingefügten Sequenzen und den Intervallen zwischen jeweiligen Punkten der Zeit entsprechend dem Start der Einfügung und den nächsten Decodier-Zeit-Stempeln in beiden, den Haupt- und eingefügten Sequenzen. Das Verfahren fügt diese Anzahl der Füll- Zeichen ein nach dem ausgewählten Verbindungspunkt und fügt dann die eingefügte Sequenz ein.
  • Die EP 0 692 911 A2 ist veröffentlicht nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung und offenbart ein Verfahren zum Verbinden von MPEG codierten Videosignalen.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Daten-Diagramm, welches einen Einfügungs-Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Fig. 2a und 2b sind Diagramme des Puffer-Füllgrades über die Zeit, welche nützlich sind zum Erläutern der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung für MPEG-2 codierte Signale mit fester Datenrate.
  • Fig. 3a und 3b sind Diagramme des Puffer-Füllgrades über die Zeit, welche nützlich sind zum Erläutern der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung für MPEG-2 codierte Signale mit variabler Datenrate.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung, welche geeignet ist zur Verwendung in einem HDTV oder MPEG-2 Codierer und Decodierer, welche gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet.
  • Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches Parameterwerte von dem Haupt- und eingefügten Daten-Strom extrahiert.
  • Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches eine Anzahl von Füll-Bits berechnet, welche eingefügt werden sollen, aus den extrahierten Parametern.
  • Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm eines Einfüge-Verfahrens, welches die Anzahl der Füll-Bits einfügt, welche in Fig. 6 berechnet wurde, zwischen dem Einfügungspunkt zwischen der Haupt-Sequenz und dem Start der eingefügten Sequenz.
  • Fig. 7a, 7b und 7c sind Diagramme des Puffer-Füllgrades über die Zeit, welche nützlich sind zum Erläutern der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung, wenn die Variable k in Fig. 7 einen Wert von Eins hat.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Fig. 1 ist ein Datendiagramm, welches den Verbindungs-Vorgang veranschaulicht. In dieser Figur wird eine Sequenz 112 eingefügt in eine Sequenz 110 des Haupt- HDTV-Signals, um eine modifizierte Sequenz 110' auszubilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Haupt-MPEG-Sequenz 110 einen Sequenz-Kopf (header) 111, einschließlich eines Sequenz-Start-Codes, verschiedene Zugriffseinheiten (Bilder) 116 und einen Sequenz-End-Code 114. Aus Gründen der Vereinfachung ist die Gruppe-der-Bilder-Schicht, welche zwischen der Sequenz-Schicht und der Bild- Schicht liegt, in Fig. 1 nicht gezeigt. Die einzufügende Sequenz 112 umfasst auch einen Sequenz-Kopf 118, verschiedene Zugriffs-Einheiten 122 und einen Sequenz- End-Code 120.
  • Wie in dem MPEG Standard definiert, kann jedem Sequenz-Start-Code eine Zeichenfolge von nullwertigen Füll-Bits vorausgehen. In dem MPEG Standard stellen diese Bits eine Null-Information dar, welche ignoriert wird von dem Decoder und nicht in den Eingabe-Puffer geschrieben wird. Die Füll-Bits werden verwendet, um sicherzustellen, dass die Rate, mit welcher Daten zugeführt werden, mit der Rate übereinstimmt bzw. passt, mit welcher Bilder, erhalten aus den Daten, angezeigt werden. Während diese Füll-Bits empfangen werden liest der Decoder Daten von dem Eingabe-Puffer für die Anzeige. Demzufolge wird die Menge der Daten, welche in dem Eingabe-Puffer gespeichert ist, verringert, während die Füll-Bits empfangen werden.
  • Die kombinierten Sequenzen sind gezeigt als der modifizierte Daten-Strom 110' von Fig. 1. Dieser Daten-Strom enthält den Sequenz-Kopf (header) 111, Zugriffseinheiten 116, einen modifizierten Sequenz-Kopf 118', Zugriffseinheiten 122, und einen modifizierten Sequenz-End-Code 120'. Der modifizierte Sequenz-Start-Code 118' umfasst einen Sequenz-End-Code, welcher das Ende des ersten Teils der vorhergehenden Hauptsequenz markiert, eine Anzahl NSTUFF von Füll-Bits, den Sequenz- Start-Code für die eingefügte Sequenz und den modifizierten Kopf für die eingefügte Sequenz. Das Bit-Raten-Feld des ursprünglichen Kopfes (header) für die eingefügte Sequenz wird modifiziert, um hexadezimal FFFF zu sein, was eine Sequenz mit variabler Bit-Rate anzeigt. Diese Veränderung wird nur gemacht, wenn die Bit-Rate der eingefügten Sequenz von derjenigen der Haupt-Sequenz verschieden ist und die ursprünglich eingefügte Sequenz eine Sequenz mit einer konstanten Bit-Rate war.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verbindet den Start einer Sequenz mit einer frei wählbaren Zugriffseinheit in einer anderen Sequenz. Das Einfügen der Sequenz wird nur abgeschlossen nachdem der verbleibende Teil der ursprünglichen Sequenz verbunden wurde mit der eingefügten Sequenz auf gleiche Art wie die eingefügte Sequenz mit der Haupt-Sequenz verbunden wurde. Demzufolge enthält der modifizierte Sequenz-Kopf 120' auch einen Sequenz-End-Code, einige Füll-Bits und den modifizierten Sequenz-Kopf für die Haupt-Sequenz. Wie bei dem modifizierten Sequenz-Kopf 118' kann der Sequenz-Kopf 120' sein Bit-Raten-Feld geändert haben zu FFFF hexadezimal, was eine Sequenz mit variabler Bit-Rate anzeigt, wenn die Bit-Raten der Haupt- und der eingefügten Sequenz voneinander abweichen bzw. verschieden sind und wenn die ursprüngliche Haupt-Sequenz eine konstante Bit- Rate verwendete.
  • Die Anzahl der hinzuzufügenden Füll-Bits wird bestimmt durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend beschrieben unter Verweis auf die Fig. 5 und 6. Der tatsächliche Verbindungs-Vorgang wird durchgeführt, wie nachfolgend unter Verweis auf die Fig. 2, 3 und 7 beschrieben.
  • Die Fig. 2a und 2b sind Diagramme des Puffer-Füllgrades über die Zeit, welche das Problem veranschaulichen, welches angesprochen wird durch die vorliegende Erfindung und das Verfahren, durch welches das Problem gelöst wird. Die durchgezogene Linie in Fig. 2a zeigt einen Teil des Daten-Stromes für die Haupt-Sequenz, STREAM1, während die durchgezogene Linie in Fig. 2b den Teil des Daten- Stromes für die eingefügte Sequenz, STREAM2, zeigt. Bei den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung sind diese Ströme Bit-Ströme. Die vertikalen Übergänge in diesen Figuren bezeichnen Zeitpunkte bei welchen Daten aus dem Puffer gelesen werden. Es ist Konvention bei diesen Arten von Diagrammen, dass die Daten so modelliert werden, als ob sie gleichzeitig aus dem Puffer ausgelesen werden. Teile der Kurve, welche geneigte bzw. schräge Linien, haben bezeichnen Zeitpunkte, bei welchen Daten in den Puffer geschrieben werden. Die Steigung dieser Linien ist proportional zur Daten-Rate des Daten-Stroms.
  • Die Sequenz STREAM2 soll eingefügt werden in die Sequenz STREAM1 zum Zeitpunkt Tl, unmittelbar nach der Zugriffseinheit AU1. Wenn die maximale Eingabe- Puffer-Größe, verwendet in diesem Beispiel, gleich 1000 ist, dann würde der Puffer überlaufen bevor die VBV Puffer-Größe (d. h. 500) für STREAM2 erreicht wurde, wenn STREAM2 in STREAM1 zum Zeitpunkt Tl eingefügt würde. Um zu verhindern, dass dies eintritt, fügt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anzahl NSTUFF an Füll-Bits zwischen der AU1 zum Zeitpunkt Tl und dem Start von STREAM2 ein. Dies ist angezeigt durch die gestrichelte Linie in Fig. 2a. Demzufolge folgt nach Tl der Puffer-Füllgrad für den MPEG Bit-Strom der gestrichelten Linie, statt dass er der durchgezogenen Linie folgt. Die Werte Tlast, DTS1, Tnext, DTSnext und DTS2 werden verwendet wie nachfolgend beschrieben, um den optimalen Wert für NSTUFF zu berechnen. Während die Füll-Bits eingefügt werden in den Daten-Strom werden keine neuen Daten zu dem Puffer hinzugefügt. Neue Daten, welche die eingefügte Sequenz darstellen, werden hinzugefügt, wenn die Steigung der durchgezogenen Linie nicht Null ist.
  • Es wird aus den Fig. 2a und 2b gesehen, dass die Rate, mit welcher Daten von STREAM2 zur Verfügung gestellt werden, geringer ist als die Rate, mit welcher diese von STREAM1 zur Verfügung gestellt werden. Nichtsdestoweniger wird der erste Teil der Daten von STREAM2, zur Verfügung gestellt zwischen den Decodier-Zeit- Stempeln DTS1 bis DTSnext, zur Verfügung gestellt mit der gleichen Rate wie die Sequenz STREAM1, während der Teil von STREAM2, welcher zur Verfügung gestellt wird nach DTSnext, zur Verfügung gestellt wird mit der gleichen Rate wie der ursprüngliche STREAM2, in Fig. 2b gezeigt.
  • Die Diagramme in den Fig. 2a und 2b veranschaulichen die Arbeitsweise einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die Sequenzen codiert sind, um eine feste Daten-Rate zu haben. Die Fig. 3a und 3b veranschaulichen die Arbeitsweise des Verfahrens, wenn die Sequenzen codiert sind, um eine variable Daten-Rate zu haben. Punkte in diesen Figuren, welche Punkten in den Fig. 2a und 2b entsprechen, sind durch ein Apostroph (') gekennzeichnet.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und zeigt Teile einer MPEG-2 oder NDTV Verbindungsvorrichtung (splicer) und eines MPEG-2 oder HDTV Decoders gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Verbindungsvorrichtung enthält einen Prozessor 412, welcher gekoppelt ist, um die Haupt- und eingefügten MPEG-2 HDTV Signale, STREAM1 bzw. STREAM2 zu empfangen. Jedes dieser Signale kann erzeugt werden durch einen herkömmlichen HDTV Codierer, wie z. B. beschrieben in dem US Patent Nr. 5,294,974 mit dem Titel HIGH DEFINITION VIDEO ENCODING SYSTEM HAVING COLOR-SENSITIVE QUANTIZATION. Alternativ können diese Signale erzeugt werden von einem MPEG-2 Codierer, wie z. B. derjenige, welcher beschrieben wurde in ISO/IEC 13818-2 DIS.
  • Der Prozessor 412 ist mit zwei Puffern BStest 414 und BSdec 416 gekoppelt. Diese Puffer sind vorzugsweise identisch. Der Puffer 414 wird verwendet um Information zu gewinnen, aus welchem der Wert NSTUFF berechnet wird. Das tatsächliche Verbinden wird durchgeführt unter Verwendung des Puffers 416. Das verbundene (spliced) Signal wird dann übertragen von dem Puffer 416 zu dem Eingabepuffer 424 des Decoders 420. Der Decoder 420 enthält auch einen Prozessor 422, welcher Daten von dem Eingabepuffer 424 erhält, um ein bewegtes Bild wiederzugeben.
  • Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren veranschaulicht, welches den Prozessor 412 steuert beim Sammeln von Informationen über die Sequenzen STREAM1 und STREAM2. Dieses Verfahren beginnt bei Schritt 510. Bei Schritt 512 initialisiert der Prozessor den Puffer 414 durch Setzen dessen Schreib-Adress- Zeigers auf den Anfang des Puffers. Bei Schritt 514 sendet de Prozessor STREAM1 an den Puffer mit der Daten-Rate, welche spezifiziert ist in dem Sequenz-Kopf (header) für STREAM1. Es wird angemerkt, dass bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beide, STREAM1 und STREAM2, gespeicherte Signale sind (z. B. von digitalen Videobandrecordern gewonnen). Demzufolge kann auf die Signale zweimal zugegriffen werden, einmal um die Verbindungs (splicing)-Parameter zu bestimmen und nochmal um den tatsächlichen Verbindungs-Vorgang durchzuführen. Zum Verbinden von zwei Signalen, welche nicht gespeichert sind, jedoch z. B. von einer Satelliten-Einspeisung kommen, kann eine kompensierende Verzögerung (nicht gezeigt) erforderlich sein, so dass die Verbindungs-Parameter bestimmt werden können bevor der tatsächliche Verbindungs-Vorgang auftritt.
  • Bei Schritt 514 bestimmt das Verfahren ob der Einfügungs-Punkt, unmittelbar nach dem Bild, dargestellt durch die Zugriffs-Einheit AU1, in dem Puffer 414 gespeichert wurde. Bis AU1 empfangen wird, wird jede Zugriffs-Einheit, welche empfangen wird, von dem Puffer 414 entfernt zu dem Zeitpunkt, welcher angezeigt ist durch das Decodier-Zeit-Stempel (DTS)-Feld der Zugriffseinheit. Mit anderen Worten werden die Daten von dem Puffer 414 in der gleichen Sequenz und mit dem gleichen Zeitablauf entfernt, wie sie entfernt würden von einem Eingabepuffer durch einen Decoder, wie z. B. dem in Fig. 4 gezeigten Decoder 420. Selbst wenn jede Zugriffseinheit entfernt wird, wird das Zuführen der Sequenz STREAM1 fortgesetzt mit deren geeigneter Daten-Rate, wie durch Schritt 520 gekennzeichnet, und die Steuerung wird übertragen zu Schritt 516, um zu bestimmen, ob AU1 empfangen wurde.
  • Sobald die Zugriffs-Einheit AU1 empfangen wurde, wird die Steuerung auf Schritt 522 übertragen, um die Werte für Tlast und Nlast zu bestimmen. Wie in Fig. 2a gezeigt, ist Tlast die Differenz der Zeit zwischen dem Zeitpunkt wenn AU1 empfangen wurde und DTS1, dem Decodier-Zeit-Stempel für AU1, der Zeit bei welcher AU1 von dem Eingabe-Puffer zur Verarbeitung gelesen werden soll. Nlast ist eine Anzahl von Bits, übertragen während des Zeitintervalls Tlast. Wenn STREAM1 ein Strom mit konstanter Bit-Rate ist, dann ist Nlast einfach Tlast mal der Bit-Rate. Wenn STREAM1 jedoch ein Strom mit variabler Bit-Rate ist, kann Nlast jede Anzahl von Bits sein, welche geringer ist als die VBV Puffer-Größe. Bei einer praktischen Anwendung, wenn STREAM1 ein Strom mit variabler Bit-Rate ist, kann Nlast gleich Tlast mal Rmax sein, wobei Rmax die maximale Bit-Rate für den Strom mit variabler Rate ist, solange Nlast nicht die VBV Puffer-Größe überschreitet.
  • Als nächstes bestimmt bei Schritt 524 das Verfahren Werte für DTSnext, Tnext und Nnext. DTSnext ist die Zeit zu dem nächsten Decoder-Zeit-Stempel nach DTS1. In dem MPEG Standard treten die Decoder-Zeit-Stempel bei regelmäßigen Intervallen auf. Entsprechend kann DTSnext bestimmt werden durch das Berechnen der Differenz zwischen DTS1 und dem vorhergehenden Decoder-Zeit-Stempel und dann dem Hinzufügen dieser Differenz zu DTS1. Alternativ kann dieser Wert bestimmt werden durch das Überwachen von STREAM1, Extrahieren bzw. Gewinnender DTS Werte aus den Köpfen der Zugriffs-Einheit, welche auf AU1, folgen bis ein DTS auftritt, welcher anders ist als DTS1. Wie in Fig. 2a gezeigt, wird Text berechnet durch Subtrahieren von DTS1 von DTSnext. Ähnlich Wird Nnext, die Anzahl der Bits der Daten, welche in dem Puffer während des Zeitintervalls Text gespeichert werden, berechnet durch Multiplizieren von Tnext mit der Daten-Rate R1 von STREAM1, oder mit jeder Rate welche geringer ist als oder gleich der maximalen Daten-Strom-Rate Rmax[p.1], wie definiert in ISO/IEC 13818-1 und 150/IEC 13818-2. Diese Daten-Rate ist aus dem Sequenz-Kopf erhältlich. Wenn STREAM1 ein Daten-Strom mit variabler Rate ist, wie in Fig. 3a gezeigt, ist R1 jede Daten-Rate, welche kleiner ist als oder gleich der maximalen Daten-Rate für den Daten-Strom Rmax[p.1], wie definiert in ISO/IEC 13818-1 und ISO/IEC 13818-2.
  • Bei Schritt 526 leert das Verfahren wieder den Puffer 414, sobald diese Werte bestimmt wurden, und beginnt bei Schritt 528 mit dem Speichern von Daten von STREAM2 in dem Puffer 414. Diese Daten werden in dem Puffer gespeichert mit der Bit-Rate von STREAM2. Wie durch die Schleife gezeigt, welche Schritt 532 aufweist, werden die Daten gespeichert bis zu einer Zeit entsprechend dem Decodier-Zeit- Stempel für die erste Zugriffs-Einheit von STREAM2. Diese Zeit ist bezeichnet mit DTS2*. Die Menge der Daten, welche bei DTS2* in dem Puffer 414 gespeichert sind, wird bezeichnet mit Nnew und dieser Wert wird gespeichert durch das Verfahren bei Schritt 534. Bei Schritt 536 bestimmt das Verfahren, ob STREAM2 ein Strom mit fester Rate oder ein Strom mit variabler Rate ist. Wenn dies ein Strom mit variabler Rate ist, wird die Steuerung übertragen auf Schritt 538, um einen Wert R2 zu bestimmen, welcher die Bit-Rate von STREAM2 darstellt. In diesem Fall wird R2 der Mittelwert der Daten-Raten über das Zeit-Intervall, definiert durch DTS2*, zugewiesen. Es wird daran gedacht, das R2 jede Rate zwischen dieser durchschnittlichen Daten-Rate und der maximalen Daten-Rate, welche erlaubt ist für STREAM2, haben kann, wie aus dessen Sequenz-Kopf bestimmt. Bei Schritt 540 endet das Verfahren zum Sammeln der Parameter.
  • Nachdem die Parameter bestimmt wurden berechnet der Prozessor 412 den Wert NSTUFF. Dieses Verfahren beginnt bei Schritt 610 von Fig. 6. Bei Schritt 612 wird eine temporäre Variable K auf Null gesetzt. Als nächstes berechnet Schritt 614 einen Wert Nsplc, welcher eine Menge von Daten darstellt, welche in den Puffer mit der Daten-Rate R2 geschrieben werden sollen.
  • Bei einigen Verbindungen (splices) kann die Menge der Daten, dargestellt durch Nnew, nicht dazu geeignet sein in den Puffer gespeichert zu werden mit der Daten- Rate R1 während des Zeitintervalls Text. Diese Situation wird durch die Schleife bearbeitet, welche die Schritte 614, 616 und 618 aufweist. Bei Schritt 614 wird ein Versuchswert für Nsplc bestimmt als das Produkt von K, Text und R2. Bei Schritt 616 wird dieser Versuchswert verglichen mit der Größe New minus Nlast minus Nnext.
  • Wenn jedoch Nsplc größer oder gleich ist zu Nnew minus Nlast minus Nnext bei Schritt 616, dann wird die Steuerung übertragen auf Schritt 620, um den Wert von NSTUFF gemäß Gleichung (1) zu bestimmen.
  • NSTUFF = Nlast + Nnext + Nsplc - Nnew (1)
  • Bei Schritt 622 endet das Verfahren. Die Erfinder haben bestimmt, dass wenn diese Anzahl der Füll-Bits hinzugefügt wird vor der eingefügten Sequenz STREAM2, dann wird es keinen Überlauf des Eingabepuffers geben, wenn der Datenstrom empfangen wird.
  • Nachdem ein geeigneter Wert von NSTUFF bestimmt wurde, führt der Prozessor 412 den in Fig. 7 gezeigten Prozess aus, um STREAM2 mit STREAM1 zu verbinden. Dieser Prozess beginnt bei Schritt 710 durch das Leeren des Puffers BSdec, 416, wie in Fig. 4 gezeigt. Bei Schritt 712 sendet der Prozessor 412 Daten von STREAM1 in den Puffer 416 mit der Daten-Rate von STREAM1. Bei Schritt 714 bestimmt der Prozess ob das letzte Bit von AU1 in dem Puffer 416 geschrieben wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt der Prozess fort Daten von STREAM1 zur Verfügung zu stellen bis AU1 gespeichert wurde, wie durch die Schritte 716 und 718 bezeichnet, und entfernt alle AU's vor AU1 bei Intervallen entsprechend ihren Decodier- Zeit-Stempeln (DTS's).
  • Nachdem AU1 gespeichert wurde, entfernt der Prozess bei Schritt 720 alle AU's in dem Puffer 416, welche vorausgehen und AU1 bei dem entsprechenden Decodier- Zeit-Stempel einer jeden AU enthalten. Beginnend bei der Zeit, zu welcher AU1 gespeichert wurde, sendet der Prozess bei Schritt 722 NSTUFF Füll-Bits an den Puffer 416 mit der Bit-Rate R1. Bei Schritt 724 bestimmt der Prozess ob alle NSTUFF der Füll-Bits gesendet wurden vor der Zelt DTSnext. Wenn nicht, wird die Steuerung übertragen auf Schritt 734, welche bestimmt ob alle NSTUFF der Füll-Bits gesendet wurden zur Zeit DTSnext. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Schritt 736 ausgeführt, um die verbleibenden Füll-Bits mit der Rate R2 an den Puffer 416 zu senden.
  • Wenn jedoch bei Schritt 724 bestimmt wurde, dass die NSTUFF Füll-Bits gesendet wurden vor DTSnext, wird Schritt 726 ausgeführt, welcher mit dem Senden des Anfangsteils von STREAM2 an den Puffer 416 mit einer Bit-Rate R1 beginnt. Bei Schritt 728 bestimmt der Prozess, ob die Variable K den Wert Null hat. Wenn nicht, wird die Steuerung auf Schritt 738 übertragen, bei welchem Daten von STREAM2 an den Puffer 416 mit der Bit-Rate R2 gesendet werden. Schritt 738 wird auch ausgeführt nach Schritt 734, wenn bestimmt wird, dass NSTUFF Bits zum Zeltpunkt DTSnext gesendet wurden und nach dem Schritt 736. Nach dem Schritt 738 wird Schritt 740 ausgeführt, welcher AU2 von dem Puffer 416 zu einer Zeit entsprechend DTS2 entfernt.
  • Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen Füll-Bits als die Null-Information verwendet haben, welche eingefügt wird zwischen den verbundenen Bit-Strömen, wird daran gedacht, dass andere Typen einer Null-Information, z. B. Null-Pakete, bei geeigneten Umständen verwendet werden könnten. Alternativ können auch Codes verwendet werden, welche in einer "Null-Zeit" resultieren. Diese Codes können z. B. vorübergehend das Eingeben von Daten in den VBV Puffer aussetzen. Welches Protokoll auch immer verwendet wird, es wird angenommen, dass beide, der Codierer und der Decoder, nach dem gleichen Protokoll arbeiten, so dass keine Information in den VBV Puffer während der definierten Zeitperiode gelangt.
  • Die Fig. 7a, 7b und 7c sind Diagramme des Puffer-Füllgrades über die Zeit, welche eine Verbindung zeigen, bei welcher K einen Wert Eins hat. In Fig. 7c wird angemerkt, dass zwischen der Zeit, welche angezeigt ist durch DTSnext und der Zeit, welche angezeigt wird durch DTS2, die Bit-Rate R2 ist, die Bit-Rate von STREAM2, wenn STREAM2 eine Sequenz mit konstanter Bit-Rate ist, und dies ist die durchschnittliche Bit-Rate während T2* (in Fig. 7b gezeigt), wenn STREAM2 eine Sequenz mit variabler Bit-Rate ist.
  • Wenn jedoch bei Schritt 728 bestimmt wurde, dass die Variable K gleich Null ist, dann wird bei Schritt 730 die erste Zugriffs-Einheit von STREAM2, AU2, aus dem Puffer entfernt. Nach Schritt 730 oder Schritt 740 wird Schritt 732 ausgeführt, welcher fortfährt Daten von STREAM 2 zur Verfügung zu stellen, mit der Bit-Rate von STREAM2. Dies ist der letzte Schrift des Verbindungs-Verfahrens.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt, werden Daten entfernt von dem Puffer 416 und angelegt an den Eingabe-Puffer 424 des Decoders 420. Der Puffer 424 ignoriert die Füll-Bits, was effektiv das Anlegen der STREAM2 Daten verzögert, bis ausreichend Daten entfernt wurden aus dem Eingabe-Puffer 424, durch den Prozessor 422, um Platz für die STREAM2 Daten zu schaffen.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Decodier-Zeit-Stempeln als das Intervall, in welchem die Menge der Daten in STREAM1 und STREAM2 gemessen werden. Alternativ können andere Zeitintervalle verwendet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann z. B. das Intervall ein Vollbild (frame)-Intervall sein und die Anzahl der Bits, welche zur Verfügung gestellt werden bei STREAM1 oder STREAM2, können die Anzahl der Bits sein, welche zur Verfügung gestellt werden in einem Vollbild-Intervall. Für Ströme mit einer konstanten Bit-Rate kann diese Anzahl bzw. Nummer berechnet werden als die Bit-Rate mal das Vollbild-Intervall. Für Ströme mit variabler Bit-Rate kann diese Anzahl die maximale Bit-Rate mal dem Vollbild-Intervall sein. Bei dieser alternativen Ausführungsform kann Nlast die Anzahl der Bits sein, welche zur Verfügung gestellt werden in STREAM1 während einem Vollbild-Intervall; Nnext kann die Anzahl der Bits sein, welche zur Verfügung gestellt werden in STREAM2 während einem Vollbild-Intervall, Nsplc kann als eine ganze Zahl K mal Nnext bestimmt werden. Der Wert für Nnew in dieser Ausführungsform ist der gleiche wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Unter Verwendung dieser alternativen Ausführungsform ist die Menge der Null-Information (oder Null-Zeit) NSTUFF, welche eingefügt werden muss in den Bit- Strom, durch die Gleichung (2) definiert.
  • NSTUFF = Nlast + K·Nnext - Nnew
  • In Gleichung (2) ist K eine ganzzahlige Nummer, welche die Ungleichung K·Nnext ≥ Nnew - Nlast erfüllt. Zusätzlich kann der Wert von K abhängen von den zwei Daten-Strömen, welche verbunden werden. Zum Beispiel, wenn die zwei Daten- Ströme Ströme mit einer konstanten Bit-Rate sind, welche verschiedene Raten haben, kann ein größerer Wert für K wünschenswert sein, um die konstante Bit-Rate für STREAM2 beizubehalten. Zusätzlich können größere Werte von K wünschenswert sein für einige Anwendungen, welche die Konsistenz der Halbbild-Parität bzw. - Gleichheit über die Sequenz-Grenze aufrecht erhalten sollen oder welche längere Zeitintervalle benötigen, um auf Veränderungen der Sequenz-Kopf-Parameter zwischen STREAM1 und STREAM2 zu reagieren. Ein Fachmann auf dem Gebiet des Editierens von MPEG Bit-Strömen kann leicht geeignete Werte von K für eine bestimmte Anwendung bestimmen.
  • Während die Erfindung beschrieben wurde im Hinblick auf eine beispielhafte Ausführungsform, wird daran gedacht, dass diese ausgeführt werden kann wie oben beschrieben, gemäß den folgenden Ansprüchen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbindung eines ersten Datenstroms mit variabler Bit-Rate und eines zweiten Datenstroms mit variabler Bit-Rate, wobei die ersten und zweiten Datenströme jeweils erste und zweite kodierte Videosignale darstellen, wobei das Verfahren die ersten und zweiten Datenströme bei einer ausgewählten Grenze in dem ersten Datenstrom verbindet unter Verwendung eines Video-Puffer-Prüfer (VBV; video buffering verifier) Puffers mit einer Größe, wobei jeder der ersten und zweiten Datenströme eine maximale Bit-Rate hat und eine Mehrzahl von Dekodier-Zeit-Stempeln, welche Zeitpunkte darstellen, bei welchen Daten von dem Puffer abgerufen werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Analysieren der ersten und zweiten Datenströme, um eine Menge einer Null- Information zu bestimmen, welche eingefügt werden soll in den ersten Datenstrom nach der ausgewählten Grenze, wobei die Menge der Null- Information (NSTUFF) bestimmt wird aus den Dekodier-Zeit-Stempeln in den ersten und zweiten Daten-Strömen, den Daten-Raten der ersten und zweiten Daten-Ströme, den maximalen Bit-Raten der ersten und zweiten Daten-Ströme und der VBV-Puffergröße, und die Null-Information ist in der Form von Null- Pakten;
Übertragen des ersten Datenstromes bis zu der ausgewählten Grenze des Puffers;
Übertragen der bestimmten Menge der Null-Information zu dem Puffer;
Übertragen des zweiten Datenstromes zu dem Puffer; und
Abrufen des verbundenen Datenstromes von dem Puffer.
2. Verfahren zum Verbinden eines ersten Datenstromes mit variabler Bit-Rate und eines zweiten Datenstromes, wobei die ersten und zweiten Datenströme jeweils erste und zweite kodierte Videosignale darstellen, wobei das Verfahren die ersten und zweiten Datenströme bei einer ausgewählten Grenze in dem ersten Datenstrom verbindet unter Verwendung eines Video-Puffer-Prüfer (VBV) Puffers mit einer Größe, wobei jeder der ersten und zweiten Datenströme eine Mehrzahl von Dekodier-Zeit-Stempeln hat, welche Zeiten darstellen, bei welchen Daten aus dem Puffer abgerufen werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Analysieren der ersten und zweiten Datenströme, um eine Menge einer Null- Information zu bestimmen, welche eingefügt werden soll in den ersten Datenstrom nach der ausgewählten Grenze, wobei die Menge der Null- Information (NSTUFF) bestimmt wird aus den Dekodier-Zeit-Stempeln in den ersten und zweiten Daten-Strömen, den Daten-Raten der ersten und zweiten Daten-Ströme und der VBV-Puffergröße, und die Null-Information ist in der Form eines übertragenen Codes welcher eine Menge einer Null-Zeit spezifiziert;
Übertragen des ersten Datenstromes bis zu der ausgewählten Grenze des Puffers;
Übertragen der Codes zu dem Puffer;
Übertragen des zweiten Datenstromes zu dem Puffer; und
Abrufen des verbundenen Datenstromes von dem Puffer.
3. Verfahren zum Verbinden von ersten und zweiten Datenströmen, welche jeweils erste und zweite kodierte Videosignale darstellen, bei einer ausgewählten Grenze in dem ersten Datenstrom unter Verwendung eines Puffers, wobei jedes der ersten und zweiten Videosignale eine Vollbild(frame)-Rate hat und wobei der zweite Datenstrom mindestens einen Dekodier-Zeit-Stempel hat, welcher eine Zeit darstellt, bei welcher Daten aus dem Puffer abgerufen werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Analysieren der ersten und zweiten Datenströme, um eine Menge einer Null- Information zu bestimmen, welche eingefügt werden soll in den ersten Datenstrom nach der ausgewählten Grenze, wobei die Menge der Null- Information bestimmt ist durch die Gleichung:
NSTUFF = Nlast + K·Nnext - Nnew
wobei NSTUFF die Menge der Null-Information darstellt, Nlast stellt eine Anzahl der Bits in dem ersten Datenstrom dar zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem Daten, welche auf die ausgewählte Grenze folgen, in dem Puffer gespeichert werden und dem Dekodier-Zeit-Stempel; Nnext stellt eine Anzahl von Bits des zweiten Datenstroms dar, welche in einem Vollbild-Intervall des zweiten Video- Signals zur Verfügung gestellt werden würde; Nnew stellt eine Anzahl von Bits in dem zweiten Datenstrom dar, welche auftritt bevor der Dekodier-Zeit-Stempel des zweiten Datenstroms und der Wert von K bestimmt wird durch die Ungleichung K ·Nnext ≥ Nnew - Nlast
Übertragen des ersten Datenstromes bis zu der ausgewählten Grenze des Puffers;
Übertragen der bestimmten Menge der Null-Information zu dem Puffer;
Übertragen des zweiten Datenstromes zu dem Puffer; und
Abrufen des verbundenen Datenstromes von dem Puffer.
4. Vorrichtung zum Verbinden von ersten und zweiten Datenströmen, welche jeweils erste und zweite kodierte Signale darstellen, bei einer ausgewählten Grenze in dem ersten Datenstrom unter Verwendung eines Puffers, wobei jeder der ersten und zweiten Datenströme eine Vollbild(frame)-Rate hat und wobei der zweite Datenstrom mindestens einen Dekodier-Zeit-Stempel hat, welcher eine Zeit darstellt, bei welcher Daten aus dem Puffer abgerufen werden, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Vorrichtung zum Analysieren des ersten und zweiten Datenstromes um eine Menge einer Null-Information zu bestimmen, welche eingefügt werden soll in den ersten Datenstrom nach der ausgewählten Grenze, wobei die Menge der Null- Information bestimmt ist durch die Gleichung:
NSTUFF = Nlast + K·Nnext - Nnew
wobei NSTUFF die Menge der Null-Information darstellt, Nlast stellt eine Anzahl der Bits in dem ersten Datenstrom dar zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem Daten, welche auf die ausgewählte Grenze folgen, in dem Puffer gespeichert werden und dem Dekodier-Zeit-Stempel; Nnext stellt eine Anzahl von Bits des zweiten Datenstroms dar, welche in einem Vollbild-Intervall des zweiten Video- Signals zur Verfügung gestellt werden würde; Nnew stellt eine Anzahl von Bits in dem zweiten Datenstrom dar, welche auftritt bevor der Dekodier-Zeit-Stempel des zweiten Datenstroms und der Wert von K bestimmt wird durch die Ungleichung K ·Nnext ≥ Nnew - Nlast
eine Vorrichtung zum Übertragen des ersten Datenstromes bis zu der ausgewählten Grenze des Puffers;
eine Vorrichtung zum Übertragen der bestimmten Menge der Null-Information zu dem Puffer;
eine Vorrichtung zum Übertragen des zweiten Datenstromes zu dem Puffer; und
eine Vorrichtung zum Abrufen des verbundenen Datenstromes von dem Puffer.
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