KR0177314B1

KR0177314B1 - 엠펙시스템에서의 전송패킷 보호장치

Info

Publication number: KR0177314B1
Application number: KR1019960025095A
Authority: KR
Inventors: 김종일
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR980007649A

Abstract

본 발명은 엠펙(MPEG) 시스템에서 부호화되고 패킷화된 정보데이터를 차별적으로 부호화하는 장치에 관한 것으로, 이를 해결하기 위하여 엠펙 권고안을 근거하여 정보데이터를 인코딩하는 엘리멘트리 스트림 인코더, 엘리멘트리 스트림 인코더의 출력인 엘리멘트리 스트림에서 시작코드를 검출하는 시작코드 판별부, 시작코드 판별부의 검출 결과에 응답하여 플래그 세팅신호를 제공하는 중요패킷 처리부, 엘리멘트리 스트림 인코더의 출력인 엘리멘트리 스트림을 PES 패킷화하며, 이 패킷화된 PES 패킷의 헤더내에 상기 중요패킷 처리부의 플래그 세팅신호를 기록하는 PES 패킷타이저, PES 패킷타이저의 출력을 전송 스트림화하는 전송 패킷타이저, 이 전송 스트림을 출력하는 전송버퍼를 구비함으로써 부호화되고 패킷화된 데이터로부터의 중요한 정보인가를 판별하고, 이 판별 결과를 기록하여 전송함으로써 복호하기에서 보다 효율적인 복호화할 수 있는 효과가 있다.

Description

엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송캐킷 보호장치

제1도는 MPEG-2(ISO/IEC 13818) 시스템에서 전송 스트림의 인코더를 개략적으로 도시한 블럭 구성도.

제2도는 엘리멘트리 스트림, 패킷타이저 및 PES 패킷의 관계를 설명한 도면.

제3도 내지 제5도는 패킷구성 및 전송 스트림의 구성을 도시한 도면.

제6도는 오디오/비디오 엘리멘트리 스트림을 구성하는 프로그램을 도시한 도면.

제7도는 본 발명에 따른 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치를 도시한 블럭 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

510 : 엘리멘트리 스트림 인코더 520 : 시작코드 판별부

530 : 중요패킷 처리부 540 : PES 패킷타이저

550 : 전송 패킷타이저 560 : 전송버퍼

본 발명은 엠펙(MPEG) 시스템에서 전송패킷 보호장치에 관한 것으로, 특히 부호화되고 패킷화된 정보데이터의 중요도 여부를 근거로하여 차별적으로 부호화하는 전송패킷 보호장치에 관한 것이다.

MPEG-2 전송 스트림은 MPEG 시스템 스트림의 일종으로서 MPEG 시스템에 대한 종개의 기술로는 현재 국제 표준으로 정해진 MPEG-2 IS(Internation Standard)에서 알려진 바와 같이 MPEG-2의 공식명칭은 ITU-T Rec.H.222.0｜ISO/IEC 13818이다.

MPEG-2에는 크게 제1파트인 시스템과 제2파트인 비디오 및 제3파트인 오디오로 나누어지며, 상기 제1파트는 시스템 레이어 코딩(System Layer Coding)에 관한 전반적인 분야에 대한 권고안이다.

여기서, 시스템 레이어 코딩(이하, 시스템 코딩)이란 MPEG-1나 MPEG-2의 데이터 압축방법으로 압축된 오디오/비디오 스트림뿐만 아니라 필요에 따라 사용자 데이터(user data)등을 멀티플렉서하여 전송 또는 저장에 적합하도록 포맷팅하는 기술에 관한 것이다.

이와 같이 여러개의 비트 스트림을 입력받아 일련의 스트림으로 포맷팅하는 과정을 시스템 인코딩(System Encoder)이라 하고, 포맷팅한 것을 원래의 입력된 스트림의 형태로 풀어내는 과정을 시스템 디코팅(system decoder)이라 한다.

그리고 포맷팅하는 규칙을 신택스(syntax)라 하며, 이 신택스를 만드는 과정에서 각 부분의 의미를 규정해 둔 것이 시맨틱스(semantics)라 한다.

MPEG 시스템 IS에서는 포맷팅 규칙인 신택스, 시맨틱스를 규정하고 있으므로, 시스템 인코더에서의 인코딩시, 이와 같은 규칙에 따라 비트스트림을 만들어야 하며, 시스템 디코더는 이 규칙으로 만들어진 스트림을 디코더할 수 있도록 구성되어야 한다.

상기 시스템 인코딩은 단순히 각각의 오디오/비디오 스트림을 묶어 결합시키는 기능뿐만 아니라 스트림을 디코딩하는 과정에서 시스템 디코더 내부의 버퍼제어 및 각 디코딩된 스트림들의 동기를 맞추어 재생하기 위한 몇가지의 파라메타가 삽입되는 과정을 포함한다.

시스템 인코딩 방법에 있어서, 전송 스트림 인코딩과 프로그램 스트림 인코딩의 두가지 형태가 있는데, 상기 프로그램 스트림은 주로 저장을 위해 사용된다.

참고적으로 제1도는 MPEG-2 시스템에서 전송 스트림의 인코더를 개략적으로 도시한 도면으로, 오디오/비디오 스트림으로부터 패킷 타이저를 거쳐 전송 스트림을 만드는 과정이다.

동도면에 도시된 바와 같이, 비디오 및 오디오 인코더(11)(12)는 MPEG-1 또는 MPEG-2로 가정할 수도 있지만, MPEG-2 시스템 인코딩은 MPEG 계열이 아닌 다른 인코더로 인코딩된 스트림을 배제하지 않으므로 H.261 비디오 인코더나 CCITT G.721 오디오 인코더, 혹은 특정하게 제한된 사용자들만을 위해 사용하는 독톡한 오디오/비디오 인코더가 될 수도 있다.

이들 비디오 및 오디오 인코더(11)(12)에서 인코딩된 데이터를 엘리멘트리 스트림이라 하는데, 이 엘리멘트리 스트림들은 일차적으로 각각의 오디오 및 비디오 패킷타이저(13)(14)를 통하여 패킷타이저된다.

이 과정을 거친 데이터를 패킷화된 엘리멘트리 스트림(Packetized Elementary Stream:PES)이라 하며, 이 PES 패킷을 만드는 패킷타이저를 PES 패킷타이저라 한다.

즉, 오디오 패킷타이저(13)와 비디오 패킷타이저(14)를 거쳐 만들어진 각각의 오디오 PES 패킷, 비디오 PES 패킷은 전송 스트림(또는 프로그램 스트림)은 멀티플렉서(15)에 입력되고, 이 멀티플렉서(15)에서는 프로그램 스트림, 전송 스트림을 만들어 출력하게 된다.

시스템 인코딩이란 결국, 엘리멘트리 스트림을 입력받아 PES 패킷타이징, 전송 스트림을 만드는 과정에 해당한다. 즉, 크게 나누어 시스템 코딩과정은 두가지의 기능을 수행한다고 볼 수 있는데, PES 패킷과 TS/PS 멀티플렉서이다.

PES 패킷타이저는 엘리멘트리 스트림들을 PES 패킷으로 만들고, TS/PS 멀티플렉서 과정은 PES 패킷으로부터 TS/PS 패킷을 만드는 과정에 해당한다.

이와 같이, MPEG-2 시스템 권고안에서는 디코딩을 위하여 구현되는 스펙(spec)은 특별히 인코딩하는 과정을 따로 규정하지 않고 있으며, 때에 따라 발생할 수 있는 응용시스템에 대한 별도한 규정 또한, 없다.

따라서, 인코딩 시스템에서는 출력되는 스트림이 MPEG-2 스트림 IS에서 규정한 디코더 스펙에 맞는 정확한 스트림을 제공해 주면되는 것인데, 이러한 인코딩 과정에서 인코더를 구성하는 방법과 효율적인 디코더를 만드는 기술등은 표준화되어 있지 않다.

제2도는 시스템 코딩의 권고안을 참조하여 입력되는 엘리멘트리 스트림이 PES 패킷화되는 과정을 도시한 것으로서, 시스템 인코더에서 부호화된 모든 정보는 패킷단위로 포맷팅된다. 제4도는 PES 패킷의 구성을 도시한 것으로, PES 패킷은 헤더(Header)와 패이로드(Payload)로 이루어진다.

상기 패이로드(32) 부분은 엘리멘트리 스트림을 일정한 길이로 잘라서 삽입하고, 헤더(31) 부분에 기타의 유용한 정보(예:시간정보, 주소, 꼬리표등)가 삽입하게 된다. 여기서, PES 패킷을 만드는 장치를 패킷타이저라 하고, 엘리멘트리 스트림을 입력받아 패킷을 만드는 장치를 PES 패킷타이저(제2도의 참조번호 22)라 한다.

본 시스템 인코더에서의 엘리멘트리 스트림이란 패킷타이저(패킷을 만드는 과정)을 수행하기 위한 입력 스트림을 의미하고, 좀더 광범위한 의미로는 어떤 형태로든 부호화된 스트림이 시스템 인코더로 입력되는 경우의 스트림을 의미한다.

시스템 인코딩 과정은 엘리멘트리 스트림을 입력받아 PES 패킷을 만들고, 다시 PES 패킷을 입력받아 전송 스트림 패킷이나 프로그램 스트림 패킷을 만드는 과정으로 이해할 수 있게 된다.

제4도는 오디오 PES 스트림과 비디오 PES 스트림 및 전송헤더정보에 기초하여 전송 스트림화한 일예를 도시한 것으로, 전송패킷의 길이는 항상 188바이트로 동일하게 짧기 때문에 멀티플렉서, 리-멀티플렉서, 디멀티플렉서, 수신기 제작등에 있어서 용이하고 셀 로스(cell loss)와 같은 전송오차시의 손실이 적다는 장점을 내포하고 있다.

종합적으로 볼 때 전송패킷으로 구성되는 전송 스트림은 전송오차가 많은 채널을 이용하여 프로그램을 전송하는 방송용으로 적합하다.

이와 같이 전송 스트림은 고정된 길이의 짧은 패킷들로 구성되기 때문에 다른 스트림으로의 변환이 용이하고 셀로스와 같은 손실의 영향을 최소화할 수 있다.

제5도는 제3도 내지 제4도에서 상술된 전송패킷과, PES 패킷, 압축된 비디오 및 오디오 스트림의 관계를 개략적으로 도시한 것으로, 압축된 비디오 및 오디오신호에는 스타트코드를 포함하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 제6도는 제1도에 도시된 인코더외에 시간개념을 도시한 것으로서, 오디오/비디오 엘리멘트리 스트림으로 구성되는 프로그램을 나타낸 것이다. 오디오신호 및 비디오신호가 인코더(61)(62)에 의해서 부호화된 각 엘리멘트리 스트림은 PES 패킷타이저(63)(64)로 입력된다.

여기에서 시스템 클럭단(65)은 시간정보클럭(ESCR/PTS/DTS)를 발생시켜 PES 패킷타이저(63)(64)로 제공하게 되는데, 이때, PES 패킷타이저(63)(64)는 상기 입력된 시간정보클럭(ESCR/PTS/DTS)를 PES 패킷내의 헤더부분에 삽입함과 아울어 상기 엘리멘트리 스트림을 패킷타이저하여 TS/PS 패킷타이저(또는 멀티플렉서)(66)로 입력한다.

따라서 TS/PS 패킷타이저(66)는 시스템 클럭단(65)로부터의 다른 시간정보클럭(PCR/SCR)을 전송패킷의 헤더부분에 삽입함과 아울러 상기 PES 패킷을 패킷타이저하여 TS/PS 스트림으로 출력하게 된다.

여기에서 시스템 클럭은 시스템 인코더를 구성하는 모든 블록에 제공되는 시스템 클럭(System Clock)에 해당되며, 이 시스템 클럭의 주파수는 다음과 같은 제한 조건을 만족한다.

27MHz-810Hz≤시스템_클럭_주파수≤27MHz+810Hz시스템_클럭_주파수의 시간변화율≤75×10^-3Hz/sec………(A)

상기 식(A)의 의미로 보면, 시스템 클럭 주파수는 27MHz에서 +, -810Hz의 오차를 허용하는데, 이는 27MHz를 기준으로 -, -0.003%의 범위에 해당된다.

또한, 이 오차의 범위에서 동작을 한다할지라도 클럭의 변화가 급격하게 생기면 안되는데 이를 다음 식에서 규정하고 있다. 즉, 1초에 0.075Hz의 변화까지를 허용하는 것으로서 1초에 27MHz의 클럭 주파수로 동작한다면, 360M 클럭에 한 클럭이 어긋남을 의미한다. 종합적으로 정리하면 식(A)의 규정은 시스템 클럭의 동작 주파수범위와 동작주파수의 변화율을 규정한 것이다.

다음으로, PES 패킷의 구성형태를 보면, PES 패킷은 전술한 바와 같이 헤더와 패이로드로 이루어진다. 그런데, 이 헤더부분에는 PES 패킷 패이로드에 있게 되는 데이터의 종류와 길이 등의 정보가 있다. 따라서, 시스템 복호화기는 이 헤더부분을 먼저 디코딩한 후 이 값부터 디코딩할 준비를 하게 된다.

이와 같은 헤더와 패이로드의 전체적인 구성형태는 다음과 같다.

PES_패킷( ){패킷_시작_코드_프레픽(prefix)24비트

스트림_id 8비트

PES_패킷_길이(length) 16비트

PEX_프라이어티(priority) 1비트

PES_패킷_데이터_바이트 ‥}

상술된 바와 같이 헤더 부분에는 여러 가지 PES_패킷 데이터에 관련된 정보가 존재한다/ 스트림_id는 MPEG에서 규정하는 데이터가 될 수도 있고, 사용자가 지정하는 데이터가 될 수 있다. 이는 PES 패킷 패이로드 데이터가 어떤 데이터인지를 알려주는 값이다. 또한, PES 패킷의 길이는 일반적으로 가변적임으로 헤더의 PES 패킷 길이 부분에서 알려주게 된다.

이 값을 이용하여 PES 패킷의 길이 값을 알고 난후 그 길이까지가 한 PES 패킷임을 알 수 있다. 또한, 현재의 PES 패킷이 중요한 PES 패킷인 경우에는 PES_프라이어티를 1로 기록한다.

상기 엘리멘트리 스트림이 시작하는 부분에는 일예의 비디오 스트림의 프레임율이나 비트율등과 같은 중요한 정보가 있으므로, 이 부분이 만일 전송과정에서 손실되면, 비디오 데이터를 제대로 복원할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 부호화되고 패킷화된 정보데이터내에 중요도에 관한 정보를 기록하여 차별적으로 부호화하는 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 엠펙(MPEG) 시스템의 부호화장치에 있어서, 엠펙 권고안을 근거하여 정보데이터를 인코딩하는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)와; 상기 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림에서 시작코드를 검출하는 시작코드 판별부(520)와; 상기 시작코드 판별부(520)의 검출 결과에 응답하여 플래그 세팅신호를 제공하는 중요패킷 처리부(530)와; 상기 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림을 PES 패킷화하며, 이 패킷화된 PES 패킷의 헤더내에 상기 중요패킷 처리부(530)의 플래그 세팅신호를 기록하는 PES 패킷타이저(540)와; 상기 PES 패킷타이저(540)의 출력을 전송 스트림화하는 전송 패킷타이저(550)와; 상기 전송 패킷타이저(550)의 전송패킷을 출력하는 전송버퍼(560)를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제7도는 본 발명에 따른 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치를 도시한 블럭 구성도이다.

제7도를 참조하면, 본 발명에 따른 전송패킷 보호장치는 엘리멘트리 스트림 인코더(510), 시작코드 판별부(520), 중요패킷 처리부(530), PES 패킷타이저(540), 전송 패킷타이저(550) 및 전송버퍼(560)로 구성된다.

엘리멘트리 스트림 인코더(510)는 엠펙 권고안을 근거하여 비디오 및 오디오신호 등을 인코딩하고, 그 인코딩된 엘리멘트리 스트림을 후술하는 시작코드 판별부(520)와 PES 패킷타이저(540)로 제공하도록 구성된다.

시작코드 판별부(520)는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림에서 시작코드(오디오 프레임 시작코드/비디오 프레임 시작코드등)를 검출하고, 그 결과를 후술하는 중요패킷 처리부(530)로 제공하도록 구성되며, 상기 시작코드 판별부(520)에 의해서 시작코드가 검출되면, 온신호를 제공하고, 시작코드가 검출되지 않으면, 오프신호를 제공하도록 이루어진다.

중요패킷 처리부(530)는 시작코드 판별부(520)의 검출 결과에 응답하여 플래그 세팅신호(PES_프라이어티(priority))를 후술하는 PES 패킷타이저(540)로 제공하도록 구성된다.

PES 패킷타이저(540)는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림을 PES 패킷화하며, 이 패킷화된 PES 패킷의 헤더내에 상기 중요패킷 처리부(530)의 플래그 세팅신호(PES_프라이어티(priority))를 기록하여 후술하는 전송 패킷타이저(550)로 제공하도록 구성된다. 여기서, 프라이어티라 함은 정보비트에 대한 중요도를 체크하기 위한 비트구간을 의미한다.

전송 패킷타이저(550)는 PES 패킷타이저(540)의 출력을 전송 스트림화한 후 이를 전송버퍼(560)로 제공되도록 구성되며, 전송버퍼(560)는 전송 패킷타이저(550)의 전송패킷을 전송채널을 통해 미도시된 복호화기로 출력하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다.

우선, 엘리멘트리 스트림 인코더(510)는 MPEG 권고안을 근거로하여 비디오 및 오디오신호등을 인코딩하고, 이 인코딩(부호화)된 데이터를 엘리멘트리 스트림으로 변환한 다음 시작코드 판별부(520)와 PES 패킷타이저(540)로 각각 제공하게 된다.

시작코드 판별부(520)는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림에서 시작코드를 검출한 결과, 시작코드가 존재하면, 온신호를 중요패킷 처리부(530)로 제공하며, 이와 반대로 시작코드가 존재하지 않으면, 오프신호를 중요패킷 처리부(530)로 제공하게 된다.

상기 시작코드의 검출은, 오디오 프레임 시작코드나 비디오 시작코드의 존재 유무로 판별이 가능하며, 상기 엘리멘트리 스트림은 그대로 PES 패킷타이저(540)로 입력되고, 이를 PES 패킷으로 만들게 된다. 여기서 엘리멘트리 스트림의 시작코드는 본 발명에 적용되는 시작코드로 보아도 된다.

상기 엘리멘트리 스트림의 시작코드가 발생하면, 이는 새로운 엘리멘트리 스트림이 시작하고 있는 것임으로 이 부분에서 새로운 PES 패킷을 만들도록 처리한다.

따라서, 중요패킷 처리부(530)는 시작코드 판별부(520)로부터의 온신호가 입력되면, 이에 따른 플래그 1값을 PES 패킷타이저(540)로 제공하지만, 오프신호가 입력되면, 플래그 0값을 PES 패킷타이저(540)로 제공하게 된다.

이에 따라, PES 패킷타이저(540)는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림을 우선, PES 패킷화하게 된다. 여기서 온신호가 입력되면, 패킷화된 PES 패킷의 헤더내에 플래그 1 값을 기록함과 아울러 엘리멘트리 스트림에 관련된 정보도 기록하고서, 완성된 PES 패킷을 전송 패킷타이저(550)로 제공하게 된다.

여기에서, PES 패킷의 헤더내에 플래그 1 값을 기록함으로써 이 PES 패킷이 중요함을 기록하는 것이다.

전송 패킷타이저(550)는 PES 패킷타이저(540)로부터 출력되어 입력되는 PES 패킷과 기타의 정보를 전송패킷의 패이로드 부분에 기록함과 동시에 프로그램에 관련된 시작정보인 PCR 데이터를 전송패킷의 헤더부분에 기록한 다음 전송버퍼(560)로 제공된다.

전송버퍼(560)는 입력되는 전송 스트림을 일정시간 후 전송채널로 전송하게 되는 것이다. 따라서, 복호화기는 수신되는 전송 스트림중 PES 패킷 헤더 부분에 기록된 값 즉, PES_프라이어티(priority)가 1이면, PES_프라이어티가 0인 경우보다 상대적으로 중요하게 처리하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 PES_프라이어티(priority)를 제대로 처리하지 않게 되면, PES 패킷 패이로드 부분에 있는 데이터를 풀어 보아서 중요한 정보가 있는지를 조사해야 함으로써, 이후의 시스템 동작의 번거로운 계산동작을 해결할 수 있는 효고가 있다.

Claims

엠펙(MPEG) 시스템의 부호화장치에 있어서, 엠펙 권고안을 근거하여 정보데이터를 인코딩하는 엘리멘트리 스트림 인코더(510)와; 상기 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림에서 시작코드를 검출하는 시작코드 판별부(520)와; 상기 시작코드 판별부(520)의 검출 결과에 응답하여 플래그 세팅신호를 제공하는 중요패킷 처리부(530)와; 상기 엘리멘트리 스트림 인코더(510)의 출력인 엘리멘트리 스트림을 PES 패킷화하며, 이 패킷화된 PES 패킷내에 상기 중요패킷 처리부(530)의 플래그 세팅신호를 기록하는 PES 패킷타이저(540)와; 상기 PES 패킷타이저(540)의 출력을 전송 스트림화하는 전송 패킷타이저(550)와; 상기 전송 패킷타이저(550)의 전송패킷을 출력하는 전송버퍼(560)를 구비함을 특징으로 하는 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치.
제1항에 있어서, 상기 중요패킷 처리부(530)는, 상기 시작코드 판별부(520)로부터의 온신호(시작코드의 검출신호)가 입력되면, 이에 따른 플래그 1값을 상기 PES 패킷타이저(540)로 제공하며, 상기 오프신호(시작코드의 비검출신호)가 입력되면, 플래그 0값을 상기 PES 패킷타이저(540)로 제공하여 상기 PES 패킷에 플래그 신호를 기록함을 특징으로 하는 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치.
제2항에 있어서, 상기 중요패킷 처리부(530)의 플래그 신호가 PES 패킷의 헤더에 기록함을 특징으로 하는 엠펙(MPEG) 시스템에서의 전송패킷 보호장치.