KR100822778B1 - 데이터 스트림을 변환하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

디지털 비디오 레코더 또는 이와 유사한 장치는, MPEG-2 프로그램 스트림(PS) 포맷을 갖는 입력 데이터 스트림을 MPEG-2 전송 스트림(TS) 포맷을 갖는 출력 데이터 스트림으로 변환하는 방법을 구현한다. 입력 데이터 스트림(PS)은, PS 디코더 모델에 따라 생성되고 다중화된 적어도 제 1 및 제 2 기본 데이터 스트림(404, 406)의 데이터를 포함한다. 이 장치 내부의 스케쥴러(412)는, 타겟 디코더 모델(418) 내부에 오디오 기본 스트림의 데이터에 대한 빈 공간이 존재하지 않는 경우에, 상기 입력 데이터 스트림의 클록 기준값(SCR)이 소정의 대기 임계값만큼 상기 출력 데이터 스트림의 클록 기준값을 벗어나 앞서 나갈 때, 입력 스트림으로부터 또 다른 데이터 블록의 판독을 금지한다.
전송 스트림 포맷, 프로그램 스트림 포맷, 스케쥴러, 클록 기준값, 다중화

Description

데이터 스트림을 변환하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING DATA STREAMS}
본 발명은, 다중화된 데이터 스트림을 한 개의 다중화된 포맷으로부터 다른 포맷으로 변환하는(트랜스멀티플렉싱(transmultiplexing))하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 예를 들면 비디오 및 오디오 스트림을 MPEG-2 사양(ITU-T 권고안 H.222.0｜ISO/IEC 13818-1)에 따라 프로그램 스트림 포맷으로부터 전송 스트림 포맷으로 트랜스멀티플렉싱하는데 있어서 특정한 응용을 모색한다.
전술한 MPEG-2 표준은 멀티미디어 다중화, 동기화 및 타임베이스(timebase) 복원에 대한 총괄적인 방법을 기술한다. 이 사양은, 각각의 기본 비트 스트림(비디오, 오디오, 기타 데이터)이 패킷화된 기본 스트림(Packetised Elementary Stream: PES)으로 분할된 후, 각각의 패킷이 2가지 서로 다른 스트림 형태 중에서 어느 한가지로 다중화되는 패킷 기반의 멀티미디어 다중화를 제공한다. 프로그램 스트림(Program Stream: PS)은 가변 길이의 PES 패킷의 다중화에 해당하며, 디스크 상의 기록과 같이, 에러가 없는 환경에서 사용하도록 설계된다. 전송 스트림(Transport Stream: TS)은 188 바이트의 고정된 길이의 패킷으로 구성되고, 한 개의 프로그램의 다수의 PES 패킷의 다중화 뿐만 아니라, 다중 프로그램 다중화의 기능을 가지며, 방송과 같은 에러가 발생하기 쉬운 환경에서 사용하도록 설계된 다. 멀티미디어 동기화 및 타임베이스 복원은, 시스템 타임 클록과 프리젠테이션/디코딩을 위해 타임 스탬프를 사용함으로써 달성된다.
각각의 형태의 스트림이 서로 다른 환경에서 그 자신의 이점과 단점을 갖기 때문에, MPEG-2 사양에서는 이들 2가지 포맷간의 변환이 바람직한 것으로 인정하고 있다. 그러나, 포맷과, 특히 버퍼 크기, 시간 지연, 데이터 레이트 등에 관한 제약을 정의하는 "타겟 디코더" 모델간의 차이로 인해, 서로 다른 기본 스트림들은 한가지 포맷으로 계획될 수 없으며, 다른 포맷으로도 마찬가지이다. 따라서, 한가지 형태의 스트림을 다른 형태로 변환할 때에는 기본 스트림 데이터를 역다중화하고 재다중화(remultiplex)하는 것이 필요하다. 특정한 구조를 랜덤 액세스, 편집 등을 위해 설계된 PS 데이터로 변화시키는 시스템 정보가 일반적으로 TS 방송에는 존재하지 않는 요인도 존재한다.
EP-A-0 833 514(Sony)에는, 기록/재생장치와 프리젠테이션(표시)장치로 구성된 시스템이 제안되어 있다. 이 재생장치는, 예를 들면 디스크에서 PS 포맷을 읽어 그것을 표시하기 위해 TS 포맷으로 변환한다. 이에 반해, 이것의 실시예에 제시된 버퍼 크기가, 유효한 PS를 유효한 TS 포맷으로 변환하기 위해 서로 다른 기본 스트림의 재스케쥴링(rescheduling)을 요구하는 서로 다른 제약을 설명하는 것으로 여겨지지 않는다. 사실상, TS 사양 그 자체에 의해 부과된 제약은, 적어도 1초의 비디오 정보를 위한 버퍼와, 스크래치로부터 스트림을 만들기 위해 필요한 것과 동일한 처리 노력을 요구한다는 것을 밝힐 수 있다.
결국, 본 발명의 목적은, MPEG 전송 스트림과 프로그램 스트림과 같은 포맷 들 사이에서 데이터 스트림을 변환할 때, 계산상의 부담 및/또는 필요한 기억 공간을 줄이는데 있다. 임의의 2가지 포맷간에 다중화된 스트림을 변환할 때에도 유사한 문제가 일반적으로 발생하므로, 본 발명은 MPEG-2 호환 스트림의 엄격한 한계를 넘어 적용될 수 있다는 것이 명백하다.
본 발명자는, 한가지 포맷으로부터 다른 포맷으로 변환하는데에는 재스케쥴링이 불가피하지만, 변환시에 필요한 버퍼링의 크기 및/또는 처리량을 줄이기 위해 소스 포맷에 고유한 제약이 이용될 수 있다는 점을 인식하였다.
본 발명은, 프로그램 스트림(PS) 포맷을 갖는 입력 데이터 스트림을 전송 스트림(TS) 포맷을 갖는 출력 데이터 스트림으로 변환하는 변환방법에 있어서,
(a) PS 디코더 모델에 따라 생성되고 다중화된 제 1 및 제 2 기본 데이터 스트림의 데이터를 포함하는 입력 데이터 스트림으로부터 데이터의 연속적인 블록을 판독하는 단계와,
(b) 제 1 및 제 2 기본 스트림의 데이터를 제 1 및 제 2 큐 구조에 각각 누적하는 단계와,
(c) 제 1 및 제 2 기본 스트림에 대한 가상적인 제 1 및 제 2 버퍼를 포함하는 TS 타겟 디코더 모델을 각각 수립하는 단계와,
(d) 상기 타겟 디코더 모델을 참조하여, 연속적인 전송 패킷을 발생하여 상기 TS 포맷으로 상기 제 1 및 제 2 데이터 스트림을 전달하는 상기 출력 데이터 스트림을 생성하는 단계와,
(e) 발생된 각각의 전송 패킷과 상기 디코더 모델의 소정의 특성값에 응답하여, 상 기 TS 타겟 디코더 내부의 상기 가상적인 제 1 및 제 2 버퍼의 상태를 갱신하는 단계를 포함하고,
각각의 전송 패킷은, 입력 데이터 스트림 내부의 상기 기본 스트림의 스케쥴링과 상기 TS 타겟 디코더 모델 내부의 상기 제 1 및 제 2 버퍼의 상태에 의존하여, 제 1 큐, 제 2 큐로부터의 데이터를 포함하거나 이들 큐 중에서 어떤 큐로부터의 데이터도 포함하지 않으며, 타겟 디코더 모델 내부에 상기 제 2 기본 스트림의 데이터에 대한 빈 공간이 존재하지 않는 경우에, 상기 입력 데이터 스트림의 클록 기준값이 소정의 대기 임계값만큼 상기 출력 데이터 스트림의 클록 기준값을 벗어나 앞서 나갈 때, 상기 스트림으로부터 또 다른 데이터 블록의 판독을 금지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변환방법을 제공한다.
더구나, 본 발명은, PS 포맷에서는 적어도 상기 데이터의 제 1 및 제 2 기본 스트림이 인코딩되고, 복수의 패킷 헤더를 갖는 기본 스트림 패킷들로 분할되며, 이들 패킷들은 모두 인터리브되는 한편, TS 포맷에서는 이와 같은 기본 스트림 패킷들이 복수의 더 작은 전송 패킷들로 더 분할되고, 제 1 및 제 2 기본 스트림의 전송 패킷들이 서로 인터리브되며, 이들이 어느 쪽 스트림으로부터의 데이터도 갖지 않은 전송 패킷들과 인터리브되는 방법을 제공한다.
본 발명에서 설명한 방법의 실시예에 있어서는, 각각의 기본 스트림의 기본 스트림 패킷들로의 분할이 입력 및 출력 스트림에서 동일하다.
본 발명의 실시예에 있어서, TS 포맷 데이터 스트림은 일정한 데이터 레이트를 가질 수 있으며, 상기 전송 패킷들은 균일한 크기와 주기를 갖는다.
본 발명의 실시예에 있어서는, 입력 스트림이 복수의 블록으로 판독될 수 있으며, 각각의 블록은 적어도 한 개의 전체 기본 스트림 패킷과, 한 개의 기본 스트림으로부터의 패킷들만을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 각각의 블록은 PS 전달 시간 코드를 포함할 수 있으며, TS 전달 시간 코드는 각각의 전송 패킷의 발생과 함께 앞서 나가고, 먼저 PS 전달 시간 코드와 동기된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서,
PS 및 TS 포맷은,
(i) 공통된 프리젠테이션 시간을 갖는 제 1 및 제 2 기본 스트림 내부에 있는 각각의 프리젠테이션 유니트들에 대한 전달 시간들 사이의 최대 시간차("스큐(skew)")에 대한 제약과,
(ii) 전달 및 디코딩 사이의 기본 스트림의 버퍼링 데이터의 용량과,
(iii) 한 개의 액세스 유니트의 스케일(scale) 상에서 전송 스트림으로부터 디코딩용 버퍼로의 각각의 기본 스트림의 데이터의 전달 속도 중에서 적어도 한 개에 대한 제약을 정의한다.
특정한 실시예에 있어서, 버퍼 제약 (ii)는 제 2 기본 스트림에 대해 PS 포맷에서보다 TS 포맷에서 더 엄격하며, 상기 대기 임계값은, PS 타겟 디코더 내부의 버퍼 내에 수용될 수 있는 양과 TS 타겟 디코더 내부에 수용될 수 있는 양의 차이에 해당하는 일정량의 여분의 데이터를 수용하기에 충분하다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 최소 속도 제약 (iii)는 제 2 기본 스트림에 대해 PS 포맷에서보다 TS 포맷에서 더 엄격하고, 상기 대기 임계값은 제 2 기본 스트림 내부의 액세스 유니트의 전송을 위한 여분의 시간을 허용하기에 충분하며, 이 여분의 시간은, PS 포맷 제약 내부의 이와 같은 액세스 유니트의 전달을 위한 가능한 최단 시간과 TS 포맷 제약 내부의 동일한 액세스 유니트의 전달을 위한 가능한 최장 시간의 차이에 해당한다.
PS 및 TS 포맷은 서로 다른 코딩 파라미터가 상기 제 2 기본 스트림에서 구현될 수 있도록 하여 전달하려는 데이터의 양과 각각의 액세스 유니트에 대한 프리젠테이션 시간 중에서 한가지 또는 모두를 변화시킬 수 있는 한편, 상기 대기 임계값은 허용된 코딩 파라미터들 중에서 필요한 최대 여분 시간에 따라 고정된다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 특정한 실시예에 있어서는, 대기 임계값이 프로그램 스트림 내부에 허용된 스큐의 1/5보다 작다.
특정한 실시예에 있어서, 액세스 유니트는 압축된 오디오 프레임을 포함한다.
더구나, 본 발명은, 데이터의 제 1 및 제 2 기본 스트림을 재다중화하여 제 2 소정의 타겟 디코더 모델을 따르는 복수의 전송 패킷으로 구성된 연속적인 스트림를 발생하되, 상기 제 1 및 제 2 스트림의 데이터가 이와 다른 제 1 소정의 타겟 디코더 모델에 따라 사전에 다중화되는 재다중화 방법에 있어서, 상기 데이터는 요구시에 입력 채널로부터 판독되고, 상기 판독과정이 제 1 및 제 2 타겟 디코더 모델의 차이를 보상하기 위해 제 2 기본 스트림를 재다중화하는 진행상태가 충분히 멀리 앞서 나가는 것으로 판단된 경우에, 상기 데이터의 판독과정이 제 2 타겟 데 이터 모델에서 제 1 스트림의 데이터의 빈 공간에 무관하게 제 2 기본 스트림의 재다중화의 진행상태를 참조하여 제약을 받는 것을 특징으로 하는 재다중화 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 타겟 디코더 모델의 각각은 각각의 기본 스트림에 대해 디코딩하려는 데이터에 대한 유한 크기를 갖는 개별적인 버퍼를 정의하고, 적어도 제 2 기본 스트림에 대해 버퍼가 PS 타겟 디코더에서보다 TS 타겟 디코더에서 더 작다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 기본 스트림의 평균 데이터 레이트는 제 2 기본 스트림의 평균 데이터 레이트보다 크다.
본 명세서에 기재된 특정한 실시예에 있어서는, 제 1 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 복수의 비디오 화상을 포함하고, 제 2 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 복수의 오디오 프레임을 포함한다.
더구나, 본 발명은, 프로그램 스트림(PS) 포맷을 갖는 입력 데이터 스트림을 전송 스트림(TS) 포맷을 갖는 출력 데이터 스트림으로 변환하는 방법에 있어서, 상기 TS 포맷은 MPEG-2 전송 스트림 사양을 따르고, 상기 PS 포맷은 MPEG-2 프로그램 스트림 사양을 따르며, 이들 사양은 ITU-T 권고안 H.220.0 및 ISO/IEC 13818-1에 규정된 것을 특징으로 하는 변환방법을 제공한다.
본 발명은, 기록된 오디오 비디오 프로그램을 재생하는 방법에 있어서, PS 포맷을 갖는 데이터 스트림이 데이터 채널로부터 판독되어, 전술한 방법에 의해 TS 포맷으로 변환되고, 또 다른 채널을 통해 TS 호환 디코더로 공급되는 것을 특징으 로 하는 재생방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 채널은 기록매체 상에의 상기 입력 데이터 스트림의 기록을 포함한다.
더구나, 본 발명은 특히 전술한 본 발명에 따른 방법들 중에서 어느 하나를 구현하도록 구성된 장치를 제공한다. 이와 같은 장치는, 예를 들어 스탠드얼론형 디코더 장치(셋톱 박스), 프리젠테이션 장치(TV 수상기 등) 또는 기록 및 재생장치(디지털 VCR)의 일부를 구성할 수 있다.
위에서 설명한 것 이외의 본 발명의 다른 특징부와 이점과 본 발명의 다양한 변화 및 변형은, 이하의 특정한 실시예의 설명으로부터 당업자에게 자명할 것이다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용된 예시적인 디지털 비디오 오락 시스템을 나타낸 것이고,
도 2는 전송 스트림(TS) 포맷으로 데이터의 포맷을 예시한 것이며,
도 3은 프로그램 스트림 포맷으로 데이터의 포맷을 예시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, PS 포맷 신호를 TS 포맷으로 변환하는데 있어서 주요 데이터 경로와 기능 블록을 나타낸 것이며,
도 5는 입력 스트림 제약의 지식을 이용하지 않는 가상적인 스케쥴링 과정을 예시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케쥴링 방법을 예시한 것이다.
예시적인 시스템
도 1은, 디지털 TV 튜너(100)와, 디지털 비디오 신호를 디코딩하고 유료 채널 등에 대한 액세스를 제어하는 "셋톱 박스"(102)와, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 또는 미래의 DVR 레코더와 같은 디지털 비디오 재생 및 기록장치(104)와, 저장매체 그 자체(디스크(106))를 구비한 예시적인 가정용 디지털 비디오 오락 시스템을 나타낸 것이다. 본 실시예에 있어서, 이와 같은 구성에서, 위성, 케이블 또는 지상파 방송, 또는 디스크(106) 상의 기록물로부터 화상을 표시하기 위해 종래의 아날로그 TV 수상기(108)가 사용된다. 디지털 튜너(100)와 셋톱 박스(12) 사이에는, MPEG 호환 전송 스트림(TS) 포맷 신호가 다수의 디지털 TV 채널을 전달하며, 이들 신호 중에서 일부는 특수한 조건부 액세스(유료 TV) 장치를 사용하여 디코딩하기 위해 스크램블될 수 있다. 예를 들어, DVD, ATSC 및 ARIB와 같은 표준 디지털 방송 포맷이 MPEG-2 전송 스트림 포맷 내부의 특수한 응용에 해당한다.
셋톱 박스(102)도 전송 스트림 TS로부터 원하는 프로그램을 디코딩하여, 아날로그 오디오 및 비디오 신호를 TV 수상기(108)로 출력한다. 이들 아날로그 신호가 종래의 비디오 레코더(VCR)에 의해 기록될 수 있음은 물론이다. 이에 반해, 최대의 품질과 성능을 위해서는, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 또는 DVR 레코더(104)와 같은 직접적인 디지털-디지털 레코더가 바람직하다. 이것은, IEEE1394("화이어와이어")와 같은 디지털 인터페이스를 통해 셋톱 박스에 연결된다. 이것은, 선택된 프로그램이 더 큰 TS 다중화로부터 분리되어, 여전히 TS 포맷으로 표시되는 "부분 TS(partial TS)"를 전달한다. 이에 반해, 향상된 디렉토리 구조와 랜덤 액세스 특징을 이용하기 위해서는, 재생장치/기록장치(104)가 TS 포맷을 디스크(106) 상에 기록하기 위해 PS 포맷으로 변환하고, 디지털 인터페이스 및 셋톱 박스(102)를 통해 TV(108) 상에 재생하기 위해 디스크(106) 상에 기록된 PS 포맷 스트림을 부분 TS 포맷으로 변환하도록 구성된다.
본 발명은 주로 프로그램 스트림(PS) 포맷으로부터 전송 스트림(PS) 포맷으로의 변환과정에 관한 것인 반면에, 다른 방향으로의 변환은, 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Converting Data Streams"이고 1999년 12월 30일자 출원된 영국 특허출원 제 9930788.6호의 우선권을 주장하는 동시 계류중인 출원[PHB 34446]의 주제에 해당한다. 이들 포맷간의 효율적인 변환을 위해 적용된 기술내용을 상세히 검토하기 전에, 도 2 및 도 3을 참조하여 이들 2가지 포맷을 더욱 상세히 설명한다.
전송 스트림(TS) 포맷
도 2는 MPEG-2 전송 스트림(TS) 포맷의 주요한 특징부와 구조를 예시한 것이다. 전송 스트림은, 도면에서 T-PKT로 라벨이 붙여지고 그 각각이 188 바이트의 데이터를 포함하며 도면의 상단에 도시된 포맷을 갖는 복수의 전송 패킷으로 구성된 연속적인 스트림에 해당한다. 구문법, 의미론과 적용가능한 제약을 포함하는 MPEG- 2 전송 스트림의 전체 상세 내용은 ITU-T 권고안 H.262｜ISO/IEC 13818-2에 기재되어 있다. MPEG-2 시스템에 대한 정보는, http://www.mpeg.org에서 온라인으로 입수가능하다. 간략하게 말하면, 각각의 전송 패킷은 헤더 부분과 페이로드 부분을 포함하며, 페이로드 부분은 도면에서 DAT-0 내지 DAT-N으로 표시된다. 헤더는 독특한 동기 바이트 SYNC로 시작하며, 그 뒤에는 전송 에러 지시자 TEI, 페이로드 유니트 시작 지시자 USI, 전송 우선순위 지시자 TPI, 패킷 식별자 PID, 전송 스크램블링 제어 필드 TSC, 적응 필드 제어 AFC와 연속성 카운터 CC를 포함하는 다양한 플래그와 제어 필드가 존재한다. 피드 AFC의 콘텐트에 의존하여, 페이로드 데이터에 다른 방식으로 할당된 공간의 일부를 점유하는 적응 필드 AF가 존재할 수 있다.
DVB 디지털 방송 포맷의 예에서는, TS 스트림의 데이터 레이트가 약 40(Mbits/s)인 한편, 오디오 비디오 프로그램에 대한 통상적인 데이터 레이트는 10 Mbits/s보다 작다. 따라서, 도 2의 TS에 도시된 것과 같이, 다수의 프로그램 PROG1, PROG3가 한 개의 전송 스트림으로 다중화될 수 있다. 각각의 전송 패킷의 필드 PID는 이 패킷이 관련된 적어도 한 개의 기본 스트림을 표시하며, 이들은 전송 패킷들의 유니트에서 다수의 다른 스트림과 인터리브된다. 한 개의 프로그램은, 예를 들면 한 개의 비디오 스트림(이 예에서는 PID='005'), 오디오 스트림(PID='006')과 텔레텍스트 데이터 스트림(PID='007')을 포함할 수 있다. PID 값과 프로그램 사이의 대응과, 각각의 PID를 지닌 데이터의 형태는 프로그램 특정 정보(program specific information: PSI) 테이블의 형태로 유지된다. 전송 스트림 내부에서 주기적으로, 프로그램 관련 테이블(program association table: PAT)이 PID=0를 갖는 전송 패킷의 특수한 스트림에 전달된다. 한편, PAT는 PROG1, PROG3 등에 대해, 어떤 스트림이 한 개의 프로그램에 관련된 서로 다른 PID 값을 전부 나열하며 각각의 값들의 콘텐트(비디오, 오디오, 추가적인 언어 오디오 등)를 기술하는 프로그램 매핑 테이블 PMT을 갖는지를 표시한다. 제어 목적을 위한 이들 테이블과 기타 데이터는 본 명세서에서는 시스템 정보로 칭한다.
전송 스트림으로부터 주어진 프로그램(PROG1)을 재생 또는 기록하기 위해, 그 PID를 갖는 연속적인 전송 패킷의 페이로드 DAT-0 내지 DAT-N가 한 개의 스트림으로 연결되고, 이 스트림은 MPEG-2 사양에 추가적으로 규정된 패킷화된 기본 스트림 패킷 PES-PKT을 갖는다. 각각의 PES 패킷은 독특한 패킷 시작 코드 접두어 PSCP로 시작한다. PES 패킷 헤더의 다음에 존재하는 것은, 기본 스트림의 형태(예를 들면, 비디오, 오디오, 패딩(padding) 스트림 또는 개인 스트림)를 식별하는 스트림 식별자 SID이다. PES 패킷은 특정한 응용에서 지정되지 않는 한 고정 길이를 갖지 않으며, PES 패킷 길이 필드 LEN은 PES 패킷 내부의 바이트 수를 특정한다. 그 후에는, 예를 들어, 데이터 정렬 지시자 DAI와 헤더 길이 필드 HLEN을 포함하는 다수의 제어 및 플래그 필드 C&F가 뒤따른다. 다음에, C&F 필드 내부의 관련된 플래그의 값에 의존하여, 다수의 선택적인 필드가 헤더 HDAT 내부에 존재하는데, 예를 들면 시스템 클록을 참조하여 현재의 PES 패킷에서 시작하는 "프리젠테이션 유니트" 화상, 오디오 프레임 등이 표시되어야 하는 시간을 지정하는 프리젠테이션 타임 스탬프 PTS가 존재할 수 있다. 몇몇 경우에는, 프리젠테이션 유니트가 그들의 프리젠테이션 순서와 다른 순서로 디코딩되는데, 이 경우에는 디코딩 타임 스탬프 DTS도 존재할 수 있다.
동일한 SID를 갖는 연속적인 PES 패킷의 페이로드 PY-0 내지 PY-N은 도 2에서 ES에 개략적으로 도시된 데이터의 연속적인 기본 스트림을 형성한다. 비디오 기본 스트림 ES-VIDEO의 경우에는, 클립의 다수의 화상 시퀀스 SEQ가 존재하는데, 각각의 화상 시퀀스는 그것의 시작 위치에 시퀀스 헤더 SEQH를 포함한다. 양자화 매트릭스, 버퍼 크기 등을 포함하는 디코더의 다수의 파라미터가 시퀀스 헤더 내부에 지정된다. 따라서, 비디오 스트림의 정확한 재생은, 시퀀스 헤더의 위치에서 디코더를 개시함으로써만 달성될 수 있다. 각 시퀀스에 대한 데이터 내부에는, 그 각각이 화상(응용에 따라 필드 또는 프레임)에 해당하는 비디오 데이터의 1개 또는 그 이상의 "액세스 유니트"가 존재한다. 각각의 화상 앞에는 화상 시작 코드 PSC가 위치한다. 복수의 화상의 그룹 GOP 앞에는 그룹 시작 코드 GSC가 위치하며, 모든 그룹 시작 코드는 특정한 시퀀스 헤더 SEQH 뒤에 놓인다.
공지된 것과 같이, MPEG-2 또는 다른 최근의 디지털 포맷의 화상은 서로를 참조하여 인코딩되어, 시간적인 중복성을 줄인다. 움직임 보상은, 인접한 화상 또는 화상들에 대해 이미 디코딩된 콘텐트로부터 한 개의 화상의 콘텐트에 해당 추정값을 제공한다. 따라서, 화상 그룹 GOP는 다음을 포함할 수 있다: 다른 화상들을 참조하지 않고 코딩된 인트라 코딩된 "I" 프레임과, 앞선 I 프레임에 근거한 움직임 벡터들을 이용하여 코딩된 "P"(predictive) 코딩된 화상들과, 시퀀스 내부의 앞 뒤에 있는 I 및/또는 P 프레임으로부터 예측에 의해 인코딩된 양방향 예측된 "B" 화상들. B 화상에 필요한 데이터 양은 P 화상에 대해 필요한 양보다 작고, 한편 이 P 화상에 필요한 양은 I 화상에 대해 필요한 양보다 작다. 반면에, P 및 B 화상은 다른 화상들을 참조해서만 인코딩되기 때문에, 주어진 시퀀스의 재생을 개시하기 위한 실제적인 입구점(entry point)을 제공하는 것은 I 화상들 뿐이다. 더구나, GOP 데이터에 있어서, I 및 P 화상들은 대응하는 B 화상들 이전에 인코딩된 후, 디코딩하기 전에 순서가 재배치되어 정확한 프리젠테이션 순서를 얻게 된다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, B와 P 화상들은 프리젠테이션 타임 스탬프 PTS와 디코딩 타임 스탬프 DTS가 다른 예에 해당한다.
마지막으로, 도 2에는 오디오 기본 스트림 ES-AUDIO의 표시가 도시되어 있다. 이것은 프레임 시작 코드를 갖는 단순한 데이터의 프레임 FRM을 포함한다. 샘플 레이트(32 kHz, 48 kHz 등)와 데이터 레이트(예를 들면 초당 32 kbits 또는 가변) 면에서 변화하는 다양한 오디오 포맷이 허용된다. 오디오 및 비디오 스트림의 이들 특성값과 다른 특성값들은 프로그램 특정 정보 PSI와 PES 패킷 헤더 내부에 인코딩된다.
동일한 프리젠테이션 타임 스탬프 PTS를 갖는 오디오 프레임들과 비디오 화상들은 디코더의 출력에서 동시에 제공되어야 하는 것이다. 반면에, 서로 다른 기본 스트림으로부터의 데이터의 패킷들의 스케쥴링은 매우 자유로우므로, 동일한 PTS 값을 갖는 오디오 및 비디오 액세스부가 1초 떨어져 전송 스트림 TS에 도착할 수 있다.
프로그램 스트림(PS) 포맷
도 3은 MPEG-2 신호에 대해 지정된 다른 주된 포맷 형태인 프로그램 스트림(PS)을 나타낸 것이다. 도면에 상단에 도시된 것과 같이, PS는 도 2에 도시된 전송 스트림과 동일한 기본 스트림 ES-VIDEO와 ES-AUDIO를 전달하며, 마찬가지로 PES 패킷 PES-PKT의 형태를 갖는다. 프로그램 스트림은 TS와 같이 미세하게 분할 및 패킷화되지 않으며, 일반적으로 한 개의 프리젠테이션을 위해 필요한 스트림만을 갖는다. 전체 PES 패킷 PES-PKT는 한 개 또는 그 이상의 그룹들로 독특한 팩 시작 코드 PSC, 시스템 클록 기준 타임 스탬프 SCR과, 프로그램 스트림 PS가 디코더로 제공되도록 예정될 때의 비트 레이트에 해당하는 program_mux_rate의 표시 PMR을 포함하는 기본 헤더를 갖는 복수의 프로그램 스트림 팩 PACK으로 포장된다. 예를 들어, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 사양에서의 program_mux_rate는 10.08 Mbits/s이다. 선택적으로, 프로그램 스트림 팩은 스터핑(stuffing) STF와 시스템 헤더 SYSH를 포함한다. 도 3의 상단에 도시된 것과 같이, 비디오 팩 V 또는 오디오 팩 A1, A2 등이 송신되기 전에, 디코더가 특정한 프로그램의 디코딩을 위해 적절히 설정되도록 하기 위해, 프로그램 스트림은 코딩 및 디코더의 다양한 파라미터, 시퀀스 헤더의 디렉토리와 프로그램 스트림을 갖는 예를 들면 디스크 또는 다른 저장매체 상의 그것의 위치를 특정하는 광범위한 시스템 헤더로 시작한다. PID 코드를 갖는 전송 패킷 구조가 존재하지 않기 때문에, 프로그램 스트림의 PES 패킷 내부의 스트림 식별자 SID는, 주어진 PES 패킷 내부에 존재하는 기본 스트림의 형태와, 필요한 경우에는, 정확한 스트림을 찾아 디코더로 제공될 수 있도록, 그 형태를 갖는 다수의 스트림(오디오 1, 오디오 2 등) 중에서 어떤 것이 전달되는가를 지정한다. 시스템 헤더 SYSH 내부의 시스템 정보는 추가적인 설명을 제공한다.
공지된 광 디스크 비디오 시스템과 같은 응용은, 프로그램 스트림 내부의 각각의 팩이 단지 한 개의 프로그램 스트림의 PES 패킷만을 갖고, 실제로 팩당 한 개의 PES 패킷이 전달되도록 지정한다. 광 디스크 또는 이와 유사한 기록매체 상의 저장의 경우에는, 각각의 PES 팩이 대체로 디스크 파일링 구조의 한 개의 검색 단위 또는 "섹터"에 해당한다. 일반적으로, MPEG-2 표준은 각각의 팩 내부에서 서로 형태 및 개수의 PES 패킷이 혼합될 수 있도록 허용하며, 다른 응용에서는 팩 크기가 변경되도록 허용된다.
시스템 타겟 디코더
실제적인 디코더의 버퍼링과 다른 면이 제공되는 오디오 비디오 프로그램의 단절이 없이 각각의 형태의 스트림을 디코딩할 수 있도록 보장하기 위하여, MPEG-2 표준은 전송 스트림 "시스템 타겟 디코더"(T-STD) 모델과 프로그램 스트림 시스템 타겟 디코더(P-STD) 모델을 지정한다. 대략적으로 말하면, 각각의 시스템 타겟 디코더는, TS 또는 PS 포맷의 서로 다른 기본 스트림을 역다중화하는 수단을 갖고, 데이터의 오디오, 비디오 및 시스템 제어 형태들 각각에 해당 디코더를 가지며, 데이터 채널로부터의 도착과 디코딩 및 프리젠테이션의 실제 시간 사이에 각각의 에너지 스트림의 데이터를 유지하는 디코더와 수신된 스트림 사이에 버퍼를 갖는 가상적인 실제 디코더의 모델에 해당한다.
MPEG-2 사양서에 더욱 상세히 기재되어 있는 것과 같이, T-STD와 P-STD는 전 반적인 형태에서는 모두 비슷하다. 그러나, T-STD와 P-STD간의 차이점은, 일반적으로, 전송 스트림은 적어도 PES 패킷의 레벨에서의 재스케쥴링 없이는 프로그램 스트림으로 직접 매핑될 수 없으며, PS로부터 TS 포맷으로의 변환에 대해서도 마찬가지라는 것을 의미한다. 일례로서, TS 포맷에서의 오디오 디코더는 P-STD에서 보다 적은 버퍼를 갖는다. 다른 예로서, T-STD 내부의 각각의 주 버퍼의 앞에는, 전송 스트림 그 자체 내부의 다소 "버스트한(bursty)" 데이터를 부드럽게 하는 역할을 하는 전송 버퍼가 존재한다. 주어진 스트림에 대한 데이터가 초당 40 메가비트의 피크 전송속도에서는 다수의 전송 패킷의 버스트로 도착할 수 있지만, 이와 같은 스트림의 평균 전송속도는 전체 전송 스트림 다중화를 고려할 때 훨씬 낮다. 주 버퍼로 전달된 데이터가 존재하는 것으로 가정하여, 수신된 데이터를 초당 2 메가비트의 전송속도로 감소시키기 위해 전송 버퍼에 대해 "누설 전송속도(leak rate)"가 정의된다.
프로그램 스트림으로부터 전송 스트림으로의 변환
도 4는, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 재생의 프로그램 스트림으로부터 도 1의 예시적인 응용에 있어서 디지털 TV 디코더(102)에 의해 필요한 DVD 표준 전송 스트림으로 트랜스멀티플렉싱하는데 대한 기본적인 접근방법을 나타낸 것이다. 공지된 광 디스크 비디오 시스템 프로그램 스트림은 2048 바이트의 섹터에 들어맞는 복수의 PES 패킷(PS 팩)으로 분할된다. 각각의 섹터는 팩의 SCR을 갖는 팩 헤더로 시작한다. 각각의 팩은 한 개의 데이터 형태를 갖는 한 개의 PES 패킷과 선택적 으로 스터핑 패킷을 갖는다. (MPEG-2 오디오를 갖는 공지된 광 디스크 비디오 시스템은 예외사항에 해당하는데, 한 팩 내부에서 기본 및 확장 패킷이 인터리브될 수 있다).
공지된 광 디스크 비디오 시스템 PES 패킷을 파싱하는 것은 매우 간단하다. PES 패킷 구조에 대한 공지된 광 디스크 비디오 시스템 제약이 발생하려는 전송 스트림에 대해 DVB에 의해 부과된 제약(ATSC 등에 대해서도 마찬가지)에 비해 더 엄격하기 때문에, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 PES 패킷 구조는 트랜스멀티플렉싱 전 과정에 걸쳐 유지된다. 이에 반해, 여기에서 설명한 기술은 적절한 변형을 거쳐 MPEG-2 호환 스트림에 포괄적으로 적용될 수 있으며, 유사한 특성을 갖는 다른 포맷으로 전달된 데이터의 패킷화된 기본 스트림에도 적용될 수 있다는 것은 자명하다.
개략적으로 살펴보면, (도 1의 실시예에 있어서는 디스크(106)로부터) 입력된 공지의 광 디스크 비디오 시스템 스트림 PS는 402에서 파싱되고, 각각의 데이터 형태 스트림_식별자 SID를 갖는 PES 패킷의 병렬 스트림들(비디오 스트림 404, 오디오 스트림 406)로 분할된다. 공지된 광 디스크 비디오 시스템 다중화에 포함된 그래픽 스트림은, 이들이 인코딩된 화상 내부에 나타나기 위해서는 MPEG 비디오로 트랜스코딩되거나 주된 동일한 비디오 스트림의 화상 데이터로 "번(burnt)"되어야 하기 때문에, 본 발명에서는 특별히 고려하지 않는다. 그러나, 원리상, 그래픽 및/또는 다른 형태의 정보의 추가적인 스트림이 존재하며, 예시된 오디오 및 비디오 스트림과 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 병렬 A/V PES 스트림은 각각 큐(버퍼) 408 및 410으로 들어간다. 그후, 스케쥴러(412)의 제어하에서, 큐에 넣어진 데이터 스트림은 419에서 188 바이트의 전송 패킷(T-PKT)으로 분할되고 인터리브되어 전송 스트림 TS으로 변환된 후, 이들은 스케쥴에 넣어지며 재생장치 출력 인터페이스로 전송된다.
트랜스멀티플렉서의 주요 기능 요소와 처리과정을 별개의 블록들로 도시하고 설명하지만, 본 발명에서 설명하는 다수의 버퍼와 처리과정은 재생장치(104) 또는 다른 장치의 또 다른 용도로도 사용되는 범용 프로세서와 공유 메모리로 구현될 수 있다는 것은 자명하다. 마찬가지로, 특수한 디지털 신호 처리기 및/또는 전용 하드웨어가 정규 설계 고려사항에 따라 적절한 시점에 사용될 수 있다.
이하, 스케쥴러(412)를 더욱 상세히 설명한다. 처음의 아이디어는, 프로그램 스트림에서 사용된 것과 동일한 스케쥴링을 유지하는 것으로, 이 데이터는 PS 요구조건을 준수하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 경우에는, 기본 데이터가 프로그램 스트림으로 전송될 때와 동일한 시간에 가능한한 근접하게 전송 스트림으로 전송된다. 이와 같은 구성은, MPEG STD(System Target Decoder) 모델이 유지되어야 하고 큰 버퍼가 제공되는 모든 재다중화에 대한 필요성을 줄이는 이점을 갖는다. 불행하게도, 다음과 같은 MPEG-2의 적어도 2가지 제약은, TS 포맷과의 호환성을 남기면서, PS로부터 TS로 동일한 스케쥴을 단순히 적용하는 것을 불가능하게 한다:
· TS 오디오 버퍼 크기는 3584 바이트이다. 공지된 광 디스크 비디오 시스템 프로그램 스트림에서는, 이것이 4096 바이트로서, 이것은 오디오 데이터에 대한 셋톱 박스 디코더가 때때로 오버플로우하여, 오디오 샘플이 손실될 수 있다는 것을 의미 한다.
· TS 오디오 STD 모델은, 전송 버퍼의 "누설 전송속도"에 의해 정의된 2 Mbits/s의 최대 순간 전송속도를 갖는다. 이것은 512 바이트를 초과할 수 있다. 공지된 광 디스크 비디오 시스템 PS는 ("program_mux_rate"에 의해 정의된) 10.08 Mbits/s의 최대 오디오 비트 레이트가 4096 바이트의 지속기간(2 패킷)동안 지속될 수 있도록 한다. 따라서, 공지된 광 디스크 비디오 시스템 다중화는, MPEG-2 전송 스트림(TS)이 전달할 수 있는 것보다 더 높은 전송속도로 더 길이가 긴 데이터 버스트를 전달할 수 있다.
이들 2가지 제약은, 기본 스트림을 분리하여 재다중화하는 것과 출력 스트림에 부과된 서로 다른 제약에 따라 데이터를 재스케쥴링하는 것이 필수적이라는 것을 제시한다. 따라서, 다시 도 4를 참조하면, 스케쥴러는 TS 포맷으로 각각의 기본 스트림에 대해 지정된 시스템 타겟 디코더(T-STD)의 모델 416 및 418을 유지한다. 이들 모델은 스트림 데이터를 실제로 기억하거나 디코딩하지 않는다는 것은 명백하다. 그러나, MPEG-2 시스템 표준에 지정된 거동에 따라 다수의 카운터와 목록을 설정하고 이들을 일정시간에 걸쳐 갱신함으로써, 이 모델은, 특히 호환가능한 실제 디코더 내부의 스트림 버퍼가 오버플로우하거나 언더플로우하지 않도록 하여, 데이터를 잃어버리지 않고 디코딩하여 사용자에게 프리젠테이션하기 위해 제시간에 정확한 순서로 사용할 수 있도록 하기 위해, 이 모델은 데이터의 가상적인 움직임을 추적한다. 이를 위해, TS 시스템 클록은, 전송 스트림의 일정한 발생과 동기된 재다중화 기능을 의한 주요한 타임베이스에 해당한다. 들어온 프로그램 스트림은 27 MHz 클록의 항목으로 표현되는 그 자신의 시스템 클록 기준값(System Clock Reference: SCR)을 갖는다. TS 패킷들은 매 TS 패킷 주기마다 발생된다. 이들 패킷은 원리상 필요할 때 정확히 발생되거나, 복수의 패킷의 실제적인 스케쥴링과 발생에 대한 타이밍 제약을 완화하기 위해 짧은 FIFO 버퍼 내부로 공급될 수 있다. 다음의 설명을 위한 시스템 클록의 현재값은, 임의의 후속하는 버퍼링 지연에 무관하게, 현재 발생되고 있는 TS 패킷의 시간에 해당한다.
기본 스트림에 대한 STD 모델(416, 418)을 유지하기 위해서는, PTS/DTS를 PES 패킷 헤더 내부에 명시적으로 코딩하지 않도록 하는 액세스 유니트에 대한 PTS/DTS를 계산하기 위해, 스케쥴러가 각각의 액세스 유니트의 크기와 비디오에 대한 특정한 파라미터(프레임 레이트, 반복 첫 번째 필드 플래그, 화상 형태 등)도 알고 있어야 한다. 이때, 공지된 광 디스크 비디오 시스템은, 단지 예를 들어, 모든 GOP 내부의 첫 번째 I 화상에 대한 PES 헤더 내부의 PTS/DTS의 명시적인 코딩을 필요로 한다는 점에 주목하기 바란다. 모든 화상에 대해 PTS/DTS가 인코딩되는 것은 강제적인 것이 아니며 일반적인 것도 아니다. 마찬가지로, 오디오 스트림에 대해 파라미터(샘플링 레이트, 프레임 크기 등)를 갖는 것이 유리할 수 있다.
따라서, 비록 PES 패킷의 콘텐트는 교란되지 않지만(예를 들어 간편한 프로그램 구조로 SID/PID를 재매핑하는 것은 제외), 모든 활성 스트림에 있는 기본 데이터를 화상 헤더/확장/프레임 헤더 레벨로 아래쪽으로 파싱하는 것이 필요하다. 이때, 이들은 PES 패킷 내부의 임의의 바이트 위치에 포함되어 있지 않으므로, 시작 코드가 심지어 PES 패킷들 사이에서 분할될 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 오디오는 가변 비트 레이트를 가질 수 있다. 또한, 비디오 스트림에 있는 다수의 시작 코드는 MPEG-호환 비트 스트림에서 유일한 반면에, 오디오 동기 코드들은 적은 확률을 갖고 오디오 페이로드 데이터 내부에서 에뮬레이트될 수 있다. 따라서, 오디오 스트림의 파싱은, 유일한 비트 패턴에 대한 간단한 주사보다는, 다수의 프레임에 걸쳐 동기를 확인하기 위한 상태머신 접근방식을 필요로 한다.
스케쥴러(412): 방법 1
이하, TS 패킷을 언제 전송할지와 어느 기본 스트림으로부터 전송할지 결정하기 위한 제 1 예시적 과정("방법 1")을 설명한다. 이와 같은 과정은, 예를 들면 디스크에서 실시간보다 더 빨리 프로그램 스트림이 판독될 때 적용될 수 있다. 이것은, 예를 들어 PS가 인터페이스를 거쳐 전달될 때 실시간으로 PS가 취급되어야 하는 경우에도 적용될 수 있지만, 이와 같은 경우에는 재다중화기가 1s에 이르는 지연을 삽입해야 한다. 방법 1은, 방법 2(도 6, 다음의 내용을 참조할 것)에 비해 더 간단하다는 이점을 갖지만, 중간 큐에 대해 더 많은 메모리를 사용하고, PS가 실시간으로 전달되는 경우에 더 많은 지연을 필요로 한다.
도 5는 흐름도의 형태를 갖는 스케쥴러 처리를 나타낸 것이다. 이 흐름도의 주 루프는 매 TS 패킷 주기마다 적어도 한번 실행되며, 실제로는 주 루프와 그 안의 서브-프로세스가 각각의 TS 주기에 다수회 반복될 수 있다. 변환과정은 단계 500에서 시작하며, 다음 단계로 계속된다.
502: 프로그램 스트림으로부터 섹터(PS 팩)를 판독한다. 이것을 파싱하여 SID와 PES 길이를 식별한다. SID가 이것이 원하는 것이 아니라는 것을 표시하면, 이 데이터가 폐기된다. 일반적으로, MPEG-2는 복수의 PES 패킷과 심지어는 각 패킷 내부에 복수의 SID를 허용한다는 점에 주목하기 바란다. 이(또는 각각의) PES 패킷은 그 상태 그대로 관련된 큐(도 4의 408, 410)로 전송된다. 연결자 B는, 새로운 섹터를 PS로부터 판독하고자 할 때마다 사용되는 스텝 502로 이어진다.
504: 판독하고자 하는 더 이상의 PS 팩이 존재하지 안을 때, 저절로 이 과정이 종료된다(이것은 디스크 상의 디렉토리 구조에 의해 사전에 표시될 수 있다).
506: PES 패킷 내부에 있는 스트림 내부의 헤더들과 선택적인 시스템 필드들로부터, 디코더의 적절한 제어를 위해 시스템 정보(공지된 광 디스크 비디오 시스템에서는 SI, MPEG-2 용어로는 PSI)가 TS 내부에 삽입될 필요가 있는지 결정된다. 그렇다면, 508에서 SI 데이터가 SI 큐(도 4에 미도시)에 추가된다. 510에서, STD의 현재 상태에 따라, 가상적인 디코더의 SI 버퍼 내부에 SI 데이터를 위한 공간이 존재하는지 여부를 검사한다. 존재하면, 단계 512에서, 전송 패킷이 이에 따라 발생된다. 존재하지 않으면, 큐 내부에 아직 존재하는 SI 데이터로 과정이 진행된다.
520: 연속적으로 TS 패킷들을 발생하기 위해 실행되는 주 루프로 들어가, 관련된 큐 내부에서 대기하는 데이터 ES가 존재하는지를 결정하기 위해 첫 번째 큐가 검사 된다. 본 실시예에 있어서는, 모든 스트림이 차례로 검사되더라도, 오디오 스트림이 먼저 검사되는 것이 바람직하다.
522: 첫 번째 ES에 대해 전송하려고 기다리는 데이터가 존재한다고 가정하면, 이 스트림에 대한 버퍼가 EH 다른 전송 패킷을 받아들일 수 있는지 여부를 파악하기 위해 시스템 타겟 디코더 모델이 검사된다. 받아들일 수 있는 경우에는, 524에서 전송 패킷이 출력 스트림에 추가된다. 연결자 A는 다시 주 루프의 시작위치에 이어진다.
526: (큐가 비어 있거나 관련된 STD 버퍼(416, 418)가 차 있기 때문에), 첫 번째 큐에서 어떤 패킷도 발생하지 않으면, 단계 520-524와 유사한 스텝이 각각의 기본 스트림에 대해 반복되어, 데이터에 대한 각각의 큐를 검사하고, STD 모델 내부의 대응하는 버퍼의 채워짐을 검사하며, 가능한 경우에 전송 패킷을 전송한다. 일단, 패킷이 발생되면, 연결자 A를 거쳐 주 루프의 상단으로 제어가 되돌아간다. 마지막 스트림에 대한 스텝을 528-532에 나타내었다.
534: 이들 스트림 중에서 어느 것도 전송 패킷을 스케쥴할 수 있다면, 이들 큐 중에서 어떤 것이 비어 있는지 여부를 파악하기 위해 검사가 이루어진다. 비어 있는 스트림이 존재하는 경우에는, 연결 B가 뒤따르게 되어 입력 스트림으로부터 새로운 데이터의 섹터를 페치(fetch)하게 된다.
536: 어느 큐도 비어 있지 않은 경우에, 결과는 STD의 모든 버퍼가 채워지고, 전송 스트림에 스터핑(비어 있는) 패킷을 기록함으로써 "대기" 동작이 수행된다. TS 포맷은, 패킷들을 위한 데이터가 존재하든 아니든, 고정된 레이트로 패킷들을 포함하며, 원치 않는 데이터를 "채워넣기 위한(pad out)" 스터핑 패킷들의 발생이 아주 일상적이라는 것을 기억해야 한다. 이와 같은 목적으로 스터핑 패킷들이 MPEG-2 사양에 정의되어 있으며, 디코더에 의해 수신시에 폐기된다. 동일한 토큰에 의해, 스터핑 패킷들은 디코더 모델 STD에서 버퍼 채워짐에 어떤 영향도 미치지 않는다. 다음에, 제어가 스텝 520으로 건네지고, 이 과정이 반복되어, 버퍼들 중에서 한 개가 새로운 전송 패킷을 위한 공간을 가질 때까지, 필요에 따라 대기하고 스터핑한다.
이때, 도 5에 예시된 체계에 있어서, 첫 번째 스트림(본 실시예에 있어서는 오디오)은 일종의 우선순위를 받는다는 점에 주목하기 바란다. 바꾸어 말하면, 첫 번째 큐가 데이터를 갖고 첫 번째 버퍼가 STD 내부에 공간을 갖는 한, 이 스트림으로부터 전송 패킷들이 다른 스트림들에 우선하여 전송되게 된다. 스트림의 수가 제한되고, 오디오 스트림에서의 스케쥴링이 명확하게 가장 적은 자유도를 갖기 때문에, 본 발명자는 본 실시예에서 이와 같은 우선순위를 구현하는 것을 선택하였다. 그러나, 정확한 알고리즘은 중요하지 않으며, 서로 다른 환경에 맞추기 위해 다른 선택사항이 예상될 수 있다. 예를 들면, 유사한 특성을 갖는 서로 다른 스트림으로부터의 데이터의 인터리빙을 최대화하기 위해서는, 단지 마지막 스트림까지 다음의 스트림을 위해 A로 루프를 되돌아가는 대신에, 스텝 524에서 스텝 526에 이르는 연 결을 변경하는 것 등이 필요하다. 이에 따라, 모든 스트림이 시도되고, 가능한 경우에 패킷이 전송되었을 때에만, 루프가 스텝 520으로 진행되며, 첫 번째 스트림이 다시 시도된다. 후술하는 방법 2와 관련해서도 동일한 고려사항이 적용된다.
방법 1의 분석
상기한 스케쥴링 알고리즘은, 기본 스트림 큐들 중에서 한 개가 비어 있을 때마다 다른 PS 패킷을 페치한다. 이것은, TS 스케쥴러(412)가 항상 TS 다중화 제약에 맞는 패킷을 발견하기 위해 기본 데이터의 제한된 선택을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서, PS 패킷 스케쥴링은 TS 다중화 스케쥴에 어떤 영향도 미치지 않는다.
입력 스트림 스케쥴과 출력 스트림 스케쥴 사이에 어떠한 의존성도 존재하지 않고, TS 다중화기가 항상 유효한 스케쥴을 찾을 수 있기 때문에, 이와 같은 알고리즘은 데드록(dead-lock) 상태를 갖지 않는다. 그러나, 이와 같은 간단함에 대한 대가는 버퍼링으로, PS가 실시간보다 빨리 판독될 수 없는 경우에는, 약 1s의 트랜스코딩 지연이 존재한다. 큐 점유와 버퍼링 지연에 대한 "최악의 경우"는 기본 스트림들 사이에 최대 스큐가 존재할 때이다.
예를 들어, 한 개의 오디오 스트림과 한 개의 비디오 스트림을 고려해보자. 특히, 오디오 프레임 N이 PS에 의해 매우 늦게(그것의 코딩 시간 DTS 전에 제시간에 바로 맞추어) 전달되고, 동일한 스트림의 이전의 오디오 프레임 (N-1)이 매우 일찍 전달되었다고 가정하자. TS 스케쥴러는 프레임 N-1이 트랜스멀티플렉서에 도 착한 후 약간 후에 전송 스트림 TS 내부에 이 프레임을 삽입하게 된다. 이때, 오디오 프레임 N이 PS에서 판독될 때까지는, 어떤 패킷도, 오디오와 비디오도 전혀 스케쥴에 넣지 않는다. 그러나, 이들 사이에 있는 모든 비디오 프레임이 페치되고, 트랜스멀티플렉서 내부의 큐에 넣어져야 한다.
이와 같은 상황에 대한 최악의 큐 길이와 지연은 MPEG "1초 규칙(one second rule)"을 사용하여 유도될 수 있다. 이 규칙은, 임의의 액세스 유니트(예를 들면, 프레임 N-1에 대해) 최대의 디코딩 지연은 1s로 규정한다. 따라서, 1s는 프레임 N-1과 프레임 N의 전달 사이의 가능한 최대 시간에 해당한다(경계부가 더 꽉찬 경계값이 유도될 수 있다). 따라서, 1s는 지연에 대한 상한으로, 큐 길이를 계산하는데 사용될 수 있다. 따라서, 1s의 비디오 스트림에 대해 약 230 kbytes, 실용적으로는 300 kbytes에 가까운 버퍼가 필요하다.
스케쥴러(412): 방법 2
도 6은 더 작은 버퍼 요구사항을 갖고, 전송 스트림을 스케쥴링하기 위한 변형된 과정을 나타낸 것이다. 스텝 600-634에 있는 과정은 도 5(방법 1)의 스텝 500-534와 동일하다. 그러나, 변형된 방법은, 입력 스트림이 2개의 스케쥴 사이에 의존성을 도입하기 위한 적법한 PS다중화 스케쥴을 갖는 프로그램 스트림이며, 이에 따라 지연을 줄인다는 사실을 효율적으로 이용한다.
새로운 스텝은, (마지막 페치된 PS 팩 내부에 포함된) 시스템 클록 기준(SCR) 값과 시스템 클록 TSC를 비교하는 스텝 638이다. TSC는 전송 스트림의 생성에 있어서의 진행상태를 표시하는 한편, SCR은 입력 스트림 PS의 페치에 있어서의 진행상태를 표시한다는 점을 기억하라. 방법 1에서는 임의의 큐가 비어 있는 것으로 밝혀질 때마다 새로운 데이터가 입력 스트림으로부터 페치되지만, 638/640에 있는 추가적인 스텝은 SCR이 TSC 앞의 소정의 임계값 MIN보다 작을 때에만 새로운 데이터가 페치될 수 있도록 한다. 즉, 비어 있는 큐 버퍼가 존재하더라도, 입력 스트림이 충분한 양만큼 앞서서 판독되어지는 한 새로운 데이터가 페치되지 않는다. 이때, TSC는 스터핑 패킷의 발생으로도 항상 앞서는 반면에, SCR은 새로운 데이터가 입력 스트림 PS(디스크)로부터 페칭될 때에만 앞으로 진행한다. 스텝 638에서 시간 차 MIN이 MPEG-2에 의해 허용된 1s의 최대 지연보다 거의 적게 설정될 수 있으면, 이들 큐에 필요한 버퍼링이 이에 비례하여 더 작아지게 된다는 것을 바로 알 수 있다. 실제로, 이것은, 전술한 실시예에서는 다음의 오디오 프레임을 기다리고 있는 동안에, 많은 비디오 패킷들을 전송할 수 있다는 것을 의미한다.
공지된 광 디스크 비디오 시스템 호환 MPEG-2 프로그램 스트림을 전송 스트림으로 변환하는 예에 있어서는, 전술한 것과 같이, 패킷들을 재스케쥴링하는 2가지 이유가 존재한다. 한가지는, 전송 스트림에 있는 오디오 전송 버퍼의 누설 전송속도에 대한 2 Mbits/s 제약이다. 다른 것은, 전송 스트림과 프로그램 스트림 사이의 주 오디오 버퍼의 크기 차이다(3584 대 4096 바이트). 이들 2가지 경우를 조사하면, 입력이 호환 프로그램 스트림이라면, 호환되는 스케쥴을 찾기 위해 TS 패킷 스케쥴이 얼마나 많은 자유도를 필요로 하는지를 파악할 수 있다.
오디오가 24ms의 프레임 지속기간을 갖는 48 kHz MPEG이라고 가정하자. 본 발명에 관련되는 당업자는, 프레임 크기가 알려져 있는 한, 다른 샘플링 레이트 또는 AC3 인코딩과 같은 다른 가정에 대해서 이 설명을 일반화하는 방법을 용이하게 알 수 있을 것이다. 공지된 광 디스크 비디오 시스템은 MPEG 오디오 비트 레이트가 32 kbits/s 내지 448 kbits/s 사이에 놓이도록 한다. 32 kbits/s에서, 액세스 유니트 크기(압축된 프레임의 크기)는 0.024 x 32000/8 = 96 바이트이다. 448 kbits/s에서, 액세스 유니트 크기(압축된 프레임의 크기)는 0.024 x 448000/8 = 1344 바이트이다.
공지된 광 디스크 비디오 시스템 program_mux_rate(한개의 프레임이 입력 스트림에 전달될 때의 속도)는 10.08 Mbits/s이다. TS 오디오 TB 버퍼 누설 전송속도는 2 Mbits/s(Rleak)이다. 최악의 경우에, 이것은 오디오 프레임이 TS 다중화에 의해 전달될 수 있는 최대 속도를 나타낸다. 이 2가지 경우의 각각을 분리하여 생각해보자:
2 Mbits/s TB 제약
가장 늦은 가능한 시간에, 즉 그것의 디코딩 시간 - DTSn 바로 이전에 PS에 의해 전달된 최대 크기 Bn(1344 바이트)의 오디오 프레임 N을 생각하자. 프레임 N의 첫 번째 바이트는 다음 시간에 PS에 전달된다:
Tps <= DTSn - Bn/(Rmux)
최악의 경우에, 이 프레임을 전송 프레임에 전송하는데에는 적어도 ΔTts = (Bn/Bleak)가 걸릴 수 있다. 따라서, 이 프레임의 첫 번째 바이트는 다음 시간에 전송되어야 한다:
Tts = DTSn - ΔTts.
스케쥴러에 이 문제를 해결하는데 필요로 하는 자유도를 부여하기 위해서는, 프로그램 스트림이 적어도 (Tts-Tps)초 동안 트랜스멀티플렉서에 버퍼링되어야 한다.
전술한 공지된 광 디스크 비디오 시스템 값을 고려하면,
Bn/Rleak = 1344/(2x106/8) = 5.376 ms
Bn/Rmux = 1344/(10.08 x 106/8) = 1.067 ms
따라서, 이와 같은 제약으로부터 스케쥴링 자유를 제공하는데 필요한 최소의 트랜스멀티플렉스 지연값은 4.31ms이다.
버퍼 크기 차이
임의의 시간에 PS 오디오 버퍼를 정확히 채우는 패킷 스케쥴을 갖는 프로그램 스트림을 생각하자. TS 오디오 버퍼가 더 작기 때문에, 이들 오디오 프레임의 일부를 즉시 전송하는 것은 불가능하다. 이들 오디오 프레임들은, TS 오디오 버퍼가 이들 오디오 프레임들이 스케쥴에 넣어질 수 있을 정도로 충분히 비어질 때까지 지연되어야 한다. A/V 싱크를 유지하고 다른 스트림에 있어서 언더플로우를 방지하기 위해서는, 모든 스트림이 동일한 시간만큼 지연되어야 한다.
버퍼 크기의 차이값은 4096 - 3584 바이트 = 512 바이트이다. 이것은 데이터 레이트가 가장 낮은 최악의 경우(가장 긴 시간)를 나타낸다. 데이터 레이트가 32 kbits/s일 때, 프레임 크기는 96 바이트이다. 512/96 = 5.33 프레임으로, MPEG 모 델에 따라 전체 프레임이 프레임의 디코딩 시간에 버퍼 내부에 존재해야 하기 때문에, 이 값은 6 프레임으로 끝자리가 올려진다. 6 프레임은 144ms를 나타낸다.
따라서, 이와 같은 제약을 극복하기 위해 TS 스케쥴러에 자유도를 부여하기 위해서는, 6 오디오 프레임(144ms)의 지연을 부과하는 것이 필요한데, 이 값은 누설 전송속도 한계에 의해 제시된 4.31 ms의 제약을 초과한다. 따라서, 대략적으로 말하면, 방법 2는 TS 포맷 단독의 제약을 고려하여 예상될 수 있는 지연값의 약 1/6을 갖고 PS로부터 TS 포맷으로의 PES 패킷의 재스케쥴링을 허용한다. 입력 스트림이 실시간보다 작은 시간에 트랜스멀티플렉서로 판독될 수 있는 경우에, 144 ms의 지연값이 다소 줄어들 수 있다.
이와 같은 경우에, 확인된 제약에 대처하기 위해 144 ms의 지연값이 필요할 때마다 확실히 사용되도록 하기 위해서는, 오디오 스트림(흐름도에서는 첫 번째 스트림이지만, 서론부와 청구범위에서는 "제 2 스트림"에 해당한다)에 주어진 우선순위가 중요하다는 것을 주목하기 바란다. 이에 반해, 다른 스트림 자신의 진행상태가 더 중요하게 되었을 때 이들 스트림이 우선순위를 취하도록 허용하면서, 필요한 우선순위를 제공하기 위해 이와 다른 알고리즘이 사용될 수 있다. 그것의 STD 버퍼가 가장 낮은 백분율의 채워짐을 갖는 스트림에 우선순위를 할당하는 체계가 마찬가지로 유효할 수 있다. 균형이 잡힌 추가적인 자유도를 제공하기 위해, 대기 임계값의 상향 스케일링(upward scaling)과 함께 더 느슨한 고정된 우선순위 체계가 적용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 프로그램 스트림(PS) 포맷을 갖는 입력 데이터 스트림을 전송 스트림(TS) 포맷을 갖는 출력 데이터 스트림으로 변환하는 변환방법에 있어서,
    (a) PS 디코더 모델에 따라 생성되고 다중화된 적어도 제 1 및 제 2 기본 데이터 스트림의 데이터를 포함하는 상기 입력 데이터 스트림으로부터 데이터의 연속적인 블록을 판독하는 단계와,
    (b) 상기 제 1 및 제 2 기본 스트림의 데이터를 제 1 및 제 2 큐 구조에 각각 누적하는 단계와,
    (c) 상기 제 1 및 제 2 기본 스트림에 대한 가상적인 제 1 및 제 2 버퍼를 포함하는 TS 타겟 디코더 모델을 각각 수립하는 단계와,
    (d) 상기 타겟 디코더 모델을 참조하여, 연속적인 전송 패킷을 발생하여 상기 TS 포맷으로 상기 제 1 및 제 2 데이터 스트림을 전달하는 상기 출력 데이터 스트림을 생성하는 단계와,
    (e) 발생된 각각의 전송 패킷과 상기 디코더 모델의 소정의 특성값에 응답하여, 상기 TS 타겟 디코더 모델 내부의 상기 가상적인 제 1 및 제 2 버퍼의 상태를 갱신하는 단계를 포함하고,
    각각의 전송 패킷은, 입력 데이터 스트림 내부의 상기 기본 스트림의 스케쥴링과 상기 TS 타겟 디코더 모델 내부의 상기 제 1 및 제 2 버퍼의 상태에 의존하여, 제 1 큐, 제 2 큐로부터의 데이터를 포함하거나 이들 큐 중에서 어떤 큐로부터의 데이터도 포함하지 않으며, 상기 타겟 디코더 모델 내부에 상기 제 2 기본 스트림의 데이터에 대한 빈 공간이 존재하지 않는 경우에, 상기 입력 데이터 스트림의 클록 기준값이 소정의 대기 임계값만큼 상기 출력 데이터 스트림의 클록 기준값을 벗어나 앞서 나갈 때, 상기 입력 데이터 스트림으로부터 또 다른 데이터 블록의 판독을 금지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PS 포맷에서는 적어도 상기 데이터의 제 1 및 제 2 기본 스트림이 인코딩되고, 복수의 패킷 헤더를 갖는 기본 스트림 패킷들로 분할되며, 상기 패킷들은 모두 인터리브되는 한편, 상기 TS 포맷에서는 이와 같은 기본 스트림 패킷들이 더 작은 전송 패킷들로 더 분할되고, 상기 제 1 및 제 2 기본 스트림의 전송 패킷들이 서로 인터리브되며, 이들이 어느 쪽 스트림으로부터의 데이터도 갖지 않은 전송 패킷들과 인터리브되는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    각각의 기본 스트림의 기본 스트림 패킷들로의 분할이 상기 입력 및 상기 출력 스트림에서 동일한 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TS 포맷 데이터 스트림의 데이터 레이트가 일정 또는 불연속적으로 일정하고, 상기 전송 패킷들의 크기와 주기가 균일한 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  5. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 스트림은 블록에서 판독되며, 각각의 블록은 적어도 한 개의 전체 기본 스트림 패킷과, 한 개의 기본 스트림으로부터의 패킷들만을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  6. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 블록은 PS 전달 시간 코드를 포함하며, TS 전달 시간 코드는 먼저 상기 PS 전달 시간 코드와 동기되고 각각의 전송 패킷의 발생과 함께 앞서 나가는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  7. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PS 및 TS 포맷 각각은, (i) 공통의 프리젠테이션 시간을 갖는 상기 제 1 및 제 2 기본 스트림 내부에 있는 각각의 프리젠테이션 유니트들에 대한 전달 시간들 사이의 최대 시간차("스큐")에 대한 상한에 관한 제약, 및 (ii) 전달 및 디코딩 사이의 각각의 기본 스트림의 버퍼링 데이터에 대한 용량과, (iii) 한 개의 액세스 유니트의 스케일 상에서 전송 스트림으로부터 디코딩용 버퍼로의 각각의 기본 스트림의 데이터의 전달 속도와 적어도 하나에 대한 제약을 정의하는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 대기 임계값이 상기 프로그램 스트림 내부에 허용된 상기 스큐의 1/5보다 작은 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 액세스 유니트는 압축된 오디오 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  13. 제 2 소정의 타겟 디코더 모델을 따르는 전송 패킷의 연속적인 스트림을 발생하도록 데이터의 제 1 및 제 2 기본 스트림을 재 다중화하는 방법으로서, 상기 제 1 및 제 2 스트림의 데이터가 이와 다른 제 1 소정의 타겟 디코더 모델에 따라 사전에 다중화되는 재 다중화 방법에 있어서,
    상기 데이터는 요구시에 입력 채널로부터 판독되고, 상기 판독과정이 제 1 및 제 2 타겟 디코더 모델의 차이를 보상하기 위해 제 2 기본 스트림를 재다중화하는 진행상태가 충분히 멀리 앞서 나가는 것으로 판단된 경우에, 상기 데이터의 판독과정이 제 2 타겟 데이터 모델에서 제 1 스트림의 데이터의 빈 공간에 무관하게 제 2 기본 스트림의 재다중화의 진행상태를 참조하여 제약을 받는 것을 특징으로 하는 재 다중화 방법.
  14. 삭제
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기본 스트림의 평균 데이터 레이트는 상기 제 2 기본 스트림의 평균 데이터 레이트보다 큰 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 비디오 화상을 포함하고, 상기 제 2 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 오디오 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 데이터 스트림 변환방법.
  17. 삭제
  18. 기록된 오디오 비디오 프로그램을 재생하는 방법에 있어서,
    PS 포맷을 갖는 데이터 스트림이 데이터 채널로부터 판독되어, 청구항 1 또는 청구항 13에 기재된 방법에 의해 TS 포맷으로 변환되고, 또 다른 채널을 통해 TS 호환 디코더로 공급되는 것을 특징으로 하는 재생방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 데이터 채널은 기록매체 상에 상기 입력 데이터 스트림의 기록을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생방법.
  20. 데이터의 적어도 2개의 기본 스트림이 다중화되는 제 1 포맷으로 입력 데이터 스트림을 수신하는 수단과, 상기 데이터를 제 2 포맷으로 변환하여 출력 스트림을 발생하는 변환수단을 구비한 변환장치에 있어서,
    상기 변환수단은 청구항 1 또는 청구항 13에 기재된 방법을 구현하도록 구성된 것을 특징으로 하는 변환장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 장치는, 디지털 비디오 프로그램을 위한 스탠드 얼론형 디코더 장치와, 비디오 프로그램에 대한 디스플레이를 갖는 프리젠테이션 장치와, 디지털 비디오 프로그램을 재생하고 기록하기 위한 재생장치 중에서 어느 하나를 구비한 것을 특징으로 하는 변환장치.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 기본 스트림의 평균 데이터 속도는 상기 제 2 기본 스트림의 평균 데이터 속도보다 큰 것을 특징으로 하는 재 다중화 방법.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 비디오 화상을 포함하고, 상기 제 2 기본 스트림의 데이터가 인코딩된 오디오 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 재 다중화 방법.
  24. 삭제
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