KR19980036074A - 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치 - Google Patents

디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 신호의 디코딩 시스템에 관한것으로, 특히, 오디오/비디오 스트림으로 구성되는 시스템 스트림의 동기를 맞추어 재생(representation)하기위한 장치에 관한것으로, MPEG 시스템에서 규정하는 PCR/PTS/DTS 데이타 포맷에 맞도록 유효한 값이 디코딩 시스템으로 제공되는 경우에 본 발명의 장치는 상기 트랜스포트 스트림의 PES 헤더로부터 DTS 및 PTS 를 추출하는 DTS/PTS 추출기와, 상기 트랜스포트 스트림의 트랜스포트 헤더로부터 PCR 을 생성하는 클럭 복구 유니트와, 상기 추출기로부터의 DTS 에 기설정의 일정 지연시간을 가산하여 상기 디코더 시스템의 디코딩 시점을 지시하는 DTS 펄스를 생성하는 가산기와, 상기 추출 수단으로부터의 PTS 에 상기 기설정의 일정 지연시간과 보정시간을 가산하여 상기 디코더 시스템의 재생 시점을 지시하는 PTS 펄스를 생성하는 제 2 가산기를 구비함으로써 디코더 시스템에서 오디오와 비디오의 동기가 맞도록해 줄 수 있다.

Description

디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치
본 발명은 영상 신호의 디코딩 시스템에 관한것으로, 특히, 오디오/비디오 스트림으로 구성되는 시스템 스트림의 동기를 맞추어 재생(representation)하기위한 장치에 관한것이다.
MPEG 시스템에 대한 종래의 기술로는 현재 국제 표준으로 정행진 MPEG2 IS(international standard) 에서 알려진바있다. MPEG2는 기술적으로 크게 나누어 세부분으로 구성되는데, 파트 1의 시스템, 파트 2의 비디오 그리고 파트 3의 오디오로 구분되어있다. MPEG2의 시스템 파트는 시스템 레이어 코딩에 관한 전반적인 분야에 관한 권고안이다. 여기서 시스템 레이어 코딩(이하 시스템 코딩이라함)이란 MPEG1 이나 MPEG2 의 데이타 압축방법으로 압축된 오디오/비디오 스트림 뿐아니라 필요에 따라 사용자 데이타등을 멀티플렉싱하여 전송 또는 저장에 적합하도록 포맷팅하는 기술에 관한것이다. 이와 같이 여러개의 비트 스트림을 입력받아 일련의 스트림으로 포맷팅하는 과정을 시스템 인코딩이라하고, 포맷팅한 것을 원래의 입력된 스트림의 형태로 풀어내는 과정을 시스템 디코딩이라한다. MPEG 시스템 IS에서는 포맷팅하는 규칙을 규정하고있으므로 시스템 인코더에서 시스템 코딩시 이와같은 룰에 따라 시스템 비트 스트림을 만들어야 하며, 시스템 디코더에서는 이 룰에 따라 만들어진 스트림을 디코딩할수있도록 설계하여야한다.
시스템 인코딩 과정은 단순히 각각의 오디오/비디오 스트림을 묶어 결합시키는 기능뿐아니라 스트림을 디코딩하는 과정에서 시스템 디코더 내부의 버퍼 제어 및 각 디코딩된 스트림들의 동기를 맞추어 복호화하기위한 몇가지의 파라미터가 삽입된다. 시스템 인코딩 방법은 트랜스포트 스트림 인코딩과 프로그램(program) 스트림 인코딩의 두가지 형태가 있다. 프로그램 스트림 인코딩은 PCR(program clock reference), PTS(presentation time stamp), DTS(decoding time stamp)을 생성하는 작업으로 이 스트림은 주로 저장을 위해 사용된다. 여기서, PCR는 디코더에서 시간의 기준을 맞추기위하여 시스템 인코더에서 전송되는 시스템 클럭의 값이며, PTS는 디코더에서 수신되는 스트림의 재생시간을 알려주는 값이며,DTS는 디코더에서 수신되는 스트림에 대하여 디코딩 작업을 지시하는 값으로 사용된다.
인코더에서 인코딩된 데이타를 엘리멘터리 스트림(elementary stream)이라하는데 이 엘리멘터리 스트림들은 일차적으로 각각의 패킷타이저(packetizer)를 통하여 패킷화된다. 이 과정을 거친 데이타를 PES(packetized elementary stream) 패킷이라한다. PES 패킷을 만드는 패킷타이저를 PES 패킷타이저라 지칭한다. 오디오/비디오 패킷타이저를 거친 각각의 PES 패킷인 오디오 PES 패킷, 비디오 PES 패킷은 프로그램 스트림 멀티플렉서 혹은 트랜스포트 스트림 멀티플렉서 단에 입력되고 이 부분에서는 프로그램 스트림, 트랜스포트 스트림을 만들게된다.
인코더에서 복수개의 엘리멘터리 스트림을 입력받아 각각의 PTS 를 만드는 방법으로는 여러가지가 있을수있으므로 MPEG에서는 이 부분에 대하여 구체적인 언급은 없다.
이와같이 MPEG2 시스템 권고안에서는 디코딩을 위한 데이타 포맷을 규정하는 스펙이므로 특별히 인코딩하는 과정을 따로 규정하지않고있으며 때에 따라 발생할수있는 응용 시스템에 대한 별도의 규정이없는것이다. 따라서, 인코딩 시스템에서는 출력되는 스트림이 MPEG2 시스템 국제표준에서 규정한 디코더 스펙에 맞는 유효한(valid)한 스트림을 제공해주면 되는것인데 이러한 인코딩 과정에서의 인코더를 구성하는 방법과 효율적인 디코더를 만드는 기술등은 표준화가 되지 않았고 또한 다른 연구단체에서도 아직까지는 자세히 공개되지 않았다. 또한, 시스템 디코더의 구성방법이나 MPEG 시스템 스트림 포맷을 효율적인 복호화 방법은 사용자의 재량에 맞기고 있으므로 이에 관한 기술등은 현재 세계적으로 활발히 연구되고 있다.
그러므로, 본 발명은 오디오/비디오 스트림으로 구성되는 시스템 스트림의 동기를 맞추어 재생(representation)하기위한 장치를 제공하는것을 그 목적으로한다.
상술한 목적을 달성하기위한 본 발명의 비디오 및 오디오 스트림간의 동기화 장치는 트랜스포트 스트림의 PES 헤더로부터 DTS 및 PTS 를 추출하는 수단과, 상기 트랜스포트 스트림의 트랜스포트 헤더로부터 PCR 을 생성하는 수단과, 상기 추출 수단으로부터의 DTS 에 기설정의 일정 지연시간을 가산하여 상기 디코딩 시점을 지시하는 DTS 펄스를 생성하는 제 1 가산기와, 상기 추출 수단으로부터의 PTS 에 상기 기설정의 일정 지연시간과 보정시간을 가산하여 상기 재생 시점을 지시하는 PTS 펄스를 생성하는 제 2 가산기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 트랜스포트 스트림을 설명하는 도면
도 2A 및 도 2B는 각기 비디오 및 오디오 디코더 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도
도 3은 도 2에 도시된 디코더 시스템에 사용하기위한 본 발명에 따른 동기화 장치의 블록도
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10, 20 : 비디오, 오디오 스트림 버퍼
12, 22 : 비디오, 오디오 디코더
18, 28 : 모니터, 스피커30 : PTS/DTS 추출기
32 : 클럭 복구 블록34, 36 : 제 1, 제 2 가산기
38, 40 : 제 1, 제 2 비교기
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 인코더 시스템으로부터 전송되는 비디오 및 오디오 스트림으로 구성된 트랜스포트 스트림이 개략적으로 도시된다. 이 트랜스포트 스트림은 디코더 시스템으로 수신되어 비디오 및 오디오로 디코드되고 재생된다
트랜스포트 스트림은 일련의 트랜스포트 패킷으로 구성되는데 이 트랜스포트 패킷들은 각기 188 바이트의 일정한 길이를 갖는다. 각각의 일정 길이의 트랜스포트 패킷은 트랜스포트 헤더, PES 헤더 및 패이로드(payload)로 구성된다. 트랜스포트 헤더에는 유용한 정보, 예를 들면, PCR과 같은 시간 정보가 포함된다. PES 헤더와 패이로드는 비디오 및 오디오 PES 스트림을 구성하며 PES 헤더는 DTS 및 PTS 와같은 정보가 포함되어있다. 또한, 패이로드에는 엘리멘터리 스트림이 일정한 길이로 잘려진 데이타 스트림이 삽입되어있다.
트랜스포트 스트림은 디코더 시스템에서의 디멀티플렉서(도시안됨)에의해 엘리멘터리 스트림과 비디오/오디오 PES 헤더와 트랜스포트 헤더로 분리된다. 엘리멘터리 스트림은 도 2A 및 도 2B에 각기 도시된 비디오 및 오디오 디코딩 시스템으로 각기 제공되며, 비디오/오디오 PES 헤더 및 트랜스포트 헤더는 도 3에 도시된 동기 장치로 인가된다.
도 2A 및 도 2B를 참조하면, 비디오 및 오디오 디코더 시스템은 인코더 시스템으로부터 엘리먼터리 스트림을 수신하는것으로 도시된다.
도시된 바와같이, 비디오 디코더 시스템은 비디오 스트림 버퍼(10), 비디오 디코더(12), 프레임 메모리(14), 디지탈/아날로그 변환기(16) 및 모니터(18)를 포함한다. 한편, 오디오 디코더 시스템은 오디오 스트림 버퍼(20), 오디오 디코더(22), 프레임 메모리(24), 디지탈/아날로그(D/A) 변환기(26) 및 스피커(28)를 포함한다. 본 발명에 대한 설명의 편의를 위하여, 비디오 및 오디오 디코더 시스템은 유사한 구성과 동작으로 구현되기 때문에 도 2A 에 도시된 비디오 디코더 시스템에 대하여만 설명될것이다.
비디오 스트림 버퍼(10)는 엘리먼트리 스트림을 순차적으로 저장하고 저장된 데이타를 비디오 디코더(12)로 제공한다. 비디오 디코더(12)는 스트림 버퍼(10)으로부터 제공되는 데이타에 대하여 디코딩을 시작하라는 펄스신호인 라인(42)상의 DTS 펄스(DTS_pulse_v)에 따라 디코딩을 수행하여 디코드된 픽처 데이타 스트림을 출력한다. 이 디코드된 데이타 스트림은 프레임 메모리(14)로 제공된다.
프레임 메모리(14)는 비디오 디코더(12)로부터 제공된 픽처 데이타를 순차적으로 저장하고 저장된 데이타를 다음단의 D/A 변환기(16)로 제공한다.
D/A 변환기(16)는 입력되는 데이타에 대하여 재생을 수행하라는 펄스인 라인(46)상의 PTS 펄스에 따라 디지탈 데이타를 아날로그 신호로 변환하여 변환된 신호를 재생 툴의 하나인 모니터(18)로 출력함으로써 원하는 영상을 디스플레이한다.
상술한 디코더 시스템에 있어서, 클럭 시스템(타이밍)이 복구되고 DTS에 의해 디코딩이된다면 이후의 과정은 디코딩된 스트림을 디스플레이하는것이다. 이때 디스플레이하는 시점은 PTS(presentation time stamp)에 의해 지정되는 시간으로 디코더 PCR 의 값이 이 PTS의 값에 도달하였을 때이다. 이 과정에서 각 엘리멘터리 스트림간의 동기는 PES 헤더에 있는 PTS에 맞게 디스플레이또는 재생되므로 각 엘리멘터리간의 동기는 원칙적으로 이 PTS에 의하여 맞추게 되는것이다. 여기서 동기가 맞는다는것은 오디오/비디오 엘리먼트리 스트림으로 구성된 프로그램을 디스플레이 또는 재생할때 립 싱크(lip sync) 가 맞는다는 의미이다.
그러나, 실질적으로, 디코더 시스템에서는 도시된바와같은 디코딩 지연과 재생 지연이 발생할수있다. 디코딩 지연은 트랜스포트 스트림이 디멀티플렉서를 거친후 각각의 엘리멘터리 스트림이 비디오 스트림 버퍼(10)내에 기록된후 DTS 펄스에 따라 디코더의 출력이 나오기까지의 소요 시간을 의미한다. DTS의 값에 따라 디코더(12)에서 디코딩 펄스를 준다 하여도 이 디코딩 지연 시간이 지나야 디코더(12)에서 디코딩된 데이타 스트림이 출력될것이다. 마찬가지로 디코딩된 데이타가 프레임 메모리(14)에 저장되기시작한후 PTS 펄스의 값에 따라 재생 펄스를 준다하여도 실제의 재생 툴인 모니터(18)에 출력되기까지는 재생 재연의 시간이 소요되어야 할것이다.
이 부분에서 명백한 사실은 MPEG 권고안에 따른 시스템 타겟 디코더 모델은 디코딩 지연 및 재생 지연을 모두 제로(0)로 가정하였기 때문에 엘리멘터리 스트림 버퍼(10)에 있는 엘리멘터리 스트림 데이타로부터 DTS 와 PTS의 값이 동일한 경우 DTS 펄스가 주어지면 즉시 재생된다는 가정이므로 실제의 디코더와는 다르다는것이다. 따라서 비디오의 B-픽처 혹은 오디오 프레임 데이타는 PTS 와 DTS의 값이 동일한 경우인데 이때 수신되는 PTS에 따라 재생 펄스 및 디코딩 펄스를 인가하며 실제로 재생되는 시점은 빨라야 DTS 펄스를 인가한후 (디코딩 지연 + 재생 지연) 의 시간이 지난 뒤인것이다. 그런데 이 지연시간은 픽처에 따라 가변적인 부분이 있는가 하면 픽처와 무관한것이 있을 수 있는데 D/A 변환 지연, 모니터 구동 시간, 스피커 동작 시간등일것이고 픽처에 관련된 시간은 픽처가 복잡하여 몇 단계의 디코딩 로직을 더 거쳐야 하는 경우에 해당될것이다. 따라서 이와같은 지연 시간은 가변적일수있으므로 최대한의 지연 시간에 맞추어 일정한 지연 시간을 정해 놓을 필요가 있다. 이는 각각의 엘리멘터리 스트림 디코더의 가변적인 요소를 일정하게 하여 재생시 각 스트림간의 동기를 좀 더 정확히 맞추기 위함이다.
이 문제를 해결하기위한 한가지 방법으로는 디코딩 펄스에 한 프레임 인터벌의 시간을 가산한 값으로 재생 펄스를 만들어 주면 되는데, 이것은 모든 엘리멘터리 스트림 디코더는 각각의 한 프레임의 시간이 지나면 한 프레임의 모든 디코딩된 데이타가 프레임 메모리에 저장되어있을 것이므로 디코딩 지연의 값을 한 프레임 인터벌로 고정해두는 것이다. 일단 디코딩 지연을 고정하면 재생 지연만을 고려하면 되는데, 재생 지연은 프레임 메모리에 있는 데이타가 디스플레이되기까지의 소요 시간이므로 이는 각각의 엘리멘터리 스트림마다는 당연히 다르겠지만 한 엘리멘터리 스트림내에서는 항상 동일한 값을 갖을수있도록 시스템을 설계할것이므로 각 재생 지연 시간은 이미 알수있는 값이 될수있다. 이것을 종합적으로 정리해보면 다음과같다.
디코딩 펄스 = (DTS 값 + 일정 지연시간)
재생 펄스 = (PTS 값 + 일정 지연시간 + 보정값)
보정값 = (최대 재생 지연시간 - 재생 지연시간) + 최대 프레임 인터벌)
여기서 디코딩 펄스 및 재생 펄스는 각기 본 발명에 따라서 생성된 동기 펄스이며, 최대 프레임 인터벌은 프로그램을 구성하는 엘리멘터리 스트림중 한 프레임 인터벌이 제일 큰것에 해당하는 값이며, 최대 재생 지연시간은 각 엘리멘터리 스트림에 대한 재생 지연 시간중 제일 큰 지연 시간에 해당하는 값이며, DTS 값 및 PTS 값은 각기 트랜스포트 스트림으로부터 분리된 DTS 및 PTS의 값이다. 또한, 일정 지연 시간은 DTS 와 PTS 값에 더해지는 값으로 이 값은 인코더 시스템에서 생성될때 시스템 타겟 디코더에서 입력되는 시간을 고려하여 만들게 되므로 디코더 시스템에서는 DTS/PTS의 데이타를 디코딩하는데 소요되는 시간을 보정하기위한 값이다. 일반적으로 이 일정 지연값은 제로의 값으로 간주될수도있다.
이제, 도 3을 참조하면, 상술한 디코딩 및 재생 펄스를 발생하는 본 발명에 따른 오디오/비디오 스트림의 동기 구현을 위한 장치의 블록도가 도시된다. 본 발명의 동기화 장치는 DTS/PTS 추출기(30), 클록 복구 블록(32), 제 1 및 제 2 가산기(34) 및 (36), 제 1 및 제 2 비교기(38)및 (40)을 구비한다.
DTS/PTS 추출기(30)는 PES 헤더로부터 DTS 및 PTS 정보를 분리한다. DTS 정보는 제 1 가산기(34)로 제공되고, PTS 정보는 제 2 가산기(36)로 제공된다. 한편, 클럭 복구 블록(32)는 트랜스포트 헤더로부터 PCR 정보를 분리하여 분리된 PCR 정보를 제 1 및 제 2 선택기(38),(40)로 각기 제공된다.
제 1 가산기(34)는 DTS 값에 일정 지연시간을 가산하여 가산된 값을 제 1 비교기(38)로 출력한다.
제 2 가산기(36)는 수신되는 PTS 값에 일정 지연시간과 보정값을 가산하여 가산된 값을 제 2 비교기(40)로 출력한다.
제 1 비교기(38)는 클럭 복구 블록(32)으로부터의 PCR 정보가 나타내는 시간과 제 1 가산기(34)로부터의 가산된 DTS 값을 비교하여 PCR 의 값이 가산된 PTS 값에 도달하였을때 비디오 디코더(12)로하여금 디코딩을 시작하라는 디코딩 펄스(DTS_pulse_v)를 출력한다.
마찬가지로, 제 2 비교기(40)는 클럭 복구 블록(32)으로부터의 PCR 정보가 나타내는 시간과 제 2 가산기(34)로부터의 가산된 PTS 값을 비교하여 PCR 의 값이 가산된 PTS 값에 도달하였을때 D/A 변환기(16)로 재생 펄스(PTS_pulse_v)를 출력함으로서, 디코더(12)에의해 디코드된 데이타 스트림을 모니터(18)에 디스플레이 되게한다.
따라서, 시스템 타겟 디코더 모델과 실제의 디코더와의 다른 부분을 보상하여 지연을 동일하도록 한것이므로 디코딩 시스템에서 동기를 맞출수있다.
상술한 본 발명의 동기화 장치를 이용하는 도 2A 및 도 2B에 도시된 비디오 및 오디오 디코더 시스템에 대하여 예를 들면, 비디오 및 오디오 디코더 시스템으로 제공되는 트랜스포트 스트림이 오디오/비디오의 두개의 스트림으로 구성된경우, 오디오 프레임 재생 지연이 30msec, 비디오 재생 지연은 40msec, 오디오 프레임 인터벌은 24msec, 비디오 프레임 인터벌은 33.33msec 이라고 가정하면, 최대 프레임 인터벌은 33.33msec이고, 최대 재생 지연시간은 40msec 이므로 비디오 스트림에 대한 보정값은 33.33msec ((40msec - 40msec) + 33.33msec) 가 되며, 오디오 스트림에 대한 보정값은 43.33msec ((40msec - 30msec) + 33.33msec) 가 된다.
따라서 비디오 스트림에 대하여 재생 펄스(PTS_pulse_v)는 수신되는 재생 PTS의 값(PTS_v)에 33.33msec의 값이 더해진 값으로 생성될것이며, 오디오 신호에 대하여 재생 펄스(PTS_pulse_a)는 수신되는 오디오 PTS의 값(PTS_a) 에 43.33msec의 값이 더해진 값으로 생성되므로 이 만큼에 해당하는 추가의 프레임 메모리가 필요할것이다. 그결과, 각각의 재생 펄스(PTS_pulse_v) 또는 PTS_pulse_a)가 인가된후 재생 지연으로 인하여 비디오 신호는 40msec 뒤에 재생될것이고, 오디오 신호는 30msec 뒤에 재생되기 때문에, 결국 처음에 수신되는 PTS 값인 PTS_v 와 PTS_a 의 값이 같았다면 이로부터 73.33 msec뒤에 오디오 및 비디오 신호가 동시에 재생될것이다. 이것은 모든 엘리먼터리 스트림의 수신되는 PTS 값에 대하여 디코더 시스템의 각 엘리먼터리 스트림 디코더, 재생의 실제 지연 요소를 동일하게 하여 줌으로써 엘리먼터리 스트림간의 동기가 맞도록 재생할수있을것이다.
이상 설명한 바와같이, MPEG 시스템에서 규정하는 PCR/PTS/DTS 데이타 포맷에 맞도록 유효한 값이 디코딩 시스템으로 제공되는 경우에 이 값을 이용하여 디코딩 시스템에서 오디오와 비디오의 동기가 맞도록 복호와하는 장치가 구현될수있다.

Claims (4)

  1. 일련의 트랜스포트 패킷으로 구성된 트랜스포트 스트림을 디코딩하고 디코딩된 비디오 및 오디오 엘리멘터리 스트림을 재생하는 디코더 시스템에서 사용하기위한 비디오 및 오디오 스트림간의 동기화 장치에 있어서,
    상기 트랜스포트 스트림의 PES 헤더로부터 DTS 및 PTS 를 추출하는 수단;
    상기 트랜스포트 스트림의 트랜스포트 헤더로부터 PCR 을 생성하는 수단;
    상기 추출 수단으로부터의 DTS 에 기설정의 일정 지연시간을 가산하여 상기 디코딩 시점을 지시하는 DTS 펄스를 생성하는 가산기;
    상기 추출 수단으로부터의 PTS 에 상기 기설정의 일정 지연시간과 보정시간을 가산하여 상기 재생 시점을 지시하는 PTS 펄스를 생성하는 제 2 가산기를 구비하는 것을 특징으로하는 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PCR 가 나타내는 시간과 상기 제 1 가산기에의해 가산된 DTS 값을 비교하여 PCR 의 값이 상기 가산된 DTS 값에 도달하였을때 상기 디코딩 펄스를 출력하는 제 1 비교기; 상기 PCR 가 나타내는 시간과 상기 제 2 가산기에의해 가산된 PTS 값을 비교하여 상기 PCR 의 값이 상기 가산된 PTS 값에 도달하였을때 상기 재생 펄스를 출력하는 제 2 비교기를 더 구비하는것을 특징으로하는 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기설정의 일정 지연시간은 디코더 시스템에서 상기 DTS 및 PTS 를 디코딩하는데 소요되는 시간을 보상하기위한 값인 것을 특징으로하는 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보정 시간은 ((최대 재생 지연시간 - 엘리멘터리 스트림의 재생 지연 시간) + 최대 프레임 인터벌)인것을 특징으로하는 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치.
KR1019960054553A 1996-11-15 1996-11-15 디코더 시스템의 비디오/오디오 동기화 장치 KR100240331B1 (ko)

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