KR20010015380A - 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치 및 방법 - Google Patents

압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

압축 오디오/비디오(A/V) 수신기(200, 202, 206)는 압축 해제 오디오 및 비디오 신호의 상대적인 동기화를 측정하는 회로(217~220, 222)를 포함한다. 오디오 및 비디오 신호 동기화가 제1 범위값 내에 있다면, 수신기 내의 동기화 회로(215, 216)는 적절한 때에 그 신호를 배열시키려 할 것이다. 양자 택일로, 현재의 동기화가 상기 제1 범위를 초과한다면, 상기 신호를 동기시키려는 시도는 정지되며 비동기화된 압축 해제 오디오 및 비디오 신호가 공급된다.

Description

압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치 및 방법{SYNCHRONIZING APPARATUS FOR A COMPRESSED AUDIO/VIDEO SIGNAL RECEIVER}
본 발명은 압축 오디오/비디오(A/V) 신호 수신기에서 오디오 및/또는 비디오 성분을 동기화하기 위한 장치에 관한 것이다.
MPEG은 국제 표준화 기구의 동영상 전문가 단체(Moving Pictures Experts Group)에 의해 설정된 압축 비디오 신호 프로토콜이다. 이 프로토콜은 내부 프레임 코딩(intraframe coding) 및 동작 보상된 예측 코딩(motion compensated predictive coding)을 모두 포함하는 다양한 신호 포맷을 형성한다. 프레임마다의 포맷 코딩에서의 변화 및 화상 콘텐트(content)에서의 변화 때문에 상이한 프레임들은 넓은 발산양(divergent quantity)의 압축된 데이터를 갖는다. 상이한 프레임들이 상이한 데이터량 등으로 압축된 결과, 데이터의 프레임들은 비동기적으로 전송되는 경향이 있다.
오디오 신호들도 역시 MPEG 프로토콜에 따라 압축될 수 있다. 압축된 오디오는 비디오와 연관될 수 있지만 독립적으로 전송된다. 전송을 위하여, 압축된 오디오는 패킷으로 분할되고, 이 패킷들은 그후 비동기 방식으로 압축된 비디오 신호와 시분할 다중화된다.
관련된 압축 오디오 성분 및 비디오 성분들은 독립적으로 비동기될 뿐만 아니라 그들의 상호 시간적 관계 또는 동기성이 전송 중에는 나타나지 않는다.
MPEG 압축 오디오 성분 신호 및 비디오 성분 신호들은 특정 압축 신호 세그멘트와 시스템 기준 클록 신호 사이에서 기준을 형성하기 위하여 표현 타임 스탬프(presentation time stamp ; PTS)를 포함한다. 오디오 PTS 및 비디오 PTS는 각각의 압축된 성분들을 모두 재동기시키고 그들의 시간적 상호 관계를 복원하기 위하여 수신기 장치에서 사용된다.
MPEG 또는 MPEG과 같은 A/V 수신기는 관련된 압축 해제 성분 신호의 재생과 일치하는 A/V 성분 시간 기준 신호(PTS)를 제공한다. 수신기 내의 동기화 장치는 오디오 및 비디오 성분의 동기성을 유지하기 위해서 오디오 및 비디오 성분에 존재하는 PTS를 이용한다. 시스템이 동기화되는 동안에, 오디오는 비디오와 립-싱크(lip-sync)되지 않고, 오디오는 통상적으로 무팅되는데, 이는 시청자가 적어도 짧은 간격 동안에 비디오와 동기되지 않은 오디오를 듣는 것보다 오디오 없이 듣는 것이 더 낫다고 인식되기 때문이다. 무팅은 단지 상대적으로 짧은 간격 동안에 발생하는 것이 일반적인데, 이는 주어진 표준에 대한 전송된 오디오 및 비디오 성분의 타이밍을 고려해야 하는 상대적으로 엄격한 요구가 있기 때문이다. 따라서, 동기화가 짧은 간격 동안에 일어나는 것이 보장된다.
표준화된 A/V 성분을 디코딩하도록 설계된 수신기에서, 수신기가 비표준 신호를 수신하거나, 표준 신호가 복수의 가상 전송 채널에서 역다중화되고 재다중화되었다면, 문제점이 존재한다. 양쪽의 경우에, 상대적인 오디오 및 비디오 성분 타이밍 관계는 변할 수 있다. 립-싱크되지 않을 수 있으며, 오랜 간격 동안에 무팅이 발생할 수 있다. 이러한 상황은 용납될 수 없다.
비표준 신호가 인가되었을 때 동기화하는 방법을 고려함에 있어서 두번째 문제점이 존재한다. 동기화 처리는 통상적으로 개략(coarse) 모드 및 미세(fine) 모드를 포함한다. 오디오 데이터는 보통 비디오 데이터에 앞서 디코딩되어 메모리에 저장된다. 저장된 오디오는 적합한 비디오가 디코딩될 때 메모리로부터 재생된다. 그러나, 비표준 신호의 오디오가 너무 늦게 도착한다면, 재생하도록 준비가 된 오디오는 없을 것이며 동기화는 일어날 수 없다. 반대로, 오디오가 (버퍼 크기에 관해서) 너무 일찍 도착한다면, 메모리가 오디오를 저장하기에 부적당할 것이며, 데이터는 손실될 것이다. 게다가, 동기화는 오랜 간격 동안에 도저히 일어날 수 없다.
시청자는 오랜 기간 동안의 오디오 무팅을 겪는 것 보다 비디오 및 오디오 모두가 이러한 경우에 재생되는 편이 낫다고 평가될 것이다. 따라서, 표준 및 비표준 수신 신호 모두에 적합한 디지털 A/V 수신기의 적응 동기화 시스템이 요구된다.
본 발명에 따른 A/V 수신기는 관련된 압축 해제 성분 신호의 재생과 일치하는 A/V 성분 타이밍 기준 신호(PTS)를 제공한다. 동기화 회로는 발생하는 성분 오디오 PTS와 성분 비디오 PTS 사이의 차의 함수를 발생시킨다. 이러한 함수는 상대적인 오디오 및 비디오 동기화를 나타낸다. 함수값이 어떠한 범위 내에 있다면, 동기화 처리는 계속된다. 함수값이 소정의 레벨을 초과한다면, 동기화 처리는 종료되고 비동기화된 오디오 및 비디오 성분이 재생된다. 다음의 실시예에서, 함수값의 주어진 범위에서, 동기화 처리는 계속되나, 오디오 성분은 무팅된다.
도 1은 오디오/비디오 압축 장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 오디오/비디오 압축 해제 장치의 블록도.
도 3은 압축 장치의 시스템 클록과 실질적으로 동일한 레이트(rate)를 갖는 수신기 시스템 클록 신호를 제공하기 위한 장치의 블록도.
도 4는 도 2의 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 도 2의 장치에서 사용될 수 있는 다른 무팅 회로의 블록도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 비디오 압축기
12 : 포매터
13, 17 : 전송 처리기
14 : 레이트 버퍼
15 : 모뎀
18 : 오디오 압축기
19, 24, 25 : 래치
21 : 시스템 제어기
22 : 시스템 클록
23 : 카운터
도 1은 본 발명을 실시할 수 있고 압축된 디지털 비디오 신호 전송 구조를 갖는 대표적인 시스템을 나타낸다. 이 시스템에서 소스(10)로부터의 비디오 신호는 이산적 코사인 변환을 사용하는 동작 보상 예측 엔코더를 포함할 수 있는 비디오 신호 압축 소자(11)에 인가된다. 소자(11)로부터 압축된 비디오 신호는 포매터(12)에 인가된다. 포매터는 국제 표준화 기구에 의해 설정된 표준인 MPEG와 같은 임의의 신호 프로토콜에 따라 압축 비디오 신호 및 다른 보조 데이터를 배열한다. 표준화 신호는 전송 처리기(13)에 인가되고, 전송 처리기(13)는 상기 신호를 데이터 패킷으로 분할하고 전송 목적을 위한 어떤 잡음 면역을 제공하는 특정 오버헤드를 부가한다. 일반적으로 불균일한 비율로 발생하는 전송 패킷들은 비교적 좁은 대역폭의 전송 채널의 효과적인 사용을 위해 비교적 일정한 비율로 출력 데이터를 제공하는 레이트 버퍼(14)에 인가된다. 버퍼된 데이터는 신호 전송을 수행하는 모뎀(15)에 공급된다.
시스템 클록(22)은 적어도 전송 처리기를 포함하는 장치의 대부분을 동작시키기 위한 클록 신호를 제공한다. 이 클록은 예컨대 27 MHz와 같은 고정 주파수로 동작한다. 그러나 여기에서 설명하는 바와 같이 상기 클록은 타이밍 정보를 발생하기 위해 사용된다. 시스템 클록은 예컨대 모듈로(modulo) 230을 카운트하도록 구성될 수 있는 카운터(23)의 클록 입력에 인가된다. 카운터에 의해 출력된 카운트 값은 2개의 래치(24, 25)에 인가된다. 래치(24)는 각각의 프레임 간격의 발생 시에 카운트 값을 래치하도록 비디오 소스에 의해 제어된다. 이 카운트 값들은 표현 타임 스탬프(PTS)를 나타내며, 포매터(12)에 의해 압축 비디오 신호 스트림에 포함되고, 관련 오디오 정보 및 비디오 정보의 립-싱크를 제공하기 위하여 수신기에 의해 사용된다. 래치(25)는 소정의 스케쥴에 따라 카운트 값을 래치하도록 전송 처리기(13)[또는 시스템 제어기(21)]에 의해 제어된다. 상기 카운트 값들은 시스템 클록 기준(System Clock Reference; SCR)으로 표시되고 각각의 보조 전송 패킷 내에서 보조 데이터로서 사용된다.
소스(10)로부터의 비디오 신호와 관련된 오디오 신호는 오디오 신호 압축기(18)에 인가된다. 압축기(18)는 래치(19)를 제어하기 위해 프레임 샘플링 펄스(비디오 프레임과 무관)를 제공한다. 래치(19)는 샘플링 펄스에 응답하여 카운터(23)에 의해 제공된 카운트 값을 포획한다. 상기 래치된 값들은 오디오 표현 타임 스탬프(PTSauv)에 대응한다. PTSaud는 압축기(18)에서 제공된 압축 오디오 신호에 통합된다. 압축 오디오 신호는 신호를 데이터 패킷으로 분할하고 전송 목적을 위한 임의의 잡음 면역을 제공하기 위해 특정 오버헤드를 부가하는 전송 처리기(17)에 인가된다. 처리기(17)에 의해 제공된 오디오 전송 패킷들은 오디오 및 비디오 전송 패킷들을 시분할 다중화하는 멀티플렉서(16)에 공급된다. 동도에서, 오디오 및 비디오 신호 처리 채널에는 별도의 전송 처리기가 도시되어 있다. 데이터 비율이 적당한 시스템에 있어서, 2개의 전송 처리기와 멀티플렉서(16)의 기능은 단일의 전송 처리기에 포함될 수 있다.
시스템 제어기(21)는 각종 처리소자들을 통합하도록 프로그램된 상태 머신(state machine)이다. 제어기(21), 압축기(11, 18), 전송 처리기(13, 17) 및 레이트 버퍼(14)는 처리소자들 사이에 적당한 핸드세이킹이 제공되기만 한다면 공통의 클록킹 장치를 통해 동기적으로 동작하거나 그렇지않을 수도 있다. 그러나, 2개의 압축기는 모두 동일한 기준 카운터(23)로부터 PTS값을 유도하고, 따라서 2개의 압축 신호 사이의 정확한 타이밍 관계가 압축된 출력 신호에 부여된다.
도 2는 모뎀(200)이 모뎀(15)의 역기능(inverse function)을 수행하고 레이트 버퍼(206)가 사실상 레이트 버퍼(14)의 역기능을 수행하는 본 발명에 따른 예시적인 수신기 장치를 나타낸다. 역전송 처리기(202)는 각각의 전송 패킷을 서비스 단위로 분할하고 메모리 블록과는 다른 각각의 패킷 페이로드(payload)를 레이트 버퍼(206)에 할당한다. 이와 같이함에 있어서, 각각의 전송 패킷 신호 페이로드는 시스템 제어기(210)에 인가되는 보조 데이터로부터 분리된다. 다른 구성에서 별도의 전송 처리기는 각각의 처리 채널에 포함되고 각 채널에 관련된 데이터만을 인식 및 처리하도록 배치될 수 있다.
레이트 버퍼(206)로부터의 압축 비디오 데이터는 비디오 압축 해제기(214)에 통과된다. 레이트 버퍼(206)는 압축 비디오 데이터를 버스트 즉 불일치한 비율로 수신하고 압축 해제기(214)가 요구할 때 데이터를 제공한다. 압축 해제기는 압축 비디오 신호에 응답하여 적당한 디스플레이 및 저장 장치(도시 생략)에 디스플레이 하거나 저장하기 위하여 비압축 비디오 신호를 발생한다.
역전송 처리기(202)로부터 제공된 압축 오디오 데이터는 레이트 버퍼(206)에 인가되고 레이트 버퍼(206)는 시스템 프로토콜에 따른 압축 오디오 신호를 오디오 압축 해제기(212)에 제공한다. 압축 해제기(212)는 압축 오디오 신호에 응답하여 적당한 스피커 또는 저장 장치(도시 생략)에서 재생하거나 저장하기 위하여 비압축 오디오 신호를 발생한다.
또한, 역전송 처리기(202)는 보조 전송 데이터로부터의 SCR 및 제어 신호들을 시스템 클록 발생기(208)에 제공한다. 클록 발생기는 이들 신호에 응답하여 적어도 전송 처리기 동작과 동기하는 시스템 클록 신호를 발생한다. 이 시스템 클록 신호는 적당한 처리 소자의 타이밍을 제어하기 위하여 수신기 시스템 제어기(210)에 인가된다.
도 3은 예시적인 클록 발생기(208)의 상세도이다. 수신기 모뎀(200)으로부터의 데이터는 보조 패킷 검출기(31)를 포함하는 역전송 처리기(202')에 인가된다. 역전송 처리기(202')는 각각의 전송 패킷 페이로드로부터 전송 헤더 데이터를 분리한다. 역전송 처리기(202')는 전송 헤더 데이터에 응답하여 소망하는 관련된 오디오 및 비디오 프로그램 성분의 페이로드와 관련된 보조 데이터의 페이로드를 디멀티플렉싱한다. 오디오, 비디오 및 보조 페이로드는 레이트 버퍼(208)의 메모리 블록을 분리하도록 기록된다. 각각의 메모리 블록은 선입선출(first-in-first-out) 메모리 즉 FIFO 메모리로서 동작하는데, 모뎀으로부터 이용 가능할 때 데이터를 기록하고, 대응하는 성분 신호 처리기(도시 생략)에 의해 요구될 때 데이터를 판독한다. 특정 보조 패킷에 존재하는 SCR은 메모리 소자(34)에 전송되어 저장된다.
SCR을 포함하는 보조 전송 패킷을 지정하는 코드어를 인식하도록 배열된 정합 필터일 수 있는 보조 패킷 검출기(31)는 상기 데이터를 포함하는 전송 패킷의 발생시에 제어 펄스를 생성한다. 제어 펄스는 검출 시간과 정확히 일치하는 시간에 로컬 카운터(36)가 현재 나타내고 있는 카운트 값을 래치(35)내에 포획 및 저장하기 위해 사용된다. 로컬 카운터(36)는 전압 제어 발진기(37)에 의해 제공된 펄스를 카운트하도록 배열된다. 카운터(36)는 반드시 필요한 것은 아니지만 엔코더내의 대응 카운터[카운터(23)]와 동일 개수일 수 있는 모듈러 M을 카운트하도록 배열된다. 만일 M이 N과 다르면 에러 방정식에 그 차가 수용될 수 있다.
전압 제어 발진기(37)는 클록 제어기(39)에 의해 제공된 에러 신호를 저역 통과 필터링(38)함으로써 제어된다. 시간 n에 도달하는 SCR을 SCRn이라 하고 래치(35)에서 동시에 포획된 로컬 카운트 값을 LCRn이라고 한다. 클록 제어기는 SCR과 LCR의 연속적인 값들을 판독하고 상기 차에 비례하는 에러 신호(E)를 형성한다.
E ⇒｜SCRn- SCRn-1｜-｜LCRn- LCRn-1｜
에러 신호(E)는 상기 차를 같게 할 수 있는 주파수로 전압 제어 발진기(37)를 제어하기 위해 사용된다. 앞에서 표시한 바와 같이 모듈러 카운터 순환(modulo counter wrap around)에 기인하여 나타나는 부(negative)의 차는 무시될 수 있다. 클록 제어기(39)에 의해 생성된 에러 신호는 펄스폭 변조된 신호(pulse width demodulated signal)의 형태일 수 있으며 이 신호는 아날로그 성분으로 저역 통과 필터(38)를 실시함으로서 아날로그 에러 신호로 간주될 수 있다.
이 시스템의 불편한 점은 시스템의 두 단부에서의 카운터가 동일한 주파수 또는 그 곱까지 카운트한다는 것이다. 이것은 전압 제어 발진기의 공칭 주파수가 엔코더의 시스템 클록의 주파수에 매우 근접할 것을 요구한다.
상기한 방법은 보다 빠른 동기화를 제공할 수 있지만 장기 에러(long-term error)를 유도할 수 있다. 장기 에러(LTE)는 다음과 같이 차에 비례한다.
LTE ⇒｜LCRn- LCR0｜-｜SCRn- SCR0｜
여기에서 SCR0와 LCR0는 예컨대 수신기 카운터의 첫번째 발생한 SCR 및 대응하는 래치 값을 나타낸다. 명목상으로 에러 신호(E, LTE)는 별도의 단계에서 변화될 것이다. 이와 같이 시스템이 일단 동기되면 에러 신호는 무효점(null point) 주변에서 하나의 유니트를 디서(dither)할 것이다. 제기된 동기 방법은 에러 신호(E)에서 하나의 유니트 디서가 발생할 때까지 에러 신호(E)를 사용하여 전압 제어 발진기의 제어를 개시하고 그후 전압 제어 발진기를 제어하도록 장기 에러 신호(LTE)를 사용하게끔 스위칭된다.
VCXO(37)에 의해 제공된 시스템 클록 신호는 적어도 전송 처리기와 레이트 버퍼를 동작시키기 위해 사용될 수 있다. 이 클록 신호는 적어도 주파수에 있어서 엔코더 시스템 클록과 동기되기 때문에 클록 타이밍 에러에 기인하는 레이트 버퍼 오버플로우(overflow) 또는 언더플로우(underflow)의 가능성은 실질적으로 존재하지 않는다.
오디오/비디오 동기화를 설명하기 위해 도 2를 다시 참조한다. 표현 타임 스탬프 PTSvid는 소정의 비디오 데이터와 관련된 압축 비디오 신호에 포함된다는 것을 상기하자. PTSvid는 관련된 비디오가 디스플레이되어야 할 상대적인 시간을 나타낸다. 유사하게 압축 오디오 신호는 각각의 PTSaud에 관련된 시간에 재생되어야 할 오디오와 결합된 표현 타임 스탬프 PTSaud를 포함한다. 수신기에서 PTSaud와 PTSvid는 각각의 샘플들이 상이한 순간에 결정되기 때문에, A/V동기를 위한 직접 비교는 없을 것이다. 각각의 PTS 값들은 VCXO(37)에 의해 제공된 수신기 클록인 연속 타임 베이스에 비례한다. 이것은 로컬 타임 스탬프를 포획하기 위해 시스템 클록에 의해 발생된 로컬 카운트 값 LCR을 샘플링함으로써 행하여진다.
대응하는 PTS와 관련된 데이터가 존재할 때 LCR은 샘플된다. 예컨대, 오디오 압축 해제기(212)는 각각의 오디오 프레임이 재생을 위해 출력될 때 PTSaud를 발생한다. 이 때 제어 신호는 LCR을 샘플링하도록 래치(220)를 제어하고 그 값들은 로컬 오디오 스탬프에 대하여 LAS라고 표시된다. 유사하게 비디오 압축 해제기가 디스플레이를 위한 비디오 프레임을 제공할 때 상기 압축 해제기는 LCR의 현재값을 저장하도록 래치(222)를 제어하기 위하여 PTSvid및 제어펄스를 제공한다. 상기 LCR값들은 로컬 비디오 스탬프에 대하여 LVS라고 표시된다.
LAS 및 대응하는 PTSaud는 관계식
ΔA-PTS = PTSaud- LAS
에 따라 신호 ΔA-PTS를 발생하는 감산기(218)의 각각의 입력 단자에 결합된다. LVS 및 대응하는 PTSvid는 관계식
ΔV-PTS = PTSvid- LVS
에 따라 신호 ΔV-PTS를 발생하는 감산기(217)의 각각의 입력 단자에 결합된다. 신호 ΔV-PTS 및 ΔA-PTS는 관계식
ERRPTS= ΔV-PTS- ΔA-PTS
에 따라 A/V 동기화 에러 신호 ERRPTS를 발생하는 다른 감산기(219)의 각각의 입력 단자에 결합된다. 오디오 및 비디오의 동기화는 A/V 동기화 에러가 제로로 구동될 것을 요구한다. 따라서 대응하는 오디오 PTS 값과 비디오 PTS 값의 차이가 로컬 레퍼런스의 단위로 대응하는 PTS의 발생 사이의 시간과 동일할 때 오디오 신호 및 비디오 신호는 동기될 것이다.
그러나, 동기화 에러가 이용할 수 있는 오디오 디코더 메모리에 의존하는 특정값을 초과한다면, 오디오 및 비디오 성분은 동기화될 수 없으며, 동기화하려고 시도한다면, 오디오 데이터 손실 또는 바람직하지 못한 재생 오디오 결과물이 초래됨을 주의해야 한다. 따라서, 특정 임계값보다 큰 에러값에 대하여, A/V 동기화는 정지되어야 한다.
에러 신호 ERRPTS에 기초하여 A/V 동기화를 조절하는 데는 두가지 메카니즘, 즉 데이터 섹션과 반전 클록 편차의 스킵 및 반복을 사용할 수 있다. 오디오의 고정된 간격 즉 "프레임"을 스킵하면 비디오 신호에 대한 고정된 간격 만큼 오디오 데이터 스트림을 전진시킨다. 반복(또는 데이터 소모없는 무팅)은 비디오 신호에 대한 고정된 간격 만큼 오디오 데이터 스트림을 지연시킨다. 오디오 프레임의 스킵 및 반복은 많은 조건하에서 청취 가능하고, 따라서 개략적인 동기화 조정을 위해서만 사용된다. 이 경우에도 간단한 스킵 또는 반복이 식별 가능한 오디오/비디오 동기화 에러에 바람직할 수 있다. 만일 오디오 프레임이 40 msec 이하이면 스킵/반복에 의한 개략 조정은 A/V 동기화에 대한 산업 표준내의 범위인 ±20 msec 내의 동기화 에러를 발생할 수 있다. 그러나, 이 동기화는 오디오 변환 시간 베이스(conversion time base)가 소스의 그것과 정합하지 않을 경우에는 감퇴될 것이다. 일단 동기화가 개략적으로 조정되면 오디오 변환 클록 주파수의 변화는 A/V 동기화를 더욱 미세 조정하도록 배열된다.
에러 신호 ERRPTS는 필터 및 처리 소자(216)에 인가된다. 필터의 기능은 신호 ERRPTS를 평활화하여 신호 잡음에 의해 발생할 수 있는 변이 효과를 최소화하는 것이다. 소자(216)의 처리 부분은 평활된 에러 신호를 검사하여, 오디오 및 비디오 신호의 개략 동기화를 실행하기 위하여 오디오의 스킵/반복을 이용하여야 하는지 및/또는 미세 동기화를 실행하기 위하여 오디오 처리 주파수의 조정을 이용하여야 하는지, 또는 상기 어느 것도 실행되어서는 아니 되는지를 결정한다. 만일 개략 동기화 조정이 필요하다고 결정되면, 처리기(216)는 오디오 압축 해제기(212)에 제어 신호(S/R)를 제공하여 현재의 압축 해제 오디오 프레임을 스킵 또는 반복하도록 압축 해제기를 제어한다. 이와는 달리, 또는 개략 조정과 더불어 미세 조정이 필요한 것으로 결정되면 처리기(216)는 오디오 처리 클록 신호의 주파수를 조정하도록 오디오 타임 베이스(215)에 제어 신호를 제공한다.
처리 알고리즘은 도 4의 흐름도에 상술되어 있다. 시스템의 초기화(단계 400) 후에, 시스템은 PTSaud의 발생이 있는지에 대하여 오디오 압축 해제기를 모니터하며(단계 401), 만일 PTSaud가 검출되면 단계 403에서 PTSaud를 판독하고 로컬 클록 기준 LAS를 포획 및 저장한다. 만일 PTSaud가 발생되지 않았으면 시스템은 PTSvid에 대하여 비디오 압축기를 모니터한다(단계 402). 만일 PTSvid가 발생되면 PTSvid가 판독되고 로컬 클록 기준 LVS가 포획 및 저장된다(단계 404). PTSaud와 PTSvid가 모두 판독되면 단계 405에서 ERRPTS가 수학식
ERRPTS= ΔV-PTS- ΔA-PTS
에 따라 계산된다.
에러 신호의 크기는 그 크기가 오디오 디코더에서 지연 저장 메도리의 크기에 의존하는 소정의 최대값보다 큰지를 판정하기 위해서 검사된다(단계 420). 그 에러 신호의 크기는 상기 소정의 최대값보다 크다면 얼마나 오래 이러한 조건이 존재해 왔는지를 판정하기 위해서 체크된다(단계 421). 그것이 소정의 또는 선택 가능한 시간 N sec보다 더 크다면, 동기화 처리는 정지된다(단계 422). 상기 조건이 N sec보다 작게 존재해 왔다면 동기화는 단계 406에서 계속된다. 스킵 및 반복 함수는 오디오 메모리에 대하여 상이하게 반응하기 때문에, 임계값 N sec는 정(positive) 또는 부(negative)의 에러 신호값에 대하여 상이할 것이다.
에러 신호의 크기는 그 크기가 예컨대, 오디오 프레임 간격의 1/2보다 큰지를 판정하기 위해서 검사된다(단계 406). 그것이 오디오 프레임 간격의 1/2보다 더 크다면 에러 신호의 극성이 체크된다(단계 407). 만일 극성이 정(positive)이면 현 오디오 프레임이 반복된다(단계 409). 만일 부이면 현 오디오 프레임은 스킵된다(단계 408). 프레임의 스킵 또는 반복 후에 시스템은 다음 PTS의 발생을 대기하기 위하여 시작 위치로 다시 복귀한다.
단계 406에서, 에러 신호의 크기가 오디오 프레임 간격의 1/2보다 작다면 에러는 0 보다 더 큰지를 결정하기 위해서 검사된다(단계 410). 만일 에러가 0 보다 더 크다면 에러는 이전의 에러 신호보다 더 작은지를 결정하기 위해서 체크된다(단계 412). 만일 이전의 에러 신호보다 더 작다면 이것은 시스템이 동기화쪽으로 수렴한다는 것을 나타내며 동기화 제어 파라미터는 변화되지 않는다. 이때 시스템은 다음 PTS를 대기하기 위하여 시작 위치로 복귀한다. 반대로 에러 신호가 이전의 에러 신호보다 더 크다면 오디오 시스템 처리 클록은 그 주파수를 감소시키도록 조정된다(단계 414).
단계 410에서, 에러 신호가 0 보다 작다면(즉 부이면) 에러 신호가 이전의 에러 신호보다 더 큰지를 결정하기 위해 체크된다(단계 411). 만일 이전의 에러 신호보다 더 크면 이것은 시스템이 동기화쪽으로 수렴한다는 것을 나타내며 동기화 제어 파라미터는 변화되지 않는다. 반대로, 현 에러 신호가 이전의 에러 신호보다 더 작다면 시스템은 동기화로부터 더욱 벗어나게 이동하며 오디오 처리 클록 주파수는 증가된다(단계 413). 단계 412 및 413 후에 시스템은 PTS의 다음 발생을 대기하기 위하여 복귀한다. 이 예에서 시스템은 A/V 동기화 에러가 오디오 프레임 간격의 1/2 보다 작아질 때까지 오디오 프레임의 스킵 또는 반복을 통하여 단지 개략 조정만을 수행한다는 것을 알 수 있다.
다른 실시예에서, 필터링된 에러 신호는 각 오디오 프레임의 크기와 관련된 소정의 임계치와 비교된다. 만일 에러 신호가 임계치 이하이면 이것은 오디오-비디오 타이밍 에러가 오디오 프레임 이하임을 나타내고, 에러 신호는 오디오 타임 베이스 회로(215)에 인가되어 오디오 신호 처리(압축 해제) 클록의 주파수를 조정하기 위해 사용된다. 반대로, 에러 신호가 임계치 이상이면 에러 신호는 오디오 및 비디오 신호가 오(誤)정렬되는 개수를 결정하기 위해 오디오 프레임 간격에 의해 나누어진다. 그 몫의 정수부는 오디오 압축 해제기에 인가되어 오디오 압축 해제기가 상기 결정된 오디오 프레임을 스킵 또는 반복하도록 제어한다. 에러 신호의 극성은 오디오 프레임이 스킵되어야 하는지 또는 반복되어야 하는지를 결정한다. 명목상으로 압축 데이터는 복호되기 전에 버퍼 메모리에 배열되고 따라서 오디오 프레임의 스킵 또는 반복은 메모리 판독/기록 명령을 제어 가능하게 인에이블하는 간단한 일이다.
상기 몫의 소수부는 오디오 타임 베이스 회로(215)에 인가되어 A/V 동기화를 미세 동조하도록 오디오 처리 클록을 조정하기 위해 사용된다.
오디오 PTS의 생성 비율은 오디오 압축 해제기의 처리 속도에 비례한다. 오디오 압축 해제기의 처리 속도는 오디오 압축 처리기를 동작시키는데 사용된 클록 신호의 주파수에 직접 비례한다. 만일 오디오 압축 해제기의 클록 주파수가 비디오 압축 해제기를 동작시키는데 사용된 클록과 무관하고 미세 조정이 가능하다면 오디오 PTS 및 비디오 PTS의 상대적 발생 비율은 조정될 수 있고 A/V는 미세하게 동기된다.
압축 해제된 오디오 신호는 디지털-아날로그 변환기(DAC)(227)에 인가된다. DAC(227)로부터의 아날로그 출력 신호는 저항(228)을 거쳐 추가의 아날로그 처리 회로(도시 생략)에 인가된다. 무팅 트랜지스터(229)의 도전 경로는 저항(228)과 접지 전위 사이에 결합된다. 트랜지스터의 제어 전극은 임계치 검출기(225)의 출력부에 결합된다. 1 Vbe이상의 정(+)의 제어 전압은 트랜지스터(229)를 제어하여 DAC(227)의 오디오 출력 신호가 접지 전위에 클램프되게 하고 이로써 오디오 신호를 무팅시킨다.
통상적으로 압축된 오디오 신호는 좌신호, 우신호 등과 같은 복수의 성분을 포함한다. 도 2는 간단히 하기 위하여 단지 하나의 오디오 출력만을 도시하였지만 각 오디오 채널은 공통의 무팅 제어 신호에 의해 제어되는 무팅 회로를 포함한다.
오디오 신호의 무팅은 여러 가지 이유로 수행될 수 있지만 그 최소 부분도 립-싱크의 손실을 일으키지 않는다. 본 발명의 장치는 립-싱크 에러에 기초한 오디오를 무팅한다는 점에서 유일한 것이다.
시청자는 -20 ms 또는 +40 ms의 립-싱크 에러를 인식할 것이다. 위에 설명한 시스템에서, 오디오는 립-싱크 에러가 대략 13 ms를 초과할 때 무팅된다. 13 ms 임계치는 20 ms 미만이지만 제2층 오디오 프레임(24 ms)인 MPEG1의 1/2 보다 크게 되도록 선택되었다. 임계치는 A/V 동기화 프레임의 스킵 및 반복에 있어서, 1/2 프레임(12 ms)에서의 초기 동기 상태가 가능하고 대략 12 ms 또는 그 이하의 임계치는 동기되지만 무팅된 오디오를 발생하게 할 수 있기 때문에, 오디오 프레임의 1/2 보다 약간 더 크게 선택된다. 또한 1/2 프레임과 등가인 임계치는 클록 및 PTS 스트로브 샘플링 불확실성에 기인하는 계산된 립-싱크 에러에서의 작은 변동 때문에 간헐적인 무팅을 발생한다.
무팅 제어 신호는 감산기(219)에서 출력된 A/V 동기화 에러 신호를 모니터하는 임계치 검출기(225)에 의해 발생된다. 에러 신호가 13 ms에 대응하는 값을 초과할 때 무팅 제어값이 발생된다. 잘못된 무팅 신호의 발생으로부터의 잡음 또는 다른 임펄스 조건을 배제하기 위하여 감산기(219)로부터의 에러 신호는 임계치 검출기(225)에 인가되기 전에 저역 통과 필터링된다.
검출기(225)로부터 DAC(227) 및 오디오 압축 해제기(212)까지 연장된 점선 화살표는 다른 무팅 가능성을 나타낸다. 예컨대, 무팅 제어 신호는 DAC(227)의 출력 또는 압축 해제기(212)의 출력을 디세이블하도록 설계될 수 있다. 어떠한 예에서도 디세이블 기능은 각각의 처리 소자가 출력 신호의 동적 범위 사이의 중간에서 신호 진폭값을 출력하는 조건으로 조정되어야 한다. 또한, 도 2의 장치는 비디오 무팅(또는 블랭킹)이 비디오 DAC(224)의 제어를 통해 실현될 수 있음을 나타낸다.
무팅 제어는 동기화가 수렴으로부터 너무 멀어질 때 정지될 것이다. 검출기(225)는 에러 신호를 최대 임계치와 비교하도록 형성되며, 에러 신호가 상기 임계치를 초과하거나, 소정의 시간 동안에 최대 임계치를 초과하거나, 또는 단순히 무팅이 소정의 간격보다 더 오랫 동안 발생한다면 무팅을 정지시킬 수 있다. 또한, 무팅 정지 제어는 단계 422에서 처리기(216)에 의해 제공될 수 있다.
도 5는 다른 무팅 장치를 나타낸다. 이 실시예에서 필터(216)에 의해 발생된 스킵/반복(S/R) 신호는 제1 무팅 제어 신호로서 사용된다. 이 신호는 OR 게이트(230) 및 AND 게이트(233)를 거쳐 무팅 회로에 인가된다. AND 게이트(233)는 처리기(216)로부터 제공된 SUSPEND MUTE 신호에 응답하는 무트 오버라이드(mute override)로서 사용된다. 무팅 정지는 아마 무팅 제어 신호 발생기 자체 내에서 발생될 것이기 때문에, 사실상 AND 게이트(233)는 상징적이다.
만일 특정 시스템에서 오디오 타임 베이스를 조정하기 위해 사용된 미세 제어가 적어도 오디오 프레임의 1/2을 포함하는 범위까지 미친다면, 임계치 검출기(231)는 오디오 타임 베이스 미세 제어 신호를 모니터하고 제2 무팅 제어 신호를 발생하도록 포함될 수 있다. 상기 제2 무팅 제어 신호는 또한 OR 게이트(230)를 거쳐 무팅 회로에 인가된다.
도 5의 장치는 압축 해제기(212)로부터 제공된 압축 해제 오디오 신호를 DAC(227)에 선택적으로 결합하기 위해 AND 게이트(226)로 이루어진 다른 가능한 무팅 회로를 도시한다. 명목상으로 오디오 신호는 양극성(AC)이며 대략 0을 기준으로 진동한다. AND 게이트는 분리 상태에 있을 때 바람직하게도 신호의 동적 범위의 중간 값인 0을 출력한다.
현재, 압축 A/V 직접 방송 위성 시스템은 복수의 패킷화된 프로그램들이 시분할 다중화되고 단일 트랜스폰더를 거쳐 전송되는 것까지 발전되었다. 특정 프로그램은 립-싱크 문제를 제거하여 단지 오디오 신호만을 포함할 수 있다. 그러나 시스템 클록이 동기되지 않는다면 바람직하지 않은 오디오가 재생될 수 있다. 그러므로, 도 3에 도시된 클록 제어기(39)에서 발생된 에러 신호를 모니터하기 위하여 추가의 임계치 검출기(232)가 포함될 수 있다. 임계치 검출기(232)는 제어기가 발생한 에러 신호가 로크 조건(lock condition)으로부터 예컨대 0.2 만큼의 주파수 편차를 나타낼 때 무팅 제어 신호를 발생한다. 이 무팅 제어 신호는 시스템 클록이 대응하는 엔코딩 시스템 클록과 실질적으로 동기화될 때까지 오디오 무팅을 실시하기 위하여 OR 게이트(230)에 인가된다. 유사하게 검출 장치는 게이트(230)에서 OR 연산될 수 있는 추가의 무팅 신호를 발생하도록 오디오 타임 베이스(215)의 주파수편차를 측정하기 위하여 결합될 수 있다.
본 발명은 압축 오디오/비디오(A/V) 신호 수신기에서 오디오 및/또는 비디오 성분을 동기화하기 위한 장치에 관한 것이며, 표준 및 비표준 수신 신호 모두에 적합한 디지털 A/V 수신기의 적응 동기화 시스템을 제공한다.

Claims (11)

  1. 압축 오디오/비디오 신호를 처리하기 위한 수신기 내의 장치에 있어서,
    상기 압축 오디오/비디오 신호를 제공하는 검출기(200, 202,206)와,
    상기 압축 오디오/비디오 신호에 응답하여 압축 해제 오디오 신호를 제공하는 오디오 압축 해제기(212)와,
    상기 압축 오디오/비디오 신호에 응답하여 압축 해제 비디오 신호를 제공하는 비디오 압축 해제기(214)와,
    압축 해제 오디오 신호 및 압축 해제 비디오 신호와 함께 제공된 타임 스탬프에 응답하여 관련된 압축 해제 오디오 및 압축 해제 비디오 신호의 비동기 측정치를 나타내는 에러 신호를 발생시키는 에러 검출기(217 ~ 222)와,
    상기 에러 신호의 제1 범위값에 응답하여, 관련된 압축 해제 오디오 및 비디오 성분을 동기시키기 위해 상기 오디오 압축 해제기로 하여금 압축 해제 오디오 신호의 세그먼트를 스킵 또는 반복하도록 제어하고, 상기 제1 범위값보다 큰 에러 신호에 응답하여, 관련된 압축 해제 오디오 및 비디오 성분의 동기화를 방지하는 처리기(216)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리기는 상기 제1 범위값보다 큰 상기 에러 신호의 지속 시간을 조절하는 타이밍 회로를 포함하는데, 단지 상기 제1 범위값보다 큰 상기 에러 신호의 지속 시간이 미리 결정된 시간 기간을 초과할 때에만 관련된 압축 해제 오디오 및 비디오 성분의 동기화를 방지하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에러 신호에 응답하여 상기 에러 신호의 주어진 범위값에 대하여 압축 해제 오디오 신호를 무팅하는 무팅 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무팅 수단은
    상기 에러 신호에 응답하여 상기 에러 신호가 상기 미리 결정된 임계치보다 크고 작을 때 각각 제1 및 제2 상태를 갖는 제어 신호를 발생시키는 임계치 검출기와,
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 제어 신호가 상기 제2 상태를 나타낼 때 상기 압축 해제 오디오 신호를 통과시키고 상기 제어 신호가 상기 제1 상태를 나타낼 때 상기 압축 해제 오디오 신호의 대용값을 제공하는 신호 클램핑 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압축 오디오/비디오 신호에 응답하여 상기 압축 오디오/ 비디오 신호의 발생에 사용된 엔코더 시스템 클록 신호와 미리 결정된 관계가 있는 시스템 클록 신호를 발생시키고, 상기 시스템 클록 신호의 비동기화의 측정치를 나타내는 추가의 에러 신호를 제공하는 검출기를 포함하는 동기 회로와,
    상기 추가의 에러 신호에 응답하여 상기 추가의 에러 신호가 추가의 미리 결정된 임계치보다 크고 작을 때 각각 제1 및 제2 상태를 갖는 제어 신호를 발생시키는 추가의 임계치 검출기와,
    상기 임계치 검출기로부터의 제어 신호와 상기 추가의 임계치 검출기로부터의 제어 신호를 결합하는 OR 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에러 검출기는 립-싱크(lip-sync) 검출기인 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오디오/비디오 신호의 오디오 성분 및 비디오 성분은 미리 결정된 시간에서 결정되고 엔코더 시스템 클록에 관련된 각각의 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid를 포함하고,
    상기 오디오 압축 해제기 및 비디오 압축 해제기는 상기 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid를 관련된 압축 해제 오디오 신호 및 압축 해제 비디오 신호와 함께 제공하며,
    상기 에러 검출기는
    로컬 클록 신호의 소스와,
    상기 로컬 클록 신호의 사이클에서 대응하는 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid의 발생 사이의 시간 T를 결정하기 위한 수단과,
    대응하는 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid의 값들 사이의 차를 계산하여 그 차를 상기 시간 T와 비교하여 A/V 동기화 에러 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오디오/비디오 신호의 오디오 성분 및 비디오 성분은 미리 결정된 시간에서 결정되고 엔코더 시스템 클록에 관련된 각각의 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid를 포함하고,
    상기 오디오 압축 해제기 및 비디오 압축 해제기는 상기 타임 스탬프 PTSaud 및 PTSvid를 관련된 압축 해제 오디오 신호 및 압축 해제 비디오 신호와 함께 제공하며,
    상기 검출 수단은 관련된 압축 해제 오디오 신호 및 압축 해제 비디오 신호에 대한 상기 PTSaud 및 PTSvid의 값들 사이의 차의 함수로서 상기 에러 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 신호 수신기용 동기화 장치.
  9. 압축 오디오/비디오 수신기에서 오디오 및 비디오 성분을 동기시키는 방법에 있어서,
    압축 해제 오디오 및 비디오 신호의 비동기화의 타이밍을 표시하는 값을 결정하는 단계와,
    상기 값이 미리 결정된 시간보다 작다면 상기 압축 해제 오디오 및 비디오 신호의 동기화를 발생시키고 동기된 또는 부분적으로 동기된 압축 해제 오디오 및 비디오 출력 신호를 제공하는 단계와,
    상기 값이 미리 결정된 시간보다 크다면 상기 압축 해제 오디오 및 비디오 신호의 동기화 처리를 방지/정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 수신기에서 오디오 및 비디오 성분을 동기시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 값이 상기 미리 결정된 시간보다 큰 지속 시간을 결정하는 단계와,
    단지 상기 지속 시간이 미리 결정된 지속 시간보다 클 때에만 상기 압축 해제 오디오 및 비디오 신호의 동기화를 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 수신기에서 오디오 및 비디오 성분을 동기시키는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    타이밍을 표시하는 값을 범위값과 비교하는 단계와,
    상기 값이 추가의 미리 결정된 시간보다 크고 상기 시스템이 동기화되고 있다면 상기 오디오 신호를 무팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 오디오/비디오 수신기에서 오디오 및 비디오 성분을 동기시키는 방법.
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