NO311549B1 - Overföring av höyhastighets isokrone data i MPEG-2 dataströmmer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og anordning til kommunisering av data via pakkeformede datastrømmer, og mer bestemt angår den overføring av høyhastighets lsokrone data i en MPEG-2 datastrøm. Oppfinnelsen går også ut på kommunikasjon av en datatakt inkrementverdi til en dekoder for å danne en forenklet og kostnadseffektiv løsning på den direkte digitale syntese (DDS) av en taktfrekvens som er nødvendig for å gjenopprette data fra den pakkeformede datastrøm ved dekoderen.

Forskjellige standarder er blitt utviklet for transport av digitale, data, som for eksempel digiale fjernsynsdata. Eksempler på slike standarder innbefatter Motion Picture Experts Group-standarden som betegnes som MPEG-2 og DigiCipher<®>II-standarden som eies av General Instrument Corporation of Chicago, Illinois, USA, som også er innehaver av foreliggende oppfinnelse. DigiCipher II-standarden er lik og innbefatter forskjellige trekk ved MPEG-2 standarden som er velkjent og anerkjent som en spesifikasjon på video- og audiokompresjon, støttet av the International Standards Organization (ISO) i dokument ISO 13818.

I tillegg til video- og audiokompresjonstrekkene inneholder MPEG-2 spesifikasjonen et system-"lag" som danner et overføringsmedium uavhengig av kodeteknikk for å bygge opp bitstrømmer inneholdende et eller flere MPEG-programmer. MPEG-kodeteknikken gjør bruk av en formell grammatikk ("syntaks") og et sett med semantiske regler for konstruk-sjonen av bitstrømmer som skal overføres. Syntaksen og de semantiske regler innbefatter foranstaltninger for multipleksing, taktgjenfinning, synkronisering og ettergivenhet for feil. Av hensyn til denne beskrivelse vil enhver datastrøm som er kodet svarende til den for en MPEG-2 transportstrøm bli betegnet som "MPEG-2 type transportstrøm". Et eksempel, men ikke på noen måte den eneste slik MPEG-2 type transportstrøm, er en datastrøm som frembringes i overensstemmelse med DigiCipher II-standarden. Andre slike standarder forventes å bli utviklet 1 fremtiden.

MPEG-2 transportstrømmen er spesielt egnet for overføring under forhold som kan frembringe datafeil. MPEG-transportpakker har hver en fast lengde på 188 byter. Mange programmer, hvert med forskjellige komponenter, kan kombineres i en transportstrøm. Eksempler på tjenester som kan ytes ved bruk av MPEG-formatet er fjernsynstjenester kringkastet over land, kabelfjernsyn og satelittnett, så vel som interaktive telefonibaserte tjenester. Syntaksen og semantikkene for MPEG-2 transportstrømmen er definert i International Organisation for Standardisation, ISO/IEC 13818-1, International Standard fra 13. november 1994 med tittelen "Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio: Systems", henvisning H.222.0, og ISO/IEC 14818-2, International Standard, 1995 med tittelen "Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio: Video", henvisning H.262, som begge tas med her som referanse.

Multipleksing ifølge MPEG-2 standarden foregår ved pakking av rå elementære strømmer så som kodet video og audio i pakkeformede elementære strømpakker (PES) som så blir innsatt i transportpakker. Som nevnt ovenfor, er hver MPEG-transportpakke fast med 188 byter i lengde. Den første byte er en synkroniseringsbyte med et unikt åtte-bits mønster, for eksempel 01000111. Synkbyten benyttes til å lokalisere begynnelsen av hver transportpakke.

Etter synkbyten kommer en tre-byte prefiks som innbefatter en en-bits transportpakke feilindikator, en en-bits nyttelast enhetsstartindikator, en en-bit transportprioritetindikator, en 13-bits pakkeidentifiserer (PID), en to-bits transportom-kastningsstyring, en to-bits tilpasningsfeltstyring og en fire-bits kontinuitetsteller. Synkbyten og tre-byte prefikset etterlater opp til 184 byter med nyttelast som kan føre de data som skal kommuniseres. Et eventuelt tilpasningsfelt kan følge prefikset for å føre både MPEG-tilknyttet og privat informasjon av betydning for en gitt transportstrøm eller den elementære strøm som føres innen en gitt transportpakke. Foranstaltninger for taktgjenoppretting, som for eksempel en programtaktreferanse (PCR) og skjøtestyring er typiske for den informasjon som føres i tilpasningsfeltet. Ved å anbringe slik informasjon i et tilpasningsfelt blir det kapslet sammen med sitt tilhørende data for å lette remultipleksing og nettverkruteoperasjoner. Når et tilpasningsfelt benyttes, blir nyttelasten tilsvarende kortere.

PCR erÆn telling som reflekterer verdien på systemets tidstaktglver (STC) for det tilhørende program på det tidspunkt da PCR-bytene ble innført i transportstrømmen. Dekoderen bruker PCR for å synkronisere en dekoder tidstaktglver med koderens systemtaktgiver. De nedre ni bits i 42-bit PCR danner en modulo-300 teller som blir inkrementert med en 27 MHz takthastighet ("systemets takthastighet"). Ved hver modulu-300 overrulling blir telleren i de øvre 33 biter inkrementert slik at de øvre bits representerer tellinger som finner sted med en 90 kHz hastighet. Dette muliggjør presentasjon av tidsmerker (PTS) og dekodetidsmerker (DTS) som skal sammenlignes ved bruk av 90 kHz verdien. Siden hvert program eller hver tjeneste som utføres av datastrømmen kan ha sin egen PCR, kan programmene og tjenestene multiplekses asynkront.

Synkronisering av audio, video og data innen et program foregår ved bruk av en tidsmerkeløsning. Presentasjon av tidsmerker og dekodetidsmerker blir innført i transportstrøm-men for de separate video- og audiopakker. PTS- og DTS-informasjon blir benyttet av dekoderen for å bestemme når dekoding og visning av et bilde skal finne sted og når et audiosegment skal spilles. Som angitt ovenfor, er PTS- og DTS-verdiene bundet til samme taktgiver som er dannet av PCR-enhetene, men er begrenset av MPEG-2 standarden til en tidsoppløsning på 11,1 mikrosekunder. Denne oppløsning er begrenset av PTS-oppløsningen på 90 kHz takter som gis av de øvre 33 biter i PCR. Denne begrensning utelukker transport av generaliserte "høytakts"-data som er robuste overfor tidsfeil, for eksempel datatakter som ikke er heltallsknyttet til 90 kbps, ved bruk av samme løsning som foreligger for video- og audioinformasjon i en transportstrøm av standard MPEG-2 type.

MPEG-2 data, som for eksempel komprimerte video- og audiodata, må bli formatert til en pakkeformet elementærstrøm (PES) dannet fra en rekkefølge av PES-pakker. Hver PES-pakke innbefatter en PES-topptekst fulgt av en nyttelast. PES-pakkene blir så delt opp i nyttelaster med på hverandre følgende transportpakker som har fast lengde.

PES-pakkene er av variabel og forholdsvis lang lengde. Forskjellige mulige felt, som for eksempel presentasjon av tidsmerker og dekodetidsmerker, kan følge etter PES-toppteksten. Når transportpakkene er dannet av PES, er PES-topptekstene på transportpakkene. En enkel PES-pakke kan spenne over mange transportpakker og delseksjonene av PES-pakken må opptre i påfølgende transportpakker med samme PID-verdi. Det skal imidlertid påpekes at disse transportpakker kan bli fritt innfelt med andre transportpakker som har forskjellige PID-informasjoner og fører data fra forskjellige elementærstrømmer.

Videotjenester blir ført ved anbringelse av kodede MPEG-videostrømmer i PES-pakker som så blir delt opp i transportpakker for innføring i en transportstrøm. Hver video PES-pakke inneholder alt eller deler av et kodet videobilde, betegnet, som en video "tilgangsenhet". PTS- og DTS-data anbringes i PES-pakkens topptekst som omslutter den tilhør-ende tilgangsenhet. PTS benyttes til å påvirke dekoderen slik at den presenterer (for eksempel "viser") den tilhørende tilgangsenhet. DTS angir når dekoderen skal dekode til-gangsenheten.

Audiotjenester fremkommer i overensstemmelse med MPEG-standarden ved bruk av den samme spesifikasjon for PES-pakkelaget. PTS-data blir tilknyttet de pakker som innbefatter audiodelbildegrenser. Slike grenser blir definert med audiosynkord. Et audiodelbilde er definert som data mellom to på hverandre følgende audiosynkord.

For å rekonstruere et fjernsynssignal fra den video- og audioinformasjon som føres i en transportstrøm av MPEG-2 typen (for eksempel MPEG-2 eller DigiCipher II), er det nødvendig at en dekoder behandler videopakkene for utmatning til en videodekompresjonsprosessor (VDP) og audiopakkene for utmatning til en audiodekompresjonsprosessor (ADP). Det er også mulig å overføre andre typer data i en transportstrøm av denne type. For eksempel kan private data som tilbyr tjenester som for eksempel teletekst, aksjemarkeder og andre informasjoner føres som separate transportpakker utledet fra en separat pakkeformet elementærstrøm. Asynkrone dataparal-lellutføringer kan også foretas; en slik parallellutføring vil representere en RS-232 stils utgang fra dekoderen med den ekvivalente inngang til en koder. Transportpakker for slik informasjonstjeneste vil bli multiplekset med MPEG-video- og audiopakker i en avsluttende multipleks som sendes, for eksempel, via satelitt eller kabel.

Det ville være fordelaktig også å føre "lsokrone" data ved bruk av et format av MPEG-2 typen. lsokrone data er høyhas-tighets data som føres ved kantene av en regelmessig takt og skiller seg fra støtlignende "synkrone" data som kan ankomme med en uregelmessig takt. Således kan lsokrone data føre en dirrespesifikasjon og takten kan gjenopprettes med en enkel faselåsesløyfe (PLL). I alminnelighet er en isokron datakom-ponent en hvori databitene blir fremført ved hovedsakelig regulære hastigheter med en tilhørende takt. Ethvert avvik fra den regulære (lsokrone) hastighet vil bli dekket med den tillatte dirrespesifikasjon. Slike data kan benyttes for et hvilket som helst antall av store områder med "datautfør- ings"-anvendelser. Et eksempel er transport av innholdet i en Tl digital (dvs. telefondatalinje) datastrøm. Slike data-strømmer arbeider ved 1554 Mbps. Andre anvendelser innbefatter, men er ikke begrenset til, data for f orretningsnett, generelle høyhastighets datakommunikasjoner og så godt som enhver annen datatjeneste som krever konstante forsinkelses-data i overføringshastigheter som overskrider de som i alminnelighet er tilgjengelige ved bruk av asynkrone kommunikasjonsteknikker eller som ikke passer for variabel forsinkelse. Disse anvendelser er kjennetegnet ved en generell intoleranse for "bitslipp". Dette betyr at feil blir tolerert,, men resynkronisering innebærer netto forskyvninger av bitstrømmen, noe som fører til store forsinkelser i den endelige datasynkronisering.

I MPEG-2 standarden er presentasjonen av tidsmerker bare i stand til å peke på presentasjonsenheter (dvs. 8-bit byter av data "presentert" til dekoderen) med en oppløsning på 11,1 mikrosekunder. Denne begrensning skyldes 90 kHz hastigheten som settes opp med de øvre biter i den PCR-telling som er benyttet til å frembringe presentasjonen av tidsmerker. Med høyhastighets lsokrone data kan det være nødvendig å løse opp presentasjonsenhetene med høyere oppløsning særlig for å gjenfinne feil. Mer bestemt er det nødvendig å være i stand til å gi presentasjonsenhetene utvetydig i tid for å understøtte kontinuerlig variable hastigheter. Derfor vil det være fordelaktig å øke tidsoppløsningen for presentasjonen av tidsmerker over det som oppnås med en standard MPEG-2 utførelse. For eksempel ville det være fordelaktig å komme frem til et opplegg for økning av PTS-tidsoppløsningen for å muliggjøre robust transport av lsokrone data eller lignende med hastigheter opp til 9,0 Mbps eller mer.

Det ville videre være fordelaktig å komme frem til et opplegg for forenkling av en datamottaker for å få til passende takthastigheter basert på en systemtaktgiverfrekvens for å gjenopprette data fra en datastrøm. Særlig ville det være fordelaktig å komme frem til et opplegg der mottaker vil være i stand til å yte en takt ved en hvilken som helst ønsket informasjons datahastighet fra, for eksempel, 19,2 kbps til 9 Mbps til bruk ved utføring av lsokrone informasjonsdata via

DDS.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en fremgangsmåte og en anordning for overføring og mottagning av data i en tran-sportstrøm av MPEG-2 typen som har de nevnte og andre fordeler.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremkommet en fremgangsmåte for robust overføring av høyhastighets isokrone data i en transportstrøm av MPEG-2 typen. Isokrone data er frembrakt i en pakkeformet elementærstrøm (PES) med en PES-topptekst som kommer foran en PES-nyttelast. PES-nyttelasten innbefatter en isokron datatopptekst fulgt av en flerhet av isokrone data presentasjonsenheter. Den isokrone datatopptekst og presentasjonsenhetene som følger i PES er rettet inn slik at den første byte av den isokrone datatopptekst følger umiddelbart etter den siste byte i PES-toppteksten. En taktinkrementverdi innføres i den isokrone datatopptekst og spesifiserer forholdet mellom den isokrone datahastighet og en referansetakthastighet. Taktinkrementverdien gjør det mulig for den lsokrone datahastighet å bli utledet fra referansetakthastigheten ved en dekoder. PES blir pakket i en flerhet av isokrone datatransportpakker slik at en første nyttelastbyte i hver transportpakke er den første byte i en isokron datapresentasjonsenhet og en siste nyttelastbyte i hver pakke er den siste byte i en isokron datapresentasjonsenhet .

En presentasjons tidsmerkeforlengelse (PTS) finnes i den isokrone datatopptekst for å utfylle en standard MPEG-2 PTS som finnes i PES-toppteksten. Kombinasjonen av PTS-forlengelsen med den standard PTS gjør det mulig for tidsoppløsningen ved presentasjon av isokrone datapresentasjonsenheter å øke ved en dekoder.

I en illustrert utførelse er PTS-forlengelsen plassert ved begynnelsen av den isokrone datatopptekst. PTS-forlengelsen kan utledes fra de åtte mest signifikante bits i den standard MPEG-2 ni-bits PCR-forlengelse. Den åtte-bits PTS-forlengelse kan kombineres med MPEG-standardens trettitre-bit PTS for å øke tidsoppløsningen for den isokrone datapresentasjonstids-merker fra MPEG-2 standardoppløsningen på 11,1 mikrosekunder (90 kHz) til 74 nanosekunder (13,5 MHz) for utvetydig bestemmelse av den riktige starttid for presentasjonsenheten med referanse til en isokron data PTS.

I den illustrerte utførelse omfatter hver isokron datapresentasjonsenhet to åtte-bits byter, slik at presentasjonsenhetene omfatter seksten-bits ord.

En inkrementverdi kan finnes i den isokrone datatopptekst for spesifisering av forholdet mellom den isokrone datahastighet og en referansetakthastighet ved dekoderen.

Det er frembrakt en fremgangsmåte til gjenoppretting av isokrone data som blir oversendt ifølge en eller annen av de ovennevnte fremgangsmåter. En PES-topptekst og en isokron datatopptekst finnes i en mottatt datastrøm av isokrone datatransportpakker. Programtaktreferanseverdier (PCR) blir utledet fra de isokrone datatransportpakker. PCR-verdiene blir benyttet for å gjenopprette referansetakthastigheten. Taktinkrementverdien blir trukket ut fra den isokrone datatopptekst og benyttet for å utlede den isokrone datahastighet fra referansetakthastigheten. De isokrone data blir gjenopprettet med den isokrone datahastighet.

Den standard PTS blir trukket ut fra PES-toppteksten. PTS-forlengelsen blir trukket ut fra den isokrone datatopptekst. Den uttrukne standard PTS- og PTS-forlengelsen blir benyttet for å bestemme et korrekt tidspunkt for start av presentasjonen av de isokrone datapresentasjonsenheter som finnes i den mottatte datastrøm. I den illustrerte utførelse finnes PTS-forlengelsen ved begynnelsen av den isokrone datatopptekst selv om den som et alternativ kan være plassert andre steder. PTS-forlengelsen kan utledes fra de åtte mest signifikante biter av standard MPEG-2 ni-bits PCR-forlengelsen.

Det er frembrakt en anordning til gjenopprettelse av isokrone data fra en transportpakkestrøm av MPEG-2 typen for høye datahasttgheter på en måte som er robust overfor tap av transportpakker på grunn av feil. Det finnes anordninger for lokalisering av en topptekst for en pakkedannet elementær-strøm og en isokron datatopptekst i en mottatt isokron datatransportpakkestrøm. Det finnes også anordninger for ekstrahering av programtaktreferanseverdier (PCR) fra den isokrone datatransportpakkestrøm. Anordninger som reagerer på PCR-verdiene gjenoppretter en referansetakthastighet. Det finnes midler for ekstrahering av en taktinkrementverdi fra den isokrone datatopptekst. Den ekstraherte taktinkrementverdi og den gjenopprettede referansetakthastighet blir behandlet for å reprodusere den isokrone datahastighet. Anordninger som reagerer på den reproduserte isokrone datahastighet gjenoppretter de isokrone data.

Det finnes også anordninger til ekstrahering av et presentasjonstidsmerke for de isokrone data fra PES-toppteksten og for ekstrahering av en PTS-forlengelse av de isokrone data fra den isokrone datatopptekst. Anordninger som reagerer på den ekstraherte PTS og PTS-forlengelsen finnes for bestemmelse av. et korrekt tidspunkt for begynnelse av presentasjonen av presentasjonsenhetene for isokrone data som finnes i den mottatte datatransportpakkestrøm.

I en utførelse av anordningen blir PTS-forlengelsen ekstra- hert fra begynnelsen av den isokrone datatopptekst og de isokrone datapresentasjonsenheter er 16 bits i lengde.

Det finnes mottakeranordninger for gjenopprettelse av informasjonsdata fra en datastrøm. Informasjonen blir overført i datastrømmen med en informasjonsdatahastighet. En direkte digital syntesetakt frembringer en rekke referansetakthastigheter basert på en systemtaktfrekvens. Det finnes anordninger for lokalisering av en informasjonsdata topptekst i en mottatt informasjonsdata-transportpakkestrøm. Det foreligger også anordninger for ekstrahering av en taktinkrementverdi fra informasjonsdata toppteksten. Taktinkre-mentverdlen spesifiserer det nøyaktige forhold mellom informasjonsdatahastigheten og frekvensen for en faselåst taktgiver i systemet. DDS-taktgiveren reagerer på taktinkrementverdien for å frembringe et taktsignal med informasjonsdatahastigheten til bruk når inf ormas jonsdataen føres som utgang.

Inkrementverdien er forsynt med et helt tall. Datastrømmen kan, for eksempel, omfatte en transportpakkestrøm av MPEG-2 typen. En slik utførelse er den nominelle systemtaktfrekvens 27 MHz. Inkrementverdien er det nærmeste hele tall til produktet av informasjonsdatahastigheten og en modulverdi N dividert med den nominelle systemtaktfrekvens (dvs. 27.000.-000). I en spesiell utførelse er modulverdien N = 536.868.-000. Heltallsinkrementene kombinert med den tillatte 30 ppm variasjon fra den MPEG-nominelle 27 MHz systemtaktfrekvens, danner en kontinuerlig variabel taktgenerator for isokron datastøtte.

Fig. 1 viser skjematisk hvorledes en elementær datastrøm

blir pakkeformet i transportpakker;

fig. 2 viser mer i detalj PES og isokrone datatopptekster

som det vises til i fig. 1;

fig. 3 er et blokkskjema for en kodeanordning til samling av transportpakkene som er vist på fig. 1; og

fig. 4 er et blokkskjema for en dekoderanordning til gjenopprettelse av de isokrone data som føres av transportpakkene.

Fig. 1 viser skjematisk hvorledes de forskjellige digitale t jenestekomponenter kan multiplekses til en strøm av transportpakker. Multipleksing foregår ved pakkedannelse av rå elementærstrømmer som for eksempel kodet video, audio og data til PES-pakker og deretter kapsling av disse i transportpakker. Figuren er hare en illustrasjon siden en PES-pakke, som for eksempel den viste pakke 12, kan gå over i flere eller færre enn de syv transportpakker 22a-22g som er vist.

I eksempelet på fig. 1 er en elementær strøm generelt betegnet med 10 og omfatter en seriestrøm av databiter, som for eksempel de isokrone data som er vist. Det skal påpekes at andre typer av data kan ligge i elementærstrømmen for overføring i henhold til oppfinnelsen. Tilsvarende elemen-tærstrømmer vil bli dannet for komprimerte video- og audiodata ifølge MPEG-2 transportstandarden.

Det første trinnn i dannelsen av en transportpakkestrøm er å kapsle inn elementærstrømmen for hver type av data i en tilsvarende pakkedannet elementærstrøm (PES) dannet av på hverandre følgende PES-pakker, som for eksempel den viste pakke 12. Hver PES-pakke inneholder en PES-topptekst 14 fulgt av en PES-nyttelast inneholdende en serie av presentasjonsenheter (PU) 18 med fast lengde. Nyttelasten omfatter de data som skal kommuniseres. PES-toppteksten 14 inneholder informasjon som er nyttig ved behandlingen av nyttelastdata, som for eksempel presentasjonstidsmerket (PTS) i henhold til MPEG-2 systemenes spesifikasjon.

I henhold til foreliggende oppfinnelse skal en isokron datatopptekst (ISO-topptekst) 16 følge PES-toppteksten 14 som en del av PES-pakkens nyttelast. Presentasjonsenhetene 18 for nyttelasten følger ISO-toppteksten 16. ISO-toppteksten blir beskrevet mer i detalj i det følgende.

Toppteksten og nyttelastdata fra hver PES-pakke blir delt i individuelle transportpakker 22, 24, 26 med fast lengde, hver inneholdende en transporttopptekst 30 og nyttelastdata 36. Nyttelastdata for hver transportpakke vil inneholde en del av nyttelastdataene (dvs. presentasjonsenhetene 18) for den tilsvarende PES-pakke 12 og kan også inneholde PES-toppteksten 14 og ISO-toppteksten 16 som vist ved 22a. Transportpakken 22d er en annen isokron datatransportpakke i tran-sportpakkemultiplekset 20. Denne transportpakke innbefatter en transporttopptekst 30 så vel som nyttelast 36. Nyttelasten inneholder ikke en PES-topptekst eller ISO-topptekst fordi transportpakken er avledet fra nyttelastdata som følger etter PES-toppteksten og ISO-toppteksten i PES-pakken. Siden det bare finnes en PES-topptekst og en ISO-topptekst pr. PES-pakke, vil bare den første transportpakke som er avledet fra PES-pakken inneholde PES-toppteksten og ISO-toppteksten. Nyttelastsegmentene for de gjenværende transportpakker avledet fra PES-pakkene vil bare inneholde deler av de virkelige informasjonsdata som skal overføres.

I henhold til MPEG-2 systemenes spesifikasjon vil transport-pakketopptekstene 30 inneholde programidentifikatoren (PID) som skjelner hver transportpakkestrøm, som for eksempel en isokron datapakkestrøm, en videopakkestrøm eller en audio-pakkestrøm, fra andre pakkestrømmer. På fig. 1 er bare utledning av de isokrone datatransportpakker 22 vist. For å utlede videopakker 24 og audiopakker 26 finnes det tilsvarende elementærstrømmer (ikke vist) som er kapslet inn til PES-pakker og transportpakker på hovedsakelig samme måte som vist på fig. 1 når det gjelder dannelsen av de isokrone datapakker 22 bortsett fra at den isokrone datatopptekst 16 for foreliggende oppfinnelse Ikke finnes i video- eller audiotransportpakkene.

Hver MPEG-transportpakke inneholder 188 byter med data dannet fra transporttoppteksen 30 av minst fire byter og nyttelastdata 36 som kan være opp til 184 byter. Ifølge MPEG-2 systemspesifikasjonen kan et tilpasningsfelt på for eksempel åtte byter innføres mellom transporttoppteksten 30 og nyttelasten 36. Tilpasningsfelten med variabel lengde kan for eksempel inneholde programtaktreferansen (PCR) som benyttes for synkronisering av dekoderens systemtidstaktgiver.

Rekken med isokrone datapakker 22a, 22b, 22c ... 22g og andre pakker 24a-f... og 26a-f... blir multiplekset som vist på fig. 1 for å danne transportstrømmen 20 som overføres over kommunikasjonskanalen fra koderen til dekoderen. Formålet med dekoderen er å demultiplekse de forskjellige typer av transportpakker fra transportstrømmen basert på PID-ene for de individuelle pakker, og for deretter selektivt å behandle hver av de isokrone data-, audio- og videokomponenter til bruk ved rekonstruksjon av et fjernsynssignal og gjenopprettelse av en datastrøm som representeres av de isokrone data.

Fig. 2 viser PES-toppteksten 14 og ISO-toppteksten 16 mer i detalj. PES-toppteksten innbefatter informasjon 50 av varierende lengde og struktur i henhold til MPEG-2 systemspesif ikasjonen. Et eventuelt PTS-felt 52 kan følge lengde- og strukturinformasjonen 50. Hvis en PTS anvendes, finnes et motstykke PTS som en forlengelse i ISO-toppteksten 16. Som vist på fig. 2, er PTS-forlengelsen 54 fortrinnsvis plassert ved begynnelsen av ISO-toppteksten 16 slik at den følger umiddelbart etter PTS 52 i PES-toppteksten. Foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke begrenset til anbringelse av PTS-forlengelsen ved begynnelsen av ISO-toppteksten. PTS-forlengelsen kan finnes andre steder i ISO-toppteksten så lenge den kan bli påvist ved dekoderen til bruk for tilslut-ning til PTS for å forlenge tidsoppløsningen for presentering av de isokrone data ved dekoderens utgang. Ved å sørge for ytterligere åtte bits, for eksempel, i PTS-forlengelsen, som skal tilføyes de trettitre bits som finnes i den PTS som er spesifisert i MPEG-systemspeslfikasjonen, kan den standard MPEG-2 oppløsning på 11,1 mikrosekunder utvides til 74 nanosekunder for utvetydig bestemmelse av den riktige starttid for presentasjonsenheten som angitt med en forlenget isokron data PTS.

ISO-toppteksten kan også innbefatte forskjellig hastighet, lengde og inkrementinformasjon 56. Mer bestemt vil has-tighets-, lengde- og inkrementinformasjon innbefatte et datahastighetsflagg, et lengdefelt for den isokrone datatopptekst og et inkrementfelt som angir et forhold mellom informasjonsdatahastigheten (for eksempel den isokrone datahastighet) og en systemtaktfrekvens. Denne taktinkrementverdi skaper en direkte digital syntesetaktgiver ved en dekoder for å danne et taktsignal med informasjonsdatahastigheten til bruk når utmatningen er informasjonsdata som føres av en datatransportstrøm ifølge foreliggende oppfinnelse .

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hver isokron datapresentasjonsenhet 18 (fig. 1) seksten bits i lengde, dvs. et ord på to åtte-bit byter. De isokrone datapresentasjonsenheter er rettet inn med PES-syntaks ved at den første byte i den isokrone datatopptekst umiddelbart følger den siste byte i PES-toppteksten. Isokrone datapresentasjonsenheter er rettet inn med transportpakkenyttelaster slik at den første nyttelastbyte i en isokron datatransportpakke er den første byte for en isokron datapresentasjonsenhet (fulgt av enhver tilpasning, PES-topptekst og isokrone datatopptekst-felter). Den siste byte i en isokron datatransportpakke er den siste byte for en isokron datapresentasjonsenhet.

Syntaksen for isokrone data ifølge foreliggende oppfinnelse er beskrevet i det følgende ved bruk av den formelle grammatikk som anvendes av MPEG-2 systemspesifikasjonene. MPEG-grammatikken er en C-språklignende syntaks og er en fremgangsmåte til beskrivelse av sammenhengende sekvenser av bits, eventuelt med variable hastigheter i stedet for å spesifisere et prosedyreprogram og dets funksjoner som i dataspråket C. Den første kolonne i syntaksen inneholder syntakselementet. Den andre kolonne gir lengden på syntakselementet i bits, og den tredje kolonne identifiserer syntakstypen. Typene er bslbf (bitsekvens bit lengst til venstre først) og uimsbf (helt tall uten fortegn med mest signifikant bit først). Betegnelsen "isokron_data_topptekst() angir at syntakselementene i parentesene er et navnet sett og kan bli påkalt andre steder i syntaksen ved ganske enkelt å bruke betegnelsen "isokron data topptekst( )" . En tilstandsbestemt opptreden av bitstrukturer kan angis med de vanlige "hvis" prøver. De vanlige forholdsoperatører som er velkjente i C-språket er også tilgjengelige. Sløyfestrukturer er mulige og bruker standard C-sløyfesyntaks. Syntakstabellen følges av et sett semantikker som danner definisjoner for hvert av de tidligere udefinerte syntaksfelt og setter grenser for deres bruk. Den følgende isokrone databitstrøm-syntaks og bitstrømsemantikker representerer en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse:

Isokron datatopptekst:

For å begrense hver isokrone datasekvens til et like antall byter er det siste reserverte felt i den isokrone datatopp tekst spesifisert til å være et like antall byter. Syntaks for isokrone datatopptekster er:

Isokrone databitstrømsemantikker:

Isokron datasekvens

Isokron_data_presentasjons_enhet -- En 16 bits presentasjonsenhet av isokrone data der den første (venstre) bit blir presentert (gitt som utgang) før den andre bit etc.

Isokron datatopptekst:

pts_forl8 -- Et 8-bits felt som forlenger den PTS som føres i PES-toppteksten for denne PES. Dette felter de 8 mest signifikante bits i 9 bit PCR-utvidelsen som er definert i MPEG-2 systemspesifikasjonen og benyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse for å utvide tidsoppløsningen for de isokrone data PTS'er fra MPEG-2 systemspesifikasjonens oppløsning på 11,1 mikrosekunder (90 kHz) til 74 nanosekunder (13,5 MHz) for utvetydig bestemmelse av den riktige starttid for presentasjonsenheten som angitt med en isokron data PTS. data hast flagg — Et en-bits flagg som når det stilles til "1" angir at et inkrementfelt finnes i den isokrone datatopptekst . isokron_data topptekst lengde — Et 4-bits felt som angir antallet av ord (16 bits) av isokron datatopptekst som følger dette felt innbefattende de reserverte ord (enheter på 16 bits tvinger den isokrone datatopptekst til å ha et like antall byter som koblet med de isokrone datapresentasjonsenheter, tilpasningsfelt og PES-toppteksten også blir et like antall byter og tillater frembringelse av isokrone datatransportpakker uten utfyllingsbyter og dermed med høyere effektivitet). inkrement — Et 28-bits felt som angir den isokrone datatakt-inkrementverdi og antar en verdi som beskriver det nøyaktige forhold mellom den isokrone datahastighet og en faselåst referansetakt, for eksempel, en MPEG-2 27 MHz referanse. I en foretrukket utførelse er inkrementet: inkrement = NINT(isokron datahastighet<«>536.868.000/nomi -neil_system_takt_frekvens); der: nominell_system_takt_frekvens er spesifisert av MPEG som 27 MHz og "NINT" betyr "nærmeste hele tall". Som påpekt ovenfor tillater MPEG en 30 ppm variasjon fra den nominelle systemtaktf rekvens .

reservert -- Et n-bit felt med reserverte ord for hvilket dekoderen ikke antar noen bestemt verdi.

Blokkskjemaet på fig. 3 viser en mulig koder til utøvelse av foreliggende oppfinnelse. Isokrone data (for eksempel fra elementærstrømmen 10 - fig. 1) innmates via en klemme 60 til et trinn.62 for innsetting av topptekst der det innsettes de data som er nødvendige til dannelse av ISO-toppteksten 16. Disse data kommer, for eksempel, fra en systemmikroproséssor som ikke er vist. ISO-dataene med den innsatte ISO-topptekst mottas av PES-pakkedannertrinnet 66 som setter inn PES-toppteksten 14 etter at denne er blitt samlet av PES- topptekstdatainngang via klemmen 68. På samme måte som med ISO-topptekstdata kan PES-topptekstdata fåes fra en sys-temmikroprosessor eller en annen datakilde, noe som er velkjent på dette området.

Et isokront datataktsignal føres som inngang via klemme 65 til en faselåsesløyfe (PLL) 67 i koderen på fig. 3. PLL kan omfatte, for eksempel, en 27 MHz oscillator og DDS-krets for å låse inngangstaktsignalet ved bruk av den nærmeste inkrementverdi som beregnet ovenfor. PCR-verdiene blir så frembrakt med en PCR-generator 69. PCR-verdiene innmates som transporttilpasningsdata til en transportpakkedanner 70 som er beskrevet mer i detalj i det følgende.

Etter at ISO-toppteksten og PES-toppteksten er blitt innsatt i den isokrone elementære datastrøm blir deretter nyttelastdata innført via klemmen 60 og den blir segmentert for å følge topptekstene i form av presentasjonsenheter 18 med fast lengde. Resultatet er en rekkefølge av PES-pakker 12 som er utgang fra PES-pakkedanneren 66 til transportpakkedannetrin-net 70. På dette punkt blir de data som er nødvendige for å samle transporttoppteksten mottatt via en klemme 72 på vanlig måte og samlet til en transporttopptekst som tilhørende nyttelastdata blir knyttet til. Nyttelastdataene omfatter den neste del av data (dvs. PES-topptekstdata, ISO-topptekstdata og/eller presentasjonsenheter) fra den eller de gjeldende PES-pakker. Utgangen fra pakkedanneren 70 er en serie med isokrone datatransportpakker 22 der hver vil omfatte en transporttopptekst og en nyttelast og kan, men behøver ikke, innbefatte PES-topptekst og isokron datatopptekstinformasjon som en del av nyttelasten.

De isokrone datatransportpakker fra pakkedanneren 70 kan multiplekses med komprimerte audiopakker og videopakker som inngang til en multiplekser 74 via klemmene 76 respektivt 78. Audio- og videopakkene fremkommer i overensstemmelse med MPEG-2 systemspesif ikasjonen, noe som er velkjent på dette området. Multiplekseren 74 samler transportpakkene 1 en transportpakkestrøm 20 (som vist på fig. 1). Transportpakke-strømmen blir modulert i en vanlig modulator 80 og overført med en vanlig sender 82 via satelitt, kabel eller annen kommunikasjonkanal.

Fig. 4 viser en mottaker ("dekoder") for overføringsmulti-pleksutgangen fra koderen på fig. 3. Overføringsmultiplekset innmates til en dekoder 92 via en klemme 90 og demoduleres i en vanlig demodulator 94. En demultiplekser 96 gjenoppretter audiopakkene, videopakkene og de isokrone datapakker fra den demoduier-te transportpakkestrøm. De isokrone datapakker innmates til en topptekstprosessor 98 som kan omfatte en vanlig mikroprosessor programmert for å gjenopprette PES-toppteksten og ISO-toppteksten fra den isokrone data-pakkestrøm. PTS blir trukket ut fra PES-toppteksten i et PTS-ekstraksjonstrinn 102. PTS-forlengelsen som er innført ifølge foreliggende oppfinnelse blir trukket ut fra ISO-toppteksten med et PTS-forlengelsesekstraksjonstrinn 104. PTS og PTS-forlengelsen blir kombinert i en kombineringsanordning 106 for å danne de isokrone data PTS'er som sørger for at høyhastighets isokrone data blir presentert nøyaktig i tide. En PTS-dekoder 108 trekker ut tidsinformasjonen fra den utvidede isokrone data PTS-utgang fra kombinasjonsanordningen 106. Denne tidsinformasjon innmates til en isokron dataekstraksjonsanordning 110 som også mottar de isokrone datapakker fra demultiplekseren 96. Systemtidsinformasjon fra topptekstprosessoren 98 åpner ekstraksjonstrinnene 102, 104, PTS-dekoderen 108 og den isokrone dataekstraksjonsanordning 110 for å plassere og behandle de data som presenteres ved hvert trinn riktig. ISO-dataektraheringsanordningen 110 reagerer på PTS'ene fra PTS-dekoderen 108 for å presentere de individuelle isokrone datapresentasjonsenheter (de gjenopprettede "ISO data") på det rette tidspunkt. De presenterte ISO-data utmates fra en ISO-dataekstraheringsanordning 110 til bruk ved frembringelse av en ønsket tjeneste basert på den informasjon som ligger i dataene.

Dekoderen på fig. 4 innbefatter også en DDS-taktgiver 110 som benyttes til å gi en rekke referansetakthastigheter som benyttes av topptekstprosessoren og/eller andre komponenter i dekoderen. Systemets tidsutgang fra topptekstprosessoren 98 er basert på en eller flere av referansetakthastighetene som gis av DDS-taktgiveren. Disse referansetakthastigheter er basert på en systemtaktfrekvens, for eksempel, 27 MHz systemtaktfrekvensen som er angitt i MPEG-2 systemspesifikasjonen. For å behandle PCR'er til å frembringe systemtaktf rekvensen til bruk i DDS innbefatter dekoderen en PCR-spalter 97 som trekker ut PCR-verdier fra de isokrone datatransportpakker. De uttrukne PCR-verdier benyttes til å låse en faselåsesløyfe 79 som frembringer systemets takt (for eksempel 27 MHz). Systemtakten gis som inngang til DDS-taktgiveren 100 til bruk ved frembringelse av de referansetakthastigheter som er beskrevet ovenfor.

For å forenkle dekoderen finnes et takt "inkrement" i den isokrone datatopptekst for å spesifisere forholdet mellom den isokrone datahastighet og systemets taktfrekvens. Dette inkrement blir gjenopprettet av topptekstprosessoren 98 og ført som inngang til DDS taktgiveren 100 som bruker inkrementet til å gi et taktsignal med den isokrone datahastighet til bruk ved presentasjon av de isokrone data.

Bruken av et taktinkrement i den isokrone datatopptekst opphever behovet for at dekoderen må beregne dette inkrement for sin egen del. I vanlige systemer som gjør bruk av en direkte digital syntesetaktgiver mottar dekoderen en nødvendig taktf rekvensindikator med de data som skal gjenopprettes. Taktfrekvensindikatoren spesifiserer den egentlige taktfrekvens som skal syntetiseres med DDS-taktgiveren. Siden DDS-taktgiveren skalerer en eksisterende systemtakt for å frembringe forskjellige faste taktfrekven-ser, må vanlige dekodere først bestemme forholdet mellom den ønskede taktfrekvens og systemets taktfrekvens hvorfra den ønskede taktfrekvens må avledes. Den behandlende maskinvare som er nødvendig for å utføre denne funksjon øker omkost-ninger ved dekoderen og gjør denne mer komplisert. I en digital fjernsynskoder må omkostningene holdes lavest mulig siden en separat dekoder vil være nødvendig for hver av de millioner av fjernsynssendinger på dette felt. Ved å gi dekoderen et inkrement som kan benyttes direkte av DDS-taktgiveren til å frembringe den ønskede frekvens, blir omkostningene for mottakeren redusert og den blir mindre komplisert. I systemet ifølge foreliggende oppfinnelse utføres beregningen av det inkrement som er nødvendig for å gi den ønskede frekvens utført sentralt ved koderen som betjener -.millioner av dekodere på feltet. Dekoderene behøver derfor ikke foreta denne beregning.

Det skulle nå være klart at foreliggende oppfinnelse går ut på en fremgangsmåte og en anordning til overføring av informasjonsdata, som for eksempel isokrone data, i en transportstrøm av MPEG-2 typen. De isokrone data følger en PES-topptekst i nyttelastdelen av en pakkeformet elementær-strøm. PES-nyttelasten begynner med en isokron datatopptekst som blir etterfulgt av isokrone datapresentasjonsenheter. I den foretrukne utførelse har presentasjonsenhetene en lengde på 16 bits. Presentasjonsenhetene er rettet inn med den pakkedannede elementærstrøm med den første byte i den isokrone datatopptekst fulgt etter den siste byte i PES-toppteksten. De isokrone datapresentasjonsenheter er også rettet inn med de transportpakker som fører dem. Særlig er den første nyttelastbyte i en transportpakke den første byte av en presentasjonsenhet. Den siste byte i en transportpakke er den siste byte i en presentasjonsenhet. En unik isokron databitstrømsyntaks er utviklet for å implementere foreliggende oppfinnelse. Syntaksen frembringer et taktinkrement i den isokrone datatopptekst for å beskrive forholdet mellom den isokrone datahastighet og en systemreferanse og skaper derved ytterligere informasjon for dekoderen, og dette muliggjør reduksjon i prisen på mottakeren og denne blir mindre komplisert.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for robust overføring av høyhastighets isokrone data i en transportstrøm av MPEG-2 typen,karakterisert vedat den omfatter trinnene med: frembringelse av de lsokrone data i en pakkedannet elementær-strøm (PES) meden PES-topptekst som kommer foran en PES-nyttelast, hvilken PES-nyttelast innbefatter en isokron datatopptekst fulgt av en flerhet av isokrone datapresentasjonsenheter ; innretning av den isokrone datatopptekst og presentasjonsenhetene som følger i den pakkedannede elementærstrøm slik at den første byte av den isokrone datatopptekst følger umiddelbart etter den siste byte av PES-toppteksten; innføring av en taktinkrementverdi i den isokrone datatopptekst for angivelse av forholdet mellom den lsokrone datahastighet og en referansetakthastighet, hvilken taktinkrementverdi gjør det mulig for den isokrone datahastighet å bli avledet fra referansetakthastigheten ved en dekoder; og pakkedannelse av PES i en flerhet av isokrone datatransportpakker slik at en første nyttelastbyte i hver transportpakke er den første byte i en isokron datapresentasjonsenhet og den siste nyttelastbyte i hver av pakkene er den siste byte av en isokron datapresentasjonsenhet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den omfatter frembringelse av en forlengelse av presentasjonstidsmerket (PES) i den isokrone datatopptekst for å utfylle en standard MPEG-2 PTS som finnes i PES-toppteksten når kombinasjon av PTS-forlengelsen med standard PTS gjør det mulig for t idsoppløsningen for presentasjon av isokrone datapresentasjonsenheter i dekoderen å bli øket.

3. Fremgangsmåte til gjenoppretning av isokrone data som overføres i henhold til fremgangsmåten i krav 1,karakterisert vedat den omfatter trinnene med: lokalisering av en PES-topptekst og en isokron datatopptekst i en mottatt datastrøm med isokrone datatransportpakker; ekstrahering av programtaktreferanseverdier (PCR) fra de isokrone datatransportpakker; bruk av PCR-verdiene for å gjenopprette referansetakthastigheten; uttrekning av taktinkrementverdien fra den isokrone datatopptekst ; bruk av den uttrukne inkrementverdi for å utlede den isokrone datahastighet fra referansetakthastigheten; og gjenopprettelse av de isokrone data med den isokrone datahastighet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3 der, før overføring av de høyhastighets isokrone data i transportstrømmen av MPEG-2 typen frembringes det i den isokrone datatopptekst en forlengelse av presentasjonstidsmerket (PTS) for å utfylle en standard MPEG-2 PTS som finnes i PES-toppteksten, der kombinasjonen av PTS-forlengelsen med standard PTS gjør det mulig for tidsoppløsningen for presentasjon av isokrone datapresentasjonsenheter i dekoderen å bli øket,karakterisert vedat fremgangsmåten for gjenopprettelse av de isokrone data omfatter de ytterligere trinn med: uttrekning av standard PTS fra PES-toppteksten; uttrekning av PTS-forlengelsen fra den isokrone datatopptekst; og bruk av den uttrukne standard PTS og PTS-forlengelsen for å bestemme et korrekt tidspunkt for begynnelse av presentasjonen av de isokrone datapresentasjonsenheter som inneholdes i den mottatte datastrøm.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller 4,karakterisert vedat PTS-forlengelsen finnes ved begynnelsen av den isokrone datatopptekst.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisert vedat PTS-forlengelsen er utledet fra de åtte mest signifikante bits i den standard MPEG-2 ni-bits PCR-forlengelse.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat PTS-forlengelsen er en åtte-bits forlengelse kombinert med en standard 33-bit PTS for å øke tidsoppløsningen fra omtrent 11,1 mikrosekunder til omtrent 74 nanosekunder.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, 6 eller 7,karakterisert vedat hver av de isokrone datapresentasjonsenheter har en lengde på 16 bits.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den omfatter det ytterligere trinn med innføring av PCR-verdier i de isokrone datatransportpakker til bruk for dekoderen ved gjenopprettelse av referansetakthastigheten .

10. Anordning til gjenopprettelse av isokrone data som føres med en isokron datahastighet i en transportstrøm av MPEG-2 typen,karakterisert vedat den omfatter: anordning for lokalisering av en topptekst i en pakkeformet elementærstrøm (PES) og en isokron datatopptekst i en mottatt isokron datatransportpakkestrøm; anordning for uttrekning av programtakt referanseverdier (PCR) fra den isokrone datatransportpakkestrøm; anordninger som reagerer på PCR-verdiene for gjenopprettelse av en referansetakthastighet; anordning for uttrekning av en taktinkrementverdi fra den isokrone datatopptekst; anordning for behandling av den uttrukne taktinkrementverdi og den gjenopprettede referansetakthastighet for å reprodusere den isokrone datahastighet; og anordning som reagerer på den isokrone datahastighet som er reprodusert av behandlingsanordningen for gjenopprettelse av de isokrwie data.

11. Anordning som angitt i krav 10,karakterisertved at den videre omfatter: anordning for uttrekning av et presentasjonstidsmerke (PTS) for de isokrone data fra PES-toppteksten; anordning for uttrekning av en PTS-forlengelse for de isokrone data fra den isokrone datatopptekst; og anordning som reagerer på den uttrukne PTS og PTS-forlengelsen for bestemmelse av et korrekt tidspunkt for begynnelse av presentasjonen av isokrone datapresentasjonsenheter som finnes i den mottatte datatransportpakkestrøme.

12. Anordning som angitt i krav 11,karakterisertved at PTS-forlengelsen trekkes ut fra begynnelsen av den isokrone datatopptekst.

13. Anordning som angitt i krav 11,karakterisertved at de isokrone datapresentasjonsenheter har en lengde på 16 bits.

14. Dekoderanordning for gjenopprettelse av Informasjonsdata fra en datastrøm, hvilken informasjon blir overført i datastrøm-men med en informasjonsdatahastighet,karakterisert vedat den omfatter: en direkte digital syntese (DDS) taktgiver til frembringelse av en flerhet av referansetakthastigheter basert på en systemtaktf rekvens; anordning for lokalisering av en informasjonsdatatopptekst i en mottatt informasjonsdata transportpakkestrøm; og anordning for uttrekning av en taktinkrementverdi fra inf ormas j-onsdatatoppteksten, hvilken taktinkrementverdi spesifiserer forholdet mellom informasjonsdatatakten og systemets taktfrekvens der DDS-taktgiveren reagerer på taktinkrementverdien for frembringelse av et taktsignal med informasjonsdatahastigheten til bruk ved føring av informa-sjonsdataene som utgang.

15 . Anordning som angitt i krav 14,karakterisertved at inkrementverdien er et helt tall.

16. Anordning som angitt i krav 15,karakterisertved at: datastrømmen er en transportstrøm av MPEG-2 typen; systemtaktfrekvensen er omtrent 27 MHz; og inkrementverdien er det nærmeste hele tall til produktet av informasjonsdatahastigheten og en modulverdi N dividert med 27.000.000.

17. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at modulverdien N = 536.868.000.

18. Anordning som angitt i krav 14,karakterisertved at: systemtaktfrekvensen har et toleranseområde som setter DDS-taktgiveren i stand til å frembringe et så godt som kontinuerlig område for referansetakthastigheter fra en systemtakt for å gjenopprette informasjon med en hvilken som helst informasjonshastighet innenfor det nevnte stort sett kontinuerlige området.