PT1040658E

PT1040658E - Processo e aparelho para converter uma corrente de bits mpeg-2 numa corrente de bits compativel smpte-259

Info

Publication number: PT1040658E
Application number: PT80301764T
Authority: PT
Inventors: Bhavesh Bhalchandra Bhatt; Ragnar Hlynur Jonsson
Original assignee: Thomson Licensing Sa
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-19
Publication date: 2002-01-30
Also published as: PL188867B1; JP4836326B2; AU2200699A; CA2313525A1; CN1282488A; JP2001527347A; CA2313525C; EP1040658B1; HUP0004848A3; CN1197366C; DE69801164D1; KR100574705B1; EP1040658A1; PL340901A1; DE69801164T2; ES2159197T3; HUP0004848A2; BR9813599A; WO1999033268A1; KR20010032610A

Description

80 279 ΕΡ 1 040 658 /PT

A

J&

DESCRICAO “Processo e aparelho para converter uma corrente de blts MPEG-2 numa corrente de bits compatível SMPTE-259”

Antecedentes do Invento a. Campo do invento O presente invento refere-se ao processamento de sinais digitais e, mais particularmente, à manipulação e/ou conversão de dados comprimidos MPEG-2.

Descrição da técnica anterior

No mundo dos estúdios de produção de televisão, há uma miríade de equipamentos necessários para eventualmente radiodifundir ou transmitir um sinal de televisão. O estúdio de produção tem muitas alimentações de vídeo (entradas) à sua disposição para selecção do sinal de vídeo a ser utilizado. Exemplos de alimentações de vídeo são alimentações em directo, alimentações de rede, alimentações de satélite e conteúdos de vídeo gerados localmente. Do mesmo modo, o estúdio de produção tem muitos destinos de vídeo (saídas) que podem ser seleccionados encaminhando o sinal de vídeo. Exemplos de tais destinos de vídeo são as máquinas de fita para fins de arquivo, comutadores de produção para efeitos especiais e a antena de radiodifusão.

As alimentações de vídeo utilizam geralmente o padrão SMPTE 259 (M) (Sociedade de Engenheiros de Filmes e de Televisão). Este padrão descreve uma interface digital em série para o equipamento de televisão digital do sistema M (525/60) que opera quer com sinais de componentes 4:2:2 quer com sinais digitais compósitos 4fsc NTSC (Comissão Nacional de Padrões de Televisão). O equipamento de saída também utiliza o padrão. A fim de gerir as várias entradas e saídas, os estúdios utilizam geralmente um dispositivo conhecido como um encaminhador de vídeo. Um encaminhador de vídeo típico toma as correntes de entrada de vídeo ou os sinais no formato compatível SMPTE-259 e encaminha o sinal para o destino desejado. Com vista a comutar de uma alimentação de vídeo para outra alimentação de vídeo, o encaminhador de vídeo realiza a mudança ou comutação da alimentação do vídeo

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ΕΡ 1 040 658 /PT 2 durante o intervalo de apagamento vertical e, sendo NTSC, as velocidades de quadro de todo o vídeo através do encaminhador deverá ser 29,97 Hz. O encaminhador de vídeo típico como descrito acima é uma peça de equipamento bastante complexa e cara devido aos circuitos electrónicos necessários para realizar as funções de transferência ou de encaminhamento.

Embora o padrão SMPTE-259 seja um padrão digital, a fim dos estúdios começarem a produção, processamento e transmissão de televisão de alta definição (HDTV), será necessário ter dispositivos de entrada e de saída de video compatíveis MPEG-2 tais como câmaras HDTV, monitores HDTV e equipamento de pós-produção HDTV para referir apenas alguns. Assim, quando os estúdios começarem a produção, processamento e transmissão de material televisão de alta definição (HDTV), o encaminhador SMPTE-259 não funcionará mais. A substituição do encaminhador SMPTE-259 será muito provavelmente uma das peças do equipamento mais caras.

Assim, é um objecto do presente invento proporcionar um método e um aparelho para converter tipos diferentes de correntes de bits de entrada numa corrente de bits compatível SMPTE-259, particularmente para utilização por um encaminhador SMPTE-259. É, mais especificamente, um objecto, do presente invento é proporcionar um método e um aparelho para converter uma corrente de bits MPEG-2 num formato compatível SMPTE-259, para permitir à corrente de bits HDTV comprimida MPEG-2 ser encaminhável através de um encaminhador SMPTE-259.

Um outro objecto do presente invento é proporcionar meios pelos quais um estúdio de televisão pode encaminhar os sinais tanto de vídeo de definição padrão (por exemplo, NTSC) e como os sinais de vídeo HDTV através do mesmo encaminhador de vídeo. É ainda um outro objecto do presente invento proporcionar um método “passagem de quadro” e um aparelho para minimizar a perda de informação entre as velocidades de quadro das correntes de bits entrada e saída para a conversão de um formato de corrente de bits num outro formato de corrente de bits.

OG 279

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Um outro objecto do presente invento é, ainda, proporcionar um tradutor de palavras que converte os caracteres que são proibidos no padrão SMPTE-259 mas que podem existir na corrente de bits como “caracteres de escape".

Sumário do Invento

Uma forma do presente invento, consiste num método e um aparelho para a execução do método para conversão de uma corrente de bits do tipo MPEG-2 numa corrente de bits de formato compatível SMPTE-259. A corrente de bits MPEG-2 é primeiro descodificada, de modo que são gerados os coeficientes DCT e os vectores de movimento. A corrente de bits é codificada de novo num formato de quadro I total e o 1001° quadro é passada apenas quando a velocidade do quadro da corrente de bits de entrada é diferente de 29,97 ou 59,94 Hz. Em seguida, a corrente de bits codificada de novo é enviada a um codificador de cabeçalho e codificador SMPTE-259.

No caso em que a corrente de bits de entrada é um formato de quadro I, P e B, a informação de pixel é passada quando o 1001° quadro encontrado é determinada para ser um quadro B, de outro modo é passado o quadro I ou P. Isto permite à corrente de bits de saída ser compatível SMPTE-259 a uma velocidade de quadro de 29,97 ou 59,94 Hz.

De acordo com um aspecto do presente invento, um tradutor de palavras num codificador SMPTE-259 converte qualquer carácter proibido SMPTE-259 num carácter reconhecível.

Breve descrição dos desenhos

De modo que a maneira pela qual as características, vantagens e objectos do presente invento acima referidos são conseguidos e possam ser entendidos em pormenor, uma descrição mais particular do invento brevemente sumariada acima, pode ser tida com referência à concretização que está representada nos desenhos anexos, em que: a Fig. 1 é um diagrama de blocos geral de uma aplicação de um estúdio de radiodifusão típico equipado com ambos os equipamentos analógicos e digitais, utilizando o equipamento analógico SMPTE-259 para produção e encaminhamento, 4 00 279

ΕΡ 1 040 658 /PT utilizando o equipamento digital MPEG-1, proporcionando o presente transcodificador uma interface entre os dois sistemas; a Fig. 2 é um diagrama de blocos de nível de topo do presente transcodificador; e a Fig. 3 é um diagrama de blocos pormenorizado do presente transcodificador.

Deve ser notado, no entanto, que os desenhos anexos representam apenas uma concretização típica do invento e não devem por isso ser considerados como limitando o seu âmbito, podendo o invento admitir outras concretizações igualmente eficazes.

Descrição pormenorizada do invento

Referindo agora a Fig. 1, é mostrado um diagrama de blocos de nível de topo dos vários componentes utilizados numa produção de televisão típica ou estúdio de radiodifusão utilizando tipos de sinal híbridos (isto é, ambos HDTV e SDTV). O diagrama de blocos da Fig. 1 pode ser partido numa metade superior 10 e numa metade inferior 12, mostradas separadas por uma linha a tracejado, correspondendo a metade superior 10 ao tipo ou formato de sinal SDTV e correspondendo a metade inferior 12 ao tipo ou formato de sinal HDTV. O formato SDTV é compatível SMPTE-259 e concebido como “CF”, enquanto que o formato HDTV é concebido como “AF".

No núcleo da porção SDTV 10 do estúdio está o encaminhador SMPTE-259 14. O encaminhador 14 recebe uma corrente de bits num formato compatível SMPTE-259 e dá saída ou encaminha a corrente de vídeo para um destino desejado. As entradas para o encaminhador 14 podem ser de uma câmara 16 de formato NTSC (CF), um gravador de vídeo NTSC (VTR) 18 ou outro equipamento NTSC 20, cada um em comunicação com o encaminhador 14. As correntes de bits de saída podem ser encaminhadas para a fita NTSC 18, um monitor NTSC 22, um transmissor NTSC 24 ou outro equipamento NTSC 20, cada um em comunicação com o encaminhador 14. Uma vez que o encaminhador 14 é um encaminhador SMPTE-259, o encaminhador 14 suporta uma velocidade de quadro de apenas 29,97 Hertz.

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ΕΡ 1 040 658 /PT 5 A porção inferior 12 é a porção HDTV (AF) e é caracterizada por um encaminhador MPEG-2 26 o qual funciona da mesma maneira que o encaminhador 14, mas para correntes de bits HDTV. Um controlador de comutação de pacotes 27 proporciona uma entrada para o encaminhador 26. O encaminhador 26 recebe uma corrente de bits dos dispositivos de entrada tais como uma câmara HDTV (AF) 28, um equipamento/DVD de fita 30, servidor(es) de vídeo 32 e outros equipamento/recursos transcodificados 34. As correntes de bits de saída podem ser encaminhadas para o equipamento/DVD de fita 30, os servidor(es) de vídeo 32, outros equipamento/recursos transcodificados 34, o equipamento de reprodução para transmissão 36, um monitor HDTV 38 e um transmissor HDTV 40.

De acordo com um objecto do presente invento, é proporcionado um conversor 42 de corrente de bits MPEG-2 para SMPTE-259 que recebe uma corrente de bits de saída MPEG-2 do encaminhador HDTV 26, converte a corrente de bits MPEG-2 numa corrente de bits compatível SMPTE-259 e proporciona a corrente de bits compatível SMPTE-259 como uma entrada para o encaminhador SDTV 14. Desta maneira, o encaminhador SDTV 14 reconhecerá e aceitará a corrente de bits de entrada e, por conseguinte, será capaz de manipular a corrente de bits de entrada. A fim de proporcionar a sincronização de tempo entre a corrente de bits compatível SMPTE-259 do conversor 42, o conversor 42 de corrente de bits MPEG-2 para SMPTE-259 recebe como uma entrada a referência de tempo 46 que é derivada do encaminhador SMPTE-259 14. É proporcionado adicionalmente um conversor SMPTE-259 para MPEG-2 44 para proporcionar uma corrente de bits compatível MPEG-2 ao encaminhador HDTV 26 do encaminhador SDTV 14. O conversor 44 recebe a corrente de bits SMPTE-259 do encaminhador 14, codifica a corrente de bits em MPEG-2 de uma maneira conhecida na técnica e faz então sair a corrente de bits para o encaminhador 26.

Agora com particular referência à Fig. 2, é mostrado um diagrama de blocos de nível de topo do presente conversor 42 MPEG-2 para SMPTE-259. A corrente de bits de entrada do encaminhador 26 está no formato MPEG-2 e entra no conversor 42 através da linha 47. A corrente de bits de entrada entra num descodificador de transporte 48, onde os dados MPEG-2 são extraídos da corrente de bits. Os dados MPEG-2 extraídos são enviados para um descodificador de cabeçalho 50, onde os parâmetros vídeo relevantes como a velocidade de quadro e os parâmetros de codificação, como a escala quântica de entrada, a velocidade de bits de entrada e semelhantes são extraídas. Os dados extraídos do descodificador de cabeçalho 50 são enviados para o descodificador de comprimento variável

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ΕΡ 1 040 658 /PT 6 (VLD) 50. O VLD 50 separa os dados dos vectores de movimento codificados dos dados da transformada coseno discreta (DCT). Os vectores de movimento (MV) são derivados por um dispositivo de predição de vector de movimento 52 e derivação de vector de movimento 54. Os dados DCT são utilizados pelo bloco de ordenação em ziguezague inverso 58 para derivar os coeficientes DCT 60. Tanto os coeficientes DCT do bloco de coeficientes DCT 60 como os vectores de movimento do bloco de vectores de movimento 54 são feitos entrar para um transcodificador 56. A função principal do transcodificador 56 é receber os vectores de movimento e os coeficientes DCT feitos entrar e gerar informação pixel para a criação de novos dados (NDATA). Além dos vectores de movimento e coeficientes DCT, o transcodificador 56 recebe também a escala quântica anterior (PQS) e a velocidade de quadro de entrada (IFR) como uma entrada de um descodificador de cabeçalho 50. Os pixels descodificados pelo transcodificador 56 são codificados de novo num formato de quadro I total, designado como NDATA e, assim, enviados para o multiplexador e codificador de cabeçalho SMPTE-259 62. Depois do codificador de cabeçalho 62, a corrente de bits é enviada para um codificador SMPTE-259 64 para inserir as palavras de código necessárias para indicar as condições de limite do quadro compatíveis SMPTE-259. O codificador 64 faz sair o formato compatível SMPTE-259 codificado de novo para o encaminhador SMPTE-259 14 através da linha 65 (ver a Fig. 1). Isto permite então a comutação ou o encaminhamento da corrente de bits MPEG-2 anterior pelo encaminhador SMPTE-259 14. O codificador 64 também recebe um sinal de relógio do descodificador de transporte 48 através de um módulo de recuperação de relógio 66 e bloco circuito fechado de bloqueio de fase 68.

Referindo agora a Fig. 3, é mostrado um diagrama de blocos do transcodificador 56. De novo, a função principal do transcodificador 56 é gerar informação de pixel a partir da corrente de bits MPEG-2 de entrada por descodificação e fazer sair a informação de pixel codificada de novo num formato de quadro I total para codificação num formato compatível SMPTE-259. Geralmente, o transcodificador 56 inclui uma secção de descodificação e uma secção de codificação. A secção de descodificação descodifica a corrente de bits codificado MPEG-2, enquanto a secção de codificação processa (“codifica”) a corrente de bits descodificada para eventual codificação SMPTE-259, como descrito acima com referência à Fig. 2. Os coeficiente DCT são recebidos pelo bloco IDCT (DCT dc entrada) 72. O vector de movimento (MV) é recebido pelo

86 279 ΕΡ 1 040 658 /PT 7 ./V- 0^' £ bloco de compensação de movimento 76, cuja saída é adicionada ao IDCT pelo bloco de soma 74. A saída de compensação de movimento é utilizada também para gerar os novos coeficientes DCT pelo bloco DCT 78. No entanto, não é necessária a compensação de movimento pelo codificador nos casos em que a entrada é do quadro I total. Depois da criação dos coeficientes DCT, a saída é quantificada pelo bloco quantificador 80 e então enviada para o bloco 82 de descodificação de comprimento variável (VLD).

Uma vez que o encaminhador SMPTE-259 14 apenas suporta a velocidade de quadro de 29,97 Hz e o MPEG-2 pode ter velocidades de quadro de 29,97 Hz, 30 Hz, 59,94 Hz ou 60 Hz, o transcodificador 56 tem a capacidade de desprezar um em cada 1001 quadros, quando tal é necessário. Isto é conseguido pelo bloco detector e contador de quadros 86. O bloco detector e contador de quadros 86 recebe a velocidade de quadro de entrada (IFR) como determinado pelo descodificador de cabeçalho 50 (ver a Fig. 2) e a saída do bloco de compensação de movimento 76. Se a velocidade de quadro de entrada é quer 30 quer 60 Hz (59,94 Hz é um múltiplo de 29,97 Hz), o detector e contador de quadros 86 é capaz de deixar passar um em todos os 1001 quadros. Uma vez que todos os codificadores MPEG-2 têm uma memória intermédia para “apurar" a velocidade de bits de saída, esta memória intermédia pode ser utilizada para deixar passar um quadro. Se a velocidade de quadro de entrada é 29,97 ou 59,94 Hz, não há necessidade para a passagem de quadros, e o detector e contador de quadros 86 não é permitido. A velocidade de quadro de saída resultante do detector e contador de quadros 86 é apenas 29,97 ou 59,94 Hz e é enviada para bloco primeiro a entrar primeiro a sair (FIFO) 84 como um sinal write_enable que juntamente com o bit_click 1 e bit_click 2 entra no bloco FIFO 84, determina os novos dados (NDATA) que serão enviados para o multiplexador e codificador de cabeçalho 62 (ver a Fig. 2)· O presente conversor de formato pode converter muitos tipos diferentes das correntes de bits numa corrente de bits compatível SMPTE-259. Tais correntes de bits de entrada podem ser todos quadros I, do tipo IPIP ou um GOP complexo contendo quadros I, P, e R Se o formato da corrente de bits de entrada é o quadro I total, então para a conversão da velocidade de quadro, o transcodificador descartará ou deixará passar cada 1001° quadro I. Se a corrente de bits de entrada é IPIP, então o transcodificador descartará quer os quadros I quer os P qualquer que seja a que ocorra em cada 1001° quadro. No entanto, se as corrente de bits de entrada sáo do formato I, P, B, o transcodificador deixará a informação de pixel 8 86 279 ΕΡ 1 040 658 /PT contida no quadro B. Este procedimento causa a perda de informação mínima durante a alteração da velocidade de quadro.

Lisboa,

Por THOMSON LICENSING S.A.

Claims

86 270 ΕΡ 1 040 658 /PT 1/4 REIVINDICAÇÕES 1 - Método para converter uma corrente de bits MPEG-2 de entrada em correntes de bits compatíveis SMPTE-259, compreendendo o método os passos de: (a) determinação da velocidade de bits da corrente de bits MPEG-2 de entrada; (b) descodificação da corrente de bits MPEG-2 de entrada; (c) codificação de novo da corrente de bits MPEG-2 de entrada descodificada como uma corrente de bits de quadro I total; (d) passagem selectiva do 1001° quadro I codificado de novo da corrente de bits de quadro I total; (e) passagem selectiva da informação de pixel do 1001° quadro codificado de novo da corrente de bits de quadro I total; e (f) codificação depois dos quadros I codificados de novo e não passados resultantes como uma corrente de bits SMPTE-259.
2 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que o 1001° quadro I codificado de novo é passado quando a velocidade de bits de entrada é diferente de 29,97 ou 59,94 Hz e o 1001° quadro da corrente de bits MPEG-2 de entrada é um quadro I ou P, e em que a informação de pixel do 1001° quadro I codificado de novo é passada quando a velocidade de bit de entrada é diferente de 29,97 ou 59,94 Hz e o 1001° quadro da corrente de bits MPEG-2 de entrada é um quadro B.
3 - Método de acordo com a reivindicação 2, em que o passo de descodificação da corrente de bits MPEG-2 inclui a determinação dos coeficientes DCT e dos vectores de movimento da corrente de bits MPEG-2 de entrada, o passo de codificação de novo da corrente de bits MPEG-2 de entrada descodificada como os quadros I totais inclui apenas o cálculo dos coeficientes DCT, a quantificação e codificação de comprimento variável da corrente de bits. 0rJk yt'' /' • ·- ff 86 279 ΕΡ 1 040 658 /PT 2/4
4 - Método de acordo com a reivindicação 1, que inclui ainda o passo de multiplexação dos quadros I codificados de novo e não passados com uma nova escala quântica antes da codificação SMPTE-259.
5 - Método para conversão de uma corrente de bits compatível MPEG-2 de entrada numa corrente de bits compatível SMPTE-259, compreendendo o método os passos de: a. extracção dos dados MPEG-2 da corrente de bits compatível MPEG-2 de entrada; b. extracção dos parâmetros de vídeo dos dados MPEG-2 extraídos; c. extracção dos parâmetros de codificação dos dados MPEG-2 extraídos; d. descodificação dos dados codificados de comprimento variável dos dados MPEG-2 extraídos; e. geração da informação de pixel a partir dos dados codificados de comprimento variável; f. codificação da informação de pixel gerada num formato de quadro I total; g. descarte selectivo de um em cada 1001 quadros I codificados; e h. codificação dos quadros I codificados numa corrente de bits compatível SMPTE-259.
6 - Método de acordo com a reivindicação 5, em que os parâmetros de vídeo extraídos incluem velocidade de quadro, os parâmetros de codificação extraídos incluem a escala quântica de entrada e a velocidade de bit de entrada, e os dados codificados de comprimento variável descodificados incluem vectores de movimento e coeficientes DCT.
7 - Método de acordo com a reivindicação 5, em que os parâmetros de codificação extraídos incluem a velocidade de bit de entrada e o 1001° quadro I codificado é descartado quando a velocidade de bit de entrada é diferente de 29,97 ou 50,94 Hz c o 1001° quadro da corrente de bits MPEG-2 de entrada é um quadro 86 279 ΕΡ 1 040 658 /PT 3/4

Φ' t, I ou P e em que a informação de pixel do 1001° quadro I codificado é descartada quando a velocidade de bit de entrada é diferente de 29,97 ou 59,94 Hz e o 1001° quadro da corrente de bits MPtG-2 de entrada é um quadro B.
8 - Método da reivindicação 7, que inclui ainda o passo de multiplexação dos quadros I codificados e descartados com uma nova escala quântica antes da codificação da corrente de bits compatível SMPTE-259.
9 - Aparelho para converter uma corrente de bits MPEG-2 de entrada numa corrente de bits compatível SMPTE-259, compreendendo o aparelho: um descodificador de cabeçalho MPEG-2 que determina a velocidade de bit de entrada da corrente de bits MPEG-2 de entrada; um descodificador de comprimento variável em comunicação com o descodificador de cabeçalho MPEG-2, que descodifica a corrente de bits MPEG-2 de entrada numa corrente de bits descodificada; um transcodificador em comunicação com o descodificador de cabeçalho MPEG-2 e o descodificador de comprimento variável, codificando o transcodificador a corrente de bits descodificada numa corrente de bits codificada de quadros I totais; um dispositivo de passagem de quadros em comunicação com o codificador de cabeçalho, o descodificador de comprimento variável e o transcodificador, o podendo o dispositivo de passagem ser selectivamente permitido para passar quer cada um do número especificado dos quadros I codificados ou a informação de pixel de cada um do número especificado dos quadros I codificados para formar uma corrente de bits resultante; e um codificador SMPTE-259 em comunicação com o transcodificador que codifica a corrente de bits resultante numa corrente de bits compatível SMPTE-259.
10 - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, em que dispositivo de passagem de quadros é permitido quando a velocidade de bits do MPEG-2 de entrada não é 29,97 ou 59,94 Hz e quando o dispositivo de passagem de quadros é permitido, o número especificado é 1001 tal que todo o 1001° quadro resultante é descartado quando cada 1001° quadro da corrente de bits MPCG-2 de entrada é 86 279 ΕΡ 1 040 658 /PT 4/4 um quadro I ou P, e a informação de pixel de cada 1001° quadro I resultante é passada quando cada 1001° quadro da corrente de bits MPEG-2 de entrada é um quadro B.
11 - Aparelho de acordo com a reivindicação 10, que compreende ainda: um multiplexador em comunicação com e entre o transcodificador e o codificador SMPTE-259, multiplexando o multiplexador a corrente de bits resultante com uma nova escala quântica. Lisboa, <1 Por THOMSON LICENSING S.A. - O AGENTE OFICIAL -

| Eng.° ANTÓNÍO JOÃO I da CUNHA FERREiRA | Àg. Of. Pr. índ. j Rua das Flores, 74-4.° I Í200-1S5 LISBOA