专利名称：将分组化的信息信号流转换成带时间标签的信息信号流以及进行相反方向转换的方法
技术领域：
本发明涉及一种将表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流转换成带时间标签的信息信号流的方法，该方法包括接收串行信息信号流并在串行信息信号流中检测数据分组，同时确定数据分组的到达时间和产生有关每个检测的数据分组的到达时间的时间标签数据。
本发明还涉及一种将这种带时间标签的信息信号流转换成分组化流的方法。本发明还涉及执行这两种方法的装置以及存储和恢复或传送这种信息信号流的系统。
在公开文章中描述过的这个主题可以从国际专利申请WO96/30905(参考目录中的文档(D1))中知道。尤其是，文档(D1)公开了信息信号的记录和再现，该信息信号包括在MPEG信息信号的串行数据流中作为时间函数的、不规则到达的多个分组。
这种MPEG信息信号用于表示压缩的数字视频信号和相应压缩的音频信号的数字数据流的串行传输。例如在参考目录中的文档(D2)，即1994年2月22日的Grand Alliance(总联盟)HDTV系统规范草案中，尤其是在该规范的第Ⅴ章和第Ⅵ章中，包括一种传递用于广播目的或经有线网络传输的MPEG信息信号的传输系统的描述。
MPEG信息信号的格式已经由运动图象专家组(MPEG)开发出来。建立该组的目的是开发运动图象、声音及它们的组合的编码表示和压缩标准。它在联合ISO/IEC技术委员会架构中工作。当前产生的标准有MPEG-1(ISO 11172)、MPEG-2(ISO 13818)和MPEG-4。业界及一些国际团体已采用这些标准。这些标准使得数字视频和音频应用及业务能够协同工作。
在MPEG串行数据流中视频和/或音频信号可以经具有固定字节量(188)的传送流分组传送，其第一个字节是同步字节。一个传送流分组包括经MPEG串行数据流传送的仅仅其中一个视频信号或其中一个音频信号或其中一个数据信号的信息。
接收机解码和显现的同步对实时数字数据传送系统是很重要的。这保证视频信号以合适速度显示，视频和音频信号保持同步以及解码器可以正确地管理其缓冲器。同步的丢失会造成解码器的缓冲器溢出或下溢，因此会丢失信息。这不同于模拟信息，例如在NTSC中图象的信息以同步的方式传送，使得接收机可以直接从图象同步中获得时钟。但是在数字压缩系统中每个图象产生的数据量是不同的，这取决于图象编码方案和复杂度。这样定时就不能直接从图象数据的开始获得。在数字比特流中没有同步脉冲的自然概念。因此在解码器侧的时基必须与编码器侧的锁定。解决方案是用所选的传送流分组发送时钟信息，以在解码器处作为时钟比较参考。
这通过以固定的周期发送参考时钟(称为节目时钟参考(PCR))的样本来获得。该时钟参考(PCR)表明预期的在解码器从比特流读完该时间标签的时间。在解码器运行的本地时钟的相位在获得PCR的时刻与PCR值进行比较，确定解码过程是否同步，以便如果必要就调整时钟速率。因此可以认为MPEG传送流是实时传送流。
通过使用第二种类型的叫做解码时间标签(DTS)或显现时间标签(PTS)的时间标签，可以指明相对于上述锁定的解码器时钟，视频帧或/和音频帧必须分别解码或显现的精确时刻。
传送流分组将通过媒体传送。如果该媒体的时延对每个传送流分组不相等，则可能破坏解码时基。两个包含PCR的连续传送流分组之间的额外传输时延会造成解码器时钟抖动。因此相应标准只允许指定的抖动量。
存储或记录设备还可以被认为是有不定时延的传输信道。在播放时，连续传送流分组之间的定时必须按这样的方式重建，即在记录期间当它们到达记录设备的输入时，该定时等于连续传送流分组之间的定时。另外，一般说来包括多节目流的完整MPEG信息信号的存储和记录是不太可能的，这是由于MPEG信息信号数据速率太高。因此实际上对应一个选择的节目流，只选择其中一个或几个视频信号及其对应的音频信号来记录。但是，结果是通常基于作为时间函数的不规律地选择对应一个特定节目流的传送流分组。
为了保护所选的后续传送流分组之间的定时关系，前面提到的文档(D1)描述了在每个记录的传送流分组中插入时间标签的方法。选择和存储之后，带重建信息的后续分组间的定时关系可以使用时间标签来恢复。
根据文档(D1)时间标签和传送流分组的组合被合并到一个指定的数据格式(D-VHS MPEG2 STD)中，该格式中数据用磁播放/记录系统(例如基于VHS的数字录影带录象机)来记录。这种格式不是表示实时数据流的标准MPEG格式，但是它允许表示非实时数据流。根据D-VHS MPEG2 STD格式，允许记录表示固定量112字节的信号块。在每个都有112字节的两个信号块内，可以存储一个188字节的传送流分组与一个额外的4字节的对应时间标签。(另外的32字节用于其他目的例如同步、标识和奇偶校验信息)。这种格式只在基于VHS的数字录象机内部使用。
在例如可以在数字家庭网中找到的应用中，几个视频/音频和数据设备可以相互互连。在数字家庭网中数字业务可能通过使用电缆、卫星、以太网或电话的数字网络将数字内容(例如数字视频广播(DVB))发送到家庭。或这种应用中在家庭内部还可以有其他数字内容源，例如数字便携式摄象机，照相机和预先记录的数字媒体如CD和DVD。数字家庭网可以允许这种内容不仅传送到已经提到的D-VHS录象机，而且还允许传送到机顶盒、个人计算机、电视设备、视频打印机、扫描仪及类似设备以及在它们之间传送。IEEE-11394网可以把所有这些设备相互连接起来。
IEEE标准部在1994年8月15日发表的“高性能串行总线P1394”，草案7.1版本1(参考目录中的文档(D3))中公开的IEEE-1394为在这些数字设备间同时传送多个高速实时数字音频和视频流定义了一个数字接口。采用这种接口的总线被称为“IEEE-1394总线”，但也称为“Firewire(苹果公司的注册商标)或“I-Link”(索尼公司的注册商标)。该标准已经被PC、用户电子、DVB(数字视频广播)行业采纳。
IEEE-1394定义了一种分组传送机制，但没有定义如何将这些分组类型用于指定的实时数据如MPEG-2。但是IEC-61883定义了如何用1394总线传送指定的AV格式。IEC-61883在其他协议中包含该目的，通用同步协议(CIP)是一种在预先定义的总线时隙(同步传输)内将实时应用数据分组化到1394总线分组净荷域中的一般方法。
但是，采纳根据MPEG传送流协议IEC 61883-4的IEEE-1394适应于只传送188字节的标准MPEG2传送流分组。在IEEE-1394标准协议中没有提供空间来传送非标准MPEG分组，例如在上面讨论的通过给非实时传送流中的每个传送流分组增加一个4字节的时间标签而得到的192字节分组。
因此本发明的一个目的是克服上述缺点以及更一般地克服给固定长度的数据分组增加时间标签的问题。
根据本发明的方法其特征在于把几个数据分组的多个时间标签数据组合成一个时间标签分组；产生一个表示时间标签分组的时间标签分组信号以及与产生的时间标签分组信号一起发送接收到的信息信号串行流，以使得在时间标签数据和相应数据分组之间建立一个唯一的关联。
本发明基于以下认识。通过将几个数据分组的时间标签数据集合成一个特定的时间标签分组，而不是把每个时间标签数据添加到相应的数据分组，可以维持这些数据分组被格式化的格式如MPEG的格式。这具有避免使用不同格式如D-VHS MPEG2 STD格式的优点。而且，可以以原有顺序获得不同数据速率传输和/或存储的MPEG信息流，并且在稍后时刻总是可以使用添加的时间标签信息恢复分组的时间关系。还可以维持与诸如基于标准MPEG格式的IEEE-1394总线的设备和传输信道的兼容。
在一种方法中数据分组包括固定数目N的数字数据单元以及时间标签数据包括M个数字数据单元(M＜N)，另一个根据本发明的有利方法的特征在于时间标签数据分组包括N个数字数据单元。
通过维持这种N长度的数据单元，可以认为时间标签分组是标准化分组流中的一个标准分组。时间标签分组将适合于根据传输格式装入保留空间中或适合于在适应处理固定量数字字的分组的接收设备内使用。例如不需要对基于IEEE-1394的传输信道采取特殊的措施。而且，不适应于修改分组流的设备可以把时间标签分组当作其他任何一个分组来处理而不需要更改。
值得注意的是在时间标签分组中不是所有的数据单元都需要用于时间标签，因为数据单元也可以作为数据填充单元或作为同步单元。
还有一个根据本发明的有利方法，其特征在于为时间标签分组提供标识信息。其具有的优点是接收设备可以从其他分组中区分时间标签分组，非标准分组可能出现在接收到的分组流中。
根据本发明的更详细地第一方法，其特征在于为时间标签分组中的时间标签数据提供表明对应数据分组的关联信息。这具有的优点是在再现实时流时，当数据丢失或不正确时，还可能建立指定时间标签和数据分组之间的链接。而且可以更改数据分组的顺序。
根据本发明的可选的第二个更详细的方法，其特征在于在时间标签分组中可以根据对应数据分组的传输顺序按顺序提供时间标签数据。用这种方式时间标签分组中的单独的时间标签可以与对应数据分组关联起来。例如在指定时间标签分组中的第n个时间标签必须与时间标签分组之后的一组数据分组中的第n个数据分组相关联。这具有的优点是不需要增加额外的标识信息。
根据本发明的另一个有利的方法可以这样获得仅仅把这些时间标签数据组合成一个对应数据分组的时间标签数据分组，该数据分组与时间标签数据分组一起组成组合数据分组的逻辑块，用于编码和解码。这需要传输流结构的稍微改动，而现有的对逻辑块中的数据流的控制和处理仍旧被遵循。在这方面有利的是根据本发明的一种方法，其特征在于组合数据分组的逻辑块对应一个用于差错编码或纠错的块。
如果一个数据分组序列表示一个编码的视频图象，另一个有利的方法的特征在于一个图象的第一个数据分组与图象的一个逻辑块的第一个数据分组相对应，例如在MPEG视频编码中I、P、B图象的编码序列。对随后的处理有利的是使I、P、B图象的开始与时间标签分组的开始相吻合。
另一个有利的方法可以在这种情况下得到一个数据分组序列表示编码的视频图象，该方法的特征在于根据一组视频图象选择数据分组的逻辑块。例如一组图象，在MPEG视频编码中表示成GOP。
根据本发明的下一个有利的方法，其特征在于使用时间标签分组信号用于接收设备的时间同步。通过识别一个时间标签分组信号为同步分组，就不需要加入额外的同步信号。
在根据本发明的优选实施方案中，在发送数据分组逻辑块之前先发送一个同步信号。这使得很容易就识别出逻辑块的开始。
当根据N=188字节的MPEG传送流分组将数据分组格式化时，可以通过将时间标签数据组装成一个N=188字节的时间标签分组得到根据本发明的一个有利的方法。值得注意的是不是分组中所有字节都必须用于数据或时间标签，这是由于一个传送流分组或一个时间标签分组可能包括一个头标部分和一个净荷部分。
参考下面具体描述的实施方案以及
，将会很显然地得出本发明的这些和其他方面。
图1说明一个在家庭网络中的典型集合，具有通过IEEE-1394网络相互连接的几个数字音频/视频设备；图2说明根据MPEG-2格式编码和解码音频/视频信息的装置；图3说明一个MPEG-2节目流和一个MPEG-2传送流；图4说明一种传送流的传送流分组的格式的各个部分；图5说明一种节目流的节目头的格式；图6说明给传送流分组增加额外的时间标签；图7示意性地描述了记录MPEG-2传送流的设备；图8说明根据D-VHS MPEG-2 STD格式存储传送流分组的格式；图9示意性地描述了再现MPEG-2传送流的设备；图10说明一种总线分组的格式；图11说明使用图10的总线分组在IEEE-1394总线上传送MPEG传送流分组；图12说明一种根据本发明给实时流增加时间标签的方法；图13示意性地说明根据本发明执行图12所示方法的转换装置；图14说明一种根据本发明分离非实时流的时间标签的方法；图15示意性说明根据本发明执行图14方法的转换装置；图16说明根据本发明把时间标签组合成时间标签分组的几种方法；图17说明根据图15所示方法分离非实时流的时间标签的结果；图18说明一种根据本发明存储和恢复信息信号实时流的系统。
在数字家庭网络中可以发现数字信息信号的传送日益增加，其中数字服务通过使用电缆、卫星、以太网或电话将数字内容分发到家庭中。或在家庭内部可能有其他数字内容源，例如数字便携摄象机、照相机、预录数字媒体如CD或DVD。
数字家庭网络允许该内容传送到如D-VHS录象机、机顶盒、PC、DV便携摄象机、视频打印机、扫描仪及类似设备和在这些设备之间传送。图1给出一个典型集合，其中IEEE-1394网络1将几个数字设备相互连接起来。该集合包括一个接收数字视频广播信号的卫星接收机2。卫星接收机2连接到机顶盒3，机顶盒适应于从卫星接收数字信号(DVB)并将这些信号提交给电视设备4或磁播放/记录系统如数字VCR录象机7去存储起来。数字信息信号还可以通过电缆或电话经输入终端5或通过数字便携摄象机6提供给机顶盒3。还可以提供个人计算机8、打印机9、电话设备10、用于如数字多功能光盘(DVD)或压缩光盘(CD)的光驱单元11和海量存储单元12。海量存储单元12包括一个快速存取存储器如硬盘驱动13和大型存储器如磁带单元14。另外还可以使用光驱。
MPEG-2提供两层复用方法。第一层专门用于保证视频和音频间的严格同步。该层被称为分组化基本流PES。第二层取决于要使用的通信媒体。无差错环境如本地存储的规范被称为MPEG-2节目流PS，而针对易出错环境的规范被称为MPEG-2传送流TS。
图2说明分别用视频编码器15和音频编码器16对视频和音频数据进行编码的方法。用第一个随后的分组化器17得到视频分组化基本流V-PES，而用第二个随后的分组化器18得到音频分组化基本流A-PES。这两个比特流都送给节目流复用器19产生一个节目流PS并送给传送流复用器20产生传送流TS。在节目流PS内部，从不同基本比特流来的节目基本流分组(PES分组)通过按顺序发送全部PES分组的比特进行复用，因而产生不同长度的传送分组。图3A说明这样一个不同长度的传送分组，其形式是一个PES分组31，包括一个节目基本流头标33和一个节目基本流分组净荷34。相比较而言，在传送流中PES分组被作为固定长度传送分组的净荷而发送。图3B说明固定长度传送分组32，它们每个都包括一个含有比特流标识信息的传送分组头35和传送分组净荷36。值得注意的是传送流可以传送几个节目，其中视频和音频数据是复用在一起的。传送流由信道编码器22进行信道编码以便获得适应于经传输信道传输的传输信号。值得注意的是一般来说传输信道可能不仅包括一条电缆或广播信道，而且包括类似磁或光介质的存储装置。
在接收机站，由传送流解复用器21使用包含在没有进一步指定的节目关联表和节目映射表中的特定信息将对应一个节目的数据从接收到的复用流中分离出来。随后信道解码器23再现传送流TS，它由传送流解复用器21解复用成一个视频分组化基本流V-PES和一个音频分组化基本流A-PES。这些流再进一步又由解分组化器26和27解分组化成独立的分组并最后由视频和音频解码器28和29解码，以便实时显现在放映设备30上。
这些基本流可以严格同步(通常对数字TV节目或数字无线节目是必要的)，或是不同步的(在提供软件下载的节目情况下)。适合这种目的的MPEG信息信号包括时钟参考数据(如MPEG-1中的SCR或MPEG-2中的PCR)以便使在接收设备产生定时控制信号TC2的本地时钟24与在发送设备产生定时控制信号TCl的本地时钟25同步。该时钟参考数据被周期性地发送，如每100ms发送一次。在两个这种时钟参考信号之间发送的MPEG中的连续分组之间的时间差距应该高度地固定。因此MPEG流是实时流。
为了详细解释图3B中的固定长度传送分组32的内容，请参考在参考目录中的文档(D2)，尤其是第V章，而图4示意性地说明了其主要特征。此后，固定长度的传送分组32将简单被称为传送分组32。在图4中传送分组32被说明为具有固定长度188字节。传送分组32(图3B中参考32)包括一个传送分组头，该分组头包含一个4字节长的链接头37和一个可选的可变长的适配头41。剩余的字节被保留用作传送分组净荷39。该分组长度的选择由几个原因决定，例如所需的开销、分组纠错概率、与面向典型块的块长度的兼容性、纠错方法和与ATM格式的互操作性。
链接头37的第一字节是用于分组同步的同步字节38。同步字节38对所有传输分组都是一样的。链接头37中的其他3个字节包括标识信息，如分组标识符40。这提供了复用和解复用比特流的机制，即启用属于某个基本或控制比特流的分组标识。适配头标志42标志在链接头37中具有可选的适配头41。适配头41可能包括一个表示定时信息的PCR域43以使接收机站的时基与发送站的时基锁定。PCR标志44标志具有该PGR域43。该定时信息定期发送，每100ms至少一次，它是以27MHz时钟的样值形式作为参考时间标签，这表明接收机从比特流读完PCR域43的期望时间。在接收机运行的本地时钟的相位在得到PCR域的时刻与包含在PCR域43中的值进行比较，来确定解码过程是否同步。一般而言，从比特流中得到的包含在PCR域43中的值(PCR值)不直接改变本地时钟的相位而只是当作一个输入来调整解码器的时钟速率(标称值27MHz)。PCR值的周期时间约26小时。PCR域43的格式包含33个比特和另外9个比特的扩展域。该扩展域以27MHz频率从0到299循环，在该点上33比特域的值按1递增。(这使得该域是用于MPEG-1中的90KHz时钟的兼容33比特域)。
传送流通过媒体传送。如果该媒体的时延对每个传送流分组是不同的，则可能破坏解码时基。在两个包含PCR域43的连续传送流分组之间的额外传输时延将造成27MHz解码时钟的抖动。因此ISO/IEC13838只允许指定量的抖动。
相对于上述包含在所描述的PCR域43内的时间参考，第二种类型的时间标签可以指出视频帧或/和音频帧必须分别解码或显现的确切时刻。它们被称为解码时间标签(DTS)或显现时间标签(PTS)。这些域包含在PES分组前面的PES头标33(图3B)中并且作为固定长度传送分组32的分组净荷39(图4)在传送流中被连续发送。新PES分组数据总是开始一个新的传送分组，并且在传送分组中间结束的PES分组后面跟着填充字节以保持传送分组的长度。PES分组31的格式见图5。
图3A的PES分组包括一个PES头标33和一个PES分组净荷34。PES头标33包括分组起始码前缀45、流标识符46、PES分组长度域47、PES头标标志48、PES头标长度域49和PES头标域50。PES头标标志48标志具有指定PES头域50。2比特标志51表明在PES头标33中是否具有DTS/PTS域52形式的时间标签(PTS)或解码时间标签(DTS)。PTS/DTS域52包括33个比特。
注意图2所示的来自信道编码器22或信道解码器23的时钟被设置为与来自视频编码器15、音频编码器16、视频解码器28和音频解码器29的时钟完全无关。
另外，这种形式为在记录载体(例如磁记录载体上)记录和从记录载体再现或到存储设备如硬盘驱动的MPEG信息信号的传输需要采取特殊的方法来维持实时信息。在这方面参考早先提交的欧洲专利申请EP-A 0 858 230，参考目录中的文档(D4)。
播放时，连续传送流分组间的定时必须以这种方式来重建，即在记录期间当传送流分组到达记录设备的输入时使该定时等于连续传送流分组之间的定时。另外，如前面解释的，这种MPEG传送流可以包括一个以上的视频节目。由于MPEG传送流的比特率一般比信号可以被记录的比特率高，因此只能从串行MPEG传送流中选择一个视频节目来记录。选择一个视频节目意味着从包括有关所述视频节目的信息的MPEG传送流中选择传送分组并且删除其他的传送分组。
图6A说明一个包括传送分组32(P1,P2,…)的串行传送流，它作为时间t的函数。如图3中所示的，每个传送分组32都包括一个传送分组头35。只选择那些包括有关视频节目选择信息的传送分组32会产生如选择的传送分组P1,P3,P5,…的选择结果，如图6B所示。中间传送分组P2,P4,P6,…将被丢弃。结果就得到了在记录装置上用于记录在记录载体中的数据流，如图6b所示，它将表示数据流为时间的函数。在表示接收每个对应所选传送分组P1,P3,P5,P8,P9,…的时刻t1,t3,t5,t8,t9,…，产生附加(对应前面提到的DTS和PTS值)的时间标签TS1,TS3,TS5,TS8,…。这些附加的时间标签可以包括一个计数器的计数值，包含如4个字节，计数器能够在从起始值开始的随后的计数周期内计数。产生的附加时间标签被增加到相应的传送分组32，如图6C所示的参考53。在图6C中还说明为了得到所需的较低的记录或存储比特率而引入了平滑。另外在图6D中表示了传送分组32和额外时间标签53组合的字符组，正如以字符组写入/从存储媒体如硬盘驱动读出所需的。
图7示意性地说明记录实时MPEG-2流的记录装置，这可以从参考目录的文档(D4)知道。输入终端54连接到锁相环电路55，该电路锁定到诸如包括在MPEG传送分组中的同步字的PCR时钟信息。锁相环电路55产生具有与输入MPEG信号同样频率的振荡频率的时钟信号，约27MHz。该时钟信号供给计数器57。此计数器57以该频率进行加数(或减数)并产生由复位脉冲R初始化的计数值CV周期。计数器57的计数值CV在传送分组TP到达时在锁存电路58的输出端可以得到。为实现这一目的传送分组TP还被输入到分组到达检测器59以确定传送分组Pi的到达时刻ti。
另外传送分组TP还输入到选择单元60来选择与用户指定的节目对应的所选传送分组。选择单元60与组合单元61相连，以便组合单元将所选的传送分组与锁存电路58产生的相应附加时间标签TS组合在一起。同步电路62用于提供进一步的定时。该同步电路62接收锁相环电路55的时钟脉冲并向计数器57提供复位脉冲。另外同步电路62还向记录单元63和数字信号处理单元64提供定时控制脉冲T-CTL。这些时钟控制脉冲T-CTL表明例如记录单元63的磁带的磁迹开始。数字信号处理单元64执行用记录单元63以记录格式进行记录所需的信道编码。最后在组合单元61和数字信号处理单元64之间有一个平滑缓冲器65。
复合传送分组必须写成一种磁带格式，正如参考目录中的文档(D4)上发表的。数据以112字节固定长度的同步块单元写入到磁带上。两个连续的同步块用于存储一个带有附加时间标签的传送分组。图8说明了这种格式。第一个同步块66包括传送流分组的第一部分68和作为分组头69的附加时间标签。第二个同步块67包含传送流分组的第二个部分70。同步块66和67根据D-VHS MPEG-2格式还包含同步字71、标识信息72、主头标73、辅助数据74和奇偶校验信息75。
图9示意性地说明一种再现MPEG-2传送流的设备，这从参考目录中的文档(D4)也可以知道。该再现设备表明与图7的记录设备有许多相似之处。记录的信号包括根据图8所示的格式经信道编码的复合时间标签分组，所述记录的信号通过播放单元76从记录载体中读出。该信号供给数字信号处理单元77经信道解码得到复合分组。复合分组输入到缓冲器单元78进行缓冲和解平滑。时间标签通过去除电路79从复合分组中去除以便获得原始传送分组。原始传送分组根据时间标签送到输出终端80。有振荡电路81向计数器82和同步电路83提供基于振荡频率的时钟脉冲例如27MHz。这个振荡频率应该基本上等于记录设备的振荡频率。计数器82以这个频率加数(或减数)并产生计数值CV的周期给比较器84。比较器84还从缓冲器单元78接收从时间标签分组中恢复出来的时间标签TS。时间标签值TS与计数值CV一致时，由比较器84产生一个一致信号并送给缓冲器单元78。包括一致已建立的时间标签的传送分组被送给输出终端80以响应该一致信号。同步电路83还产生时间控制信息(T-CTL)(例如轨迹开始信号)给数字信号处理单元77以及播放设备76，并产生复位信号R给计数器82。值得注意的是同步电路83经数字处理电路77从播放设备接收附加的定时信息。
交替记录和再现，可以经过按照如在参考目录文档(D3)中定义的IEEE1394协议工作的总线在数字设备之间传送实时MPEG传送流。一个单个的1394总线可以采用仅仅点到点去连接最多63个设备或“节点”。每个“节点”在网络中确定自己的位置后被分配给唯一地址。为了使1394象一条总线一样工作每个设备作为一个“中继器”，其中数据直接写入到相应的存储空间或从其中读出。
在总线上允许有两大类数据业务异步和同步业务。异步数据业务采用具有全部64比特目的地址的数据分组并主要用于存储器读、写和锁存操作。对实时数据采用同步传输模式。则64比特地址被6比特虚信道号代替。则任何接收机可以从任何信道接收数据。所有能够同步传输的节点必须保持32比特的时钟。选择一个节点作为“主循环”。该节点每125μs发送一个包含它自己时钟值的特殊分组，所有其他的节点用该分组来同步它们自己的时钟“全局总线时间”。这可以用于为实时数据如MPEG-2传送分组创建恒定的端到端传送时延。
值得注意的是IEEE-1394只定义了一种分组传送机制，而没有定义如何将这些分组类型用于特定类型如MPEG-2。但是IEC-61883定义了特定音频/视频格式如何用1394总线传送。IEC-61883为这一目的包含三个主要部分一个通用同步协议(CIP)、一个连接管理协议(CMP)和一个功能控制协议(FCP)。CIP是将实时应用数据分组化到同步1394总线分组的净荷域的一种通用方法。在每个净荷的开始插入一个特殊的CIP头来指明应用层数据如何被分组化。附带于应用分组的时间标签允许以恒定传送时延来发送。CMP提供建立和维持同步连接的对等机制。FCP提供一个框架，通过它可以传送高层命令。
图10表明在1394总线上传输传送分组的一种格式。包括的传送分组85和86每个都包含188字节。在经总线传送之前这些传送分组85和86到达源设备的时间保留在包含于源分组头87和88中的时间标签内，每个4字节长。传送分组85、86和源分组头87、88的分别的组合被称为192字节的源分组SP。源分组SP之前是CIP头89。CIP头89和源分组SP的组合叫做CIP分组。CIP分组和前面的总线分组头90及终结CRC字91的组合叫做总线分组或同步分组BP。
根据该协议，当一个源设备必须传送实时传送分组时，它请求总线上的时隙。因此根据总线协议从周期性重复设置的时隙中为源设备分配某一时隙。但是如果源设备仅仅传递MPEG信号，而不创建它，则它需要缓存输入的MPEG传送分组直到它可以在其中传送分组的时隙开始。这意味着包含的同步信息(如MPEG-1时的SCR值或MPEG-2时的PCR值)不再对应发送这些信号的时间。这意味着这些值将不用于同步接收设备的解码器。这可以通过在源设备中包含一个额外的时钟来校正，该时钟与输入MPEG传送分组同步。这个额外的时钟在对应于发送SCR或PCR信号的时刻被取样，所述发送出现在根据总线协议为传输分配的时隙中。该样值用于代替MPEG传送分组中的SCR或PCR值。更详细的描述参考国际专利申请WO 96/01540，参考目录中的文档(D5)，该文档有关经信号总线发送分组。但是，可以认为该校正是无益的因为对于此校正，源设备必须解释MPEG传送分组以便定位SCR或PCR的值。文档(D5)还说明一种避免这种校正的系统，该系统示意性地表示在图11。
源设备92适合于在输入终端93接收MPEG传送分组TP，它经总线94连接到目的设备95。源设备92和目的设备95分别包括时钟96和97。时钟96和97相互同步，例如响应于由连接到总线94的时间主设备在总线94上周期性地产生的信号。源设备92包括一个时间取样单元98，它在接收到传送分组TP后将时钟96产生的时间标签加到接收到的这些分组上。这些时间标签插入到源分组头88(图10)中。得到的源分组SP被送到CIP单元99，后者将CIP头89插入到源分组SP中以便得到CIP分组CIPP。总线分组产生器100产生总线分组头90和CRC字91以便获得总线分组BP。总线分组BP暂时存储在发送器缓冲器101中直到被发送。随后在根据总线协议分配的时隙中，总线分组BP与时钟96的取样值组合在一起发送出去。该总线分组BP由目的设备95接收并经CRC校验单元102存入补偿缓冲器103直到目的设备95的时钟97超过与包括的传送分组一起发送的时钟96的时间标签一个预定义的时延值。用这种方式源设备92产生的信号定时用该时延值再现，该时延值被选为至少与因等待根据总线94所用的协议分配给源设备92的时隙而造成的最大时延相等。用这种方式每个传送分组TP的开始将保持以合适的定时在输出终端104输出。
如果除了在源分组头中有的时间标签之外，在图7和9所示的记录和再现设备的情况中还有另外的时间标签加到188字节的MPEG传送分组，则得到的192字节长度将不再适合根据IEC-61883在IEEE-1394总线上发送传送分组的已知格式。
因此图12说明一种根据本发明的把这类另外的时间标签增加到实时流的方法。首先检测(步骤105)和确定传送分组的到达时间(TO-A)(步骤106)。然后选择属于所选节目流的传送分组(步骤107)。随后产生表示到达时间的对应时间标签(步骤108)。然后检查是否N个产生的时间标签超过指定值(步骤109)。该值可变，这取决于要处理的数据分组逻辑块的大小或这种块的开始。时间标签分组不需要完全用时间标签填满，还可以用填充字节填满。如果不是这样，则将产生的时间标签增加到一个包括几个其他传送分组的时间标签的时间标签分组(步骤110)并又选择下一个传送分组(步骤105)。这种时间标签的特定格式将参考图16更详细地解释。如果是这样，则数目N复位到0并且产生一个时间标签分组信号表示迄今为止产生的且在步骤110中集合的时间标签(步骤111)。可选择地，可以将标识信息ID增加到时间标签分组信号以进行标识(步骤112)。产生的时间标签分组信号与对应的前面选择的传送分组组合成一个传送分组和时间标签分组的串行分组流(步骤105)。最后确定(步骤114)是否所选节目流的所有传送分组都已经处理。如果处理的传送分组不是节目流的结束，则选择下一个传送分组(步骤105)。
图13示意性地说明根据本发明执行图12的方法的转换装置。输入终端115与锁相环电路116相连，该锁相环锁定到同步字，例如包含在MPEG传送分组中的PCR时钟信息。锁相环电路116产生具有与输入MPEG信号的频率相同的振荡频率的时钟信号，约27MHz。时钟信号提供给计数器118。该计数器118以这个频率加数(或减数)并产生由复位脉冲初始化的计数值CV的周期。在传送分组到达时的计数器118的计数值CV在锁存电路119的输出可以得到。为了这一目的，传送分组还输入到分组到达检测器120以确定传送分组到达的时间。表示该传送分组到达时间的产生的计数值CV序列被存储在缓冲装置121中以便暂时存储起来。时间标签分组产生器电路122根据图12描述的方法构成暂时存储在缓冲装置121中的时间标签的组合分组。这还涉及给该时间标签增加关联信息来与相应的传送分组关联或增加识别信息来识别时间标签分组本身。
同步电路123提供进一步的定时。这个同步电路108接收锁相环电路116的时钟信号并向计数器118提供复位脉冲。另外，同步电路123向时间标签分组产生器122提供定时控制。传送分组还输入到选择单元124用于选择与用户指定的节目对应的所选择的传送分组。选择单元124与组合单元125相连以便将所选择的传送分组与时间标签分组产生器122产生的对应时间标签分组组合在一起。传送分组和时间标签分组的组合流被送给发送装置126以便把该分组发送出去。传送装置126适配有关的传输信道。作为一个例子，发送装置可以包括总线发送装置来构成图10所描述的总线分组以便经IEEE-1394总线传输。传输信号在输出终端112可得。可选择地，同步电路123还可以为发送装置126提供定时信息以便使时间标签分组也用于同步目的。
图14表示一种根据本发明分离非实时流的时间标签的方法。首先检测时间标签分组和传送分组的串行流内的时间标签分组(步骤128)。然后对在检测的时间标签分组中的时间标签进行分离(步骤129)。分离的时间标签与对应的传送分组相关联(步骤130)。当使用产生的时间标签和时钟参考来产生(步骤132)同步信号时对每个传送分组确定时间标签(步骤131)。该同步信号用于在时间标签表示的时刻发送(步骤133)对应的传送分组以便再次获得传送分组的实时流。最后确定(步骤134)是转到所选择的时间标签分组的下一个时间标签(步骤130)或是检测下一个时间标签分组(步骤128)。
图15示意性地表示根据本发明执行图14方法的转换装置。接收装置135接收例如由图13描述的转换装置产生的传送分组TP和相应时间标签分组TSP的串行流。接收装置135适合于接收如图10描述的以上述分组为净荷的IEEE-1394总线分组BP。在该流中，时间标签分组由时间标签分组检测装置136检测。时间标签在时间标签分离装置137中分离出来并提供给时间标签产生装置138以产生所表示的时间标签TS。该值提供给比较器139。
振荡电路140存在且其向计数器141和同步电路142提供基于如27MHz的振荡频率的时钟脉冲。该振荡频率应该与例如图13描述的用于把原始传送分组实时流转换成非实时流的转换装置的振荡频率一致。计数器141以这一频率加数(或减数)并产生计数值CV的周期给比较器139。时间标签值TS与计数值CV一致时，由比较器139产生一致信号并送给缓冲单元144。这个缓冲单元144存储由关联装置143先前关联的传送分组TP。为这一目的，关联装置143从接收装置135接收传送分组TP并从时间标签产生装置138接收关联信息。与一致已建立的时间标签关联的传送分组被送给输出终端145以响应该一致信号。同步电路142还可以从时间标签检测装置136接收同步信息。
图16表示根据本发明的将时间标签组合成时间标签分组的几种方法。图16A示意性地描述了在时刻t1,t2,……接收到的传送分组32(TP1,TP2,…)的实时流。
图16B说明将表示一组N个传送分组TP1…TPN的对应时刻t1…tN的N个时间标签53组合成一个时间标签分组147的第一种方法。时间标签分组147还包括一个含有标识信息的头标部分148。应注意的是传送分组32不再位于时间轴t上的预定义时刻。该序列对每下一组N个传送分组32重复(产生下一个时间标签分组147和一个N个传送分组TPN+1…TP2N的对应组)。为了能够将指定的传送分组32与相应的时间标签53相关联，在时间标签分组147中存储时间标签53的顺序等于对应传送分组32被安排的顺序。
另一种可选的组合时间标签的方法在图16C中说明。在时间标签分组147中的每个时间标签53之前有一个特别关联信息146用于将该特定时间标签53与相应的传送分组32关联起来。这具有的优点是传送分组32被安排的顺序是自由选择的。还有，在接收机站，可以更好地处理某个特定传送分组的丢失或破坏。
图16D表示根据本发明的一个稍有差异的组合时间标签分组的实施方案。在时间标签分组147中只集合了预先定义数目的时间标签53。该数目由数据的指定编码或解码方法所能够同时处理的传送分组32的数目来确定。例如按块纠错。由于在一个时间标签分组147中允许存储预先定义数目的时间标签，所以剩余的空间149可能由填充比特填充。头标部分148包括有关存储在时间标签分组TSP中的时间标签数目的信息(N=5)。
图16E还说明根据本发明组合时间标签的另一种方法。具有前述时间标签分组格式之一的时间标签分组147还用于接收器机站同步。在至少多数时间在规则的时刻t,t+Δt,t+2Δt等发送几个时间标签分组147。如果向时间标签分组增加填充字节，则这些时刻在本地可能是不规则的。这可用于同步例如记录设备(如磁带设备)。注意上面提到的时刻与图16A描述的时刻没有关系。
图16F表示代表按照MPEG2视频编码的视频图象的传送分组32序列。传送分组32的第一组I构成参考I图象，第二组B构成双向预测B图象以及第三组P构成前向预测P图象。在I、B或P图象中的第一个传送分组对应时间标签分组147中的第一个时间标签53。这隐含着填充字节160对不完全的时间标签分组147是必要的。
图16G表示代表在MPEG2视频编码的所谓图象组GOP中的视频图象的传送分组32的序列SOP。在时间标签分组147内的时间标签全部涉及一组图象内的传送分组32。
图17说明根据图14的方法分离时间标签53。图17A说明在时间轴t上时间标签分组147和传送分组32的非实时流。图17B表示例如通过图14所说明的方法获得的转换后的传送分组32的实时流。存储在时间标签分组147的时间标签53内的信息用于确定最初接收传送分组32的起始时刻ti。
图18表示根据本发明存储和恢复信息信号实时流的一种系统。在输入终端150接收如MPEG流情况下的传送分组TP的实时流。由选择装置151选择对应特定节目流的所选的传送分组TP。选择的传送分组TP还进一步送到合适的解码装置152，例如MPEG解码器。解码装置152进一步适配以便为再现设备153(例如电视设备)产生显示或音频信号。在接收到的实时流中出现的时钟参考信息(例如MPEG2传送分组情况下的PCR值)被输入到时钟电路154。该时钟电路154向解码装置152、时间标签产生装置155和时间标签去除装置156提供同步信号。时间标签产生装置155在图13中有较详细地描述，而时间标签去除装置156在图15中有较详细地描述。但是在两种实施方案中的时钟电路在时钟电路154中组合在一起。还有图13中的发送装置和图15中的接收装置不必适合于IEEE 1394总线，但是可以适合于经SCSI接口连接硬盘驱动157。时间标签产生装置155产生的传送分组TP和时间标签分组TSP的非实时流暂时存储在硬盘驱动157上。硬盘驱动157通过IEEE1394总线经合适的编码和解码装置159与数字磁带单元158相连。存储在硬盘驱动157上的传送分组TP和时间标签分组TSP采用总线协议用总线分组BP成串地传送到数字磁带单元158，或从磁带单元传送出来。在编码和解码装置159及数字磁带单元158之间采用的格式可以是图10说明的根据D-VHS STD的格式。
尽管参考其优选的实施方案描述了本发明，但是应当理解这些不是限制性的例子。因此对本技术领域的专业人员很显然在不偏离由权利要求定义的本发明的范围的情况下可以进行各种更改。另外本发明保持每个和各个新颖的特征或这些特征的组合。
参考目录(D1)WO96/30905(PHN 15.260)(D2)总联盟HDTV系统规范，1994年2月22第Ⅴ章和第Ⅵ章(D3)1994年8月5日公布的高性能串行总线P1394，草案7.1，版本1,IEEE标准部(D4)EP-A 0 858 230 A1(PHN 14.818)(D5)WO 96/01540(PHN 14.935)
权利要求
1．一种将表示被安排在独立、连续数字格式的数据分组中的信息的分组化信息信号流转换成带时间标签的信息信号流的方法，该方法包括接收信息信号串行流并在串行信息信号流中检测数据分组，同时确定数据分组的到达时间和产生有关每个检测的数据分组的到达时间的时间标签数据；该方法的特征在于将几个数据分组的多个时间标签数据组合成一个时间标签分组；产生一个表示时间标签数据分组的时间标签分组信号以及与产生的时间标签分组信号一起发送接收到的信息信号串行流，以使得在时间标签数据和相应数据分组之间建立一个唯一的关联。
2．根据权利要求1的方法，其中该数据分组包括固定数目N的数字数据单元以及该时间标签包括M个数字数据单元，且M≤N，其特征在于该时间标签分组包括N个数字数据单元。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于为时间标签分组提供标识信息。
4．根据权利要求1、2或3之一的方法，其特征在于为时间标签分组中的时间标签数据提供表明对应数据分组的关联信息。
5．根据权利要求1、2或3之一的方法，其特征在于在一个时间标签分组内将多个时间标签数据按对应数据分组传送的顺序组合在一起。
6．根据任何一种前述权利要求的方法，其特征在于只将这些时间标签数据组合成一个时间标签分组，它对应一个数据分组，该数据分组与该时间标签分组一起构成用于编码和解码目的的组合数据分组逻辑块。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于数据分组逻辑块对应一个用于差错编码或纠错的块。
8．根据权利要求6的方法，其中数据分组序列表示一个编码的视频图象，其特征在于图象的第一个数据分组对应数据分组逻辑块的第一个数据分组。
9．根据权利要求6的方法，其中数据分组序列表示一个编码的视频图象，其特征在于根据一组视频图象选择该数据分组逻辑块。
10．根据前述权利要求之一的方法，其特征在于经一条传输信道发送时间标签分组信号用于接收设备与发送设备进行时间同步。
11．根据权利要求6的方法，其特征在于在发送数据分组逻辑块之前发送一个同步信号。
12．根据前述权利要求之一的方法，其中该数据分组根据N=188字节的MPEG传送流分组而格式化，其特征在于将时间标签数据组合成一个N=188字节的时间标签分组。
13．一种将表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的信息信号和根据权利要求1-12的任何一个产生的时间标签分组信号的流转换成分组化的信息信号流的方法，其特征还在于，接收该信息信号和时间标签分组信号的串行流；检测该时间标签分组信号；从检测的时间标签分组信号中分离该时间标签信号；将分离的时间标签信号与对应数据分组的信息信号相关联；在分离的时间标签信号基础上确定一个时间标签；在时间标签的基础上产生一个同步信号以获得该数据分组的发送时间；发送表示由所产生的同步信号同步的数据分组的信息信号。
14．根据权利要求13的方法，其特征在于在伴随时间标签分组信号的标识信息的基础上检测时间标签分组信号。
15．根据权利要求13或14的方法，其特征在于在伴随对应数据分组的关联信息的基础上将分离的时间信号与对应数据分组的信息信号相关联。
16．根据权利要求13或14之一的方法，其特征在于在时间标签的接收顺序的基础上将分离的时间信号与对应数据分组的信息信号相关联。
17．根据权利要求13-16之一的方法，其特征在于在接收到的时间标签分组信号的基础上进行时间同步。
18．将表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流转换成带时间标签的信息信号流的转换装置，它包括，接收信息信号串行流的输入终端；在接收到的信息信号串行流中检测该分组的检测装置；确定所检测的数据分组的到达时间的定时装置；产生有关到达时间的时间标签数据的时间标签产生装置；其特征在于，该转换装置还包括将多个产生的时间标签数据组成一个时间标签分组的组合装置；产生表示时间标签分组的时间标签分组信号串行流的时间标签分组信号产生装置；与产生的时间标签分组信号一起发送接收到的信息信号的发送装置，这样可以在时间标签数据和对应数据分组之间建立一个唯一的关联。
19．根据权利要求18的转换装置，其中转换装置适合于处理包括固定数目N的数字数据单元的数据分组以及时间标签信号产生装置适合于产生包括数量N的数字数据单元(M≤N)的时间标签数据，其特征在于时间标签分组信号产生装置适合于产生表示包括N个数字数据单元的时间标签数据分组的时间分组信号。
20．根据权利要求18或19的转换装置，其特征在于时间标签分组信号产生装置适合于向时间标签数据分组提供标识信息。
21．根据权利要求14、17或16之一的转换装置，其特征在于时间标签分组信号产生装置适合于为时间标签数据分组中的每个时间标签提供表明对应数据分组的关联信息。
22．根据权利要求18、19或20之一的转换装置，其特征在于组合装置适合于根据发送装置发送对应数据分组的顺序在一个时间标签数据分组中对多个时间标签数据排序。
23．根据权利要求18-22之一的转换装置，其特征在于组合装置适合于只将那些对应数据分组的时间标签数据组合成一个时间标签数据分组，该数据分组与时间标签数据分组一起构成一个用于编码或解码目的的组合数据分组逻辑决。
24．根据权利要求23的转换装置，其特征在于数据分组的逻辑块对应用于差错编码或纠错的块。
25．根据权利要求23的转换装置，其中数据分组序列表示编码后的视频图象，其特征在于图象的第一个数据分组对应数据分组逻辑块的第一个数据分组。
26．根据权利要求23的转换装置，其中数据分组序列表示编码后的视频图象，其特征在于数据分组逻辑块根据一组视频图象来选择。
27．根据权利要求18-23之一的转换装置，其特征在于发送装置适合于经一条传送信道发送一个用于接收设备的时间同步的时间标签分组信号。
28．根据权利要求24的转换装置，其特征在于发送装置适合于在发送数据分组逻辑块之前发送同步信号。
29．根据权利要求20-28之一的转换装置，其特征在于该转换装置适合于接收和发送表示根据N=188字节的MPEG传送流分组格式化的数据分组的信息信号以及将时间标签数据组成一个N=188字节的时间标签数据分组。
30．将表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的信息信号和根据权利要求1-12之一产生的时间标签分组信号的流转换成分组化的信息信号流的转换装置，其特征在于该转换装置包括，一个接收信息信号和时间标签分组信号的串行流的输入终端；检测接收到的时间标签分组信号的检测装置；从检测的时间标签分组信号中分离该时间标签信号的分离装置；将分离的时间标签信号与表示对应数据分组的信息信号相关联的关联装置；在分离的时间标签信号的基础上确定时间标签的确定装置；在表示数据分组发送时间的时间标签的基础上产生同步信号的产生装置；发送表示由所产生的同步信号同步的数据分组的信息信号的发送装置。
31．根据权利要求30的转换装置，其特征在于检测装置适合于在伴随时间标签数据分组的识别信息的基础上检测接收到的时间标签信号。
32．根据权利要求30或31的转换装置，其特征在于关联装置适合于在伴随时间标签信号的关联信息的基础上将分离的时间标签信号与对应数据分组的信息信号相关联。
33．根据权利要求39或30之一的转换装置，其特征在于关联装置适合于在时间标签接收顺序的基础上将分离的时间信号与对应数据分组的信息信号相关联。
34．根据权利要求30或33之一的转换装置，其特征在于发送装置适合于在时间标签分组信号的基础上进行时间同步。
35．一种存储和恢复表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流的系统，该系统包括一个接收信息信号的输入终端；根据权利要求18或29之一的、与输入终端相连的第一转换装置；与第一转换装置相连用于存储第一转换装置输出的转换信号的存储装置；根据权利要求30或34之一的、与存储装置相连的接收存储信号的第二转换装置；以及一个与第二转换装置相连的输出第二转换装置转换的信号的输出终端。
36．根据权利要求35的系统，其特征在于转换装置用总线连接到存储装置，该总线适合于以与接收到的信息信号相同的格式传送信号。
37．根据权利要求36的系统，适合于接收表示根据N=188字节的MPEG传送流分组格式化的分组的信息信号，其特征在于互连总线适合于传送表示N=188字节的分组的信号。
38．一种存储和恢复表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流的系统，该系统包括一个接收信息信号的输入终端；连接到输入终端根据权利要求1到12之一转换信号的通用数据处理装置；与通用数据处理装置相连用于存储通用数据处理装置输出的转换信号的存储装置；其中通用数据处理装置还与存储装置相连以根据权利要求13-17之一接收和转换存储的信号；以及其中该系统还包括一个与通用数据处理装置相连用于输出存储的和转换的信号的输出终端。
39．根据权利要求1-12之一获得的包括数据分组和时间标签分组的分组化信息信号流。
40．一种通过适合于传送按照分组化信息信号流的数字格式的信号的传送总线来传送表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流的方法，其特征在于根据权利要求1-12将分组化的信息信号流转换成带时间标签信号的信息信号流并随后经传送总线传送该带有时间标签分组的信息信号流。
41．一个包括信息信号和时间标签信号的串行流的信号，该信息信号表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息以及时间标签分组信号表示由几个数据分组的时间标签数据组成的时间标签分组。
全文摘要
本发明涉及一种将表示被安排在数字格式的独立、连续数据分组中的信息的分组化的信息信号流转换成带时间标签的信息信号流的方法和转换装置－建立有关数据分组到达时间的时间标签后,将几个数据分组的时间标签组合成一个时间标签分组,其中在一种实施方案中该时间标签分组的长度等于数据单元的长度。
文档编号H04N7/52GK1321396SQ00801415
公开日2001年11月7日 申请日期2000年5月4日 优先权日1999年5月14日
发明者A·M·A·里克尔特, N·拉姆博特, A·J·M·德尼森 申请人:皇家菲利浦电子有限公司