专利名称：用于快速频道转换的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字视频广播系统，并且更具体地，本发明涉及易于实现快速频道转换功能的数字视频广播系统。
背景技术：
在数字视频广播系统中，希望提供快速频道转换机制以减小用户从一个频道切换到另一个频道所花费的时间。频道转换时间通常很长，在移动视频广播应用中通常大于10 秒。快速频道转换的现有方案使用附加比特来提供低分辨率的视频，其中由于某种原因能够早于标准视频内容而播放该低分辨率的视频。只要进行频道转换，现有方案就存在浪费低分辨率视频比特的缺陷。此外，现有方案要求改变现有系统(也就是，非向后兼容) 以提供快速频道转换特性，并且这样的转换要求新的接收机工作在新系统中。
发明内容
通过本发明的用于减小在数字视频广播系统中转换频道所需要的时间量的系统、 装置和方法来处理现有技术的各种不足。具体地，通过分等级地调制每个频道以提供高优先级(长交织)和低优先级(短交织)信号，各种实施方式在数字电视系统中提供快速频道转换功能，其中接收机可以快速解调和使用新频道的低优先级信号中的信息来更快速地转换到新频道。在一个实施方式中，一种用于根据第一图像组(GOP)结构对多个视听流的每一个进行压缩编码以由此提供各自的第一压缩编码流的系统包括具有以下步骤的方法根据第二 GOP结构对视听流进行压缩编码以由此提供各自的第二压缩编码流；其中形成第二 GOP 结构的帧的数量小于形成第一 GOP结构的帧的数量；第二 GOP结构的帧与相应的第一 GOP 结构中的帧在时间上相对齐；以及第二压缩编码流适于使接收设备能够在第一压缩编码流之间快速转换。在另一实施方式中，一种装置包括编码器，用于根据第一图像组(GOP)结构的每一个和第二 GOP结构对多个视听流的每一个进行编码以由此提供多个相应的第一和第二压缩编码流；以及调制器，用于调制第一压缩编码流的每一个以提供各自的高优先级的流和用于调制第二压缩编码流的每一个以由此提供各自的低优先级的流；其中低优先级的流适于使接收设备能够在高优先级的流之间快速转换。
通过考虑下面的详细描述并结合附图，可以容易地理解本发明的教导，其中图1描述了根据一个实施方式的系统的框图；图2用图表描述了根据一个实施方式的用于高优先级和低优先级别流的图像组 (GOP)结构；
图3用图表描述了用于改进的视频质量的实施方式的图像组(GOP)结构；以及图4描述了根据一个实施方式的方法的流程图。为了便于理解，尽可能地使用相同的附图标记来指示图中相同的元素。
具体实施例方式将在展示由各种实施方式处理的具体特性的移动视频广播系统的上下文中主要描述该发明。然而，那些本领域的技术人员以及通过这里的教导所获得信息的人员会认识到本发明可应用于其它编码/解码系统，其中在该系统中希望在解码的流之间进行更快的转换。发明人已经注意到通常在移动视频广播系统的物理层和/或链路层的上下文中使用相对较长的交织以抵抗所传输信号的深度衰落或阻塞(例如，当车辆通过短的隧道或者立交桥)。而长的交织时间提供更健壮的接收机，使用长交织时间所提供的传输信息在接收机处也需要更多的时间来处理。此外，移动视频广播系统典型地使用图像组(GOP)结构以减小支持高质量视频流所需的比特率，其中在图像组(GOP)结构中很少传输I-帧(也就是，帧内编码视频帧)。这种帧的很少传输导致一个问题也就是，由于新频道的解码/处理必须在新频道中的I帧处开始，因此切换频道需要长的等待时间。各种实施方式有利地提供一个或多个改进的频道转换时间、改进的重放性能(其中发生信号丢失)、和由解码器所经历的差错的减小时间(也就是，持续性)。简单地说，在一个实施方式中，高优先级的编码流包括编码节目，其中编码节目包括具有相对标准的图像组(GOP)结构的视频和音频帧。该高优先级或者主要内容的流携带编码为帧内编码帧(I-帧)、可预测的编码帧(P-帧)、双向编码帧(B-帧)和任意的SP 和/或SI帧(例如在H. 264规范中定义)的标准节目。该高优先级或者主要内容的流还包括提供音频数据的音频帧。高优先级或者主要内容的流通常缺少这里描述的快速频道转换能力，并且适于由标准解码电路进行解码。低优先级或者快速跳过广告节目(zapping) 内容的流携带有编码成表示为SI帧(任意地包括I-帧或者其它帧类型)的降低分辨率的节目。在一个实施方式中，低优先级或者快速跳过广告节目内容的流的SI流分别在时间上与高优先级或者主要内容的流的I帧和P帧对齐，从而用LP流帧替换HP流帧实质上是无缝的。SI帧在ITU-T和IS0/IEC JTC 1、用于通用视听服务的高级视频编码、ITU-T建议、 H. 264-IS0/IEC 14496-10 (AVC), 2003中有论述，在此全部将其引入作为参考。各种实施方式受益于数字视频广播(DVB)标准(并对数字视频广播 (DVB)标准有贡献)，例如用于数字陆地电视的帧结构、信道编码和调制；ETSI EN 300744V1. 5. 1 0004-11)，和用于给3GHz以下的手持设备(SH)提供卫星服务的帧结构、信道编码和调制；DVB文档Alll，修订1，2007年7月；DVB蓝皮书Al 11，修订1，在此将它们全部引入作为参考。从而，各种实施方式包括提供快速频道转换的系统方法和/或装置，其中由分等级调制的HP发送第一流，并由分等级调制的LP发送第二流，并且它们中的一个用于快速解码以提供快速频道转换。这些实施方式不是必须需要与SI帧或者LP流中的任何特定的 GOP结构相关联。一般来说，分等级调制的LP流用于快速频道转换，而不考虑LP流的特定结构。
图1描述了包括根据一个实施方式的元件的系统的框图。具体地，图1的系统100 包括多个内容流源110-1、110-2、110-3直到110_N (统称内容流源110)，传输系统/介质 120和接收机140。需要说明的是，在图1中仅示出了一个接收机140。然而，包括多个接收机140的系统是发明人所预期的。每个内容流源110与视听信号源1101、编码器1102、流处理器1103、调制器1105 和可选择的控制器1106相关联。每个内容流源110提供适于通过传输系统/介质120向一个或多个接收机140传输的高优先级和低优先级的调制流。作为与本实施方式相一致所需的，可选择的控制器1106适于编码器1102、流处理器1103和调制器1105的操作。在各种实施方式中，编码器1102、流处理器1103和调制器1105根据本发明进行操作且不使用控制器1106。根据各种实施方式，控制器1106包括用于接收、处理、提供和/或交换信息的至少一个处理器、各种支持电路、输入-输出(I/O)电路、存储器、通信总线等等。视听信号源1101提供视频、音频和与诸如电视节目、电影等等的内容相关联的其它信号/流。视听信号源1101可以靠近或远离内容流源110。例如，视听信号源1101可以包括从远程卫星链路接收的网络电视馈送、来自本地服务器的电影等等。视听信号源1101 将未编码的视听信息(例如，视频、音频和/或其它信息)提供给编码器1102。描述为H.沈4编码器的编码器1102进行操作以对未编码的视听信息进行编码。在本实施方式的上下文中还可以方便地利用其它编码标准，例如MPEG标准(例如，MPEG-4第 10部分)、AVC标准等等。SI帧的具体使用(在H. 264中定义)仅仅是一个实施方式。一般来说，本发明提供在附加信息的LP流(例如，SI帧)中进行的传输，其中附加信息可用于快速产生用于快速频道转换的视听信号。优选地，同样的信息可以与HP流中的信息相结合以增强主要内容的视听信号。编码器1102可包括一个或多个编码器。编码器1102和流处理器1103相互合作以产生两个编码内容流；也就是，编码的高优先级内容流(H)和编码的低优先级内容流(L)。下面将参照图2和图3更为详细描述编码的高优先级和低优先级的内容流。简单地说，在一个实施方式中，高优先级编码流包括可以由标准接收/解码设备进行解码和进行其它处理的标准分辨率的编码节目。在该实施方式中，低优先级节目包括低帧速率的编码节目。高优先级编码流的图像组(GOP)结构包括的帧要多于在低优先级编码流中所包括的帧。在一个实施方式中，高优先级和低优先级的编码流包括在各实施方式中实质上相同的音频数据。在一个实施方式中，仅HP流包括音频。高优先级和低优先级的内容流分别由调制器1105中的高优先级调制器1105H和低优先级调制器1105L进行调制，以用于随后通过传输系统/介质120进行传输。接收机140与解调器1402、高优先级解码器1403H、低优先级解码器1403L、切换机构1404、音频/视频处理电路1405和控制器1406相关联。解调器1402包括高优先级流解调器1402H和低优先级解调器1402L。HP解调器 1402H进行操作以对通过传输系统/介质120接收的高优先级编码流进行解调以由此提供高优先级的编码流H。LP解调器1402L进行操作以对通过传输系统/介质120接收的低优先级编码流进行解调以提供低优先级的编码流L。由高优先级解码器1403H对高优先级的编码流H进行解码以由此提供高优先级的解码流。由低优先级解码器1403L对低优先级的编码流L进行解码以由此提供低优先级的解码流。作为说明，解码器包括实质上如这里描述的H. 264解码器。响应于由控制器1406提供的选择信号SELECT，切换机构1404将高优先级解码流和低优先级解码流中的一个提供给音频/视频处理电路1405。音频/视频处理电路1405处理解码流以提供适于诸如电视、计算机显示器和/或其它显示图像设备的播放设备使用的视频V和音频A。根据各种实施方式，控制器1406包括用于接收、处理、提供和/或交换信息的至少一个处理器、各种支持电路、输入-输出(I/O)电路、存储器、通信总线等等。控制器1406 与各种用户输入/输出设备(在图中没有示出)进行交互以接收诸如“转换频道”和其它命令的用户命令。响应于这些命令，控制器1406适于切换机构1404、解码器1403和解调器 1402的大部分操作以执行期望的用户动作。图2用图表描述了根据一个实施方式的用于高优先级流和低优先级流的图像组 (GOP)结构。具体地，描述了高优先级HP流210(表示为“主要内容”)，低优先级LP流220(表示为“快速跳过广告节目”)和结合的高优先级加低优先级(HP+LP)流230。这三个流以在时间上对齐的方式进行显示，其中包括5个时间段，表示为t0-t4。HP流210是由流处理器1103提供给调制器1105H的流。HP流210包括GOP结构， 其中在时间段to的开始处提供初始的I-帧，在时间段tl、t2和t3的开始处提供SP-中贞， 并用多个P-帧或B-帧分隔I-帧和SP帧。也就是，每个时间段从I-帧或者SP-帧中的一个开始，并包括多个P-帧或B-帧。由在时间段t4开始处提供的I-帧指示下一 GOP的开始。LP流220是由流处理器1103提供给调制器1105L的流。LP流220包括GOP结构， 其中在时间段tl、t2和t3的开始处提供SI-帧，并不用其它帧来分隔SP帧。也就是，每个时间段从SI-帧开始且不包括其它帧。在替换的实施方式中，I-帧包括在LP流的时间段 to开始处。在另一实施方式中，为了节约带宽，该I-帧是降低空间分辨率的帧和/或降低频谱的内容帧。结合流230表示由接收机140重构的HP流210和SP流220的结合。结合流230 包括GOP结构，其中每个LP流220中的SI-帧代替HP流210中的P帧或者SP-帧。在使用结合流230的实施方式中，由于改进的差错恢复而提供改善的视频质量。改进的差错恢复在图3中用图表进行描述。通过用来自LP流的时间上相应的SI-帧替换HP流中的SP-帧以在接收机处形成结合流230。在这种情况下，利用包括在LP流中的附加数据来提高通过HP流呈现给用户的服务质量。相似地，对HP流的破坏(例如由传输差错引入的帧差错等)仅持续一个时间段，而不是与本实施方式的GOP结构相关联的四个时间段。本领域技术人员可以注意到，包括初始I-帧和中间SP-帧的任何GOP结构可从该实施方式中获益。图3用图表描述了用于改进视频质量的实施方式的图像组(GOP)结构。具体地， 图3用图表描述了差错对上述参考图2讨论的每个HP流210和结合流230的影响。参照图3，如果在HP流220的第二帧发生差错，差错通过GOP的所有可预测的编码帧进行传播， 直到下一个I-帧(在时间段t4)为止。相反，如果在结合流230的第二帧处有相同的差错， 差错仅仅传播到下一个SI-帧为止。因此，在一个实施方式中，通过使用HP流和LP流，可提供包括防止由频道转换导致破坏的改进的差错恢复，其中使用LP流中的SI-帧以替换在HP流中在时间上相对应的帧。在本发明的该实施方式中，分等级调制用于实现快速频道转换特性。具体地，高质量的视频内容在分等级调制信号的HP层中传输，同时低质量的视频内容以及在支持快速频道转换特性中能够以最小延迟进行解码的附加比特在分等级调制信号的LP层中传输。 在一个实施方式中，附加比特在用于提供差错恢复的LP层中进行传输，从而提高了视频质量。该实施方式还利用H. 264视频编码标准的SP-帧和SI-帧的专有特性。该实施方式有几个优点。第一，用于提供快速频道转换的比特在进行频道转换之后不会被浪费。这些比特在频道转换之后也可在视频中用于提供差错恢复。第二，由于增加的差错恢复，服务质量增强了。第三，具有快速频道转换特性的系统向后兼容。没有必要去替换现有的、所使用的接收机。旧的接收机将继续提供没有快速频道转换特性的标准视频服务。新的接收机将具有快速频道转换特性，以及较高视频质量的附加优势。在本发明的另一实施方式中，标准节目具有4. 94Mbps的比特率。参考下面的表1 描述与该实施方式相关联的参数。HP流提供了具有相同比特率的相同节目，但是其要求大于1. 7dB的C/N以实现相同的BER。LP流包括具有全部比特率为1. 48Mbps的I帧和SI帧， 以及音频数据。该比特率提供为HP中I帧或SI帧的2倍。因此，在结合的HP流和LP流中，差错传播持续时间平均为在HP流中的一半。对于LP要实现BER < 10_5，所要求的C/N 是6. 5dB，其比基准系统高3dB。在使用SI帧的实施方式中，在LP流中传输的SI帧的数量大约2倍于HP流中传输的I-帧的数量。
权利要求
1.一种装置，包括调制器，用于分等级地调制多个内容流的每一个以产生各自的具有相对较长的交织长度的高优先级(HP)调制内容流和相应的具有相对较短的交织长度的低优先级(LP)调制内容流，每个相应的HP和LP调制内容流提供与特定频道相关联的内容，HP和LP调制内容流适合在接收设备中促进快速频道转换功能。
2.根据权利要求1所述的装置，其中HP调制流包括根据第一图像组(GOP)结构编码的内容，LP调制流包括根据第二 GOP结构编码的内容，第二 GOP结构比第一 GOP结构包括更少的帧。
3.根据权利要求2所述的装置，其中第一和第二GOP结构适于进行结合以由此提供结合的GOP结构。
4.根据权利要求3所述的装置，其中第一GOP结构包括初始的I-帧和至少一个SD-帧， 第二 GOP结构包括至少一个SI-帧，结合的GOP结构包括第一 GOP结构，其中至少一个 SD-帧由来自第二 GOP结构的相应的SI-帧所替换。
5.在用于根据第一图像组(GOP)结构对多个视听流的每一个进行压缩编码以由此提供各自第一压缩编码流的系统中，一种方法包括根据第二 GOP结构对视听流进行压缩编码以由此提供各自的第二压缩编码流；其中形成第二 GOP结构的帧的数量小于形成第一 GOP结构的帧的数量；第二压缩编码流适于能够使接收设备在第一压缩编码流之间快速转换。
6.根据权利要求5所述的方法，其中第一和第二压缩编码流包括公共编码音频帧。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括使用相对较长的交织长度对第一压缩编码流进行传输调制；使用相对较短的交织长度对第二压缩编码流进行传输调制。
8.一种装置，包括编码器，用于根据第一图像组(GOP)结构和第二 GOP结构中的每一个对多个视听流中的每一个进行编码以由此提供多个相应的第一和第二压缩编码流；以及调制器，用于调制每个第一压缩编码流以提供各自的高优先级流，以及用于调制每个第二压缩编码流以由此提供各自的低优先级流；其中低优先级流适于能够使接收设备在高优先级流之间快速转换。
9.根据权利要求8所述的装置，其中调制器使用相对较长的交织长度用于对每个第一压缩编码流进行调制和相对较短的交织长度用于对每个第二压缩编码流进行调制相对较短。
10.一种接收机装置，包括解调器，包括分别对通过分等级编码的高优先级(HP)和相应的低优先级(LP)流所接收的频道信息进行解调以由此提供编码频道内容的高优先级(HP)解调器和低优先级(LP) 解调器，编码HP流与相对较长的交织长度相关联，编码LP流与相对较短的交织长度相关联；解码器，用于对编码频道内容进行解码以由此提供解码频道内容；其中，响应于频道转换命令，LP解调器开始处理与所期望的新频道相关联的LP流以从中提取支持从现有频道到所期望的新频道的快速转换的信息。
全文摘要
通过分等级地调制每个频道以提供高优先级(长交织)和低优先级(短交织)信号来提供数字电视系统中的快速频道转换功能，其中接收机可以快速解调并使用新频道的低优先级信号中的信息来更快地转换到新频道。
文档编号H04N5/50GK102210144SQ200980144381
公开日2011年10月5日 申请日期2009年11月4日 优先权日2008年11月6日
发明者H·蒋, K·N·马修斯, P·A·威尔福特 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司