專利名稱：匯編傳輸數(shù)據(jù)包系統(tǒng)中的壓縮數(shù)據(jù)處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域，更具體地說涉及用于處理包含在(例如)一個高清晰度電視系統(tǒng)中傳送編碼MPEG式數(shù)據(jù)的傳送包的數(shù)據(jù)流的方法和設(shè)備。
Acampora等人美國專利5,168,356描述了一種用于處理須經(jīng)MPEG式可復(fù)長度編碼的高清晰度電視(HDTV)信號的系統(tǒng)。MPEG是由圓標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化組織建立的一種標(biāo)準(zhǔn)的編碼格式。該標(biāo)準(zhǔn)描述于文獻“國際標(biāo)準(zhǔn)化組織”，中適用于數(shù)字存儲媒體的移動圖象與伴章的編碼的ISO/IEC DIS 11172(1991年11月23日修訂)標(biāo)準(zhǔn)，該文件引入本文，供說明一般編碼格式時參改。在Acapora等人的該系統(tǒng)中，代碼字是賦以優(yōu)先權(quán)的反映基在數(shù)據(jù)流中的高優(yōu)先權(quán)和低優(yōu)先信息。該代碼字?jǐn)?shù)據(jù)流被傳到一個傳輸處理器，該處理器將代碼字?jǐn)?shù)據(jù)的縮(packs)成各包括標(biāo)題節(jié)和壓縮數(shù)據(jù)的有效負(fù)載節(jié)的傳輸單元，并提供高優(yōu)先級和低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流輸出。
該傳輸處理器一個主要功能是將由選前優(yōu)先級處理器產(chǎn)生的可復(fù)長度代碼字?jǐn)?shù)據(jù)組合成壓縮數(shù)據(jù)字。壓縮字的累加即將之為數(shù)據(jù)包是以一傳輸標(biāo)題開始。
這種傳輸包格式增加接收機端的再同步和信號恢復(fù)性能，例如由于傳輸頻道干擾引起破壞以后，由于提供了標(biāo)題數(shù)據(jù)，接收機就能由此確定發(fā)送數(shù)據(jù)一旦發(fā)生丟失或破壞時，重新進入數(shù)據(jù)流的重入點。由于在一個包的邊界開始一組圖象(GOP)也有利于在MPEG譯碼器的數(shù)據(jù)同步。正如將要看到的一個GOP即是欲成為有助于隨機存取的一個編碼視頻位流序列的一系列一幅或多幅圖象或幀。照MPEG標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中通過響應(yīng)內(nèi)編碼(intracoded)I-幀圖象開始代碼字，以及通過將圖象開始代碼字置于包的邊界，也便于再同步。
根據(jù)本發(fā)明原理，在一個傳送數(shù)據(jù)包中可變長度代碼字(例如MPEG代碼字)的系統(tǒng)中，具有少于予定字?jǐn)?shù)的不完全數(shù)據(jù)包用非一操作“零字”組裝，以產(chǎn)生一個固定長度包，并定義一個可出現(xiàn)規(guī)定代碼字的包間(inter-Packet)邊界。
在本文所揭示的一個最佳實施例中，一個專用代碼字，包對齊標(biāo)記(PAF)被插入一個MPEG數(shù)據(jù)流，以表示圖象組(GOP)的開始。該PAF緊接在開始一個GOP的內(nèi)編碼(intracoded)“I”幀的圖象開始代碼字之前。該PAF指示圖象開始代碼字即將出現(xiàn)，并擁有這樣一個時鐘周期，即在此時鐘周期期間，執(zhí)行某些“內(nèi)務(wù)處理”功能后，再在下一包的起始點出現(xiàn)圖象開始代碼字。這些內(nèi)務(wù)處理功能包括(例如)將累加器置零，檢查標(biāo)題狀態(tài)，以及當(dāng)PAF出現(xiàn)時，對建造中的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生一最后字指示符。一旦PAF出現(xiàn)，由于規(guī)定在一數(shù)據(jù)包邊界開始一GOP，而終結(jié)構(gòu)造中的數(shù)據(jù)包。這種終結(jié)可導(dǎo)致包含少于規(guī)定組裝字?jǐn)?shù)的短縮包。該短縮數(shù)據(jù)包被填充以空(零位)字，以建立一個具有規(guī)定字?jǐn)?shù)的完全數(shù)據(jù)包，并定義一個圖象開始代碼字可出現(xiàn)的包間邊界。三十個32-位固定長度的字構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包被冠以一個32-位的標(biāo)題。
附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的包含數(shù)據(jù)字控制器，數(shù)據(jù)包形成器(datapacker)和數(shù)據(jù)/標(biāo)題組合設(shè)備的視頻信號編碼器一部分的方塊圖。
圖2A，2B和2C表示圖1的字控制器和數(shù)據(jù)包形成器的細(xì)節(jié)。
圖3是與圖2A所示字狀態(tài)控制器的操作相關(guān)的真值表。
圖4表示一個壓縮數(shù)據(jù)匯編程序網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)。
圖5至16描繪了最后字產(chǎn)生的幾個實例。
圖17表示圖1所示數(shù)據(jù)和標(biāo)題組合單元的細(xì)節(jié)。
圖18是與圖17所示狀態(tài)控制器操作相關(guān)的狀態(tài)圖。
圖19是包含根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一個HDTV編碼系統(tǒng)的方塊圖。
圖20A和20B是對編碼視頻信號的圖象場/幀序列的示意表示。
圖21是對由圖19系統(tǒng)中編碼/壓縮設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊形成的示意表示。
圖22是對由圖19系統(tǒng)中編碼/壓縮設(shè)備提供的數(shù)據(jù)格式的一種通用示意性表示。
圖1是一個傳輸處理器的數(shù)據(jù)包形成器12和壓縮數(shù)據(jù)字控制器10的方塊圖。正如前面已提及，傳輸處理器的一個主要功能是將可變長度的代碼字?jǐn)?shù)據(jù)壓縮成固定長度(例如32位)的數(shù)據(jù)字。30個累計數(shù)據(jù)字構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包最后由一傳輸標(biāo)題開始。這樣一種傳輸處理器可應(yīng)用于一個為處理MPEG式壓縮視頻信號的系統(tǒng)中，正如后面將對圖19所作論述那樣。有關(guān)MPEG格式化和處理過程的其他特性將結(jié)合圖20，21和22討論。
控制器10監(jiān)控與包對齊標(biāo)記[Pocket Alignment Flag(PAF)]相應(yīng)的長度數(shù)據(jù)字的累計，以確定由一可變長度代碼字流匯編成的32-位數(shù)據(jù)字的完成，以及960-位長的數(shù)據(jù)包的完成。該長度數(shù)據(jù)是一個定義其長度的與一個可變長度代碼字一致的六位并行字。該長度的二進制值表示與實際代表待傳輸?shù)腗PEG代碼字的可變長度代碼字一致的位數(shù)。每個可變長度代碼字以代表MPEG代碼的有效位(1至32)的可變位數(shù)出現(xiàn)在一條32位寬的總線上。
PAF是通過輸入處理器14如此形成，以使PAF出現(xiàn)在一組圖象開始時的MPEG“I”(內(nèi)編碼)幀圖象開始代碼字剛好前一個代碼字。PAF可通過利用-數(shù)據(jù)比較器檢測I幀圖象開始代碼字的出現(xiàn)來產(chǎn)生。單元14還包括一個信號延遲網(wǎng)絡(luò)，用以處理圖象開始代碼字和PAF，以使PAF出現(xiàn)在代碼字時鐘周期中剛好在I幀圖象開始代碼字之前。該延遲網(wǎng)絡(luò)還保證加到單元10和12的輸出信號呈現(xiàn)正確的時間同步。
字地址被傳送到數(shù)據(jù)包形成器12，該數(shù)據(jù)包形成器接收用于組裝的可變長度代碼字，以確保輸入可變長度代碼字的正確鏈接。字控制信號也被送到包形成器12，以使說明短字，標(biāo)志一個包中的最后字和保證30個壓縮數(shù)據(jù)字序列與相應(yīng)傳輸標(biāo)題正確對齊?？刂破?0通過累加長度字的二進制值來跟蹤壓縮的完成。每個值代表相關(guān)代碼字中的有效位數(shù)。當(dāng)已累計有960位時便完成了一個包。這種計數(shù)的起點，或說初始化是通過PAF的出現(xiàn)，使控制器10內(nèi)的內(nèi)部累加器置零而形成的。
包形成器12借助一根32位的并行數(shù)據(jù)總線接收可變長度代碼字(VLC)。在來自控制器10的信號管理下，將有效位壓縮成32位字。為適應(yīng)最終的MPEG比特串行傳輸次序而安排鏈接。來自單元12的壓縮數(shù)據(jù)以一可變的字率被送到數(shù)據(jù)和標(biāo)題組合器15的輸入FIFO數(shù)據(jù)緩沖器16。組合器15還接收來自形成器12的數(shù)據(jù)字使能信號，使有效數(shù)據(jù)能被寫入組合器15中的FIFO數(shù)據(jù)緩沖器16。除了PAF強制成短包外，一旦已傳送了30個這樣的字便形成一個完全的數(shù)據(jù)包。由包形成器12產(chǎn)生的最后字指示符標(biāo)志著本例中一個正常包內(nèi)的第三十個字，或因出現(xiàn)PAF而縮短的包中的最后一個字。
每當(dāng)壓縮數(shù)據(jù)字是可用時該壓縮數(shù)據(jù)字便被傳送到數(shù)據(jù)/標(biāo)題組合器15。同樣，每當(dāng)標(biāo)題可用時，便將傳輸標(biāo)題從標(biāo)題發(fā)生器18傳送到組合器15中輸入FIFO標(biāo)題緩沖器17。標(biāo)題發(fā)生器18用來形成標(biāo)題的信息是從輸入處理器14和字控制器10獲得的。一個標(biāo)題寫使能信號表示一個標(biāo)題是可用的，并使這些標(biāo)題能寫入FIFO17。組合器15在每個壓縮數(shù)據(jù)有效負(fù)載之前冠以適當(dāng)標(biāo)題，并將由此形成的傳輸包或塊轉(zhuǎn)至如圖19可見的輸出速率緩沖器。組合器15還產(chǎn)生一個輸出數(shù)據(jù)就緒信號，以表示壓縮數(shù)據(jù)字或傳輸標(biāo)題已準(zhǔn)備就緒等待轉(zhuǎn)送。一個標(biāo)題指示符信號表示標(biāo)題進行傳送過程的時鐘周期。該信號充當(dāng)一個傳輸包邊界的標(biāo)記，致使諸如正向糾錯(FEC)之類的后繼操作可被適時加到傳輸單元。
每一標(biāo)題包含與該標(biāo)題相應(yīng)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)有關(guān)的信息。該標(biāo)題信息協(xié)助接收機的數(shù)據(jù)匯編和同步并包含諸如服務(wù)類型(例如，聲頻，視頻，數(shù)據(jù))，幀類型，幀數(shù)和分片數(shù)(slice number)等信息。Acampora等人的美國專利5,168,356中有關(guān)應(yīng)用MPEG信號編碼的HDTV數(shù)字信號處理系統(tǒng)的那部分描述了這種類型的標(biāo)題及其處理過程。
一個數(shù)據(jù)包可包含(對本實例而言)從1至29字，即少于30個的壓縮數(shù)據(jù)字。正如將結(jié)合圖20至22論述的，由輸入處理器14提供的PAF一出現(xiàn)立即出現(xiàn)位于一個GOP開始的一內(nèi)編碼I-幀的圖象起始代碼字。一個內(nèi)編碼幀的該圖象起始代碼字總是開始一個新包，并緊跟在前的PAF表明一個數(shù)據(jù)包的結(jié)束和一個新包的開始。該圖象起始代碼字的包對齊有助于在接收機快速獲取數(shù)據(jù)流。當(dāng)形成固定長度字期間出現(xiàn)PAF時，即形成一個短縮的數(shù)據(jù)包。在建造該壓縮字時其余位在數(shù)據(jù)包形成器12中被填以若干“零位”(zeroed bits)(從1至31)。此外，該數(shù)據(jù)包中的其余字將在組合器15中同樣被填以“零字”(從1至29)，以此保持傳輸包的原尺寸。這種“填零字”的必要性是在30個數(shù)據(jù)字已傳送到組合器15之前，由一最后字指示符的出現(xiàn)來指示的。
正確識別一個數(shù)據(jù)包中的最后字是重要的。該最后字保證了對一個帶有其相應(yīng)傳送標(biāo)題構(gòu)成的包的正確記錄。最后字也構(gòu)成圖象邊界的MPEG組(即內(nèi)編碼幀)處的填充包(filled packet)，這對諸如改變頻道之后等情況下在電視接收機/解碼器處的再同步是必不可少的。對最后字的測定不是一項無價值工作，并取決于對包狀態(tài)的特定了解，諸如何時完成一個包，以及如果已完成，是否存在進入下一包的數(shù)據(jù)段等等。何時最后字是形成在當(dāng)前時鐘間隔內(nèi)的字或是待形成在下一時鐘間隔內(nèi)的字，這有幾種情況。
最后字形成的某些具體例子說明如下。在沒有PAF情況下完成一個包時，則最后字(在本例中為第30個字)是最后字并由一最后字指示符作此標(biāo)記。這是“真”最后字的一個例子。一個PAF可能發(fā)生在一個包已完成同時沒有位段進入下一包的時候，即，該字恰好結(jié)束在包的邊界。一個完成包的最后字被標(biāo)識為最后字，因為事實就是如此。這是“真”最后字的另一例子。PAF也可能發(fā)生在一個包已完成同時某些位段進入了下一包的第一字的時候。在此情況下，形成并因此標(biāo)識了兩個相繼的最后字。該完成包的最后字被標(biāo)識為最后(一個“真”最后字)，同時下一包的第一字也被標(biāo)識為最后，因為PAF迫使該包短縮。在后一種短縮包情況下，在已發(fā)送30字以前出現(xiàn)最后字導(dǎo)致“零字填充”以完成該包。下面給出最后字的另一些實例。PAF可發(fā)生在一個未完成包處于建造中的某一時間。若一個內(nèi)部字是在某些位段進入下一字情況下完成；則該部分字成為最后字。一種特別麻煩的情況是當(dāng)一個未完成包在建造時，一個內(nèi)部字在沒有任何位段進入下一字的情況下完成。該內(nèi)部字可被傳送到數(shù)據(jù)/標(biāo)題組合器后，其后數(shù)據(jù)(即，PAF出現(xiàn))才指示該字是最后字，這就不能名符其實地達到正確標(biāo)識目的。在此情況下，一個稱為“偽”最后字的零字產(chǎn)生并被標(biāo)識為最后字。這種偽最后字，與(例如)部分被填充零位的分段式(不完全)最后字不同，是完全用零位構(gòu)成的。這些和其他一些實例將在涉及圖5-16時加以論述。
在下面將要描述的該揭示系統(tǒng)的一些重大特征是零長度PAF的形成，以發(fā)出GOP即將開始的信號，以及便于產(chǎn)生和標(biāo)識一個數(shù)據(jù)包中的最后字，以要時產(chǎn)生偽最后字，和產(chǎn)生與最后字出現(xiàn)的變化有關(guān)的特定信號。
圖2A示出圖1控制器10的細(xì)節(jié)。該控制器包括在一帶有模960電路22的反饋裝置中的累加器20。包含在該反饋回路中的一個緩沖寄存器23，以將新累加值保存在每個長度輸入周期的末端。輸入PAF和長度字經(jīng)由輸入寄存器24分別傳送到模單元22和累加器20。長度字的值連續(xù)地通過單元20累加，同時累加器20和模960單元22的反饋組合將一個包的長度設(shè)定在960位。從寄存器23得到的累加器輸出代表該位在一個包內(nèi)的位置并被傳送到狀態(tài)控制器25。
包狀態(tài)控制器25還接收來自輸入緩沖寄存器24的PAF并發(fā)出為在字狀態(tài)控制器26中產(chǎn)生寫指令所需的輸出信號。當(dāng)累加器位計數(shù)值等于或大于960時，便向字狀態(tài)控制器26發(fā)出包完成輸出信號。當(dāng)累加器的位計數(shù)不在字邊累上(即，位計數(shù)不等于32的整數(shù)倍)時，控制器25發(fā)出一個輸出剩余(Remnant)信號。當(dāng)累加器位計數(shù)為零時，發(fā)出真零輸出信號，該信號僅在PAF出現(xiàn)時確定最后字的正確形成方面才有意義。用于產(chǎn)生這些信號的邏輯電路示于下面要討論的圖2B中。
當(dāng)接收到的零值長度字表明存在零長度空代碼字，即，非操作(NO-OP)代碼字時，累加器20空閑，并保持該最后位計數(shù)值。這一規(guī)則的一個例外是PAF將總是迫使累加器值為零，而與位計數(shù)值無關(guān)。另一例外發(fā)生在一個包剛好在包的邊界(即，累加器計數(shù)為960)上完成。在接著的下一時鐘周期，累加器計數(shù)值將經(jīng)由模960單元22被校正到下一長度字的二進制值。當(dāng)累加器計數(shù)等于或大于960時，便完成一個包。
在圖2B中，代表累加長度的10位累加器輸出被示為I0至I9。當(dāng)壓縮代碼字的累加長度等于或大于960時，便完成一個包。該條件被表示為當(dāng)作為加到與門(AND)30的累加器四個MSB位I6至I9均處于邏輯1狀態(tài)。真零被表示為當(dāng)作為加到或門31的所有十個累加器位均處于邏輯0時狀態(tài)?！胺鞘Ｓ唷睜顟B(tài)是指加到或門32的五個LSB累加器位I0至I4均處于邏輯0狀態(tài)。數(shù)據(jù)包形成器的字地址是響應(yīng)六個LSB累加器位，I0至I5形成的。與門陣列34在遇到包對齊標(biāo)記(PAF)時迫使字地址至邏輯0狀態(tài)(字地址復(fù)位)。
圖2C表示圖1的數(shù)據(jù)包形成器12的細(xì)節(jié)。可變長度代碼字被送到數(shù)據(jù)移位器35。該移位器可為象德州(Texas)儀器公司的74AS8838型之類的桶形移位器。為適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥糜阪溄涌勺冮L度代碼字的有效位，長度累加器輸出的一個LSB子集(subset)從包狀態(tài)控制器25發(fā)出(見圖2A和2B)并被傳送到數(shù)據(jù)移位器作為字地址。當(dāng)從可變長度代碼字的鏈接已形成一個32位字時，該壓縮字被傳送到保持寄存器36。該壓縮數(shù)據(jù)字的有效性是通過一個由寄存器36發(fā)出的字就緒信號作出標(biāo)記的，以使該字能被傳送到數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)37。數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)37利用來自壓縮字控制器10(圖1)的控制信號WEN1，WEN2和WZERO，給在圖1的數(shù)據(jù)和標(biāo)題組合器15內(nèi)包含的一個FIFO緩沖器發(fā)送帶有其數(shù)據(jù)寫使能和最后字標(biāo)記的壓縮數(shù)據(jù)字。
下一傳送標(biāo)題插入該組合數(shù)據(jù)流尾隨一個包的最后字發(fā)送以使下一包的標(biāo)題在當(dāng)前包的最后字后面插入。一個標(biāo)題控制器使用該累加器輸出(圖2A)去指示該包中某些代碼字的位置，以使這些位置能在標(biāo)題范圍中的入口點字段內(nèi)加以描述。借助與字狀態(tài)控制器26和數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)37相關(guān)的邏輯數(shù)組(logic arrays)可簡便地產(chǎn)生使數(shù)據(jù)字能寫入FIFO緩沖器的最后字指示符和標(biāo)記。下面的表1表示用于響應(yīng)邏輯數(shù)組輸入PAF(包對齊標(biāo)記)，PC(包完成)，TZ(真零)和REM(剩余，字段區(qū)指示符)產(chǎn)生最后字的動作狀態(tài)。數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)37借助從控制器26經(jīng)緩沖寄存器28施加的輸出信號可方便地形成其輸出信號。這些信號包括表示出現(xiàn)在下一時鐘周期內(nèi)的最后字的寫使能信號WEN1，表示出現(xiàn)在當(dāng)前時鐘周期內(nèi)的最后字的寫使能信號WEN2和產(chǎn)生一個偽最后字的寫零信號WZERO。該偽最后字出現(xiàn)在PAF與駐留在未完成包的內(nèi)部代碼字邊界的包形成(formation)一致的時候。
表1字狀態(tài)控制器的狀態(tài)PAFPCTZREM 采取的動作是 是N/A 是 當(dāng)前字標(biāo)記作為最后字，則下一時鐘的字標(biāo)記同樣(情況1)是 是N/A 否 當(dāng)前字標(biāo)記作為最后字(情況2)是 否N/A 是 下一時鐘標(biāo)記字作為最后字(情況3)是 否否否 下一時鐘形成偽零字，并標(biāo)識它作為最后字(情況4)否 是N/A N/A 標(biāo)識當(dāng)前字作為最后字(情況5)是 否是否 沒有一個(情況6a)否 否N/Z NA 沒有一個(情況6b)注1當(dāng)前字的最后字標(biāo)記由寫使能2給出信號。
注2下一時鐘內(nèi)的字的最后字標(biāo)記由寫使能1給出信號。
注3偽字的形成由寫零給出信號并由寫使能1標(biāo)識。
正如將就圖5-16進一步論述的，對于不同操作條件的實例(表1的情況1-6)產(chǎn)生WEN1，WEN2和WZERO的真值表示于圖3。附件A給出了表1的算法。來自控制器26的輸出信號被加到輸出緩沖寄存器28后，再作為輸出字控制信號供至圖4所示數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)。
圖4的數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)包括圖1中數(shù)據(jù)包形成器12的輸出網(wǎng)絡(luò)。該數(shù)據(jù)匯編網(wǎng)絡(luò)包括與邏輯門42和44，或邏輯門46，和如圖所配置的D型觸發(fā)器43和45。經(jīng)壓縮的32位寬的數(shù)據(jù)字經(jīng)由與邏輯門42被送到一數(shù)據(jù)FIFO，一個來自在先的包形成電路的字就緒信號通過與邏輯門44并成為用于圖1中數(shù)據(jù)FIFO16的數(shù)據(jù)寫使能信號。來自壓縮字狀態(tài)控制器(圖2A)的數(shù)據(jù)寫控制信號WEN1，WEN2和WZERO如圖示被加到觸發(fā)器43和45和邏輯門46。WEN2表示與當(dāng)前字相關(guān)的一個最后字標(biāo)記，而WEN1表示一個與下一時鐘周期中一字相關(guān)的最后字標(biāo)記。WZERO控制信號表示由WEN1標(biāo)識為最后字的一個偽最后字(表1中情況4)的形成。在此情況下，稱之為偽最后字的全零字被插入壓縮數(shù)據(jù)字流，并被寫到數(shù)據(jù)FIFO16。至匯編門44的字就緒輸入信號由一保持寄存器36(圖2C)提供，以表示一個壓縮成32-位字的有效性。
以下的討論涉及由圖5至16所示有關(guān)最后字形成的幾個實例。其中某些實例顯示與一后繼和在先PAF一致的零長度NO-OP字的影響。
圖5和6說明了表1中情況5的幾種變型。在圖5中，一個包在以分段進入下一包的方式完成(即，累加器位值大于960)。圖6中，一個包正好在包的邊界上完成(即，累加器值等于960)，沒有任何分段或剩余部分進入下一包。在兩種情況下，最后字標(biāo)記在包完成時間出現(xiàn)。這一事件與真零和剩余指示符無關(guān)，因為不存在PAF。不然，在有PAF情況下，必須考慮真零和剩余指示。
圖7和8示出表1的情況2。在圖7中，在一個包完成以后立即出現(xiàn)PAF，同時沒有跟著一個32-位圖象開始代碼字的分段。圖8是類似的，只是除外在圖象開始代碼字前面介入了三個零長度非—操作(NO-OP)代碼字這一點。在該兩圖中，PAF均與包完成信號一致并在沒有余段進入下一包的情況下結(jié)束包的。圖7表示立即累加跟一個32位長的圖象開始代碼字的更典型情況。圖8表示允許介入NO-OP字。
圖9屬于表1的情況6a，此處，PAF與一個包完成信號不一致。PAF在包完成之后出現(xiàn)，同時無分段和在NO-OP字之后跟隨一個圖象開始代碼字。在此情況下，一個最后字指示與包完成信號相關(guān)聯(lián)，但沒有與PAF相關(guān)的最后字指示，因為在此情況下由于累加器在零空閑引起包含一個真零指示。
圖10和11示出表1的情況1。在圖10中，一個PAF緊接包完成之后出現(xiàn)，并有跟隨一圖象開始代碼字的分段。圖11除在圖象開始代碼字以前介入NO-OP字以外，與圖10相同。由于分段剩余之故需要兩個最后字指示符。由于該分段形式使一個最后字指示符出現(xiàn)在包完成區(qū)間，而另一個出現(xiàn)在PAF后面的一個時鐘區(qū)間。
圖12，13和14示出了表1的情況3。在這些實例中，PAF有時出現(xiàn)在包形成期間，但不在字邊界(即，存在進入下一字的分段)，而且不與包完成指示相符。那時最后字信號通常作為部分起始字(由于分段)的一個結(jié)果而發(fā)生在PAF后面的下一時鐘區(qū)間。在圖12中，PAF在完成一個包之后，以分段式在一些NO-OP字之后出現(xiàn)，跟隨一圖象開始代碼字。在圖13中，PAF在完成一個字時立即出現(xiàn)，以分段方式后跟一個圖象開始代碼字。在圖14中，PAF在完成一個字之后并在若干代碼已引起分段以后出現(xiàn)。
圖15和16示出表1的情況4，即關(guān)于有必要產(chǎn)生特定型式的最后字，偽最后字的情況。該情況涉及PAF在一個字完成以后立即(圖15)出現(xiàn)或隔一些時間之后(圖16)，無分段，即直接出現(xiàn)在32倍數(shù)的一個字邊界上。在此情況下，前提是完成字在通知(由后繼PAF提供)它是最后字以前已被發(fā)出。形成和發(fā)出一個全零偽最后字。這是允許的，因為MPEG允許在一個開始代碼字前面前置任意數(shù)目的零，并確保了圖象開始代碼字緊跟PAF的出現(xiàn)。此外，在這些情況中，包的平衡(balance)將由數(shù)據(jù)/標(biāo)題組合器對其填充零位(空)字達到。在此情況下，由于已發(fā)出一個零字并被偽標(biāo)為最后字，故組合器將發(fā)出不到一個字(one less word)。在圖15中，當(dāng)一個字完成時(沒有分段)立即出現(xiàn)PAF接著一個圖象開始代碼字。在圖16中一個字完成(沒有分段)后緊跟介入的NO-OP字。然后出現(xiàn)PAF，后跟著一個圖象開始代碼字。
圖17表示數(shù)據(jù)/標(biāo)題組合器15(圖1)的其他細(xì)節(jié)。每當(dāng)標(biāo)題發(fā)生器18產(chǎn)生標(biāo)題響應(yīng)一個標(biāo)題寫使能信號標(biāo)題部分被寫入標(biāo)題FIFO70。類似的，每當(dāng)壓縮數(shù)據(jù)字由數(shù)據(jù)包形成器12產(chǎn)生，就響應(yīng)數(shù)據(jù)寫使能信號被寫入數(shù)據(jù)FIFO72。無論最后字是否為第30字，在數(shù)據(jù)壓縮過程中都伴隨一個包的最后字而產(chǎn)生一個最后字指示符。單元70和72的標(biāo)題和數(shù)據(jù)輸出通過多路轉(zhuǎn)換器76被多路轉(zhuǎn)換到一根公共總線上并加到輸出寄存器78。寄存器78將數(shù)據(jù)就緒信號，包數(shù)據(jù)和標(biāo)題，及標(biāo)題指示符供至圖19所示的速度緩沖器713和714。多路轉(zhuǎn)換器76能響應(yīng)來自FIFO狀態(tài)控制器74的一個發(fā)出零信號(Issue zero signal)而按命令發(fā)出零字。
兩個FIFO單元70和72，多路轉(zhuǎn)換器76和輸出寄存器78由控制器74管理，該控制器是一個狀態(tài)機。在接通電源或類似的再起動以后，控制器74等待一個可用標(biāo)題。一個可用標(biāo)題與數(shù)據(jù)就緒指示符一個標(biāo)題指示符一起被送到多路轉(zhuǎn)換器76的輸出總線。然后控制器74為數(shù)據(jù)FIFO72服務(wù)，提取可用數(shù)據(jù)直至出現(xiàn)最后字指示符。伴有數(shù)據(jù)就緒指示符所發(fā)送的每個數(shù)據(jù)被傳送到輸出寄存器78。假如在最后字指示符出現(xiàn)后已服務(wù)了30個數(shù)據(jù)字，控制器74將再檢查標(biāo)題FIFO70的有用信息。若控制器74服務(wù)少于30個數(shù)據(jù)字，則通過發(fā)出零命令去指示多路轉(zhuǎn)換器76發(fā)出零字，以平衡包。所有這類零字均伴之以數(shù)據(jù)就緒指示符。每當(dāng)沒有標(biāo)題或數(shù)據(jù)要發(fā)送時，控制器74便指示多路轉(zhuǎn)換器76發(fā)出零字，同時在數(shù)據(jù)不可用期間沒有任何數(shù)據(jù)就緒指示符。圖18示出了描繪如上所述的對組合器15的狀態(tài)機驅(qū)動操作流程圖(狀態(tài)圖)。數(shù)據(jù)就緒指示符和標(biāo)題指示符通過輸出寄存器78傳送到圖19中的速度緩沖器713和714。這些指示符向速度緩沖器表示總線上有數(shù)據(jù)和標(biāo)題信息，并保持標(biāo)題/數(shù)據(jù)的對準(zhǔn)以便于到速度緩沖器后進行正向糾錯(FEC)編碼和數(shù)據(jù)交叉。在該系統(tǒng)中(圖19)，F(xiàn)EC和交叉過程要求首先傳送標(biāo)題，也就是說，要在由該標(biāo)題描述的數(shù)據(jù)包前面先將標(biāo)題開始發(fā)至速度緩沖器。分別從標(biāo)題FIFO70和數(shù)據(jù)FIFO72送出的空標(biāo)記信號表示沒有標(biāo)題或數(shù)據(jù)字在發(fā)送，因此狀態(tài)機控制器74處于空閑狀態(tài)。該狀狀示于圖18中，說明狀態(tài)0和狀態(tài)1的“無標(biāo)題”和“無字”情況。當(dāng)一相關(guān)讀使能信號被分別傳送至標(biāo)題FIFO70或數(shù)據(jù)FIFO72時，來自控制器74的標(biāo)題/數(shù)據(jù)選擇信號指示多路轉(zhuǎn)換器76或是將從單元70來的標(biāo)題輸出或是將從單元72來的數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換到對輸出寄存器78的輸入的信號總線。
為產(chǎn)生一個所需30字?jǐn)?shù)據(jù)包要將零字加到一個不完全，短縮包的輸出緩沖器78顯著大于前面的標(biāo)題緩沖器70和數(shù)據(jù)緩沖器72。這些緩沖器有利地不間斷地連續(xù)接收和處理數(shù)據(jù)。這種無中斷的操作極大地簡化了定時和同步功能，例如，因為消除了時鐘停止/開始同步的困難。
如前所述，必要時用加空字的方式方便地利用予定長度的全包，有助于在諸如一可變長度代碼字系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的任意數(shù)據(jù)狀態(tài)下進行檢索和同步。一個開始代碼字，具體地說1幀開始代碼字是一個MPEG兼容的數(shù)據(jù)流中的特定再同步點(specific re-synchronizing point)。該開始代碼字出現(xiàn)在一個包的邊界，在所揭示系統(tǒng)中利用零位空字來產(chǎn)生該代碼字是特別方便有利的，從而完成一個截尾數(shù)據(jù)包并界定了該包的邊界。MPEG標(biāo)準(zhǔn)允許在一個開始代碼字前面有任何數(shù)目的零字，而接收機/解碼器忽略不計這些零—位空字。在本例中，輸出緩沖器78是大而有時間復(fù)原性(time sesilient)，因此是一種用于執(zhí)行空字組合操作[packing operation)的方便的運載工具。就此而言要注意的是為在包邊界在包對齊標(biāo)記和一個圖象開始代碼出現(xiàn)之間進行空字組合可用的時間極短(例如，一個時鐘周期)。
圖19示出一個可將按本發(fā)明的設(shè)備應(yīng)用于傳輸處理器部分的典型HDTV編碼系統(tǒng)。圖19表示該系統(tǒng)正處理單一視頻輸入信號的情況，但應(yīng)了解亮度和色度分量信號被分開處理，而用亮度移動矢量(lum-inance motion vctors)來產(chǎn)生壓縮的色度分量。該壓縮的亮度和色度分量被交錯，以在代碼字優(yōu)先級進行分析之前形成宏功能塊。有關(guān)圖19系統(tǒng)的其他資料可在Acampora等人美國專利5,168,356中找到。
圖20A中所示的圖象場/幀序列被加到電路705，它根據(jù)圖20B重新安排場/幀。該重排序列被加到壓縮器710，產(chǎn)生一個按照MFEG式格式編碼的壓縮的幀序列。這種格式是分層的并以短縮形式示于圖22中。MPEG分層格式包括帶有各自標(biāo)題信息的多層。各義上，每個標(biāo)題包括一個起始代碼，與各層有關(guān)的數(shù)據(jù)和對附加標(biāo)題擴展部分的規(guī)定當(dāng)提及由該系統(tǒng)產(chǎn)生的MPEG式信號時，則意指(a)視頻信號的連續(xù)圖象場/幀是按照I、P、B編碼順序編碼的，和(b)在該圖象電平(Picture level)上的編碼數(shù)據(jù)是以MPEG式分片方式或塊組方式編碼的，其中每場/幀的片數(shù)可以不同，每片的宏功能塊數(shù)也可不同。I編碼幀是幀間(intraframe)壓縮的，以致為重現(xiàn)一個圖象僅需I幀壓縮數(shù)據(jù)。P編碼幀是按照正向移動補償予見法編碼的，其中P幀編碼數(shù)據(jù)是從當(dāng)前幀和一個I幀或在當(dāng)前幀之前發(fā)生的P幀產(chǎn)生。B編碼幀是按照雙向移動補償予見法編碼的。B編碼幀數(shù)據(jù)是從當(dāng)前幀和從出現(xiàn)在該當(dāng)前幀前后的I和P幀產(chǎn)生的。
本系統(tǒng)的編碼輸出信號被分段為場/幀組，或由方格行L2(圖22)所示的圖象組(GOP)。每個GOP(L2)包括后跟圖象數(shù)據(jù)(分)段的標(biāo)題。GOP標(biāo)題包括與水平和垂直圖象尺寸寬高比，場/幀速率，位速率等有關(guān)的數(shù)據(jù)。
對應(yīng)于各圖象場/幀的圖象數(shù)據(jù)(L3)包括后跟片數(shù)據(jù)(L4)的圖象標(biāo)題。該圖象標(biāo)題包括一個場/幀數(shù)和圖象代碼類型。每一片(L4)包括后跟多個數(shù)據(jù)塊MBi的片標(biāo)題。該片標(biāo)題包括組號和量化參數(shù)。
每塊MBi(L5)代表一個宏功能塊并包括后跟移動矢量和編碼系數(shù)的標(biāo)題。該MBi標(biāo)題包括宏功能塊地址，宏功能塊類型和一個量化參數(shù)。該編碼系數(shù)示于層L6中。每個宏功能塊包括6塊，每塊包括4個亮度塊，一個U色度塊和一個V色度塊(見圖21)。一塊代表一個(例如8×8)的象素矩陣，在該矩陣上執(zhí)行離散的余弦變換(DCT)。四個亮度塊是一個代表(例如)一個16×16象素矩陣的2×2鄰接亮度塊矩陣。色度(U和V)塊代表與四個亮度塊相同的總面積。也就是說，在壓縮以前，色度信號是以相對于亮度的兩個水平和垂直(速率)被子取樣(subsampled)。一片數(shù)據(jù)對應(yīng)于代表與由一宏功能塊相鄰組表示的一個面積相對應(yīng)的一個圖象矩形部分的數(shù)據(jù)。一幀可包括360片組成的光柵掃描，即60片垂直乘6片水平的。
塊系數(shù)由DCT一次一塊地提供。DC系數(shù)先出現(xiàn)，再按其相對重要性次序跟隨各自的DCT AC系數(shù)。在每個連續(xù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)塊結(jié)束處，加上一個塊結(jié)束代碼EOB。
在圖19中，來自壓縮器710的數(shù)據(jù)經(jīng)優(yōu)先級處理器711處理后再加到一個傳輸處理器712，它將數(shù)據(jù)分段為高優(yōu)先級(HP)和標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級(SP)兩部分。這些部分經(jīng)由速率緩沖器713和714被耦合到各自的正向錯誤編碼單元715和716。該速率緩沖器暫存壓縮的數(shù)據(jù)和標(biāo)題，以便此后由FEC錯誤編碼網(wǎng)絡(luò)提取。一個速率控制器718配合緩沖器713，714去調(diào)整由壓縮器710提供的平均數(shù)據(jù)傳輸速率。此后，信號被耦合到一個傳輸調(diào)制解調(diào)器717，在那里，HP和SP數(shù)據(jù)對一個標(biāo)準(zhǔn)6MHz NTSC制電視頻道范圍內(nèi)的各載波進行正交幅度調(diào)制。
附件A，最后字形成算法含正時鐘邊沿＝1，∞若包對齊標(biāo)記若包完成若剩余標(biāo)記字就緒與作為最后的包完成一致則在下一時鐘作為最后的標(biāo)記短字就緒否則標(biāo)記字就緒與最后包完成一致否則若剩余在作為最后的下一時鐘標(biāo)記字就緒否則如果不是真零在下一時鐘產(chǎn)生一零字，和標(biāo)識該偽字為最后字否則連接(即，什么都不做)要不然若包完成標(biāo)記字就緒與作為最后的包完成一致結(jié)束
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生壓縮數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟根據(jù)一個可變長度代碼字?jǐn)?shù)據(jù)流產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包包括含有少于規(guī)定字?jǐn)?shù)的短數(shù)據(jù)包；必要時以非操作空字填充所述短數(shù)據(jù)包，以產(chǎn)生具有所述規(guī)定字?jǐn)?shù)的固定長度數(shù)據(jù)包，并定義可出現(xiàn)規(guī)定代碼字的包間邊界；并且將所述數(shù)據(jù)包傳輸至一輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將包標(biāo)題添加到所述數(shù)據(jù)包的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加步驟還包括以下步驟從一個標(biāo)題緩沖器接收含有與一相關(guān)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容相關(guān)的信息的標(biāo)題；并且從一個數(shù)據(jù)緩沖器接收所述數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述數(shù)據(jù)和標(biāo)題緩沖器之后將所述空字提供給所述短數(shù)據(jù)包。
全文摘要
在一種數(shù)字電視信號處理系統(tǒng)中，一個專用代碼字，一個包對齊標(biāo)記(PAF)被插入(14)到一個MPEG代碼字位流中，以表示存在一組圖象(GOP)。該PAF緊接在“I”幀的圖象起始代碼字之間，以開始GOP由于打算在包邊界開始一個GOP當(dāng)PAF出現(xiàn)對構(gòu)造中(12)的數(shù)據(jù)包被終結(jié)，這種終結(jié)可導(dǎo)致一個少于為完成一個數(shù)據(jù)包所必需的規(guī)定代碼字?jǐn)?shù)的短縮包。每個包的最后字被如此表示，以便于接著對數(shù)據(jù)包與各自標(biāo)題的組合(15)。不完全數(shù)據(jù)包被填充空(零位)字而構(gòu)成具有規(guī)定字?jǐn)?shù)的完全數(shù)據(jù)包。
文檔編號H04N7/50GK1434634SQ0212043
公開日2003年8月6日 申請日期1994年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月30日
發(fā)明者A·A·阿坎波拉, R·M·邦廷 申請人:通用電氣公司