用于产生接收装置的系统时钟的方法以及相应的接收装置

摘要

公开了一种用于产生数字分组基本数据流(E)的接收装置的系统时钟的方法，其中在发送装置中通过利用各个采样频率(f

说明书

本发明涉及一种用于产生数字数据流接收装置的系统时钟的方法，其中在发送装置中通过分别用采样频率来采样模拟信号(例如音频或视频)而产生数字数据流，或者数字数据流已经作为数字数据(例如小标题)而存在。

在数字多媒体系统中，用不同的采样率使单个数据流、例如视频和音频数据以及数据通道等数字化。于是，相应的数字数据流明显不具有共同的时基。为了能在传输了单个数据流之后使其在接收单元中再次同步，不仅需要单个采样率的共同的时基，而且需要用于相互矫正单个数据流的同步点。

除了用于视频和音频数据流的编码技术之外，利用动态图像专家组标准(MPEG)还定义了用于对编码后的数据流进行分组的句法和语义规则，以便稍后能够识别出每个分组基本数据流(PES)的单个数据包并且以其正确的时间上的相互关系来描述。

例如在1994年第4期第48卷的Fernseh-und Kinotechnik的第115-163页中，在由D.Teichner撰写的文章“der MPEG-2-Standard”中讲述了MPEG标准。在此，MPEG系统以唯一的用于编码和解码的时基参考值为前提。为此，在发送机和接收机中设有一个基于90kHz频率的计数器、即所谓的程序时基计数器(PCR)。为每个基本数据包添加从发送机内90kHz的计数器得出的所谓的显示时间标记(Presentation-Time-Stamp PTS)，以便在接收机中根据程序时基计数器(PCR)的当前状态来说明数据包的显示时间。

通过连续地传输系统时基计数器的值而向接收机传送发送机的系统时钟(f_Sender)。该接收机由系统频率直接驱动。为了使单个数据流(音频、视频)相互同步，需要程序时基计数器(PCR)。为此，将系统时钟(f_Sender)分频为程序时基计数器的计数频率，并传输给程序时基计数器。于是，PCR计数器的状态作为数字值以PTS的形式嵌入到PES的单个数据包中。为了进行传输，音频、视频、数据通道等的不同PES以及系统时基计数器的值组合成共同的数据流、即传输数据流。

在接收装置中使从传输数据流中重建的不同的单个数据流同步时，问题在于，必须在整个系统中将系统时基计数器的值以恒定的延迟从发送装置传输到接收装置。根据系统时基计数器的值及其时间间隔，可以在接收装置中重建发送机的系统时钟(f_Sender)。接收装置的这个系统时钟(STC)为接收机侧的STC(系统时钟)计数器提供脉冲。根据到达的系统时基计数器的值和STC计数器的状态之间的差值来跟踪系统时钟STC的频率。同时，该系统时钟STC被用于在接收机侧为不同的数据流(音频、视频、数据通道)产生采样频率(f′_Audio、f′_Video、f′_Daten)。因此，这些数据流具有与发送装置的相应采样频率(f_Audio、f_Video、f_Daten)相同的频率。

为了使单个数据流相互同步，根据其PTS标记将其校正到系统时钟计数器STC的共同的时基。在此，借助于系统时钟计数器和每个单个的数据流各自的PTS标记，分别确定来自输出端缓冲器的数据流各自日期的输出时间。

在使发送机和接收机之间的系统频率同步时，问题在于，必须以恒定的延迟将系统时基计数器的值从发送装置传输到接收装置，由此可以在接收装置中重新获得正确的系统时钟STC。

因此，本发明的任务是研究一种用于在接收装置中为数字数据流产生STC计数器的方法，该方法无需传输系统时基计数器，从而无需产生系统时钟。

按照本发明，利用文章开头所述的方法通过以下方式来解决该任务：

-在接收装置中确定数据流的采样频率(f′_Abtast)，以及

-使STC计数器同步到该数据流的采样频率。

通过使接收装置的STC计数器与所确定的一个数据流的采样频率同步，为所有的数据流提供了共同的时基，而不必重新获得发送装置的原系统时钟。因此与传统的方法不同的是，通过重新获得的采样频率而不是通过重新获得的系统时钟来控制接收单元的STC计数器。

在此，需要这样调整接收单元的STC计数器的步宽，使得该步宽由程序时基时钟PCR的频率和相应的数据流的采样频率的比率决定。在此，可以将步宽设置为恒定值，其中计算一次额定的程序时基时钟PCR和额定的采样频率的比率并输入该比率。

然而，也可以重复地跟踪步宽。为此有利的是，计算基本数据流中用于表明程序时基时钟的当前标记和系统时钟STC的当前计数器状态之间的差值。然后根据每次所计算的差值来修正系统时钟STC的步宽。

为了处理多个不同的数据流、例如音频、视频和数据通道，只从一个所选择的数据流中确定采样频率，并且借助共同的STC计数器使不同的数据流同步。

特别有利的是，从基本数据流中确定采样频率，该基本数据流具有可供使用的数据流中的最大采样频率(f_Abtast)。在此，在音频可视系统中，通常从音频数据流中确定采样频率。

接收装置的其他有利的实施方案在从属权利要求中说明。

下面根据附图详细讲述本发明。其中：

图1示出了按照本发明的数字数据流接收装置的方框图；

图2示出了在步宽恒定的情况下STC计数器的值随时间变化的示意图；

图3示出了在校正步宽的情况下STC计数器的值随时间变化的示意图；

图4示出了传统的数字数据流的发送装置的方框图；

图5示出了传统的数字数据流的接收装置的方框图。

图1作为方框图示出了按照本发明的数字数据流的接收装置。该接收装置具有传输流分解器和解包器1，以便用已公开的方法将例如按照MPEG标准建立的传输数据流T分解成不同数据内容的基本数据流E、即视频基本数据流V-E和音频基本数据流A-E并且进行解包。此外，该传输数据流分解器和解包器1还用于从分组基本数据流中提取出显示时间标记PTS，利用该显示时间标记，单个的数据包可以通过用共同的STC计数器来进行同步而在正确的时间点被组合并被显示。

此外，还存在已公开的用于视频数据流V-E和音频基本数据流A-E的解码器2a、2b。在解码器2a、2b的的输出端上可使用视频原始数据V-R和音频原始数据A-R。视频原始数据V-R和音频原始数据A-R分别在中间存储器3a、3b中进行缓冲，并且利用由STC计数器和PTS的比较控制的输出控制单元4分别输入到数模转换器5a、5b中，对于相应的原始数据V-R和A-R，利用相应的采样频率f′_Video和f′_Audio对该数模转换器进行计时。一方面，借助于重新获得的采样频率f′_Audio对音频进行计时，另一方面，借助于具有采样频率f′_Video的分离的时钟源6对视频进行计时。紧接着，视频数据作为模拟数据在监视器7上被重放，以及模拟音频数据在扬声器8上被重放。

为了产生STC计数器，在单元9中利用已公开的方法确定数据流之一、此处例如为音频基本数据流A-E(f′_Audio)的采样频率f′_Abtast，并将该采样频率用作为STC计数器10的时钟。在计数单元10中，从起始值S开始对程序时钟值进行计数。优选地在每个音频帧开始时通过装载信号L来实现起始值S、例如音频PTS值的装载。

例如利用恒定的因子来调整系统时钟STC的步宽SW。在此，由额定的程序时基时钟PCR与额定的基本数据流E的采样频率f_Abtast之比来确定步宽SW，该基本数据流被用于使STC计数器步进。

在基于MPEG的系统中，音频数据流A-E的采样频率例如可以是48kHz，以及视频数据流V-E的采样频率可以是25Hz，即每秒25幅图像。系统时钟被确定为27MHz，因此将根据因子比1/300得出的程序时基时钟PCR定义为90kHz。于是，同步单元10的步宽SW对应于原始程序时基时钟PCR和采样频率的比率，即90kHz∶48kHz＝1。875。因此，为了处理小数点后的数字，同步单元不是作为整数计数器来实现，而是优选地作为定点计数器来实现。

最初在发送单元中通过系统时基时钟标记来确定起始值S，因此也必须对接收单元上的STC计数器进行初始化。为此，在分组基本数据流E中使用PTS标记，该分组基本数据流的采样频率被用于使同步单元10的计数器步进。为了防止例如由于没有正确地设置步宽SW而附加地使同步单元10的计数器“溢出”，定期地用PTS标记来重新校准该同步单元10的计数器。也就是根据存储PTS标记的时间间隔，优选地分别在开始输出新帧的时间点上执行校准。

然而，在固定地设置步宽SW的情况下，同步单元10的计数器可能由于实际采样频率f′_Abtast和额定采样频率f_Abtast之间的偏差而溢出，因此上述对同步单元10的计数器进行重新校准将导致STC计数器状态突变。在图2中可以看到这种现象。显然，用虚线表示的理想的STC计数器理论值随时间的推移而不同于STC计数器的实际值。在步宽SW正确时，实际值变化曲线应是严格线性的。

因此，如在作为STC计数器值随时间变化的示意图的图3中所示，优选地重复地对同步单元10的计数器的步宽SW进行匹配。为此，持续地计算STC计数器的实际值和用虚线所示的STC计数器的理论值之间的差值，并且在处理了音频帧N之后根据该差值来校正步宽SW。

图4示出了传统的数字数据流发送单元的方框图。该发送单元具有用于产生系统时钟f_Sender的中央时钟发生器11。例如在MPEG发送装置中系统时钟频率f_Sender为27MHz。

利用PCR扩展计数器17以比例1/300对系统时钟f_Sender进行分频。1/300分频信号控制PCR计数器13。PCR计数器和PCR扩展计数器共同构成系统时基计数器。为了得出显示时间标记(PTS)，向编码器和打包器16a和16b传输PCR计数器13的值。向传输流发生器14传输系统时基计数器。在该传输流发生器14中，实现分组视频和音频基本数据流V-E和A-E的复用，以及将系统时基计数器标记(PCR和PCR扩展)嵌入到传输流T中。在MPEG标准中足够详细地说明了传输流T的相应结构。

为了产生分组视频和音频基本数据流V-E和A-E，分别在编码器和打包器16a、16b中，分别用已定义的模拟视频信号的采样频率f_Video和模拟音频信号的采样频率f_Audio对来自模拟源15的模拟视频和音频信号V和A进行采样、压缩和打包。

图5示出了传统的接收装置，其再次包含传输数据流分解器1、解码器和解包器2a、2b和用于使数据流同步以及显示数据流的输出控制单元18。

在此，在转换单元19中从系统时基标记PCR和PCR扩展中重新获得系统时钟，并由此重新获得系统频率f′_System，其对应于发送机的系统频率f_System。然而，在此必须在整个系统内将系统时基标记以恒定的延迟从发送单元传输到接收单元，以便保证前后紧接着的标记的时间间隔等于其差值。当系统保证系统时基标记的传输没有恒定的端对端延迟时，接收装置则不再能正常工作。