專利名稱：：封裝mpeg－4壓縮視頻數據的方法及其應用系統的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法及其應用系統，更具體地來說，涉及一種封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法以及能夠傳輸該封裝的MPEG-4數據且能兼容傳輸MPEG-2壓縮視頻數據的應用系統。
背景技術：
：數字電視系統可以傳送多種業(yè)務，如高清晰度電視、常規(guī)清晰度電視、立體聲及數據業(yè)務等等。下一代電視系統是可以傳送普通清晰度電視和高清晰度電視等不同級別圖像，集圖像、聲音和數據等多種業(yè)務的數字系統，這一點已經在世界各國廣播工作者和科學家在付出巨大代價后被人們所認知?，F有的基于MPEG-2的系統，包括通過通訊信道依次連接的視頻解碼器，信道編碼模塊，數據發(fā)送端和依次連接的數據接收端，信道解碼模塊，視頻解碼器；所述數據發(fā)送端和數據接收端之間虛擬連接。該種系統主要采用傳送碼流(TransportStream，TS)作為傳輸碼流，這主要是由于傳送包將時基相互獨立的打包的基本碼流組合成單一的碼流。其適用于誤碼較多的環(huán)境，傳送包的長度為188字節(jié)(byte)。MPEG-4是新一代的音頻/視頻對象(objects)的編碼。其目標是建立一個通用有效的編碼方法，對稱之為音頻/視頻對象的應用音頻/視頻數據格式進行編碼，這些音頻/視頻對象可以是自然的(Natural)或合成的(Synthetic)。使用的工具可以來自如MPEG-1，MPEG-2，G.723，H.261和H.263等已有的標準，這有利于與原格式反向兼容。也可以采用MPEG-4專門開發(fā)的工具來編碼。隨著人們對圖像質量提出更高的要求和數字電視節(jié)目內容的日益豐富，如果還是采用MPEG-2的壓縮技術，必然對數字電視傳輸的帶寬提出更高的要求。這樣一來，數字電視傳輸負擔將很重。
發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法及其應用系統，以有效節(jié)省傳輸帶寬，對傳輸系統的改動最小且數據兼容性較高。本發(fā)明的技術方案如下一種封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，依次包括如下步驟將MPEG-4基本數據流封裝在MPEG-2的打包基本流的凈負荷中，將經上面的基本流打包后的MPEG-4的視頻數據封裝在傳送碼流包的凈負荷中，插入空的傳送碼流包，加入節(jié)目關聯表和節(jié)目映射表。一種應用封裝MPEG-4壓縮視頻數據的系統，包括視頻編碼器、視頻解碼器、信道編碼模塊、信道解碼模塊；在所述視頻編碼器和信道編碼模塊之間還有一將MPEG-4視頻數據復用打包成傳送碼流流格式的模塊，在所述信道解碼模塊和視頻解碼器之間還有一解開傳送碼流流格式中的MPEG-4視頻數據的模塊。通過修改MPEG-2系統的TS的部分格式，使之能復用MPEG-4生成的數據，進而應用現有的傳輸系統對TS的處理方法來傳輸MPEG-4的內容。此方法和應用系統由于采用壓縮比高的MPEG-4壓縮技術，因此能大大減少帶寬的占用量，而且可以利用MPEG-4交互性好的特點支持雙向交互式通信，此外還具有實現簡單，兼容性好的優(yōu)點。圖1為MPEG-2系統中的PES結構圖；圖2為MPEG-2系統中的TS結構圖；圖3為本發(fā)明的應用系統的框圖。具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的特點和效果，下面將分兩部分來對本發(fā)明進行詳細說明，即MPEG-4的TS流復用方法的描述和系統描述。MPEG-4的TS流復用TS流由于其包的大小固定，并且相對于節(jié)目流來說其長度短，只有188字節(jié)(bytes)，所以其非常適用于容易產生誤碼的傳輸環(huán)境。本發(fā)明為了把MPEG-4的視頻數據能夠在現有數字地面廣播線路中傳輸，必須把MPEG-4的視頻數據復用打包成TS流的格式。原始視頻數據經過MPEG-4壓縮編碼之后，生成的是MPEG-4的基本數據流，為了能夠封裝在MPEG-2的傳輸流中，本發(fā)明首先要把MPEG-4基本數據流封裝成MPEG-2的PES(PacketizedElementStream，打包基本流)數據格式，然后才進行TS流格式的封裝。PES包結構如圖1所示。PES包可以分為PES包頭和PES的凈負荷。本發(fā)明就是把MPEG-4的基本數據流放在PES的凈負荷中，同時提取MPEG-4基本數據流的時間參數段的信息(如顯示時間戳PTS、系統解碼時間戳DTS等)，這些信息為后面的PES包封裝做準備。如果MPEG-4的基本數據包中沒有這些時間參數信息時，其PES包封裝比較簡單，只需加上PES包頭信息，即加上包開始碼前綴，其值為0x000001；StreamID(流ID)，其值將根據所封裝的MPEG-4的基本流屬性來確定，MPEG-4視頻和音頻的基本流將被賦予不同的StreamID值；PES包的長度字段，其值就是PES包的凈負荷大小。當封裝的MPEG-4的基本數據包中有時間參數信息時，除了要加上前面所說的PES包頭信息外，還要加上部分可選的頭信息。為了節(jié)省PES頭的傳輸開銷，本發(fā)明在可選頭信息中選取盡可能少的信息。具體方法是，我們只需把從MPEG-4的基本數據中提取出來的時鐘信息放在對應的PTS、DTS、ESCR和ES碼率字段里，最后計算其PES頭部數據的CRC校驗值，放在對應的PESCRC字段中，而不采用PES擴展部分。其結構如圖1所示。其它字段(圖中未畫出)的定義可以參考ISO/IEC13818-1的標準。根據ISO/IEC13818-1的標準，可以知道TS流的結構如圖2。每個TS包主要包括一個TS包頭和TS包的凈負荷。本發(fā)明主要把經過上面的PES打包后的MPEG-4的視頻數據封裝在TS包的凈負荷中。在TS包頭部主要有以下字段同步字節(jié)、傳輸誤碼指示、凈負荷單元開始指示、傳輸優(yōu)先級、節(jié)目標識號(PID)、傳輸擾碼控制、自適應域控制字段，連續(xù)計數值以及自適應域。同步字段主要是為了TS包同步作用的。傳輸誤碼指示是為了指示當TS包在傳輸過程中發(fā)生錯誤的指示標記。凈負荷單元開始指示是表示其TS包的凈負荷是否為視頻數據單元的開始部分。傳輸優(yōu)先級是表示其TS包的傳輸優(yōu)先級別。節(jié)目標識號(PID)是為了區(qū)分TS包中凈負荷的節(jié)目類型，凈負荷為同一節(jié)目數據其值相同，如果為不同的節(jié)目數據時其值則不同。傳輸擾碼控制是為了實現對TS數據的安全保護，防止數據竊聽和泄密。自適應域控制字段主要是指示TS包頭中是否包含自適應字段，其詳細結構圖中未畫出。連續(xù)計數值是對傳輸的TS包的數目進行計數。具體細節(jié)請參考ISO/IEC13818-1的標準。在本發(fā)明中，它們對應的字段值如下同步字節(jié)的值為0x47；傳輸誤碼指示為0，表示傳輸沒發(fā)送錯誤；當MPEG-4單元數據是在第一個TS包的負荷時，開始指示字段為1，其它為0。由于沒有采用優(yōu)先級來傳輸，所以其傳輸優(yōu)先級字段為0。不過如果以后要采用不同的傳輸優(yōu)先級時，其對于高優(yōu)先級的TS包其傳輸優(yōu)先級字段為1，低優(yōu)先級的TS包其傳輸優(yōu)先級為0。不同的節(jié)目流封裝的TS包的節(jié)目標識號(PID)不同，在原來的ISO/IEC13818-1的標準中，其值分配如下表1原有的PID分配表為了支持傳輸MPEG-4壓縮技術生成的數據同時兼容現有的基于MPEG-2的方案，本發(fā)明對PID分配表進行重新劃分。其新的分配如下表2改進的PID分配表其中的MPEG-2和MPEG-4基本流數據分配范圍是本發(fā)明自己定義的，不過其它用戶也可以參考這種方法自己設定說明其分配范圍。當TS流解復用時，解復用器發(fā)現其TS包頭中的PID值在0x0100...0x0FFF范圍里面時，就可以知道其封裝的數據為MPEG-2的基本流數據，從而把其負荷中的數據交于MPEG-2的解碼器處理；解復用器發(fā)現其TS包頭中PID值在0x1000...0x1FFE時，就可以知道其封裝的數據為MPEG-4的基本流數據，從而把TS凈負荷中的MPEG-4的基本流數據交于MPEG-4解碼器解碼。這樣就完成了兼容現有的基于MPEG-2的系統。自適應字段控制域字段的值分配如下表3自適應域字段值在本發(fā)明中，當TS包包含自適應字段時，其值為11時，表示TS包中含有自適應字段，并且TS包的凈負荷緊接著自適應字段(其他用戶也可以設其為10，采用自適應字段與有效負荷分開打包的方式)；其值為01時，表示TS包中不包含自適應字段。不過有些TS包必須包含自適應字段，主要是由于其字段之中包含有系統參考時間字段(PCR)，此字段主要能夠正確的恢復系統時鐘。自適應域中的字段定義與原有的MPEG-2的打包方式相同，在此不做詳細描述，具體細節(jié)請參考ISO/IEC13818-1的標準。完成MPEG-4的基本數據的TS包封裝后，最后要做的工作就是空的TS包的插入、PAT(ProgramAssociationtable，節(jié)目關聯表)和PMT(Programmaptable，節(jié)目映射表)的加入。其中空TS包的插入主要為了調節(jié)復用的TS包的復用碼率，使得復用后的TS包碼率與復用前的MPEG-4的基本數據碼率相當。PAT包與PMT包的加入主要是為了完成傳輸包中視音頻數據的索引與傳輸包中PCR的索引。其詳細定義請參考ISO/IEC13818-1的標準。系統描述圖3為本發(fā)明的系統框圖，本發(fā)明將利用上述封裝方式把采用MEPG-4壓縮技術生成的視頻節(jié)目應用到現有的數字電視廣播系統中，充分發(fā)揮現有的基于MPEG-2壓縮技術的數字電視廣播系統的優(yōu)勢，對其系統進行最小的改進，同時又能兼容現有的數字廣播系統。本系統的發(fā)送部分主要包括視頻編碼器10，音頻編碼器11，TS復用12，信道編碼13，發(fā)送端14。系統中的視頻編碼器10，本發(fā)明采用MPEG-4壓縮算法對視頻源進行壓縮，同時仍保留原有的MPEG-2壓縮算法，而音頻編碼器11可以采用現有的各種壓縮技術(比如杜比AC3，MPEG-1音頻編碼第三層規(guī)范等)，然后對壓縮后的視頻和音頻數據流，送入TS復用12進行TS流(傳輸流，TransportStream)復用，其具體復用細節(jié)請參考上述的“MPEG-4的TS流復用”部分的描述。經過TS流復用的數據送入信道編碼13進行信道編碼和調制，最后送入發(fā)送端14，輸入到具體的物理信道，完成傳輸過程。下面將以美國的ATSC系統的信道編碼方式為例進行簡要說明。該傳輸系統的信道編碼部分主要包括數據交織，Reed-Solomen信道糾錯編碼，然后進行信道均衡，接著進行VSB(殘留邊帶調制)，再進行64QAM調制，最后送入發(fā)送端。本系統的接收部分主要包括接收端15，信道解碼16，TS解復用17，視頻解碼器18，音頻解碼器19，視頻顯示20，音頻播放21。接收部分相應的處理過程是首先通過接收端15對接收到的信號進行解調等預處理，然后送入信道解碼16，信道解碼后的數據送入TS解復用17進行進行TS流數據的解復用處理。這里仍以美國的ATSC系統的信道解碼方式為例進行簡要說明。后向信道解碼部分主要包括調諧器，VSB殘留邊帶解調，信道均衡處理，Reed-Solomen信道解碼，數據反交織，最后恢復出MPEG-2的TS流的數據。在TS流數據解復用過程中，TS解復用17將根據PID的值對音頻數據和視頻數據，包括MPEG-2和MPEG-4的視頻數據等，進行分離，其分離方法已在在上面進行詳細描述。分離后的數據將被送入視頻解碼器18和音頻解碼器19中進行解碼處理。其中，視頻部分的處理方法是傳統的MPEG-2的壓縮數據采用MPEG-2解碼方法進行解碼，而MPEG-4的壓縮數據采用MPEG-4解碼方法進行解碼，最后完成解碼后的音頻和視頻數據分別送入音頻播放21和視頻顯示20部分進行回放。這樣就完成整個的接收、解碼和回放過程。整個過程不僅兼容傳統的采用MPEG-2壓縮方法生成的視頻節(jié)目的傳輸，同時也支持新的MPEG-4壓縮方法的視頻節(jié)目的傳輸。本發(fā)明并非僅僅應用于上述實施例所描述的系統中，也可以應用到其他的傳輸系統，比如歐洲的DVB系統，我國自己的傳輸系統等。另一方面，由于MPEG-4壓縮技術可以生成各種分辨率和清晰度的視頻，包括低分辨率，標準清晰度和高清晰度的視頻節(jié)目，故本發(fā)明可用于各種分辨率和清晰度的視頻節(jié)目的壓縮和傳輸，包括低分辨率，標準清晰度和高清晰度的視頻節(jié)目。權利要求1.一種封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，依次包括如下步騾A.將MPEG-4基本數據流封裝在MPEG-2的打包基本流的凈負荷中，B.將經上面的基本流打包后的MPEG-4的視頻數據封裝在傳送碼流包的凈負荷中，C.插入空的傳送碼流包，加入節(jié)目關聯表和節(jié)目映射表。2.如權利要求1所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述封裝了MPEG-4基本數據流的打包基本流加上包括包開始碼前綴、流ID和打包基本流包的長度字段的包頭信息。3.如權利要求2所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述包開始碼前綴的值為0x000001。4.如權利要求2所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述打包基本流包的長度字段的值為打包基本流包的凈負荷大小。5.如權利要求2所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述封裝了MPEG-4基本數據流的打包基本流加上部分可選的頭信息。6.如權利要求5所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述的加上部分可選的頭信息，包括如下步驟6-A.從MPEG-4基本數據中提取時鐘信息；6-B.將上述時鐘信息放在對應的PTS、DTS、ESCR和ES碼率字段中；6-C.計算打包基本流頭部數據的CRC校驗值，放在對應的打包基本流的CRC字段中。7.如權利要求1或2或6所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述傳送碼流包的頭部包括同步字節(jié)、傳輸誤碼指示、凈負荷單元開始指示、傳輸優(yōu)先級、節(jié)目標識號、傳輸擾碼控制、自適應域控制字段，連續(xù)計數值以及自適應域控制字段。8.如權利要求7所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述同步字節(jié)的值為0x47。9.如權利要求7所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，對所述傳送碼流包的節(jié)目標示號進行重新劃分。10.如權利要求9所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，將節(jié)目標示號值為0x00010到0x1FFE的范圍分配為三個區(qū)域，一個分配網絡節(jié)目標示號和節(jié)目映射節(jié)目標示號，一個分配MPEG-2的基本流數據，一個分配MPEG-4的基本流數據。11.如權利要求7所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，所述自適應字段控制域字段值的定義與MPEG-2的打包方式相同。12.如權利要求1所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，對所述傳送碼流進行解復用處理。13.如權利要求12所述的封裝MPEG-4壓縮視頻數據的方法，其特征在于，對所述解復用處理根據節(jié)目標示號的值分離音頻數據和視頻數據。14.一種應用封裝MPEG-4壓縮視頻數據的系統，包括視頻編碼器、視頻解碼器、信道編碼模塊、信道解碼模塊；其特征在于，在所述視頻編碼器和信道編碼模塊之間還有一將MPEG-4視頻數據復用打包成傳送碼流流格式的模塊，在所述信道解碼模塊和視頻解碼器之間還有一解開傳送碼流流格式中的MPEG-4視頻數據的模塊。15.如權利要求14所述的系統，其特征在于，所述解開傳送碼流流格式中的MPEG-4視頻數據的模塊根據節(jié)目標示號的值分離音頻數據和視頻數據，再分別傳輸到各自的解碼器。16.如權利要求15所述的系統，其特征在于，所述視頻數據包括MPEG-2視頻數據和MPEG-4視頻數據。全文摘要本發(fā)明涉及一種封裝MPEG－4壓縮視頻數據的方法及其應用系統，所述方法依次包括如下步驟將MPEG－4基本數據流封裝在MPEG－2的打包基本流的凈負荷中；將視頻數據封裝在傳送碼流包的凈負荷中；插入空的傳送碼流包，加入節(jié)目關聯表和節(jié)目映射表。所述應用系統，包括視頻編碼器，信道編碼模塊，信道解碼模塊，視頻解碼器；在視頻編碼器和信道編碼模塊之間有一將MPEG－4視頻數據復用打包成傳送碼流格式的模塊，在信道解碼模塊和視頻解碼器之間有一解開傳送碼流格式中的MPEG－4視頻數據的模塊。使用該方法及其應用系統，大大減少帶寬占用量，實現簡單，兼容性好。文檔編號H04N7/26GK1510922SQ0215767公開日2004年7月7日申請日期2002年12月24日優(yōu)先權日2002年12月24日發(fā)明者王洪燕,胡敏,李福堂,郭禮華申請人:上海漢唐科技有限公司