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CN101151901A - 向数字数据流服务器发送命令的方法和用于实施该方法的装置 - Google Patents

向数字数据流服务器发送命令的方法和用于实施该方法的装置 Download PDF

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CN101151901A
CN101151901A CNA2006800097458A CN200680009745A CN101151901A CN 101151901 A CN101151901 A CN 101151901A CN A2006800097458 A CNA2006800097458 A CN A2006800097458A CN 200680009745 A CN200680009745 A CN 200680009745A CN 101151901 A CN101151901 A CN 101151901A
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Abstract

本发明涉及一种例如使用RTSP将命令发送到VOD服务器的方法，该方法在客户端本地，所述命令包括对于当前相对位置的基准点。此当前相对位置由接收器基于在MPEG流中接收的PTS维持，而不向服务器发送请求或者依靠可被用于处理在流中包括的PTS中的跳变的描述符的存在。

Description

向数字数据流服务器发送命令的方法和用于实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及通过接收器对内容点播服务器(content on demand server)进行控制的领域，更具体地是服务器将其内容以数字数据流的形式经由IP网络“广播”的情况。
背景技术
IETF(因特网工程任务组)具体在RFC(请求注解)2326中定义了数字数据流服务器的控制协议。被称为RTSP(实时流协议)的此协议被用于控制服务器，开启会话，请求节目的启动、节目的暂停、开始或者终止(definitivestop)。
因此，可以使用RTSP以实施节目的特殊恢复(recovery)模式(“特技模式”)。使用这些模式以支持在录像机上用户熟悉的、用于观看在IP上广播的节目的命令。这些模式中可包括快进、后退(rewind)、以及定位于在节目中之前标识的点处。
大多数RTSP命令，特别是在特定恢复模式中包括的“Play”命令，需要提供节目范围的时间戳的参数，该节目范围需要通过开始基准点(startreference)和结束基准点之间的时间中断来标识。RTSP客户端因此必须能够准确地得知所播放的文件中的当前时间位置。存在允许客户端在每个时刻得知节目中的当前相对时间位置的几种途径。一些服务器，例如Oracle服务器，发送与节目混合的时间描述符，但所有的服务器不使用此机制。完成这点的另一方法包括客户端使用RTSP命令“GET_PARAMETER”以从服务器获得当前时间戳。此解决方案需要用于发送请求和返回应答的时间。然而，此为最常使用的方法。
参考“MPEG-2 System：ISO/IEC，1994，Generic Coding of Moving Picturesand Associated Audio：Systems，(MPEG-2 System Specification)，November，ISO/IEC 13818-1”的MPEG标准描述了目的在于多媒体内容的恢复和传输的复用多媒体内容的方法。将节目分为基本流，该基本流被分割为数据分组。
在使得能够恢复内容的这样的方式中，给基本流的级别上的每个实体，例如视频流的画面，分配时间戳，其被称为PTS(表示时间戳(Presentation TimeStamp))。此时间戳示出相关联的实体(此处是画面)必须被复原的时刻。此时间戳的基础为系统的基准时钟(90kHz时钟)。这些为被用于使构成节目的各基本流相互同步的时间戳。
节目流中的这些表示时间戳的连续性一般不是从节目的开始到结束持续的。实际上，节目可以是已经被分开编码的、具有没有以相同时间基准系统计算的表示时间戳的几个序列的集合的结果。此外，在使用特殊恢复模式期间，当前技术在于对于不同模式使用不同编码版本。例如，服务器将具有以两倍速度编码的节目版本，如果服务器接收快进命令，则其将使用该节目版本。此处再一次，不同节目版本将具有对应于不同时间基准系统的表示时间戳。一般地，存在于流中的表示时间戳由此形成连续的序列，这些序列中的每一个对应于特定的时间基准系统。
因此，包括发现一种可由RTSP客户端使用的节目广播内的相对时间标识的可靠的方法。此方法不依靠对在传播的流中不总存在的描述符的使用，不需要对服务器的任何请求，并且允许要处理的表示时间戳序列的时间基准系统中的变化。
发明内容
本发明提出一种用于例如根据RTSP从客户端向VOD服务器发送命令的本地方法(local method)，这些命令包括对于当前相对位置的基准点。此当前相对位置由接收器基于在MPEG流中接收的PTS维持，而不向服务器发出请求，也不基于在流中存在能够处理在流中包括的PTS中的序列中的中断(break)的描述符。本发明也涉及适于实施该方法的客户端。
本发明涉及一种由接收器向数字数据流服务器发送命令的方法，该数据流被经由连接服务器和接收器的链路由服务器广播到接收器，数字数据的流包括至少一个被计划以给定速度恢复的节目和与流的数据相关联的时间戳，这些时间戳相对于在时间基准系统中恢复相关联的数据的时刻，这些时间戳在流中顺序地彼此追随，时间基准系统的变化导致序列中断可能在流中出现，
该方法包括至少以下的阶段：
-接收所述数字数据流，
-发送包含在流中包含的节目中的当前相对时间位置的命令，其特征在于此位置由接收器在本地确定，介入此位置确定的、来自流的唯一的信息是与流的数据相关联的时间戳。
根据本发明的一个特定实施例，此方法还包括当前相对时间位置的当前值的定期更新步骤。
根据本发明的特定实施例，更新步骤包括用于确定与所接收的新的时间戳和所存储的最后的时间戳之间的差相对应的Delta值的子步骤。
根据本发明的一个特定实施例，更新步骤还包括用于将Delta值和依赖于流恢复速度的阈值进行比较的子步骤，由大于阈值的Delta值确定序列中断的存在。
根据本发明的一个特定实施例，更新步骤还包括在没有序列中断的情况下将Delta值添加到维持的时间位置的当前值。
根据本发明的一个特定实施例，更新步骤还包括在没有序列中断的情况下将Delta值乘以恢复速度添加到维持的时间位置的当前值。
本发明涉及数字数据流接收器，该数据流被经由连接服务器和接收器的链路由服务器广播到接收器，数字数据流包括至少一个被计划以给定速度恢复的节目和与流的数据相关联的时间戳，这些时间戳相对于在时间基准系统中恢复相关联的数据的时刻，这些时间戳在流中顺序地彼此追随，时间基准系统的变化导致序列中断可能在流中出现，
该接收器包括至少以下的阶段：
-所述数字数据流的接收部件，
-发送包含在流中包含的节目中的当前相对时间位置的命令的部件，其特征在于其也包含用于由接收器在本地确定此位置的部件，接入此位置确定的、来自流的唯一的信息是与流的数据相关联的时间戳。
根据本发明的一个特定实施例，此装置还包括当前相对时间位置的当前值的定期更新部件。
根据本发明的一个特定实施例，更新部件包括用于确定与所接收的新的时间戳和所存储的最后的时间戳之间的差相对应的Delta值的部件。
根据本发明的一个特定实施例，更新部件还包括用于将Delta值和依赖于流恢复速度的阈值进行比较的部件，由大于阈值的Delta值确定序列中断的存在。
根据本发明的一个特定实施例，更新部件还包括在没有序列中断的情况下将Delta值添加到维持的时间位置的当前值的部件。
根据本发明的一个特定实施例，更新部件还包括在没有序列中断的情况下将Delta值乘以恢复速度添加到维持的时间位置的当前值的部件。
附图说明
通过阅读下面的结合附图的描述将能更好地理解本发明，并且其它特定特性和优势将会显现。附图中：
图1示出VOD服务(视频点播)的已知结构；
图2示出IP解码器的实施例的硬件结构；
图3示出IP解码器的实施例的软件结构；
图4示出客户端和服务器之间的RTSP对话的示例；
图5示出具有相关联的PTS值的、在正常速度的恢复期间接收的画面的图；
图6示出快进的所接收的画面和相关联的PTS的图；
图7示出在从正常速度到快进的恢复的过渡期间所接收的画面和相关联的PTS的图；
图8示出以正常速度恢复的所接收的画面和无时间间隔的相关联的PTS的图；
图9示出在具有时间间隔的变化时从正常速度到快进的恢复的过渡期间所接收的画面和相关联的PTS的图；
图10示出解码器的时间标识方法的流程图。
具体实施方式
现在将描述本发明的实施例。
本发明的此实施例落入视频点播服务系统(VOD)的情况中。图1中描述这样的系统的一般结构。该系统包括一个或多个服务器(参考标号1.1)。这些服务器存储要广播的节目，并且可将它们以数据流的形式发送。系统的用户(通常是服务的个人订户)将在他们的家中具有服务显示屏(参考标号1.5)、解码器1.4，该解码器1.4典型地为MPEG解码器，使得能够将所接收的数字数据流解码为被发送到屏幕的模拟信号的形式。在此处描述的情况中，解码器是适于经由IP网络(参考标号1.2)接收节目的IP解码器。调制解调器(参考标号1.3)被用于将用户网络连接到IP分配网络1.2，该IP分配网络可以是因特网或者视频点播服务提供商的专用IP分配网络。在这样的系统中，解码器将是RTSP客户端，其在应答用户的请求时经由RTSP协议通过服务器控制节目的广播。
MPEG标准定义了对构成多媒体节目的不同基本流进行编码和复用的方式。此节目(通常是视频音频节目)由不同的基本流构成。在一个节目中一般能发现一个视频流和一个或多个音频流。每个基本流包括在标准中被称为表示单元的实体。向这些实体中的每一个分配表示时间戳，其已知为在编码器的时间基准系统中提供的PTS，该表示时间戳为根据其时钟系统的、必须由解码器恢复此实体或表示单元的时刻。这些表示时间戳的存在使得当解码器恢复节目时，其中能够使不同的基本流同步。在视频的情况中，实体或表示单元将通常是画面，而在音频的情况中其将是样本。
图2描述本发明的实施例的MPEG解码器的硬件结构。将此解码器(参考标号2.1)经由以太网接口(参考标号2.7)连接到调制解调器(参考标号2.2)。该解码器给TV(参考标号2.5)提供来自对节目进行解码的模拟信号。解码器在中央处理器(参考标号2.9)的控制下工作。此处理器通过将RAM(参考标号2.11)用作工作存储器而运行在快闪存储器(参考标号2.10)中存储的节目。经由调制解调器2.2和以太网接口2.7接收MPEG流，接着将其发送到音频和视频解码器2.6，该解码器将不同的基本流分开，如果该不同的基本流被编码，该解码器对它们进行解码以及解压缩。接着将解压缩的基本音频和视频流发送到数模转换器(参考标号2.4)。图形处理器(参考标号2.8)负责生成覆盖在视频画面上的图形，这些图形通常是用户界面图形、或节目指南数据、或其它。数模转换模块2.4产生包含节目和图形的模拟信号。这些信号将被发送到节目恢复设备，其通常是电视机(参考标号2.3)。
图3示出根据本发明的实施例的、在这样的解码器上实施的软件结构的图。其包含被用于控制硬件(参考标号3.7)的驱动程序层(参考标号3.6)。实时操作系统(RTOS)提供设备的基本操作。通常，条件接入模块(参考标号3.4)将负责保证用户具有能够观看节目的权利。为了管理通信，具体地是节目的接收，IP通信堆栈(参考标号3.3)与包括视频点播服务器的网络对话。接入视频点播服务的管理由VOD模块(参考标号3.8)专门处理，其被置于IP之上，并将管理与VO服务器的对话，根据所描述的实施例的本发明的实施部件位于此模块内。在最高层，存在一组应用程序(参考标号3.2)，使得能够为用户提供其中包括节目选择界面和(通常是)节目指南的一组服务。
图4表示根据本发明的实施例的、使用RTSP协议的、客户端和VOD服务器之间的对话的示例。RTSP是一种服务器客户端协议，其使得能够管理节目的实时广播服务的命令。此协议只管理命令，其不考虑由其它协议完成的数据发送。一般将RTSP与根据RFC 1889中描述的RAP(实时传输协议)的数据发送耦合。但是服务器可以自由使用其选择来发送数据的任何协议。其可以，例如，在UP(用户数据报协议、RFC 768)上直接发送数据，该UP是RAP所基于的协议。
RTSP给用户提供经由“SETUP”命令开启服务器上的会话的可能性。此会话定义所请求的节目、目的地、传输模式、以及各种其它的参数。其接着使得能够通过指定恢复速度而要求服务器发送节目范围的数据(“PLAY”命令)。其也可以要求服务器暂停发送数据(“PAUSE”命令)。会话的结束利用“TEARDOWN”命令发生。此协议的完整描述参照RFC 2326。
在图4的示例中，VOD客户端，即解码器，通过包含“SETUP”命令的M1消息初始化会话。此命令指明客户端需要地址为rtsp://192.9.210.233：5004/asset/vscontsrv％3vodstream_scr_free-f的节目，并且经由UP协议，在最佳模式下通过使用RTSP协议版本1.0，将该节目传输到端口20000上的地址192.9.210.23。
服务器将通过M2接受消息作出响应。此处我们看到服务器发送“a＝range:pts＝75621-2146421”变量，此变量指明所发送的节目包含在值75621开始、在值2146421结束的表示时间戳。此信息可被客户端使用以随后在节目中对时间进行定位。实际上，所接收的表示时间戳必须使得相关联的节目实体能够相对于被称为“PTS_start”(“PTS_开始”)和“PTS_end”(“PTS_结束”)的这些界限而定位。不幸地，我们将看到不是所有服务器都发送此变量，并且即使在其可用时，在相同的基准系统中不总是计算节目广播中的时间戳，因为该时间间隔是作为对“SETUP”的接受而返回的。
客户端接着能够通过发送包含“PLAY”命令的M3消息请求服务器开始发送节目。“PLAY”必须包含用户希望接收的节目范围的指示。此范围可以是整个节目，这是此处由变量“Range:npt＝0.00-end”指示的情况。存在几种指示节目范围的方法、几种指示时间的方法，本示例使用NPT标记(正常播放时间)，其以十进制小数的形式指示流中相对于节目开始的时间位置。小数点的左侧部分提供以秒、或者以时分秒形式的时间，而小数点的右侧部分测量秒的分数。M3消息因此请求从节目的开始“0.00”至“结束”的整个节目的广播。
M4消息是消息M3的接受。
稍后，在广播期间，顾客经由消息M5请求暂停。经由消息M6接受此暂停。
对于消息M7，其为请求从节目的当前点以8倍的正常速度快进的消息。所使用的范围变量因此为“Range:npt＝42.72-end”，经由变量“Scale:8.0”传递播放的速度。M8消息是消息M7的接受。
前述通信示例向我们示出了流广播中时间位置对于解码器的重要性。实际上，例如当解码器请求以如消息M7中的8倍速度快进的移动时，其必须提供所请求的范围的开始点。此开始点必须准确对应于节目广播的当前点，使得当改变模式时用户不会注意到任何跳变。
存在不同的手段使解码器得知流中的当前时间位置。本示例例示当服务器确认“SETUP”命令时，其提供用于流广播的表示时间戳的界限。这些限制被称为“PTS_start”和“PTS_end”。然而，广播MPEG流包含与如图5所示的节目的图像相关联的表示时间戳。在图中，每个箭头表示利用相关联的表示时间戳值在节目的广播期间接收的画面。广播在时刻T0处开始，所接收的第一画面将与具有值value_1(值1)的PTS_1相关联。所接收的第二画面将与具有值value_2(值2)的PTS-2相关联，等等。逻辑上，值value_1(值1)对应于PTS_Start。在此图中，可以根据所接收的最后的表示时间戳，在时间上将其自身相对于节目开始进行定位，从最后的PTS值减去所存储的PTS_Start的值足以得知相对于节目开始的当前相对时间。将以用于生成PTS的90kHz时钟的精度而得知此时间。
图6图示以正常速度的两倍速度的快进。此处看到利用相关联的时间戳接收到两个画面中的一个画面。因此，第一画面与值value_1的PTS相关联，而第二画面对应于以正常速度播放的节目的第三画面，并且和与如果以正常速度播放流表示此第三画面的时刻相对应的值value_3的PTS相关联。因此，此处再一次看到基于所接收的最后的PTS与PTS_Start之间的差的定位仍然为我们提供相对于节目开始的当前相对时间。
图7图示其中在广播期间、在时刻t1发生到两倍速度的过渡的情况。无论是在以正常速度的广播期间的t0和t1之间，还是在以两倍速度的广播期间的t1和t2之间，此处再一次，相同的技术仍然提供相对于节目开始的可靠的当前相对时间。
不幸地，一方面可看到当确认“SETUP”命令时不是所有的服务器都提供PTS范围信息。此外，即使在服务器的确提供此范围的情况下，最终，有时以与用于计算由服务器传送的PTS_Start和PTS_End值的基准系统不同的时间基准系统计算在所接收的流中包含的表示时间戳。也会发生节目广播是几个已经被分开编码的序列的集合。在此情况下，一般地，每个序列具有以其自己的时间基准系统计算的表示时间戳。在广播期间基准系统发生变化。在图8中描述了此情况，此处被称为value_1、value_2和value_3的值对应于第一序列。在时刻t1处出现序列的变化。被称为value_x4和value_x5的值对应于第二序列。每个序列已经被以其自己的基准系统编码，在两个序列间出现序列的中断。
同样地，服务器可利用不同节目版本以实施诸如快进或回退之类的特殊恢复模式。在此情况下，服务器具有正常广播的节目版本和对应于请求以较慢速度或加快速度恢复的、以不同速度编码的版本。例如，包含两个画面中的一个画面的不同版本将被用于以两倍速度广播。此处再一次，每个版本将一般具有以不同时间基准系统计算的表示时间戳。在图9中图示了此情况。在此图中，两倍速度的快速恢复请求在时刻t1发生，PTS value_x4和value_x6的值为与在t0和t1之间以正常速度的流广播的值value_1、value_2和value_3不同的时间差(time differential)。
具有序列中断的这些问题的一个解决方案为插入“NPT描述符”，如DSM-CC标准(ISO/IEC 13818-6)的第8章所述。在序列中断并且指示序列的表示时间戳和流的逻辑基准系统之间的对应关系的时刻，将这些描述符插入到流中。但是所有的服务器不使用此可能性。
解决这些问题的另一种方式在于不使用所接收的时间戳，而在于在每次需要当前相对时间的值时向服务器要求该当前相对时间的值。RTSP中存在以“GET_PARAMETER”命令的形式从服务器请求参数的机制。在这种情况下，在发送必须使用范围变量的、诸如客户端要求的“PLAY”命令之类的命令之前，使用“GET_PARAMETER”命令来请求流的当前相对时间位置。此方法一般是起作用的，但引入对应于命令的发送和结果的返回的时间和带宽的相应使用。
我们现在将描述流的当前相对时间位置的本地计算的可靠方法的示例，该方法不需要由服务器插入描述符以及将请求发送到服务器。此方法还允许处理表示时间戳中的序列中断。在图10中图示了此方法。其在于维持节目开始处的当前相对值，并且根据所接收的时间戳的值更新此值。在图10中描述了此方法。在节目广播开始处执行的第一步骤E1期间，将所接收的第一PTS存储在First_PTS(第一_PTS)变量中。将变量Current_time(当前_时间)设置为0。此变量将一直包含节目中的当前相对时间位置。对应于所接收的最后PTS值，也将Last_PTS(最后_PTS)变量设置为第一PTS值。
接下来，当在流中接收到新的PTS值时，执行步骤E2。此步骤在于计算所接收的此新的PTS和在Last_PTS中存储的前一PTS之间的差。将此信息存储于Delta变量中。
为了检测序列中断的目的，将Delta值与阈值进行比较。实际上，将表示时间戳与流(通常是视频画面)的实体相关联，可以确定在两个所接收的连续PTS之间期望的差。此差通常是根据90kHz时钟表示的画面频率。自然必须考虑当前恢复速度。因此，可以确定阈值，例如等于画面频率的两倍、或者画面频率与服务器的最大速度加上安全系数相乘。当Delta值大于此阈值时，认为存在序列中断。否则，认为不存在序列中断。在不存在任何序列中断时，执行步骤E4，其在于累积当前时间中的Delta值。在所有情况下，在步骤E5中利用新的PTS值更新所接收的最后的PTS值。当在流中接收到新的表示时间戳时，下一个循环回到步骤E2。
以此方式，Current_time变量在任何时刻都包含属于同一序列的时间戳之间的差的累积。在序列中断处不累积时间。
当解码器必须向服务器发送要求其一个界限是当前时间的范围的命令时，其将使用此值作为当前时间的基础。以秒为单位的NPT值的计算指向并对应于将Current_time除以画面频率。
在其中不以正常速度播放流的特殊恢复模式中，即慢动作或加快速度模式，所描述的方法做出如下假设：被插入到流中的表示时间戳是为正常速度的恢复所计算的时间戳。实际上，两个PTS之间的差被认为是表示在正常模式的恢复期间两个对应实体之间的节目的时间差。最终，为了符合MPEG标准，一些服务器将相对于正常速度生成变化速度恢复模式的新的表示时间戳。例如，以因数为4的加快速度，在用于正常模式的流中被另外的三个画面分开的两个连续的画面将被分配来自画面频率的分开的PTS值来代替在用于正常模式的流中计算的PTS值，并被4倍的画面频率分开。所描述的方法的变形在于在以变化速度的恢复期间，将两个时间戳值之间的差与画面频率进行比较。如果此差接近画面频率而不是画面频率与恢复速度的乘积，则在被与当前时间累积之前，将Delta乘以速度。
本发明的实施例基于MPEG表示时间戳，以及基于使用以NPT形式定义的范围的RTSP协议的使用，但是可将本发明推广到数字数据流中包括的其它类型的时间戳、以及其它的服务器命令协议，而与此协议所使用的时间数据编码方法无关。本实施例示例基于流在IP网络上的广播，但是可将本发明扩展到其它类型的网络。

Claims (12)

1.一种由接收器向数字数据流服务器发送指令的方法，所述数字数据流经由连接所述服务器和所述接收器的链路由所述服务器广播到所述接收器，数字数据流包括至少一个被计划以给定速度恢复的节目和与所述流的数据相关联的时间戳，这些时间戳相对于在时间基准系统中恢复相关联的数据的时刻，这些时间戳在所述流中顺序地彼此追随，时间基准系统的变化导致可能在所述流中出现序列中断，
所述方法包括至少以下的阶段：
-接收所述数字数据流，
-发送包含在所述流中包含的所述节目中的当前相对时间位置的命令，其特征在于此位置由所述接收器在本地确定，介入此位置确定的、来自所述流的唯一的信息为与所述流的数据相关联的时间戳。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括所述当前相对时间位置的当前值的定期更新步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述更新步骤包括用于确定与所接收的新的时间戳和所存储的最后的时间戳之间的差相对应的Delta值的子步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述更新步骤还包括用于将所述Delta值和依赖于流恢复速度的阈值进行比较的子步骤，由大于所述阈值的Delta值确定序列中断的存在。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述更新步骤还包括在没有序列中断的情况下将所述Delta值添加到维持的时间位置的当前值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述更新步骤还包括在没有序列中断的情况下将所述Delta值乘以所述恢复速度添加到所述维持的时间位置的当前值。
7.一种数字数据流接收器，所述数字数据流经由连接所述服务器和所述接收器的链路由所述服务器广播到所述接收器，该数字数据流包括至少一个被计划以给定速度恢复的节目和与所述流的数据相关联的时间戳，这些时间戳相对于在时间基准系统中恢复相关联的数据的时刻，这些时间戳在所述流中顺序地彼此追随，时间基准系统的变化导致可能在所述流中出现序列中断，
所述数字数据流接收器包括至少以下的阶段：
-所述数字数据流的接收部件，
-发送包含在所述流中包含的所述节目中的当前相对时间位置的命令的部件，其特征在于其也包含用于由所述接收器在本地确定此位置的部件，介入此位置确定的、来自所述流的唯一的信息为与所述流的数据相关联的时间戳。
8.根据权利要求7所述的接收器，还包括所述当前相对时间位置的当前值的定期更新部件。
9.根据权利要求8所述的接收器，其中所述更新部件包括用于确定与所接收的新的时间戳和所存储的最后的时间戳之间的差相对应的Delta值的部件。
10.根据权利要求9所述的接收器，其中所述更新部件还包括用于将所述Delta值和依赖于流恢复速度的阈值进行比较的部件，由大于所述阈值的Delta值确定序列中断的存在。
11.根据权利要求10所述的接收器，其中所述更新部件还包括在没有序列中断的情况下用于将所述Delta值添加到维持的时间位置的当前值的部件。
12.根据权利要求10所述的接收器，其中所述更新部件还包括在没有序列中断的情况下用于将所述Delta值乘以所述恢复速度添加到所述维持的时间位置的当前值的部件。
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