MPEG－4系统一致的体系结构
阅读：407发布：2023-02-08
专利汇可以提供MPEG－4系统一致的体系结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种MPEG-4系统一致的体系结构，该体系结构通过细分成多个关键模 块 而被划分为三级 进程 ，每个所述关键模块具有一个相应的特定任务由一个多级程 操作系统 管理。每一级进程之间相互独立，但由操作系统提供控制计数器以控制 缓冲器 ，从而将缓冲器的规模保持得尽可能地小。该发明可应用于所有种类的工业MPEG-4设备(桌面设备，机顶盒)。，下面是MPEG－4系统一致的体系结构专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种MPEG-4系统一致的体系结构。本发明具有涉及 该MPEG-4标准的用于对MPEG-4多媒体数据进行流水化处理的应 用。
背景技术
该MPEG-4标准的系统部分定义了访问MPEG多媒体数据(视频， 音频，2D和3D图形)的体系结构。在文件“MPEG-4系统”(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N 1901，1997年11月21日)中对MPEG-4系统进 行了更精确的描述。这一体系结构是复杂的，因为它提供了对来自大 量数据源(网络，广播，存储器…)的任意数量的数据流(诸如音频和 视频数据流)的访问。具体地，该标准对于音频和视频的同步规定了 一种机制，允许通过时间标记将时序信息引入所述不同的数据流中。
大多数涉及的潜在的产品将使用在比特率方面具有任意类型的 稳定性的网络技术(例如，移动网络，因特网)。在这些网络中，比特 率是变化的(对于因特网，取决于一天中的时间；对于移动网络，取 决于离最近的基站的距离)。由于一个MPEG-4一致的体系结构不得 不应付大量的、分别不同具体组织的存储缓冲器，其拓扑结构不得不 要处理所谓的结构(该结构可以是固定的，但在该期间通常是动态进 化的)，一种优化的体系结构的实现必须保证一种适当的缓冲器管 理。在这一上下文中要解决的问题涉及在所述体系结构的不同模块之 间信息的交换，以避免以下缺点：
-“流水线”效果的中断，比如在数据流中可导致失去同步的丢失 (对于视频流，音频流的中断或音频信号的失去同步终端用户是可察 觉的，并且是因此不可接受的)；
-对于比如视频会议的交互式应用可能太长的处理时间；
-如果使用规模过大的缓冲器，造成的存储器资源的浪费。
很难在这些问题的解决方案之间实现折衷，因为减少网络的这种 效果的唯一方式是增加缓冲器的大小，而这又增加了延迟和处理的时 间，如此等等。还有，在该体系结构实现之前的一个较早阶段预测缓 冲器的大小似乎是不现实的，在以前的应用中就是这种情况(比如在 TV广播领域中具有MPEG-2标准的例子)。
大多数涉及的潜在的产品将使用在比特率方面具有任意类型的 稳定性的网络技术(例如，移动网络，因特网)。在这些网络中，比特 率是变化的(对于因特网，取决于一天中的时间；对于移动网络，取 决于离最近的基站的距离)。由于一个MPEG-4一致的体系结构不得 不应付大量的、分别不同具体组织的存储缓冲器，其拓扑结构不得不 要处理所谓的结构(该结构可以是固定的，但在该期间通常是动态进 化的)，一种优化的体系结构的实现必须保证一种适当的缓冲器管 理。在这一上下文中要解决的问题涉及在所述体系结构的不同模块之 间信息的交换，以避免以下缺点：
-“流水线”效果的中断，比如在数据流中可导致失去同步的丢失 (对于视频流，音频流的中断或音频信号的失去同步终端用户是可察 觉的，并且是因此不可接受的)；
-对于比如视频会议的交互式应用可能太长的处理时间；
-如果使用规模过大的缓冲器，造成的存储器资源的浪费。
很难在这些问题的解决方案之间实现折衷，因为减少网络的这种 效果的唯一方式是增加缓冲器的大小，而这又增加了延迟和处理的时 间，如此等等。还有，在该体系结构实现之前的一个较早阶段预测缓 冲器的大小似乎是不现实的，在以前的应用中就是这种情况(比如在 TV广播领域中具有MPEG-2标准的例子)。
发明内容
因此本发明的一个目的是避免上述这些缺点。
为此，本发明涉及的一种MPEG-4系统多路分解器体系结构，其 特征在于：其被进一步划分成三个不同级，其中第一级用于读取本地 盘或网络上的数据并按照分组数据单元存储这些数据，第二级用于读 取所述分组数据单元并存储访问单元层分组数据单元，而第三级用于 重构形成所述数据流的流元的访问单元，所述划分是借助将所述体系 结构细分为关键模块来实现的，每个模块负责由一个多线程操作系统 管理的一个相应的具体任务，这些模块限定了一个根据特定计数器来 优化地控制每一缓冲器以使得缓冲器的大小尽可能小的缓冲器管理 策略。
MPEG-4系统的实现要能够动态例示一个配置的不同部分，不管 这一配置是非常简单的(比如由音频流和视频流组成的电影)，或非常 复杂的(例如对于具有电讯会议的交互式多用户虚拟现实的应用)。根 据本发明的技术方案，其根据具有一个多线程的操作系统的一个或多 个微处理器对于MPEG-4系统的每一实现定义了一个通用的体系结 构，这也是对这一问题的回答。所建议的体系结构使用在所有多线程 环境中提供的基本原语，该体系结构确确实实是标准设计的，灵活 的，动态的，可扩展的，以及易于实现和管理。还有，可以针对目标 处理器对多线程操作系统进行优化，并且可以被构造成能有效地管理 多个任务的同步。
附图说明
现在参照下面的描述以及结合附图对本发明的这些以及其他特 征进行描述，其中：
图1显示了(在所谓的Win32操作系统上)一个MPEG-4系统的缓 冲器划分模型的一个实现；
图2显示了利用用来保持不同的线程的效率的信号量的控制管理。
为此，本发明涉及的一种MPEG-4系统多路分解器体系结构，其 特征在于：其被进一步划分成三个不同级，其中第一级用于读取本地 盘或网络上的数据并按照分组数据单元存储这些数据，第二级用于读 取所述分组数据单元并存储访问单元层分组数据单元，而第三级用于 重构形成所述数据流的流元的访问单元，所述划分是借助将所述体系 结构细分为关键模块来实现的，每个模块负责由一个多线程操作系统 管理的一个相应的具体任务，这些模块限定了一个根据特定计数器来 优化地控制每一缓冲器以使得缓冲器的大小尽可能小的缓冲器管理 策略。
MPEG-4系统的实现要能够动态例示一个配置的不同部分，不管 这一配置是非常简单的(比如由音频流和视频流组成的电影)，或非常 复杂的(例如对于具有电讯会议的交互式多用户虚拟现实的应用)。根 据本发明的技术方案，其根据具有一个多线程的操作系统的一个或多 个微处理器对于MPEG-4系统的每一实现定义了一个通用的体系结 构，这也是对这一问题的回答。所建议的体系结构使用在所有多线程 环境中提供的基本原语，该体系结构确确实实是标准设计的，灵活 的，动态的，可扩展的，以及易于实现和管理。还有，可以针对目标 处理器对多线程操作系统进行优化，并且可以被构造成能有效地管理 多个任务的同步。
附图说明
现在参照下面的描述以及结合附图对本发明的这些以及其他特 征进行描述，其中：
图1显示了(在所谓的Win32操作系统上)一个MPEG-4系统的缓 冲器划分模型的一个实现；
图2显示了利用用来保持不同的线程的效率的信号量的控制管理。
具体实施方式
所提出的解决方案针对以下问题。首先，定义用于一个优化缓冲 器管理的关键模块，其隐含着对MPEG-4系统的具体的普通的划分。 这些模块的每一个然后作为一个任务实现，由一个多线程操作系统管 理(为了以一种优化的方式管理该缓冲器的填充，要使用由该所述多 线程操作系统提供的特定的同步原语)。最后，定义用于该缓冲器管 理的策略。
为了定义该MPEG-4系统的关键模块，建议将所述多路分解器分 成三个不同的级，以将一个相应的特定任务分配给该MPEG-4多路分 解器的每一部分，如图1所示：它们可被称为TransMux，FlexMux， Elementary Stream(基本流)。也定义一个(音频，视频，…)译码 器缓冲器，并且在图1中示出，以读取访问单元(AU)和产生可被播放 的帧(图象，声音)，但是这一任务不是由该多路分解器执行的任务的 一部分。
图1的方案作为例子实现在Win32操作系统(＝Windows 95)上， 该操作系统提供多线程功能。将每一个进程分配给一个线程：
-一个TransMux线程(TMX)，用于读取盘DK上的数据或者在 网络NW上的数据，以及存储N个FlexMux分组数据单元(＝FM-PDU)；
-一个FlexMux线程(FMX)，用于读取在一个FM-PDU缓冲器 中的这些FM-PDU，存储N个访问单元层分组数据单元(＝AL-PDU)以 及重构N个访问单元，FlexMux FMX和基本流ELS在该实现中被组织 在一个单一的线程中。
-一个译码器线程(DEC)，用于利用该译码器的访问单元(AU) 建立N个帧。
这些线程中的每一个彼此相互独立。如图1所示，将该缓冲器实 现为没有任何固定长度的队列，即作为FIFO(先进先出)存储器(因此 推荐控制这些缓冲器的状态以避免使得缓冲器过大或使得任务没有 缓冲器可用)。
然而，这些任务必须相互监视，这是通过信号量(或计数器)而进 行的，使得不同的线程具有较高的效率。由操作系统提供的这些信号 量的每一个控制该多路分解器中的每个相应的缓冲器(FM-PDU，AL- PDU，AU，见图1)。对于每个译码器，也有一个控制该译码器缓冲器的 信号量，以及在该AU缓冲器变得太大时通知该TransMux必须停止下 来的另外一个信号量。
这些动作描述在图2中，图2示出了利用信号量的控制管理。步 骤(1)和(2)对应于下列测试：(1)“如果N大于0而小于Max，则工 作”，以及(2)“如果N大于Max，则停止”。
根据该操作系统的同步功能，根据下列的缓冲器管理策略执行这 一控制功能：
(a)在运行时由TransMux TMX进行读取在本地磁盘DK中的数据 或者在网络NW上的数据，这是第一操作；
(b)该FlexMux FMX监视TransMux TMX；
(c)该基本流ELS监视FlexMux FMX；
(d)在AU出现在AU缓冲器中时该实时译码进程启动；
(e)该TransMux TMX的调节由控制该AU缓冲器不在临界状态的 AU反馈信号量进行。
该缓冲器管理策略的原则是使该缓冲器的规模尽可能地小。在AL -PDU的数量足以重构一个AU时，就要立即进行这种重构。从而总是 有用于译码的数据。
另外，一个重要之处是考虑所使用的TransMux的类型。可以区 别两类TransMux：一种是较慢的(网络访问)，一种是快速的(磁盘访 问)。磁盘的访问快速，并且在延迟方面是稳定的，采用这种访问， 就不需要在不同的缓冲器中存储许多数据，因为不会出现丢失，并且 该最大临界值可以相当低。相反，网络访问引入许多延迟(例如因特 网)，因此在缓冲器中存储较多的数据以便不使该译码器处于等待状 态是重要的。
然而在有多于一个译码器的情况下，必须指出的是只有在所有AU 缓冲器已到达该临界最大值时才停止该TransMux，以便不使译码线程 处于等待状态(因此假定该多路复用策略已经为该目的在发送侧进行 了改造)。
为了定义该MPEG-4系统的关键模块，建议将所述多路分解器分 成三个不同的级，以将一个相应的特定任务分配给该MPEG-4多路分 解器的每一部分，如图1所示：它们可被称为TransMux，FlexMux， Elementary Stream(基本流)。也定义一个(音频，视频，…)译码 器缓冲器，并且在图1中示出，以读取访问单元(AU)和产生可被播放 的帧(图象，声音)，但是这一任务不是由该多路分解器执行的任务的 一部分。
图1的方案作为例子实现在Win32操作系统(＝Windows 95)上， 该操作系统提供多线程功能。将每一个进程分配给一个线程：
-一个TransMux线程(TMX)，用于读取盘DK上的数据或者在 网络NW上的数据，以及存储N个FlexMux分组数据单元(＝FM-PDU)；
-一个FlexMux线程(FMX)，用于读取在一个FM-PDU缓冲器 中的这些FM-PDU，存储N个访问单元层分组数据单元(＝AL-PDU)以 及重构N个访问单元，FlexMux FMX和基本流ELS在该实现中被组织 在一个单一的线程中。
-一个译码器线程(DEC)，用于利用该译码器的访问单元(AU) 建立N个帧。
这些线程中的每一个彼此相互独立。如图1所示，将该缓冲器实 现为没有任何固定长度的队列，即作为FIFO(先进先出)存储器(因此 推荐控制这些缓冲器的状态以避免使得缓冲器过大或使得任务没有 缓冲器可用)。
然而，这些任务必须相互监视，这是通过信号量(或计数器)而进 行的，使得不同的线程具有较高的效率。由操作系统提供的这些信号 量的每一个控制该多路分解器中的每个相应的缓冲器(FM-PDU，AL- PDU，AU，见图1)。对于每个译码器，也有一个控制该译码器缓冲器的 信号量，以及在该AU缓冲器变得太大时通知该TransMux必须停止下 来的另外一个信号量。
这些动作描述在图2中，图2示出了利用信号量的控制管理。步 骤(1)和(2)对应于下列测试：(1)“如果N大于0而小于Max，则工 作”，以及(2)“如果N大于Max，则停止”。
根据该操作系统的同步功能，根据下列的缓冲器管理策略执行这 一控制功能：
(a)在运行时由TransMux TMX进行读取在本地磁盘DK中的数据 或者在网络NW上的数据，这是第一操作；
(b)该FlexMux FMX监视TransMux TMX；
(c)该基本流ELS监视FlexMux FMX；
(d)在AU出现在AU缓冲器中时该实时译码进程启动；
(e)该TransMux TMX的调节由控制该AU缓冲器不在临界状态的 AU反馈信号量进行。
该缓冲器管理策略的原则是使该缓冲器的规模尽可能地小。在AL -PDU的数量足以重构一个AU时，就要立即进行这种重构。从而总是 有用于译码的数据。
另外，一个重要之处是考虑所使用的TransMux的类型。可以区 别两类TransMux：一种是较慢的(网络访问)，一种是快速的(磁盘访 问)。磁盘的访问快速，并且在延迟方面是稳定的，采用这种访问， 就不需要在不同的缓冲器中存储许多数据，因为不会出现丢失，并且 该最大临界值可以相当低。相反，网络访问引入许多延迟(例如因特 网)，因此在缓冲器中存储较多的数据以便不使该译码器处于等待状 态是重要的。
然而在有多于一个译码器的情况下，必须指出的是只有在所有AU 缓冲器已到达该临界最大值时才停止该TransMux，以便不使译码线程 处于等待状态(因此假定该多路复用策略已经为该目的在发送侧进行 了改造)。
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