CN1663162A - 用于对数字数据序列进行编码以及解码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一种用于对数字数据序列进行编码和解码的方法，其中该数字数据序列的一部分相当于一个数据块，其中该数据块包含多个数据包，其中每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，其中根据该特征标记确定数据包在所属的数据块中的位置，以及其中在考虑该特征标记的情况下对数据进行编码或解码。

Description

用于对数字数据序列进行编码以及解码的方法和装置
本发明涉及一种用于对数字数据序列进行编码的方法和装置以及一种用于对数字数据序列进行解码的方法和装置。
在[1]中公开了一种实时传送协议(RTP)，其控制实时数据、例如音频和视频数据的编码、传输和解码。按照[1]，RTP报头包含16比特的序列号，该序列号随着每个RTP包而递增。这可以使接收方识别出在传输过程中的包丢失并且使包按正确的顺序排列。由于数据安全的原因，在第一个数据包中采用随机数作为起始值。按照[1]，RTP报头包含选项，其通过标志位的设置来表征数据块的界限。
在[2]中公开了所谓的交织块，其中在编码装置中将数据逐行地读入一个矩阵并且逐列地从该矩阵中读出。在使用包含在交织块中的数据之前，在解码装置中重新组合整个交织块。
在[3]中公开了一种冗余信息(也称为“冗余”)，根据该冗余信息可以补偿传输差错。因此，需要传输的数据(内容数据)在通过被干扰的传输信道传输之前附加地配备有冗余信息，该冗余信息借助已知的方法从该需要传输的数据中产生。接着，该内容数据与该冗余信息一起通过传输信道被发送给接收方。现在在接收方处可以这样补偿传输差错，使得根据该冗余信息重构该内容数据。为此采用已知的差错校正方法(参见[4])。
在[5]中描述了一种数据的不均匀防错(UXP)方法，其中通过以下方式改变一个数据块内的防错，即为数据分配不同数量的冗余信息。按照[5]，一个数据块中的数据包的数目是可变的，并且在属于每个数据包的UXP报头的单独的数据字段中说明。
在通过有差错的信道进行数据传输时出现数据包的丢失。当分别包含说明数据块界限的标志位的数据包也丢失了时，这特别不利。在这种情况下，在对数据包进行解码之前需要一直中间存储数据包，直到能够重构数据包在单个数据块内的位置或不同数据块的界限。
因此，本发明所基于的任务是使重构数据块界限变得简单。
该任务按照独立权利要求的特征来解决。本发明的改进方案由从属权利要求给出。
为了解决该任务，给出了一种用于对数字数据序列进行编码的方法。该数字数据序列的一部分相当于一个数据块并且包含多个数据包。每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，根据该特征标记确定该数据包在所属的数据块中的位置。在考虑该特征标记的情况下对数据进行编码。
此外，该任务通过一种用于对数字数据序列进行解码的方法来解决。该数字数据序列的一部分相当于一个数据块并且包含多个数据包。每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，根据该特征标记确定该数据包在所属的数据块中的位置。在考虑该特征标记的情况下对数据进行解码。
本发明的一个优点在于，在数据传输开始时和/或在数据包丢失时可以根据该特征标记直接确定所接收的数据包在所属的数据块中的位置。由此，还能够进行实时应用、例如电视电话或每个其它的多媒体应用，因为明显降低了中间存储数据的花费。所以还可以在解码装置中明显减小用于数据的中间存储器的大小或者甚至完全取消该中间存储器。
一个改进方案在于该数字数据序列包含累进编码的数据(累进数据)、例如累进编码的图像或图像数据流的序列，其中累进数据也可能是图像数据。累进数据就其详细程度而言在时间上是分等级的，即开始时传输有粗略的分辨率的图像，因此尽管可显示该图像，但不能识别出细节。逐步地传输该图像的精细化(Verfeinerung)，因此该图像的分辨率随着传输持续时间的增加而越来越好。
在一个附加的改进方案中，数据块包含冗余信息。这样差错校正方法可以校正在传输时出现的数据差错并且重构数据。
另一个改进方案在于，根据数据包的特征标记确定数据块的开始和结束。
在一个附加的改进方案中，数据块分别包含关于数据块宽度的信息。
在另一个改进方案中，特征标记和关于数据块宽度的信息交替地、尤其是按照一个可预定的重复样式在一个数据字段中被传输。这是有利的，因为只需要一个数据字段用于传输该特征标记和关于数据块宽度的信息，并且尽管有该附加功能，但需要传输的数据量不增加。
一个附加的改进方案在于，这样预定具有特征标记的数据包的数目，使得每第n个数据包获得该特征标记。
另一个改进方案在于，这样预定具有特征标记的数据包的数目，使得每第n个数据包的数据字段包含该特征标记并且剩余数据包的一部分分别在其数据字段中包含数据块宽度。
在另一个改进方案中，具有特征标记的数据包的可预定的数目是每第二个数据包。
在一个附加的改进方案中，数据块是交织块。在此，在编码装置中数据例如被逐行地读入该交织块中并且例如被逐列地从该交织块中读出，接着被传输。如果在数据传输时一个数据包、即该交织块的一列丢失，则该数据丢失分散在该交织块的各行中。如果数据行包含冗余信息，则可以借助差错校正方法校正特定数目之内的差错，其中冗余信息的数量直接影响可校正的差错的数目。
一个附加的改进方案在于，尤其根据时戳或根据连续的编号可识别数据块的顺序。该时戳是一个数字标记，其例如给出数据、此处为数据块的发送时刻。
一个附加的改进方案在于，用于确定数据包在数据块中的位置的特征标记是一个序列号。该序列号例如是数据包的连续的编号。由于数据安全的原因，可以选择随机数或数字“0”或“1”作为起始值。
在一个附加的改进方案中，采用实时传送协议(RTP)。RTP提供业务，以便传输实时数据、例如多媒体数据。属于该业务的有为数据包分配时戳和序列号。
根据该改进方案，采用RTP的序列号，以便规定用于确定数据包在数据块中的位置的特征标记。
一个附加的改进方案在于，采用不均匀防错方法、例如UXP。因此，数据块中的累进数据分别配备有不同数量的冗余信息，以便尤其考虑相继建立待显示单元、例如图像的累进数据，即在分配冗余信息时应考虑不同梯级的累进。有利地，可以在累进数据开始时设置许多冗余信息，而随着细节增加设置越来越少的冗余信息。一个数据块中数据包的数目、也即所谓的数据块宽度可以按照每个数据块而变化。
为了将相同的数据字段用于确定数据包在数据块中的位置的特征标记和用于数据块宽度，优选地该特征标记的大小能够匹配该数据字段的大小。如果用于数据块宽度的数据字段例如具有8比特的大小并且从RTP报头的16比特长的序列号中确定特征标记，则可以通过删去高8位而从16比特特征标记中产生8比特特征标记。
为了解决该任务，此外还给出了一种用于对数字数据序列进行编码的装置。在该装置中设有一个处理器单元，其被这样设置，使得数字数据序列的一部分是一个数据块并且包含多个数据包。每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，根据该特征标记可以确定该数据包在所属数据块中的位置。在考虑该特征标记的情况下可以对数据进行编码。
为了解决该任务，另外还给出了一种用于对数字数据序列进行解码的装置。在该装置中设有一个处理器单元，其被这样设置，使得数字数据序列的一部分是一个数据块并且包含多个数据包。每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，根据该特征标记可以确定该数据包在所属数据块中的位置。在考虑该特征标记的情况下可以对数据进行解码。
该装置尤其适于执行本发明的方法或上述改进方案之一。
本发明或每个上述改进方案还可以通过计算机程序产品来实现，该计算机程序产品具有存储器介质，在该存储器介质上存储可在计算机上运行并执行本发明或改进方案的计算机程序。
下面根据附图来描述和说明本发明的实施例。
其中：
图1示出了说明交织块原理的示意图，
图2示出了说明用于对数字数据进行编码的方法的示意图，
图3示出了说明用于对数字数据进行解码的方法的示意图，
图4示出了传输包的结构，
图5示出了数据块中数据包的位置确定，
图6示出了传输系统的结构，
图7示出了处理器单元。
在图1中示出了说明交织块的工作原理的示意图。
具有数据1至12的累进数字数据序列101例如被划分成三个精细级(Verfeinerungsschritte)，其中数据1至3是最重要的数据，数据4至7是较不重要的数据，最后在本实例中数据8至12在累进数据序列101中具有最小的意义。
交织块102包含3行和6列。在交织块102的每行中，在交织块102中存储精细级的数据，并且为精细级的各个数据产生冗余信息并一起存储在交织块102中。在图1中，交织块包含3行，在第一行中数据1至3配备有冗余信息R1、R2、R3，在第二行中数据4至7配备有冗余信息R4、R5并且在第三行中数据8至12配备有冗余信息R6。因此，交织块102的第一行的数据1至3可以以最大的概率(与其他两行各自的数据相比)被重构，因为为第一行分配了最大数量的冗余信息。
用这种方法在交织块102中产生了冗余概况110，其源于数据1至12的所述分配以及在交织块102中所产生的冗余信息R1至R6。
接着，数据1至12和冗余信息R1至R6一起被逐列地从交织块102中读出，其中各列的内容分别被组成数据包103至108：数据包103包含数据1、4、8，数据包104包含数据2、5、9，数据包105包含数据3、6、10，数据包106包含冗余信息R1和数据7、11，数据包107包含冗余信息R2、R4和数据12，以及数据包108包含冗余信息R3、R5、R6。
因此，读出的数据序列109为：{1，4，8}，{2，5，9}，{3，6，10}，{R1，7，11}，{R2，R4，12}，{R3，R5，R6}。
在图2中示出了说明用于对数字数据进行编码的方法的示意图。
此处示例性地由一个数据块组成的累进数据序列210被输入到编码单元202，该编码单元包含优化单元203和打包单元210。首先该序列201被输入到优化单元203并在那里被分析。该分析提供数据的累进结构，根据该结构来确定交织块204的大小以及冗余概况205。冗余概况205属于在接收方处分析交织块204所需的管理数据206。在优化单元203中，为管理数据206产生冗余信息207以及为数字数据201产生冗余信息208、209，其中数据越重要，就设置越多的冗余信息，即此外还取决于累进的精细级(参见上面的实施例)。
首先将管理数据206存储在交织块204中，并且为该管理数据分配最多的冗余信息207，以便例如能够校正尽可能多的传输差错。接着，用累进数据201和所属的冗余信息208和209逐行地填满该交织块204。
如果交织块204被数据和冗余信息填满，则该交织块204的内容如图1所示被逐列地读出并输入到打包单元210。在该打包单元210中示例性地示出了对交织块204的列211的内容的打包。因此，为对应于列211的内容的数据包211配备报头217并组成一个数据包218，该数据包在下文中被称为传输包218。
报头217包含一个字段219，其包含该传输包218的序列号。此外，报头217还包含一个字段220，在该字段中交替地给出特征标记或各交织块204的宽度，根据该特征标记可以确定数据包211在各交织块204中的位置。报头217还包含一个字段221，在该字段中给出针对各交织块204的时戳，其中一个图像序列的每个交织块获得另一个值作为时戳，因此单个交织块可以互相区分。在此应注意，数字数据序列201包含多个累进编码的单元，其中优选地每一个这样的单元被存储在一个交织块中。交织块可以按照累进编码的单元而改变其大小。优选地，对数字数据序列201的单个图像进行累进编码。
与列211类似，交织块204剩余的列212至216被打包成传输包222至226并且与传输包218一起被传输。从而产生对应于数据块227的编码后的数据序列228。数据块227也被称为传输块。
在图3中示出了用于对数字数据进行解码的方法。
数字数据序列301包含一个数据块302，其包含多个传输包303至308，其中每个传输包具有一个报头和一个数据包。
因此，传输包303包含报头309和数据包315，传输包304包含报头310和数据包316，传输包305包含报头311和数据包317，传输包306包含报头312和数据包318，传输包307包含报头313和数据包319，以及传输包308包含报头314和数据包320。尤其通过被干扰的传输信道接收到的数字数据序列被输入到一个解码单元，该解码单元包含解包单元322和分析单元325。
首先传输包303至308被输入到解包单元322并取出数据包315至320。针对解包单元322，示例性地示出了从传输包303中取出数据包315。因此，首先分析传输包303的报头309，根据该报头309、尤其是根据包含在该报头中的特征标记323确定数据包315在交织块324中的列位置。位置确定的问题将在下文中在图5中详细说明。
传输包303将一直被中间存储在解包单元322中，直到数据包315在交织块324中的位置能够被确定。
如果可以确定数据包315在交织块324中的位置，那么将该数据包315作为列存储在分析单元325的交织块324中。相应地用数据包316至320逐列地填充交织块324。
紧接着，逐行地分析交织块324的内容，例如读出图像信息。数据326包含管理信息，根据该管理信息可重构交织块324的冗余概况327。利用该冗余概况确定管理类(参见数据326)或纯图像数据(参见数据331)的内容信息之间的界限。
如果交织块324的数据包315至320例如由于有差错的传输而已丢失，那么这些差错(在一定的频度以下，该频度的上限通过所传输的冗余信息的数量来确定)可以在分析单元325中借助于冗余信息328、329、和330通过差错校正方法来校正，其中例如(仅)数据包316的丢失决定了必须重建交织块324的一列，这在上述逐行地布置冗余信息的情况下是可能的，其中尤其基于数据累进可以确保：能够重构数据包316中的重要数据，必要时可以放弃不重要的数据，而不危及该方法的功能。所读出的数字数据序列332可以在图像解码器、尤其是按照图像压缩标准、例如MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.261、H.263、H.26L工作的解码中被进一步处理。
在图4中示出了传输包的结构。传输块402的传输包401包含报头403和数据字段404，该数据字段包含数据包405。报头403包含：序列号字段406，其中给出传输包401的序列号407；标识符字段408，其中给出用于确定数据包405在数据块413中的位置的特征标记409和传输块402的宽度410；以及时戳字段411，其中给出传输块402的时戳的值412。
在图5中示出了根据特征标记确定数据包在数据块中的位置。
下文按照上述附图中的术语表从传输块中数据包的位置确定出发。传输块包含多个传输包，其中每个传输包具有一个报头和一个数据包(参见对图2的说明)。而数据块从各个块的数据包中产生。因此传输块包含包括各自的报头(参见图4，403)在内的传输包(参见图4，401)。该报头的信息对所述位置确定而言很重要。
数据序列501包含传输块502、503、504和505，其中传输块502包含传输包506至513，传输块503包含传输包514至519，传输块504包含传输包520至525，以及传输块505包含传输包526至529。每个传输包的结构如图4所示。因此，对于单个字段的术语表，可参见图4的说明。
属于传输块502的传输包506至513分别在时戳字段411中用时戳值“A”标明，属于传输块503的传输包514至519分别在时戳字段411中用时戳值“B”标明，属于传输块504的传输包520至525分别在时戳字段411中用时戳值“C”标明，以及属于传输块504的传输包526至529分别在时戳字段411中用时戳值“D”标明。传输包506至529在其序列号字段406中包含一个连续的序列号401，该序列号例如对传输包506而言从“10”开始并且对传输包529而言以“33”结束。
具有偶数序列号506、508、510、512、514、516、518、520、522、524、526、528的传输包在其各自的标识符字段中包含用于确定该传输包在所属的传输块中的位置的特征标记，其中这里该特征标记分别由传输块中第一个传输包的序列号组成，即传输包506、508、510、512在标识符字段408中包含数值“10”，传输包514、516、518在标识符字段408中包含数值“18”，传输包520、522、524在标识符字段408中包含数值“24”，以及传输包526、528在标识符字段408中包含数值“30”。具有奇数序列号507、509、511、513、515、517、519、521、523、525、527、529的传输包在标识符字段中包含各自的传输块宽度410，即传输包507、509、511、513在标识符字段408中包含针对传输块502的宽度的数值“8”，传输包515、517、519在标识符字段中包含针对传输块503的宽度的数值“6”，传输包521、523、525在标识符字段中包含针对传输块504的宽度的数值“6”，以及传输包527、529在标识符字段408中包含针对传输块505的宽度的数值“4”。
在图5中假设，传输块502的传输包507、508和512、传输包514至519、即整个传输块503、传输块504的传输包521和525以及传输块505的传输包526已在数据传输过程中丢失。在图5中，丢失的数据包在各自的序列号字段中由“X”标明。
由于没有接收到传输块503的最后一个传输包519，并且由于传输块502至505具有不同的传输块宽度，所以不能由时戳值从“B”到“C”的转换而确定传输块504的开始，因为不仅传输包520而且传输包514至519中的一个传输包也可能是传输块504中的第一个传输包。因为不能明确地确定传输块503和传输块504之间的界限，所以在没有上述特征标记的情况下不能为接收到的传输包520、522、523和524明确地分配其在传输块504中的位置。如果传输块504的最后一个传输包525和传输包505的第一个传输包526也已丢失，则在没有特征标记的情况下也不能由时戳值从“C”到“D”的转换而明确地确定传输块504的结束，因此需要在能够对数据进行解码之前中间存储多于一个的传输块。
现在，利用标识符字段中的特征标记可以在接收到传输包520时比较序列号“24”和特征标记“24”，由此得出此时涉及传输块504的第一个传输包，因为该特征标记“24”与序列号“24”一致。因此，可以直接在传输块504中正确的位置上存储接收到的传输块504的传输包520、522、523和524，并且不需要较长时间地中间存储该传输包。如果具有序列号“24”的传输包520也丢失了，那么可以从接收到的具有序列号“26”的传输包522的特征标记“24”中立刻计算出该传输包在传输块504中的位置：26-24＝2，即在传输块504中存在两个传输包520和521，因此接收到的传输包522是传输块504的第三个传输包。即使在这种情况下也不需要进一步中间存储有关的传输块的传输包。
在图5中，各个传输块的第一个传输包的序列号被选作为特征标记。其他的可能性在于，采用到各个传输块的第一个或最后一个传输包的距离作为特征标记。
作为另一个实施例，采用来自UXP的8比特长数据字段用于传输块宽度，以便在传输包中交替地给出传输块宽度和特征标记。通过以下方式从RTP的16比特长的序列号中确定该特征标记，即各个传输块的第一个传输包的序列号从16比特减少为8比特。这例如通过以下方式实现，即删去十六进制代码的高两位，例如从0xDC36减少为0x36。
在图6中示出了传输系统的结构。该传输系统S包括照相机K、编码器C、有差错的(被干扰的)传输信道，解码器D和显示设备F。由照相机K产生的图像数据在编码器C中被编码，通过被干扰的传输信道传输，由解码器D进行解码并由显示设备F进行显示。编码器C和/或解码器D尤其按照图像压缩标准、例如MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.261、H.263、H.26L工作。编码器C和/或解码器D尤其在考虑本发明方法的情况下工作。
在图7中示出了处理器单元PRZE。该处理器单元PRZE包括处理器CPU、存储器MEM和输入/输出接口IOS，该输入/输出接口通过接口IFC以不同的方式被利用：输出通过图形接口在显示器MON上可见和/或在打印机PRT上输出。通过鼠标MAS或键盘TAST实现输入。该处理器单元PRZE还具有数据总线BUS，其保证存储器MEM、处理器CPU和输入/输出接口IOS的连接。此外还可以将附加的部件、例如附加存储器、数据存储器(硬盘)或扫描仪连接到数据总线BUS上。
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Claims (21)

1.用于对数字数据序列进行编码的方法，
-其中所述数字数据序列的一部分相当于一个数据块，
-其中所述数据块包含多个数据包，
-其中每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，其中根据所述特征标记确定所述数据包在所属的数据块中的位置，以及
-其中在考虑所述特征标记的情况下对数据进行编码。
2.用于对数字数据序列进行解码的方法，
-其中所述数字数据序列的一部分相当于一个数据块，
-其中所述数据块包含多个数据包，
-其中每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，其中根据所述特征标记确定所述数据包在所属的数据块中的位置，以及
-其中在考虑所述特征标记的情况下对数据进行解码。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述数字数据序列包含累进数据序列。
4.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述数字数据序列包含数字图像数据序列。
5.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述数据块包括冗余信息。
6.如上述权利要求之一所述的方法，其中根据所述特征标记确定所述数据块的开始和结束。
7.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述数据包包括关于数据块宽度的信息。
8.如上述权利要求之一所述的方法，其中交替地、尤其是按照一个可预定的重复样式在一个数据字段中传输所述特征标记和所述关于数据块宽度的信息。
9.如上述权利要求之一所述的方法，其中这样预定具有特征标记的数据包的数目，使得每第n个数据包获得所述特征标记。
10.如权利要求1至8之一所述的方法，其中这样预定具有特征标记的数据包的数目，使得每第n个数据包的数据字段包含所述特征标记并且剩余数据包的一部分分别在其数据字段中包含数据块宽度。
11.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述具有特征标记的至少两个数据包是每第二个数据包。
12.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述数据块是交织块。
13.如上述权利要求之一所述的方法，其中确定所述数据块的顺序。
14.如权利要求13所述的方法，其中根据下列标准中的至少一个标准来确定所述数据块的顺序：
-时戳，
-连续的编号。
15.如上述权利要求之一所述的方法，其中采用实时传送协议(RTP)作为协议。
16.如上述权利要求之一所述的方法，其中用于确定数据包在数据块中的位置的特征标记是序列号。
17.如权利要求15所述的方法，其中从RTP的序列号中确定所述用于确定数据包在数据块中的位置的特征标记。
18.如上述权利要求之一所述的方法，其中采用不均匀防错方法。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述不均匀防错方法是UXP方法。
20.用于对数字数据序列进行编码的装置，其中设有一个处理器单元，所述处理器单元被这样设置，使得
-所述数字数据序列的一部分是一个数据块，
-所述数据块包含多个数据包，
-每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，其中根据所述特征标记确定所述数据包在所属数据块中的位置，以及
-在考虑所述特征标记的情况下可以利用所述装置对数据进行编码。
21.用于对数字数据序列进行解码的装置，其中设有一个处理器单元，所述处理器单元被这样设置，使得
-所述数字数据序列的一部分是一个数据块，
-所述数据块包含多个数据包，
-每个数据块的至少两个数据包分别包含一个特征标记，其中根据所述特征标记确定所述数据包在所属数据块中的位置，以及
-在考虑所述特征标记的情况下可以利用所述装置对数据进行解码。
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