Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussenden von digitalen Video-Daten, insbesondere Video-Daten eines Fernsehkanals.

Die Kosten für die Ausstrahlung digitaler TV-Kanäle sind proportional zur benötigten Bandbreite. Hierbei ist in der Regel die maximal genutzte Bandbreite maßgebend, die sich von der durchschnittlich benutzten Bandbreite oftmals deutlich unterscheidet. So benötigt ein üblicher TV-Kanal eine Bandbreite von z. B. 3,6 MBit/sek.

Der größte Teil der Bandbreite wird für die Darstellung des Bildes benötigt. Das übliche Übertragungsverfahren für digitale Fernseh-Programme überträgt 25 bis 60 Bilder (Frames) pro Sekunde. Hierbei wird nicht jedes Mal das gesamte Bild übertragen, sondern in kurzen Abständen ein Komplettbild (I-Frame) und zwischen den Komplettbildern die Änderungen in Form so genannter Bewegungsdaten (P-Frames, B-Frames) übertragen.

Standbildsender senden in einem TV-Kanal Bilder ohne Bewegung (Standbilder) aus, bei denen die Bandbreite ein wenig reduziert ist, da die Bewegungsdaten entfallen. Durch eine Reduzierung der Häufigkeit der Übertragung des Komplettbildes kann die durchschnittliche Bandbreite um z. B. den Faktor 10 reduziert werden. Allerdings entsteht zum Zeitpunkt der Übertragung des Komplettbildes wiederum ein Bandbreitenspitzenwert (peak), so dass sich die maximale Bandbreite kaum reduziert.

Herkömmliche Standbildsender und Verfahren zum Aussenden von Standbildern mischen daher zum Teil mehrere TV-Kanäle in einen Stream. Die WO 02/32144 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussenden einer Vielzahl von Video-Programmen über einen einzigen digitalen Transportstrom, wobei der Transportstrom eine vorgegebene Übertragungsrate hat. Mittels zeitversetzter Übertragung der Komplettbilder wird vermieden, dass sich die Peaks addieren. Somit kann durch Mischen einer Vielzahl von Fernsehprogrammen bzw. Fernsehkanälen in einen Stream eine Reduzierung der pro Fernsehkanal benötigten Bandbreite erreicht werden.

Für einen einzelnen Standbildsender wird hierdurch jedoch keine Bandbreitenreduzierung erreicht, sondern es wird fast die gesamte Bandbreite eines herkömmlichen Fernsehkanals benötigt.

Weiterhin sind Bewegungsdaten schwierig zu implementieren, da sie zusätzliche Peaks erzeugen können, die die maximale Bandbreite erhöhen.

Für das in der WO 02/32144 gezeigte Verfahren müssen die TV-Kanäle aufwendig aufbereitet werden, so dass ein Real-Time-Encoding, bei dem zur Verfügung gestellte Video-Daten kurzfristig über den Fernsehkanal ausgesendet werden, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussenden von digitalen Video-Programmen mit Standbild-Daten zu schaffen, die eine geringe Bandbreite benötigen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können insbesondere rein softwaremäßig, d.h. in einem Computer-Programm oder einem Computer-Programm-Produkt implementiert werden. Weiterhin ist auch eine hardwaremäßige Realisierung möglich.

Erfindungsgemäß können reine Standbild-Programme ausgestrahlt werden; weiterhin können Bewegtbilder und/oder Laufschriftinformationen in die Standbilder eingebunden werden.

Erfindungsgemäß wird somit eine Minimalzeit festgelegt, die zunächst grundsätzlich frei wählbar ist. Der TV-Datenstrom wird durch einen Sequenzierer (Sequencer bzw. Sequenz erzeugende Einrichtung) in Sequenzen unterteilt, wobei die Länge der Sequenzen sich als Produkt der Minimalzeit und der Anzahl der Frames (Rahmen, Bildrahmen) pro Zeiteinheit des TV-Bildes ergibt.

Die Sequenz von Frames wird nachfolgend mit Streamdaten gefüllt und in einen Zwischenspeicher (Buffer Unit) eingegeben, deren Inhalt nachfolgend über einen ASI-Stromgenerator als ASI-Strom bzw. ASI-Stream ausgestrahlt wird.

In dem Zwischenspeicher bzw. der Zwischenspeichereinheit können vorteilhafterweise mehrere Sequenzen gespeichert werden, z. B. die gerade kodierte Sequenz und die beiden zuletzt kodierten Sequenzen.

Wenn eine ganze Sequenz kodiert ist und in die Zwischenspeicher-Einheit übertragen ist, wird sie nachfolgend übertragen, bei DVB-S zu dem betreffenden Satelliten. Die benötigte Bandbreite dieser Sequenz ergibt sich somit aus der Größe des Buffers bzw. Buffer-Speicherbereichs für die Sequenz und der Minimalzeit bzw. – insbesondere bei Anbindung von Bewegbilddaten – einer angepassten Minimalzeit.

Somit kann eine geringe, vorteilhafterweise zeitlich ganz oder weitgehend gleich bleibende Bandbreite erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann hierbei auch bei Ausstrahlung lediglich eines Standbild-Kanals bzw. Standbild -Programms angewendet werden. Ein Mischen mehrerer Kanäle in einen Stream ist nicht notwendig, jedoch erfindungsgemäß möglich.

Die Erfindung kann für non-Interlaced (progressive) MPEG2-Streams oder auch für interlaced Streams, d. h. nach dem Zeilensprungverfahren, angewendet werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bindet Bewegbilddaten in das Standbild-Programm ein, ohne dass hierfür eine deutliche Bandbreitenerhöhung erforderlich ist. Die Bewegtbildaten können aus einem Bewegtbilddatenstrom, insbesondere MPEG2-Strom, entnommen werden und z. B. in einem kleinen Bildbereich dargestellt werden. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft die Einbindung von Laufschriftinformationen; dies kann alternativ oder zusätzlich zu der Einbindung der Bewegtbilder erfolgen.

Das erste Frame bzw. I-Frame der Sequenz wird vorteilhafterweise in einer hierfür vorgesehenen Einrichtung gebildet, wobei bei Einbindung von Bewegtbildern entsprechend ein Bewegtbild-I-Frame eingebunden wird und weiterhin gegebenenfalls Laufschriftinformationen eingebunden werden. In einer weiteren Einrichtung werden die nachfolgenden Frames der Sequenz gebildet. Bei Einbindung von Bewegtbildern werden die Bewegtbild-I-Frames und weiteren Bewegtbild-Frames, insbesondere B- und P-Frames, zunächst entsprechend in ihre Makroblöcke zerlegt und der weiteren Einrichtung zugeführt; entsprechend werden gegebenenfalls Laufschriftinformationen zerlegt und eingebunden.

Hierbei können aus einem Bewegtbild-Datenstrom, insbesondere MPEG2-Strom, Bewegtbilder durch einen Rahmen-Analysator (frame analyzer) zunächst analysiert werden, um eine Anpassung der für die Standbilder gewählten Minimalzeit tmin an die Bewegtdaten zu erreichen. Hierdurch wird erreicht, dass das erste Frame (I-Frame) der Sequenz immer mit einem Bewegtbild-I-Frame der Bewegtbilddaten zusammenfällt. Bei Einbindung von Bewegtbilddaten werden somit das Zeitintervall und die Frameanzahl der Sequenz und vorteilhafterweise auch der nachfolgenden Sequenz verändert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aussenden von digitalen Video-Programmen;

2 ein Flussdiagramm eines entsprechenden Verfahrens zum Aussenden von digitalen Video-Programmen;

3 eine Darstellung eines Zwischenspeichers mit seiner Unterteilung; und

4 eine Darstellung des erzeugten Bildes,

Gemäß 1 werden von einer Vorrichtung 1 zumindest Standbilder Bi aufgenommen und ein ASI-Datenstrom ASI ausgegeben. Hierbei weist die Vorrichtung 1 einen Sequenzierer (bzw. sequenzerzeugende Einrichtung) 2 auf, in den eine Minimalzeit t_min eingegeben wird. Diese Minimalzeit ist grundsätzlich frei wählbar; je größer t_min ist, desto besser ist die Bandbreitenreduzierung, allerdings erhöht sich mit t_min auch die durchschnittliche Zeit bis zur Darstellung eines Bildes, wie weiter unten ausgeführt wird. t_min kann z. B. im Bereich von 3 bis 5 Sekunden liegen. Der Sequenzierer 2 dient dazu, den TV-Stream in Sequenzen S der Länge n_min, d.h. in aufeinanderfolgende Sequenzen mit jeweils einer Anzahl (Frameanzahl) n_min aufeinanderfolgender Frames Fi zu unterteilen.

fs₀ bezeichne die Framefrequenz, d.h. Anzahl der Frames pro Sekunde des TV-Bildes. Daraus ergibt sich die Anzahl (Frameanzahl) n_min der Frames pro Zeitintervall t_min: n_min = fs₀·t_min

Somit enthält eine Sequenz S in der Minimalzeit t_min die Frames F1, F2 .....Fn_min

Das erste Frame im Zeitintervall t_min enthält das Komplettbild, alle nachfolgenden Frames Fi enthalten nur noch Bewegungsdaten, für einen reinen Standbildsender ergibt sich folgende Platzbelegung der Streamdaten im Zeitintervall t_min:

Der erste Frame (F1) macht einen Großteil der zu übertragenen Daten aus (z. B. ca. 80 %)

Kommen noch Bewegungsdaten hinzu, wird der Beitrag der nachfolgenden Frames F2, ..., Fn_min größer:

Die Standbilder Bi werden von einer Einrichtung 13 zum Erzeugen eines ersten Frames aufgenommen, die gemäß 1 einen I-Mapper (I-Bild-Darsteller) 4 und eine I-Kompressionseinrichtung 12 aufweist.

Erfindungsgemäß können separierte Bewegungsdaten eingebunden werden. Separierte Bewegungsdaten können insbesondere Laufschriften mit einfarbigem Hintergrund (keine Transparenz) oder ein Bewegtbildfenster (als MPEG2-Strom) sein. Gemäß 1 werden daher Bewegtbilder Mj, d. h. ein MPEG2-Strom aufgenommen und gemäß 4 im dargestellten Bild 30 in einem Bewegtbildfenster 30-1 eingebunden; weiterhin werden Laufschriftinformationen L aufgenommen und in einem Laufschriftbalken 30-2 des dargestellten Bildes 30 eingebunden.

Werden gemäß der gezeigten Ausführungsform Bewegtbilddaten eingebunden, so wird vorteilhafterweise n_min zu n'_min variiert, damit das erste Frame F1 (I-Frame) immer mit einem ersten Bewegtbild-Frame MF1 der Bewegtbilddaten, d.h. einem Bewegtbild-I-Frame MF1, zusammenfällt und mit einem Frame vor einem I-Frame endet. Das Zeitintervall für die Sequenz wird dann von t_min auf t'_min geändert. Im zeitlichen Mittel nähert sich hierbei der Durchschnitt aller t'_min dem Wert tmin an, d.h. für die Folge von Sequenzen S_N, N = 1,2,3,... gilt

Die Bewegtbild-Daten Mj werden von einem Frame-Analysierer 6 aufgenommen. Der Sequenzierer 2 synchronisiert sich über den Frame-Analysierer 6 mit den Bewegtbild-I-Frames MF1 des Bewegtbildes Mj. Hierdurch verlängert sich die aktuell kodierte Sequenz um einige Frames. Diese Verlängerung wird kompensiert, indem der Wert n_min für die nächste Sequenz entsprechend verringert wird.

Die Laufschriftinformationen L werden von einem Text-Mapper 8 aufgenommen, der die Laufschriftinformation L grafisch umsetzt und die so erzeugten Teilbilder Li zu Beginn einer Sequenz S zum I-Mapper 4 und ansonsten zusammen mit Bewegungsinformationen BL zu einem Text- Bewegungs-Kodierer 10 ausgibt.

Die Standbilder Bi werden über den I-Mapper 4, die I- Kompressionseinrichtung 12 und einen Zwischenspeicher 14 (Buffer Unit) ausgegeben. Sobald eine neue Sequenz F1, ... Fn_min beginnt, teilt der Sequenzierer 2 dem Zwischenspeicher 14 die Länge (in Frames und Sekunden) der gerade kodierten Sequenz S mit und signalisiert dem Text-Mapper 8 und dem I-Mapper 4 den Beginn der neuen Sequenz.

Der Text-Mapper 8 erzeugt daraufhin ein Bild der Laufschriftinformationen L als Bildinformationen Li an der aktuellen Position, die der I-Mapper 4 auf das nächste I-Frame F1 zeichnet.

Der Sequenzierer 2 signalisiert auch dem Frame-Analysierer 6 den Beginn einer neuen Sequenz S, der Frame- Analysierer 6 schickt nun das aktuelle I-Frame an den I-Mapper 4, der das I-Frame auf das nächste I-Frame F1 zeichnet.

Der Sequenzierer 2 erzeugt somit die Sequenz S aus Frames F1 ... bis Fn'_min, wobei das I-Frame F1 aus dem jeweiligen Standbild Bi unter Einbindung des jeweiligen I-Frames der Bewegtbilder Mj sowie der entsprechenden Laufschriftinformation Li, die ein aktuelles Bild der Laufschrift an der aktuellen Position darstellt. Der I-Kompressor 12 komprimiert das von dem I-Mapper ausgegebene Bitmap-I-Frame FB₁ entsprechend dem MPEG2- Bildkompressionsverfahren und gibt das I-Frame F1 an den Zwischenspeicher 14 aus. Hierbei achtet der I-Kompressor 12 darauf, dass eine vorgegebene Größe für F1 nicht überschritten wird, was durch Anpassung der Quantisierungskoeffizienten der MPEG2- Bildkompression erfolgen kann.

Die nachfolgenden Frames F2 bis F_min werden von einem Bewegungsmischer 18 (motion mixer) erzeugt, der hierzu die dynamischen Daten der Laufschriftinformationen L und Bewegtbilder Mj aufnimmt. Hierbei zerlegt der Frame-Analysierer 6 den eingehenden MPEG2 Strom, d.h. die Bewegbilder Mj in die einzelnen Frames MFi, i = 1,2,.. und sendet diese zu einer Frame-Schneideeinrichtung (Frame-Clipper) 20. Tritt er auf ein I-Frame MF1, signalisiert dies dem Sequenzierer 2. Signalisiert der Sequenzierer 2 den Beginn einer neuen Sequenz S zurück, so dekodiert der Frame-Analysierer 6 das I-Frame MF1, schneidet es gegebenenfalls auf den Bewegbildbereich zu und schickt es an den I-Mapper 4. Erfolgt keine Signalisierung durch den Sequenzierer 2, sendet der Frame-Analysierer 6 das I-Frame MF1 zu einem P-Frame-Mapper 22, der das I-Frame MF1 auf den Bewegbildbereich 30-1 zuschneidet, die Makroblöcke MB1 kodierter I-Frames an den Bewegungsmischer 18 schickt und diesem signalisiert, ein P-Frame zu erzeugen.

Die Frame-Schneideeinrichtung 20 decodiert die eingehenden Frames MFi und schneidet sie auf den Bewegtbildbereich 30-1 zu. P- und B-Frames (d.h. MFi mit i > 1) werden auf Makroblöcke MBx untersucht, die Motion- Vektoren enthalten, die auf Quellen außerhalb des Bewegtbildbereiches 30-1 zeigen. Diese Makroblöcke werden mit Hilfe der decodierten Frames MFi durch Intra- Makroblöcke MB2 ersetzt. Die Makroblöcke MB2 der zurechtgeschnittenen P- und B-Frames MFi werden an den Bewegungsmischer 18 weitergegeben. Dem Bewegungsmischer 18 wird signalisiert, ob es sich um ein P-Frame oder ein B-Frame handelt.

Der Bewegungsmischer 18 nimmt – je nach Frameart des Bewegtbildes Mj – entweder die Makroblöcke MB1 oder die Makroblöcke MB2 und weiterhin von dem Text-Bewegungskodierer 10 ausgegebene Textbewegungsdaten TMD auf und setzt diese zu einem nachfolgenden Frame Fi (mit i > 1) der betreffenden Sequenz S, d.h. F2 bis Fn'_min, zusammen. Diese Frames Fi stellen die Bewegtbilddaten dar und sind jeweils ein P-Frame oder ein B-Frame, je nachdem, was dem Bewegungsmischer 18 vom P-Frame Mapper 22 bzw. der Frame-Schneideeinrichtung 20 signalisiert wurde. Soll der auszugebende TV-Stream ASI keine Bewegungsdaten enthalten, so erzeugt der Bewegungsmischer 18 immer P-Frames. Die erzeugte Frames Fi werden in dem Zwischenspeicher 14 gespeichert.

Der Zwischenspeicher 14 weist gemäß 3 drei Speicherbereiche 14-1, 14-2, 14-3 auf, in denen er drei Sequenzen S_N, S_N-1, S_N-2 speichern kann, die gerade codierte Sequenz S_N und die beiden zuletzt codierten Sequenzen S_N-1, S_N-2. In den Speicherbereichen 14-1, 14-2, 14-3 werden zu der jeweiligen Sequenz S die Frames F1 des I-Kompressors 12 und die Frames F2 bis Fn'_min des Bewegungsmischers 18 aufgenommen. Signalisiert der Sequenzierer 2 dem Zwischenspeicher 14 den Beginn einer neuen Sequenz Sm, so wird der älteste Speicherbereich 14-2 gelöscht und zum Beschreiben freigegeben. In den Speicherbereich 14-1 mit der gerade codierten Sequenz wird die Anzahl n'_min der Frames F1 bis Fn'_min und das daraus resultierende Zeitintervall gespeichert. Da aufgrund des variablen t'_min grundsätzlich nicht sicher ist, ob die Übertragung von S_N-1 bereits komplett stattgefunden hat, wird S_N-1 im Zwischenspeicher 14 gehalten. Die Übertragung von S_N beginnt vorteilhafterweise erste dann, wenn die beiden Kriterien erfüllt sind, dass zum einen S_N-2 gelöscht worden ist, d.h. S_N erzeugt wurde, und zum anderen S_N-1

Bei einer einfacheren Ausführungsform, bei der nur Standbilder Bi aufgenommen und verarbeitet werden, ist in der Vorrichtung 1 der 1 lediglich der Sequenzierer 2, der I-Mapper 4, der I-Kompressor 12, der Zwischenspeicher 14, der Bewegungsmischer 18 und der ASI-Stromgenerator 16 erforderlich. In diesem Fall wird der Bewegungsmischer 18 alle nachfolgende Frames F2 bis Fn'_min nach der MPEG2-Norm mit P-Frames auffüllen.

Der ASI-Stromgenerator 16 sendet die fertig gestellten Sequenzen S_N mit der aktuellen Bandbreite B_S als ASI-Datenstrom ASI aus, so dass sie zum Satelliten 32 übertragen werden. Ist S_Buff die Größe eines Speicherbereichs 14-i (i = 1, 2, 3), so errechnet sich die benötigte Bandbreite B_S dieser Sequenz wie folgt:

Die Settop-Boxen 34 (Receiver) nehmen den ASI-Datenstrom ASI auf und beginnen mit der Darstellung der Bilddaten erst, nach dem sie ein Komplettbild, d.h. eine vollständige Sequenz S_N, empfangen haben. Hierzu wird in den Settop-Boxen 34 im MPEG2-Stream ein VBV-Delay von 0xFFFF und eine geeignete Größe des VBV-Buffers gesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines digitalen Transportstroms für ein Video-Programm ist in 3 angegeben, und weist nach dem Start in Schritt 0 gemäß dieser Ausführungsform folgende Schritte auf:

• a) Festlegen einer Minimalzeit t_min,
• b) Eingeben von Standbild-Daten Bi,
• c) Eingeben von Bewegtbild-Daten Mj (falls vorgesehen)
• d) Eingeben von Laufschriftinformationen L, (falls vorgesehen)
• e) Bilden einer Sequenz S_N von Frames F1,...Fn_min, F1,...Fn'_min, wobei die Sequenz S_N eine Anzahl n_min, n'_min von Frames enthält, die ermittelt wird aus einer Frame-Frequenz fs₀ der darzustellenden Bilder und der Minimalzeit t_min oder einer durch eine Anpassung an einzubindende Bewegtbild-Daten Mj gebildeten angepassten Minimalzeit t'_min, wobei das Bilden einer Sequenz S_N mindestens folgende Teilschritte aufweist:
  
  e1 Ermitteln der ersten Frames von Bewegtbild und Standbild
  
  e2) Synchronisieren der ersten Frames von Bewegtbild und Standbild
  
  e3) Signalisieren einer neuer Sequenz S_N
  
  e4) Einbinden der Standbild-Daten Bi und Bewegtbilddaten und von Laufschriftinformationen BL in ein erstes Frame F1,
  
  e5) Kodierung des ersten Frames F1 entsprechend einer Video-Norm,
  
  e6) Erzeugung der nachfolgenden Frames F2,... Fn_min; F2,... Fn'_min der Sequenz S_N, wobei aus den Bewegtbilddaten Mj P-Frames und B-Frames zur Kennzeichnung von Änderungen zwischen den Frames entnommen und zur Ausbildung der auf das erste Frame nachfolgenden Frames F2,... Fn'_min verwendet werden,
  
  e7) Zwischenspeicherung der aus dem ersten Frame F1 und den nachfolgenden Frames F2,... Fn_min; F2,... Fn'_min gebildeten Sequenz S_N, und
• f) Erzeugung des digitalen Transportstroms ASI aus der zwischengespeicherten Sequenz S_N.

Nach Schritt f) wird das Verfahren zurückgesetzt oder nach Übertragung aller Daten in Schritt g) beendet.