用於記錄和再現壓縮的視頻數據的方法和裝置的製作方法
2024-02-18 20:07:15
專利名稱：用於記錄和再現壓縮的視頻數據的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於記錄和再現壓縮的動畫視頻數據，諸如根據MPEG標準的壓縮視頻數據的方法和裝置。
壓縮的動畫數據記錄在諸如光碟或光磁碟之類的盤媒介上。這種盤的例子為CD-ROM(密盤—只讀存儲器)盤或CD-I(密盤互作用)盤，在盤上記錄有比特流數據。
近來，在數位訊號處理技術領域，諸如視盤或數字廣播領域中，人們對以下嘗試給予了很大的注意力，即減少必需的視頻數據量和使記錄裝置的體積更小，這是通過對視頻信號進行高效率的頻帶壓縮實現的，另外是要實現記錄媒介上的視頻數據的長時間再現。為實施這種嘗試，已形成了稱作MPEG(動畫輸出組織)1的標準。
以下說明是針對傳統的壓縮數據記錄和再現裝置，該裝置用於按照MPEG1標準實現輸入的視頻信號和聲頻信號的頻帶壓縮。
參照圖4，其中示出了傳統記錄裝置的方框圖。在圖4中，數字142為用於對輸入的視頻信號進行頻帶壓縮的視頻信號壓縮器；113為用於對輸入的聲頻信號進行頻帶壓縮的聲頻信號壓縮器；114為數字流同步器，用於使用由視頻信號壓縮器142形成的視頻數據與由聲頻信號壓縮器113形成的聲頻數據流和迭加的用於指示在記錄媒介上的位置的地址信息同步，以便使可記錄於記錄媒介141上的數據流同步；117是用於將由數據流同步器114同步化的數據流寫至記錄媒介141上的寫入器。
在工作時，首先，視頻壓縮器142按給定比率對輸入信號進行頻帶壓縮，使成為內幀、雙向內播幀和預測幀，以形成視頻比特流。聲頻壓縮器113以給定比率壓縮輸入的聲頻信號，以形成聲頻比特流。數據比特流同步器114使視頻比特流與聲頻比特流同步，並在同步信號上迭加指示位於記錄媒介141(例如，分區結構的CD-ROM盤或CDI盤)上的位置的地址，以便合成為一個可記錄在寫入器117上的數據比特流。所合成的數據比特流按照記錄媒介141的記錄方式被寫入器117記錄(所述記錄方式，例如，在CD-ROM盤或CD-I盤情況下，可能包括搜求程序和誤差校正程序)。
以下說明是針對用於再現按上述方法形成的記錄媒介141的再現裝置150。參照圖5，記錄在記錄媒介141上的合成數據比特流由數據閱讀器123閱讀。然後，數據比特流分離器124將合成的數據比特流分離為視頻數據比特流和聲頻數據比特流。分離後的視頻數據比特流送至視頻擴展器126，以便解譯壓縮的視頻數據比特流。分離後的聲頻數據比特流送至聲頻擴展器128，以便解譯壓縮的聲頻數據比特流。此後，解譯的視頻信號通過視頻輸出端121輸出至諸如監視器之類的視頻信號輸出裝置。解譯的聲頻信號通過聲頻輸出端122輸出至諸如揚聲器之類的聲頻輸出裝置。
當再現由記錄裝置140記錄的盤141時，拾象頭搜索下一內幀(I-圖象)並開始重放程序。因此，在屏上呈現畫面之前有一小段等待時間。
另外，在快進或快退播放狀態時，如果拾像頭控制為按預定的固定間隔周期性地拾取數據，那麼拾像頭要從內幀中收集數據將是非常困難的，因為內幀不是按恆定間隔插入比特流中的。在這種情況下，對於快進或快退操作而言，屏上畫面的再現性較差。
本發明基本上克服了上述缺陷，其主要目的是要提供一種用於記錄和再現壓縮的動畫數據的改進方法和裝置。
為實現上述目的，根據本發明的用於記錄壓縮視頻數據的記錄裝置包括壓縮視頻數據發生裝置，用於產生具有多幀的壓縮視頻數據，所述多幀包括獨立幀和非獨立幀，每一獨立幀與任何其它幀無相互參考關係，每一非獨立幀與其它幀有相互參考關係；地址檢測裝置，用於檢測所述獨立幀的地址；存儲裝置，用於存儲檢測到的所述獨立幀的地址；掃描信息發生裝置，用於根據在所述存儲裝置中的所述地址產生對應於一獨立幀的掃描信息，此信息包括預定數的相鄰獨立幀的地址；插入裝置，用於向所述幀中插入所述掃描信息，並用於產生迭加掃描信息的壓縮視頻數據；和記錄裝置，用於在一記錄媒介上記錄迭加所述掃描信息的壓縮視頻數據。
根據本發明，用於從由上述記錄裝置記錄的記錄媒介上再現壓縮的視頻數據的再現裝置包括掃描信息檢測裝置，用於從幀中檢測所述掃描信息；掃描信息存儲裝置，用於存儲檢測到的掃描信息；地址閱讀裝置，用於閱讀包含於所述掃描信息中的地址；選取和再現裝置，用於根據所述的閱讀的地址在記錄媒介中選取一獨立幀，並用於從所選取的獨立幀再現壓縮的視頻數據。
根據本發明，用於記錄壓縮的視頻數據的記錄方法包括下列步驟(a)產生具有多幀的壓縮視頻數據，所述多幀包括獨立幀和非獨立幀，每一獨立幀與任何其它幀無相互參考關係，每一非獨立幀與其它幀有相互參考關係；(b)檢測所述獨立幀的地址；(c)根據檢測到的地址產生對應於一獨立幀的掃描信息；此信息包括預定數的相鄰獨立幀的地址；(d)向所述幀中插入所述掃描信息並產生迭加有掃描信息的壓縮視頻數據；和(e)在一記錄介質上記錄所述的迭加有掃描信息的壓縮視頻數據。
根據本發明，用於從由上述記錄方法記錄的記錄媒介中再現壓縮的視頻數據的再現方法包括下列步驟(h)從幀中檢測所述掃描信息；(i)閱讀包含於檢測到的掃描信息中的地址；(j)根據所述閱讀的地址，在記錄媒介中選取獨立幀；(k)從所選取的獨立幀中再現壓縮的視頻數據。
根據本發明，根據上述的記錄方法記錄的記錄媒介包括一獨立幀，它與任何其它幀無相互參考關係；多個非獨立幀，跟隨於所述獨立幀之後，每一非獨立幀與其它幀有相互參考關係；和掃描信息，它對應於一獨立幀並包含預定數據的相鄰獨立幀的地址，所述掃描信息插入所述幀的每一個中。
從結合優選實施例並參照附圖所作的以下說明中，本發明的這些和其它目的和特徵將變得更為清楚，所有附圖中的相同部件以相同參考數字標示，其中
圖1是根據本發明的壓縮視頻數據記錄裝置的方框圖；圖2是根據本發明的壓縮視頻數據再現裝置的方框圖；圖3A、3B、3C和3D是顯示比特流的相關圖；圖4是現有技術的壓縮視頻數據記錄裝置的方框圖；和圖5是現有技術的壓縮視頻數據再現裝置的方框圖。
參照圖1，其中示出了根據本發明的一種壓縮的視頻數據記錄裝置。該記錄裝置具有一個視頻數據壓縮部分1、一個聲頻數據壓縮部分3、一個掃描信息處理部分5和一個記錄處理部分7。
視頻數據壓縮部分1包括一個壓縮器2，用於按例如MPEG標準壓縮視頻數據；一個加法器4，用於迭加一仿真數據；一個仿真數據發生器6，用於產生仿真數據；一個數據率檢測器10，用於檢測加法器4輸出端的數據傳輸率；一個基準數據率發生器12，用於產生基準數據傳輸率；以及一個緩衝器8。MPEG為動畫輸出集團(Moving Picture Expert Group)的縮寫，MPEG標準包括ISO/IEC CD 13818(一個ISO/IEC提交的草案，通常稱為MPEG-2)和ISO/IEC 11172(ISO/IEC的國際標準，通常稱為MPEG-1)。
聲頻數據壓縮部分3包括一個壓縮器14，用於按例如MPEG標準壓縮聲頻數據；一個加法器16，用於迭加一仿真數據；一仿真數據發生器18，用於產生仿真數據；一個數據率檢測器22，用於檢測加法器16輸出端的數據傳輸率；一個基準數據率發生器24，用於產生一基準數據傳輸率；以及一個緩衝器20。應指出的是，對於聲頻數據而言，數據發生器18可省去。
掃描信息處理部分5包括一個開關26，用於或者從a端子選取壓縮的視頻數據或者從b端子選取壓縮的聲頻數據；一個分區計數器28，用於按預定分區率例如三個連續分區周期用於a端子和一個分區周期用於b端子交替地控制開關26，並還用於計算從盤記錄周期的開始至結束的分區數；一個內幀(intra frame)檢測器30，用於檢測通常以I表示的內幀；一個分區地址發生器32，用於產生包括內幀的分區之地址；一圖表發生中器34，用於產生排列包括內幀的分區之地址的圖表；一個掃描信息發生器38，用於根據圖表中所列地址產生掃描信息；以及一個開關36，在試驗過程(第一循環)中此開關接通C端子，用於完成圖表發生器34中的圖表，在記錄過程(第二循環)中此開關接通d端子，用於在盤48上從頭至尾真實地記錄數據。
記錄處理部分7包括一個信息頭檢測器40，用於檢測一組圖象(GOP)的信息頭H1和圖象(包括I-圖象、P-圖象和B-圖象)的信息頭H2；一個替換器42，用於以所產生的掃描信息替代仿真數據；一個存儲器44，用於存儲替換數據；以及一個盤寫入器46，用於將數據寫至盤48上。
在工作時，壓縮器2產生諸如圖3B所示的壓縮的視頻數據比特流。根據所示實施例的壓縮器2採用MPEG標準，但也可採用任一其它壓縮方法。壓縮的視頻數據比特流包括I-圖象(內幀)、B-圖象(雙向內插幀)和P-圖象(預測幀)，它們以圖3B所示的I，B，B，P，B，B，圖形重複產生。圖形I，B，B，P，B，B，中的幀被稱為一圖象組(GOP)。I-圖象包括用於一幀的完整數據且本身可再現一幀圖象。B-圖象包括用於一幀的數據，但其本身不能再現一幀圖象。相似地，P-圖象包括用於一幀的數據，而其本身也不能再現一幀圖象。因此，I-圖象可被看作能自身再現的獨立幀，而B-圖象和P-圖象可被看作是需參考其它幀的非獨立幀。這將在下面進一步解釋。
在移動的圖象中，一幀的畫面與下一幀的畫面非常相似，僅能由於運動單元的改變而觀察到小的變化。在I-圖象中提供了用於一幀的完整數據，故可僅由I-圖象中的數據產生一個幀圖象。P-圖象是表示相同GOP中的I-圖象與P-圖象的圖象數據之差異的數據。B-圖象是表示在相同GOP中的I-圖象與B-圖象之間的圖象數據差異以及P-圖象與B-圖象之間的圖象數據差異之組合的數據，因此，為再現P-圖象必須採用I-圖象的數據，而為再現B-圖象必須採用I-圖象和B-圖象的數據。然而，為再現I-圖象則不需參考其它數據，I-圖象可自身再現。
如圖3A所示，每一I-圖象、B-圖象和P-圖象具有一信息頭H2，並且GOP具有一信息頭H1。每一信息頭H2具有一個用戶數據區域D1在加法器4中由仿真數據發生器6產生的仿真數據寫至此區域。仿真數據可以是任意數據，例如「000······000」，這樣可保存在後面的步驟即在替換器42中為置入掃描信息所需的空間。加法器4還迭加其它數據，例如奇偶檢驗數據。
由加法器4產生的數據由數據率檢測器10檢測，檢測器10將加法器4輸出端的數據率與從基準數據率發生器12獲得的預定數據速率相比較。當數據率小於或大於預定數據速率時，壓縮率會改變，以保持數據率實質上等於預定數據速率。該數據暫存於緩衝器8中並施加至a端子。
當壓縮器2壓縮並產生壓縮的視頻數據時，壓縮器14產生如圖3C所示的壓縮的聲頻數據比特流。因為聲頻數據中的數據量少於視頻數據中的數據量，因此壓縮的聲頻數據間歇地產生。壓縮的聲頻數據也在合適位置加至加法器16，後者帶有由仿真數據發生器18產生的仿真數據。由加法器16輸出的數據的數據率由數據率檢測器22和基準數據率24按上述相同方式控制為實質上等於預定速率。從加法器16輸出的數據暫存於緩衝器20中並施加至b端子。
應當指出，壓縮的聲頻數據可能不插入仿真數據。在這種情況下，可省去仿真數據發生器18，但加法器16仍是需要的，以便插入其它數據，諸如奇偶檢驗數據。
分區計數器28計算對應於要記錄在盤48上的一分區數據的預定比特數，例如包括一個分區信息頭的2324位元組，並控制在a和b端子間的開關操作。根據本實施例，開關26接通a端子用於3個分區周期，接通b端子用於一個分區周期。因此，開關26產生壓縮的視頻和聲頻數據的如此組合的比特流，即每3個分區周期的視頻數據之後插入一個分區周期的聲頻數據，如圖3D所示。
分區地址發生器32接收每一分區的起始信號，並產生一個從數據頭至尾的分區地址，此地址要被記錄在盤48上。在圖3D中，對應於每一分區給出了分區地址的一個例子100，101，102，·····，111。按另一種方式，分區地址也可由下式給出，即mmssff，其中mm表示分鐘，ss表示秒，ff表示幀，在每一秒中有72幀。
當由分區地址發生器32產生分區地址時，I-圖象檢測器30檢測由開關26產生的比特流中的I-圖象，並向分區地址發生器32提供一個指示存在I-圖象的信息。因此，分區地址發生器32將所有被檢測的I-圖象的分區地址提供給圖表發生器34。如果一個I-圖象分設在兩個連續的分區中，前一分區接收I-圖象的前置部分，後一分區接收I-圖象的後置檢驗部分，後置檢驗部分佔據的後一分區的分區地址將會產生並送至圖象發生器34。在圖3D所示情況下，圖表發生器34產生下列圖表1。
表1
注意列於表1中的分區地址為含有I-圖象的分區。
儘管圖1中未示出，但開關26的輸出與一加法器是相連的，以便迭加分區信息頭。
當完成表1或正在形成表1時，掃描信息發生器34通過收集預定數的相鄰I-圖象的地址產生對應於每一I-圖象的掃描信息。例如，掃描信息可能是前面兩個I-圖象的地址，對每一I-圖象收集在前的兩個I-圖象。對於表1中所示的例子，收集下列數據作為掃描信息。
表2表3表4I-圖象100 I-圖象102 I-圖象104後1102 後1104 後1107後2104 後2107 後2110前1- 前1100 前1102前2- 前2- 前2100
表5表6表7I-圖象107 I-圖象110 I-圖象112後1110 後1112 後1-後2112 後2- 後2-前1104 前1107 前1110前2102 前2104 前2107表2、3、4、5、6和7示出了分別對應於分區100、102、104、107、110和112中的I-圖象的掃描信息。例如表4示出，相對於分區104中的I-圖象，後-I-圖象位於分區107，後二I-圖象位於分區110，前一I-圖象位於分區102，前二I-圖象位於分區100。
表2-7中所示的掃描信息可存儲於一個存儲器中，也可在需要時參考表1形成。
在實現表1的第一循環中，開關36接通C端子，以便在此輸出比特徵流數據。當表1完成而列出全部I-圖象地址後，開關36接通d端子，並且由開關26從最開始再次產生與第一循環中相同的比特流數據(圖3D)。
在第二循環中，信息頭檢測器40檢測GOP的信息頭H1和圖象(包括I-圖象、P-圖象和B-圖象)的信息頭H2。當檢測到信息頭H1時，可理解為一個I-圖象緊隨信息頭H1之後。因此，信息頭H1的檢測實質上與I-圖象的檢測相同。響應於信息頭H1的檢測，掃描信息發生器38收集I-圖象所處分區的地址，並產生一個與此I-圖象相對應的掃描信息。掃描信息的產生可參考表1實現或者閱讀已存有各種掃描信息的存儲器實現。
然後，當信息頭檢測器40檢測位於被檢測到的信息頭H2之後的信息頭H1時，信息頭H1中的用戶數據區域D1便被檢測到。應注意的是，在用戶數據區域中，仿真數據是通過加法器4和仿真數據發生器6存儲的。當由信息頭40檢測用戶數據區域時，掃描信息發生器38向替換器42提供所產生的掃描信息，在此仿真數據被掃描信息替代。按這種方式，每次在相同GOP中檢測到用戶數據區域D1時，便會有相同掃描信息替代圖象信息頭H1中的仿真數據。因此，根據圖3A中所示的例子，在圖象P2、P3、P4、P5、P6和P7中的每一個的用戶數據區域D1的仿真數據均被表4中所示的掃描信息替代，表4對應於分區104中的I-圖象。相似地，在圖象P8、P9····中的每一個的用戶數據區域D1中的仿真數據由對應於分區107中的I-圖象的表5中所示的掃描信息替代。
如果仿真數據處於帶聲頻數據的分區中，這種仿真數據也由掃描信息替代。例如，圖3D中分區105中的聲頻數據AUDIO2中的仿真數據由對應於分區104中的I-圖象的表4中的掃描信息替代。
在仿真數據由合適的掃描信息替代後，此特流暫時存儲於存儲器44中並通過盤寫入器46寫至盤48上。
應當指出的是，已描述過連接至開關26之輸出端的內幀檢測器30也可直接連至緩衝器8。在這種情況下，由於開關26的開關方式是預知的，因此分區地址發生器32可產生內幀之地址，且不存在任何問題。
參照圖2，其中示出了根據本發明的壓縮視頻數據再現裝置。該再現裝置具有一個地址發生部分51和一個數據閱讀部分53。
地址發生部分51包括一個用戶數據檢測器60，用於從再現的壓縮視頻數據中檢測各圖象中的用戶數據區域；一個掃描信息檢測器58，用於檢測掃描信息；一個指令發生器52，用於根據操作者的要求產生正常速度重放指令、或快進反向重放指令(FF指令)、或快退重放指令(FR指令)；和一個地址發生器62，用於產生存取地址。FF指令分兩級，即中度快和極快。FR指令具有相似的兩級。
數據閱讀部分53包括一個盤閱讀器50，用於接收來自於地址發生器62的存取地址，並閱讀存取位置處的盤；一個數據分離器64，用於採用由同步脈衝發生器66產生的同步脈衝分離壓縮的視頻數據和聲頻數據；一個壓縮視頻信號擴展器68，用於擴展壓縮的視頻信號；和一個壓縮聲頻信號擴展器70，用於擴展壓縮的聲頻信號。
在工作時，在盤的中間部分，例如圖象P5處，當由指令發生器52產生正常速度重放指令時，掃描信息檢測器58中的掃描信息首先被閱讀，以便獲取下一個I-圖象(在這種情況下為分區107中的I-圖象)的地址。因此，地址發生器62產生地址107，以便直接進入分區107。此後，地址發生器62產生沒有任何地址空跳的連續地址。從而，盤閱讀器50以正常重放速度線性地閱讀盤。閱讀的數據由數據分離器64分成壓縮視頻數據和壓縮聲頻數據，並供給相應的擴展器68和70，以便產生正常的視頻信號和聲頻信號。根據本發明，由於拾象頭可直接定位至I圖象而無任何搜索過程，因此屏上的畫面同時呈現。
應當指出的是，在重放(包括常速、快進和快退)過程中，用戶數據檢測器60從每個圖象中檢測用戶數據D1，掃描信息檢測器58則從被檢測到的用戶數據D1中取出掃描信息。取出的掃描信息重寫在掃描信息檢測器58中的舊掃描信息上。
當由指令發生器52產生中度FF指令時，掃描信息中的地址尤其是「後1」地址被從掃描信息檢測器58中讀出，並通過地址發生器62施加至盤閱讀器50。因此，盤閱讀器50閱讀「後1」被指示的地址，即下一I-圖象所處的地址。當所述的下一I-圖象被選取並讀出後，來自於此I-圖象的掃描信息被閱讀並存儲於掃描信息檢測器58中。此後，「後1」地址被閱讀並選取。按這種方式，當中度FF指令被選擇後，便會產生I-圖案的視頻數據，結果實現中度快進重放。例如，當盤閱讀器50的數據拾取頭暫停於圖象P5時，如圖3A所示，存儲於掃描信息檢測器58中的掃描信息為表4中所示的狀態。在這種情況下，數據拾取頭超前於分區107，從而可到達I-圖象P8，並隨後到達分區110中的下一I-圖象。
當由指令發生器52產生極值FF指令時，掃描信息中的地址尤其是「後2」地址被從掃描信息檢測器58中讀出並通過地址發生器62施加於盤閱讀器50。盤閱讀器50閱讀「後2」指示的地址，即第二超前I-圖象所處的地址。此時盤再現速度為中度FF時的兩倍。
對於中度FR和極值FR可進行相似操作。
根據本發明，由於可自身再現的I-圖象不需任何搜索過程就可選取，因此屏上的畫面快速呈現並可無任何中斷地平穩播放。
儘管已結合優選實施例並參照附圖對本發明做了充分說明，但應當指出的是，對於本領域的普通技術人員而言，各種改變和替換是清楚的。因此這類改變和替換應理解為包含於由所附權利要求限定的本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種記錄設備，供記錄經壓縮的視頻數據，其特徵在於，它包括經壓縮視頻數據發生裝置，供產生經壓縮的視頻數據，所述經壓縮的視頻數據的多個幀包括獨立幀和非獨立幀，各所述獨立幀與任何其它幀無相互參考關係，各所述非獨立幀與任何其它幀有相互參考關係；地址檢測裝置，供檢測所述獨立幀的地址；存儲裝置，供存儲所檢測出的所述獨立幀的地址；掃描信息發生裝置，供根據所述存儲裝置中的所述地址產生獨立幀的掃描信息，所述掃描信息包括預定數目的毗鄰獨立幀；插入裝置，供將所述掃描信息插入用戶數據區所述獨立幀的標題內，且供產生加有掃描信息經壓縮的視頻數據；和記錄裝置，供將所述加有掃描信息經壓縮的視頻數據記錄在記錄媒價上。
2.如權利要求1所述的記錄設備，其特徵在於，所述預定數目的毗鄰獨立幀包括下列掃描信息數據的至少一種掃描信息數據教導前一個獨立幀地址的偏移值；教導下一個獨立幀地址的偏移值；教導反向獨立幀地址的偏移值；教導正向獨立幀地址的偏移值。
3.一種再現裝置，供從權利要求1所述的記錄設備所記錄的記錄介質再現經壓縮的視頻數據，其特徵在於，它包括掃描信息檢測裝置，供從各幀中檢測所述掃描信息；掃描信息存儲裝置，供存儲所檢測出的掃描信息；地址讀出裝置，供讀出包含在所述掃描信息中的地址；存取和再現裝置，供根據所述讀出的地址選取記錄介質上的獨立幀，並供從所存取的獨立幀上再現經壓縮的視頻數據。
4.一種記錄經壓縮的視頻數據的記錄方法，其特徵在於，它包括下列步驟產生具有多個包括獨立幀和非獨立幀的幀經壓縮的視頻數據，各所述獨立幀與任何其它幀無相互參考關係，各所述非獨立幀與任何其它幀有相互參考關係；檢測所述獨立幀的地址；根據檢測出的地址產生獨立幀的掃描信息，所述掃描信息包含預定數目的毗鄰獨立幀；將所述掃描信息插入所述獨立幀的用戶數據區，並產生加有掃描信息經壓縮的視頻數據；和將所述加有掃描信息的經壓縮的視頻數據記錄在記錄介質上。
全文摘要
一種用於記錄壓縮的視頻數據的記錄裝置具有壓縮視頻數據發生器,後者用於產生具有多個內幀和多個雙向內插幀及預測幀的壓縮視頻數據,每一內幀與任何其它幀無相互參考關係,每一內插幀和預測幀與其它幀有相互參考關係。在第一循環過程中,地址檢測器檢測內幀的地址並將檢測到的地址存入存儲器中。掃描信息發生器根據存儲器中所存的地址產生對應於獨立幀的掃描信息。掃描信息插入每幀中並記錄在盤上。
文檔編號H04N9/806GK1244001SQ99105048
公開日2000年2月9日 申請日期1999年4月22日 優先權日1994年2月14日
發明者西村達也, 升野涉, 米山輝, 小川秀明, 村田達也 申請人:松下電器產業株式會社