對格式化數字數據連續流執行隨機存取及時間性功能的方法與裝置的製作方法
2023-05-05 23:01:41 2
專利名稱：對格式化數字數據連續流執行隨機存取及時間性功能的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數位訊號處理，特別涉及傳遞或捕獲以各種不同格式表示的線性數字信息流用的一系列方法。
背景技術：
隨著應用先進數位訊號處理技術之消費型音像產品的出現，越發需要充分利用數位技術之潛能。例如，希望提供一些方法，用於傳遞或捕獲以各種不同格式表示的線性數字數據流，同時為使用者提供本端所存數字數據流的外觀，其中顧及外顯本端數字流中虛擬段的重新定位和重放。
盒式錄像機(VCR)系一種能夠執行上述功能的機械裝置，並使用磁帶來存儲信息。磁帶固有的線性特質使其運作具備如倒回、快速前進以及暫停等功能。然而，盒式錄像機無法在同一個時間捕獲及重放信息，因此其無法執行上述之功能。
線性數據流是與現代生活緊密相依的。試考慮廣播電臺、電視臺、衛星廣播、有線電視、錄像帶以及光碟片等。上述信息日益使用適於如電腦或媒體解碼器等自動化電子硬體設備進行處理的方式來表示。例如，「電視直播」(Direct VideoBroadcast，DVB)標準針對從衛星、地面站以及有線電視系統傳送數字廣播。甚至模擬廣播，如來自一般本地站臺播送的常規NTSC(National Television StandardsCommittee)制廣播，也可將其捕獲後用數據機進行實時數位化處理，以使其成為線性數字數據流。
雖然上述數據流從未終止，且數據流的單獨觀看者無法直接影響此等數據流的傳送方式，卻希望為使用者提供數據流的最近部分以某種方式於本端的虛擬感，以便針對數據流執行如典型盒式錄像機之類的功能，例如暫停、倒回以及快速前進等。上述功能之需求系起因於播送系統的播送時間表幾乎從未能符合單獨觀看者的需求。舉例而言，觀看者可能希望暫停一段時間而停止播放數據流，以便懲戒不守規矩的小孩。或者，也許觀看者因為注意力分散而在數據流的播放過程中錯過了一重要場面，此時觀看者即希望能夠倒回錯過的片段而重新播放。
在理想的情況下，在觀看者本端的裝置應能夠在數據流被播送的過程中捕獲整個數據流，並以某種方式將其存儲。例如，若有兩個磁帶錄像機可供使用，則可在兩者之間進行交替運作。在此情況下，第一錄像機在所關注節目的開始處啟動。若觀看者想要倒回播放內容，則第二錄像機即開始捕獲，同時第一錄像機將停止捕獲並倒回至適當的位置而開始重放。然而，若觀看者想要在倒回之後執行快速前進至某一時間點，則至少需要第三磁帶錄像機。在此情況下，當第二錄像機停止並倒回至適當的位置時，第三錄像機即可開始捕獲播送的數據流。若繼續執行以上的操作，則吾人即可觀察到設備將變得使用不便、不可靠、昂貴以及難以操作等問題，並且無法支援所有功能上的需求。此外，由於磁帶具有固定的長度，並且可能在不恰當的時刻中斷，因而大大地降低了上述解決方案的價值。
上述功能可利用電腦來執行，其中數字數據流以某種和錄像帶相似的方式加以存儲，且電腦可在各個不同的虛擬走帶機構之間進行切換。即使使用數字電腦，此方案也將出現和上述系統相同的缺陷。藉由提供一種技術，利用暫時性的方式來存儲數據流，即可避免上述的問題。
當利用數字電腦來執行達成上述功能的技術時，為了能夠進行適當的操作，有若干問題必須加以考慮。首先必須考慮所播送之數據流的存儲問題。在電腦當中，數據流系以一連串的數字數據塊來表示。例如，當針對NTSC制電視廣播數據流進行編碼時，每個模擬數據欄位將被轉換為代表此欄位之8位取樣本的數據塊。若真實表示模擬信號，則每個數字數據塊將包含約0．5MB(百萬字節)的數據，且一秒鐘的視頻數據需要約30MB的存儲空間，而三十秒的視頻數據則需要約900MB的存儲空間，因而超過了光碟片的容量。當試圖利用任何有用長度的視頻時，以上的操作方式將不切實際而無法運作。
舉例而言，美國專利第5，625，464號系有關於利用磁光碟來存儲電視廣播送之節目。目前此種存儲媒體的容量約5至10GB，而此容量僅能夠提供存儲約5秒鐘的視頻數據，因此顯然不敷使用。此外，上述專利所揭露的裝置無法同時針對同一節目進行捕獲及重放。
存儲容量受限的問題可利用算法針對視頻流進行壓縮而加以處理。通常，一種MPEG(Motion Picture Experts Group，活動圖像專家組)標準的算法可在許多場合中得到100∶1的壓縮比。MPEG視頻流系以一連串的圖像組(Group Of Pictures，GOP)來表示，其中每個圖像組系以一稱作Ⅰ幀的索引幀做為起始。Ⅰ幀系以離散餘弦變換或類似JPEG(Joint Photographic Experts Group，像片編碼聯合專家組)標準的其它方法進行壓縮而成的數字數據塊。
藉由提供較小的數字數據塊指出Ⅰ幀的小部份(稱作宏數據塊)如何隨著時間而移動，圖像組可表示多達15個額外的幀。如此，MPEG即可藉由假定圖像中只有小部份會隨著時間變化而達到壓縮效果，使額外幀的展現非常緊湊。
因此，每個幀可利用長度可變的二進位數據塊來表示，而不同於上述未經過壓縮的磁帶錄像。此外，雖然圖像組彼此之間並無關聯，但圖像組當中的幀在起始的Ⅰ幀以外可建立特定的關聯性。因此，任何用於存儲數字數據流並可針對數據進行隨機存取的方法，必須考慮所牽涉到的可變(及不可預測的)數據量，且必須詳察數據流數據塊之間的關聯。
利用電腦來執行上述方法時，第二個必須考慮的問題系在於多個數據流必須以並行的方式進行處理。例如，播送的數據流在實際上由至少兩個獨特的信息序列組成，即代表圖像的數字塊數據流以及代表音頻的數據塊流。若音效為立體聲，則含有兩個獨立的音頻流。廣播信號可包含其它數據，如第二音頻節目(SAP)，其中信息流音頻信號譯為另一種語言。另一個可能出現的數據流為閉式(CC)字幕數據流，其可在音頻數據流當中提供口述語言的文本表示。因此，以上所述的簡單廣播數據流可包含至少五個不同的組成部分，並利用不同的方法進行壓縮。當將此複雜的數據流播放給觀看者時，每個數據流的數據塊必須以適於其相關壓縮方法的適當時間進行解碼，並使其與其它所有的數據流內容同步化。
所關注的還有數字廣播送技術，如DVB。DVB頻道系以MPEG2傳輸多路復用所構成，其為一種編碼的方法，用於利用時分復用(TDM)技術將任何數目的離散數字數據流交織成為單一的數字數據流。在上述電視信號的例子中，電視信號可用五個離散數據流進行編碼而加入DVB頻道，並將另外的頻道容量留給它數據流。
目前日益關注將額外的數據流加進標準廣播信號當中。例如，可能希望將許多種不同語言的並行音頻頻道加入視頻流中一併傳送。或者，也許變換成網頁信息用與視頻數據同步的方式播送，以便提供多媒體顯示。必須同步的數據流數目可為任意的，而每個數據流可利用不同且專有的存儲方式以及壓縮方法來表示，且每一種存儲或壓縮的方法皆有其各自的同步條件及幀間的相互關係。
任何一種利用數字電腦提供以上所述功能的方法，必須包含能夠解決上述問題的技術。
發明目的及概述在此所揭露的方法及裝置新穎且獨特，可用於操作控制連續的數字數據流，如同依照使用者的要求提供隨機存取及可變速率展現。針對數據流所進行的操作僅受限於用以實施本發明之裝置及方法的系統存儲容量與輸入輸出頻寬，而不論所使用的存儲裝置為易失性的(如動態隨機存取存儲器，DRAM)或非易失性的(如硬式磁碟)，或兩者之組合。本發明之裝置及方法提供暫停、倒回、快速前進及播放等操作能(有時被稱作虛擬盒式錄像機功能)，以及其它更複雜而獨特的功能，如快速播放、慢速播放及逆向播放等。此外，在此所揭露的方法及裝置提供一種機構，從而以數據流的使用者角度而言，以上所描述的功能系以即時的方式進行，而不同於機械系統的運作方式。本發明之裝置及方法亦支援捕獲部分數據流的功能，被捕獲的數據流會緩存於本發明之裝置當中，以使得該捕獲數據能夠被存儲起來，或透過網路並以適當的格式傳送給另一個使用者，或利用其它工具或方法進行編輯與處理。
本發明提供一種方法與裝置，用於傳遞或捕獲以各種不同格式表示的連續線性數字數據流，並同時提供本端所存數據流的外觀。本發明之較佳實施例至少包含一媒體高速緩存器(cache)，用以從數據流中複製數據塊。媒體高速緩存器中的數據可作為連續數字數據流之瞬像觀看。本發明亦包含一重放指針。重放指針的位置可選擇媒體高速緩存器中要訪問的部分，以便提供暫停、倒回、快速前進、播放、快速播放、慢速播放以及逆向播放等功能。
附圖簡單說明
圖1為本發明之連續媒體緩存的概要圖；圖2為包含本發明之連續媒體緩存之系統的方塊圖；圖3為一時序圖，示出本發明之線性高速緩存器的運作情形。
發明詳細說明本發明提供一種新穎且獨特的裝置，其系利用以下說明的方法與技術進行連續數字數據流之轉換及控制處理。
第1圖概括顯示本發明之較佳實施例如何操作連續數據流，其中一或多個媒體高速緩存器10可從數據流12複製數據塊。重放指針14的位置可選擇媒體高速緩存器中要訪問的一部分，以便提供如暫停、倒回、快速前進、播放等操作功能，以及更複雜而獨特的功能，如快速播放、慢速播放以及逆向播放等。
本發明之裝置與數字數據流的格式無關。在實施本發明時，僅要求基本的數據流系由一些離散數據塊所組成，且每個塊僅涉及少部分的屬性。數據塊本身的大小及格式可為任意的。在此假設針對數據源或解碼操的處理可任意地在本發明的前提下進行，並可藉由在此所描述的方法而間接地加以控制。
第2圖系例示本發明之較佳實施例。雖然在圖2中系以MPEG數據流為例而加以說明，但本發明可應用於任何一種數字數據流。
在本發明中，數據流的操作及轉換系藉由下列元件的組合執行1．緩存控制器(201)模塊為主要管理裝置，其可接收外部針對數字數據流的操作要求(例如從遠端控制裝置所產生者)，並轉而應產生本發明的其它裝置的適當控制信息；2．數據流時鐘(202)模塊為一總裝置，用以使一組線性高速緩存器之運作同步，從而必須以同步方式提供的多重數據流正確定位，並且多重數據流能夠以一致的傳送速率提供其數據；3．線性高速緩存模塊(204)為一總裝置，用以緩存包含於數字數據流當中的數據，使得緩存於高速緩存器的數據可作為連續數字數據流之瞬像觀看；4．剪輯捕獲裝置(203)為一總機構，用以捕獲所有或部分被緩存的數據流，並將所得數據作為經過組織的數據流送至數據宿，如電腦文件系統或另一顯示裝置。
以下將詳細說明上述各項元件及其交互間作用。
緩存控制器緩存控制器(BC)模塊系負責以實例產生本發明針對任一特定數據流進行操作的方法。本發明之較佳實施例包含一數據流時鐘模塊(SC)、無或多個剪輯捕獲模塊(CC)以及一或多個線性高速緩存(LC)流模塊。本發明的運作最好能夠指定線性高速緩存流之一做為主數據流。從所有線性高速緩存流重放的定位系基於，首先將主數據流定位，然後利用該流的最後位置將所有其它流加以適當定位。例如，若主數據流為MPEG視頻流，則定位的方式系將當前數據塊指針對準MPEG圖像組的起始點。一旦主數據流被定位之後，緩存控制器會重新定位所有其它與主數據流同步的數據流。
緩存控制器亦負責控制數據流時鐘模塊的時鐘速率，而數據流時鐘模塊的運作方式即如以下所述。數據流時鐘模塊將時鐘事件傳送至線性高速緩存器的速率系依照緩存控制器所指定的速率。因此，藉由要求數據流時鐘模塊調整其時鐘速率，即可促使緩存控制器加速或減緩整個數據流集合的重放。
最後，緩存控制器負責用剪輯捕獲法啟動剪輯捕獲操作。
數據流時鐘數據流時鐘模塊提供中央同步性能，將時間性事件分配給若干個線性高速緩存器。廣播節目中的每一數據流利用不同的方法進行編碼，而各種不同方法的數據塊大小、數據格式、解碼的時間標記等，皆有其獨特的表示方式。舉例而言，在單一MPEG視頻幀進行解碼並展現的時間當中，可能有數個MPEG音頻幀已被解碼並展現。此外，數據流時鐘模塊系以適於每個線性高速緩存器的速率將事件分配給每一個線性高速緩存塊。
數據流時鐘模塊使用單一隊列來管理要分配的事件，並利用標準化且該技術為建立時間性軟體系統領域的技術人士所熟知。
以下將詳細說明數據流時鐘的運作。
事件並非以絕對時間進行排隊，而是按與前一排隊事件的相對偏移量來進行。將隊列當中的第一事件以相對於當前時間的偏移量標明時間。而後，當該時間超過之後，數據流時鐘模塊即要求基礎作業系統啟用調出，例如數據流時鐘模塊在隊中排入一定時事件。當啟用調出之後，數據流時鐘模塊會發送第一時鐘事件以及後續偏移量為零的事件，亦即每個和前一事件同時出現的事件。
在隊列中的每個事件同時也會被標明時間長度以及下一事件應出現之數據流絕對時間。當佇列中的一個事件被發送之後，下一個事件的絕對時間則藉由將時間長度加入前一絕對時間而構成。此時間與當前之絕對時間的差值即決定了此事件進行重複之前的時間延遲。而後此事件會被加入隊列中的適當位置以等待此事件的下一次出現。即使在發送事件的過程中出現時間延遲，在此所提出的策略可確保後續的事件仍然會在適當的時間出現。當所有偏移量為零的事件皆被處理完畢之後，數據流時鐘模塊將在第一個等待事件的偏移量上排入新的定時事件，而此步驟完成之後即可重複上述過程。
絕對時鐘值的分離以及時鐘事件的實際發送，對於執行本發明之獨特且新穎的技術特徵(例如能夠很容易地控制重放的速率等)將有關鍵性的影響。在開始建立時，數據流時鐘模塊會記錄一個稱作速率乘算子的值，並在起始時設定為1。不論數據流時鐘模塊何時要求作業系統排入定時事件，實際的時間延遲都將乘以速率乘算子。若速率乘算子的值大於1，則數據流的重放較快；若速率乘算子的值小於1，則會產生較慢的數據流重放速率。
為了將線性高速緩存器本身適當地定位(參考以下之說明)，在計算定位時，必須利用相同的速率乘算子來修改存儲於每個數據塊的展現時間標記(PTS)。藉此，當展現時間標記值與數據流時鐘模塊所存的速率乘算子適當同步後，數據流時鐘模塊即可讓線性高速緩存器執行一小部分的功能，以針對展現時間標記值進行對比及操作。
透過數據流時鐘與每個線性高速緩存產生獨立事件的組合，同時利用單一數值並以合乎邏輯的方式修改所有事件被發送的速率，即可提供通常時間性軟體設計技術之新穎且獨特的應用。
線性高速緩存器線性高速緩存器(LC)系本發明之一主要元件，用於以適當的序列來存儲單一數字數據流。線性高速緩存器保存組成此數據流之數字數據塊的列表，並假定每個數據塊具有各自的大小及屬性。數據流當中的每個數據塊皆會被標上展現時間標記(PTS)，而此標記將指出數據塊應何時提供給硬體或軟體解碼過程。當線性高速緩存器首度開始操作數據流時，展現時間標記將以單向的方式逐漸增加起初被設定為零的值，且與任何藉由基礎數據流編碼術所定義的時間標記無關；然而，一旦線性高速緩存器開始運作，線性高速緩存器所存展現時間標記與任何存儲已編碼數字數據塊所有的時間標記之間，將存在固定的偏移量。在此已假設，解碼過程可適當地處理內嵌的時間標記。圖3提供線性高速緩存器之較佳實施例的概觀。
當已編碼的數字數據塊到達時，特定數據流類型的捕獲機構會將每個已編碼的數字數據塊提供給線性高速緩存器(301)。此時，線性高速緩存器會以數據流當前的展現時間標記來標明此數據塊。線性高速緩存器將保留一時間窗(302)，且根據展現時間標記值將該時間窗定義為線性高速緩存器中最新數據塊到達的時間與線性高速緩存器所存留的最早數據塊之間的最大時間長度。藉此，時間窗即可代表數據流過去經歷的一段時間。線性高速緩存器將丟棄時間窗以外的數據塊(303)，因此時間窗即可讓吾人觀察數據流過去經歷一段固定距離。此機構使得可在可用存儲空間與觀看過往信息的可行性之間進行權衡選擇。
捕獲機構負責提供某些伴隨著每個新數據塊的屬性(304)。此等屬性當中的第一屬性為主幀屬性，此屬性將指示本數據塊開始帶出一連串相互關聯的數據塊。當針對一數據流進行隨機存取操作時，線性高速緩存器僅容許數據流定位在標為主幀的數據塊上。第二屬性為段結束(End Of Segment，EOS)屬性，此屬性將指示數據流已結束，再沒有數據要提供。例如，MPEG圖像群組(GOP)的Ⅰ幀會被捕獲機構標記為主幀，而其它數據塊則不會這樣標記。
線性高速緩存器會保存下一個要授予解碼過程之數據塊的指示，此指示被稱作當前數據塊指示符(305)。在正常觀看當中，此數據塊系最後被捕獲機構加進線性高速緩存器當中的數據塊。藉此，數據流即可在捕獲與展現之間至多出現一幀之時間延遲的情況下進行實況展現。
藉由將當前數據塊指示符移動至線性高速緩存器當中的其它數據塊，即可針對數據流進行隨機存取。若線性高速緩存器接收到移動指示符的要求，且所指示的數據塊並非主幀，則線性高速緩存器將下達指令使解碼處理重設其解碼狀態，以藉此清除任何部分組建的展現數據。舉例而言，若當前幀為MPEG預測幀(P幀)，則解碼過程具有狀態數據，其中包含P幀要修改的當前圖像。此數據必須清除，以使得解碼器能夠從正確的位置開始處理。
再度參閱第2圖，藉由指定一展現時間標記值，緩存控制器可要求線性高速緩存器重新定位。線性高速緩存器尋找具有最接近緩存控制器所要求之展現時間標記的數據塊。進行重新定位時，存在兩種獨特的情況將線性高速緩存器標為主數據流時為第一種情況，而未將其標為主數據流時則為第二種情況。
若線性高速緩存器被標為主數據流，則線性高速緩存器將掃描緩存器內的數據塊，並在所要求之展現時間標記值的前後進行搜尋，以找出對應最接近所要求之展現時間標記值的主幀。一旦正確定位，線性高速緩存器即將所識別之主幀數據塊展現時間標記回傳給緩存控制器。
主數據流定位之後，緩存控制器接著對每個剩餘的數據流下指令，使其將自身定位於藉由主數據流回傳的展現時間標記。在其它線性高速緩存器當中的主幀可能並不會與主數據流當中的主幀對準。為了解決此問題，每個線性高速緩存器要求解碼過程清除任何解碼狀態，而後存儲一指示用以防止線性高速緩存器將數據塊授予解碼過程。
此後，線性高速緩存器接著正常運轉，接收時鐘事件並使當前數據塊指示符進至相符，除非數據塊不實際授予解碼處理。當線性高速緩存器遇到主幀時，其會刪除防止授予數據塊的指示，並將當前的數據塊授予解碼過程。如此即可使數據流完全與主數據流同步。
以下將詳細說明線性高速緩存器如何處理各種定位操作。
前進前進功能系藉由數據流時鐘模塊產生的每一事件，通過高速緩存器將當前數據塊指示符向前移動一數據塊而達成。當數據流時鐘模塊發送時鐘事件時，將高速緩存器內每一相繼的數據塊送給解碼過程以便展現。藉由捕獲過程將新區塊加入快取在時，數值為1的比率乘數會促使當前數據塊指示符在高速緩存器內以相同的速率前進一個數據塊。在概念上，當前數據塊指示符在高速緩存器內指向相同的位置，而被緩存之數據塊的時間窗將向下移動。以數據流使用者的觀點而言，以上過程會導致播放對實時有固定延遲。
存在一種速率，用該速率解碼處理過程可能無法在下一數據塊必須開始進行解碼之前將數據塊送給使用者，亦即解碼器無法跟上所要求的重放速率。線性高速緩存器識別出此種情況並回復到以主幀為基礎的方法，其中位於中間部分的數據塊將被略過，只將主幀送至解碼器。
當前數據塊指示符不能定位在未緩存的數據塊。若比率乘數指出大於1的比率，則當前數據塊指示符最終會移動至高速緩存器的前方。在此情況下，線性高速緩存器中的主幀將對緩存控制器表示高速緩存器中已無數據塊。而後，緩存控制器會將數據流時鐘模塊的比率乘數重設為1，並且每個線性高速緩存器會將當前數據塊指示符定位在最後緩存的數據塊。上述操作的效果系回復到以未延遲的方式播放實際的數據流。
倒回倒回功能系藉由數據流時鐘模塊產生的每一事件，通過高速緩存器器將當前數據塊指示符向後移動一數據塊而達成。也用主數據流線性高速緩存器控制定位。緩存控制器會指示每個線性高速緩存器調整為反向模式，其中在每一時鐘事件上，當前數據塊指示符將向後移動一個數據塊。此外，此模式將使線性高速緩存器防止除了主幀之外的所有幀被送入解碼處理。在當前數據塊指示符移動至主幀時，此數據塊即進行解碼處理。
數據塊進行解碼處理的速率系由數據流時鐘模塊中的比率乘數來控制，並容許任意的反向操作速率。
當前數據塊指示符不能移動超過高速緩存器中最早的數據塊。若時鐘事件造成當前數據塊指示符移動超過高速緩存器中最早的數據塊，則指示符將會被設定至該數據塊，並以上述的方式繼續播放。同時，線性高速緩存器中的主幀會告知緩存控制器已到達最早緩存的數據塊。而後，緩存控制器會將數據流時鐘模塊的比率乘數重設為1，並且每個線性高速緩存器會將當前數據塊指示符定位在最早緩存的數據塊。在外表上，呈現好象數據流再度開始向前播放，並在時間上延遲了時間窗的長度。
暫停緩存控制器所實現的暫停功能系藉由將主數據流線性高速緩存器的當前數據塊指示符鎖定到相關數據塊而達成。線性高速緩存器僅能夠將指示符鎖定到主幀數據塊，因此其會在高速緩存器中向前尋找主幀數據塊。若不存在任何的主幀，則線性高速緩存器將存儲一已要求鎖定的指示。捕獲過程出現主幀，線性高速緩存器即認出要求鎖定，並將當前數據塊指示符鎖定在該幀。同時，線性高速緩存器將此主幀送至解碼過程，使得以解碼過程的觀點而言，其能夠維持正確的定位。而後，當新的數據塊被加入高速緩存器的前方時，被指定的數據塊將會在高速緩存器中向後移動。此外，線性高速緩存器設定指示符以阻止提供額外的數據給解碼過程。
對每個非主數據線性高速緩存器而言，緩存控制器僅阻止額外的數據塊進入解碼過程。可要求緩存控制器解除暫停功能之執行(即播放數據流)。在此情況下，緩存控制器可從主數據流線性高速緩存器取得當前數據塊(已經過數據流時鐘模塊之速率乘算子修改)的展現時間標記，並利用以上所描述的方式將每個剩餘的線性高速緩存器導向適當的位置。而後每個線性高速緩存器將被解除鎖定並使數據塊進入解碼過程。
由於輸入流的捕獲連續進行，時間窗可能會超過鎖定指示符的數據塊。在此情況下，指示符解鎖並脫離該區塊指在高速緩存器中最早的數據塊上，如此可提供自動解除暫停的外部效果，即如同盒式錄像機的運作那樣，可解除暫停以免磁帶與放像磁頭過度磨損。
剪輯此功能系用於從高速緩存器中抽取一些數據塊，其中有兩種操作模式相對模式及絕對模式。
如上文所討論，緩存的數據塊在展現次序上呈現數據塊線性列表的型態。getclip式能指示符返回到一緩存數據塊，並傳回構成抽取範圍之數據塊的計數值。此信息即稱作剪輯。為了效率，返回的指針將直接指示一緩存數據塊，而後續的數據塊則緊接著每個緩存數據塊中下一數據塊之連結而取得。只有當第一數據塊被指定，且所有後繼的數據塊仍然保持緩存狀態直到調用程序完成其剪輯操作，上述列表才有效。
線性高速緩存器具有下述特質以避開部分剪輯中的無效數據塊getclip功能在線性高速緩存器中設定一指示符，阻止落於時間窗之外而被丟棄的數據塊。當調用releaseclip功能時，清除此指示符。releaseclip功能亦將高速緩存器調整為時間窗的大小。
上述操作序列的結果可能會造成線性高速緩存器當中的數據塊數目出現暫時性的增加。此時，getclip功能的調用程序負責儘快地操作剪輯功能，因為緩存數據塊的存儲空間為有限的資源。然而，此策略可在不幹擾正從線性高速緩存器重放數據塊的情況下捕獲剪輯，以避免使用者在觀看播放數據塊時，受到任何捕獲操作的幹擾。
在相對模式當中，捕獲的剪輯系以兩個數值來加以描述，其中第一數值代表高速緩存器中先前數據塊相對於當前數據塊指示符的偏移量，而第二數值則代表高速緩存器中後續數據塊相對於當前數據塊指示符的偏移量。兩種情況下的偏移量皆以存儲於當前數據塊中的展現時間標記的時間差值來表示。例如，捕獲的操作過程可能出現在當前數據塊之前5秒鐘，並在當前數據塊之後持續10秒鐘。在此，getclip操作不會指定未緩存的數據塊。因此，線性高速緩存器調整實際返回的剪輯，以符合高速緩存器中可取得的數據塊。
在絕對模式下，捕獲的剪輯系以兩個數值來加以描述，其中第一數值代表線性高速緩存器開始運作的絕對時間標記，而第二數值則代表第一數值的時間偏移量，並且第二數值可能為負偏移量或正偏移量，其中負偏移量系表示在高速緩存器中向後倒退一段距離，而正偏移量則表示在高速緩存器中向前進。剪輯將以上述之方法返回，並可依照需要進行調整。此亦表示，若高速緩存器中沒有數據塊位於所述的時間窗之內，則getclip功能可傳回空的數據塊列表。
剪輯捕獲剪輯捕獲模塊負責從一組線性高速緩存器中選取數據塊的範圍，同時將此範圍內的數據塊組成適當的存儲或傳輸格式，並依照所需將其存儲或進行傳送。來自於多個線性高速緩存器的數據塊集合亦稱作剪輯。根據外部的要求，由緩存控制器調用剪輯捕獲操作。
有兩種發出上述要求的方式。在第一種方式中，緩存控制器根據主數據流線性高速緩存器中的當前數據塊指示符指示要發生捕獲，而此捕獲稱作相對捕獲。此時，指定一相對範圍的捕獲。
在第二種方式中，緩存控制器可指定一絕對範圍。在此情況下，只捕獲該範圍內包含標明展現時間標記的數據塊。此捕獲稱作絕對。
剪輯捕獲的操作簡單易行。對每個線性高速緩存器而言，剪輯捕獲(CC)模塊調用該線性高速緩存器的getclip功能，並以緩存控制器所傳入的參數來執行。而後，剪輯捕獲模塊將數據塊進行線性化處理而成為多路復用數據流，以適用於所需的最終剪輯格式。例如，剪輯捕獲模塊可產生一MPEG系統數據流，並可依照需要插入來自不同線性高速緩存器的數據塊。
上述插入在概念上很簡單。剪輯捕獲模塊以循環的方式通過每個取自於線性高速緩存器的剪輯，在所有剪輯中選取具有最早展現時間標記的數據塊，而後將此數據塊適當地輸出，並使該剪輯的數據塊指示符前進到下一數據塊。當來自所有剪輯的所有數據塊皆被輸出，捕獲操作即告完成。而後，剪輯捕獲模塊再以循環的方式通過所有的線性高速緩存器以調用releaseclip功能。
儘管本發明在此系以較佳實施例加以說明，凡熟習此項技藝者皆不難理解此處揭露之設備與方法在不脫離本發明之精神與範圍的情況下可進行替換。因此，本發明僅受限於以下所附之申請專利範圍。
權利要求
1．一種用於傳遞或捕獲以各種不同格式表示之連續線性數字數據流並同時提供本端所存數據流外觀的方法，其特徵在於，所述方法包含下列步驟提供至少一媒體高速緩存器，用以從所述數據流中複製數據塊，其中所述媒體高速緩存器中的數據可以作為所述連續數字數據流之瞬像來觀看；提供一重放指針，其中所述重放指針的位置可選擇要訪問的一部分所述媒體高速緩存器，以便提供暫停、倒回、快速前進、播放、快速播放、慢速播放以及逆向播放等任何一種功能；其中所述基礎數據流可由多個離散的數據塊組成。
2．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一緩存控制器，接收外部針對該數字數據流的操作要求，並轉而產生適當的控制信息；其中所述緩存控制器以實例產生與任一特定數據流有關的系統操作用的方法。
3．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一數據流時鐘，用以使所述一個以上之媒體高速緩存器之運作同步，其中將必須以同步方式提供的多數據流正確定位，且所述多數據流以一致的傳送速率提供其數據；其中所述數據流時鐘提供中央同步功能，將時間性事件分配給若干媒體高速緩存器。
4．如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟指定所述多數據流之一作為主數據流；其中所有來自於每個媒體高速緩存器的重放之定位基於首先將所述主數據流位，而後利用所述主數據流的最後位置來正確地定位所有其它的數據流；當主數據流為MPEG視頻流時，定位系藉由將一當前數據塊指針對準MPEG圖像組之起始位置；當所述主數據流被定位之後，緩存控制器重新定位所有其它將與所述主數據流同步的數據流。
5．如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一緩存控制器，用以控制所述數據流時鐘之時鐘速率；其中所述數據流時鐘傳送時鐘事件至所述媒體高速緩存器的速率系依照由所述緩存控制器指定的速率；藉由要求所述數據流時鐘調整其時鐘速率，所述緩存控制器可加速或減緩整個數據流集合的播放。
6．如權利要求3所述的方法，其特徵在於，事件按與前一排隊事件的相對偏移量進行排隊；其中在所述隊列中之第一事件標明對當前時間的偏移時間；當該時間超過之後，所述數據流時鐘要求基礎作業系統啟用調出；當啟有所述調出之後，所述數據流時鐘發送第一時鐘事件以及各後續偏移量為零的事件。
7．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述媒體高速緩存器保存組成所述數據流之數字數據塊的列表，並假定該數據流中的每個數據塊具有各自的大小及屬性；其中所述屬性當中包含一主幀屬性，所述主幀屬性指示所述數據塊開始帶出一連串相互關聯的數據塊，以使得當針對所述數據流進行隨機存取操作時，所述媒體高速緩存器僅容許所述數據流定位在標為主幀的數據塊上；還包含段結束(EOS)屬性，指示所述數據流已結束，再沒有數據要展現；所述數據流當中的每個數據塊皆標上一展現時間標記(PTS)，而此標記指出數據塊應何時授予解碼過程；當所述媒體高速緩存器首度開始處理數據流時，所述展現時間標記將以單向的方式逐漸增加起初被設定為零的值，且與任何藉由基礎數據流編碼術定義的時間標記無關，且一旦所述媒體高速緩存器開始運作，所述媒體高速緩存器所存所述展現時間標記與任何所述已編碼數字數據塊所存的時間標記之間存在固定的偏移量；當已編碼的數字數據塊到達時，特定數據流類型捕獲機構將每個已編碼的數字數據塊提供給所述媒體高速緩存器；所述媒體高速緩存器器以所述數據流當前的展現時間標記來標明所述已編碼數字數據塊；所述媒體高速緩存器保留一時間窗，且根據展現時間標記值，所述時間窗等於所述媒體高速緩存器中最新數據塊到達的時間與所述媒體高速緩存器所存留的最早數據塊之間的最大時間長度，因而所述時間窗系代表所述數據流過去經歷的一段時間；所述媒體高速緩存器保存下一個要授予解碼過程中之數據塊的指示；所述下一個數據塊系最後被所述捕獲機構加進所述媒體高速緩存器當中的數據塊，因而所述數據流在捕獲與展現之間至多出現一幀之時間延遲的情況下進行實況展現。
8．如權利要求7所述的方法，其特徵在於，針對所述數據流進行的隨機存取處理系藉由移動一當前數據塊指示符至所述媒體高速緩存器之另一數據塊而達成；其中若所述媒體高速緩存器接收到移動所述數據塊指示符的要求，且所指示的數據塊並非主幀，則所述媒體高速緩存器下達指令使解碼處理重設其解碼狀態，以藉此清除任何部分組建的展現數據。
9．如權利要求7所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一緩存控制器，藉由指定一展現時間標記值，該緩存控制器要求媒體高速緩存器重新定位；其中若所述媒體高速緩存器標為主數據流，則所述媒體高速緩存器將掃描所述媒體高速緩存器內的數據塊，並在所需之展現時間標記值的前後進行搜尋，以找出對應最接近所要求之展現時間標記值的主幀，其中一旦所述媒體高速緩存器被正確定位，所述媒體高速緩存器即將所識別之主幀數據塊的展現時間標記回傳給所述緩存控制器；指示每一剩餘的數據流將其自身定位於藉由所述主數據流回傳的所述展現時間標記，而在其它媒體高速緩存器當中的主幀可能並不會與所述主數據流當中的主幀對準，此時每個媒體高速緩存器要求在解碼過程清除任何解碼狀態，而後存儲一指示用以防止所述媒體高速緩存器將數據塊授予解碼過程；其中所述媒體高速緩存器接收時鐘事件並使當前數據塊指示符進相符，除非數據塊不實際授予解碼處理；刪除防止授予數據塊的指示；當所述媒體高速緩存器遇到主幀時，將當前的數據塊授予所述所述解碼過程。
10．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，前進/倒回功能系藉由數據流時鐘所產生的每一事件，通過所述媒體高速緩存器將當前數據塊指示符向前/向後移動數據塊而達成；其中當所述數據流時鐘發送時鐘事件時，將所述媒體高速緩存器內每一相繼的數據塊給一任選解碼過程以便展現；當藉由捕獲過程將新數據塊加入所述媒體高速緩存器時，一比率乘數促使當前數據塊指示符在所述媒體高速緩存器內以所選定的速率前進/倒回一個數據塊，從而播放對實時有固定延遲；若所述解碼器無法跟上所要求的重放速率，則所述媒體高速緩存器回復到以主幀為基礎的方法，並且位於中間部分的數據塊將被略過，只將主幀送至所述所述解碼器；若所述所述當前數據塊指示符移動至所述媒體高速緩存器的前方，且所述媒體取貯存器中已無數據塊，則所述緩存控制器將所述數據流時鐘之比率乘數重設為1，並且每個所述媒體高速緩存器將當前數據塊指示符定位在最後緩存的數據塊；若一時鐘事件造成當前數據塊指示符移動超過所述媒體高速緩存器中最早的數據塊，則所述當前數據塊指示符被設定至所述最早的數據塊；此後繼續播放，呈現所述數據流如同再度向前播放。
11．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一緩存控制器，用以藉由將主數據流媒體高速緩存器的當前數據塊指示符鎖定在最接近當前所指數據塊的主幀數據塊而實現暫停功能；若所述當前數據塊並非主幀數據塊，則在所述媒體高速緩存器中向前尋找所述主幀數據塊；若主幀不存在，則存儲一已要求鎖定的指示；當捕獲過程出現主幀，則將所述當前數據塊指示符鎖定在所述主幀；其中若時間窗移動超過鎖定所述指示符的數據塊，則所述指示符解除並脫離該數據塊而指在所述媒體高速緩存器中最早的數據塊上，從而自動解除所述暫停。
12．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟在相對模式或絕對模式中，藉由使返回到一緩存數據塊並傳回構成抽取範圍之數據塊的計數值，以從所述媒體高速緩存器中抽取該範圍內的數據塊；在所述媒體高速緩存器中提供一指示符，用以阻止落於時間窗之外且在所述抽取過程中被丟棄的數據塊。
13．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包含下列步驟提供一剪輯捕獲模塊，用以從一組媒體高速緩存器中選取數據塊的範圍，同時將所述範圍內的數據塊組成適當的存儲或傳輸格式，並依照所需進行存儲或傳送；其中緩存控制器根據主數據流媒體高速緩存器中之當前數據塊指示符，指示要發生捕獲。
14．一種用於傳遞或捕獲以各種不同格式表示之連續線性數字數據流並同時提供本端所存數據流外觀的裝置，其特徵在於，所述裝置包含至少一媒體高速緩存器，用以從所述數據流中複製數據塊，其中所述媒體高速緩存器中的數據可以作為所述連續數字數據流之瞬像來觀看；一重放指針，其中所述重放指針的位置可選擇要訪問的一部分所述媒體高速緩存器，以便提供暫停、倒回、快速前進、播放、快速播放、慢速播放、以及逆向播放等任何一種功能；其中所述基礎數據流可由多個離散的數據塊組成。
15．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包含一緩存控制器，接收外部針對所述數字數據流的操作要求，並轉而產生適當的控制信息；其中所述緩存控制器以實例產生與任一特定數據流有關的系統操作用的方法。
16．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包含一數據流時鐘，用以將所述一個以上之媒體高速緩存器之運作同步化，其中必須以同步化方式提供的多數據流正確地定位，且所述所述多數據流以一致的傳送速率提供其數據；其中所述數據流時鐘提供中央同步功能，將時間性事件分配給若干媒體高速緩存器。
17．如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，還包含一模塊，用以指定所述多數據流之一作為主數據流；其中所有來自於每個媒體高速緩存器的重放之定位基於首先將所述主數據流定位，而後利用所述主數據流的最後位置來正確地定位所有其它的數據流；當所述主數據流為MPEG視頻流時，定位系藉由將一當前數據塊指針對準MPEG圖像組之起始位置；以及當所述主數據流被定位之後，緩存控制器重新定位所有其它將與所述主數據流同步的數據流。
18．如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，還包含一緩存控制器，用以控制所述數據流時鐘之時鐘速率；其中所述數據流時鐘傳送時鐘事件至所述媒體高速緩存器的速率系由依照所述緩存控制器指定的速率；藉由要求所述數據流時鐘調整其時鐘速率，所述緩存控制器可加速或減緩整個數據流集合的重放。
19．如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，事件按與前一排隊事件的相對偏移量進行排隊；其中在所述隊列中之第一事件標明對當前時間的偏移時間；當該時間超過之後，所述數據流時鐘要求基礎作業系統啟用調出；當啟用所述調出之後，所述數據流時鐘發送第一時鐘事件以及各後續偏移量為零的事件。
20．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述媒體高速緩存器保存組成所述數據流之數字數據塊的列表，並假定該數據流中的每個數據塊具有各自的大小及屬性；其中所述屬性當中包含一主幀屬性，所述主幀屬性指示所述數據塊將開始帶出一連串相互關聯的數據塊，以使得當針對所述數據流進行隨機存取操作時，所述媒體高速緩存器僅容許所述數據流定位在標記為主幀的數據塊上；還包含段結束(EOS)屬性，指示所述數據流已結束，再沒有數據要展現；所述數據流當中的每個數據塊皆標上一展現時間標記(PTS)，而此標記指出數據塊應何時授予解碼過程；當所述媒體高速緩存器首度開始處理數據流時，所述展現時間標記將以單向的方式逐漸增加起初被設定為零的值，且與任何藉由基礎的數據流編碼術定義的時間標記無關，且一旦所述媒體高速緩存器開始運作，所述媒體高速緩存器所有之展現時間標記與任何所述已編碼數字數據塊所標的時間標記之間存在固定的偏移量；當已編碼的數字數據塊到達時，特定數據流類型態捕獲機構將每個已編碼的數字數據塊提供給所述媒體高速緩存器；所述所述媒體高速緩存器以所述數據流當前的展現時間標記來標明所述已編碼數字數據塊；所述媒體高速緩存器保留一時間窗，且系根據展現時間標記值，該時間窗等於所述媒體高速緩存器中最新數據塊到達的時間與所述媒體高速緩存器所存留的最早數據塊之間的最大時間長度，因而所述時間窗代表所述數據流中過去經歷的一段時間；所述媒體高速緩存器保存下一個要授予解碼過程之數據塊的指示；所述下一個數據塊系最後被所述捕獲機構加進所述媒體高速緩存器當中的數據塊，因而所述數據流在捕獲與展現之間至多出現一幀之時間延遲的情況下進行實況展現。
21．如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，針對所述數據流所進行的隨機存取處理系藉由移動一當前數據塊指示符至所述媒體高速緩存器之另一數據塊而達成；其中若所述媒體高速緩存器接收到移動所述數據塊指示符的要求，且所指示的數據塊並非主幀，則所述媒體高速緩存器下達指令使解碼處理重設其解碼狀態，以藉此清除任何部分組建的展現數據。
22．如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，還包含一緩存控制器，藉由指定一展現時間標記值，所述緩存控制器要求媒體高速緩存器重新定位；其中若所述媒體高速緩存器標為一主數據流，則所述媒體高速緩存器將掃描所述媒體高速緩存器內的數據塊，並在所需之展現時間標記值的前後進行搜尋，以找出對應最接近所要求之展現時間標記值的主幀，其中一旦所述媒體高速緩存器被正確定位，所述媒體高速緩存器即將所識別之主幀數據塊的展現時間標記回傳給所述緩存控制器；一模塊，用以指示每一剩餘的數據流將其自身定位於藉由所述主數據流回傳的展現時間標記，而在其它媒體高速緩存器當中的主幀可能不會與所述主數據流當中的主幀對準，此時每個媒體高速緩存器要求在解碼過程中清除任何解碼狀態，而後存儲一指示用以防止該媒體高速緩存器將數據塊授予解碼過程；所述媒體高速緩存器接收時鐘事件並使當前數據塊指示符進至相符，除非數據塊不實際授予解碼處理；一模塊，用以刪除防止授予數據塊的指示；一模塊，用以當所述媒體高速緩存器遇到主幀時，將當前的數據塊授予所述解碼過程。
23．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，前進/倒回功能系藉由數據流時鐘所產生的每一事件，通過所述媒體高速緩存器將當前數據塊指示符向前/向後移動一數據塊而達成；其中當所述數據流時鐘發送時鐘事件時，將所述媒體高速緩存器內每一相繼的數據塊送給一任選解碼處理以便展現；當藉由捕獲過程將新數據塊加入所述媒體高速緩存器時，一比率乘促使當前數據塊指示符在所述媒體高速緩存器內以所選定的速率前進/倒回一個數據塊，從而播放對實時具有固定延遲；若所述解碼器無法跟上所要求的重放速率，則所述媒體高速緩存器回復到以主幀為基礎的方法，並且位於中間部分的數據塊將被略過，只將主幀送至所述解碼器；若所述當前數據塊指示符會移動至所述媒體高速緩存器的前方，且所述媒體取貯存器中已無數據塊，則所述緩存控制器將所述數據流時鐘之比率乘數重設為1，並且每個所述媒體高速緩存器將當前數據塊指示符定位在最後緩存的數據塊；若一時鐘事件造成當前數據塊指示符移動超過所述媒體高速緩存器中最早的數據塊，則所述當前數據塊指示符將會被設定至所述最早的數據塊；此後繼續播放，呈現所述數據流如同再度向前播放。
24．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包含一緩存控制器，用以藉由將主數據流媒體高速緩存器的當前數據塊指示符鎖定在最接近當前所指數據塊的主幀數據塊而實現暫停功能；一模塊，用以在所述當前數據塊並非主幀數據塊時，在所述媒體高速緩存器中向前尋找所述主幀數據塊；一模塊，用以在當主幀不存在時，存儲一已要求鎖定的指示；一模塊，用以在當捕獲過程出現主幀時，將所述當前數據塊指示符鎖定在所述主幀；其中若時間窗移動超過鎖定所述指示符的數據塊，則所述指示符解鎖並脫離該數據塊而指在所述媒體高速緩存器中最早的數據塊上，從而自動解除所述暫停。
25．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包含一模塊，用以在相對模式或絕對模式中，藉由使指針返回到一緩存數據塊並傳回構成抽取範圍之數據塊的計數值，以從所述媒體高速緩存器中抽取該範圍內的數據塊；一指示符，其系位於所述媒體高速緩存器中，用以阻止落於時間窗之外且在所述抽取過程中被丟棄的數據塊。
26．如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包含一剪輯捕獲模塊，用以從一組媒體高速緩存器中選取數據塊的範圍，同時將所述範圍內的數據塊組成適當的存儲或傳輸格式，並依照所需進行存儲或傳送；其中緩存控制器根據主數據流媒體高速緩存器中之當前數據塊指示符，指示要發生捕獲。
全文摘要
格式化數字數據連續流,如視頻段、音頻段或數據流等,在特定條件下呈現固定長度的段,以定義在連續流當中與所述流同步前移的虛擬段。以上述方式定義的虛擬段,可以非線性的方式在任意的重放速率下進行搜索。例如,即使在連續流從未停止的情況下,倒回、暫停、幀前移以及快速前進等功能也可執行。
文檔編號H04N5/00GK1295758SQ99804757
公開日2001年5月16日 申請日期1999年3月4日 優先權日1998年4月3日
發明者詹姆斯M·巴頓 申請人:美商·提維股份有限公司