CN100556107C - 改变以修改后的胶片格式记录的视频显示的重放速度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在不损失任何节目信息的情况下比24帧/秒的正常重放快的视频展示的方法和数字记录装置。从信息存储介质产生24帧/秒重放信号。随后，可以执行下拉变换处理，以便为视频显示，例如，以30帧/秒重新格式化所述24帧/秒重放信号。最后，可以选择性地丢弃下拉变换处理所产生的冗余场图像，以便提高视频展示的重放速度。所述方法还可以包括响应用户输入而选择性地控制丢弃的冗余场图像的数量的步骤。所述步骤可以通过自动计算响应用户输入而必须丢弃冗余场图像的速率来执行。

Description

改变以修改后的胶片格式记录的视频显示的重放速度

发明背景

技术领域

这些有创造性的方案一般地涉及为在可记录的介质上的仅视频和视频与音频节目提供先进的操作特征的方法和设备，具体地说，涉及可记录的数字视频盘、硬盘驱动器和磁光盘。

先有技术描述

已经开发了各种各样的装置，使消费者能够记录视频和/或音频节目，以便后来放映。这样的装置包括带式录像机、盒式录像机、可记录的小光盘、利用硬磁盘驱动器和可记录数字视频盘(DVD)的个人录像机(PVR)。磁光盘也可以用于此目的。

在某些实例中，可能希望允许用户以比正常略高的速度观看所记录的视频显示的重放。例如，考虑观看者在观看节目时可能被打断的情况。数字式录像装置，诸如可记录的DVD装置，可以包含暂停特征和暂停-恢复特征。因而，想要不错失放映的任何部分的被中断的观看者可以启动暂停特征，在此过程中可以记录从广播进入的节目。当被中断的观看者回来时，启动暂停-恢复特征，录像机有效地跳回到启动暂停特征时的那部分节目以便开始重放。但是，数字式录像装置继续记录进入的视频节目。因此，被中断的观看者能够观看整个节目。

当数字式录像装置处于暂停-恢复方式时，在数字式录像装置接收实时视频和把视频重放至显示器之间将有一个等于暂停方式的持续时间的延迟时间。例如，若当所述装置处于暂停方式时记录10分钟的视频广播部分，则一旦用户回来并把所述装置置于暂停-恢复方式，重放或输出显示的视频将连续地比实时记录滞后10分钟。在某些情况下，可能希望消除这种延迟时间。例如，用户可能希望在一小时或半小时内看完所记录的放映内容，以便再一次实时地观看现场直播的视频节目。在这样的情况下，可能强烈地希望录像装置能以略快于正常的速率重放视频显示内容，以便重放材料有效地赶上现场直播的视频节目。

当然，还有许多其它原因观看者可能想要以略快于正常的速率观看放映内容。尽管录像装置具有进行高于正常速度的重放的能力，但是这些系统一般有几个缺陷的问题。例如，音频可能畸变或者可能会有由加速处理引起的节目内容的明显丢失。有些观看者只想以略微加快的放映速度观看视频节目，但不希望原来的放映内容材料有任何重大的或可感知的丢失，对于他们来说，上述音频失真和节目内容的明显丢失都是不希望有的副作用。

发明摘要

本发明涉及用于在没有任何图像信息或戏剧内容丢失的情况下比24帧/秒的正常重放快的视频显示的方法。24帧/秒重放信号是从信息存储介质，诸如胶片产生的，并经受了3∶2的降级(pull down)处理(所述降级处理把每秒24帧重放信号重新格式化为例如每秒30帧的视频显示速率)。这种重新格式化处理通过重复来自每秒24帧的胶片图像的某些场，来建立提供30帧/秒所需的附加图像(电视系统所需的)。最好可以选择性地丢弃通过所述3∶2下拉变换处理产生的这些冗余的或重复的场图像中的一些场，以便提高放映内容的重放速度，但又不损失节目内容。所述方法还可以包括选择性地控制响应用户输入而丢弃的冗余场图像的数目。所述步骤可以通过计算响应用户输入而必须丢弃冗余场图像的速率而自动地执行执行。例如，所述用户输入可以识别执行记录的放映内容所需的时间。所述系统可以选择性地以已经自动地算出的速率丢弃冗余场图像。

本发明还涉及按照上面描述的方法操作的用于在没有任何图像信息丢失的情况下提供比24帧/秒的正常重放快的显示的数字式录像机。数字式录像机可以包括数字视频信息存储介质和适当的译码器(诸如MPEG译码器)，以便从存储在信息存储介质上的24帧/秒放映内容产生24帧/秒重放信号。所述系统最好还可以包括显示引擎或显示处理器，用于执行下拉变换处理，以便将用于视频显示的24帧/秒的重放信号重新格式化。显示处理器可以响应用户输入而选择性地丢弃下拉变换处理所产生的冗余场图像，以便提高所述显示的重放速度。

显示处理器可以响应用户输入而选择性地控制丢弃的冗余场图像的数目。根据本发明一个方面，控制处理器可以自动地计算响应用户输入而必须丢弃冗余场图像的速率。用户输入可以是对帮助控制处理器确定放映速度必须提高的程度有用的任何信息。例如，用户输入可以直接或间接识别执行视频显示所需的时间或相对的重放速度。在任何情况下，显示处理器可以选择性地以已经自动地算出的速率丢弃冗余场图像。

附图的简短说明

图1是对理解本发明有用的数字式录像装置的简化的方框图。

图2是对理解3∶2下拉变换处理有用的示意图。

优选实施例的详细说明

个人录像系统

如图1中所示，个人录像机100可以包括数字信号处理器(DSP)102、键和显示器板120、调谐器140、音频/视频(A/V)输入选择器138、通用串行总线(USB)输入146、存储装置148和节目信息模块150。另外，PVR 100可以包括第一和第二红外线(IR)链路130和132、视频覆盖编码器152、视频开关160、头戴式耳机插口134、标准A/V分量连接器块170、Y Pr Pb分量连接器块180和Sony/Phillips数字接口(SPDIF)连接器块190。

分量连接器块170、180和190可以以各种各样的输出格式提供音频/视频信号。例如，标准A/V分量连接器块170可以包括：S-视频连接器172，用于输出已经被分为色度和亮度视频信号的视频显示器视频；以及复合视频信号连接器174，用于提供标准复合视频信号。另外，标准A/V分量连接器块170可以分别包括左和右音频输出连接器176和178。

Y Pr Pb分量连接器块180一般用于高分辨率电视(HDTV)。Y Pr Pb分量连接器块180包括：视频亮度(Y)输出连接器182，用于提供模拟视频亮度分量；Pb输出连接器184，用于提供模拟蓝色色差(B-Y)；以及Pr输出连接器186，用于提供模拟红色色差(R-Y)。最后，SPDIF分量连接器块190包括同轴输出192和光学输出194，用于分别通过同轴电缆或光缆输出数字音频信号。

键和显示板120可以作为PVR 100的用户接口提供，并且可以包括小键盘122、显示器124、IR遥控装置接口126和实时时钟128。通过利用小键盘122或IR遥控装置接口126，用户可以选择要由PVR100执行的功能。例如，用户可以选择在PVR 100上改变频道或执行特技(trick)方式重放。实时时钟128可以保持可以通过显示器124显示的时间。显示器124还可以显示其它信息，例如，PVR 100正在执行的特技方式、所选定的正在由PVR 100记录的频道或表示在视频显示器上的放映内容的标识符。

第一和第二IR链路130和132在卫星和非卫星用途之间形成一组通信链路，以便帮助简化音频、视频和数据流之间的接口。第一IR链路130可以是数字信号处理器102和其他具有IR通信链路的装置之间的通信接口。特别是，第一IR链路130对于控制专门为利用标准节目指南信息的无线和有线电视广播或无线电广播设计的其它装置可能是有用的。第一IR链路130还可以使简化各装置之间的消费者交互作用的特征成为可能。例如，第一IR链路130可以使单触式节目记录以及其它方便用户的措施成为可能。第二IR链路132可以在节目信息模块150和其他具有IR通信链路的装置之间提供接口。显然，第二IR链路132对于与不要求直接连接到数字信号处理器102，例如，带有电缆接收装置、录像机等的装置的通信可能是有用的。

数字信号处理器102可以包括模数(A/D)转换器104、MPEG编码器/解码器106、现场可编程门阵列(FPGA)108、微控制器109、记录/重放接口110、数字视频处理器/编码器112、音频数模转换器(音频D/A)114和SPDIF输出116。数字信号处理器102还可以包括一个或多个数据总线，使不同的数字信号处理器部件能够彼此通信并合作处理数据。特别是，中断请求(1RQ)和直接存储器寻址(DMA)可以用来方便总线通信和数据处理。

音频/视频(A/V)输入选择器138可以包括多个A/V输入。例如，输入选择器138可以包括A/V输入，以便从调谐器140接收A/V信号。输入选择器还可以从其他不同的输入装置接收信号。例如，摄像机可以通过前端A/V输入142向输入选择器138发送A/V信号，而录像机可以通过后A/V输入144发送A/V信号。显然，其它A/V装置也可以连接到A/V输入选择器138。

A/V输入选择器可以向数字信号处理器102递送所接收的A/V信号。数字信号处理器的A/D模数转换器104可以用来把以模拟格式接收的A/V信号转换为数字格式。已经具有数字格式的A/V信号(例如经由通用串行总线(USB)接口146接收的数字信号)可以越过模数转换。

现场可编程的门阵列108可以提供通过控制器109起作用的指令，用于处理根据所接收的数据类型对从A/V输入选择器138或USB接口146接收的数据。例如，若A/V数据是以未经压缩的形式接收的，则FPGA 108和控制器109可以通过编码器/解码器106控制对A/V数据的处理，以便在发送至记录/重放接口110之前进行MPEG压缩。但是，若A/V数据是以MPEG压缩格式接收的，则FPGA108和控制器109可以可控地把A/V数据耦合到接收/重放接口110。在任一种情况下FPGA 108都可以提供读/写指令，所述读/写指令是通过控制器109和控制记录/重放接口110实现的，以便把A/V数据存储在缓冲存储装置148上。

MPEG编码器/解码器106可以对数字A/V信号执行MPEG压缩和解压。例如，MPEG编码器/解码器106可以从模数转换器104或USB接口146接收数字A/V信号，利用MPEG格式压缩数字A/V信号并把压缩后的数字A/V信号递送至接收/重放接口110。然后接收/重放接口110可以把压缩后的数字A/V信号存储到存储器148。另外，MPEG编码器/解码器106可以识别输入视频信号，所述输入视频信号包含表示从24帧/秒胶片初始源转换的3∶2降级失真。识别从胶片初始源转换的电视图像材料的格式之后，MPEG编码器106可以识别重复的因而是冗余的图像材料，然后在MPEG压缩之前舍弃所述冗余的图像材料。

存储器148可以包括一个或多个数据存储装置。例如，数据存储装置可以是磁信息存储介质，诸如硬盘驱动器(HDD)、光学信息存储介质，诸如数字视频盘(DVD)、电子的信息存储介质，诸如随机访问存储器(RAM)、磁光信息存储介质或存储装置的任何组合。

在重放过程中接收/重放接口110可以从存储器148读出A/V数据。然后可以把A/V数据转送到MPEG编码器/解码器106进行解压。解压之后，可以把A/V数据分为视频和音频信号。音频信号可以转送到SPDIF 116，准备以数字方式通过同轴输出端192或光学输出端194输出。音频信号还可以转送到音频数模转换器114进行D/A转换。D/A转换之后，音频信号可以通过头戴式耳机插口134和/或左和右音频输出端176和178输出。

解压后的数字视频信号可以由数字视频处理器编码器112处理，数字视频处理器编码器112可以构造所需的显示图像速率，例如，标称的30帧/秒，执行视频信号的D/A转换以及把视频信号编码为各种各样的格式。例如，可以将视频信号译码以便形成RGB分量格式、分为亮度和色度(Y+C)信号、或编码为复合NTSC视频信号。可以把复合视频和Y+C视频信号转送到视频开关160，而同时可以把RGB视频信号转送到视频覆盖编码器152。

视频覆盖编码器152可以包括覆盖模块154、NTSC视频编码器156和Y Pr Pb矩阵编码器158。覆盖模块154可以从节目信息模块150接收节目信息，并用图解方式把节目信息覆盖在视频信号上。节目信息模块150可以从在线节目指南或包含在输入A/V信号中的节目指南提取节目信息，所述输入A/V信号由A/V输入选择器138接收并通过数字信号处理器102传递到节目信息模块150。所述节目信息可以包括每个频道的可用节目以及节目表。

另外，对于每一个单独的节目，节目信息可以包括节目标识符、频道信息、记录时间，节目持续时间，场景数据，节目信用量(credits)等其它信息和可以覆盖、重叠或插入视频信号的图形。例如，可以把时钟、正文块、用户信息、菜单、图标、图像等与视频信号重叠或者与其组合。一般，当用户请求时或某些预定义事件出现时，信息重叠在视频信号上。但是，某些信息，诸如频道标识符，可以不断地重叠在视频信号上面。

NTSC编码器可以以NTSC格式化后的复合视频信号以及分为单独的亮度和色度信号的视频信号的形式输出视频信号。然后可以把视频信号转送到视频开关160。视频开关160可以用来为显示器或者选择NTSC编码视频信号或者选择由视频数字编码器112产生的视频信号。可以通过复合视频信号输出连接器174输出来自任一个源的复合视频信号，而同时可以通过S-视频信号输出连接器172输出来自任一个源的色度和亮度视频信号。

Y Pr Pb矩阵编码器158可以产生Y Pr Pb格式化后的模拟视频信号。如以前指出的，Y Pr Pb分量视频信号包括模拟视频亮度(Y)信号、模拟红色色差信号(R-Y)和模拟蓝色色差信号(B-Y)。亮度或Y分量可以输出到Y输出连接器182，(B-Y)色差信号可以输出到Pb输出连接器184，而(R-Y)色差信号可以输出到Pr输出连接器186。

3∶2下拉变换处理

种类繁多的电视广播节目都源自胶片格式。例如，许多黄金时间节目、商业广告和大部分故事片电影都是在胶片上产生的。但是，胶片是以传统的方法产生的，用于以24帧/秒速率投影，然而NTSC电视标准指定30帧/秒的图像速率。因此，在胶片上产生的作品可以按照NTSC电视标准用于电视系统操作之前，必须把图像或帧速率从24帧/秒增至标称的30帧/秒。从24帧/秒转换至30帧/秒的上述处理一般是在称为3∶2下拉变换处理过程的电视电影转换过程中执行的。电视电影装置通过一秒中出现的24胶片帧映射到60视频场(30帧，每帧包括两场)，把胶片转换至视频。所述过程把四个胶片帧映射到每10个视频场(五个视频帧)。这导致某些胶片帧映射到3个电视场，而同时其它胶片帧映射到两个电视场。

图2是对于理解3∶2下拉变换处理有用的示意图。如图所示，胶片帧1至8代表1/3秒胶片。每一个胶片帧都扫描产生至少两个相关的电视帧的场。为了补偿格式或显示速率的差值(亦即，24帧/秒与30帧/秒的关系)，每隔一个的胶片帧用来产生额外的场。例如，胶片帧1用来产生视频帧1a和1b，但是胶片帧2用来产生视频帧2a，2b和3a。这个过程如图2所示地重复，以便纠正图像显示速率上的差值。

MPEG编码器/解码器106可以设计成识别何时3∶2下拉变换处理已经在所接收的视频信号上执行。这种编码器往往配置成除去作为3∶2下拉变换处理的结果插入的额外的或重复的图像(各个电视场)，然后以24帧/秒格式把放映内容记录在存储器148上。这是有利的，因为它基本上许可把较少的图像存储在信息存储介质148上，并降低位速率，而又不损失任何图像或节目信息。另外，当胶片格式材料以数字方式广播时，往往以24帧/秒的速率广播，而且可以直接以此格式记录。这再一次提供要求较少的记录介质148上的空间和降低位速率的优点。

下面将参考图1和2描述本发明。应该明白，图1中各种各样的部件的组织和安排都不是要用来限制本发明的范围，而是想要作为示例性安排。另外，下面将指出，可以把图1中一个或多个组件块组合成单一视频处理器单元。例如，MPEG编码器和/或译码器或编码解码器往往可以包括显示处理器，所述显示处理器可以构造显示图像和例如执行这里描述的图像速率转换。

可以通过MPEG编码器/解码器106把以24帧/秒MPEG格式存储在信息存储介质148上的放映内容译码，以便产生类似于图2中举例说明的胶片帧1至8的图像。所述胶片帧被送到视频数字编码器112，在视频数字编码器112中处理所述胶片帧以便以例如要求30帧/秒的视频格式显示。在传统的系统中，当要以24帧/秒格式显示视频节目时，数字视频处理器编码器112执行所述3∶2下拉变换处理，以便把每秒24胶片帧映射到60视频场(30帧/秒，每帧两场)。30帧/秒视频输出可以在传送到视频开关160以便通过A/V分量连接器块170中的视频输出连接器174输出以前，暂时存储在帧缓冲区。作为另一方案，若数字视频处理器编码器112重复请求提高图像显示速率所需的重复的或冗余的图像，则可以避免使用输出帧缓冲区。

最好如图1所示地执行3∶2下拉变换处理。在利用传统的3∶2下拉变换处理的数字处理器编码器112中，将在场″b″之后第二次重复场″a″，如图所示。应该明白，尽管是以3∶2下拉变换处理来描述本发明的，但是不想仅限于此。代之以，也可以在可能需要的任何其他下拉变换模式或比率的情况下来实现本发明。

按照本发明的一个实施例，若简单地以24帧/秒而不是30帧/秒来显示视频显示内容，则可以提高视频显示内容的重放速度，而又不损失任何原来的图像信息。这可以通过选择性地控制显示引擎或处理器，使得不把任何冗余的″a″场图像加到视频输出信号来执行。但是，在显示速度上这样的变化可以证明是太激烈了，因为帧速率上的差值将是约25％。在某些情况下，这可能是不希望的，因此为了略微提高重放速度，而又不损失任何原来的图像信息，需要更精细的控制。因此，选择性地丢弃某些(而不是全部)冗余场图像可以产生较不明显的加速作用。这种系统可以基本上维持正常音频的对口形，并提供一种赶上方式，其中观看者看不到时间或运动失真。

可以自动地确定丢弃的冗余场图像的精确数目。例如，用户可以使用键和显示板120来选择执行的放映内容所需的时间。根据该信息以及用于重放记录的放映内容的剩余时间量，视频数字编码器112可以确定为了在用户选定的时间内完成放映内容的重放而需要丢弃冗余场图像的最优速率。通过键和显示板120输入的其它用户判据也可以用来自动地计算要丢弃的冗余图像的数目。例如，用户可以指示相对重放速度或其它相关的时间信息来间接地影响丢弃图像的速率，并且其它这样的判据也在本发明的范围内。

作为另一方案，系统100可以直接响应用户输入而增大或减小要丢弃的冗余场图像的数目。因而，在图1中，可以借助于键和显示板120输入用户输入，以便选择性地增大或减小由所述视频数字编码器丢弃的冗余场图像的数目。这些输入可以从键和显示板120传递至视频数字编码器112，用于控制视频数字编码器112的操作。可以提供数字信号处理器102内部和/或外部的适当的系统总线，以方便图中所示的各种各样的系统部件之间的通信。

传统上，MPEG视频包括I，B和P图像。例如，在标称的30帧/秒的MPEG视频典型秒将是：

IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBB

在这种情况下，每一个图像将是帧图像，意味着它既包含″a″场又包含″b″场。一般，基于MPEG信号的3∶2下拉变换有三种周相(phase)，取决于3∶2下拉变换是否重复来自I，B或P类型图像的额外的场。下面在表1举例说明所述三种周相：

表1

      I B B P B B ... I B B

情况1 3 2 2 3 2 2 ... 3 2 2

情况2 2 3 2 2 3 2 ... 2 3 2

情况3 2 2 3 2 2 3 ... 2 2 3

表1表示将从每一个图像类型产生的场的数目。如前所述，对于图2，3∶2下拉变换处理将使某些图像生成2场(不重复任何一场)，而某些图像生成3场(重复这些场中的一个并因此是冗余的)。在其中有3场的实例中，产生至少一个冗余场。因此，那些场可以选择性地丢弃(不显示)而又不丢失任何图像信息。

丢弃冗余场的速率将确定与正常重放速度对比放映内容的显示将快多少。如上面所描述的，丢弃全部冗余场将产生重放速度的最大提高。但是，为了对观看者较不明显地提高重放速度，可以丢弃少于全部冗余场。例如，可以每n个丢弃一个冗余场，以便控制重放速度，其中n是整数。结果可以是以观看者几乎无法察觉这样一种方式加速重放而又不损失任何图像内容。在所述系统中，音频还应当能够维持与图像内容对口形，这是对于传统特技方式并不典型的特征。

Claims (10)

1.一种在视频记录装置中用于以比正常重放速度快的速度重放源自胶片的节目而又不损失节目信息的方法，所述方法包括以下步骤：

在重放过程中识别表示胶片原始资料的重复的图像信息；以及

选择性地丢弃所述识别的重复图像信息中的一些图像信息，以便提高源自胶片的所述节目的重放速度，

其中所述重复的图像信息包括冗余场图像，

其中自动地确定丢弃的所述冗余场图像的数目，其中用户指示相对重放速度或者其它相关的时间信息来间接地影响丢弃图像的速率，或者

直接响应于用户输入而增大或减小丢弃的所述冗余场图像的数目。

2.如权利要求1所述的方法，其中还包括响应于用户输入而自动计算必须丢弃的所述冗余场图像的速率的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述用户输入标识完成记录的放映内容的重放所需的时间。

4.如权利要求2所述的方法，其中还包括以已经自动算出的速率选择性地丢弃所述冗余场图像的步骤。

5.一种便于以大于正常重放速度的速度重放源自胶片的节目的数字式录像机，所述数字式录像机包括：

数字视频存储介质，它包含具有源自胶片的节目的记录；

译码器，用于将所述记录解码，以便形成不压缩的图像信号；以及

显示处理器，它接收所述不压缩的图像信号并将其格式化以用于电视显示速率，控制所述格式化以便选择性地丢弃冗余场图像和提高所述源自胶片的节目的所述重放速度，

其中自动地确定丢弃的所述冗余场图像的数目，其中用户指示相对重放速度或者其它相关的时间信息来间接地影响丢弃图像的速率，或者

直接响应于用户输入而增大或减小丢弃的所述冗余场图像的数目。

6.如权利要求5所述的数字式录像机，其中所述显示处理器通过可控地重复所述不压缩的图像信号内的图像来将所述电视显示用的不压缩的图像信号格式化，以便产生电视图像显示速率。

7.如权利要求5所述的数字式录像机，其中所述显示处理器响应于用户输入而选择性地控制由所述显示处理器丢弃的所述冗余场图像的数量。

8.如权利要求5所述的数字式录像机，其中所述显示处理器自动地计算响应于用户输入而必须丢弃所述冗余场图像的速率。

9.如权利要求8所述的数字式录像机，其中所述用户输入标识完成所述放映所需的时间。

10.如权利要求8所述的数字式录像机，其中所述显示处理器以所述已经自动算出的速率选择性地丢弃所述冗余场图像。

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