CN1066882C - 图象传输系统中记录和再现时基压缩数字图象数据的装置 - Google Patents

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Abstract

代表节目的时基压缩的数据从局部条件存取电路加到两个记录信号处理电路上，它们提供该数据，以便由数字VTR和HDD(硬盘驱动器)以时基压缩的形式被同时记录。该HDD只需存贮足够的数据，以允许数字VTR记录整个节目并将该VTR的输出与HDD的输出同步。一旦节目被记录在VTR上，它就可即时用HDD再现的节目部分来再现，并且一旦它们之前的同步达到，VTR再现的数据取代HDD再现的数据。该再现的数据被提供到MPEG解码电路，以作为再现的节目输出，以便立即显示。

Description

图象传输系统中记录和再现时基压缩数字图象数据的装置
本发明涉及一种图象传输系统中的数字信号处理装置，该系统比如是发射时基压缩的电视信号的数字CATV或数字卫星广播，本发明减少了用户发射节目请求与观看该请求的节目之间的时间。
以前，从广播台到公众只发射模拟的声频/视频信号。但最近几年，随着数字技术的发展，广播台已经开始发射数字信号。这些数字技术可对广播台发射的视频信号压缩，以使得原来要在十个模拟频道中发射的信号现在可在一个频道中发射。该压缩的数字信号在发射前可进一步进行时基压缩。例如，当以1.5Mbps的速率压缩的视频信号在一个传输通道中发射时，该通路可以24Mbps的速率来发射除误差校正和类似码之外的、实际的数字数据，则该视频信号可进一步压缩16倍。因此，两个小时的节目可在七、八分钟内发射。
图7和图8图示了发射时基压缩信号的系统。在图7中，每个家庭通过电话线向节目分配中心101发射一个节目请求。节目分配中心通过抛物面天线102发射时基压缩的数字信号到通信卫星103。通信卫星则将接收到的数字信号发射到电缆电视中心105的抛物面天线104和/或每个家庭106的抛物面天线107。电缆电视中心105将接收到的信号通过CATV线转发到签约的家庭。
因为接收到的数字信号是被时基压缩的，所以在信号被处理前，用户不能观看节目。由每个家庭106、108接收的数字信号被数字VTR或类似的记录装置记录，在完成节目的记录之后，数字信号被再现并恢复到原始时基以便观看。因此，每个家庭必须有个与记录和再现装置连接的接收机。
当请求节目时，每个家庭或用户通过金融设施109付费。因此，当接收的数字信号由家庭的记录和再现装置记录时，记帐信息被存贮在节目分配中心101的记帐数据库(未示出)中。
图8图示了节目分配中心101的方框图。从VTR、光盘或类似的信号源110a来的音频/视频信号由MPEG编码器111a压缩。压缩的信号由数据包处理电路112a分成多个数据包，并由时基压缩电路113a进行时基压缩。在图8中，多个频道都以这种方式，由如110b、111b、112b和113b所表示的单元进行处理，而且由多路复用器114选择一个频道进行进一步的处理和传输。选择传输的多路复用信号由加扰处理器116用有条件的存取电路115产生的加扰关键字进行加密。该加扰关键字可通过电话线发射到每个家庭或与多路复用信号一起发射。误差处理电路117将误差校正码加到加密的信号上，该信号由调制电路118调制，以便发射。该调制的信号通过输出端119发射。
按照由本申请人于1994年6月12日申请的美国专利申请08/153283号，假设节目长度为两小时，时基压缩率为16，则从发出节目请求到用户能观看节目，用户必须等待七至八分钟时间。该延迟是由于数字信号是在整个节目被家庭的记录和再现装置记录之后再重现的这样的原因所引起的。
因此，本发明的目的是提供一种图象传输系统中的数字信号处理装置，该系统能从广播台接收时基压缩的图象信号，并能减少从发出给广播台的请求到用户实际能观看所请求节目的时间。
所请求节目的时基压缩数字信号在请求处被接收并由该处的数字VTR连续记录到其终了。同时，时基压缩的数字信号在请求处被HDD(硬盘驱动器)记录在硬盘上，直到该磁盘记满为止。在HDD记录信号数据的预定部分之后，HDD开始再现节目。该再现的数字信号数据从HDD输出并被时基扩展，以便作为再造的图象数据在监示器上显示。当VTR完成记录时，磁带回转到相应节目的部分的位置，然后由HDD再现。从HDD和数字VTR来的信号互相同步，而且没有节目的中断，再现节目源从HDD转换到数字VTR。因此，当时基压缩的数字信号由数字VTR记录时，节目内容可由用户观看观看，因为记录是由HDD进行的。
在本发明的另一个实施例中，节目的记录和再现同时进行。这里，HDD包括一个写磁头和一个分离的读磁头，以允许同时记录和再现。因此，用户可无延迟地观看节目。
本发明的数字信号处理装置可接收时基压缩的数字图象数据并在短时间内同时再现它。因此，用户在做出请求之后立即观看节目。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的这些和其它目的和特征将变得更清楚，在附图中，相同的部分用相同的标号表示。
图1是按照本发明数字信号处理装置的一个实施例的方框图。
图2是按照本发明节目选择屏的一个例子的示意图。
图3是显示图1所示实施例记录和再现操作的时间图。
图4是按照本发明数字信号处理装置的另一个实施例的方框图。
图5是显示图4所示实施记录和再现操作的定时图。
图6是按照本发明数字信号处理装置的其它一个实施例的方框图。
图7显示了一个图象传输系统，它能用于本发明来发射和接收时基压缩的数字图象数据。
图8是图7所示图象传输系统一部分的方框图。
下面将结合附图来描述按照本发明的数字信号处理装置的几个实施例。
图1是本发明的数字信号处理装置的实施例的框图。比如按照MPEG2(运动图象专家组2)编码的、时基压缩和加密的、代表如此编码的多个节目所选之一的数字信号通过所需的频道被发射到用户处(比如用户的家庭)的调谐电路1。
由调谐电路接收的信号被解调电路2解调，可能在信号传输中出现的误差由误差校正电路3校正。误差校正信号加到选择所需节目的多路复用电路4。从多路复用电路输出的信号加到局部条件存取电路5。该加密的信号由局部条件存取电路按照存贮在解密IC卡6的信息进行解密。在加密的信号被解密后，微机23通过模块24给节目分配中心101发射计帐信息，因此，恰当地对用户进行这些服务的计帐。
该解密的信号从局部条件存取电路加到开关电路7的输入端7a。开关电路7的输出7b连接到记录和再现部分11，开关电路的输出7C连接到开关电路8的输入8a。来自记录和再现部分11的信号加到开关电路8的另一个输入8b，其输出8C连接到MPEG解码电路9。开关电路26连接在局部条件存取电路和MPEG解码电路之间，并有选择地旁路开关电路7和8。由MPEG解码电路输出的信号通过输出端10送到监示器或类似的设备上。
记录和再现部分11包括数字VTR14和HDD(硬盘驱动器)18。从本地有条件存取电路5加到电路7的输出7b的解密信号同时加到记录信号处理电路12和16。记录信号处理电路12最好包括一个缓冲器、一个误差校正码编码电路、一个帧形成电路、一个频道调制电路以及其它电路(未示出)。记录信号处理电路12的输出通过开关电路13被加到数字VTR14并记录在磁带上。另外，时间码产生电路21产生时间码，绝对磁迹号产生电路22产生绝对磁迹号，这样时间码和磁迹号比如被记录在磁带的子码区域。
当记录在磁带上的数字信号由数字VTR按顺序再现时，该再现信号通过开关电路13加到再现信号处理电路15，并从此通过开关电路20加到开关电路8的输入端8b。再现信号处理电路15包括一个频道解调电路、一个误差校正码解码电路、一个时基转换电路、一个去帧电路、以及其它的电路(未示出)。
从局部条件存取电路5加到记录信号处理电路16的信号通过开关电路17被加到HDD18并记录在其中的硬盘上。与记录信号处理电路12类似，记录信号处理电路16最好包括一个缓冲器、一个误差校正码编码电路、一个帧形成电路、一个频道调制电路以及其它电路(未示出)，由时间码产生电路21产生的时间码数据也被记录在硬盘上。
按顺序从硬盘再现的解密数字信号HDD18通过开关电路17加到再现信号处理电路19。与再现信号处理15类似，再现信号处理电路19最好包括一个频道解调电路、一个误差校正码解码电路、一个去帧电路以及其它电路(未示出)。从再现信号处理电路19的输出通过开关电路20被加到开关电路8的输入端8b。
开关电路7、8、13、17、20和26中的各个开关操作由微机23控制，为了简单，未示出开关控制引线。IC卡6、操作板25、模块24和包括遥控光接收部分27和遥控发射器28的遥控装置都连接到控制数字VTR14和HDD18的驱动系统的微机23。
在图1中，尽管从局部条件存取电路5向记录和再现部分11提供信号，来自去多路复用电路4的信号也可以到该记录和再现部分。但最好是记录来自电路5的解密的数字信号，因为这允许用已在局部条件存取电路中解密的、来自局部条件存取电路的可视图象进行搜索，并然后由记录和再现部分记录。如果记录前不解密，则在随后的再现和搜索中所显示的图象将是无法识别的。
下面将描述图1的装置的操作。首先，用户用操作板25和/或遥控发射器28选择一个节目。正如图2所显示的，用户通过操作板25或发射器28移动光标30，以从显示在监示器或电视上的选择面板上选择一个节目。如果用户选择“1、免费节目”或“2、收费节目(观看)”，通过提供被接收的MPEG编码的信号到MPEG编码器9，该选择的节目可直接观看，因为该信号没有被数字VTR14或HDD18记录，也没有被时基压缩。开关电路7和8被切换，以从局部条件存取电路5提供该解密的信号到MPEG解码电路9，信号在其中被解码并输出。
当“2、收费节目(观看)”被选择时，记录和再现部分11不记录该数据、由于是广播收费，当用户接收该节目时，记帐信息通过模声24发射到节目分配中心101。观看费用只是每个节目收一次，因此它是相当便宜的。
当用户从节目选择面板上选择“3、收费节目(记录)”时，记录和再现部分11记录该节目。用户可选择现在观看该节目和/或以后观看。该接收的数字数据由开关电路7提供到数字VTR，以将该节目记录在磁带上。另外，开关电路26接通，以提供一个旁路，使得在节目由数字VTR记录的同时可以被观看。在这种情况下，不需时基去压缩，因为尽管接收的信号是按照MPEG2格式编码的，但此时没有进行时基压缩。该节目可被数字VTR14以常规记录模式记录并可在以后的时间观看。如前所述，当用户接收该节目时，亡帐信息通过模块24发射到节目分配中心101。特别地，这种情况下的费用高于“2、收费节目(观看)”情况下的费用，因为该节目被记录并可多次观看。只要不选择“3、收费节目(记录”，开关电路26关闭，以防止接收的节目在接收时被观看。
当用户从节目选择面板上选择“4、收费节目(高速分配)”时，节目不能与接收同时观看，因为该信号是以时基压缩形式发射的。开关电路7被切换，以将接收的节目连接到记录和再现部分11，如下所述。
图3是一个定时图，它显示了当接收两小时的节目且它被时基压缩6倍时，记录和再现部分11的操作。部分A显示了由记录和再现部分接收时基压缩节目的时期。部分B显示由HDD18记录该接收的时基压缩节目一部分的时期。部分C显示了表示由HDD以原始(即去压缩)时基再现节目长度的时期(约24分钟)。部分D显示了由数字VTR14记录整个时基压缩节目的时期(20分钟)。部分E显示了这样的时期(一至二分钟)，其中数字VTR倒回磁带并搜索按照该图象记录在其上节目的该部分，然后由HDD再现。部分F显示了这样的时期，其中数字VTR再现记录在磁带上的节目的其余部分，该再现的节目已被去压缩。
正如将从图3的部分A、B和D中所理解的，当时基压缩节目开始被接收时，并在此后的一段时间，数字VTR14和HDD18同时记录该节目。在这种情况下，数字VTR和HDD的记录速率是一样的。HDD记录该节目，直到硬盘满了为止(约4分钟)，一旦硬盘满了，存贮在该硬盘上的节目开始再现，如部分C所示。硬盘的存取速度比磁带快，因此，在硬盘记录完成后可立即观看。从硬盘再现节目的速度最好比记录速度慢。因此，当它们人硬盘被读出时，该信号可以回到它们的原始时基上。该再现的信号通过开关电路20和8加到MPEG解码器电路9，再现的图象通过输出端10输出。
当由HDD存贮的节目部分被再现时，数字VTR在磁带上完成整个节目的记录。在节目由数字VTR记录之后，微机23识别由HDD再现的该节目部分的时间码，并将它转换成记录在磁带上的相应磁迹号。磁带然后高速回绕，微处理器23搜索该磁带上的该磁迹号。在磁带上搜索磁迹号的速度是常规磁带速度的200倍。因此，对于20分钟的记录，相应的磁迹号可在约6秒中内定位。当找到正确的磁迹时，记录在磁带上的数据被再现，从磁带输出的信号与节目信号同步，然后从硬盘再现。数字VTR可回绕该磁带，并在一或二秒内将其再现输出与HDD的输出同步。
当由数字VTR14再现的节目完成由HDD18再现的节目部分同步时，开关电路20从输出端20b切换到端20a，因此，从数字VTR的再现节目被输出，以取代来自HDD的信号。因此，用户可以连续观看节目到结束，而没有中断。
在硬盘上，HDD应该存贮足够的节目数据，以使数字VTR14有足够的时间来记录整个节目(20分钟)，回绕磁带并将从硬盘和磁带上再现的信号同步(一至二分钟)。因此，对于二个小时的节目，硬盘甚少应能存贮22秒的节目数据(去压缩)。
从上面的描述，可理解到用户不必等待整个节目由数字VTR记录(约22秒)，就可观看节目。在节目可被观看前，用户只需等待将一部分节目记录在硬盘上(约4秒)。因此，从请求节目到观看节目的时间显著地减少。
下面将结合图4和5对本发明的另一个实施例进行描述。图4显示了按照第二实施例的数字处理装置的方框图。对与图1中相同的标号进行描述将是冗余的，因此被省略了。在该实施例中，为HDD提供了一个分离的写磁头(未示出)和一个分离的、独立的读磁头(未示出)。从记录信号处理电路16输出的信号加到写磁头上，并因此记录在硬盘上。即使在由写磁头向硬盘作记录时，与写磁头独立操作的读磁头从硬盘上再现节目。由读磁头再现的信号输入到FIFO(先入先出)存贮器31，然后经过再现信号处理电路19、开关20和开关8输出到解码器9。当从FIFO存贮器读出节目时，用适当设置的读取时钟(未示出)，该节目就可恢复它原始的时基。尽管在从FIFO存贮器中读取信号时，该信号可以恢复它的原始时基，通过用时基扩展电路从硬盘上读取数据，可以在原始的时基上再现该信号。
图5是一个定时图，它显示了按照图4的实施例的记录和再现部分11操作的例子，其中接收的节目是两个小时，且进行了6倍的进基压缩。部分A显示了由记录和再现部分接收时基压缩节目的时期(20分钟)，部分B显示HDD18在硬盘上记录该时基压缩节目的时期(四分钟)。部分C显示了表示由HDD以原始(即去压缩)时基再现节目长度的时期(约24分钟)。部分D显示了由数字VTR14记录整个时基压缩节目的时期(20分钟)。部分E显示了这样的时期(一至二分钟)，其中数字VTR倒回磁带并搜索相应于该节目的时间码的磁迹号，然后由硬盘再现，如图1所示实施例所描述的。部分F显示了这样的时期，其中数字VTR再现记录在磁带上的节目(去压缩格式)的其余部分。
正如从部分A、B、C和D所理解的，图4的实施例不同于图1的实施例在于：当接收并由HDD记录节目时，HDD18再现该节目。即HDD18通过其分离的写和读磁头同时记录和再现节目。如前所述的，数字VTR和HDD的记录速度是相同的，HDD记录节目直到硬盘满了为止(或甚少到记录足够的节目长度为止)。一旦信号被去压缩并到其原始时基，记录在硬盘上的数据呈现24分钟。
当HDD18再现节目的一部分时，数字VTR在磁带上完成整个节目的记录，此后，以类似于图1所述的方式，该记录的节目被搜索并与HDD再现的节目部分同步地再现。在VTR和HDD输出的节目互相同步之后，开关电路20从输入端20b到输入端20a，以从数字VTR中输出其余的节目部分。用户可无中断地观看节目。
HDD18应在硬盘上存贮足够的节目量，以使数据VTR在整个时期内记录节目(20分钟)，回绕记录的磁带并将其输出的信号与从硬盘再现的节目部分同步(一至二分钟)。因此，对于两小时的节目，硬盘至少应该能记录22分钟的节目。
按照图4的实施例，HDD18同时执行记录和再现操作。因此，用户不必等待如图1实施例所说的4分钟，就可观看所选择的节目。
下面将结合图6的方框图来描述本发明的另一个实施例。HDD18及其相关的电路被移出记录和再现部分11，并被放入分离的记录和再现部分48。记录和再现部分48包括记录信号处理电路16、再现信号处理电路19、开关电路17、HDD18、微控制器44和它们的相关电路。
在图1中所讨论的微机23，这里被一个微控制器47和微控制器44代替。微控制器47与微机23有相同的电路互相作用，也传输控制信号到绝对值磁迹号产生器22、时间码产生器21和微控制器44。控制信号、时间码信号和绝对值磁迹信号从微控制器47通过端口45和46加到微控制器44。
时基压缩的数字信号从开关电路7经过端口41和43被输入到记录和再现装置48的记录信号处理电路16。由HDD18再现的信号从再现信号处理电路19通过端口42和40加到开关电路20。
图6所示的本发明的实施例与图1和4所示的实施例相同的方式工作。应该注意到：图4中的FIFO存贮器31也能加到图6中的记录和再现部分48。
尽管本发明的操作将节目记录在硬盘上，HDD18也可将信号记录在其它记录介质上，比如光盘、磁光盘、半导体存贮器等等。
在上述的实施例中，尽管时间码被用来同步从数字VTR14和HDD18再现的节目，也可期待用硬盘的地址和绝对值磁迹号或磁带的时间码进行同步。
另外，图4的实施例不限制在HDD18中使用分离的写磁头和分离的读磁头。HDD的记录和再现操作可时分处理，因此只需要一个记录和再现磁头。FIFO存贮器然后可用作临时存贮各个输入和输出信号的缓冲器，因此在记录操作后紧跟再现部分的过程中，不会有数据的丢失。
结合附图已对本发明的最佳实施例进行了描述，应该理解的是本发明并不限制于这些优选实施例，在不脱离本发明的思想或范围下，本专业的技术人员可作出各种改变和改型。

Claims (14)

1．一种在图象传输系统中用于记录和再现时基压缩的数字图象数据的数字信号处理装置，包括
接收装置，用于接收数字图象数据；
第一存贮装置，用于以时基压缩形式存贮所说数字图象数据；
第一读取装置，用于从所说第一存贮装置中读取该存贮的数字图象数据；一旦由所说第一存贮装置完成所说数据图象数据的所说存贮，该装置就以时基扩展的格式输出该读取的数字图象数据；
第二存贮装置，用于以时基压缩形式在预定的短时间存贮所说数字图象数据，它是与所说第一存贮装置的存贮操作同时开始的；
第二读取装置，用于从所说第二存贮装置读取该存贮的数字图象数据；并在所说第一存贮装置存贮的过程中以时基扩展形式输出该读取的数字图象数据；以及
控制装置，用于在所说第一存贮装置的所说存贮操作完成后将所说第一存贮装置的读取点与所说第二存贮装置的读取点匹配，一旦所说的控制装置匹配了各个读出点，则输出从所说第一存贮装置读取的所说数据，以代替从所说第二存贮装置读取的所说数据。
2．按照权利要求1的数字信号处理装置，进一步包括：
地址产生装置，用于产生地址信息，其中
所说第一和第二存贮装置用所说的地址信息存贮所说时基压缩的数字图象数据，和
通过比较各个地址信息，所说的控制装置将所说第一和所说第二存贮装置的读出点匹配。
3．按照权利要求2的数字信号处理装置，其中所说的地址信息包括时间码。
4．按照权利要求1的数字信号处理装置，进一步包括：
输入装置，用于输入节目请求，其中所说的数字图象数据代表所说的节目，和
通信装置，用于将所说节目请求通信到节目分配中心；和，其中
所说的接收装置在所说的节目请求被通信后开始从所说节目分配中心接收所说数字图象数据。
5．按照权利要求1的数字信息处理装置，其中所说第二存贮装置分离于所说数字信号处理装置。
6．按照权利要求1的数字信息处理装置，其中所说第一存贮装置在磁带上存贮所说时基压缩的数字图象数据。
7．按照权利要求1的数字信号处理装置，其中所说第二存贮装置在可重写的盘上存贮所说时基压缩的数字图象数据。
8．一种在图象传输系统中用于记录和再现时基压缩的数字图象数据的数字信号处理装置，包括
接收装置，用于接收数字图象数据；
第一存贮装置，用于以时基压缩形式存贮所说数字图象数据；
第一读取装置，用于从所说第一存贮装置中读取该存贮的数字图象数据，一旦由所说第一存贮装置完成所说数据图象数据的所说存贮，该装置就以时基扩展的格式输出该读取的数字图象数据；
第二存贮装置，用于以时基压缩形式在预定的短时间存贮所说数字图象数据，它是与所说第一存贮装置的存贮操作同时开始的；
第二读取装置，用于从所说第二存贮装置读取该存贮的数字图象数据，并在所说第二存贮装置存贮所说数字图象数据一预定部分之后以时基扩展形式输出该读取的数字图象数据；以及
控制装置，用于在所说第一存贮装置的所说存贮操作完成后将所说第一存贮装置的读取点与所说第二存贮装置的读取点匹配，一旦所说的控制装置匹配了各个读出点，则输出从所说第一存贮装置读取的所说数据，以代替从所说第二存贮装置读取的所说数据。
9．一种在图象传输系统中用于记录和再现时基压缩的数字图象数据的方法，包括步骤：
接收数字图象数据；
在第一存贮装置中以时基压缩形式存贮所说数字图象数据；
从所说第一存贮装置中读取该存贮的数字图象数据，一旦由所说第一存贮装置完成所说数据图象数据的所说存贮，就以时基扩展的形式输出该读取的数字图象数据；
在第二存贮装置中以时基压缩形式在预定的短时间存贮所说数字图象数据，它是与所说第一存贮装置的存贮操作同时开始的；
从所说第二存贮装置读取该存贮的数字图象数据，并在所说第一存贮装置存贮所说数字图象数据的过程中以时基扩展形式输出该读取的数字图象数据；以及
在所说第一存贮装置的所说存贮操作完成后将所说第一存贮装置的读取点与所说第二存贮装置的读取点匹配，一旦所说的控制装置匹配了各个读出点，则输出从所说第一存贮装置读取的所说数据，以代替从所说第二存贮装置读取的所说数据。
10．按照权利要求9的方法，进一步包括步骤：产生地址信息，在所说第一和第二存贮装置中用所说的地址信息存贮所说的数字图象数据，将从第一存贮装置读出的点的地址信息与从第二存贮装置读出的点的地址信息相比较。
11．按照权利要求10的方法，其中所说的地址信息包括时间码。
12．按照权利要求9的方法，进一步包括步骤：输入节目请求；所说的数字图象数据代表所说的节目；将所说节目请求通信到节目分配中心；在所说的节目请示被通信后从所说节目分配中心接收所说数字图象数据。
13．按照权利要求9的方法，其中第一个存贮装置是磁带。
14．按照权利要求9的方法，其中第二个存贮装置是可重写的盘。
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