CN1075701C - 数据解码装置和方法 - Google Patents

Abstract

数据解码是指对由存储在存储器中及由记录介质重现的数据进行解码。由于解码需要在存储器中存有足够数量的数据，特别是当该数据例如是预测编码的时候，提供一种系统控制器其禁止先前读出的数据重写入存储器。因此，当在正向重现操作期间忽然开始反向重现操作，为了沿反向解码数据，存储器中保存了足够数量的数据。与之相似，系统控制器禁止在反向重现期间将先前读出的数据重写入存储器，及在重新开始正向重现时，为解码保存足够的数据。

Description

数据解码装置和方法

本发明涉及对一种记录介质重现的数据进行解码的装置和方法，在该记录介质中以数字数据的形式记录运动图像数据，更确切地说，涉及对以反向重现方式由记录介质重现的数据进行解码的装置和方法。

图1A表示将光盘1的数字数据重现为视频和音频信号的数据解码装置。将该数字数据，以符合MPEG(运动图像专家组)制定的标准格式，存储在光盘中。按照该标准，把构成运动图象的一序列的帧，处理为GOP(图1B)组图像。为了进行预测编码，即对不同帧的各相应像素预测其数值，并由目标帧中减去该预测值。对帧进行分组，从而压缩图像数据。

更确切地说，MPEG技术包括三种类型预测编码的图象帧(pictureframes)：帧内编码的图像(I)，其不是以预测被编码的且通常为一组图像中的首或尾图象帧；双向预测编码的图像(B)，其是利用在先的一帧和随后的一帧即正向和反向预测来被编码的；以及正向预测编码的图像(P)，其是利用在先的一帧被编码的，即正向预测。即每个B型帧需要两个附加的帧，以及每个P型帧需要一个附加的帧，用于进行解码。因此，用于解码所需的帧的总数变得成倍增加了。这样，为了对预测编码的帧进行解码，需要每组中有足够数量的帧被存入一环形缓冲存储器7中。

在对沿正向方向预测编码的帧满意地进行上述解码时，沿反向则不具有充分数量的图象帧。其利用光学拾取装置2重现各个帧。要重现的帧然后利用一解调器3进行解调，以便由帧信号中除去载频信号。扇区检测器4检测记录在光盘的每个扇区的扇区地址，该检测器4将各地址与环形缓冲器控制器6结合。帧数据经过扇区检测器4通到ECC电路5(错误检查和校正电路)，该电路对由扇区检测器提供的数据进行错误检查(例如利用奇偶位错误检测)以及通过利用记录在光盘上的冗余位对帧数据进行错误校正。校正了错误的帧数据被提供到环形缓冲存储器7和磁迹转移判断电路18以使跟踪伺服电路17发出信号，令拾取装置进到下一个扇区(取出更多的图象帧)。按照这种方式，将帧数据以图像归组的方式存储在环形缓冲器存储器7中(GOP1、GOP2、GOP3……GOPn)，如图1B所示。

当扇区地址数据未能被检测到或者在被检测的各扇区地址之间产生不连续时，扇区检测器4还向磁迹转移判断电路18输出扇区号码异常信号(或者直接或者经过环形缓冲器控制器)。当产生这种情况时，磁迹转移判断电路18对拾取装置2作出判断令其必须转移到不同的扇区，以便维持由最后一个扇区取出的帧数据的连续性。相应地，跟踪伺服电路17由磁迹转移判断电路18接收适当的指令信号并使拾取装置2转移过适当数量的扇区达到正确的扇区。

ECC电路5对帧数据错误进行校正并将其提供到环形缓冲存储器7。然而，假如ECC电路5不能对该数据错误进行校正，该ECC电路向磁迹转移判断电路18发送一个信号(或者直接或经过环形缓冲控制器6)，指令跟踪伺服电路17使拾取装置2例如从扇区A转移到先前的扇区B(图2)。因此，利用拾取装置2重新读出帧数据并且在对帧数据错误进行校正时还有另外的机会。

环形缓冲存储器7是一缓冲器(例如，FIF0(先入先出)存储器)，并且为了有效地利用缓冲器，应当适当地存满，但不要溢出。此外，由于每帧是通过其它帧做参照进行编码的，为了对预测编码的图象帧恰当地进行解码，应当将足够数量的图象帧存储在环形缓冲存储器7中。按照上述方式利用帧数据将环形缓冲存储器存满。当环形缓冲存储器7存满时，通过向磁迹转移判断电路18发送一个信号，指令跟踪伺服电路17让拾取装置2转移到先前的扇区(图2)，环形缓冲器控制器6禁止帧数据的流动(flow)。视频解码器14和音频解码器16按照可变的速率对帧数据进行解码，并因此向环形缓冲控制器6发送代码请求信号(分别经过缓冲器13、15和多路数据分离器8)，以使帧数据按照适当的速率输出。当帧数据由环形缓冲存储器重现(输出)时，环形缓冲器控制器使拾取装置(经过磁迹转移判断电路)行进到下一个扇区，并取出更多的数据输入到环形缓冲存储器。

利用写指针(WP)和读指针(RP)，环形缓冲器控制器6调节输入环形缓冲存储器7和自其输出的帧数据的传输量。如在图1B中所示，各组图像(GOP1、GOP2、GOP3)即刻存储在环形缓冲存储器中。随着在每组图像中的图象帧由环形缓冲存储器读出，读指针RP沿图象帧按逆时针方向行进。与此同时，环形缓冲器控制器如确定环形缓冲存储器没有被充分存满，则允许帧数据按照图像归组(GOPn)的方式写入到环形缓冲存储器，在各帧被写入时，写指针WP逆时针行进。如由图1B可看到的，图1A所示的系统存储足够数量的帧，以便沿正向的方向对已预测编码的数据进行解码。

多路数据分离器8将表明数据为图像数据还是音频数据的首标信息由帧数据中分离出来。一个分离器控制器11根据首标信息控制开关10，以便在视频代码缓冲器13和音频代码缓冲器15之间转换输出，使视频和音频数据送到相应的解码器。经缓冲的数据然后分别利用视频和音频解码器14、16进行解码并提供到终端91、92。因此，各帧沿正向的方向被顺利解码。

然而，当需要反向播放时，图1A中所示的系统不能对预测编码的数据有效地进行解码。如在图1B中所示，在正向播放的过程中，在环形缓冲存储器7中的，各新的图像组(GOPn)，先前已经写在读出的图象帧上。然而，当期望按照反向模式操作时，读指针RP反向并开始沿朝向写指针WP的方向读取图象帧。在写指针WP已经写入(或行进经过)要反向重现的该组图像的一部分上时(如在GOP1的情况下)，为对预测编码的数据进行解码，在环形缓冲存储器中存储的图像帧的数量就变得不充分了。结果，相对于现有技术的装置不能成功地进行反向重现。

有鉴于此，本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题而提供一种系统控制器，其能充分保证在反向重现的过程中，在环形缓冲存储器中存有足够数量的图象帧。随着数据由存储器中被读出，将新的数据写入到先前读出数据被存储的区域中。该系统控制器，禁止在先前读取数据的区域内重写新的数据，以便为反向重现，在存储器中保存足够数量的图像帧数据。因此，本发明的优点在于，能沿正反两个方向，高效高质量地重现图像。

本发明提供了一种用于对记录介质上记录的由各组图像预测编码的图象帧数据进行解码的装置，包含：

重现装置，用于从所述记录介质重现所述图象帧数据；

存储装置，用于存储由所述记录介质重现的所述各组图像的所述图象帧数据；

解码装置，用于对预测编码的所述图象帧进行解码；

第一控制装置，用于使所述存储装置向所述解码装置输出所述图象帧数据以及用于使所述存储装置存储图象帧数据，其是在由先前读出的数据所占用的部分所述存储器中存储；包含读指针装置，用于增量现时由存储器装置读出的图象帧数据的存储器地址，以及写指针装置，用于对由所述记录介质重现的图象帧数据的存储器地址增量，该图象帧数据正被写在先前从存储装置读出的图象帧数据范围；

第二控制装置，用于禁止所述图象帧数据，其来自现时由所述存储装置读出的有关组图像的重写数据；包含写一禁止指针装置，用于存储划分现时由存储装置读出的所述有关组图像的数据起始的一存储器地址，使第二控制装置禁止在由写一禁止指针装置指示的存储器地址以外范围所述第一控制装置进行写操作。

本发明提供了一种用于对在记录介质上以成组图像预测编码的图象帧数据进行解码的方法，包含有步骤：

由所述记录介质重现图象帧数据；

对由在存储器中的所述存储介质重现的所述成组图像的所述图象帧数据进行写操作；

响应来自解码器的请求，读出写在所述存储器中的所述的图象帧数据；

对由所述存储器读出的所述图象帧数据进行解码；

在正向重放时，将读指针增量到指向图象帧数据的所述存储器的地址，该数据是正在从存储器中读出的数据；和在所述正向重现时要写入图象帧数据的情况下，使指示所述存储器地址的写指针增量；

禁止该存储器在重现的数据范围进行写入的操作，该数据为图象帧数据来自所说存储器，是正在被读出的有关组的图象；包含下列子步骤：使写一禁止指针行进到指示在所述正向重现时由所述存储器作为图象帧数据现时正读出的所述图像中有关一组图像的起始的所述存储器的地址；通过禁止写指针行进到在所述存储器中的写一禁止指针之外，防止图象帧数据重写现时读出的所述有关组图像的数据；当开始反向重现时，使写指针重新定位到由所述存储器作为图象帧数据现时正读出的有关一组图像的终点；和使读指针定位到在所述反向重现时，指向由所述存储器现时正读出的图象帧数据的所述存储器地址。

通过参考各个附图进行的如下详细介绍，将易于对本发明做出更完整的评价以及了解很多附带的优点。

附图简要说明

图1A是表示数据解码装置的方框图；

图1B是描述怎样使用写和读指针的环形缓冲存储器的概念性的示意图；

图2是表示拾取装置重现位置转移方式的示意图；

图3是表示本发明的数据解码装置的方框图；以及

图4A到4E用于表示本发明的写和读指针控制方式。

下面参阅附图3来说明本发明的数据解码装置，附图中对相同或相应的部件使用了相同的标号。

本发明可适用于，采用反向重现方式的任何数据解码装置，不过对于重现预测编码的图象帧(picture frame)的数据解码装置更为有利。如上所述，根据MPEG标准，压缩预测编码的图象帧。通过将目标图象帧数据与另外的图象帧数据相比较，减去存在于目标图象帧中的预测数据，因此，为了进行解码需要大量的经编码的图象帧。

MPEG图象帧由光盘1重现，并作为数据以成组图像存储到环形缓冲存储器7中(图4A-4E)。环形缓冲器控制器6根据来自视频和音频解码器14、16的代码请求，通过禁止由拾取装置2接收数据而使数据输出，从而控制向环形缓冲存储器输入和由其输出。环形缓冲控制器使拾取装置(经过磁迹转移判断电路18和跟踪伺服电路17)转移到由扇区检测器4和ECC电路5所指示的相应的扇区。多路数据分离器8由数据中取出标题，以便确定该数据是视频数据还是音频数据，并控制开关10，以便将该数据正确输出到视频或音频代码缓冲器13、15。经缓冲的数据按照由解码器设定的速率，输出到视频和音频解码器14、16并且对预测编码的数据进行解码。

本发明提供的一种系统控制器21，其调节环形缓冲器控制器6的运行。当数据由环形缓冲存储器7输出(读出)时，环形缓冲器控制器允许在环形缓冲存储器先前读出数据的范围输入(写入)数据。系统控制器21确定输入到环形缓冲存储器的数据可以重写到先前读数据的范围，以保证存有足够数量的帧数据，沿反向成功地进行解码。

下面参照图4A-4E，说明本发明操作的一个实例。在正向重现期间，环形缓冲器控制器使环形缓冲存储器存满成组图像(GOP1、GOP2和GOP3)的数据，如图4A所示。环形缓冲器控制器利用写指针WP保持跟踪该最后记录的帧的位置，该指针随着每帧数据写入到环形缓冲存储器而行进。由于环形缓冲存储器逻辑上是按照连续的环路构成，使缓冲器的始端连接到缓冲器的终端，在数据写入到最后的缓冲器的实际地址以后，写指针WP行进到缓冲器的始端。图4A描述的情况是缓冲器几乎被存满并且写指针WP指示出新数据(COPn)即将重写第一组图像GOP1。

与此同时，视频和音频解码器14、16向环形缓冲器控制器6发出代码请求信号，请求由环形缓冲存储器7输出(读出)数据。当数据输出时，环形缓冲器控制器使读指针RP沿着该组图像行进，如图4A所示，从而可以重写先前读出的数据。

回顾在图1A中所描述的，该环形缓冲器控制器6被允许在先前读出的图像GOPl的范围内连续写入新的图像组GOPn。由于第一组图像GOP1还正在由环形缓冲存储器(由读指针RP指示)读出，从而存在问题。在反向重现的过程中，在这一点上，GOP1各图像沿顺时针方向读出(即与读指针RP所示的方向相反)以及由于环形缓冲器控制器6已允许重写第一组图像GOP1中的一部分，故不能得到足够数量的图象帧。

在正向重现模式过程中，倘若突然希望反向重现，本发明的系统控制器21，在环形缓冲存储器中，维持有足够数量的图象帧(pictureframes)。在该优选实施例中，写一禁止指针SP由系统控制器21指定到现时正在读出的该组图像(即图4A中的GOP1)的前沿。写一禁止指针SP指示，环形缓冲器控制器写操作不应行进超过与写一禁止指针SP相对应的地址。在沿正向读出一组图像GOP1时，如起动反向重现，那么先前读出的GOP1部分被保存在环形缓冲存储器中并可以得到足够数量的图像数据。

为了按正向模式连续重现，当第一组图像GOP1已经完全读出时，系统控制器21使写一禁止指针SP行进到下一组图像GOP2的前沿，如图4B所示。这时，环形缓冲器控制器在第一组图像GOP1的范围内写入新的一组图像GOPn，如图4C所示。如前所述，写一禁止指针SP防止环形缓冲器在现时读出的该组图像(GOP2)的范围内继续进行写操作，以及为了反向重现，而在该缓冲器保存了足够数量的图象帧。

在该优选实施例中，写一禁止指针SP行进到每组图像的始端，因此，为了反向重现而在存储器中维持了整组的图像。然而，写一禁止指针SP可以定位在任何位置，只要在反向重现模式下重现图象帧时，在存储器中有足够数量的数据就可。这导致为存储先前读出的数据所需的存储器的数量降至最少提供了灵活性。

当在正向重现以后突然起动反向重现模式时，环形缓冲器控制器6使数据能沿反向由环形缓冲存储器7读出(如由在图4D中的读指针RP的顺时针方向所示)。这时，写指针WP由系统控制器21重新定位到第二组图像GOP2的终端(end)。然后环形缓冲器控制器由光盘沿反向进行图象帧的重现，因此按递降的顺序将各组图像写入环形缓冲存储器中。

当第二组图像GOP2沿反向由环形缓冲存储器7结束读出时(图4D)，读指针RP将行进到第一组图像GOP1的终端(end)并且写一禁止指针SP重新定位在下一组图像的始端(即图4E中的GOP1)。一直到写指针完整循环到达如图4C中所示的写禁止指针SP为止，沿反向对环形缓冲存储器的写操作将继续进行，以便存满环形缓冲存储器。当沿正向时，仅在最后(last)一组图像完全由环形缓冲存储器读出之后，写一禁止指针SP才行进。因此，写一禁止指针还用来保证现时读出的一组图像的图象帧不会由于反向模式的写操作而被重写。

当反向重现结束和正向重现重新起动时，读指针RP反向，再次沿顺时针方向行进。由于写一禁止指针禁止先前读出的各帧沿反向被重写，故当重新开始正向重现时，对于重现会有足够数量的帧。这时，写指针WP重新定位在该组图像COP0的始端，写操作将GOP0用下一组图像进行重写。因此，沿正向重新平稳地进行读操作而没有任何停顿。

利用由本发明所述的配置，特别是为了对MPEG图像解码，对于正向和反向重现两种模式，在环形缓冲存储器中维持足够数量的图象帧。虽然，本发明特别适用于对MPEG图象帧进行解码，然而本发明还可应用到使用反向重现的任何解码装置。当然，本发明并不局限于由光盘重现数据，还适用于由其它类型的记录介质重现数据。因此，应当理解，在本发明的权利要求范围内可以考虑对本发明提出很多改进和变化，本发明可以按与本文详细介绍另外的方式实施。

Claims (4)

1、一种用于对记录介质上记录的由各组图像预测编码的图象帧数据进行解码的装置，包含：

重现装置，用于从所述记录介质重现所述图象帧数据；

存储装置，用于存储由所述记录介质重现的所述各组图像的所述图象帧数据；

解码装置，用于对预测编码的所述图象帧进行解码；

第一控制装置，用于使所述存储装置向所述解码装置输出所述图象帧数据以及用于使所述存储装置存储图象帧数据，其是在由先前读出的数据所占用的部分所述存储器中存储；包含读指针装置，用于增量现时由存储器装置读出的图象帧数据的存储器地址，以及写指针装置，用于对由所述记录介质重现的图象帧数据的存储器地址增量，该图象帧数据正被写在先前从存储装置读出的图象帧数据范围；

第二控制装置，用于禁止所述图象帧数据，其来自现时由所述存储装置读出的有关组图像的重写数据；包含写一禁止指针装置，用于存储划分现时由存储装置读出的所述有关组图像的数据起始的一存储器地址，使第二控制装置禁止在由写一禁止指针装置指示的存储器地址以外范围所述第一控制装置进行写操作。

2、根据权利要求1所述的解码装置，其中的存储器装置是一种环形缓冲存储器。

3、一种用于对在记录介质上以成组图像预测编码的图象帧数据进行解码的方法，包含的步骤是：

由所述记录介质重现图象帧数据；

对由在存储器中的所述存储介质重现的所述成组图像的所述图象帧数据进行写操作；

响应来自解码器的请求，读出写在所述存储器中的所述的图象帧数据；

对由所述存储器读出的所述图象帧数据进行解码；

在正向重放时，将读指针增量到指向图象帧数据的所述存储器的地址，该数据是正在从存储器中读出的数据；和在所述正向重现时要写入图象帧数据的情况下，使指示所述存储器地址的写指针增量；

禁止该存储器在重现的数据范围进行写入的操作，该数据为图象帧数据来自所说存储器，是正在被读出的有关组的图象；包含下列子步骤：使写一禁止指针行进到指示在所述正向重现时由所述存储器作为图象帧数据现时正读出的所述图像中有关一组图像的起始的所述存储器的地址；通过禁止写指针行进到在所述存储器中的写一禁止指针之外，防止图象帧数据重写现时读出的所述有关组图像的数据；当开始反向重现时，使写指针重新定位到由所述存储器作为图象帧数据现时正读出的有关一组图像的终点；和使读指针定位到在所述反向重现时，指向由所述存储器现时正读出的图象帧数据的所述存储器地址。

4、根据权利要求3所述的解码方法，其中，包含的步骤是：

禁止写指针行进到在所述反向重现时的写禁止指针之外。

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