CN1091921C - 数据再现的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种从记录媒体通过光读出记录信号实现再现数据的方法和装置。一个编码数据解码单元4从光盘1读出的数据中分离出标题数据。该标题数据信息被送到控制器6。控制器计算允许数据再现的读出数据量的值，确定编码数据的读出模式并控制数据从编码数据解码单元4向解码器5传送。为了可变长度编码数据的特殊再现，一种最佳读出模式从编码数据中被部分选择而不会导致向解码器的数据供给陷入无序。

Description

数据再现的方法和装置
                      发明领域
本发明涉及一种用于从记录媒体中通过光读出记录信号来重现数据的方法和装置。
                      背景技术
由于运动图像数据信息需要极大的容量，所以为了将信息延长记录一个时间段，那些用来以高效编码方式对图像信号编码的装置，记录编码信号的装置，记录信号的读出装置以及以高效方式对读出信号解码的装置成为必不可少的装置。为了满足这些要求，就需要能够利用图像信号的相互关系的高效率编码系统。MPEG(运动图形专家组)系统就是这种高效编码系统中的一种。
使用MPEG系统，为了有效地对图像信号编码，使用帧间关系来发现图像信号的图像帧之间的区别以减少沿时间轴的冗余，随后利用行关系执行诸如离散余弦变换(DCT)的处理，以减少沿空间轴的冗余。
使用MPEG系统，为了对用于数据压缩的图像的信号编码，各个帧图像被处理成内部编码图像(I-图像)，预测编码图像(P-图像)或者双向预测编码图像(B-图像)。
如果一个用来光记录/再现编码图像信号的光盘被用作一个记录编码图像信号的记录媒体，则一个用来读出和再现记录在该光盘上的信号的数据再现装置使用一光拾取器以光读出信号。这个光拾取器有激光输出装置，例如该装置以激光二极管的形式存在，该装置用来在光盘上将激光输出装置发出一激光束聚光和照射并接收从光盘反射来的光以检测RF信号。RF信号被处理并转换成二值信号以产生编码数据。
为了对编码数据进行解码，一个可变长度的解码器解码和解量化(dequantizes)该编码数据。该解码数据被进一步反离散余弦(DCT)变换以产生被解码的帧图像数据。运用与每个图像相关的运动补偿处理解码数据并产生的图像数据在帧基础上被顺序输出。
当需要在预置时刻输出和显示定量数据时，如上述运动图像数据的情况，需要将所需量的数据发送到解码器以在预置时间间隔内完成解码。但是，如果图像数据被可变长度地解码，编码数据的传送率可能瞬时变成高于平均传送率。然而，图像数据被编码从而使得即使该数据以普通方式被再现，解码器的解码操作也不会陷入无序。在这种情况下，数据再现装置也被同样设计以使它信号处理过程不陷入无序。
同时，由于上述数据再现装置被配置成用于执行普通数据再现操作，如果该数据再现装置随机执行一次特殊重放操作，例如一次读出任意地可变编码图像数据，则编码数据的供给可能陷入无序。
特别是，如果大量编码数据被连续供给解码器，编码数据的平均传送率就会增加。另一方面，如果数据从作为记录媒体的光盘的记录区域的离散区读出以供给解码器，则需要数据查找时间。在这种情况下，诸如信号解码的信号处理过程将陷入无序。
此外，由于规定详细数据信息的识别信息没有包括在当前水平的编码数据配置中，所以不可能用数据再现装置执行灵活而特殊的再现。特别是，为了在反方向上借助于这种特殊再现读编码数据，目前只有I—图像的帧图像数据的变速再现是可行的。
                    发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种数据再现的方法和装置，它在处理编码数据的过程中不会陷入无序并且能够执行灵活而特殊的再现。
一方面，本发明提供了一种数据再现装置，该数据再现装置包括：
读出装置，用来从一个记录媒体读出标题信息和后继于所述标题信息的编码数据；
分析装置，用来分析所述标题信息；
控制装置，用来响应于所述分析装置的输出和数据再现条件来控制所述编码数据的读出；
解码装置，用来对读出的编码数据解码；以及
输出装置，用来输出解码数据；
其中，所述控制装置包括：
产生装置，用来根据数据再现速度和/或数据再现方向产生可读数据量；
检测装置，用来从标题信息中检测编码数据类别和数量；及
确定装置，用来从与检测装置的检测输出相应的可读数据中确定将被读出的编码数据。
最好，标题信息和后继于标题信息的编码数据在预置单元中被分组。
最好，编码数据至少包括图像内编码数据和正向预测编码数据。
最好，编码数据进一步包括双向预测编码数据。
最好，所述确定装置包括用来存储多种编码数据读出模式的存储装置，以及用来选择一种与检测装置的检测输出相对应的读出模式的选择装置。
最好，解码装置可以有选择地对图像内编码数据和正向预测编码数据进行解码。
另一方面，本发明提供了一种数据再现方法，该方法包含以下步骤：
从一个记录媒体读出标题信息和后继于标题信息的编码数据；
分析所述标题信息；
响应于所述编码数据的结构和数据再现条件来控制所述编码数据的读出；
对读出的编码数据进行解码；以及
输出解码数据，
其中，控制所述编码数据的读出的步骤包括下列子步骤：
根据数据再现速度和/或数据再现方向产生可读数据量；
从标题信息中检测编码数据的类别和数量；及
响应于所述检测装置的检测输出从可读数据中确定要读出的编码数据。
依据本发明，由多个帧和作为编码数据附加信息标题信息组成的编码数据被信号读出装置顺序读出，编码数据和标题信息通过数据解码装置相互分开，数据解码装置利用分隔开的标题信息读出编码数据一种模式并在控制装置的控制下将其顺序传送到解码装置，不会扰乱数据供给的最佳特殊再现模式可在部分单元中被选定。
利用一种能对帧内编码图像，正向预测编码图像和双向预测编码图像进行编码的高效编码方法产生编码数据。在一个由多个帧图像信息的编码数据和编码数据的附加信息组成的块单元中存在至少一个帧内编码图像。为执行运动图像数据的特殊再现，标题信息在块基础上至少表示相应帧中编码数据的类型和数量。
另一方面，利用标题信息计算基于块的编码数据的数据量，选择一种具有一个慢于解码装置解码速度的传送速度的编码数据模式，并且从编码数据解码装置向执行特殊再现所需的解码器发送块单元中的部分或全部编码数据。
总之，在依据本发明的数据再现设备中，在执行可变长度编码数据的特殊再现时，最佳读出模式从编码数据中被部分选择而不扰乱向解码装置的数据供给。由于数据结构在发送到解码装置之前是被控制的，故它被传送给解码装置并只读出数据再现所需的数据，从而降低了数据传送速度。此外，由于选定了再现数据读出模式，从而阻止了除由于不规则错误引起的混乱以外的数据再现的混乱。
利用一种能对帧内编码图像，正向预测编码图像和双向预测编码图像进行编码的高效编码方法产生编码数据。在一个由多个帧图像信息的编码数据和编码数据的附加信息组成的块单元中存在至少一个帧内编码图像。为了执行运动图像数据的特殊再现，标题信息在块基础上至少表示相应帧中编码数据的类型和数量。从而，在反方向上执行由正向预测编码图像和双向预测编码图像构成的编码数据的变速再现时，最佳读出模式从编码数据中被部分选择而不扰乱向解码装置的数据供给。由于只有最少量的用于反方向变速再现的编码数据能被传送到解码装置，所以在解码装置中存储器容量可被压缩到一个最小值。
控制器利用标题信息计算块单元的编码数据的数据量，选择一种具有一个慢于解码装置解码速度的传送速度的模式，并且从编码数据解码装置向解码器发送块单元中的部分或全部编码数据。由于在这种方式中特殊定速再现所需的编码数据的大小可以被预先设定，从而优化了诸如由解码器显示图像的插入的解码功能。
                   附图说明
图1用示意图显示了本发明的数据再现设备的结构。
图2是表示编码数据结构的示意图。
图3是说明本发明数据再现方法的数据读出顺序的流程图。
图4是表示一个被编码的码串。
图5表示一个反方向三倍速度再现所显示的编码码串。
               优选实施方式
再参照附图，详细说明本发明的最佳实施例。图1用示意图显示了本发明的数据再现设备的结构。
本数据再现设备中所使用的记录媒体是一个能从其中光再现信号的盘状媒体，特别是光盘。
该数据再现设备包括一个信号读出单元10，该单元由一个光盘1，一个使光盘旋转的主轴马达2和一个用来从光盘1光读出信号的光拾取器3组成。数据再现设备还包括一个用来对来自信号读出单元10的编码数据串解码的编码数据解码单元4以及一个用来对基于帧的编码数据解码的解码器。数据再现设备还包括一个用来控制信号读出单元10、编码数据解码单元4和解码器5和控制器6。
以内部编码图像(I-图像)，预测编码图像(P-图像)或者双向预测编码图像(B-图像)形式存在的运动图像的各个帧的编码数据被记录在光盘1上。
为实现数据再现，信号读出单元10中的光盘1在控制器6的控制下通过主轴马达2旋转。从激光输出装置，例如光拾取器3的一个激光二极管，发出的激光被聚光并照射到光盘1上，而从光盘1反射的激光被接收以再现RF信号。
RF信号做失真校正并转换成双值信号以校正错误，而且该信号作为编码数据被发送到编码数据解码单元4。
编码数据解码单元4以控制器6的控制信号为基础对来自信号读出单元10的编码数据串进行解码。
下面参照附图2说明送到编码数据解码单元4的编码数据串的结构。
图2的上部表示了一个从光盘1读出的信号的编码数据串。该编码数据串由一个初始信息域TOD和多个图像集GD组成，每个图像集GD由其中至少包括一个I-图像的多个图像构成。初始信息域TOD是一个包含各种初始化数据的区域。在初始化信息域TOD中，记录着能被顺序地连续读的图像集GD的地址信息。借助于这些地址信息，能对图像集GD1，GD2，GD3......进行直接存取。
图2的中间部分表示了图像集GD的结构，图像集GD由标题数据HD和多个图像的编码数据构成。图2的下部表示了在标题数据HD中所记录的包括在标题数据HD所涉及的图像集GD中的各个图像的编码类型和顺序以及数据长度。
编码数据解码单元4在将各个图像的编码数据发送到解码器5的同时，将从编码数据串解码得到的标题数据HD信息发送到控制器6。控制器6利用到达这里的标题数据HD信息，向解码器5输出对各个图像解码的控制信号。解码器5则对各个图像的编码数据解码以再现图像信号。再现图像信号通过一个输出端7被输出到一个图中未示的外部显示设备。
请参照图3详细说明本发明的数据再现方法的数据读出顺序。
这个流程图表示了以N-元组速度(N-TUPLE SPEED)在反方向上再现第X个图像集GDX的特殊再现顺序，其中X为一个整数，N为一个自然数。
每个图像集GD中的标题数据HD信息被存储在图1所示的编码数据解码单元4中。控制器6能偶尔从编码数据解码单元4中取标题数据HD信息。
此外，编码数据解码单元4能够从每个图像集GD或一个规定位置开始对读出的数据量计数并建立读出数据量。这使得控制器6能引起编码数据解码单元4的操作中断以减轻控制器6的负荷。
在步骤S1，控制器6参考初始信息域TOD的预读数据以确定第X个图像集GDX的初始地址值。控制器6还向信号读出单元10输出一个与检测到的地址值相应的运动控制信号以将光拾取器3移动到光盘1上的图像集GDX的首地址。
在步骤S2，从其首端正向读图像集GDX的数据以便将其读入编码数据解码单元4。
在步骤S3，判断图像集GDX的标题数据HD是否被全部读入编码数据解码单元4。如果标题数据以这种方式全部读入，程序转到步骤S4，在那里标题数据HD被送到控制器6，控制器6开始分析该标题数据。此时，编码数据解码单元4继续对编码图像数据进行数据阅读操作。
在步骤S5，控制器6从标题数据HD信息读出图像集GDX的各个图像的数据长度和图像结构，同时计算进行N-元组速度数据再现时能够读出的数据量的上限值。控制器6还从包含在可读数据量中的图像结构确定N一元组速度数据再现的最佳读出模式，并输出一个仅将所需数据发送到解码器5的控制信号。这使得解码器5开始只读存在编码数据解码单元4中的各个图像的数据中的所需的数据。
在步骤S6，控制器6判断所需数据是否被全部读出。如果所需数据被全部读出。程序转回到步骤S1以开始下一个图像集GDX+1的控制。应当注意的是，控制器6中的与解码器5中的信号处理过程相关的处理过程，例如解码，是和步骤S1-S6的信号处理过程同时执行的。
在步骤S5的处理过程中，用于N-元组速度数据再现的最佳读出模式可用各种不同的方法来确定，例如在控制器6中放置多个用于N-元组速度数据再现的控制模型并选择一种最佳控制模型。
下面详细说明用上述数据再现方法以三倍速度在反方向上执行第一和第二图像集GD1和GD2的再现数据的再现顺序。
图4表示了一个构成图像集GD1和GD2的多个图像或帧的编码数据串。在图4中，加在各个图像上的数字表示各个帧的显示顺序。
为便于说明，假定图像集GD1和GD2中同一类型的图像具有相同的数据量。特别是，假定图像集GD1和GD2中的I-，P-和B-图像具有表1所示的各数据量，并且在表2所示的读出时间内被读入解码器5。
                      表1
    GD1(千字节)     GD2(千字节)
    I     200     50
    P     80     20
    B     40     10
               表2
    GD1(毫秒)     GD2(毫秒)
    I     80     20
    P     32     8
    B     16     4
如果可能的倍速是N，图像集GD的普通重放所需的时间是M，并且数据读出时间是P，则倍速N用下列等式(1)表示：
       N＝M/P                       …(1)
从而，如果图像集GD的普通重放所需的时间是500毫秒，则图像集GD1和GD2的部分数据读出模式，该读出模式下的读出时间以及该读出时间下的倍速如表3所示：
                   表3
    读出模式     GD1     GD2
读出时间毫秒    可能的倍速 读出时间毫秒 可能的倍速
(a)I     80     6.25     20   25
(b)I，B，B，P     144     3.47     36   13.8
(c)I，B，B，P，B，B，P     208     2.40     52   9.61
(d)I，B，B，P，B，B，P，B，B，P     272     1.83     68   7.35
(e)I，B，B，P，B，B，P，B，B，P，B，B，P     336     1.48     84   5.95
(f)I，B，B，P，B，B，P，B，B，P，B，B，P，B，B     400     1.25     100   5
在表3中，没有考虑数据查找时间，其原因是本发明的要点在于利用控制器6通过分析图像集GD中作为编码的图像结构和数据量并根据分析结果改变解码器5中的数据读出的方法和控制来实现特殊的自适应数据再现。
为了以三倍速度在反方向上实现数据再现，假设以用于三个图像的一个图像的平均显示速度，从图像集GD2中的图像30P向图像集GD1中的图像的1B进行图像显示。
作为编码数据的特性，图像集GD中的各个图像的解码和显示顺序能被较大程度地改变。
也就是说，I-图像是一个能被自身数据单独解码的图像，P-图像是能利用一个单独的暂时在前的I-图像或P-图像来解码的图像。另一方面，B-图像是能利用两个暂时在前解码的I-图像或B-图像来解码的图像。应该注意的是，B-图像解码所需的两个图像中的一个由暂时显示在B-图像之后的帧图像数据构成。
例如，为了对图像集GD2中的图像25B解码，图像24P和27P应被预先解码，而在对图像24P和27P解码之前，应预先解码图像18I和21P。即在向解码器5传送的数据没有陷入无序的情况下，必须执行解码和图像显示。
控制器6指定初始信息域TOD中的预读数据以确定图像集GD2的首地址值。控制器6还向信号读出单元10输出一个来自该地址值的运动控制信号以将光拾取器3移到光盘1上的图像集GD2的首地址以从正方向首端读出图像集GD2的数据。图像集GD2的读出数据被连续传送到编码数据解码单元4。在读出的同时，图像集GD2的标题数据HD被送到控制器6。根据图像集GD2的标题数据HD信息，控制器6检测图像集GD2的数据长度、编码数据的类别和数量并计算在三倍速度再现时不会产生无序的可读数据量。
特别是，利用等式(1)，确定了能用表3所示的全部读出模式(a)到(f)读编码数据。所以，控制器6选择了能读全部编码数据并能在相等时间间隔显示帧图像的读出模式(f)，从而控制解码器5。这导致图像集GD2所有的编码数据从编码数据解码单元4传送到解码器5。所以传到解码器5的编码数据被解码使得图像30P，27P，24P，21P和18I的各个帧信息的编码数据被解码并从反方向上在相等时间间隔显示这些帧图像。
对图像集GD1执行相似操作。即控制器6根据图像集GD1的标题数据HD信息计算可读数据量并确定表3所示的读出模式(a)或(b)可读。从而控制器6选择了能显示多个图像的帧图像数据的读出模式(b)并控制解码器5。这导致图像3I，1B，2B和6P的帧图像信息的编码数据从编码数据解码单元4传送到解码器5。传到解码器5的编码数据被解码并且图像6P的帧图像被连续不断地显示两次，而图像3I的帧图像被连续不断地显示三次。

Claims (12)

1.一种数据再现装置，包括：
读出装置，用来从一个记录媒体读出标题信息和后继于所述标题信息的编码数据；
分析装置，用来分析所述标题信息；
控制装置，用来响应于所述分析装置的输出和数据再现条件来控制所述编码数据的读出；
解码装置，用来对读出的编码数据解码；以及
输出装置，用来输出解码数据；
其中，所述控制装置包括：
产生装置，用来根据数据再现速度和/或数据再现方向产生可读数据量；
检测装置，用来从标题信息中检测编码数据类别和数量；及
确定装置，用来从与检测装置的检测输出相应的可读数据中确定将被读出的编码数据。
2.根据权利要求1所述的数据再现装置，其中，标题信息和后继于标题信息的编码数据在预置单元中被分组。
3.根据权利要求2所述的数据再现装置，其中，编码数据至少包括图像内编码数据和正向预测编码数据。
4.根据权利要求3所述的数据再现装置，其中，编码数据进一步包括双向预测编码数据。
5.根据权利要求1所述的数据再现装置，其中，所述确定装置包括用来存储多种编码数据读出模式的存储装置，以及用来选择一种与检测装置的检测输出相对应的读出模式的选择装置。
6.根据权利要求1所述的数据再现装置，其中，解码装置可以有选择地对图像内编码数据和正向预测编码数据进行解码。
7.一种数据再现方法，包含以下步骤：
从一个记录媒体读出标题信息和后继于标题信息的编码数据；
分析所述标题信息；
响应于所述编码数据的结构和数据再现条件来控制所述编码数据的读出；
对读出的编码数据进行解码；以及
输出解码数据，
其中，控制所述编码数据的读出的步骤包括下列子步骤：
根据数据再现速度和/或数据再现方向产生可读数据量；
从标题信息中检测编码数据的类别和数量；及
响应于所述检测步骤的检测输出从可读数据中确定要读出的编码数据。
8.根据权利要求7所述的数据再现方法，其中，标题信息和后继于标题信息的编码数据在预置单元中被分组。
9.根据权利要求8所述的数据再现方法，其中，编码数据至少包括一个图像内编码数据和正向预测编码数据。
10.根据权利要求9所述的数据再现方法，其中，编码数据进一步包括双向预测编码数据。
11.根据权利要求7所述的数据再现方法，其中，确定将被读出的编码数据的步骤包括一个响应所述检测输出选择的预存读出模式的子步骤。
12.根据权利要求7所述的数据再现方法，其中，解码步骤包括选择将被解码的图像内编码数据和正向预测编码数据的子步骤。
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