CN1110202C - 在影片放映装置中产生快速搜索的图象顺序的装置及方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用来在一影片放映装置(10，40)中对一快速搜索操作产生图象顺序的装置及其方法。该影片的各个图象的视频数据以数字编码形式存储在一存储单元(11，41)中。该方法包括第一，该图象的视频数据以一增加的速度从该存储单元(11，41)中被读出；第二，在一译码器(18，43)中该被读出的视频数据以一增加的速度被译码；第三，仅仅特定各别图象的视频数据从被译码的视频数据中被选择并被馈送到以一正常速度操作的一编码器(21)中。

Description

在影片放映装置中产生快速搜索 的图象顺序的装置及方法

本发明涉及一种用来在影片放映装置中产生用于快速搜索操作的图象顺序的方法。当前研制出了所谓的视频点播服务(VOD)(Video-On-DemandServices)，在这种情况中一电视机的用户通过一返向通道与一视频点播服务的提供者相连接。借助这种装置，他可以请求所选择的广播和/或影片。所选择的影片随后通过一相应的数据传送通道从该VOD服务提供者传送给用户。

这种服务的用户还常常需要所谓的特技模式。这些特技模式涉及在向前方向上和在向后方向上的快速搜索、暂停功能以及慢动作功能。这些特技模式在常规录象机中已被公知。例如使用该电视机的遥控来实现对一特技模式的请求并且通过该返回通道传送给VOD服务的提供者。虽然特技模式暂停和慢动作相对地容易实施，为此它必须连续地或反复数次传送该最后的被译码的图象，但特技模式快速向前和快速后退就比较难以实施。

本发明的目的是提供适合于VOD服务提供者和影片放映装置的这种特技模式。这个目的由权利要求1来实现。该VOD服务提供者使用所谓的视频服务器来提供可选择的节目和合适的影片。一视频服务器基本上包括有一个或多个在其上存储有视频数据的硬盘。为此，例如该视频数据根据已知现有技术的MPEG标准(Moving Picture Experts Group)MPEG1或MPEG2以数字方法而被编码。

为了实现所必须的高数据压缩，按顺序的各个图象按照MPEG2标准而不同地被编码。在内部编码图象(I帧)、单向预期图象(P帧)和双向预期图象(B帧)之间形成一差别。

但是，与单向或双向预期图象相比内部编码图象在该硬盘上需要更大的存储容量。该内部编码图象可不依赖于以前或以后的图象而被译码，但是以前内部编码或单向预期图象需要被考虑到单向预期图象的译码中。以前的内部编码或单向预期图象和以后的内部编码或单向预期图象都需要被考虑到双向预期图象中。该I-、P-和B-编码图象的顺序根据MPEG1或MPEG2标准可自由地调整到一大的范围内。但是，过去的一方案已经表明是有利的，在这方案中三个单向编码图象跟随着一个内部编码图象并且在所有情况下的两个单向编码图象之间和在一内部编码图象和一单向编码图象之间存贮有二个双向编码图象。这个顺序示于图7中。这样一种包括12帧的顺序在记录期间不断地重复，典型地大约为0.5秒。

为了在图象编码情况下根据MPEG标准实现快速前进，由于大量的数据压缩的原因而不再应用这种来自模拟录象机的已知技术。因为当视频顺序编码时大部分比特需要被考虑到对该内部编码图象编码，所以一种可能的解决办法，例如，通过仅仅将该内部编码图象传送给该用户来实现将该放映速度增加12倍也会遇到某些困难。因此，如果在这样一种快速前进的情况下希望仅仅传送该内部编码图象，则因为每幅图象的比特数远高于在这些图象情况下的平均数，所以它不再可能具有可利用的广播电缆和所希望的频道数。

另外一种可能的方法将使用象该比特流一样也为了有规则的放映速度而根据MPEG标准所产生的一第二比特流，第二比特流是从一在该时域中已被二次取样的一顺序中获得的，并将所述第二比特流存储在该存储介质中。在所希望的一快速前进的状况下，可以切换到这个比特流。但是，这种方法的缺点是将使用且或许相对很少地使用额外的存贮空间。

反之，根据本发明的具有独立权利要求的特征特性的方法具有这样的优点，即上述特技模式(快速前进、快速后退、暂停和慢动作)可用一可接受的费用来实现。特别是，它可以提供一大范围的在任何所希望速度下的快速前进或快速后退。它不仅可实现所选择的个别速度诸如3倍速或12倍速，还可为5倍速、9倍速或10倍速等等。它进一步的优点是用这种方式所实现的特技模式能产生一极好的图象质量。

在独立权利要求中所指明的该方法的这些有利的发展和改进可以通过在从属权利要求中所引用的措施而成为可能。根据权利要求4的措施，被译码的一特定数量图象的视频数据被缓冲和向后二次取样，这是特别有利的。这使得该特技模式功能“快速后退”成为可能。

在权利要求8和9中引用了对于用来执行该方法的一装置的有利措施。根据权利要求10和11的方法所提供的优点在一影片放映装置(例如视盘机)中可很容易地实现。但是，它仅可用于所限定的前进和后退速度。

下面参照附图对本发明的实施例进行更为详细的说明。

图1示出了用来实现包括提供特技模式在内的VOD服务的完整装置的方框图；

图2示出了诸如视盘放映装置之类的一影片放映装置的方框图；

图3示出了用来说明本发明的该方法的示意图，其中快速前进的速度是一被增长到2倍的放映速度；

图4示出了用来说明本发明的该方法的示意图，其中快速前进的速度是一被增长到4倍的放映速度；

图5示出了用来说明本发明的该方法的示意图，其中快速前进的速度是一被增长到12倍的放映速度；

图6示出了一影片放映装置的第二实施例的方框图；

图7是现有技术中已知的不同编码图象的顺序的示意图；

在图1中，标号10表示为了实现根据本发明的方法该VOD服务提供者所需的所有部件。下面将更为详细的说明这些部件。标号26表示一电视机。它们由不同用户来使用。标号25表示译码单元，它更为熟知的名称是：“顶部盒(Set-top box)”。标号27表示从该VOD服务提供者传送到各个用户的数据通道。标号28同样表示数据通道。这些数据通道以相反的方向从各个用户向该VOD服务提供者传送数据。在以下的说明中，数据通道27称之为正向通道而数据通道28称之为返向通道。标号24表示一转换矩阵。该转换矩阵在呈现在输入端的各个数据通道13和连接在输出端的数据通道27之间进行转换。因而该转换矩阵24对应于例如在已知技术中已充分被了解的变化。一ISDM转换矩阵作为一例子而被引用。

标号11表示具有一很大容量的硬盘。所提供的各个电视节目和/或电视影片被存储在这些硬盘之中。在这种情况中，多个影片和/或节目被存储在一个硬盘中。在所示的该实施例中，在每一硬盘中存储有7个不同的节目和/或电视影片。各个硬盘的数据传送速率非常高，在经过一时分多路复用过程之后，硬盘11使得所提供的影片和/或节目的数据被多路分配器12所利用。该多路分配器被设计成这样一种方式，即它们每个都将输入端上所出现的数据及时地分配到正确数据通道13的正确位置上。当然，通过这种方式相同数据还可提供给多个数据通道13。各个数据通道被组合地表示于图1并且终止在一并行总线中。但是，这仅仅用于简单的说明。该各个数据通道仍单独地存在并且可单独地通过该转换矩阵24。

一并行或串行总线14从该转换矩阵24通向控制单元17。并行总线14包括有各个返向通道28。因此该用户的服务请求到达控制单元17。根据到来的请求，控制单元17通过一串行总线22控制该转换矩阵24，特别是，它所要通知转换矩阵24的就是哪个数据通道27将同哪个数据通道13相连。

为了实现特技模式，一特殊数据线15被连接到各个多路分配器12。这些数据线15通向一多路转换器16。该多路转换器16的输出与一译码器18相连。如果根据MPEG标准将该数据存储在硬盘11中，则译码器18同样是一MPEG译码器。但是，在该串行总线22的控制下，该译码器具有特定的功能，即在正常放映模式中它的工作速度高于编码单元25。这在下面将作更为广泛的讨论。标号19表示一二次取样单元。它包括有一缓冲器20。该二次取样单元19也通过串行总线22由控制单元17控制。对于这部分，二次取样单元19被连接到编码装置21。该编码单元21根据MPEG1或2标准操作。但是在正常放映模式中，它是以与译码单元25的操作速度相同的速度来操作。以这种方式被编码的数据通过另外一数据通道23被馈送到转换矩阵24。

另外，硬盘11以及多路分配器12和多路转换器16通过串行或并行总线22而被控制。

下面结合图3讨论根据图1的该装置的操作方法。图3示出了这样的情况，即VOD服务的用户之一通过指定给他的返向通道28向控制单元17传送用来快速搜索(向前)的请求。特别是，该请求是涉及以二倍的正常放映操作速度使传送给他的影片快速向前。在该控制单元17中一旦接收到这个请求，则控制单元17指示在其上存储有所希望的节目的硬盘11，从该硬盘中以二倍速度读出该节目。它还指示指定给该硬盘的多路分配器12将相应节目的数据或影片传送到数据线15而不是传送到前面所指定的数据线13。控制单元17还指示多路转换器16将在数据通道15上高速读出的相应数据馈送到译码装置18。另外，控制单元17指示译码单元18以二倍的正常放映操作速度去处理当前的数据。例如，通过利用使该译码器的时钟频率增加到二倍来实现使译码器18的操作速度增加到二倍。控制单元17还向二次取样单元19传送另一个指令。这个指令通知二次取样单元19仅仅在它的输入端上出现来器被译码的视频数据的每第二幅图象的情况下才将其转送到编码装置21。所出现的所有其它的视频数据则被压缩。控制单元17还使用一另外的指令通知编码装置21必须随后对视频数据进行编码。

控制单元17的另一个指令被送到转换矩阵。这个指令用来通知该转换矩阵24现在接收来自数据通道23的用户所请求的特技模式(二倍速度快速前进)的数据。

从所选择的硬盘11以双倍速度读出的视频数据要求该硬盘和相应到多路分配器的数据传送线还要具有自由的数据传送容量。

在图3的上部示出了来自相应硬盘11的以二倍速率读出的视频数据的顺序。这些视频数据在译码单元18中全部被译码。其结果，在译码单元18的输出端产生被译码的视频数据。在所有的情况下每幅图象呈现相同的数据容量。在所有的情况下仅仅每第二幅图象从二次取样单元被转送到编码单元21。编码装置21仅对被转送的视频数据编码。这是根据MPEG标准来执行的。在编码装置21的输出端上所呈现的顺序与图7所示的被编码图象的顺序相同。在图3的下部示出了该顺序。

图4涉及这样一种情况，即VOD服务的用户期望以四倍于正常放映模式速度进行快速前进操作。相应于所选择节目的视频数据以该速度的四倍速度自该硬盘中读出。在译码单元18中同样以该速度的四倍速度被译码。在二次取样单元21中，仅仅每第4幅被译码的图象被传送给编码单元21。编码单元21对所呈现的图象再次以正常放映速度编码。图象顺序的结果示于图4的下面部分。

图5涉及这样的情况，即VOD服务的用户请求以12倍的放映速度进行一前进操作。在这种情况中，相应视频数据以12倍于该速度的速度从硬盘中读出并且由译码单元18以12倍于该速度的速度译码。在二次取样单元19中，仅仅每第12幅图象被选择并被转送到编码单元21。图象的顺序结果同样示于图5的下部。当然，所述的方法还可应用在图7中所示的不同图象顺序中。

为了实现特技模式快速后退，在二次取样单元19中提供了一缓冲器20。以三倍于正常放映的放映速度操作的快速后退特技模式有如下的功能：在该视频数据存储在该硬盘的预置条件下具有图7所示的图象顺序。在该快速后退模式中，12幅连续图象的视频数据以三倍于该速度的速度不断地从硬盘中读出并且以三倍于该速度的速度由该译码单元18译码。所有12幅连续图象的被译码的视频数据随后被送到该缓冲器20中。每第三幅图象的视频数据(从最后被译码的该视频数据的终端开始)随后被转送到编码单元21。因此发生反向时序次序的二次取样。如在上面所述情况所说明的那样，该编码器21按十分正常的方式操作。

一旦第一个12幅图象被处理，从硬盘读出在时序上先前的12幅图象，对其译码并写入缓冲器中。为了在这种情况中避免一搜索操作，在每种一帧顺序的情况下，在该硬盘中存储有先前帧顺序开始的指针。

这种帧顺序随后也再次被二次取样并使它的次序反向。随后以三倍于放映速度的速度产生一快速后退。当然，在相同的方式中也还可以其它的放映速度来产生快速后退。这里，该方法也适用于采用图7所示的相应不同的图象顺序的情况。

图2示出了本发明的第二实施例。在图2中，标号40表示一影片放映装置。在这种情况中，例如它是一用于数字视盘的放映装置。但是，它还可以是一数字录象机或用来表示活动图象的某些其它类型的放映装置，其中该视频数据可根据例如MPEG标准以编码形式而被存储。标号41表示一存储单元。它可以是一视盘、一磁带、一全息照象存储器等。标号47表示一转换单元。标号42表示一控制单元。标号43表示一译码装置。标号44表示一二次取样单元。在该二次取样单元44中提供有一缓冲器51。标号45再次表示一编码装置。标号49表示一视频信号发生器。标号48表示一控制总线。标号50表示一常规电视机。标号46表示一输出单元。

该放映装置的功能简述如下。该放映装置的操作员可使用该输入单元46调用特定的特技模式。假定他请求以6倍的放映速率实现一快速前进。该操作员的指令通过该连接线从输入单元46转送到控制单元42。该控制单元42通过控制总线48将一相应指令送至存贮单元41，借助于这个指令它通知该存储单元随后以6倍的放映速度读出该数据。控制单元42同样通过控制总线48通知译码装置43随后以6倍的放映速度对该数据译码。该控制单元42通知二次取样单元44，指示二次取样单元在所有情况下仅仅每第6幅译码图象的视频数据才被转送到编码装置45。

控制单元42通知编码装置45仅仅一个起始指令，这样在该输入端出现的数据在正确的时刻被处理。最后，控制单元42通过分离控制线52将一指令送至转换单元47，结果是自存储单元41读出的数据随后被转送到译码装置43，部件43、44和45的操作方法相应于前述实施例的部件18、19和21的操作方法。因此，这些部件的操作方法在这里不再详述。

编码装置45可和特技模式的特定需要相适应。因而可节省存储空间，例如，在该译码的比特流中不会产生和使用双向编码图象。另外，通过在该特技模式中决不传送相对高的DCT系数(DCT＝Discrete Cosine Transform离散余弦变换)可实现简化。

在编码装置45的输出端所呈现的数据被送到视频信号发生器49。后者将该数字信号转换成随后被转送到电视机50的视频信号。这种类型的视频信号发生器由现有技术已经公知。在根据图1的实施例和根据图2的实施例中必须以增加的速度从该存贮单元中读出该视频数据。如果有一硬盘，为了实现一高的前进和后退速度。因此必须从一开始就保持一自由的特定的数据传送容量。特别是不能超过该硬盘的最大数据传送速度。

为了克服这个缺点，所述的该方法必须稍作修改。但是，在这种情况中，放弃了提供任何所希望的前进或后退速度的选择方案。仅仅使用以前进速度3和12来表示的特定前进速度。特别是，在如图7所示的编码图象的顺序情况下，其结果是仅仅从该存储单元读出内部编码和单向编码的图象。因而位于其间的该双向编码的图象甚至不必被传送。

为了实现这一目的，需要一指出下一个单向编码或内部编码图象的指针与一内部编码或单向编码图象一起存贮。相应地，对于以3和12倍速度的快速后退来说，需要在所有情况下存储一指出先前的内部编码或单向编码图象的指针。以这种方式读出的视频数据如所描述的那样可被转送到译码装置18。于是不再需要由二次取样单元18进行二次取样，其结果可省略后者。像在正常的放映操作情况中一样，该译码装置18可在正常速度下操作。该被译码的图象直接被转送到编码单元21。在其中执行如所述同样的操作。但是，为了不将内部编码图象传送到转换矩阵21，同样需要译码和随后的编码。另外，鉴于上面已说明的原因，将产生过大容量的数据，这种数据不能通过所提供的通道27被传送。

但是，对于根据第二实施例的装置的情况出现了更大的简化。这将参照图6在下面予以说明。在图6中，相同的标号表示在图2中相应标号的相同部分。因此，在这一点上不对它们再作说明。该简化包括省略了转换单元47、译码装置43、二次取样单元44和编码装置45。作为交换，从该存储单元41到视频信号发生器49的传送通道必须设计得具有较高的传送容量。特别是，它必须保证仅仅内部编码图象可通过这种传送通道而被传送。

控制单元42现在仅对存贮单元41发出一个相应指令，借助于这个指令它使得存贮单元41在以倍数12快速前进或后退的情况下仅输出内部编码图象或者在以倍数3快速前进或后退的情况下仅输出内部编码图象或单向编码图象。

两种所述方法的组合也处于本发明的范围之内。因此，在一影片放映装置的情况中，第一种方法将可能被用来实现较低速前进和后退(例如2倍、3倍和4倍)以及所述的第二种方法被用来实现较高速前进和后退。在这种情况中，仅3或12的倍数(例如6倍、9倍、12倍、24倍和36倍)。才能实现较高速前进和后退。

向译码器25和电视机50的数据传送可通过卫星、地面或电缆传送来实现。当然该数据还可被传送到一录象机或其它类似设备，而不是电视机。

原则上，该方法还可用于对于音频数据的快速搜索，例如在一CD唱机中对音频数据的快速搜索。随后该音频数据以一增长的速度从该存贮介质读出以一增长的速度被译码，被时域二次取样及被送到一编码器。

Claims (9)

1、用于在一影片放映装置中对于一快速搜索操作产生图象顺序的方法，该影片的各个图象的视频数据存储在一存储单元中，其特征在于用于正常放映操作的该图象的视频数据以与正常放映操作相比被增加到其n倍的速度从该存储单元被读出，n是大于或等于2的一自然数；该图象的视频数据在一译码器中以该增加到n倍的速度被译码；仅仅是特定的各别图象的视频数据从被译码的视频数据中被选取并被送到以对应于正常放映的一正常速度操作的一编码器；以及以这种方式编码的视频数据适用于快速搜索操作的图形顺序。

2、如权利要求1所述的方法，其中以该被增加到n倍的速度被译码的该视频数据通过时域二次取样被减小到其1/n。

3、如权利要求2所述的方法，其中在减小到1/n的二次取样的情况中，仅仅每个第n幅图象被译码的视频数据被转送到该编码器。

4、如权利要求1所述的方法，其中视频数据按照MPEG1或MPEG2标准编码和解码。

5、用于在一快速搜索模式中产生表示影片的各个图象的视频数据的装置，具有一存储单元和一用来对存储在该存储单元中的视频数据进行译码的译码器，其特征在于提供有以n倍于正常放映模式速度的速度读出用于正常放映模式的该视频数据的装置，n是一数，详细地说n是大于或等于2的一自然数；另外还提供有一以所述n倍的速度对所读出的视频数据译码的一译码器；还提供有仅从每个第n幅图象的被译码的视频数据中进行选择的一二次取样单元；还提供有以一对应于正常放映模式的正常速度对所选择的图象的视频数据进行编码的一编码器。

6、如权利要求5所述的装置，它具有在所有情况下接收一特定图象数的被译码的视频数据的缓冲器；还提供有适合于该编码器，从最后被译码的图象开始，以反向时序次序对每个第n幅图象的视频数据编码的装置。

7、用于在一影片放映装置中对于一快速搜索操作产生图象顺序的方法，该影片的各个图象的视频数据存储在一存储单元中，其特征在于在快速后退操作中，该图象的视频数据以与一正常放映操作相比被增加到其n倍的速度从该存储单元被读出，n是大于或等于2的一自然数；该图象的视频数据在一译码器中以该增加到n倍的速度被译码，并且特定数目被译码的图象被缓冲和反向二次取样；仅仅是特定的各别图象的视频数据从被译码的视频数据中被选取并被送到以一正常速度操作的一编码器；以及以这种方式编码的视频数据适用于快速搜索操作的图形顺序。

8、如权利要求7的方法，其中特定数目图象涉及一12帧的顺序。

9、用于在一影片放映装置中对于一快速搜索操作产生图象顺序的方法，该影片的各个图象的视频数据存储在一存储单元中，其特征在于用在快速后退操作中，该图象的视频数据以与一正常放映操作相比被增加到其n倍的速度从该存储单元被读出；该图象的视频数据在一译码器中以该增加到n倍的速度被译码，并且特定数目被译码的图象从最后被译码的图象被缓冲和反向二次取样；仅仅是特定的各别图象的视频数据从被译码的视频数据中被选取并以反向时间顺序被送到以一正常速度操作的一编码器；以及以这种方式编码的视频数据适用于快速搜索操作的图形顺序。

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