CN1129310C - 时分复用信号反向重放的方法和装置 - Google Patents

时分复用信号反向重放的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放时分复用信号的方法和设备，该方法和设备可兼容于包括按照MPEG系统编码的数字视频信号的固定速率和可变速率的压缩方案。

Description

时分复用信号反向重放 的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对编码的时分复用信号进行解码的方法和设备，用于以反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放操作模式向用户显示。具体的各实施例提供了对编码的音频和视频时分复用信号的解码。
背景技术
用于从一种存储设备再生视频信号的设备，诸如盒式录像机(VCR)通常的特点是由用户控制的再生功能。这种功能除了标准重放、快进、和快倒能力外，包括反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放。随着数字视频信号记录技术的发展，期望数字视频信号再生设备将提供具有改善的图像质量的同样重放功能。然而，由于普通数字视频信号编码方案的固有操作，实现这种与增强图像质量相联系的功能是困难的。诸如由MPEG(运动图像编码专家组)开发的那些典型的编码方案，通常操作为高度压缩视频信息，以便于其在非常有限的带宽的信道上传输。
按照MPEG系统，视频和音频数据被压缩和以时分复用的格式被记录在存储设备中。图1A、1B和1C表示一种MPEG数据格式。图1A表示由至少一个信息“组”和一个结束码组成的一个复用的数据单元。每个信息组包括一个组的首部和至少一个信息“分组”。在一个复用的数据单元中，每个组的长度是可以改变的。
如图1B所示，一个组的首部可以包括一个组的开始码、一个系统时钟基准(SCR)标示，和一个复用的速率(MUC RATE)指示。每个分组通常包括一个分组的首部和一个编码的数据包。图1C表示由一个分组开始码前缀、数据流识别码(ID)、一个分组长度或下一个分组长度(LENGTH)的指示、一个解码时间标记(DTS)、和一个显示时间标记(PTS)组成的分组首部的样品。数据流识别码用于识别该分组，指示该分组的类型，和/或指示在该分组中的数据的特定类型。例如，数据流识别码可以指示：音频码流、视频码流、保留码流、保留数据流、专用码流、填充码流等等。
按照直接的MPEG实现，给出的一组视频图像被分为一序列帧，每帧可被编码为内帧编码的图像(I图像)、帧内前向预测编码图像(P图像)，或内帧双向预测编码图像(B图像)。内帧编码是通过压缩代表仅对于该帧数据的一个具体帧的数据实现的。因此，I图像可以从代表该I图像的数据中被全面解码，减少视频数据的原始帧。
相反，一帧的帧向前向预测编码是通过确定该帧与前一帧(基础)之间的差得到的，该前一帧是按照I图像或按照P图像来编码的。待编码的帧是由对应于产生P图像的这些差的数据表示的。为了解码P图像，对于已被编码的基础帧(I图像或P图像)必须首先被解码。被解码的基础帧然后按照P图像的数据被修正从而恢复原来的帧。内帧前向预测编码的优点是实现比帧内编码更大的压缩效率。
通过确定要按I或P图像编码的紧前面的帧和要按I或P图像编码的紧接着的帧的组合与该帧之间的差可以实现一个帧的双向预测编码。利用对应于产生B图像的这些差的数据表示要编码的帧。为了解码B图像，对于已被编码的紧前面的和接着后面的帧必须首先被解码，该解码的紧前面的和接着后面的帧的组合然后按照B图像的数据修改从而恢复原来的帧。内帧双向预测编码的优点是经常实现比帧内前向预测编码更高压缩效率。
按照MPEG标准产生的I图像、P图像、和B图像之间的相互关系的一个例子提供在图2A。在这个例子中，一组图像(组A)包括通过编码15帧的图像数据(未示出)产生的15个图像。其相互关系，具体来说是预测编码的模式在这幅图中是由箭头指示的。
帧内编码图像I2是仅相对于该帧的数据编码的。帧内前向预测编码图像P5是相对于用于产生图像I2的数据编码的。图像P8是相对于用于产生图像P5的数据编码的。帧内双向预测编码图像B3和B4每个都是相对于用于产生图像I2和P5的数据编码的。同样，图像B6和B7每个都相对于用于产生图像P5和P8的数据编码的。利用这种方式，产生了组A中的每个图像。还要注意，用于产生组A的最后一个P图像，即P14的数据还要用于编码图像B0′和B1′。
按照MPEG1视频标准(ISO 11172-2)和MPEG2视频标准(ISO 13818-2)，图2A的图像为了从左到右解码可被重新安排为如图2B所示，以便正常的(正向)视频重放。这种重新安排使预测编码的帧(P图像和B图像)的解码更为容易，即仅相对于已被编码的帧内编码图像(I图像)或帧内前向预测编码图像(P图像)之后被解码。例如，图像I2在图像P5可被解码之前必须被解码，因为图像P2的编码取决于用于产生图像I2的数据的未编码帧。作为另外一个例子，图像I2和P5必须在图像B3和B4可被解码之前被解码，因为图像B3和B4的编码取决于用于产生图像I2和P5的数据的未编码帧。组B中的图像的不同分组影响这种重新排列。
图3表示按照其可能存储在一个记录介质中的形式的编码视频数据的序列。该序列由组#0、1、……J的一些图像组所组成，其中每组包括按照MPEG标准编码的图像，例如I图像、P图像、和B图像。正如在这个例子中所述，每组的一个I图像开始，其后面接着B图像和P图像的交替的序列。每组还包括一个组的首部(未示出)。一个典型的组的首部包括一个组开始码(GSC)、一个时间码(TC)、闭合的图像组指示(CG)、和一个断开链接指示(BC)。
建议的用于解码时分复用数据的简单设备表示在图4。该设备包括：一个数字存储装置100、一个信号分离单元21、一个视频解码器25、和一个音频解码器26。装置100按照图1A、1B和1C描述的通常的时分复用格式存储数据。信号分离单元21访问和读取存储的数据，分离该数据为音频和视频分量，和馈送这些分量到各自的信号解码器。视频解码器25和音频解码器26分别解码编码的视频和编码的音频信号，产生相应的视频输出信号和音频输出信号。
信号分离单元21包括一个首部分离电路22、开关23、和控制装置24。首部分离电路22检测从装置100读出的数据流的组首部和分组首部数据并馈送这些首部到控制装置24。时分复用的数据被馈送到开关23的输入端。开关23的一个输出端被连接到视频解码器25，而另一输出端被连接到音频解码器26。
控制装置24发出控制从存储装置100取数据和控制开关23操作的命令。控制装置读出含在每个分组首中的数据流识别码和控制开关23发送相应的分组数据到适当的解码器。具体地讲，当该数据流识别码指示一个分组含有视频信号时，该分组被发送到视频解码器25。当该数据流识别码指示该分组含有音频信号时，该分组被发送到音频解码器26。以这种方式，时分复用的数据被分离为音频和视频分量和被正确地解码。
如果存储在存储装置100中的视频数据是按照如图3所示的MPEG标准编码和安排的，则取出规定的视频帧(随机存取)和搜索或扫描通过各视频帧的操作将固有地受到视频解码器25的解码速度的限制。为了实现更快的帧读取和图像再生，已经建议在这种解码操作期间，视频解码器跳过某些编码的图像。
因为仅I图像可以独立于其他图像数据帧被编码，视频解码器25可以仅解码和输出存储的I图像，以实现视频搜索(视频扫描)功能。另外一种方案，信号分离单元21可能被改进为在搜索(扫描)操作期间仅传送I图像到视频解码器25。控制装置24控制数据存储装置100将会有感兴趣的I图像的视频数据的那些部分提供给信号分离单元。通过，在搜索(扫描)模式中，音频解码器26是静噪的。
为了随机地读取一个特定的存储的视频帧以便解码和显示，已经建议，位于紧相邻的例如一前和一后的两个I图像的选择的帧被解码。从这两个I图像和在某些情况下多个中间的P图像的所期望的帧可被解码。当然，在所选择的帧已被编码为I图像的情况下，则仅该图像需要被解码。在利用固定数据编码速率和规范编码模式的应用中，每个I图像的位置可以通过直接计算得到。
然而，在利用可变编码数据速率或可变编码模式的情况下，I图像的位置利用同样直接计算不能被确定而必考虑附加信息。一般来说，MPEG系统按可变速率编码数据。因此，诸如图3的系统，通过仅显示I图像进行随机的数据读取或自始至终搜索存储数据时，则将需要检查每个存储的图像，以确定I图像的位置。这种处理必须花费时间。
为了减少搜索存储的以可变速率编码的视频数据所要求的时间，已建议了两种不同的与存储的数的附加信息有关的系统，以便容易确定I图像的位置。
一种这样的系统表示在图5和是由数字存储装置100、信号分离电路64、视频解码器25、音频解码器26、主控制器67所组成。在该系统中，一个“内容表”被存储在装置100中，该表指示存储在装置100中的视频数据的每个I图像的位置。通过查阅该内容表，主控制器很快确定I图像的位置，能够快速读取、解码、和显示这些图像。结果，以减少处理时间的方式可以实现搜索和随机读取的功能。
装置100以时分复用格式存储视频数据和存储识别包括在存储的视频数据中I图像位置的内容表。信号分离单元64访问和读出存储的数据；分离该数据为音频、视频和内容表分量，馈送音频和视频分量到各自的信号处理器，和馈送内容表数据到主控制器67。视频解码器25和音频解码器26响应于来自主控制器67的控制信号，分别解码编码的视频信号和编码的音频信号，分别产生视频输出信号和音频输出信号。
主控制器67提供读取命令信号到数字存储装置100，使该装置读取和馈送规定的存储数据的数据段到信号分离电路64。接着，存储装置向主控制器提供位置信息(数据检索信息)，该信息可能是涉及要读取的数据的在该装置中的实际数据地址的形式。另外，控制器馈送命令信号到视频解码器25和音频解码器26的每一个，控制其每一个执行的解码操作。另外，控制器67包括内容表(TOC)存储器68，用于存储内容表数据。
信号分离单元64包括首部分离电路22、开关23、控制装置66、和内容表(TOC)分离器65。电路22和开关23以与图4所描述相同的方式操作。装置66除了不控制读取存储的数据以外是和控制装置26相同的。内容表(TOC)分离器65检测以音频和视频数据提供的内容表信息和馈送内容表信息到TOC存储器68。
响应于来自用户的搜索命令，主控制器67发一个命令，启动从数字存储装置100向信号分离电路64馈送存储的数据。由TOC分离器65检测内容表数据并馈送到TOC存储器68。利用内容表数据确定在视频数据中I图像的位置，主控制器67控制视频解码器25仅解码I图像数据和跳过其他数据。音频解码器26被静噪。另外一种方案，主控制器67控制数字存储装置100仅读出和馈送I图像视频信号到信号分离电路64。利用这两种方法，I图像数据的位置被相对快地识别和仅I图像数据被解码和输出用于显示。
遗憾地是，在一些视频数据应用的情况下，内容表数据的存储要求相当大的存储容量。结果，每个I图像位置的存储已被确定为不实际了。已建议的仅存储一些I图像位置的系统仍然被予以考虑。固有地，这些系统不能达到精确地搜索操作，导致明显的搜索延迟。这种延迟是不希望的。
按照第二个建议的用于以较快速度读取存储的I图像的数据解码系统，数据是按照表示在图6和7的格式存储的和是利用描述在图8的装置中解码的。
图6中一个数据组(或扇区)是以组首部、第一视频分组、入口分组、第二视频分组、和音频分组这样的次序构成的。每个视频分组包括视频分组首部和视频数据段。每个音频分组包括音频分组首部和音频数据段。其位置被称为“入口点”的I图像位于第二视频分组的视频数据段的开始。入口分组存储涉及在该组中的一个或多个I图像的位置，或在任何数目的分组中I图像的位置的信息，或其他信息。
图7表示入口分组的格式，在该格式中有关该分组之前三个和之后三个的六个入口点位置的信息被存储在该分组中。该入口分组包括如上所述的构成一个分组开始码前缀的分组首部、识别码、和该分组长度指示。该入口分组还包括附加的识别信息(ID)、分组类型信息、当前数据流数目的指示、当前视频数据流的指示、和当前音频数据流的指示。在该分组结束时，用于六个入口点的位置信息被存储。
图8的解码装置包括数字存储装置100、信号分离电路70、视频解码器25、和音频解码器26。信号分离电路70包括首部分离电路71、开关23、控制装置72、和入口点存储器73。
响应于来自控制装置72的读取命令，装置100馈送存储的数据到首部分离电路71。首部分离电路71检测在从装置100中读出数据流中的组首部数据、分组首部数据、和入口分组数据和馈送这些数据到控制装置24。该时分复用数据被馈送到开关23的输入端。开关23的一个输出端连接到视频解码器25，而另一输出端连接到音频解码器26。
控制装置72发出控制在存储装置100中读取数据的命令和控制开关23的操作。控制装置读出含在每个分组首部中的数据流识别码和控制开关23发送相应的数据分组到适当的解码器。具体来讲，当数据流识别码指示该分组含有视频信号时，该分组被发送到视频解码器25。当数据流识别码指示该分组含有音频信号时，该分组被发送到音频解码器26。以这种方式、时分复用的数据被分离为音频和视频分量和被适当地解码。
再有，控制装置72接收入口分组数据、分析该数据、和馈送从入口分组数据得到的入口点信息到入口点存储器73以便存储。控制装置72还接收来自存储装置100的数据检索信息。取决于应用，数据检索信息可能与入口点信息相关，以确定在存储装置中各入口点的实际位置。这些实际位置还可以作为入口点信息被存储在存储器73。以这种方式，存储在存储装置100的I图像位置被装入入口点存储器73。
在一种搜索模式中，控制装置72从馈送的数据检索信息确定存储装置100的当前数据检索位置。然后控制装置从入口点存储器73检索与位于入口点最近但在该存储装置的当前数据检索位置之前的有关信息。数据存储装置100由装置72控制，立即改变其数据检索位置到识别的入口点。数据从该点再生，例如该I图像被再生，和被馈送到信号分离电路70以便进行处理和，而后进行显示。
例如，如果图6的入口分组简单地是一个指示从一个入口点开始的连续的视频分组的标号，则数据检索可以在位于该入口分组的位置之后立即开始。如果，代之以入口分组是如图7构成的，该入口点信息被处理，确定下一个数据检索位置。接下去的各入口点或者是由从入口点存储器73检索另外的信息，或者是从在当前读出的入口点存储的入口分组信息的分析中确定。以这种方式，I图像数据以一种有效的搜索操作被快速检索和再生。
虽然上述建议的各系统能够以一种快速的方式显示I图像，但是没有一种系统能够利用B图像、P图像和I图像有效地实现反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放操作模式，以便产生高分辨率搜索模式图像以便显示。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于解码一个编码的时分复用视频信号的方法和设备，以便向用户显示反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放的操作模式。
更具体地讲，本发明的一个目的是提供一种用于对按照MPEG标准编码的视频数据反向重放、慢速反向重放、和逐帧反向重放的方法和解码设备。
本发明的另一个目的是提供一种利用帧内相关编码的视频数据、例如B图像和P图像的逐帧反向重放的方法和解码设备，以便产生高分辨率的图像。
本发明的再有一个目的是对用户提供一种以明显具有最小处理延迟的视频数据的逐帧反向重放的方法和解码设备。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于解码和反向重放由多个数据单元组成并存储在数字存储装置中的编码数字信号的设备。假定一个反向重放操作在一个数据单元开始，一个检索装置从数字存储装置检索一个前面的数据单元，该数据单元在正向重放次序中紧在所述数据之前。该检索装置检索存储在数字存储装置的解码数据，该数据对于解码前面单元是需要的。连接到该检索装置的解码装置解码作为解码数据的函数的该前面的数据单元。
按照本发明的另外一个方面，提供了一种用于解码和反向再生由多个数据单元组成和存储在数字存储装置的多个相应数据位置的编码数字信号的设备。假定一个反向重放操作在一个数据单元开始，存储装置存储一个第一解码数据单元的第一数据位置，该第一解码数据单元可被用于该数据单元的解码。检索装置在该第一解码数据单元的第一数据位置上从该数字存储装置中检索和从该数字存储装置检索一个在正向重放次序中在该数据单元紧前面的一个前面的数据单元。解码装置解码作为该第一解码数据单元的函数的该前面的数据单元。
按照本发明还有一个方面，提供一种用于解码和反向再生包括多个数据单元和存储在数字存储装置中的编码数字信号的方法。假定一个反向重放操作在一个数据单元开始，该方法的第一个步骤是从数字存储装置中检索在正向重放次序中在该数据单元的紧前面的一个前面的数据单元和检索存储在该数字存储装置中解码该前面的单元所需要的解码数据。下一个步骤是解码作为解码数据的函数的该前面的数据单元。
按照本发明的再一个方面，提供一种用于解码和反向再生包括多个数据单元和在多个各自的数据位置上存储在一个数字存储装置中的编码数字信号的方法。假定一个反向重放操作在一个数据单元开始，该方法的第一个步骤是存储可被用于该数据单元的解码的第一解码数据单元的第一数据位置。下一个步骤是从该数字存储装置在第一数据位置的第一解码数据单元进行检索和从该数据存储装置检索在正向重放次序中该数据单元的紧前面的一个前面数据单元。接下来的步骤是解码作为第一解码数据单元的函数的该前面的数据单元。
当结合各附图阅读了下面说明各实施例的详细描述以后，本发明的其他目的、特点、和优点将变得显而易见，在各附图中相同部件是由相同标号表示的。
附图说明
图1A、1B、和1C是数据格式图；
图2A是表示MPEG编码方法的图；
图2B是MPEG数据格式图；
图3是另外一种数据格式图；
图4是建议的音频和视频数据解码设备的方框图；
图5是另外一种建议的音频和视频数据解码设备的方框图；
图6是另外一种数据格式；
图7是另外一种数据格式；
图8是另外一种建议的音频和视频数据解码设备的方框图；
图9是按照本发明的一个实施例的用于反向重放时分复用信号的音频和视频数据解码设备的方框图；
图10是在描述图9的设备的操作中将要进行参照的一个流程图；
图11是在描述图9的设备的操作中将要进行参照的一个流程图；
图12是在描述图9的设备的操作中将要进行参照的一个流程图；
图13是按照本发明的另一个实施例的用于反向重放时分复用信号的音频和视频数据的解码设备的方框图；
图14是在描述图13的设备的操作中要进行参照的一个定时图；
图15是在描述图9和图13的设备的另外一种操作将要进行参照的流程图。
具体实施方式
按照本发明的一个实施例用于反向重放时分复用信号的设备被表示在图9，总的用80来指示。设备80包括数字存储装置100、多路分解器81、视频解码器85、音频解码器86、主控制器87、和外帧存储器89。
数字存储装置100按照从主控制器87馈送的命令信号的控制读取存储的数字数据。再生的数字数据被馈送到多路分解器81，该分解器分离该数据为其不同的分量。视频数据分量被馈送到视频解码器用于选择性解码。音频数据分量被馈送到音频解码器86用于解码。入口点信息被馈送到包含在主控制器87中的入口点存储器单元88。主控制器87控制数字存储装置100、视频解码器85、和外帧存储器89的操作，解码存储的视频数据，以便在正向和反向重放模式下显示。
数字存储装置100是用于存储数字数据和从存储器中检索数字数据的数字存储装置。装置100可能是由视频磁带记录/重放装置、集成电路存储器等组成的。作为说明，最好是数字存储装置是由一个光盘存储系统101构成的。存储在装置100中的视频数据包括一个首部数据的变化，将在下文详细地描述。
光盘存储系统101包括：光盘存储介质110、跟踪伺服电路111、拾取装置112、驱动控制电路113、解调器114、和纠错电路(ECC)115。介质110用于存储数字数据。驱动控制器113按照从主控制器87接收的控制命令控制系统101的操作。具体来讲，控制器113通过跟踪伺服电路111控制和监视拾取器112的数据读取位置的操作。控制器113输出有关拾取器112的位置的数据检索信息到主控制器87。
跟踪伺服电路111控制拾取装置112的位置，以便规定介质110被装置112读取的区域。装置112读存储在介质110上的数字数据和馈送该再生的数字数据到解调器114。解调器114解调再生的信号，产生馈送到ECC115的解调的信号。ECC115检测和纠正在该解调信号中的差错和馈送已校正过的数字信号到多路分解器81。
多路分解器81包括首部分离电路82、开关83、和控制装置84。响应来自主控制器87的存取命令、装置100馈送再生的数据到首部分离电路82。首部分离电路82在从装置100读出的数据流中检测组首部数据、分组首部数据、和入口分组数据和馈送这种数据到控制设备84。首部分离电路82还检测在再生的数据中的时分复用数据和馈送该复用的数据到开关83的输入端。开关的一个输出端被连接到视频解码器85，而另一个输出端被连接到音频解码器86。
控制装置84读含在每个分组首部的数据流识别码和控制开关83发送相应数据包到适合的解码器。具体地讲，当数据流识别码表示一个分组含有视频信号时，该分组被发送到视频解码器85，以便解码产生一个解码的视频信号。当数据流识别码指示一个数据组含有音频信号时，该分组被发送到音频解码器86，以便产生音频输出信号。以这种方式，时分复用数据被分离为音频和视频分量和适当地被解码。
另外，控制装置84接收入口分组数据、分析该数据、和馈送从入口分组数据得到的入口点位置信息到入口点存储器88，以便存储。主控制器87从存储装置100接收检索信息的数据。取决于应用，检索信息数据可能相关于入口点信息，确定在存储装置中的入口点的实际位置。检索位置信息和/或由其确定的实际位置数据也可能作为入口点信息存储在存储器88中。以这种方式，入口点存储器88被装入有关存储在存储装置100的I图像位置的信息。
视频解码器85包括缓冲器121、图像首部检测器122、开关123、和信号检测器125。通过开关83接收的视频数据被暂时地存储在缓冲器121。存储在缓冲器121中的视频数据被图像首部检测器122读出和对图像的首部和图像群(GOP)的首部检验。一般，图像首部信息包括：瞬间基准(TR)信息、在图像群中各图像的次序的指示、和指示是否一个图像是I图像、P图像或B图像的图像类型信息。例如，瞬间基准信息可以包括：时间标记、序号、或者分配的次序、诸如图2A中图像的从左向右的次序等等。GOP首部可以包括：图像群的识别和可以在一群中或在一群中是与每个图像有关时出现。如果GOP首部是与个别图像有关，则首部可以指示包括需要解码个别图像的数据的第一图像群。优选的图像首部格式在MPEG1视频标准(ISO 11172-2)和MPEG2视频标准(ISO 13818-2)中限定。检测的首部被馈送到主控制器87。
图像首部检测器122馈送视频图像数据到开关123的输入端。开关123的一个输出端连接到信号解码器125，而另外的输出端留着不连接，或者适当地被端接，以防止进一步的信号传播。作为从图像首部检测器122接收的该首部信息的函数，主控制器87控制开关123的操作，按照每个特定的操作模式仅传送视频数据的某些图像到信号解码器125。在一个特定的处理步骤中不被解码的视频图像数据被连接到信号端接输出端并因此被放弃。
信号解码器125包括一个帧存储器和进行操作解码编码的视频图像数据。在一个优选的实施例中，在信号解码器中的帧存储器具有至少三个存储器平面。还最好是，信号解码器按照MPEG2视频标准解码编码的数据。解码的视频数据被馈送到外部帧存储器89。
外部帧存储器89接收解码的视频数据和响应于来自主控制器87的控制信号作为视频输出信号输出该数据。在正常操作期间，存储器89立即输出接收的视频数据。在图像保持操作期间，按照由主控制器87馈送的图像保持信号的指示，存储器89保持和重复地输出视频数据的一个特定的图像。另外，在图像保持操作期间接收的视频数据也可以由存储器89来存储。
在重放操作中，主控制器87发出控制读取在存储装置100中的数据和配置视频解码器85和音频解码器86以便解码数据的命令。在数字存储装置100包含一个光盘存储系统101的情况下，主控制器87发出控制命令，驱动控制器113读取具体的一些存储数据段。因此，驱动控制器113控制跟踪伺服电路111使拾取器112到达相对于光盘110的宜当位置。跟着拾取器112的位置变化，驱动控制器馈送涉及该拾取器的位置的检索信息数据到主控制器87。这种检索信息数据可以包括为了读取光盘上的数据的实际地址信息。从光盘110读的数据被馈送到多路分解器81。多路分解器81分离该数据为其各个组成部分和适当地发送视频数据、音频数据、和入口点信息。
在“正常”(正向)重放模式中，主控制器87控制开关123，发送所有视频数据到信号解码器125以便解码和启动外部帧存储器89立即输出该解码的视频数据。音频解码器86解码音频数据产生音频输出信号。视频解码器85与外部帧存储器89一起产生视频输出信号。
与解码的数据重放的同时，主控制器87在入口点存储器88中存储来自控制设备84的入口点信息。来自数字存储装置100的相应检索信息数据也可以被存储，或与入口点信息一起被存储。再有，主控制器87连续从图像首部检测器122接收图像首部信息和保持反映该编码图像的特征的图像首部信息，然后被显示。对于每个新的图像，由主控制器87保持的图像首部信息被更新。
下面将描述最好是发生在正常操作之后的逐帧反向重放。反向重放、慢速反向重放、平均速度反向重放操作等等是在适当的间隔中利用重复下面描述的逐帧反向重放来实现的。因此，仅在下面详细描述逐帧反向重放操作。对于普通技术人员将是显而易见的，其他的反向重放操作的实现简单地包括下面教导的重复应用。
逐帧反向重放操作的全貌表示在图10的流程图中。在第一步骤S10中，主控制器87控制装置80从存储器中检索和解码视频数据的编码图像。在步骤S20中，编码图像被向用户显示。在步骤S30输入产生逐帧反向重放的用户命令。最后，在步骤S40，确定下一个待显示的图像和处理操作循环返回到步骤S10。这种处理的详细解释提供在下面。
响应于一个逐帧反向重放的用户命令。主控制器87发出一个图像保持信号到外部存储器89。外部帧存储器89保持正被显示的当前图像和重复输出该相同图像。作为存储在入口点存储器88的入口点信息的函数和用于该显示的图像而存储的从该图像首部信息提取的瞬时基准信息的函数，确定有关紧前面的图像的瞬时基准信息。作为一个简单的例子，在瞬时基准信息在分配的次序为整数时，对应于该显示的图像的瞬时基准数可以被减1，产生紧前面的图像的瞬时基准数。这个紧前面的图像将称为“目标图像”。
假定，上述的设备目前已被操作在正向重放的操作模式下，以致于当前一个图像正被显示和以致于入口点信息已被存储在存储器88中。然而，本发明不限于在这些假设下进行操作。如果此刻没有图像被显示，一个逐帧反向重放的用户命令被输入，则一个视频数据的单一图像首先被从装置100中检索、解码、和在进一步处理之前被显示。如果总的数量不够，或入口点信息未被存储，设备80可以快速反向扫描存储的数据，按照需要检索这个信息，而不显示扫描的视频数据。快速正向扫描返回该存储装置到该显示的图像的位置。另外一种方案，入口点信息可以按下面描述的逐帧反向重放操作的处理步骤被检索。
对于目标图像属于例如在该群中第一个I图像的位置的图像群的入口点也从存储的入口点信息和存储的瞬时基准信息来确定。在这个讨论中，如果目标图像是该群的各图像之一，或如果需要在群中对图像之一进行解码以便解码该目的图像，则一个目标图像“属于”一个图像群。作为这种确定处理的一个例子，如果在入口点的图像被用于被显示的图像的解码，该图像也可能需要解码该目标图像。这样一个入口点将称为“存取点”(accesspoint)。该目标图像属于的图像群将称为“目标群”。因此，对于目标群的入口点是存取点。
然而，某些目标图像的解码要求从两个相邻的图像群解码图像数据。因此，这种目标图像“属于”多于一个的目标群。在图2B的例子中，图像B0和B1要求来自按图像I2和P14″(未示出)编码帧的信息。在这个讨论中，这些图像将被假设属于，和因此具有与第一图像群相一致的引导信息，来自该信息的数据对于解码各图像是需要的。尽管如此，对于这些图像的其他限定也是可能的。为适应这种类型的目标图像精细的数据处理是需要的。
按照步骤S10和步骤S20，设备80的操作将结合图11的流程图进一步描述。在步骤S100中，主控制器87馈送一个搜索命令到数字存储装置100，存取存储在存取点上的数据。该数据通过多路分解器81馈送到视频解码器85。在步骤S110由图像首部检测器122检测在存取点上存储的图像的图像首部。可供选择地是，在存取点上的GOP首部信息也被检索。
该图像首部信息被馈送到主控制器87，在步骤S120，控制器87确定是否检测的图像首部对应于该目标群。另外一种方案，GOP首部信息也被馈送到主控制器87和相关于该目标群。如果该首部信息对应于该目标群，则处理前进到步骤S130；否则，处理前进到步骤S160。缺少这种对应表示该目标图像属于前面一个图像群。可以选择地，在不存在对应和目标图像是B图像的情况下，则要求对来自为待解码的图像的前面的图像群的数据进行解码，存取点被复位到紧前面的图像群。
在步骤S130，主控制器87对检测的图像的瞬间参考值与目标图像的瞬间参考值进行比较。如果两个瞬间参考值相对应，例如相等，则目标已经达到，处理前进到步骤S140。否则，处理前进到步骤S160。
在步骤S140，主控制器87控制开关123发送检索的目标图像的图像数据到解码图像数据的信号解码器125。解码的图像数据被馈送到外部帧存储器89，主控制器87控制存储器89连续重复或其他方式地显示新的解码的图像。
在步骤S160，如果检测的图像对于解码目标图像是不需要的，例如检测的图像是B图像，主控制器87控制开关123放弃该检测的数据和处理前进到步骤S180。否则，开关123被控制馈送该检测的图像到信号解码器125，以便在步骤S170进行解码和暂存。另外，在检测的图像是I图像的情况下，该图像的瞬间参考值由主控制器87存储。检测的图像被检测是由于目标图像的解码依赖于由该检测图像解码的数据，例如，在上面的例子中，B图像的解码取决于从前面的I图像和从介于各P图像之间的解码的数据。接着这种解码、处理前进到步骤S180。
在一些应用中，步骤S180和步骤S190可以不需要和接着就前进到步骤S110，在步骤S110，下一个图像的首部被检测。在步骤S180，检测的图像的暂时参考值与可达到的瞬时参考值(TRMAX)的最大值的比较。这个最大值可对应于该图像群中的最后的一个图像。如果两个值相等，处理前进到步骤S190；否则，处理前进到步骤S110和检测下一个图像的首部。
另一种方案，在步骤S180，监视检测的图像的值TR，和如果检测的图像的TR值大于当前最大的TR值，则处理前进到步骤S190。否则，处理前进到步骤S110。
在步骤S190，如果下一个检测的图像是在下一个图像群的开始，例如是一个I图像，或包括一个GOP首部，则目标图像的瞬时参考值更新，反映其原来的瞬时参考值。处理前进到步骤S110和检测下一个图像的首部。另外一种方案，最大TR值被更新和保持。
按照步骤S40设备80的详细操作将结合图12予以描述。在这个处理中，下一个目标图像的瞬时参考值，例如要被显示的下一个检测的图像和适当的存取点由主控制器87确定。
在步骤S300，如果当前显示的图像的瞬时参考值、目标图像等于0，表示在该图像群中的第一个图像已经到达，例如I图像已被显示，则处理前进到步骤S310。否则处理前进到步骤S330。
在步骤S310，目标图像的瞬时参考值被设置为最大瞬时参考值，例如TRmax。这个最大瞬时参考值指示在该目标群之前的图像群中最后的图像。另外，存取点被重新确定为在该目标群之前的图像群的入口点。以这种方式，前面的图像群的最后图像被确定为新的目标图像，因此，目标群的识别和存取点的值被调整。
在步骤S330，如果在目标群的开始的I图像的瞬时参考值已知，则处理前进到步骤S340；否则，处理前进到步骤S360。
在步骤S340，如果目标图像的瞬时参考值大于目标群的引导I图像的瞬时参考值，则处理前进到步骤S350。如目标图像的瞬时参考值小于(或等于)目标群的引导I图像的瞬时参考值，则处理前进到步骤S360。
在步骤S360，目标图像的瞬时参考值被减1，指定新的目标图像，同时使存取点和目标群保持不变。
在步骤S360，目标图像的瞬时参考值被减1，指定新的目标图像，同时使存取点被重新确定为在(老的)目标群之前的图像群的入口点。以这种方式，在被显示的图像之前的图像被指定为新的目标图像，和因此，目标群和存取点的值的识别被调整。
按照本发明用于反向重放时分复用信号的设备的另外一个实施例表示在图13和总的用90来表示。具有与图9相对应的部件的相同结构和功能的图13的那些部件已经利用了以前所用的标号来表示和这样将避免重复的描述。
设备90包括：数字存储装置100、多路分解器81、视频解码器95、音频解码器86、和主控制器97。数字存储装置100按照从主控制器97馈送的命令信号的控制存取存储的数字数据。再生的数字数据被馈送到用于分离该数据为其各种分量的多路分解器81。视频数据分量被馈送到视频解码器95以便有选择的进行解码。音频数据分量被馈送到音频解码器86以便进行解码。入口点信息被馈送到含在主控制器97中的入口点存储器单元88。主控制器97控制数字存储介质100和视频解码器95的操作，解码存储的视频数据，以便在正向和反向重放模式中予以显示。
视频解码器95包括缓冲器121、图像首部检测器122、开关123、126和130、信号解码器132、和帧存储器127、128和129。缓冲器121、检测器122与开关123。如前面实施例的相关描述一样地操作。视频解码器132通过开关123接收编码的视频数据和能够从帧存储器127、128和129的每个中存取解码的视频数据。按照需要参照在各帧存储器中的解码的数据，视频解码器132解码编码的视频数据和馈送解码的视频数据到开关126的一个输入端。最好是，信号解码器132可操作来解码按照MPEG2标准编码的信号。
写控制开关126的输出端a、b和c分别被连接到帧存储器FMa、FMb、和FMc的输入端。同样，读控制开关130的输入端a、b、和c被分别连接到帧存储器FMa、FMb、和FMc的输出端。开关126和130的操作状态按照从图像首部检测器122馈送的图像首部信息的函数由主控制器97进行控制。存储在帧存储器中解码的数据通过开关130进行存取和作为视频输出信号被馈送。
正向重放操作将联系图14的定时图予以描述。在这个定时图中，时间轴沿水平方向延伸和每个水平行对应于一个不同的数据类型或操作状态。行A表示从存储装置中检索的要被解码的图像。行B表示写控制开关126的输出状态。行C表示帧存储器127(FMa)的内容。行D表示帧存储器128(FMb)的内容。行E表示帧存储器129(FMc)的内容。行F表示读控制开关130的输入状态。行G表示作为用于显示的视频输出信号要被输出的解码图像。
在时间T1，图像I2被馈送到信号解码器132用于解码和主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像I2的解码的数据的存储器127(FMa)。
在时间T2，图像B0被馈送到信号解码器132用于参照FMa(I2)和FMb的(P14″，出现在I2之前的P图像(未示出))的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自B0的解码的数据的存储器129(FMc)和控制开关130输出存储器129的内容。
在时间T3，图像B1被馈送到信号解码器132用于参照FMa(I2)和FMb的(P14″，出现在I2之前的P图像(未示出))的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像B1的解码数据的存储器129(FMc)和控制开关130输出存储器129的内容。
在时间T4，图像B5被馈送到信号解码器132用于参照FMa(I2)的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像P5的解码的数据的存储器128(FMb)和控制开关130输出FMa的内容。
在时间T5，图像B3被馈送到信号解码器132用于参照FMa(I2)和FMb(P5)的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像B3解码的数据的存储器129(FMc)和控制开关130输出存储器129的内容。
在时间T6，图像B4被馈送到信号解码器132，用于参照FMa(I2)和FMb(P5)的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像B4的解码数据的存储器129(FMc)和控制开关130输出存储器129的内容。
在时间T7，图像P8被馈送到信号解码器132用于参照FMb(P5)的内容进行解码。主控制器97控制开关126馈送解码的图像数据到存储来自图像P8的解码数据的存储器127(FMa)和控制开关130输出FMb的内容。
接着上面描述的图形，存储的视频数据被处理，产生正向重放模式的视频输出信号。因此产生的视频输出信号的帧具有与图2A所表示的相同的次序。
最好是接着一个正常重放操作发生的逐帧反向重放操作可以利用基本上与在图9中所描述的实施例相关联的上述相同的处理步骤实现的。反向重放、慢速反向重放、平均速度反向重放操作等等是在一个适当的时间间隔中通过逐帧反向重放操作实现的。正如本专业的普通技术人员十分清楚的那样，其他反向重放操作的实现简单地包括这些技术的重复应用。
响应于用户的逐帧反向重放的命令，主控制器97控制开关130保持连接到存储当前显示的解码图像数据的帧存储器。重复输出相同的用于显示的存储图像，产生在前面的实施例利用外部帧存储器89实现的“帧保持”效果。进一步处理，产生逐帧反向重放是接在上文中详细地描述的在图10、11和12中被说明的各步骤之后，利用参照图9的设备的各部件对在图13所表示的实施例的各部件的适当调整实现的。然而，解码和显示步骤S140和S170要求修改，适应各实施例之间结构上的不同。
在步骤S140，主控制器97控制开关123发送目标图像的检索图像数据到信号解码器132，该解码器当解码存储在帧存储器127、128、和129中的数据时按照需要通过引导解码该图像数据。因为仅帧存储器127、128、和129中的一个需要存储当前显示的帧，I图像和P图像可以利用其他两个帧存储器被解码。解码的I图像和P图像被存储在一个帧存储器中，并可以通过调整开关130存取该帧存储器被显示。另外一种方案，解码的数据可以利用结合B图像的解码描述在下面的处理被改写数据到存储当前显示的帧中的帧存储器。
为了解码B图像，存储在两个帧存储器的I和/或P图像被存取以解码编码的图像数据和解码的B图像被写入来自其一个图像当前正被显示的帧存储器。通过写入新解码的B图像的每一场到存储所显示的场的帧存储器的相应位置，当那一场未被立即存取用于显示时，可以防止两个图案之间的干扰。
在步骤S170，主控制器97控制开关123发送目标图像的检索图像数据到信号解码器132，当解码的数据存储在帧存储器127、128、和129时，如果需要该解码器通过引导解码图像数据。解码的I图像或P图像存储在帧存储器之一且在这个步骤中不被显示。
表示在图10的处理操作具有这样一个缺点，即在逐帧反向重放命令由用户输入以后，会出现耗时的、加载要被显示的图像的集中处理步骤。结果，可能存在用户的命令的输入与视频数据的下一帧的实际显示之间的一个延迟。这种延迟是不希望的。
为了避免用户的逐帧反向重放命令输入以后的处理延迟，在图15中提供了表示在图10中处理操作的另外一种方案。在第一步骤S500，主控制器87(97)控制设备80(90)从存储装置中检索和解码编码的视频数据的图像。在步骤S510中等待产生逐帧反向重放的用户命令。在步骤S520，解码的图像被显示给该用户。最后，在步骤S530，确定要被显示的下一个图像和重复步骤S500的处理操作。这个处理的细节是与结合图10的处理描述的处理是相同的。
图15的处理有优点地允许解码设备在该用户实际上已经要求以前的视频数据帧的显示之前就检索和解码下一个待显示的图像。当该用户输入了这样一个命令时，已经被解码的新的图像可以被迅速地发送，以便无延迟地显示。
虽然本发明的说明的实施例及其改进已经被详细地描述在本说明书中，但是应当理解为，本发明不限于这些实际的实施例和改进，和其他的改进和改变由本专业的技术人员在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的范围和精神情况下也可以实现。

Claims (33)

1.用于解码和反向重放包括多个数据单元和存储在数字存储装置中的编码数字信号的设备，其中一个反向重放操作在一个数据单元开始，所述设备包括：
检索装置，用于从所述数字存储装置检索以正向重放次序在所述数据单元紧前面的一个前面的数据单元和用于检索存储在所述数字存储装置中需要解码所述前面的单元的解码数据；和
解码装置，连接到所述检索装置，用于解码作为解码数据的函数的所述前面的数据单元。
2.按照权利要求1的设备，其中所述编码的数字信号是时分复用的信号。
3.按照权利要求1的设备，其中所述数据单元是相对于该解码数据预测编码的。
4.按照权利要求3的设备，其中所述数据单元是相对于该解码数据前向预测编码的。
5.按照权利要求3的设备，其中所述数据单元是相对于该解码数据双向预测编码的。
6.按照权利要求1的设备，其中该解码数据按正向存储次序在所述前面的数据单元之前。
7.按照权利要求1的设备，其中所述解码装置解码该解码的数据，产生被解码的解码数据和其中所述前面的数据单元作为解码数据的函数被解码。
8.用于解码和反向重放包括多个数据单元和在多个相应数据位置存储在数字存储装置中的编码数字信号的设备，其中反向重放操作在一个数据单元开始，所述设备包括：
存储装置，用于存储第一解码数据单元的第一数据位置，该数据单元可以被利用于所述数据单元的解码；
检索装置，用于从所述数字存储装置在所述第一数据位置检索所述第一解码数据和用于从所述数字存储装置检索以正向重放次序在所述数据单元紧前面的前面的数据单元；和
解码装置，用于解码作为所述第一解码数据单元的函数的所述前面的数据单元。
9.按照权利要求8的设备：
其中所述存储装置存储第二解码数据单元的第二数据位置，该数据单元不能被利用在所述数据单元的解码；
其中所述检索装置从所述数字存储装置在所述第二数据位置检索所述第二解码数据单元；和
其中所述解码装置可操作地解码作为所述第一解码数据单元和所述第二解码数据单元的函数的所述前面的数据单元。
10.按照权利要求9的设备，其中所述检索装置从所述第二数据位置开始直至所述第一数据位置到达，连续检索多个数据单元。
11.按照权利要求10的设备，其中所述解码装置对可以被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元进行解码。
12.按照权利要求11的设备，其中所述检索装置将不能被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元放弃。
13.按照权利要求8的设备，其中所述检索装置从所述第一数据位置开始直至所述前面的数据单元到达，连续检索多个数据单元。
14.按照权利要求13的设备，还包括确定装置，用于确定所述前面的数据单元的特征和其中所述检索装置分析检索的每个数据单元，确定是否它具有所述特征。
15.按照权利要求13的设备，其中所述解码装置对可以被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元进行解码。
16.按照权利要求15的设备，其中所述检索装置将不能被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元放弃。
17.用于解码和反向再生包括多个数据单元和被存储在数字存储装置中的编码数字信号的方法，其中一个反向重放操作是在一个数据单元开始的，所述方法包括以下步骤：
从所述数字存储装置检索以正向重放次序在所述数据单元紧前面的一个前面的数据单元和检索存储在所述数字存储装置中的解码数据，该解码数据对于解码所述前面的单元是需要的；
解码作为该解码的数据的函数的所述前面的数据单元。
18.按照权利要求17的方法，其中所述编码数据信号是时分复用信号。
19.按照权利要求17的方法，其中所述数据单元相对于该解码数据是预测编码的。
20.按照权利要求19的方法，其中所述数据单元相对于该解码数据是前向预测编码的。
21.按照权利要求19的方法，其中所述数据单元相对于该解码数据是双向预测编码的。
22.按照权利要求17的方法，其中该解码的数据在正向存储次序中先于所说在前的数据单元。
23.按照权利要求17的方法，还包括解码该解码数据产生解码的解码数据和解码作为该解码的解码数据的函数的所述前面的数据单元的步骤。
24.用于解码和反向再生包括多个数据单元和在多个相应的数据位置存储在数字存储装置中的编码数字信号的方法，其中一个反向重放操作是在一个数据单元开始的，所述方法包括以下步骤：
存储能够被利用在所述数据单元的解码中的第一解码数据的第一数据位置；
从所述数字存储装置中在所述第一数据位置检索所述第一解码数据单元和从所述数字存储装置中检索以正向重放次序在所述数据单元的紧前面的一个前面的数据单元；
解码作为所述第一解码数据单元的函数的所述前面的数据单元。
25.按照权利要求24的方法，还包括以下步骤：
存储不能被利用在所述数据单元的解码中的第二解码数据单元的第二数据位置；和
从所述数字存储装置中在所述第二数据位置检索所述第二解码数据单元；和
解码作为所述第一解码数据单元和所述第二解码数据单元的函数的所述前面的数据单元。
26.按照权利要求25的方法，还包括从所述第二数据位置开始直至所述第一数据位置到达，连续检索多个数据单元的步骤。
27.按照权利要求26的方法，还包括步骤：对能够被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元进行解码。
28.按照权利要求27的方法，还包括步骤：将不能够被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元放弃。
29.按照权利要求24的方法，还包括从所述第一数据位置开始直至所述前面的数据单元到达连续检索多个数据单元的步骤。
30.按照权利要求29的方法，还包括以下步骤：
确定所述前面的数据单元的一个特征；和
分析检索的每个数据单元，确定它是否具有所述特征。
31.按照权利要求29的方法，还包括步骤：对可以被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元解码。
32.按照权利要求31的方法，还包括将不能被用在解码所述前面数据单元的所述检索的数据单元放弃。
33.按照权利要求24的方法，其中作为所说第一解码的数据单元的函数的所说前面数据单元的解码发生在接收用户命令之前，以便开始所说的反向重放操作。
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