CN1193874A - 数字信号再现方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明可在压缩视频信号的高速再现过程中再现音频信号。数字信号(A)包含压缩视频信号组V－PCK和音频信号组A－PCK,其中多个数字信号类型包括被多路复用并包含在作为VOBU的最小再现单元的块上的音频信号,该视频信号组在时轴方向以预测编码进行压缩编码。至少VOUB中的压缩视频信号的一部分参考图像数据与包含在连续区域HS中的音频信号一起再现,该连续区域包含上述最小再现单元中参考图像数据的上述部分。

Description

数字信号再现方法 和设备
本发明涉及一种再现多路复用的数字音频信号和数字视频信号的数字信号再现方法和设备，更具体地说，涉及一种能够更好地高速再现、包括倍速再现记录在记录媒体上的数字信号的数字信号再现方法和设备。
称为数字视盘(下文简称DVD)是公知的记录媒体，例如记录数字音频信号、数字视频信号及类似的信号的光盘。
在DVD格式中，一个单元是信息再现内容的基本单元。这种单元还由0.4至1.2秒再现单元(即最小的再现单元)的视频目标单元(VOBU)组成。在这种最小再现单元VOBU的前部排列有一个导航组(NV_PCK)，它是一个控制信息组。这种NV_PCK包含显示控制信息(PCI)和数据搜寻信息(DSI)。这些信息条目是用来，例如，作为用于在前述最小再现单元VOBU之前和之后扫描的VOBU地址信息。
这里，图表示上述DVD格式的数据结构。如图1所示，视频目标组(VOBS)单元用于主视频数据、子视频数据和音频数据的管理。该VOBS，比如，相应于一部电影作品。该VOBS由多个视频目标(VOB)组成。该VOB是记录在盘上的一组数据的一个单元。该VOB由多个单元组成。该单元，比如，相应于一部电影中的一幕场景或一幅剪辑。此外，这种DVD具有一种多故事格式的功能，它能在多个故事组成中提供一部电影，还具有一种父母锁功能(parental lock function)，用于跳过一幕无需的场景，例如暴力场景。这些功能通过多个单元结合而产生的。
一个单元由多个视频目标单元(VOBU)组成。该VOBU对应于运动图像中的0.4至1.2秒的图像，该VOBU，例如，包含了被称为MPEG格式中的一个GOP(图像组)。必须注意，这种MPEG制式是把运动补偿预测编码和离散余弦变换(DCT)相结合而形成的一个混合数据压缩规格，它已经在ISOIEC/JTC1/SC2/WG11中讨论和提出。这种包含在VOBU中的MPEG规格的GOP(图像组)包括一个帧内编码图像(I图像)、一个前向帧间预测编码图像(P图像)、一个双向帧间预编码图像(B图像)。
图2A表示在例如由15幅帧组成一个GOP的情况下在MPEG方法中帧间预测的结构示例。
在图2A中，I图像是帧内编码图像，它在一幅帧内已经过一次预测编码；P图像前向帧间编码图像，它参考一幅已被编码的暂时先前帧(I图像或P图像)进行预测；B图像是一幅双向预测编码图像，它参考两幅帧，即暂时的先前幅和随后图像进行预测。
也就是说，如图中箭头所示，I图像I2在帧内经过预测编码；P图像P5参考I图像I2预测编码；P图像P8参考P图像P5预测编码。此外，B图像B3和B4各参考两幅图像，即I图像I2和P图像P5进行编码；B图像B6和B7各参考两幅图像，即P图像P5和P图像P8进行编码。因此，实现预测编码以产生剩余图像。必须注意，每个图像中的下标表示一个临时的参考(下文称之为TR)。这里，TR表示GOP中图像的顺序，在正常图像再现过程中，帧是按这个TR顺序再现的。
在解码经过预测编码过的图像时，根据图像类型而获得各种图像。在帧内经过预测编码的I图像单独用I图像解码。然而，已参考一幅暂时的先前I图像或P图像经过编码的P图象就需要暂时的前幅I图像或P图像来解码。已参考暂时的前幅和下幅I图像或P图像经过编码的B图像就需要暂时的前幅和下幅I图像或P图像来解码。
为了这些需要解码的图像能预先被解码，图像按图2B所示的位置重新排列。也就是说，在解码过程中，B图像B0和B1需要先前GOP的一幅I图像或P图像以及I图像I2，因此，I图像I2排列在B图像B0和B1的前面。在解码过程中，B图像B3和B4需要I图像I2和P图像P5，因此，P图像P5排列在B图像B3和B4前面。在解码过程中，B图像B6和B7需要P图像P5和P8，因此，P图像P8排列在B图像B6和B7前面。在解码过程中，B图像B9和B10需要P图像P8和P11，因此，P图像P11排列在B图像B9和B10的前面。在解码过程中，B图像B12和B13需要P图像P11和P14，因此，P图像P14排列在B图像B12和B13的前面。因此，在MPEG方法中，解码顺序是不同于显示图像的显示顺序。
回到图1中，VOBU(视频目标单元)由导航组NV_PCK、视频组V_PCK、音频组A_PCK和子图像组SP_PCK组成，导航组是包含VOBU管理信息的控制数据组；视频组包含主视频数据；音频组包含音频数据；子图像组包含子音频数据。V_PCK、A_PCK和SP_PCK根据MPEG2这样的格式分别被压缩，并记录在记录媒体，即光盘上。
图3是导航组NV_PCK的结构图，该导航组是排列在VOBU的前端的控制数据组。如图3所示，NV_PCK具有一个组头标和一个系统头标，系统头标紧跟着一个PCI(显示控制信息)分组和一个DSI(数据搜寻信息)分组，显示控制信息分组包含PCI数据，数据搜寻信息包含DSI数据。
此外，DSI数据包含DSI_GI(未描述)，它是DSI的一般信息。该DSI-GI包含上述的MPEG中每个图像的参考图像(I图像和P图像)的末端地址。更具体地说，该DSI_GI包含一个在VOBU VOBU_1STREF(第一参考)_EA中的第一参考图像(I图像)的末端地址、在VOBU VOBU_2NDREF(第二参考)_EA中的第二参考图像(第一P图像)的末端地址、在VOBU VOBU_3RDREF(第三参考)_EA中的第三参考图像(第二P图像)的末端地址上的数据。
在实现前向或后向高速再现如倍速再现时，如果仅仅再现从上述NV_PCK中获得的地址图像，那么对于再现装置用户来说，经常产生这样一个问题，在情景扫描过程中，会发现目标图像没有人或情景没有活动目标。
因此，本发明的一个目的是提供一种数字信号再现的方法和设备，其能够同时高速地再现视频数据和音频数据，以便不仅能够搜寻视频信息而且能够搜寻音频信息。
为了实现上述目的，本发明的特征在于：在以一个比标准再现速度快的较高速度再现一个数字信号时，该数字信号包含了多个类型的信号，其中包括一个在信息组中多路复用的且作为最小的再现单元的音频信号，一个至少对应于上述最小再现单元的一部分区域的音频信号能够依次再现。
上述的数字信号包含在时轴方向以预测编码方式被压缩编码的压缩视频信号。在高速再现过程中，只有最小再现单元中的至少一部分压缩视频信号的参考图像能依次再现出来。与此同时，最好是对应于包含了上述最小再现单元中的一部分参考图像的连续区域的音频信号能被依次再现出来，或者是，如果最小再现单元不包含压缩视频信号的预定图像数据，那么大致对应于最小再现单元一半区域的音频信号能被依次再现出来。
这里，上述的最小再现单元，例如是所谓的DVD格式中的VOBU(视频目标单元)。上述的连续区域是包含上述一部分参考图像以及夹在这些参考图像中的图像的连续区域。上述的参考图像是在时轴方向预测编码过程中作为参考的图像，更具体地说，它们是帧内预测编码图像(I图像)和帧间前向预测编码图像(P图像)。此外，详细地说，预定的图像数据是VOBU中得的第一、第二、第三参考图像的数据。当第三参考图像的数据丢失时，则VOBU的一半区域中的一个音频数据被读出再现。
因此，在高速再现过程中，最小再现单元的一部分区域中的视频信号与这部分区域中的音频信号一起再现出来，以便不仅能够由图像信息搜寻而且也能够由音频信息搜寻。
图1表示DVD格式的数据结构；
图2表示MPEG规格中的帧间预测的结构和记录帧结构；
图3表示导航组(NV_PCK)的结构；
图4是用于说明本发明一个实施例操作的时序图；和
图5是根据本发明实施例的DVD(数字视盘)再现设备的基本结构的框图。
现在描述本发明的优选实施例。
图4是用于说明本发明一个实施例的数字信号再现方法的时序图。
图4A是在一个标准速度再现即正常再现过程中而获得的数据。上述的最小再现单元VOBU是从作为控制数据组的导航组(NV_PCK)开始的，该导航组后面紧跟着多个组，例如视频组(V_PCK)和音频组(A_PCK)。在以比标准再现速度快的较高速度实现高速再现，例如倍速再现时，在一个VOBU中由多个视频组(V_PCK)组成的一个MPEG规格的GOP内的参考图像(I图像和P图像)中，仅仅一部分参考图像被再现出来。例如，在本发明申请人先前申请的日本专利申请平(Hei)7-32944中通过说明书和附图公开了一种再现一个I图像和两个P图像的技术方案，在一个GOP中两个P图像出现在I图像之后，然后以便后面的GOP能够实现高速再现功能。这里，比如假设一个VOBU中的视频数据对应于由一帧I图像、四帧P图像和10帧B图像组成的一个GOP。
这里，根据本发明的一个实施例，在一个VOBU中，包含多个视频组(V_PCK)的连续范围在VOBU的始端被限定为HS区域，这些视频组是再现上述视频数据中的一个I图像和在I图像之后的两个P图像所必需的，包含在位于HS区域中的音频数据组(A_PCK)中的音频信号能被依次再现出来。
也就是说，在从能随机存取的记录媒体如DVD中读取数字信号时，在一个VOBU内，在HS区域中对应于上述的三幅参考图像(一幅I图像和两幅P图像)具有如图4A所示的记录内容的数字信号按图4B所示地被读取，且通过使用此HS区域中的视频组(IB_PCK)的视频数据中的上述三幅参考图像的数据来解码，这样，一幅I图像和两幅P图像按图4C所示地被再现和显示。与此同时，在HS区域中被搜索出来的音频组(A_PCK)中的音频信号按图4D所示地被依次再现出来。
必须注意，如果在上述的VOBU中没有视频数据出现的情况下(例如，在静止图像再现的情况下)，或者如果上述的三幅参考图像中的第三参考图像的视频数据不存在的情况下，那么包含在一个VOBU的预定区域，例如在大约VOBU的一半区域中的音频组(A_PCK)的音频信号被依次再现出来。
现在参考图5，描述在上述的高速再现过程中实现音频信号再现操作的电路结构。图5是数字视盘(DVD)再现设备的框图。
图5是DVD再现设备100的图，它包括：拾取器2，用于再现记录媒体(光盘)1中的射频(RF)信号；射频(RF)电路3，它被提供由拾取器2再现的射频信号，以便对信号进行二值化处理；数据解码器4，它被提供来自射频电路3的再现数据，以便进行诸如纠错的解码处理；和多路分解器5，它被提供由数据解码器4解码的再现数据，并把此数据分为主视频压缩数据、子视频压缩数据和音频压缩数据。
这个DVD再现设备100还包括：视频解码器6，用于扩展上述主视频压缩数据；子视频解码器7，用于扩展上述子视频压缩数据，并把生成的数字与主视频数据相结合；音频解码器8，用于扩展上述音频压缩数据；数字/NTSC PAL转换电路9(下文简称NTSC转换电路)，它被提供与来自子视频解码器7的子视频数据相结合的主视频数据的视频数据，并把该数据转换为NTSC制式信号或PAL制式信号；和数字/模拟转换电路10(下文简称D/A转换电路)，用于把来自音频解码器8的音频数据转换为模拟信号。
而且，这个DVD再现设备100还包括：控制器11，用于控制拾取器2、射频电路3、数据解码器4、多路分解器5、视频解码器6、子视频解码器7、音频解码器8、NTSC转换电路9、和D/A转换电路10；用户接口12，用作控制器11和用户操作输入端之间的接口；和存储器13，用于存储控制器11的数据。
DVD再现设备100再现DVD光盘和DVD-VIDEO视盘，包括专门用于再现的光盘、可写光盘和开重写光盘。
拾取器2再现来自记录媒体1的射频信号，并把射频信号提供给射频电路3。
射频电路3实现波形均衡处理并对射频信号进行二值化处理，并产生数字信号和其同步信号。由这个射频电路3产生的数字数据和其它数据提供给数据解码器4。
根据射频电路3产生的数字数据，数据解码器4对该数据进行解码和数据校正。由数据解码器4解码和校正过的数字数据提供给多路分解器5。
此外，这个数据解码器4也检测MPEG2格式中的系统头标、包含在组头标中的参数信息、包含在DVD格式中的导航组(NV_PCK)中的预定信息。参数信息和其他检测的数据从数据解码器4提供给控制器11。
此外，该数据解码器4在数字数据的输出阶段具有跟踪缓冲器4a。该跟踪缓冲器4a缓和(absorb)数据解码器4和多路分解器5之间的处理速度差。
在多路分解器5中，经过数据解码器4解码和纠错的数字数据被分为主视频压缩数据、子视频压缩数据和音频压缩数据。
这里，主视频压缩数据是用MPEG2方法压缩的视频数据，例如DVD格式的视频流。子视频压缩数据是与主视频数据相结合的叠加对话(superimposed dialog)的数据，例如DVD格式的子图像流。音频压缩数据是用MPEG2方法压缩的音频数据，例如DVD格式的音频流。
分路解调器5把主视频压缩数据提供给视频解码器6，把子视频压缩数据提供给子视频解码器7，把音频压缩数据提供给音频解码器8。
视频解码器6对主视频压缩数据进行解码，产生由该解码处理扩展的主视频数据。此视频解码器6具有在解码处理中存储三幅帧用的存储器。也就是说，上述的MPEG2格式的I图像、P图像和B图像经过解码并被存储在视频解码器6中的存储器内。此外，解码的图象从该存储器输出。该存储器具有大于三幅帧的存储容量。视频解码器6把产生的主视频数据提供给子视频解码器7。
子视频解码器7对子视频压缩数据进行解码，并把经过解码的子视频数据与由视频解码器6提供的主视频数据相结合，以便产生音频数据。也就是说，子视频解码器7使作为子视频数据再现的叠加图像与主视频数据相结合。必须注意，如果没有子视频数据出现，该子视频解码器7就按主视频数据的原样输出。子视频解码器7把产生的视频数据提供给NTSC转换电路9。
音频解码器8对音频压缩数据进行解码，并产生扩展的音频数据。也就是说，如果音频压缩数据已用MPEG2格式压缩，则音频解码器8进行相应的扩展处理并产生音频数据。必须注意，如果音频数据用PCM格式而不是MPEG2格式编码，那么就能进行相应的解码。音频解码器8把产生的音频数据提供给D/A转换电路10。
NTSC转换电路9将视频数据从数字数据转换为诸如NTSC制式或PAL制式的电视信号以便输出。该输出信号被提供给显示器或类似物，以便用户能够看见和听见从记录媒体1中再现的视频数据。
D/A转换电路10把数字数据的音频数据转换为模拟音频数据以便输出。该输出信号被提供给扬声器或类似物，以便用户能够看见和听见从记录媒体1中再现的视频数据。
控制器11对拾取器2、射频电路3、数据解码器4、多路分解器5、视频解码器6、子视频解码器7、音频解码器8、NTSC转换电路9和D/A转换电路10进行控制。此外，控制器11通过用户接口12，例如操作板和遥控器，被提供操作输入信号。根据此操作输入信号，控制器11控制相应的电路。而且，控制器11能够在存储器13中存储各种控制数据，并根据存储在存储器13中的数据实现各种控制。
在上述高速再现过程中，在记录媒体1上再现的VOBU地址信号的数据经过拾取器2、射频电路3和数据解码器4提供给多路分解器5。数据解码器4能够从上述的控制信息组NV_PCK的DSI(数据搜寻信息)中获得包含与上述三幅参考图像(I图像和相应的两幅P图像)相对应的视频组(V_PCK)的末端地址，即第三参考图像(VOBU_3RDREF_EA)的地址，并对每个VOBU仅把高至第三参考图像地址(VOBU_3RDREF_EA)的数据输出给多路分解器5。
然而，如果从上述NV_PCK的DSI中获得的I图像和P图像的末端地址(VOBU_1STREF_EA、VOBU 2NDREF_EA、VOBU_3RDREF_EA)全部是零，或者如果第三参考图像的末端地址即VOBU 3RDREF_EA为零时，则高至VOBU末端地址的一半的数据就能被输出，从而能输出音频数据。
控制器11得到上述的NV_PCK的信息。在NV_PCK后面的主压缩数据(视频数据)传输给视频解码器6。控制器11使视频解码器6仅对上述的三幅参考图像(I图像和P图像)进行解码。
在前向高速再现过程中，即所谓的正向扫描中，每个解码的参考图像依次显示出来。此外，音频数据被传输给音频解码器8。音频解码器8对压缩的音频数据进行解码，同时在输入阶段把该数据存储在编码缓冲器中。解码的数字音频信号由D/A转换电路10转换为模拟信号以便输出。
在后向高速再现过程中，即所谓的反向扫描中，上述三幅参考图像全部被解码，在视频解码器6被提供下一个VOBUDE主视频压缩数据时，上述的三幅参考图像按照与解码顺序不同的后向顺序显示出来。音频数据以和上述的前向扫描相同的方式被解码。已经通过多路分解器6的数据按原样解码并被输出。
这里，设置存储器，从而为多路分解器5和音频解码器6之间的或在音频解码器8的输入阶段的输入数据提供缓冲。该存储器最好具有一个比预先设定的值(例如为4K比特)大的容量，以便主视频扫描速度在前向扫描和后向扫描时均不受到影响。
例如，在视频数据用MPEG规格M＝3进行编码的情况下，两幅B图像就会在参考图像(I和P图像)之间显示出来。在此情况下，缓冲存储器最好具有四幅帧(在NTSC中为4/30秒)或更多的容量，以便跳过整个四幅图像，并尽快地对I、P、P进行解码。
因此，通过在音频编码缓冲器中存储压缩音频数据块以便进行解码和再现，即使间歇地提供数据，也能长时间地再现音频数据。
应该明白，本发明并不局限于上述实施例。例如，在高速再现过程中再现的参考图像的数目并不局限于三。
从上述内容可清楚地知道，根据本发明，在高速再现由多个数字信号类型组成的数字信号时，该数字信号类型包括对每个最小再现单元以块为单位多路复用的音频信号，与至少一部分上述最小再现单元相对应的音频数据能够依次再现出来，本发明能使音频信号在高速再现过程中与其它数字信号一起再现出来。
上述数字信号包括已在暂时轴向通过预测编码进行压缩编码的压缩视频信号。在高速再现过程中，在上述最小再现单元中，只有至少一部分压缩视频信号的参考图像能被依次再现出来，与此同时，以这种方式，在上述最小再现单元中，与包含上述部分的参考图像的连接区域相对应的音频信号也能依次再现出来，从而，在视频信号高速再现过程中，相应的音频信号就能同时地再现出来，并可根据视频信息和音频信息恢复数据，因此能顺利地搜索到目标。
此外，如果上述的最小再现单元不包含上述压缩视频信号的预定视频数据，那么大致对应于一半最小再现单元的音频信号能被依次再现出来，因此，即使显示一幅静止的图像，也能根据音频信息搜索到目标。
此外，音频编码缓冲器被用于存储压缩音频数据块以进行解码和再现，以便即使间歇地提供数据，也能长时间地再现音频数据。

Claims (10)

1.一种数字信号再现设备，包括：
用于再现数字信号的再现装置，其中多个数据信号类型包括被多路复用并被记录在作为最小再现单元的块中的音频信号；
用于在高速再现过程中控制再现包含在所述数字信号的所述最小再现单元的一部分区域中的数据的控制装置；和
用于依次再现音频信号的音频再现装置，该音频信号包含在由所述控制装置控制而将被再现的数字信号中。
2.如权利要求1所述的数字信号再现设备，其特征在于：所述数字信号包含预测编码的视频信号；所述最小再现单元中的所述部分区域是至少包含将被显示的预测编码视频信号的连续区域；还设有视频再现装置，用于依次再现受所述控制装置控制而将被再现的所述数字信号中的所述预测编码视频信号。
3.如权利要求2所述的数字信号再现设备，其特征在于：所述预测编码视频信号包含一帧内预测编码视频信号和至少一帧间预测编码视频信号，所述最小再现单元中的所述部分区域是包含将被显示的帧内预测编码视频信号和至少一帧间预测编码信号的连续区域。
4.如权利要求1所述的数字信号再现设备，其特征在于：
所述数字信号至少包含一预测编码视频信号；和
所述音频再现装置还包括用于在受所述控制装置控制而将被再现的所述数字信号没有包含将被显示的预测编码视频信号时再现音频信号的装置，该音频信号大致排列在所述最小再现单元的一半区域中。
5.如权利要求2所述的数字信号再现设备，其特征在于：所述数字信号包含指示所述最小再现单元中的所述部分区域的位置信息；和
所述控制装置根据所述位置信息来控制再现包含在所述数字信号的所述最小再现单元中的所述部分区域中的数据。
6.一种用于再现数字信号的数字信号再现方法，其中多个数字信号类型包括被多路复用并在记录媒体中作为最小再现单元的块上记录的音频信号；所述方法包括：
在高速再现过程中控制包含在所述最小再现区域的部分区域中的数据、以便能够依次再现受到控制将被再现的所述数字信号中的音频信号的步骤。
7.如权利要求6所述的数字信号再现方法，其特征在于：所述数字信号包含预测编码视频信号；所述最小再现单元中的所述部分区域是至少包含一将被显示的预测编码视频信号的连续区域；
所述方法还包括依次再现受到控制而将被再现的所述数字信号中的所述预测编码视频信号的步骤。
8.如权利要求7所述的数字信号再现方法，其特征在于：所述预测编码视频信号包含一帧内预测编码视频信号和至少一帧间预测编码视频信号，所述最小再现单元中的所述部分区域是包含将被显示的帧内预测编码视频信号和至少一帧间预测编码信号的连续区域。
9.如权利要求6所述的数字信号再现方法，其特征在于：
所述数字信号至少包含一预测编码视频信号；和
所述音频再现步骤还包括用于在受所述控制装置控制而将被再现的所述数字信号没有包含将被显示的预测编码视频信号时再现音频信号的步骤，该音频信号大致排列在所述最小再现单元的一半区域中。
10.如权利要求7所述的数字信号再现方法，其特征在于：所述数字信号包含指示所述最小再现单元中的所述部分区域的位置信息；和
所述控制步骤还包括用于根据所述位置信息控制再现包含在所述数字信号的所述最小再现单元中的所述部分区域中的数据的步骤。
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