CN1231051C - 压缩的数字音频和视频数据的存储方法 - Google Patents

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Abstract

在图象组(GOP)的基础上压缩的数据音频和/或视频程序被记录在一个媒体上，通过协调存储传送数据流分组和指针信息在组与组之间直接跳变。特别是在存储的同时从主传送数据流中获取连续的指针，它们集中指向一个重组的包含入口点的传送数据流中的数据分组。这些指针被存储在媒体上的预定位置。

Description

压缩的数字音频和视频数据的存储方法
本发明涉及一种将在图象组GOP的基础上压缩的一或多个数字音频和/或视频程序记录在媒体上的方法，通过协调存储传送数据流分组和指针信息在组与组之间直接跳变。传统的视频数据记录允许执行快进和快退等等特技模式。为了获得在图像组(GOP)基础上压缩的数字视频数据，特技模式已经变得越加复杂了，因为均匀的视频间隔可能对应着连续的不均匀长度的数据分组，这取决于视频数据的信息内容。美国专利US 5701386是通过为每个图像组提供一个GOP标题并且为每个顺序的GOP提供其前一个GOP和后一个GOP的顺序标题来实现快进和快退的。本文中一贯使用“图像”这一术语。按照实际的视频标准，术语“图像”可能包括“帧”和“场”。然而，按照用于发送多信道音频和/或视频数据的系统层标准ISO/IEC 13818-1，特别是通过卫星的新式数字广播是采用传送数据流(TS)。视频层标准可以采用H262或ISO/IEC 13818-2，音频层标准是ISO/IEC 13818-3。这些特征特别被用于DVB并且用于没有来自解码器的反馈的线性播放。分组一个接一个地到达接收机，并且在一个分组到达之前往往不知道它们所属于的具体的程序；实际上是通过PSI-表来分配的。为了存储，从一个接收的传送数据流中选择一或多个特定的程序。这就需要在存储时间或重放时间采用某些流动参数来保证有效地重放传送数据流。
重放系统一般都支持跳过一个选择的物理存储距离，但是随后命中实际存储程序的入口点的概率却很低。要找到这种入口点需要反复和费时的检索，可能造成缓冲器下溢。另外，几乎不可能以整数n倍的高速度重放数据流，并且准确着陆在可以独立播放的一个视频片段上。因此，如果存储是在一个专用设备上完成的，必须要直接或是通过指针立即获得入口点的位置。如果需要存储多个程序，问题就会变得更加严重。
总而言之，本发明的目的是用这样一种方法来格式化存储的视频数据，可以在传送数据流环境下使用各种特技模式，同时保留在这种环境便于处理数据的特点。
按照本发明一个方面的特征在于在存储的同时从主传送数据流中获取连续的指针，它们集中指向包含入口点的一个次传送数据流中的数据分组，而这些指针被存储在上述媒体的预定位置上。本发明还涉及到用来重放这样记录的传送数据流的方法，以及用来实现本发明的装置。从属权利要求限定了本发明的其他有利方面。
以下要特别参照附图通过对本发明最佳实施例的具体描述来讨论本发明的上述及其他各个方面和优点，在附图中：
图1是一种记录结构的框图；
图2是一种传送数据流结构的示意图；
图3是存储的数据结构示意图；
图4是一种重放结构的框图；
图5是一个传送数据流的分组；
图6是一个传送数据流的拆组。
有关环境的结构说明
按照传送数据流分组的规定格式，开头是传送数据流分组标题，它包含一个分组标识符PID。通过程序说明信息PSI表就可以知道一个TS分组中的数据内容。每个发送程序的视频数据的PID，也就是V_PID被存储在传送数据流的PSI表中。一个可变payload_unit_start_indicator pusi被存储在传送数据流分组标题中，并且表示这一分组的有效负载是否确实是从分组基本数据流PES分组(上述ISO/IEC标准)的第一字节开始的。最后，adaptation_field_control(afc)表示传送数据流分组是否确实包含一个适配场和/或有效负载。
为了设定指针，系统通常仅仅需要进入具有PID＝V_PID，pusi＝1和一个等于1或等于3的afc的那些分组。如果这种表对于单个188字节分组来说是过长了，就必须进入具有PID＝V_PID的两个以上连续的分组。仅仅需要在这样的分组中检查入口点。入口点可能是这样的：
*开头有一个I-图象的TS分组；
*开头有一个GOP的TS分组；
*开头有一个顺序标题的TS分组；
指针可以过渡性地存储在RAM存储器中，并且最终被写的盘上。具有每秒25个图象，GOP大小为12个图象和一个长度为4字节的指针的135分钟长度视频图象的一个程序会产生大约0.54Mbit或67KByte指针信息。按照16Mbaud传输速度，如果占用一个单独的盘区，要写入所有指针大约需要35毫秒。如果RAM太小，就必须提前写入指针。指针可以保留在存储的数据流内，例如是在达到一定数目例如1000个选定的分组时存储指针。在重放时就能立即获得指针位置。或者是可以使用一个指针位置表。如果将指针保存在一个单独的位置，可以在一定时间间隔之后写入，也可以在实际比特率降低时写入，或者是在达到缓冲器存储容量之前写入。
为了便于重放存储的程序，可以和指针一起存储以下的进一步信息：
*视频图象在记录时以秒为单位的长度，用来计算剩余时间；
*GOP的大小，以及GOP在应用中是否关闭的特性，例如是按照MEPG标准，以及它们的大小是否均匀；
*包含程序图表PMT的分组的PID；
*存储程序参考时钟(Program Clock Reference)PCR的分组的PID；
*具有视频信息的分组的PID；
*可以用来计算经过时间的起始时间代码；
*配合着均匀的GOP大小可以用来跳到一个特定瞬时的帧速率；
*TS分组的总数，可以用来计算程序的结尾；
*I-，B-和P-图象的总数；
*I图象总数
*平均比特率。
使用指针可以支持高速重放一个指定的程序。通过避免参考不存在的图象来维持传送数据流的状态。进而可能需要改编一些场。
仅仅向编码器提供包含视频信息，包括SI信息的TS分组和PCR分组就能实现特技播放。通常不需要快速播放声音。额外信息的存储可以用来选择前进，排除那些具有对应着PAT，PMT，PCR和V_PID的PID的分组。在重放完整的GOP时，GOP大小信息可以在“非关闭的”GOP的环境下使用，有选择地绕过特定的B-图象，并且能够适合暂时参考其他分组。可以配合着存储在GOP标题中的时间代码使用记录时的视频图象持续时间，用来计算和显示经过的时间。帧速率和固定的GOP大小的组合可以周期性地准确重放规定的秒数，并且依次跳过前一个数的n倍，n的取值范围例如是1-100。由指针支持的存储带来的额外优点是程序仅仅需要存储一次。上述结构可以支持在次传送数据流中以交错的方式并行记录多个程序。在这种情况下，每个程序需要有相应的指针阵列。
图1是一种记录结构的框图。输入20接收一个传送数据流。在框22中选择需要的TS分组和插入的时标，然后存储在数据流信息存储器24中。在框26中对选定的TS分组计数，并且将实际计数提供给指针信息存储器28。在框32中提取入口点，并且在框30中计数：计数同时被提供给指针信息存储器28和实际上与框24相同的数据流信息存储器36。在框34中从GOP标题中找到时间代码，如果它的值是零，就执行任何必要的修改。在框38中提取起始时间代码，并且提供给数据流信息存储器。在框40中提取GOP大小和图象速率信息，并提供给框50的数据信息存储器。在框42提取关闭的GOP指示器，在框44提取PCR_PID，在框46提取PMT_PID，在框48提取视频PID，全都提供给数据流信息存储器50。输出49的上的信息可供存储。图中没有规定各种局部功能性硬件的结构，可以按常规的手段实现，为简要而没有表示。
图2是传送数据流结构的示意性实施例。最上级表示各自包括188字节的顺序的传送数据流分组。下一级是由至少容纳PID，pusi和afc信息的一个千字节标题构成的一个分组。第三组的数据场包含大小根据需要而定的一个适配场和/或一个有效负载场，并且可以通过afc信息在内部规定。
图3是存储的数据结构示意图。框64代表由包含根据从图1中的输入22接收的信息流选择的所有信息的TS分组构成的数据流信息。框62代表由图1中的框26、30、32产生的指针信息。框60代表由图1中的各个框产生的数据流信息，具体的框有22，30，38，40，42，44，46和48。首先将来自框60和62的信息加以组合后连续存储。接着将形成的合成信息和来自框64的信息存储在媒体上。后一种信息的实际存储位置可以和前者分开；通过文件系统来链接。完整的信息按照图2所示的结构被集中存储在盘上。程序中的TS分组可以连续写入。指针和数据流信息可以在视频信号之后写入，或者是在视频信号期间的少量时间内写入。
图4是一种重放结构的框图。70代表可写入的存储盘及其用于驱动和存取的有关的机电，光电和电子部件，包括在低于本发明的结构层次上工作的解调，纠错和类似特征。框72执行分解成三个子数据流的多路分解。框74代表指针信息存储器子数据流。框76代表数据流信息存储器子数据流。这两个数据流被提供给可以执行以下用户控制功能的控制单元80：
*设定盘重放速度，例如1...n倍正常速度；
*在执行跳跃之前选择设定最小播放时间；此处存在各种的可能性，例如在跳跃之前播放n个GOP，跳跃速度xnGOP；或者是：重复n次播放一个I-图象，然后跳到下一个I-图象，等等；
*如果存储了多个程序：选择程序；
*设定开始播放指定程序的视频起始位置；
*播放/记录；
*停止；
*转到一个特定的时间点；
快进和快退。
以下是控制功能的例子：
*显示从正在读出的程序的开头实际经过的时间；
*从盘上提取指针和数据流信息；
*控制转向特定字节位置的操作，例如是存取一个入口点；
*从一个特定的位置开始播放；
*在一个特定物理位置上记录。
控制单元可以通过控制线路92，94，96，98将由此产生的信号提供给以下的各个子系统。首先提供控制线路92控制盘导向子系统70。从框72多路分解的传送数据流被提供给框82以提取时间代码。框84检测指示器Closed_GOP是不是虚假的(≠1)并且播放n个GOP，用无效分组代替第一个B-图象。另外，框84检测指示器Closed_GOP是不是虚假的(≠1)，或是仅仅播放I-图象，更新TS分组标题中的连续计数器，更新图象标题中的时间参考，并且将GOP标题中的断线设定为1，后者是由解码器类型确定的。
框86检测重放速度是否≠1，在这种位置上用无效分组替换除了Video PID分组，PCR PID分组，PMT PID分组和PAT PID(0)分组之外的所有TS分组。另外，为了反映准确的显示和解码时间，还要修改Presentation Time Stamp，Decoding Time Stamp和PCR数目。
框88检测是否存在时标；如果有，就重组Time Base并且取消Time Stamp。输出90可以提供一个符合MPEG-2标准的修改的传送数据流。为了简便，图中没有规定各种局部功能性硬件的构图。
传送数据流的一个特点是所有TS分组的开头都是一个包含PID的TS标题。
图5表示一个传送数据流的编组过程。从左边起，视频数据和音频数据到达各自的编码器110和112。两个编码器分别提供给各自的编码器112和116，各自产生一个视频PES数据流和一个音频PES数据流。在多路复用器118中多路复用两个数据流，构成一个可以存储的输入传送数据流。
图6表示一个传送数据流的拆组方法。从左边起，合成的传送数据流进入一个多路分解器附加解码器120，将视频和音频分开。框126进一步执行时钟提取，然后是同步视频解码器框122和音频解码器框124。解码的视频和音频信息随后就可以重放了。
本发明的各个有关方面如下：
*可以从GOP-标题和起始时间代码中提取经过时间指示器，与比特率和GOP的大小无关；
*便于任何速度的快进和快退，即使在盘上实际包含多个程序，但是逻辑上不会混淆；
*指针表和TS信息都可以存储在盘上的任意位置。有些指针表和TS信息表的内容可以用于包含TS分组/程序起始位置的所有程序。
*特技播放不需要图象顺序的额外重组或重新格式化；
*可以使用外部和内部解码器；
*对包含一个入口点的TS分组不需要使用直接的扇区指示；
*实际上不需要连续地存储数据；
*可以交错地存储音频，视频和其他数据；
*本发明适合所有的GOP大小，即使是不均匀的GOP大小。

Claims (17)

1.一种将在图象组(GOP)的基础上压缩的一或多个数字音频和/或视频程序记录在媒体上的方法，通过协调存储传送数据流分组和指针信息在组与组之间直接跳变，其特征是
在上述存储的同时实时地从主传送数据流中获取连续的指针，它们集中指向包含入口点的一个次传送数据流中的数据分组，而这些指针被存储在上述媒体的预定位置上。
2.按照权利要求1的方法，其特征是上述预定位置处在上述次传送数据流内部。
3.按照权利要求1的方法，其特征是上述预定位置处在上述次传送数据流外部的一个表区域内。
4.按照权利要求1的方法，其特征是，为了配合上述次传送数据流中的多个交错的程序使用，同时为每个这种程序提供一个指针的专用阵列。
5.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示GOP的大小，并且在使用时指示GOP是否关闭以及大小是否均匀的特征。
6.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示包含一个程序图表的分组的PID。
7.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示包含一个程序参考时钟的分组的PID。
8.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示包含视频信息的一个分组的PID。
9.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示用来计算经历时间的起始时间代码。
10.按照权利要求1的方法，其特征是进一步指示在结合一个均匀的GOP大小为跳到一个特定瞬时而使用的帧速率。
11.一种用来从媒体上重放在图象组(GOP)的基础上压缩的编码数据组成的一或多个数字音频和/或视频程序的方法，通过存储的传送数据流分组和指针信息在组与组之间直接跳变，其特征是
按照实时的连续指针访问正在重放的一个单独或复合的传送数据流，它们集中指向包含入口点的一个特定传送数据流中的数据分组，在上述媒体上的预定位置访问这些指针。
12.按照权利要求11的方法，其特征是上述预定位置处在上述次传送数据流内部。
13.按照权利要求11的方法，其特征是上述预定位置在上述次传送数据流外部的一个表区域内。
14.按照权利要求11的方法，其特征是进一步检索在结合一个均匀的GOP大小为跳到一个特定瞬时而使用的帧速率。
15.一种将在图象组(GOP)的基础上压缩的一或多个数字音频和/或视频程序记录在媒体(66，70)上的记录装置，通过协调存储传送数据流分组(64)和指针信息(62)在组与组之间直接跳变，上述记录装置被设置成用于将实时传送数据流(20)记录在上述媒体上(66，70)；
其特征在于上述记录装置包括：
指针产生装置(26，30)，被设置成用于实时得到集中指向包含入口点的次传送数据流中的数据分组的指针(62)，
用于将上述指针存储在上述媒体(66，70)的预定位置上的装置(28)。
16.一种用于播放在图象组(GOP)的基础上压缩的并且被存储在记录媒体(66，70)上的数字音频和/或视频程序的重放装置，通过协调存储传送数据流分组(64)和指针信息(62)在组与组之间直接跳变，上述重放装置被设置成用于播放存储的主传送数据流(20)，
其特征在于上述重放装置包括：
提取装置(72，74)，用于读取指向次传送数据流中的数据分组的指针(62)，上述指针(62)存储在上述媒体(66，70)的预定位置；
控制装置(80)，用于在执行用户控制功能时使用所提取的指针(62)。
17.按照权利要求15的装置，其特征在于还包括用于在可重写盘上进行记录的记录装置。
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