CN1242616C - 记录数字数据流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在记录介质，比如高密度数字通用光盘上记录数字数据流的方法和设备。本记录方法在包含视频信号的接收数字数据流中搜索各个图像段，将包含搜索过程中找到的至少一个图像段的数据段分装成PES(分组流元)分组，分切PES分组，分切的数据片作为多个传输分组，以及，若流对象单元有足够的空间存储多个传输分组，则在流对象单元中写入多个传输分组，或若没有，则从下一个流对象单元的头部点开始写入。因此，每个流对象单元的头部与任意图像的起始对其，由此改善了记录介质上记录的A/V数据流的随机访问性。

Description

记录数字数据流的方法和设备
技术领域
本发明涉及在诸如高密度数字通用光盘(以下称为‘HD-DVD’)的记录介质上记录数字数据流的方法和设备。
本发明进一步涉及根据上述方法而记录有数字数据流的记录介质。
背景技术
由于视频/音频数据压缩、数字调制/解调等等的技术进步，以数字数据流的形式广播TV信号的数字电视广播系统正在快速地标准化。
在数字电视广播系统中，根据MPEG2(运动图像专家组)规定的数据压缩规则，压缩将要广播的视频/音频(A/V)信号，且以传输流(TS，其也在MPEG2标准中定义，由188字节长的传输分组(TP)的序列构成)的形式广播已压缩的A/V信号。
由于A/V数据压缩和传输的技术进步，数字TV广播系统将很快商业化，其可比模拟TV系统支持更高品质的视频和音频。另外，它保证了与数字通信设备、数字存储装置等的数据兼容性。
同时，正在开发新的设备为数字TV广播系统的商业化作准备。这就是可接收数字广播节目的TS并将其记录在可写HD-DVD上的数字记录器。由于数字TV广播系统在商业化，这样的数字记录器将得到广泛使用。
以MPEG2的方式为数字TV广播系统压缩的数字A/V数据由I-(帧内)、P-(预测)、和B-(双向预测)图像组成。I图像是基础，若存在相关的I图像，则P或B图像可作为视频帧给出。
在数字TV广播系统中，划分压缩的数字A/V数据以插入到顺序广播的188字节长(包括报头)TP序列的每个有效载荷字段中。
此后，数字记录器以接收顺序在可写HD-DVD上记录载有TV广播节目的TP。在记录操作中，预定大小，比如4字节的指示分组到达时间的时间标记可加到每个TP上。
在TP记录中，若已记录的TP达到一些包(pack)，比如32个包，则数字记录器将这些包归组为单个的‘高密度流对象单元’(此后称为‘HOBU’)，并为此HOBU创建和写入作为导航数据的搜索信息。搜索信息包括指向HOBU头部的位置或位置相关时间的信息。
但是，若广播的TP以和上述接收时同样的顺序记录，如图1所示，每个HOBU头部并不和任意图像的起始对齐。若数字数据流如图1所示记录，当数字记录器为等同于用户想要观看的图像的某一画面搜索记录的数字数据流时，其参考为所有HOBU而存储的搜索信息，在HOBU单元中跳动搜索。
但是，如图1所示，由于HOBU在头部区域中包括先前图像的剩余数据，所以不能由头部区域的数据构造完整的视频帧。因此，数字记录器必须在当前HOBU中抛弃先前图像的剩余数据并从紧接被抛弃数据的连续TP中获得完整的图像数据。在作为视频帧给出所获得的完整图像数据后，数字记录器可根据用户的命令，比如‘继续搜索’或‘播放’，确定是否从给出的图像开始再生。
但是，在HOBU中搜索完整图像的附加的搜索操作将花费更多搜索时间。即，使记录数字数据流的随机访问性变差。
若输出先前图像的剩余数据而不抛弃，则可能在视频帧中产生噪声。
因此，若数字TV广播节目的数字数据流和接收时一样地记录，上述缺点将不可避免地产生。
另一方面，如图1所示，若以划分数字数据流并填入构成HOBU的连续TP的每个有效载荷字段的方式，制造包含要通过数字电视机显示的A/V数字数据流的只读HD-DVD，而不考虑每个HOBU头和图像起始的对齐，则这样制造的只读HD-DVD还是有上述缺点，比如较差的随机访问性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种数字数据流记录方法和设备，当在记录的数字数据流中将预定大小的数据归组为HOBU，由此在记录介质上记录数字数据流时，用任意的完整图像数据从头部点开始构建新的HOBU。
本发明的另一个目的是提供一种记录介质，其上记录的数字数据流被归组为多个HOBU，每个HOBU都从头部点开始包含任意的完整图像。
根据本发明的在记录介质上记录数字数据流的方法的特征在于，包括步骤：在包含视频信号的数字数据流中搜索各个图像段；将包含上述步骤中找到的至少一个图像段的数据段分装成由运动图像专家组标准，即MPEG标准规定的分组流元分组，即PES分组；以及分切所述PES分组，分切的数据片作为多个由MPEG标准规定的传输分组，并且如果流对象单元有足够空间存储所述多个传输分组，则在流对象单元中写入所述的多个传输分组，或如果没有，则从下一个流对象单元的头部点开始写入。
根据本发明的在记录介质上记录数字数据流的设备的特点在于，其包括：分组流元分组器，即PES分组器，在包含视频信号的数字数据流中搜索各个图像段，并将包含至少一个所找到的图像段的数据段分装成由运动图像专家组标准，即MPEG标准规定的PES分组；传输分组器，分切所述分组流元分组器生成的PES分组，分切的数据片作为多个由MPEG标准规定的传输分组；以及数据写入器，若流对象单元有足够空间存储所述的多个传输分组，则在流对象单元中写入所述传输分组器由单个的所述PES分组生成的多个传输分组，或若没有，则从下一个流对象单元的头部点开始写入，其中，在写在记录介质上之前，所述数据写入器将每个所述传输分组的数据转换成适合写入的格式。
根据本发明的记录介质的特点在于，其包括：已记录的数据归组成多个流对象单元，其中，流对象单元从等同于视频帧的图像的起始数据开始。
附图说明
结合附图可更深刻地理解本发明，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
图1显示的是通过常规的记录方法(其中传输流和接收时一样地记录)形成的数据格式的例子；
图2显示的是根据本发明在记录介质上记录数字数据流的数据记录器的实施例的方框图；以及
图3显示的是根据本发明记录接收到的A/V数据流的示意过程。
优选实施例详述
为了更好地理解本发明，现在将结合附图对优选实施例进行描述。
图2显示的是根据本发明在记录介质上记录数字数据流的数据记录器的实施例的方框图。
图2的数字记录器可以是能够在可写HD-DVD上写数字A/V数据的视频光盘记录器(称为‘VDR’)，其包括：A/V流转换器10，根据MPEG2标准将接收到的A/V信号转换成压缩A/V数据流；A/V流分离器11，将压缩A/V数据流分离成视频和音频流；PES分组器12，将视频和音频流分别分组成MPEG2标准规定的PES(分组流元(Packetized Elementary Stream))分组；TS分组器13，分别分切视频和音频PES分组，以生成各个TP序列，并将各个视频和音频TP序列复用为单个的TS；写处理器14，将来自TS分组器13的TS重新格式化，以记录/再生适合的结构，并输出对应于重新格式化的数据的光盘写入信号；光学拾取器15，根据光盘写入信号沿插入的可写HD-DVD的记录轨形成标记和间隔；以及控制器17，接收关于写入的数据大小的信息，基于接收到的信息创建搜索信息，并通过写处理器14在可写HD-DVD16上写入所有创建的搜索信息。
若接收到TS中格式化的数字TV广播节目，则A/V流转换器10通过解码连续的TP而从TS中提取压缩A/V数据。但是，若接收到由其它数字TV广播系统标准，例如DirecTV广播的非MPEG格式的节目流，则A/V流转换器10进行适于此系统的解码算法，以提取A/V数据，并根据MPEG2标准的数据压缩规则再次压缩提取的A/V数据。若接收到了模拟A/V信号，则A/V流转换器10分别对视频和音频信号进行数字化，并对各个数字化信号进行MPEG2压缩操作。
图3显示的是根据本发明记录接收到的A/V数据流的示意过程。
A/V流转换器10将接收到的任意格式的数据流转换成MPEG2压缩数据流301。此后，下一级的PES分组器12分析A/V数据流301的视频流，以搜索每个I-、P-、和B-图像段，并用至少一个图形段组成PES分组。PES分组器12还用各个帧集合的音频数据流组成PES分组。
此时，将PES报头加在每个PES分组的前头以形成完整的PES分组。包括在PES分组中的图像的显示时间标记(PTS)写在PES报头中。所包含图像的解码时间标记(DTS)可选地写在PES报头中。
如图3所示，通过上述操作，PES分组器12输出数据流302。
当PES分组器12传输所组成的数据流302到TS分组器13时，它也发送‘PES分组起始信号’(PPSS)，指示视频PES分组的起始数据的传输，严格意义上，视频PES分组的PES报头传输到TS分组器13。TS分组器13分别分切视频和音频PES分组，以生成两个视频和音频TP序列，并如图3所示，将视频和音频TP复用为单个的TS303。
若在由接收到的数据制造TP时从PES分组器12接收到了PPSS，则TS分组器13开始将刚接收到的数据插入到下一个视频TP的有效载荷字段中，即，其创建新的TP，并在创建的新TP中同时利用PPSS写入接收到的数据。若在接收PPSS时，当前视频TP未充分填有接收的数据，则其剩余区域被填入空数据。图3中的椭圆区显示了通过上述TS分组器13的操作而部分填有空数据的TP。
TS分组器13以复用时同样的顺序向写处理器14发出TP。若当前发出的TP包括分切PES分组的起始数据，则通过和写处理器14同时地发送PES起始TP信号(PSTS)，TS分组器13通知写处理器14此情况。
写处理器14收集接收到的TP。只要从TS分组器13接收到PSTS，写处理器14就检测收集的TP是否大于单个HOBU(可写HD-DVD16的归组单位)的大小。若不大于，则写处理器14只存储位置，例如和PSTS同时接收的TP的‘SBi’，并继续收集接收的TP。若大于，例如，若当前情况是在‘SBi+1’，则写处理器14重新格式化除放在从先前存储位置‘SBi’之后的TP之外的收集的TP，从而为单个HOBU形成写数据集合，并调制和输出所形成的写数据集合。
因为除去后面的TP(若包括在写数据集合中)会使整个收集的TP超过HOBU的容量，为单个HOBU形成的写数据集合的大小小于单个HOBU的容量。因此，写处理器14生成大小等于HOBU剩余容量的附加的空数据。生成的空数据紧挨输出的写数据集合并写在HOBU的剩余区域中。填入HOBU的空数据可防止可能的再生或解码错误。
将后续的TP收集到未包括在为HOBU形成的写数据集合中的剩余TP中，即，从先前存储位置‘SBi’到刚接收的位置‘SBi+1’中的TP，以及和PSTS同时接收到的最后的TP，且当收集的大小大于单个HOBU时，将其写在下一个HOBU中。因此，下一个HOBU也将从图像的起始数据(严格意义上，数据字段从图像的起始数据开始的PES分组的报头)开始。
通过光学拾取器15，从写处理器14输出的调制信号以标记和间隔的形式写在可写HD-DVD16上。
同时，在为单个HOBU形成写数据集合后，写处理器14将单个HOBU的写数据集合的形成和写数据集合形成之前接收到的PSTS数量通知给控制器17。
另一方面，控制器17通过PES分组器12持续接收和存储写在每个PES分组的PES报头中的PTS。这样，若同PSTS数量一起通知单个HOBU的写数据集合的形成，则控制器17根据每个PES分组的已存PES，计算为单个HOBU形成的当前写数据集合的PTS时间长度，从而为此HOBU创建搜索信息。搜索信息可包括每个HOBU的PTS时间长度和每个HOBU的累计PTS时间长度(若HOBU的大小是常数，则不需要每个HOBU的大小信息和累计大小信息)。为每个HOBU大小的数据创建搜索信息，且在A/V数据记录操作的中间或在A/V数据记录操作之后，传输到写处理器14以作为导航数据写在预先分配的区域中。
如图3所示，根据所述的写处理器14的写操作，接收到的A/V数据流在可写HD-DVD16上形成数据写入格式304。
换句话说，每个HOBU的报头与PES分组的起始数据，即任意图像的起始对齐。
因此，在搜索模式下，当控制器17利用导航数据识别某一HOBU并访问所识别的HOBU时，因为识别的HOBU的开始就是图像的开始，所以不需要为图像的起始作另外的精确搜索操作。
上述图3的数据流记录格式适用于以前置凹点(pre-pits)的形式存储A/V数据流的只读HD-DVD。也就是说，以每个HOBU由图像起始数据开始的方式在只读HD-DVD上形成A/V数据流。另外，每个HOBU的搜索信息记录在导航区或作为导航数据文件。
不必说，对于这样制造的只读HD-DVD，消除了HOBU中为图像起始而作的另外的精确搜索操作。
另一方面，当A/V数据流写在常规只读DVD上时，以一个PES分组写在一个扇区的方式将其分装成PES分组。
但是，在本A/V数据流记录方法中，包括至少一个图像的流段(其大小比常规只读DVD的扇区大)被分装成一个PES分组。因此，和为常规只读DVD进行的A/V数据流记录方案相比，加到每个PES分组上的PES报头的数量显著减少。
上述A/V数据流记录方法和设备，及通过上述方法记录了A/V数据流的记录介质，与常规只读DVD的记录格式相比，可提高所记录的A/V数据流的随机访问性，并提高了高密度记录介质的实际数据记录效率。
对于本领域技术人员，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明显然可以有各种改进和变化。因此，本发明涵盖所附权利要求及其等同物的范围内的各种改进和变化。

Claims (11)

1.一种在记录介质上记录数字数据流的方法，包括步骤：
(a)在包含视频信号的数字数据流中搜索各个图像段；
(b)将包含上述步骤(a)中找到的至少一个图像段的数据段分装成由运动图像专家组标准即MPEG标准规定的分组流元分组即PES分组；以及
(c)分切所述PES分组，分切的数据片作为多个由MPEG标准规定的传输分组，并且如果流对象单元有足够空间存储所述多个传输分组，则在流对象单元中写入所述的多个传输分组，或如果没有，则从下一个流对象单元的头部点开始写入。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：将从外面接收到的视频信号转换成由MPEG标准规定的格式的数字数据流，所述的转换步骤在所述的步骤(a)之前进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述从外面接收到的视频信号是模拟A/V信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中若PES分组最后的分切数据片小于上述传输分组的容量，则上述步骤(c)不用所述PES的下一个分组的数据，而是用空数据填充所述传输分组的剩余区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的步骤(c)进一步分切音频分组的数据来生成音频传输分组，并在写入流对象单元之前，将所述音频传输分组与所述的多个传输分组复用。
6.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述PES分组都有一个报头，其中写有包含在所述PES分组中的图像的显示时间标记和/或解码时间标记。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的图像段是包括帧内图像数据即I图像数据、预测图像数据即P图像数据、双向预测图像数据即B图像数据的段，其中I、P和B图像由MPEG标准定义。
8.根据权利要求1所述的方法，其中当由于流对象单元没有足够的空间存储所述的多个传输分组而从下一个流对象单元的头部开始写入所述的多个传输分组时，上述步骤(c)进一步用空数据填充所述流对象单元的空间。
9.一种在记录介质上记录数字数据流的设备，包括：
分组流元分组器，即PES分组器，在包含视频信号的数字数据流中搜索各个图像段，并将包含至少一个所找到的图像段的数据段分装成由运动图像专家组标准即MPEG标准规定的PES分组；
传输分组器，分切所述分组流元分组器生成的PES分组，分切的数据片作为多个由MPEG标准规定的传输分组；以及
数据写入器，若流对象单元有足够空间存储所述的多个传输分组，则在流对象单元中写入所述传输分组器由单个的所述PES分组生成的多个传输分组，或若没有，则从下一个流对象单元的头部点开始写入，其中，在写在记录介质上之前，所述数据写入器将每个所述传输分组的数据转换成适合写入的格式。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，若PES分组最后的分切数据片小于所述传输分组的容量，则所述的传输分组器不用下一个PES分组的数据，而是用空数据填充所述传输分组的剩余区域。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，当由于流对象单元没有足够的空间存储由单个的PES分组生成的所述多个传输分组而从下一个流对象单元的头部开始写入所述的多个传输分组时，上述步骤(c)进一步用空数据填充所述流对象单元的空间。
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