CN1254917A - 运动图像专家组标准位流再现设备和再现方法 - Google Patents

Abstract

一种MPEG再现设备和MPGE再现方法,其中MPEG再现设备用于再现基于MPEG标准的MPEG位流,该设备包括:图像类型识别单元,用于识别所述MPEG位流的图像类型;反向再现图像控制单元,用于在反向再现时按照所述图像类型控制所述MPEG位流的解码顺序;MPEG解码单元,用于通过对所述反向再现图像控制装置指定的位流进行MPEG解码而产生图像数据;以及帧存储单元,用于存储所述图像数据,从而提供一种以单速反向再现所有MPEG帧的设备。

Description

运动图像专家组标准位流 再现设备和再现方法

本发明涉及一种记录和再现运动图像的设备，尤其涉及用于再现MPEG位流的MPEG再现设备和MPEG再现方法。

目前，用于再现按照MPEG标准压缩并记录在介质上的运动图像数据的再现设备已广泛使用。对于这些再现设备中的任何一个来讲，可能的情形是以反方向从载有数据的介质再现MPEG压缩的运动图像数据。在这种情况下，首先必须以GOP(图像组)为单位按正向将图像解码，然后以反方向再现图像，这是因为MPEG技术采用帧间预测。

如下面所述，以反方向从DVD一类的盘形介质再现数据。图6是表示供DVD使用的相关技术的反向再现方法的示意图。在图6中，参考字符I代表I图像，P代表P图像，B代表B图像。附于图像的数字表示显示图像的顺序。当使用盘形介质如DVD时，可反复地重放同一数据。对于这种反向重放，首先正向从该盘再现数据，以让单个GOP位流从其起始端顺序进入解码器。对于要显示的每个图像，被解码和显示的数据多达一个特定帧。当构成一个给定GOP的数据已完毕时，在刚完毕的GOP之前的另一GOP到达同一过程。

具体地说，首先对GOP2的I3至B14解码；显示P15(最后一帧)；再次对13至B14解码；然后显示B14；等等，由此反向再现GOP2。当GOP2的反向再现完成时，GOP2之前的GOP1到达反向再现的同一过程。

然而，这种相关技术的再现设备具有以下问题：如果从介质传递数据的速度或者所采用MPEG解码器的处理能力对应于每帧时一帧的平均值，如同正向再现时，则它们不能实现反向单速重放。

在反向再现时，首先必须以GOP为单位按正向将数据解码。如果所示出的每个GOP包括15个图像(N＝15)，则仅实现1/15速度的很慢的反向再现。

解决上述问题的一个途径是在反向再现时仅将I图像从位流中去除。然而，这会导致呈现分散运动的断续再现的图像，这些图像是难看的。

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述和其他缺陷，并提供一种用于反向实现所有帧的单速MPEG再现的MPEG再现设备和MPEG再现方法。

为达到本发明的前述和其他目的，按照本发明的第一方面，提供一种MPEG再现设备，用于再现基于MPEG标准的MPEG位流，该设备包括：图像类型识别装置，用于识别所述MPEG位流的图像类型；反向再现图像控制装置，用于在反向再现时按照所述图像类型控制所述MPEG位流的解码顺序；MPEG解码装置，用于通过对所述反向再现图像控制装置指定的位流进行MPEG解码而产生图像数据；以及帧存储装置，用于存储所述图像数据。

上述结构的MPGE再现设备首先识别MPEG位流的图像类型并保存图像类型信息。在反向再现时，反向再现图像控制装置按照如此保存的图像类型信息确定位流的解码顺序。MPGE解码装置以预定顺序对位流解码。解码后的信息保存在帧存储装置中以用作基准图像或供显示。

按照本发明的第二方面，提供一种用于再现MPEG位流的MPEG再现设备，包括：图像类型识别装置，用于识别所述MPEG位流的图像类型；反向再现图像控制装置，用于在对一个GOP的B图像的位流进行解码之前，对所述GOP的I图像和P图像的位流进行解码；MPEG解码装置，用于通过对所述反向再现图像控制装置指定的位流进行MPEG解码而产生图像数据；以及帧存储装置，用于存储所述GOP中包括的所有I图像数据和P图像数据。

上述结构的MPGE再现设备还识别MPEG位流的图像类型并保存图像类型信息。在反向再现时，反向再现图像控制装置使MPEG解码装置根据所保存的图像类型信息在将B图像解码之前先将给定GOP的I图像和P图像解码。在解码后，将GOP的I图像数据和P图像数据存储到帧存储装置中，以用作B图像的基准图像或用于显示。

按照本发明的第三方面，提供一种用于再现MPEG位流的MPEG再现方法，包括如下步骤：通过分析其首标识别所述MPEG位流的图像类型；在反向再现时按照所述图像类型重排所述MPEG位流的解码顺序；通过以所述重排步骤中重排的顺序对所述MPEG位流进行MPGE解码而产生图像数据；以及按需要存储所产生的图像数据。

通过应用包括上述步骤的MPGE再现方法，首先分析MPEG位流的首标，以便识别所述位流的图像类型，然后保存图像类型信息。在反向再现时，按照图像类型信息确定提供给MPEG解码器的位流的顺序。以如此确定的顺序对MPEG位流进行解码。在MPGE解码之后，按需要存储图像数据。

按照本发明的第四方面，提供一种用于再现MPEG位流的MPEG再现设备，所述设备包括：MPEG图像选择装置，用于在反向再现时，在识别所述MPEG位流的图像类型之后，选择特定图像类型的图像数据；MPEG解码装置，用于对所述MPEG图像选择装置选择的MPGE图像数据解码；以及帧存储装置，用于按需要存储已解码的图像数据

在上述结构的MPEG再现设备中，MPEG图像选择装置识别输入MPEG位流的图像类型，选择特定图像类型的数据，及顺序输出所选择数据到MPEG解码装置。MPEG解码装置将所选择图像数据连续解码。如此解码的图像数据按需要存储在帧存储装置中。然后按反向再现时所要求的次序显示帧存储装置中存储的图像数据。

按照本发明的第五方面，提供一种MPEG再现方法，用于再现基于MPGE标准(MPEG表示运动图像专家组)的MPEG位流，该方法包括如下步骤：在反向再现时从MPEG记录介质读取MPEG位流；在识别所述MPEG位流的图像类型之后选择特定图像类型的图像数据；将所选择的MPEG图像数据解码；按需要存储已解码图像数据；以及显示所存储图像数据。

按照上述本发明的MPEG再现方法，在反向再现时识别从MPEG记录介质读取的MPEG位流的图像类型。当检测到特定图像类型时，对适用的图像数据进行MPEG解码。按需要存储如此解码的图像数据并加以显示。

在阅读了下列说明和附图以后，本发明的其他目的、特征和优点会更为清楚。

图1是实施本发明的MPEG再现设备的方框图；

图2是实施本发明的MPEG磁带录像机的方框图；

图3是描绘一种旋转磁头型MPEG磁带录像机采用本发明方法从录像带进行反向单速数据再现的示意图；

图4是可应用于本发明的执行反向再现的MPEG再现设备的时序图；

图5是可应用于本发明的另一执行反向再现的MPEG再现设备的时序图；

图6是表示供DVD使用的现有技术反向再现方法的示意图。

现在参照附图描述本发明的优选实施例。图1是实施本发明的MPEG再现设备的方框图。该MPEG再现设备包括：一个MPEG位流读取装置10，用于从MPEG记录介质读取MPEG位流；一个MPEG位流存储装置20，用于存储MPEG位流；一个图像类型识别装置30，用于识别MPEG位流的图像类型；一个反向再现图像控制装置40，用于在反向再现时控制MPEG位流的解码顺序；一个MPEG解码装置50，用于将MPEG位流解码为图像数据；一个帧存储装置60，用于存储已解码的图像数据；以及一个显示装置70，用于显示图像数据。

MPEG位流读取装置10从磁带或盘一类的MPEG记录介质读取MPEG位流，并按需要将该位流输出到MPEG位流存储装置20。MPEG位流存储装置20存储由MPEG位流读取装置10从记录介质获取的MPEG位流。图像类型识别装置30通过分析其首标识别MPEG位流的图像类型。在反向再现时，反向再现图像控制装置40按照从图像类型识别装置30输入的图像类型控制MPEG位流的解码顺序。MPEG解码装置50将反向再现图像控制装置40所指定的图像解码。帧存储装置60是一存储介质，例如一存储器，其存储已进行MPEG解码的图像数据。显示装置70显示存储在帧存储装置60中的图像数据。

下面描述利用本发明MPEG数据再现方法上述结构的本发明MPEG再现设备是如何工作的。MPEG位流读取装置10读取在磁带或盘一类的MPEG记录介质上记录的MPEG位流，然后存储到MPEG位流存储装置20中。图像类型识别装置30通过分析它们的首标识别MPEG位流的图像类型。在反向再现时，反向再现图像控制装置40控制MPEG位流的解码顺序与从图像类型识别装置30输入的图像类型一致。

这里，说明性地，首先选择用于产生待解码的B图像所需的I图像和P图像，并将之解码，以便随后参照I图像和P图像对B图像的位流进行解码。MPEG解码装置50将反向再现图像控制装置40指定的图像解码。解码后的图像存储到帧存储装置60中。在解码时，按需要参考保存在帧存储装置60中的图像。显示装置70显示被放置在帧存储装置60中的图像数据。

现在详细描述实施本发明的典型MPGE再现设备。图2是实施本发明的MPEG磁带录像机的方框图。

本发明的MPEG磁带录像机包括：磁头鼓11、解调电路12和ECC(检错和纠错)电路13，用作MPEG位流读取装置；位流存储器21，写(WR)指针22和读(RD)指针23，用作MPEG位流存储装置；首标分析部件31，作为图像识别装置；反向再现解码图像控制部件41，作为反向再现图像控制装置；MPEG解码器51，作为MPEG解码装置；帧存储器61a，61b，…61n和帧存储器控制器62，用作帧存储装置60；以及显示电路71，作为显示装置。

磁头鼓11扫描磁带上记录的数据。解调电路12将从磁头鼓11读入的信号解调为数字数据。ECC电路13进行已解调数据的纠错。位流存储器21记录ECC电路13输出的位流。写(WR)指针22是在数据从ECC电路13写入位流存储器21时工作的指针。

读(RD)指针23在从位流存储器21检索位流时使用。首标分析部件31对来自位流存储器21的数据中的MPEG首标进行分析，以识别图像头部地址和图像类型，并保存如此获得的信息。在反向再现时，反向再现解码图像控制部件41选择待解码的图像并为读(RD)指针23提供适用的图像头部地址。

MPEG解码器51接收并解码单个帧的位流，其头部地址是读(RD)指针23指定的。帧存储器61存储已解码的图像。按需要，从帧存储器61检索的数据用于作为基准图像。帧存储器控制器62控制向帧存储器61写入和从其读出的操作，选择要显示的图像，并将所选择的图像提供给显示电路71。显示电路71显示所提供的图像。

上述结构的MPEG磁带录像机工作如下：当为了重放而反向运转磁带时，磁头鼓11读入的信号被发送到解调电路12，解调电路12将所接收的信号解调为离散数字数据。解调后的数据被写入ECC电路13的存储器中。然后在写(WR)指针22的引导下将ECC电路13纠错后的数据顺序写入位流存储器21中。

首标分析部件31分析写数据中的MPEG首标，以检测图像头部，并保存图像头部写地址。首标分析部件31还从图像首标提取图像类型以采集关于每个图像的信息，该图像是I、P和B图像类型之一。在反向再现时，反向再现解码图像控制部件41为读(RD)指针23提供首标分析部件31保存的相应图像头部地址，以选择要反向再现的图像。反向再现解码图像控制部件41读取每个帧的位流并将每个帧的位流传送到MPEG解码器51。

MPEG解码器51通过执行逆VLC(可变长度编码)、逆量化和逆DCT(离散余弦变换)产生一差分图像，并用一个基准图像补充该图像，该基准图像在完成之前已用一运动矢量作了补偿。P图像需要一个基准图像，而B图像则需要两个基准图像。在帧存储器控制器62的控制下，有选择地从帧存储器61检索出基准图像或向其写入已完成的图像。在帧存储器控制器62的控制下还有选择地从帧存储器61检索要显示的图像。以每场隔行扫描方式读出所选择的图像并发送到显示电路71。

每个帧由按时间顺序的第一和第二帧组成。由于在反向单速再现的情况下，重放顺序是相反的，首先读出第二场，接着是第一场，因此每一帧的场顺序也是相反的。由于在反向重放时，一个给定帧的第一场接着下一帧的第二场，所以应用同步脉冲将这两个场组合为一个单独的帧作为视频信号输出到监视器。

虽然上述设备采用磁带作为其记录介质，本发明并非受限于该实施例。换句话说，磁盘也可用作记录介质。当在反向重放时从磁盘读取数据时，盘表面的读取点在一个接一个反向到达的每个数据保持段内正向前进。在数据已写至位流存储器21之后，余下的步骤与以上所述的那些相同。

下面描述上述类型的MPEG磁带录像机在与录像机工作时采用的一般方法一起实施反向再现操作及MPEG位流方法时是如何工作的。首先描述录像带在反向重放时的扫描。图3是描绘一种旋转磁头型MPEG磁带录像机采用本发明方法从录像带进行反向单速数据再现的示意图。

这里假定MPEG视频位流以如图3所示顺序记录在录像带的螺旋扫描磁道上。在图3中，参考字符I代表I图像，P代表P图像，及B代表B图像。附于图像的数字表示每个GOP内正向显示图像的顺序。(同样的方式将应用在图4及图5中)。正向重放时，位流顺序为I3，B1，B2，P6，B4，B5，P9，B7，B8，P12，B10，B11，P15，B13和B14，之所以按该次序，是因为I图像和P图像是在B图像之前传送的。

当对磁带介质进行反向数据再现时，磁带以恒定速度反向运转。与盘形介质不同，磁带不能以反复重放同一数据的方式运转。因此在以重排顺序输入MPGE解码器之前，从磁带反向再现的位流被存储到位流存储器21中。当磁带运转方向在记录与再现之间反向时，由于磁鼓总是以同一方向旋转，磁头扫描梯度可能改变，这触发包含变坏的RF信号电平的脱离磁道(off-track)状态。这一瓶颈可用一种非跟踪重放系统来回避，由此使再现的扫描密度是记录的两倍。因此，只要涉及反向单速再现，该系统允许拾取所有信号。

以下描述一种在反向再现时输入到MPEG解码器的位流的典型顺序。为说明起见，考虑这样一种情况，将每帧时能够对四个帧解码的解码器用来实现全部帧反向再现，三个帧存储器采用唯一的速度。正向再现时，MPEG解码要求每帧时采用三个存储器。图4是适用于本发明执行反向再现的MPEG再现设备的时序图。假定每个GOP中N＝15及M＝3。在图4中，“帧1”，“帧2”和“帧3”分别表示帧存储器1，2和3。与一个“帧同步”信号同步地显示每一图像。

在输入到MPGE解码器之前，按图4中所示的顺序重排从磁带再现的位流。实践中，考虑图像大小上的差异，略比正常情况要早一些输入图像。在B图像的位流被解码之前，将生成B图像所需的I和P图像的位流有选择地输入到解码器中，以顺序解码。之后将参考I和P图像的B图像的位流输入到解码器进行解码。更具体地说，当I和P图像中较早的一个完整地保留在一个帧存储器中时，剩下的两个帧存储器用于再次从位流将三帧前的I图像或P图像解码以完成一幅图像。

下面描述GOP1的一种典型解码顺序。首先，以I3，P6，P9，P12和P15的顺序进行解码，以显示P15(S1)。当P15正被显示(S2)时，按I3，P6，P9及P12的顺序解码。然后利用剩余的一个帧存储器参照P12和P15将B14解码(S3)，并显示解码后的B14(S4)。之后参照P12和P15将B13解码(S5)并显示解码后的B13。当再次显示P12时(S6)，以I3，P6和P9的顺序进行解码以生成B图像(S7)。

在GOP之间的边界上执行类似的步骤。当I图像保留在帧存储器中时，将直到前一GOP中最后一个P图像的那些图像顺序解码。之后，对B图像解码，该B图像的基准图像在所涉及的前一GOP与下一GOP之间生成。换言之，当正在显示新GOP2的I图像I3时，将前一GOP中的图像I3，P6，P9，P12和P15就按此顺序解码(S1)。然后参考GOP1的P15和GOP2的I3解码并显示GOP2的B2和B1。

在显示操作时，存在这样的情形，通过将解码后的图像当前写入帧存储器而连续地显示它们。然而，由于以隔行方式从顶部到底部两次扫描每一图像，需要在第二次扫描一场的前一图像的时刻与第一次扫描一场的下一图像的时刻之间完成解码。

以上述方式，可无修改地将正向再现的三帧用于实现所有MPGE帧的反向单速再现。以下描述本发明另一MPEG再现设备利用本发明反向再现方法操作时的工作过程。图5是这种MPGE再现设备执行反向再现的时序图。此时假定每一GOP中N＝15及M＝3，并假定七个帧存储器用于实施所有帧的反向单速再现。

在输入到MPEG解码器之前，以图5所示顺序重排从磁带再现的位流。利用B图像的处理之间的间隔，I图像和P图像的位流首先被输入到解码器进行正向解码。将一个GOP的I和P图像存储到帧存储器中。参照这些所存储的图像，稍后将B图像的位流输入到解码器中进行解码。更具体地讲，在显示新GOP的P15时(S10)，将前一GOP的I3解码(S11)。当显示P12时(S12)，P6被解码(S13)。当显示P9时(S14)，P9被解码(S15)。当显示P6时(S16)，P12被解码(S17)，等等。

在GOP之间的边界上，参照保存在帧存储器中的新GOP的I图像I3，以及稍后被解码的前一GOP的最后一个P图像P15，对B图像B2和B1进行解码。因此B图像B2和B1具有生成两个GOP的两个基准图像。随后，将放置在P15与P12之间的位流B14和B13输入到解码器进行解码并显示，接着是放置在P12与P9之间的位流B11和B10，等等。将一个较早的GOP的P图像解码并存储到帧存储器中，该帧存储器的P图像已经被作为参照。

如上所述，可使本发明的设备仅对每个图像解码一次，这使处理时间显著减少。这还使得在反向再现时可采用一个可在每帧时仅处理一帧的解码器。

在上述实例中，所说明的是采用七个帧存储器。帧存储器的数目是依据GOP中的N和M的值而改变的。亦即，需要安装多如(N/M+2)个的帧存储器。可由计算机来实施上述处理功能。在这种情况下，MPEG再现设备应具备的功能的处理细节以一个程序来描述，该程序以计算机可读方式存储在记录介质上。计算机执行该程序而实现上述处理。计算机可读记录介质包括磁记录装置和半导体存储器。为销售和分配，可用像CD-ROM(光盘只读存储器)和软盘一类的便携式记录介质装载该程序，或者可将该程序存储在连接到网络的计算机的存储器中，通过该网络可将程序传送到其他计算机。为执行计算机上的程序，首先将程序存储到计算机中的硬盘等装置中，然后从那里将其装入主存储器中。

如上所述，按照本发明，首先识别MPEG位流的图像类型。在反向再现时，按照如此获得的图像类型信息确定位流的解码顺序。由MPEG解码装置按预定顺序将位流解码。说明性地，为了减少不必要的解码步骤，在其他图像解码之前先将要作为参照的I图像或P图像解码。这允许在单速下以反向再现所有MPEG帧。

在本发明的用于在B图像之前将所需GOP的特定I图像和P图像解码并存储的MPEG再现设备中，用于作为B图像的基准图像的I图像和P图像在这些B图像之前被解码和存储。这表明每个图像仅被解码一次，使得具有与正向再现时相同处理速度的MPEG解码器能够以一种速度反向再现所有MPEG帧。

因为在不偏离本发明的实质和范围的情况下，可以产生许多明显不同的实施方式，应理解，本发明不限于所附权利要求所作限定之外的特定实施例。

Claims (11)

1.一种MPEG再现设备，用于再现基于MPEG标准的MPEG位流，MPEG表示运动图像专家组，该设备包括：

图像类型识别装置，用于识别所述MPEG位流的图像类型；

反向再现图像控制装置，用于在反向再现时按照所述图像类型控制所述MPEG位流的解码顺序；

MPEG解码装置，用于通过对所述反向再现图像控制装置指定的位流进行MPEG解码而产生图像数据；以及

帧存储装置，用于存储所述图像数据。

2.如权利要求1所述的MPEG再现设备，其中所述反向再现图像控制装置在对B图像进行解码之前，对产生所述B图像所需的I图像和P图像的位流顺序地进行解码。

3.一种用于再现MPEG位流的MPEG再现设备，包括：

图像类型识别装置，用于识别所述MPEG位流的图像类型；

反向再现图像控制装置，用于在对一个代表图像组的GOP的B图像的位流进行解码之前，对所述GOP的I图像和P图像的位流进行解码；

MPEG解码装置，用于通过对所述反向再现图像控制装置指定的位流进行MPEG解码而产生图像数据；以及

帧存储装置，用于存储所述GOP中包括的所有I图像数据和P图像数据。

4.一种用于再现MPEG位流的MPEG再现方法，包括如下步骤：

通过分析其首标识别所述MPEG位流的图像类型；

在反向再现时按照所述图像类型重排所述MPEG位流的解码顺序；

通过以所述重排步骤中重排的顺序对所述MPEG位流进行MPGE解码而产生图像数据；以及

按需要存储所产生的图像数据。

5.如权利要求4所述的MPEG再现方法，其中在反向再现时按照所述图像类型重排所述MPEG位流的解码顺序的步骤包含：在对B图像解码之前，对产生所述B图像所需的I图像和P图像的位流顺序地进行解码。

6.如权利要求4所述的MPEG再现方法，其中在反向再现时按照所述图像类型重排所述MPEG位流的解码顺序的步骤包含：在对一GOP的B图像的位流进行解码之前，对所述GOP的I图像和P图像的位流进行解码；以及

其中存储所产生图像数据的所述步骤包含：存储所述GOP中包括的所有I图像和P图像数据。

7.一种MPEG再现设备，用于再现基于MPEG标准的MPEG位流，MPEG表示运动图像专家组，所述设备包括：

MPEG图像选择装置，用于在反向再现时，在识别所述MPEG位流的图像类型之后，选择特定图像类型的图像数据；

MPEG解码装置，用于对所述MPEG图像选择装置选择的MPGE图像数据解码；以及

帧存储装置，用于按需要存储已解码的图像数据。

8.如权利要求7所述的MPGE再现设备，其中所述MPGE图像选择装置将I图像类型和P图像类型选择为所述图像类型。

9.如权利要求8所述的MPGE再现设备，其中所述MPEG图像选择装置在B图像的图像数据被解码之前连续选择产生所述B图像所需的I和P图像类型的图像数据。

10.一种MPEG再现方法，用于再现基于MPGE标准的MPEG位流，MPEG表示运动图像专家组，该方法包括如下步骤：

在反向再现时从MPEG记录介质读取MPEG位流；

在识别所述MPEG位流的图像类型之后选择特定图像类型的图像数据；

将所选择的MPEG图像数据解码；

按需要存储已解码图像数据；以及

显示所存储图像数据。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述选择步骤选择I图像类型和P图像类型，然后在B图像的图像数据被解码之前，连续选择对所述B图像解码所需的所述I图像类型或者所述P图像类型的图像数据。

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