CN1263297C - 画面数据再现设备和方法 - Google Patents

Abstract

在根据MPEG标准再现记录至记录介质的画面数据的画面数据再现方法中，在流缓冲器中临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据，从前一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并在正向再现正在进行期间解码该读取的画面数据，并且将从记录介质获得的画面数据附加提供给该流缓冲器。当在该解码步骤中已读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据至最后N帧之前时，在数据附加步骤，从包括流缓冲器中剩余第N帧的画面数据的GOP的前端开始，附加提供预定量的画面数据。从而，根据该MPEG标准可完成平滑变速再现。

Description

画面数据再现设备和方法

技术领域

本发明涉及一种画面数据再现设备和方法，尤其适用于通过解码数据来再现通过根据MPEG(运动图像专家组)标准编码而压缩的画面数据。

本申请要求2002年7月15日提交的日本专利申请No.2002-206120的优先权，其所有内容结合于此作为参考。

背景技术

近来，已提出以MPEG-2(ISO/IEC 13818)为代表的各种数字视频编码技术，以通过编码压缩视频。根据MPEG标准的视频压缩就是对由混合变换所产生的信号进行量化和可变长度编码，该混合变换是画面间运动补偿和DCT(离散余弦变换)的结合。

根据MPEG标准，通过将包括在视频中的帧面(帧或半帧)编码成包括I、P、B画面的任一画面类型而对其进行压缩。所述I画面是帧内预编码画面或内编码画面。它是在一帧内预编码的画面。所述P画面是帧前预编码画面或预编码画面。它是通过参考已编码的前一帧(I或P画面)所预测的画面。所述B画面是双向预编码画面或双向编码画面。它是通过参考两帧，即前一帧和后一帧，所预测的画面。

如上所述，根据该MPEG标准，通过画面间预编码可实现视频压缩，由此可有效压缩视频并随机存取该压缩视频。而且，根据该MPEG标准，每一上述类型画面被压缩成数据流，所述数据流是以包括任意数目画面的画面组(GOP)为单元而形成的。该MPEG标准规定必须在GOP中至少包含一个I画面，以使得可以随机存取在GOP单元中压缩的视频。

下面将解释传统画面记录器/播放器中根据MPEG标准压缩的画面信号的再现。传统画面记录器/播放器包括编码器和解码器，分别用于根据MPEG标准压缩和扩展(解压)画面数据，它将由编码器压缩的画面数据记录至记录介质或扩展从该记录介质读取的画面数据。

记录介质已在其中记录了由编码例如图1所示数据流所产生的数据。传统画面记录器/播放器解码图1所示记录的数据流以用于再现。加到数据流中画面上的附图标记“I”、“P”和“B”分别表示I、P和B画面。

为了再现通过编码图1所示数据流所压缩的数据，传统画面记录器/播放器开始解码画面I0。I画面在一幅图像中被完全编码并可独立解码。接下来，传统画面记录器/播放器基于该解码画面I0解码正向预编码画面P1。然后，画面记录器/播放器基于解码画面I0和P1解码双向预编码画面B1和B2。通过参考暂时在前的I或P画面已对B画面进行编码。所以，必须在解码画面B1和B2前解码画面I0和P1。如上所述，传统画面记录器/播放器以I0、P1、B1、B2、P2、B3、B4......的顺序解码图1所示编码数据流。

对于以正常速度的一半、四分之一、......再现数据，帧前进并完成类似操作的所谓变速再现，必须正确选择附加到流缓冲器的数据量和附加数据的定时。特别是，当在变速再现期间在正向和反向间变换再现方向时，必须显示编码画面数据而不略过数据中任何画面。

根据前述MPEG标准，I、P和B画面的数据量彼此不同。一般，I画面携带最大量数据，P画面携带次大量数据，B画面中的数据量最小。而且，每个包括任意数目画面的GOP的数据量彼此不同。按照惯例，不容易选择将被加到流缓冲器的画面数据的适当数量，并且不能在固定定时将这样的画面数据加到流缓冲器。

当从正向到反向变换再现方向或从反向到正向变换再现方向时，在变速再现期间，防止图像质量变差需要非常复杂的控制操作，从而不能实现平滑变速再现。

发明内容

所以本发明的目的在于通过提供一种画面数据再现设备和方法而克服现有技术的上述缺点，该再现设备和方法能通过MPEG标准中定义的技术实现平滑变速再现。

通过提供可根据MPEG标准而再现在记录介质上记录的画面数据的画面数据再现设备，可达到上述目的，根据本发明，该设备包括：流缓冲器，用于临时存储被编组为从I画面开始的GOP的画面数据；和解码装置，用于从前一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并在正向再现期间解码该读取的画面数据；MPEG扩展器，用于当已通过该解码装置读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据至最后N帧之前时，即直至未读取画面数据的剩余量为N帧，包括剩余第N帧的画面数据的GOP的开端开始，将预定量的画面数据附加到所述流缓冲器中。

而且通过提供可根据MPEG标准而再现在记录介质上记录的画面数据的画面数据再现方法，可达到上述目的，根据本发明，该方法包括步骤：在流缓冲器中临时存储从I画面开始编组为GOP的画面数据；从前一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并在正向再现期间解码该读取的画面数据；将从记录介质获得的画面数据通过MPEG扩展器附加提供给该流缓冲器；当已在该解码步骤中读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据至最后N帧之前时，即直至未读取画面数据的剩余量为N帧，在数据附加步骤从包括流缓冲器中剩余第N帧的画面数据的GOP的开端开始，附加预定量的画面数据。

本发明还提供一种用于根据MPEG标准通过解码经由编码而压缩的画面数据而再现画面数据的画面数据再现设备，包括：流缓冲器，用于临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；和解码装置，用于从下一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并在反向再现正在进行期间解码该画面数据；MPEG扩展器，用于当已通过该解码装置读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP中的画面数据至最后M帧之前时，将在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据附加到所述流缓冲器。

本发明还提供一种用于根据MPEG标准通过解码经由编码而压缩的画面数据而再现所述画面数据的画面数据再现方法，包括步骤：向流缓冲器临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；从下一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并在反向再现正在进行期间解码该画面数据；和将从记录介质获得的画面数据通过MPEG扩展器附加提供给所述流缓冲器；在该数据附加步骤，当在该解码步骤已读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP的画面数据至最后M帧之前时，向所述流缓冲器附加供给在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据。

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述及其它目的、特点及优点将会更加清楚。

附图说明

图1示出了将被记录至记录介质的数据流的例子；

图2示出了根据本发明的记录器/播放器的构造；

图3A和图3B示出了对应于记录位置的STC和VBV缓冲器中数据量之间的关系；

图4示出了从记录介质读取的STC和由STC增长单元产生的STC之间的关系；

图5解释了当从正常速度再现转变到正向变速再现时，流缓冲器进行的操作；

图6解释了当从正常速度再现转变到反向变速再现时，流缓冲器进行的操作；

图7示出了当从变速再现转变到正常速度再现时，每一时间STC的改变；

图8示出了设置正常速度再现的STC初始值的例子；和

图9示出了另一个设置正常速度再现的STC初始值的例子。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明的实施例。

将根据本发明的画面数据再现设备应用到由附图标记1所表示的画面记录器/播放器，该记录器/播放器可根据定义画面的高效压缩编码的MPEG(运动图像专家组)标准，将画面数据记录至记录介质或从该记录介质再现该画面数据。如图2所示，画面记录器/播放器1包括：将压缩画面数据记录至记录介质4的记录系统10，和扩展或解压从记录介质4读取的画面数据的再现系统30。应注意记录介质4为例如意欲记录画面和音频数据的磁带或盘。

记录系统10包括：MPEG压缩器11、DRAM12、DRAM读取控制器13、记录介质控制器14、STC(系统时钟)发生器15、ETN(扩展轨道号)附加器16、音频压缩器17、混频器18和ECC(纠错码)编码器19。

MPEG压缩器11基于STC发生器15提供的STC，通过基于诸如画面类型、量化步骤等编码参数而进行的压缩，编码输入画面信号，产生压缩画面数据。MPEG压缩器11向DRAM12发送该产生的压缩画面数据。

DRAM12存储从MPEG压缩器11发送的压缩画面数据。DRAM读取控制器13从DRAM12中读取压缩画面数据，并在预定定时将其提供给混频器18。

提供所述记录介质控制器14，用以控制记录介质4的驱动状态。如果记录介质4为例如磁带，则记录介质控制器14等同于伺服控制器。记录介质控制器14可控制记录介质4以正常速度记录或再现各类数据，并且还能在所谓变速再现中自由控制记录介质4到一选择的速度，其中在所述变速再现中，以正常速度的一半、四分之一、......再现数据，帧前进或以可变速度完成任意其它操作。记录介质控制器14基于从再现系统30接收的读取时间信息，产生作为记录介质4中记录位置信息的ETN(扩展轨道号)，并将其发送至STC发生器15和ETN附加器16，所述ETN将在下面详细描述。

STC发生器15基于从记录介质控制器14提供的ETN产生STC(系统时钟)，并将其提供给MPEG压缩器11。应注意ETN是从记录介质4中的开始处计数的轨道数目。在例如其10轨道/帧速率的半帧频率为59.94Hz的系统中，用ETN×300.3代表STC。即，与记录ENT同时记录数据到记录介质实质上等同于记录STC。在再现时，可基于记录的STN再现STC。

ETN附加器16将从记录介质控制器14发送的ETN附加到记录在记录介质4上的辅助数据(AUX)，并将该数据提供给混频器18。

音频压缩器17通过压缩来编码输入音频信号而产生压缩音频数据。MPEG压缩器11将该压缩音频数据供给混频器18。

混频器18按照记录到记录介质4的顺序分配输入的压缩画面数据、压缩音频数据和AUX，并将该数据供给ECC编码器19。ECC编码器19将ECC(纠错码)附加到从混频器18接收的数据流，并将该数据记录至记录介质4，诸如经由磁头绕转鼓(均未示出)旋转的磁带。

如图所示，再现系统30包括：ECC解码器31、画面数据分离器32、存储单元33、数据读取控制器34、MPEG扩展器35、流缓冲器36、基带缓冲器37、AUX分离器38、ETN获取单元39、STC设置值计算器40、STC增长单元41、STC比较器42、音频数据分离器43、音频扩展器44和TS编码器45。

ECC解码器31从记录介质4读取数据流，并去除附加在所读取数据流上的ECC。

画面数据分离器32从ECC解码器31选择性地读取压缩画面数据，并向存储单元33发送该数据。而且，画面数据分离器32分析所读取压缩画面数据中的PES(分组化基本流)首标，以读取DTS(解码时间标记)、PTS(表示时间标记)和VBV(视频缓冲检验器)延迟，产生包括对于每一画面将被读取的STC时间的输出时间信息，并向STC比较器42发送该信息。

存储单元33在预定地址分别存储从画面数据分离器32发送的压缩画面数据。数据读取控制器34从STC比较器42读取对应于STC时间的画面的压缩画面数据，并向MPEG扩展器35提供该数据，该STC时间包括在从STC比较器42发送的读取时间信息中。

来自数据读取控制器34的画面向MPEG扩展器35提供压缩画面数据画面，并且MPEG扩展器35从STC增长单元41接收包括关于每一输入画面或GOP的STC的STC信息。MPEG扩展器35基于所接收的STC信息中的STC对每一画面进行MPEG扩展以产生基带画面信号。应注意在MPEG-2中所定义的STD(系统目标解码器)系统中，扩展时间理想应为零(0)。既然在任何实际解码器中，均可能将扩展时间设为零，不过，仍将流缓冲器36附加提供给MPEG扩展器35。首先将来自数据读取控制器34的输入压缩画面数据存储到流缓冲器36，然后在从STC增长单元41发送的预定STC的定时，从流缓冲器36读取压缩画面数据，并随后扩展该数据。应注意数据读取控制器34可向流缓冲器36提供附加压缩画面数据。

注意MPEG扩展器35一次在基带缓冲器37中存储该产生的基带画面信号，并在传输之前再次记录它们。应注意在基带缓冲器37中存储画面信号的原因是解码B画面需要参考B画面之前和之后的I或P画面。

AUX分离器38从ECC解码器31中选择性地读取AUX，传输至外部并将其发送至TS编码器45。应注意由AUX分离器38分离AUX，由ETN获取单元39提取ETN。ETN获取单元39向STC设置值计算器40供给该提取的ETN。

STC设置值计算器40基于由ETC获取单元39供给的ETN计算STC的初始值，并将其发送至STC增长单元41。在正常速度再现中，STC增长单元41通过线性增加所接收的STC的初始值而产生新的STC，并将其作为前述STC信息发送至MPEG扩展器35和STC比较器42。

STC比较器42比较从画面数据分离器32所接收的输出时间信息和从STC增长单元41所接收的STC信息。STC比较器42比较分配给输出时间信息的STC时间和分配给STC信息的STC，并且当比较结果彼此一致时，STC比较器42向数据读取控制器34发送考虑作为读取时间信息的STC。

已接收这样的一个读取时间信息的数据读取控制器34，则只能在与由STC增长单元41设置的STC相对应的STC时间读取一个画面。换言之，从STC增长单元41发送的STC信息允许数据读取控制器34控制读取每一画面的定时。从而，通过确定由STC增长单元41设置的初始值，也可在从STC时间延迟了预定时间的时间进行解码，其中所述STC数据记录在记录介质4中。

音频数据分离器43从ECC解码器31中选择性地读取压缩音频数据，并向音频扩展器44和TS编码器45发送该数据。音频扩展器44扩展从音频数据分离器43接收的压缩音频数据，并提供该压缩音频数据作为输出。

TS编码器45接收来自数据读取控制器34的压缩画面数据和来自AUX分离器38的AUX，并且还接收来自音频数据分离器43的压缩音频数据和来自STC增长单元41的STC信息。TS编码器45将所接收的压缩画面数据、AUX、压缩音频数据的流打包成传输流(TS)，并且将从所接收STC信息获取的STC、PCR(程序时钟参考)和对于TS必须的信息发送至传输流(TS)。TS编码器45向外部传送该打包的TS。

下面将描述关于正常速度再现的按上述功能构造的记录器/播放器1：

首先，提供给记录系统10的画面和音频数据通过MPEG压缩器11和音频压缩器17中的压缩被编码，并将其作为压缩画面和音频数据发送至混频器18。而且，提供给记录系统10的AUX具有附加其上的ETN，并同样被发送至混频器18。由于该附加于AUX的ETN与MPEG压缩器11中使用的STC匹配，所以可在下游混频器18中有效分配数据。

图3B示出了混频器18以记录介质4中记录数据的顺序分配的数据流。记录至记录介质4的数据流由画面组(GOP)组成，每个画面组由根据MPEG标准分组的任意数目画面组成。在图3B中，矩形区域的每个包括一个GOP。如图所示，对应于数据大小的彼此不同，GOP的矩形大小也彼此不同。在图3B中，每个矩形区域中的椭圆形区域记录被附加到每一GOP的压缩音频数据和AUX。该椭圆形区域中的数据量与压缩画面数据相比非常小。应注意，如图3B所示，被附加有包括ETN等的辅助数据的AUX也存储于在每一矩形区域中以固定周期定义的正方形区域中，而与GOP的数据大小无关。

图3A图解了对应于图3B所示记录位置的沿横轴表示的STC和沿纵轴表示的VBV缓冲器中数据量之间的关系。VBV缓冲器是假定总能确定记录系统10中输入缓冲器中的数据量的虚拟缓冲器。当解码每一GOP时，VBV缓冲器中的数据量将突然变得更小。以固定间隔ΔDTS完成解码，该ΔDTS是一个解码管理时间与另一个之间的间隔。

以这种关系，图3A中的点线表示顺序将GOPα存储到VBV缓冲器中。在存储期间，由于解码暂时在GOPα之前的GOP，所以在缓冲器中数据存储的数据量突然落下。在图3A中虚线表示的位置的DTS(DTS_α)解码GOPα。从在GOPα开始向VBV缓冲器中存储的画面输出时间(all)到DTS_α的时间等同于GOPα的VBV延迟。

上述数据流具有由ECC译码器31去除的ECC，并且由画面数据分离器32读取该压缩画面数据。然后，通过计算每一GOP或PES的DTS-VBV延迟，可判定包括在压缩画面数据中的每一GOP或PES的画面输出时间。该判定的画面输出时间被作为包括在上述输出时间信息中的STC时间而发送到STC比较器42。而且，向存储单元33供给该压缩画面数据。

在被延迟预定时间(System_delay(系统_延迟))以对于音频信号进行时间调整或匹配附加到AUX的各种时间码后，该存储在存储单元33中的压缩画面数据由数据读取控制器34读取。

在图4中，线A表示基于从记录介质4读取的AUX中提取的ETN所计算的STC，对应于线A的横轴 t表示向存储单元33供给压缩画面数据的时间。

为了形成表示从线A被进一步延迟了时间“System_delay”的压缩画面数据的线B，STC设置值计算器40首先将从线A延迟了时间“System_delay”的STC设为初始值，并向STC增长单元41发送该数据。STC增长单元41通过从所接收STC的初始值线性地增加新STC，产生对应于从线A延迟了时间“System_delay”所得的线B的STC。

STC增长单元41向STC比较器42提供与线B相对应的STC作为STC信息，从而可以直至到达了输出时间信息中被延迟了时间“System_delay”的STC时间为止，才允许读取时间信息被发送。即，STC比较器42可将输入输出时间信息中从STC时间延迟时间“System_delay”的读取时间信息发送到数据读取控制器34。从而，可通过简单构造的电路自由控制定时。

数据读取控制器34根据延迟了时间“System_delay”的读取控制信号从存储单元33读取压缩画面数据。因此，存储在存储单元33中的压缩画面数据在被发送到MPEG扩展器35之前，被延迟了时间“System_delay”。

注意该发送到MPEG扩展器35的压缩画面数据首先在预定定时被附加供给流缓冲器36，然后被从MPEG扩展器35中读取，并被MPEG扩展器35扩展。下面将详细描述压缩画面数据被附加供给流缓冲器36的过程。

对应于由STC增长单元41形成的线B的STC被作为STC信息发送到STC比较器42和TS编码器45。那么，TS编码器45可从STC创建PCR，并进而直接TS打包每一将被发送的压缩画面数据。

即，根据本发明记录器/播放器1无论在记录介质4的哪一位置开始读取数据，都可重复与记录中相似的STC。通过将ETN附加到AUX，可ECC编码STC。因此，通过在重复被附加到记录介质4的STC的时间，设置对应再现系统30的System_delay时间，数据更为可靠，并且可高精度控制定时。

接下来，将说明当从正常速度再现转变到正向变速再现时流缓冲器36的操作。

图5示出了转变到正向变速再现前后的流缓冲器状态。按图5中“记录位置”表示的箭头方向向记录介质4记录数据。如图所示，在记录位置分别放置数据大小彼此不同的GOP(即，GOP0至GOP5)。在图5的左端，按时间顺序示出了当读取每一GOP中每一画面时流缓冲器36的状态 o至 s。

以这种关系，箭头“介质读取”表示从其读取数据的记录介质4中的位置。即，如果记录介质4为例如磁带，则该位置为磁带上的一个位置，在此处磁头与后者接触。

这里将讨论当从正常速度再现转变到诸如帧前进的正向变速再现时，当流缓冲器36处于已在流缓冲器36中存储了全部GOP0和部分GOP1的状态o时，流缓冲器36将如何工作。此时，对于在正常速度再现之后的正向再现，MPEG扩展器35顺序读取存储在流缓冲器36中画面。当在流缓冲器36中剩余的画面数为3时，新画面被附加存储到后者中。在缓冲器状态 o，当每个被圈在粗线方框中且对应于剩余三幅画面的B画面被MPEG扩展器35读取时，新画面被附加存储到流缓冲器36中。

将从GOP开端开始的固定数量(data_add)附加画面提供给流缓冲器36，该GOP中包括剩余三幅画面中的第三幅。所以，如果流缓冲器36处于状态o，它将被提供给GOP1的开端的附加数量(data_add)画面。既然已在流缓冲器36中存储接近一半的GOP1，然而，新添加的画面将为图5所示的附加数据A。

流缓冲器36可根据流缓冲器36的容量或如下列表达式(1)给出的记录器/播放器1的系统中采用的必要容限来判定附加数量(data_add)：

data_add＝(流缓冲器36的容量)-(系统中的必要容限)......(1)其中考虑到仅以一个ECC的增量停止再现操作的系统中一个ECC的容限，“系统中的必要容限”可设为一个ECC。

当检测到已被附加提供给的画面达到该数量(data_add)时，数据读取控制器34将该事实通知记录介质控制器14，并使记录介质控制器14停止从记录介质4读取数据流。而且，流缓冲器36以提供附加画面之前写入的从第一到下一个到最后一个画面的方式将附加数据顺序存储如同环形缓冲器。例如，当在状态 o且已从第一到下一个到最后一个B画面提供附加数据A如同环形缓冲器，则流缓冲器36获得状态 p。在该状态 p，附加数据A将被顺序提供给流缓冲器36，首先提供紧随到最后一个B画面之后的缓冲器左端。

接下来，当流缓冲器36处于状态 p，MPEG扩展器35从由图5中点线矩形所示的、与剩余画面的第三幅相对应的B画面开始，从流缓冲器36顺序读取和扩展画面。然后，当流缓冲器36处于状态 p，且MPEG扩展器35读取用点线矩形表示的第三幅剩余B画面时，向流缓冲器36提供附加数据B。附加数据B的数量也为邻接GOP2的固定流数量(data_add)，所述GOP2包括以点线矩形表示的第三剩余B画面。当将附加数据B提供给流缓冲器36到下一个到最后一个B画面如同在环形缓冲器中，则流缓冲器36处于状态 q。

接下来，当流缓冲器36处于状态 q，MPEG扩展器35从由图5中的点线矩形所示的、与剩余画面的第三幅相对应的B画面开始，从流缓冲器36顺序读取和扩展画面。然后，当流缓冲器36处于状态 q，且MPEG扩展器35读取用点线矩形表示的第三幅剩余B画面时，向流缓冲器36提供附加数据C。附加数据C的数量也为邻接包括以点线矩形表示的第三剩余B画面的GOP3的固定流数量(data_add)。当将附加数据B供给流缓冲器36到下一个到最后一个B画面如同环形缓冲器，则流缓冲器36处于状态 r。

MPEG扩展器35从状态 r的流缓冲器36读取画面，并因此流缓冲器36被提供附加数据D，且将获得状态 s。

根据本发明，向流缓冲器36反复提供附加数据以进行正向变速再现。而且，根据本发明，首先向流缓冲器36的GOP前端顺序供给达到固定数量(data_add)的附加数据。也就是说，在流缓冲器36中，总是在每一GOP的前端存储I画面。I画面对于包括在GOP中的每一画面的扩展是必不可少的。因此，当变速再现方向从正向转变到反向时，将总是在流缓冲器中存储GOP中的I画面，该GOP包括扩展时将由MPEG扩展器35扩展的画面。所以，MPEG扩展器35可瞬时读取和扩展流缓冲器36中存储的画面，而无须等待向流缓冲器36附加提供新数据，从而允许平滑对付变速再现中的各种变化。

注意当从正常速度再现转变到正向变速再现时所做的操作不限于上述操作。概括来说，当流缓冲器36中剩余画面数为3时，向流缓冲器36提供附加数据。例如，该操作可为当流缓冲器36中剩余画面计数为N(任意数目)时，向流缓冲器36提供附加数据。如果流缓冲器具有大容量，可将N设为更大，以获得记录介质4的供给附加数据的时间，从而可实现高变速和平滑再现。

而且对于变速再现，尤其对于例如双速再现的高速再现，可适当地略过画面以完成上述实施例。

当从正常速度再现转变到反向变速再现时，流缓冲器36如下所述工作：

图6示出了转变到反向变速再现前后的流缓冲器的状态。如图所示在记录介质4中，在记录位置分别放置数据大小彼此不同的GOP(即，GOP0至GOP5)。在图6的右端，按时间顺序示出了当读取每一GOP中每一画面时流缓冲器36的状态 t至 w。

以这种关系，箭头“介质读取”表示从其读取数据的记录介质4中的位置。即，如果记录介质4为例如磁带，则该位置为磁带上的一个位置，在此处磁头与后者接触。

这里将讨论当从正常速度再现转变到诸如帧前进的反向变速再现时，当流缓冲器36处于已在流缓冲器36中存储了部分GOP3、全部GOP4和部分GOP5的状态 t时，流缓冲器36将如何工作。此时，MPEG扩展器35以与正常速度再现中的方向相反的反向方向顺序读取存储在流缓冲器36中的画面，在正常速度再现中以箭头所示记录位置的方向读取数据。例如，如果当从状态 t的流缓冲器36中读取以点线矩形表示的B画面时，从正常速度再现转变到变速再现，则以反向顺序从该B画面、前一B画面、前一B画面之前的P画面、前一P画面之前的B画面......读取数据。

这里定义了在每一流缓冲器状态当前其全部画面被临时存储在流缓冲器36中的GOP为当前GOP。根据本发明，流缓冲器36中当前GOP中的画面计数三，暂时在至少当前GOP之前的GOP中的画面被附加供给流缓冲器36。

例如，当流缓冲器36例如处于状态 t，则其全部画面被记录在流缓冲器36中的当前GOP为GOP4。当流缓冲器36中GOP4中的画面计数三，GOP3中的画面被作为暂时在当前GOP之前的GOP中的画面而附加供给流缓冲器36。

此时，每一画面被从记录介质4的记录位置读取，从当前GOP的开端贯穿前一GOP向前经过固定数据量(data_add)而计数的第六个画面，并被附加供给流缓冲器36。当流缓冲器36处于状态 t，每一画面被从记录介质4的记录位置读取，从GOP4的开端向前经过数据量(data_add)而计数的第六B画面(当前GOP中附加帧的数目)，并被附加供给流缓冲器36。

假设当前GOP中附加帧的数目为“P”(图6所示例子中为6)，可如下列给出的表达式(2)来定义数据量(data_add)，一个GOP中画面的最大数目为“Max_GOP”，正常速度再现模式中每一帧时间读取的画面数据量为“data_1frame”，VBV缓冲器中的数据量为“vbv_occupancy”：

data_add＝(P+Max_GOP-1)×data_1frame+vbv_occupancy    ......(2)基于因此确定的data_add，通过从记录介质4中的记录位置开始读取数据，可向流缓冲器36附加提供前一GOP作为附加数据。

如上所述，如同环形缓冲器，从仅在当前GOP的引导画面前，以反向方向向流缓冲器36供给获取的前一GOP作为辅助数据。当在状态t时，从仅在当前GOP的引导画面的I画面前以反向方向向流缓冲器36顺序供给GOP3作为辅助数据F，并从而获得状态 u，其中所述I画面是当前GOP中的引导画面。

当流缓冲器36处于状态 u，MPEG扩展器35从以点线矩形表示的、对应于剩余第三画面的B画面开始，以反向方向顺序读取和扩展数据。MPEG扩展器35基于判定的data_add，在记录介质4中的记录位置开始读取处于状态 u的流缓冲器36的当前GOP的以粗线矩形所表示的剩余第三B画面，并且GOP2被作为附加数据G附加存储到流缓冲器36，如同环形缓冲器。其结果是，流缓冲器36将获得状态 v。

接下来，当流缓冲器36处于状态 v，MPEG扩展器35从以图6中点线矩形表示的、对应于剩余画面的第三个的B画面，以反向方向顺序读取和扩展数据。MPEG扩展器35基于判定的data_add，在记录介质4中的记录位置开始读取处于状态 u的流缓冲器36的当前GOP的以粗线矩形表示的剩余第三B画面，并且GOP0和GOP1被作为附加数据H附加存储到流缓冲器36，如同环形缓冲器。其结果是，流缓冲器36将获得状态 w。

当流缓冲器36处于状态 w，由于GOP0和GOP1这两个GOP的每一个的尺寸小，所以这两个GOP被附加存储到流缓冲器36。应注意随着附加到每一GOP的DTS(解码时间标记)的识别，GOP可能被分别地存储到流缓冲器36，从而可最小化用于重写流缓冲器36的数据量。

就此而论，当向流缓冲器36附加供给作为附加数据的前一GOP时，当从记录介质4读取时，暂时在前一GOP之前的GOP中的画面被控制，以使其不流入流缓冲器36，以便从前一GOP前端计数的前一GOP的所有画面将被附加存储到流缓冲器36。通过判定画面类型或在GOP前端放置画面标志，可完成控制，该判定可通过分析数据中的前端或基于附加到AUX的画面类型信息，以根据画面类型是否表示I画面而定位GOP前端。

假设当前GOP中引导画面的DTS(解码时间标记)为DTS_c，引导画面的VBV延迟为vbv_delay_c，前一GOP的引导画面的DTS为DTS_f和考虑中的画面的VBV延迟为vbv_delay_f，则通过下面给出的表达式(3)可得出附加数据的大小：

附加数据大小＝(DTS_c-vbv_delay_c)-(DTS_f-vbv_delay_f)    ......(3)

而且，通过下面给出的表达式(4)，根据流缓冲器36中当前GOP的引导画面的地址(当前ADD)、附加数据的大小和流缓冲器36的容量，可确定流缓冲器36中的地址(开始ADD)，在该地址附加数据开始被附加提供给流缓冲器36：

开始ADD＝(当前ADD-附加数据大小+流缓冲器36的容量)％流缓冲器36的容量                                              ......(4)

其中％表示按模计算。

也就是，基于表达式(4)确定的开始ADD，通过向流缓冲器36附加供给附加数据，可以最小化用于重写流缓冲器36的数据量。从而，如果变速再现方向也由反向转变为正向，则MPEG扩展器35可瞬时读取和扩展在流缓冲器36中存储的画面，而无须等待向流缓冲器36附加提供新数据，从而允许平滑对付变速再现中的各种变化。

注意同样地在与反向变速再现中，当已存储的画面达到固定流数量时，数据读取控制器34将该事实通知记录介质控制器14，并使记录介质14停止从记录介质4读取数据流。

根据本发明，重复向流缓冲器36附加供给新数据，以实现从正向正常速度再现平滑转变为反向变速再现。尤其是，根据本发明，首先向流缓冲器36的GOP前端附加供给预定数量的数据。即，将总是在流缓冲器36的每一GOP前端存储对于扩展GOP中每一画面所不可缺少的I画面。因此，当变速再现方向从正向转变为反向时，在再现方向转变的同时，包括将被MPEG扩展器35扩展的画面的GOP中的I画面将总是存在于流缓冲器36中。所以，MPEG扩展器35可瞬时读取和扩展流缓冲器36中存储的画面，而无须等待附加供给新数据，从而允许平滑对付变速再现中的各种变化。

注意当从正常速度再现转变到反向变速再现时所做的操作不限于上述操作。概括来说，当流缓冲器36中当前GOP中剩余画面数为3时，向流缓冲器36供给附加数据。例如，该操作可为当流缓冲器36中剩余画面计数为M(任意数目)时，向流缓冲器36供给附加数据。如果流缓冲器具有大容量，可将M设为更大，以获得对于记录介质4的供给附加数据的时间，从而可实现高变速和平滑再现。

而且，当前GOP的附加帧的数目不限于六。如果流缓冲器具有大容量，可将P设为更大，以获得对于记录介质4的供给附加数据的时间，从而可实现高变速和平滑再现。而且对于变速再现，尤其对于例如两倍速再现的高速再现，可适当地略过画面以完成上述实施例。

在从变速再现转变到正常速度再现的情况下，STC设置值计算器40和STC增长单元41如下所述工作：

图7示出了当从变速再现转变到正常速度再现时每一时间STC的改变。在图7中，虚线表示从记录介质4读取的压缩画面数据的STC，实线表示从数据读取控制器34向MPEG扩展器35发送的压缩画面数据的STC。

在从时间t20持续到t21的变速再现中，从记录介质4读取包括STC的数据的时间大致与向MPEG扩展器35发送的、包括相同STC的数据的时间一致。而且在变速再现中，必须通过STC设置值计算器40及时将STC初始值设为从记录介质4读取的画面数据的STC。然而，对于变速再现的每一速度精确设置STC初始值是非常困难的。而且，在STC设置值计算器40和STC增长单元41中，对于变速再现的每一速度和非累积错误设置STC而没有甚至一小时的任何误时是确实困难的。所以，在变速再现中，将从记录介质4读取和在存储单元33中存储的所有画面数据提供给数据读取控制器34。换言之，通过泄漏(leak)方法压缩画面数据被MPEG扩展。

接下来，将讨论在时间t21中止再现和在时间t22开始正常速度再现的操作。从时间t21到时间t22的时区被称为“转变时间”。STC设置值计算器40基于在转变、System_delay(系统_延迟)和转变导致的延迟(Shift_delay)的时间从记录介质4读取的压缩画面数据中的STC(STC_medium)，比较当前在显示屏上显示的画面的各PTS(PTS_s)，并基于该比较结果设置STC初始值。更具体的是，基于PTS_s和“STC_medium-(Shift_delay+System_delay)”的比较结果设置STC初始值。

就此而论，Shift_delay是由变速再现向正常速度再现转变所引起的延迟。如果记录介质4为磁带，该Shift_delay对应于将磁带速度控制为正常速度的时间。而且，如果记录介质4为磁盘，该Shift_delay对应于搜索等所需的时间。

图8示出了满足下列必要条件(5)时为正常速度再现设置的STC初始值的例子：

PTS_s≥{STC_medium-(Shift_delay+System_delay)}    ......(5)在这种情况下，在时间t22，记录介质控制器34将以画面为单位或以GOP(画面组)为单位，将从记录介质4读取的数据流从变速再现转变为正常速度再现。STC设置值计算器40按下面给出的表达式(6)设置正常速度再现的STC初始值：

初始值＝STC_medium-(Shift_delay+System_delay)    ......(6)

通过此操作，STC增长单元41通过线性增加由上面给出的表达式(6)所定义的STC初始值，可以产生正常速度再现中的新STC。而且，如图8所示，当在时间t22开始正常速度再现时，Shift_delay可使STC平稳上升。通过设置表达式(6)所定义的STC初始值，可在考虑Shift_delay并延迟了“System_delay”的时间产生STC。因此，即使转变到正常速度再现后，仍可将从记录介质4读取的压缩画面数据的STC延迟固定时间“System_delay”。

而且，根据本发明，当正在监视用于由MPEG扩展器35扩展的画面数据的由STC增长单元41所产生的STC时，显示其STC与包括在输出时间信息中的STC相对应的画面。从而，可以在正常速度再现模式下，在低于t23的时区在屏幕上显示从数据读取控制器34发送到MPEG扩展器35的压缩画面数据中的每一画面，在该时区再现模式被延迟了时间“System_delay”而转变为正常速度再现。所以，由于当再现模式被转变为正常速度再现时无需省略任何画面即可在屏幕上显示每一画面，而且再现模式转变很迅速，所以用户可实际观看高质量图像。

注意由于采用泄漏方法向TS编码器45供给压缩画面数据，包括在从STC增长单元41发送的STC信息中的STC和压缩画面数据之间没有瞬时同步，所以在任何变速再现期间，TS编码器45将不TS打包数据。所以，TS编码器45将在再现模式被转变为正常速度再现的STC(图8中的STC_a)和随后的各STC进行TS打包。

图9示出了满足下列必要条件(7)时，为正常速度再现设置的STC初始值的例子：

PTS_s＜{STC_medium-(Shift_delay+System_delay)}    ......(7)

在该例子中，STC设置值计算器40将正常速度再现的STC初始值设为PTS_s。

也就是说，当满足表达式(7)给出的要求时，必须设置上述Shift_delay和调整值(adjust_delay)以在变速再现时显示在屏幕上的画面的PTS之间一致。可由下列表达式(8)表示调整值：

adjust_delay＝(STC_medium-PTS_s)-(Shift_delay+System_delay)

                                                      ......(8)

在这种情况下，在延迟了时间“adjust_delay”的时间，记录介质控制器34将以画面为单位或以GOP(画面组)为单位，将从记录介质4读取的数据流从变速再现转变为正常速度再现。而且，STC增长单元41通过线性增加定义为PTS_s的STC初始值，可以产生正常速度再现中的新STC。如果满足必要条件(7)，当在图9中时间t31开始正常速度再现时，Shift_delay可使STC平稳上升并且adjust_delay将发生。然而，STC增长单元41可考虑该延迟而产生STC。因此，即使转变到正常速度再现后，仍可将从记录介质4读取的压缩画面数据的STC延迟固定时间“System_delay”。

而且如果满足必要条件(7)，当正在监视用于由MPEG扩展器35扩展的画面数据的由STC增长单元41产生的STC时，显示与包括在输出时间信息中的PTS相对应的画面。从而，也可在正常速度再现模式下，在低于t32的时区在屏幕上显示从数据读取控制器34发送到MPEG扩展器35的压缩画面数据中的每一画面，在该时区再现模式被延迟时间“System_delay”而转变为正常速度再现。所以，由于当再现模式被转变为正常速度再现时无需省略任何画面即可在屏幕上显示每一画面，而且再现模式转变很迅速，所以用户可实际观看高质量图像。

注意即使在满足必要条件(7)的情况下，由于采用泄漏方法以向TS编码器45供给压缩画面数据，包括在从STC增长单元41发送的STC信息中的STC和压缩画面数据之间没有瞬时同步，所以在任何变速再现期间，TS编码器45将不TS打包数据。所以，TS编码器45将在再现模式被转变为正常速度再现的STC(图9中的STC_a)和随后的各STC进行TS打包。

在前面，已参考附图并以其特定优选实施例作为例子而详细描述了本发明。但是，本领域普通人员应理解本发明不限于这些实施例，而在不脱离所附权利要求示出和定义的精神和范围之内可作各种形式的修改、替换构造或各种其它形式的实施。

如前面已描述的，根据本发明的画面数据再现设备和方法向GOP的前端顺序附加固定数目的数据。所以，当再现方向从正向转变为反向时，将已在流缓冲器中存储了包括将被MPEG扩展器扩展的画面的GOP中的I画面。因此，根据该MPEG标准可完成平滑变速再现。

Claims (26)

1.一种可根据MPEG标准再现记录至记录介质的画面数据的画面数据再现设备，该设备包含：

流缓冲器，用于临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；和

解码装置，用于从前一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并在正向再现正在进行期间解码该读取的画面数据；

MPEG扩展器，用于当已通过该解码装置读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据至最后N帧之前时，包括剩余第N帧的画面数据的GOP的开端开始，将预定量的画面数据附加到所述流缓冲器中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中与所述流缓冲器的容量相对应的预定数量的画面数据被附加到所述流缓冲器。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述画面数据被附加到所述流缓冲器中，紧跟在附加至该流缓冲器的最后画面之后，如同在环形缓冲器中。

4.根据权利要求1所述的设备，其中当已通过该解码装置读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据至最后3帧之前时，从包括剩余第3帧的画面数据的GOP的前端开始，预定量的画面数据被附加到所述流缓冲器中。

5.根据权利要求1所述的设备，其中当该再现方向从正向转变为反向时：

该解码装置从下一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并解码该读取的画面数据；并且

当已通过该解码装置读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP的画面数据至最后M帧之前时，在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据被附加到所述流缓冲器。

6.一种用于根据MPEG标准通过解码经由编码而压缩的画面数据而再现画面数据的画面数据再现设备，包括：

流缓冲器，用于临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；和

解码装置，用于从下一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并在反向再现正在进行期间解码该画面数据；

MPEG扩展器，用于当已通过该解码装置读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP中的画面数据至最后M帧之前时，将在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据附加到所述流缓冲器。

7.根据权利要求6的设备，其中除了前一GOP中的画面数据外，从当前GOP的前端开始的P帧画面数据被附加到所述流缓冲器。

8.根据权利要求7的设备，其中通过计算由(P+Max_GOP-1)×data_1 frame+vbv_occupancy定义的数据附加量data_add，其中P为当前GOP中帧的数目，Max_GOP为一GOP中画面的最大数目，data_1 frame为正常速度再现模式中一帧时间读取的画面数据量，vbv_occupancy为视频缓冲检验器VBV缓冲器中存储的数据，并基于data_add，从记录介质中的记录位置开始读取画面数据，从而获得该画面数据。

9.根据权利要求6的设备，其中许多画面数据被附加到所述流缓冲器，所述画面数据的数量由(DTS_c-vbv_delay_c)-(DTS_f-vbv_delay_f)定义，其中DTS_c为当前GOP中顶部画面中的解码时间标记DTS，vbv_delay_c为顶部画面的视频缓冲检验器VBV延迟，DTS_f为当前GOP的顶部画面中的解码时间标记DTS，vbv_delay_f为顶部画面的视频缓冲检验器VBV延迟。

10.根据权利要求6的设备，其中根据流缓冲器中当前GOP的顶部画面的地址、将被附加供给的画面数据量和所述流缓冲器的容量，确定将开始附加画面数据的流缓冲器中的地址。

11.根据权利要求6的设备，如在环形缓冲器中一样将画面数据附加到流缓冲器。

12.根据权利要求7的设备，其中当已通过该解码装置读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP中的画面数据至最后3帧之前时，从前一GOP的顶部数据开始顺序将在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据附加到所述流缓冲器，另外还向所述流缓冲器附加从当前GOP的前端开始的六帧画面数据。

13.根据权利要求6的设备，其中当该再现方向从反向转变为正向时：

该解码装置从前一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并解码该画面数据；并且

当已通过该解码装置读取在所述流缓冲器中临时记录的画面数据至最后N帧之前时，从包括剩余第N帧的画面数据的GOP的前端开始，预定量的画面数据被附加到所述流缓冲器。

14.一种用于根据MPEG标准再现记录至记录介质的画面数据的画面数据再现方法，该方法包括步骤：

在流缓冲器中临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；

从前一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并在正向再现正在进行期间解码该读取的画面数据；和

将从记录介质获得的画面数据通过MPEG扩展器附加提供给所述流缓冲器；

当已在该解码步骤中读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据至最后N帧之前时，在数据附加步骤，从包括流缓冲器中剩余第N帧中的画面数据的GOP的前端开始，附加预定量的画面数据。

15.根据权利要求14的方法，其中在数据附加步骤，向流缓冲器附加提供对应于所述流缓冲器的容量的预定数量的画面数据。

16.根据权利要求14的方法，其中在数据附加步骤，所述画面数据被附加到所述流缓冲器中，紧跟在附加至该流缓冲器的最后画面之后，如同在环形缓冲器中。

17.根据权利要求14的方法，其中在数据附加步骤，当已通过该解码步骤读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据至最后3帧之前时，从包括剩余第3帧的画面数据的GOP的前端开始，附加供给预定量的画面数据。

18.根据权利要求14的方法，其中当该再现方向从正向转变为反向时：

在该解码步骤，从下一画面开始顺序读取临时存储在该流缓冲器中的画面数据，并解码该读取的画面数据；并且

在该数据附加步骤，当已通过该解码步骤读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP的画面数据至最后M帧之前时，向该流缓冲器附加供给在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据。

19.一种用于根据MPEG标准通过解码经由编码而压缩的画面数据而再现所述画面数据的画面数据再现方法，包括步骤：

向流缓冲器临时存储编组为从I画面开始的GOP的画面数据；

从下一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并在反向再现正在进行期间解码该画面数据；和

将从记录介质获得的画面数据通过MPEG扩展器附加提供给所述流缓冲器；

在该数据附加步骤，当在该解码步骤已读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP的画面数据至最后M帧之前时，向所述流缓冲器附加供给在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据。

20.根据权利要求19的方法，其中在该数据附加步骤，除了前一GOP中的画面数据外，还向当前GOP的前端附加供给P帧画面数据。

21.根据权利要求20的方法，其中在该数据附加步骤，通过计算由(P+Max_GOP-1)×data_1frame+vbv_occupancy定义的数据附加量data_add，其中P为当前GOP中帧的数目，Max_GOP为一GOP中画面的最大数目，data_1frame为正常速度再现中一帧时间读取的画面数据量，vbv_occupancy为视频缓冲检验器VBV缓冲器中存储的数据，并基于data_add，从记录介质中的记录位置开始读取画面数据，从而获得该画面数据。

22.根据权利要求19的方法，其中在该数据附加步骤，附加供给由(DTS_c-vbv_delay_c)-(DTS_f-vbv_delay_f)定义的许多画面数据，其中DTS_c为当前GOP中顶部画面的解码时间标记DTS，vbv_delay_c为顶部画面的视频缓冲检验器VBV延迟，DTS_f为当前GOP的顶部画面的解码时间标记DTS，vbv_delay_f为顶部画面的视频缓冲检验器VBV延迟。

23.根据权利要求19的方法，其中在该数据附加步骤，相应于流缓冲器中当前GOP的顶部画面的地址、将被附加供给的画面数据量和所述流缓冲器的容量，确定将开始附加画面数据的流缓冲器中的地址。

24.根据权利要求19的方法，其中在该数据附加步骤，如在环形缓冲器中一样附加供给该画面数据。

25.根据权利要求20的方法，其中在该数据附加步骤，当已通过该解码步骤读取其全部成组画面被临时记录在所述流缓冲器中的当前GOP的画面数据至最后3帧之前时，从前一GOP的顶部数据开始顺序向所述流缓冲器附加供给在至少当前GOP之前放置的前一GOP中的画面数据，另外还向所述流缓冲器附加供给从当前GOP的前端开始的六帧画面数据。

26.根据权利要求19的方法，其中当该再现方向从反向转变为正向时：

在该解码步骤，从前一画面开始顺序读取临时存储在所述流缓冲器中的画面数据，并解码该画面数据；并且

在该数据附加步骤，当已通过该解码步骤读取在所述流缓冲器中临时记录的画面数据至最后N帧之前时，从包括剩余第N帧的画面数据的GOP的前端开始，附加预定量的画面数据。

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