CN1288905C - 数据解码器和数据解码方法 - Google Patents

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Abstract

检测电路对按照预定规则编码的位流中的边界进行检测。边界是出现再现时间不连续的点。反相电路响应检测电路对边界的检测，对紧接在该边界后面的后续位流的头中的特定的位进行反相。因此，通过例如在输出经过解码的位流时简单地对特定的位进行监视，边界能轻易地被检测。因此，这使得位流的同步管理以及类似操作变得简易。因此，对特定位的检测实现了对出现再现时间不连续的边界的简单而准确的检测。

Description

数据解码器和数据解码方法
技术领域
本发明涉及用于对根据运动图像专家组(Moving Picture ExpertsGroup，MPEG)标准进行编码的图像和语音位流进行解码的数据解码器和数据解码方法。
背景技术
DVD标准是一种采用MPEG标准的标准。DVD显现数据(presentationdata)是作为MPEG2标准中的节目流进行处理的。
图1示出了由DVD解码器实行的同步管理控制的概况。
DVD解码器具有内部时钟(参考时钟)，其被称为STC(系统目标时钟或系统时间时钟)。DVD解码器操作STC来与再现(reproduction)的开始同时地从零计数。同时，记录在DVD上的数据具有多个显现时间标记(Presentation Time Stamp，PTS)。PTS是关于用于输出(显示或发声)视频数据、音频数据和子图像数据(封闭的标题数据)的再现时间的信息。
DVD解码器与再现的开始同时地启动STC，并周期性地监视STC和PTS。当STC和PTS相互一致时，DVD解码器输出视频数据、音频数据和子图像数据。当DVD被正常再现时，PTS单调地增加。这里，DVD如上所述启动从零计数的STC，并依次再现含有与STC一致的PTS的位流数据(帧数据)。
在DVD播放中，由于暂停、快进等，可能在PTS和STC之间出现偏差。例如，如图1所示，在时间Ta和Tb之间，PTS逐渐迟滞于STC(STC＞PTS)。这指示出了在数据再现中的迟滞。当PTS小于STC时，DVD解码器丢弃将要被解码的位流，因此将PTS提前而变得与STC(时间Tb)一致。在时间Tc和Td之间，PTS逐渐超前于STC(STC＜PTS)。这指示出数据再现正在加快。当PTS大于STC时，DVD解码器暂时保持(hold)位流，因此停止PTS前进从而使PTS和STC彼此一致(从时间Td到时间Te)。这样一种使PTS与STC一致的操作被称为同步管理控制，这对于DVD播放器来说是必不可少的。
图2示出了DVD播放器的DVD播放方法的例子。
DVD播放方法包括(1)家长锁定，(2)多剧情，(3)多视角和(4)剧情分支。这些播放方法被称为无缝播放。无缝播放是专属于DVD的一种特殊的播放技术，其用于通过虚拟地连接多个不同的位流来再现它们，就如同这些位流是单一的位流一样。
在这个例子中，从VOBU#1到VOBU#5之间连续的位流被记录在DVD上。此外，位流VOBU#3’被记录在DVD上不同于VOBU#1-VOBU#5的位置。这里，视频对象单元(Video Object Unit，VOBU)是DVD标准中最小的位流单元。VOBU含有包括PTS的视频数据、音频数据和子图像数据以及导航(navigation)数据(用于控制再现的信息)。在示意图中，在VOBU方框中的十六进制数字表示PTS的值。
DVD解码器以VOBU为基础对位流进行解码以便用于再现。例如，假设VOBU#3包含了暴力的画面。操作DVD播放器的家长应该使该画面避开孩子的视线，将VOBU#3切换到包含文雅画面的VOBU#3’以便进行再现(家长锁定播放)。VOBU#3’在时间上与VOBU#2，VOBU#3或VOBU#4不连续。VOBU#3’的PTS(0010h)不同于VOBU#3的PTS(0030h)。当VOBU#2，VOBU#3和VOBU#4被接连地再现时，于是在VOBU#3’的PTS变得不连续，并且小于STC。在下文中，出现PTS不连续的点将被称为间隙(边界)。此外，位于间隙前面和随后的VOBU将分别被称为前导VOBU和后续VOBU。
在如图2所示的例子中，DVD播放器中的DVD解码器将在图1所示的同步管理控制的控制下在VOBU#3’检测到STC＞PTS，结果是丢弃该流数据。也就是说，VOBU#3’不会被再现。
为了避免这个问题，必需在出现间隙时停止同步管理控制，并且强行地在间隙时间Tg将VOBU#3’的PTS值存储到STC中，在间隙时间Th将VOBU#4的PTS值存储到STC中。这样的对STC有意的操作被称为“STC间隙处理”或简称为“间隙处理”。
发明内容
本发明的目的是简易而高准确性地执行位流的同步管理控制，并恰当地再现位流。
根据本发明的数据解码器的一个方面，检测电路对按照MPEG标准编码的位流行(bit stream row)中的边界进行检测。边界是出现再现时间不连续的点。反相电路响应检测电路对边界的检测，对紧接该边界的后续位流的头(header)中特定的位进行反相。同步控制电路执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个将要被输出的位流，或者当PTS大于STC时维持位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步。此外，在任何一个所述位流中的特定位的反相被检测到时，同步控制电路中断同步管理控制。通过例如在输出经过解码的位流时简单地对该特定位进行监视，这提供了对边界轻易的检测。因此，这使得位流的同步管理以及类似操作变得简易。该特定位被包括每一位流中。因此，对特定位的检测实现了对于出现再现时间不连续的边界的简单而准确的检测。同时，由于包括在每个位流中的特定位被用来检测边界，同步管理控制能随着目标位流而被及时地可靠中断。其中所述的特定位是在至少任何一个被包含在视频对象单元中的视频包、音频包和子图像包的PTS字段中的标记位(marker bit)。该PTS字段的标记位指示了PTS字段的片段，而本身不具有信息。因此，指示边界的信息能被写入位流，而不改变位流的头结构。也就是说，可以在遵循现有的DVD标准的情况下，准确地检测出现再现时间不连续的边界。
根据本发明的数据解码器的另一个方面，检测电路对按照MPEG标准编码的位流行中的边界进行检测。边界是出现再现时间不连续的点。反相电路响应检测电路对边界的检测，对紧接该边界的后续位流的头中特定的位进行反相。同步控制电路执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个将要被输出的位流，或者当PTS大于STC时维持位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步。此外，在任何一个所述位流中的特定位的反相被检测到时，同步控制电路中断同步管理控制。其中，所述的特定位是被包含在视频对象单元中的视频包的DTS字段中的标记位。该DTS字段的标记位指示了DTS字段的片段，而本身不具有信息。因此，指示边界的信息能被写入位流，而不改变位流的头结构。也就是说，可以遵循现有的DVD标准，准确地检测出现再现时间不连续的边界。
根据本发明的数据解码方法的一个方面，为了对按照MPEG标准编码的位流行进行解码，首先执行对位流行中出现再现时间不连续的边界的检测。接下来，对紧接在该被检测到的边界后面的后续位流的头中特定的位进行反相。对该位流进行解码以产生输出位流。然后，为了使包括在每一位流中的再现时间与参考时钟同步，执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个输出位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持输出位流的输出。在任何一个输出位流中的特定位的反相被检测到时，中断同步管理控制。因此，通过例如在输出经过解码的位流的过程中简单地对特定位进行监视，能简便而准确地检测边界。由于包括在每个位流中的特定位被用来检测边界，同步管理控制能随着目标位流而及时地被可靠地中断。其中，所述的特定位是在至少一个被包含在视频对象单元中的视频包、音频包和子图像包的PTS字段中的标记位。该PTS字段的标记位指示了PTS字段的片段，而本身不具有信息。因此，指示边界的信息能被写入位流，而不改变位流的头结构。也就是说，可以在遵循现有的DVD标准的情况下，准确地检测出现再现时间不连续的边界。
根据本发明的数据解码方法的另一方面，为了对按照MPEG标准编码的位流行进行解码，首先执行对位流行中出现再现时间不连续的边界的检测。接下来，对紧接在该被检测到的边界后面的后续位流的头中特定的位进行反相。对该位流进行解码以产生输出位流。然后，为了使包括在每一位流中的再现时间与参考时钟同步，执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个输出位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持输出位流的输出。在任何一个输出位流中的特定位的反相被检测到时，中断同步管理控制。其中，所述的特定位是被包含在视频对象单元中的视频包的DTS字段中的标记位。该DTS字段的标记位指示了DTS字段的片段，而本身不具有信息。因此，指示边界的信息能被写入位流，而不改变位流的头结构。也就是说，可以遵循现有的DVD标准，准确地检测出现再现时间不连续的边界。
附图说明
在结合附图阅读时，本发明的实质、原理和应用将在以下详细的描述中变得更清楚，在附图中同样的零件使用相同的标记，其中：
图1示出了常规的DVD解码器的同步管理控制的概况的示例性示意图；
图2是示出了常规的DVD播放器的DVD播放方法的例子的示例性示意图；
图3是示出了本发明的实施例的框图；
图4是示出了PTS字段细节的示例性示意图；
图5是示出了图3的操作的流程图；
图6是示出了本发明的比较示例的框图；
图7是示出了比较示例的操作的流程图；和
图8是示出了DTS字段细节的示例性示意图。
优选实施方式
以下，将参考附图描述本发明的实施例。
图3示出了根据本发明实施例的MPEG解码器。
该MPEG解码器以单芯片的形式形成，并安装在DVD播放器上。该MPEG解码器具有流缓冲器10、多路分离器12、PTS标记器14、子图像基本流(elementary stream)FIFO 16、子图像解码器18、视频基本流FIFO 20、视频解码器22、混合器24、音频基本流FIFO 26、音频解码器28、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)以及用于控制整个MPEG解码器的控制电路30。框图中的粗线示出了位流行的流动。
流缓冲器10暂时存储从DVD介质读取的流数据(MPEG 2)或被编辑在DVD播放器内部用于无缝播放的流数据(MPEG 2)。
多路分离器12将从流缓冲器10传送来的流数据(VOBU)输出到PTS标记器14，并将从PTS标记器14传送来的流数据分离为视频、音频和子图像基本流。多路分离器12还在它检测到接连地提供的VOBU的PTS中的不连续(间隙)时输出间隙检测信号GAP。也就是说，多路分离器12具有用于检测根据MPEG标准编码的位流中的边界的检测电路的功能，该边界是出现再现时间不连续的点。
PTS标记器14响应间隙检测信号GAP对包括在从多路分离器12传送来的后续VOBU(间隔后面的VOBU)中的视频包V_PCK、音频包A_PCK和子图像包SP_PCK中的PTS字段的标记位(特定的位)进行反相。也就是说，PTS标记器14具有用于修改从多路分离器12传送来的位流，从而将预定的标记置于前导VOBU和后续VOBU之间的边界上的反相电路的功能。包括其标记位被反相的后续VOBU(后续位流)的位流被传送到多路分离器12。
图4示出了VOBU的数据结构。
VOBU一般具有跟随导航包NV_PCK的多个视频包V_PCK、音频包A_PCK和子图像包SP_PCK。每个V_PCK、A_PCK和SP_PCK包都有包头(packheader)、小包头(packet header)和数据(音频数据、视频数据和子图像数据中的任何数据)。
小包头包括PTS字段。该PTS字段包含固定值(在这个例子中是二进制的“0010”)，接下来是PTS位(PTS[32:30])、标记位、PTS位(PTS[29:15])、标记位、PTS位(PTS[14:0])和标记位。虽然在图中没有示出，视频包V_PCK和子图像包SP_PCK的PTS字段具有与音频包A_PCK的PTS字段相同的配置。
在本实施例中，PTS标记器14在它接收到间隙检测信号GAP时，分别对后续VOBU的视频包V_PCK、音频包A_PCK和子图像包SP_PCK中的PTS字段的标记位进行反相。标记位是用来指示33个PTS位(PTS[32:0])的片段的，而本身没有信息。所以，即使标记位在检测到间隙时被反相，也不会出现问题。
图3所示的FIFO 16保持子图像的位流，并根据来自控制电路30的指令将所保持的数据以子图像数据的形式接连地输出。
子图像解码器18对从FIFO 16传送来的子图像位流进行解码，然后将结果作为输出位流输出。这里，同步控制电路18a根据来自控制电路30的同步启动信号S-SYNC-CTL(例如，它翻转为高电平)来启动同步管理控制。当子图像数据中的PTS字段的标记位被反相时，同步控制电路18a立即中断同步管理控制。
根据同步控制电路18a对间隙的检测，控制电路30中止同步启动信号S-SYNC-CTL的输出。例如，这里同步启动信号S-SYNC-CTL从高电平下降为低电平。控制电路30与后续VOBU的数据输出的结束同步，再次输出同步启动信号S-SYNC-CTL。同步控制电路18a根据同步启动信号S-SYNC-CTL恢复同步管理控制。
FIFO 20保持视频位流，并根据来自控制电路30的指令将所保持的数据以视频数据的形式接连地输出。
视频解码器22对从FIFO 20传送来的视频位流进行解码，然后将结果作为输出位流输出。这里，同步控制电路22a根据来自控制电路30的同步启动信号V-SYNC-CTL(例如，它翻转为高电平)来启动同步管理控制。当视频数据中的PTS字段的标记位被反相时，同步控制电路22a立即中断同步管理控制。
根据同步控制电路22a对间隙的检测，控制电路30中止同步启动信号V-SYNC-CTL的输出。例如，这里同步启动信号V-SYNC-CTL从高电平下降为低电平。控制电路30与后续VOBU的数据输出的结束同步，再次输出同步启动信号V-SYNC-CTL。同步控制电路22a根据同步启动信号V-SYNC-CTL恢复同步管理控制。
混合器24将来自子图像解码器18的输出位流以及来自视频解码器22的输出位流相加(叠加)，并将结果作为图像数据输出。
FIFO 26保持音频位流，并根据来自控制电路30的指令将所保持的数据以音频数据的形式接连地输出。FIFO 26具有用于指示所保持数据的量的容量计数器26a。容量计数器26a响应音频数据的接收而递增，响应音频数据的输出而递减。
音频解码器28读取来自FIFO 26的音频位流数据，并将这些数据传送到DSP进行解压缩。音频解码器28通过它的同步控制电路28a接收被DSP解压缩的数据。同步控制电路28a根据来自控制电路30的同步启动信号A-SYNC-CTL(例如，它翻转为高电平)来启动同步管理控制。当音频数据中的PTS字段的标记位被反相时，同步控制电路28a立即中断同步管理控制。
指示前导VOBU和后续VOBU之间的边界的信息(标记位)被叠加到位流本身。这实现了后续VOBU的检测和同步管理控制的中断之间完全的同步。也就是说，同步管理控制在精确性方面能被提高。
将要被同步控制电路18a、22a和28a执行的同步管理控制与此前所描述的相同(图1和2)。也就是说，当没有标记位被反相时，同步控制电路18a、22a和28a丢弃将要输出的位流中至少一个位流或维持位流的输出，从而PTS与STC(参考时钟)一致。此外，当同步控制电路18a、22a和28a检测到标记位的反相时，它们中断同步管理控制而执行“STC间隙处理”。
控制电路30分别地对子图像解码器18、视频解码器22和音频解码器28发出指令来重新启动同步管理。同步管理控制以最小的解码单元来执行。这里，最小单元对子图像解码器18来说是整屏子图像数据，对视频解码器22来说是用于显示单屏画面的视频帧，对音频解码器28来说是音频帧。
控制电路30按照对应于这些最小单元的整数倍的时间来对同步管理的重新启动发出指令。控制整个DVD播放器的CPU可以发出用于重新启动同步管理的指令。也可以使用定时器。需要注意的是，在这个例子中，DSP仅解压缩被压缩的音频数据，但是实际上，它也能够解压缩子图像数据和视频数据。
图5示出了同步管理控制的概况。步骤S1和S2示出了将要由PTS标记器14执行的处理。步骤S3、S4和S5示出了将要由同步控制电路18a、22a和28a中的任何一个执行的处理。步骤S6示出了将要由控制电路30执行的处理。
在步骤S1，PTS标记器14检测间隙检测信号GAP存在与否。在步骤S2，与间隙检测信号GAP的接收同步，PTS标记器14将PTS字段的标记位反相。
在步骤S3，同步控制电路18a、22a和28a监视各个PTS字段的标记位。在步骤S4，确定PTS字段的标记位的反相是否被检测到。如果任何一个PTS字段的标记位的反相被检测到，处理转到步骤S5。如果标记位的反相没有被检测到，处理返回步骤S3。在步骤S5，已经检测到标记位的反相的同步控制电路(18a、22a和28a中的任何一个)中断同步管理控制。
在步骤S6，控制电路30对已经中断同步管理控制的同步控制电路(18a、22a和28a中的任何一个)发出指令来重新启动同步管理。
图6示出了同步管理控制的比较示例。这里，仅单独给出对音频数据的同步管理控制的描述。
在比较示例的MPEG解码器中，多路分离器12输出间隙检测信号GAP到音频基本流FIFO 32。用于保持音频位流的FIFO 32除容量计数器32a外，还具有剩余量计数器32b。当FIFO 32接收到间隙检测信号GAP时，它将容量计数器32a的值传送到剩余量计数器32b。在检测到间隙检测信号GAP时由容量计数器32a所维持的是前导VOBU的数据。因此，剩余容量计数器32b的值与前导VOBU的数据的量一致。
剩余量计数器32b的值随着FIFO 32中的音频数据被消耗而递减到零。当FIFO 32中的前导VOBU的数据完全被消耗时，剩余量计数器32b的计数等于零。这里，FIFO 32输出边界提示信号BND到音频解码器34的同步控制电路34a。
同步控制电路34a在接收到边界提示信号BND时暂时中止同步管理控制。随后，同步控制电路34a接收来自控制电路36的同步启动信号A-SYNC-CTL，再一次启动同步管理。
图7示出了对比较示例中的同步管理控制的概况。
在步骤S11，FIFO 32接收间隙检测信号GAP。在步骤S12，FIFO 32将容量计数器32a的值代入剩余量计数器32b。
在步骤S13，剩余量计数器32b的值随着FIFO 32中的音频数据被消耗而递减。在步骤S14，确定剩余量计数器32b是否是零。如果剩余量计数器32b不是零，处理返回步骤S13。如果剩余量计数器32b是零，处理转向步骤S15。
在步骤S15，剩余量计数器32b输出边界提示信号BND。在步骤S16，同步控制电路34a在接收到边界提示信号BND时暂时中止同步管理控制。
上述比较示例中，由于存在DSP解码的时间，边界提示信号BND的输出定时比后续VOBU的顶部数据被传送到同步控制电路34a的时间要早。也就是说，同步管理控制在输出前导VOBU的数据时被中断。
作为对此的预防措施，可以将边界提示信号BND的输出定时延迟对应于在DSP中解码滞后的时间量。但是，在DSP中用于解码数据的时间随着数据压缩率变化。例如，对例如线性PCM的具有低压缩率的数据进行解码比对例如杜比AC-3的具有高压缩率的数据进行解码需要更长的时间。因此，上述比较示例中，很难随着后续VOBU的顶部(与间隙的检测同步)准时地中断同步管理控制。
如已经描述的，根据本实施例，PTS标记器14响应对边界的检测，将视频包V_PCK、音频包A_PCK和子图像包SP_PCK中PTS字段的标记位反相。也就是说，指示出现再现时间不连续的边界的信息被写入到包括要被再现的数据的位流的标记位中。因此，在输出被解压缩的位流时，通过简单地监视标记位能够简便而准确地检测出现再现时间不连续的边界。可以采用现有的DVD标准准确地检测出现再现时间不连续的边界。
需要注意的是，前述实施例已经对将PTS字段的标记位进行反相的情形进行了处理。但是，本发明并不局限于这样的实施例。例如，解码时间标记(Decoding Time Stamp，DTS)字段的标记位可以被反相。图8示出了视频包V_PCK小包头中的DTS字段的细节。除具有不同的顶部固定值(4个字节)外，在结构方面DTS字段PTS字段相同。
前述实施例已经对其中将本发明应用于对记录在DVD(MPEG2)上的位流进行解码的MPEG解码器的情形进行了处理。但是，本发明不局限于这样的实施例。例如，本发明可以被应用于其他MPEG系统(MPEG1，MPEG4)的解码器。

Claims (4)

1.一种数据解码器，包括：
检测电路，用于对按照MPEG标准编码的位流行中的边界进行检测，该边界是出现再现时间不连续的点；
反相电路，用于响应所述检测电路对所述边界的检测，对紧接在所述边界后面的后续位流的头中的特定的位进行反相，所述特定的位是被包括在视频对象单元中的视频包、音频包和子图像包中的至少一个的PTS字段中的标记位；和
用于执行同步管理控制的同步控制电路，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个将要被输出的位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步，并且在任何一个所述位流中的所述特定位的反相被检测到时，中断所述同步管理控制。
2.一种数据解码器，包括：
检测电路，用于对按照MPEG标准编码的位流行中的边界进行检测，该边界是出现再现时间不连续的点；
反相电路，用于响应所述检测电路对所述边界的检测，对紧接在所述边界后面的后续位流的头中的特定的位进行反相，所述特定的位是包含在视频对象单元中的视频包的解码时间标记DTS字段中的标记位；和
用于执行同步管理控制的同步控制电路，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个将要被输出的位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步，并且在任何一个所述位流中的所述特定位的反相被检测到时，中断所述同步管理控制。
3.一种数据解码方法，包括以下步骤：
对按照MPEG标准编码的位流行中的边界进行检测，该边界是出现再现时间不连续的点；
对紧接在所述边界后面的后续位流的头中的特定的位进行反相，所述特定的位是被包括在视频对象单元中的视频包、音频包和子图像包中的至少一个的PTS字段中的标记位；
对位流进行解码以产生输出位流；
执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个输出位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持所述输出位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步；和
在任何一个所述输出位流中的所述特定位的反相被检测到时，中断所述同步管理控制。
4.一种数据解码方法，包括以下步骤：
对按照MPEG标准编码的位流行中的边界进行检测，该边界是出现再现时间不连续的点；
对紧接在所述边界后面的后续位流的头中的特定的位进行反相，所述特定的位是包含在视频对象单元中的视频包的解码时间标记DTS字段中的标记位；
对位流进行解码以产生输出位流；
执行同步管理控制，即，当显现时间标记PTS小于系统时间时钟STC时丢弃至少一个输出位流，或者当所述PTS大于所述STC时维持所述输出位流的输出，以使包括在位流中的再现时间与参考时钟同步；和
在任何一个所述输出位流中的所述特定位的反相被检测到时，中断所述同步管理控制。
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