CN1295758A - 对格式化数字数据连续流执行随机存取及时间性功能的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

格式化数字数据连续流,如视频段、音频段或数据流等,在特定条件下呈现固定长度的段,以定义在连续流当中与所述流同步前移的虚拟段。以上述方式定义的虚拟段,可以非线性的方式在任意的重放速率下进行搜索。例如,即使在连续流从未停止的情况下,倒回、暂停、帧前移以及快速前进等功能也可执行。

Description

对格式化数字数据连续流执行随机 存取及时间性功能的方法与装置
发明领域
本发明涉及数字信号处理，特别涉及传递或捕获以各种不同格式表示的线性数字信息流用的一系列方法。
发明背景
随着应用先进数字信号处理技术之消费型音像产品的出现，越发需要充分利用数字技术之潜能。例如，希望提供一些方法，用于传递或捕获以各种不同格式表示的线性数字数据流，同时为使用者提供本端所存数字数据流的外观，其中顾及外显本端数字流中虚拟段的重新定位和重放。
盒式录像机(VCR)系一种能够执行上述功能的机械装置，并使用磁带来存储信息。磁带固有的线性特质使其运作具备如倒回、快速前进以及暂停等功能。然而，盒式录像机无法在同一个时间捕获及重放信息，因此其无法执行上述之功能。
线性数据流是与现代生活紧密相依的。试考虑广播电台、电视台、卫星广播、有线电视、录像带以及光碟片等。上述信息日益使用适于如电脑或媒体解码器等自动化电子硬体设备进行处理的方式来表示。例如，“电视直播”(Direct VideoBroadcast，DVB)标准针对从卫星、地面站以及有线电视系统传送数字广播。甚至模拟广播，如来自一般本地站台播送的常规NTSC(National Television StandardsCommittee)制广播，也可将其捕获后用调制解调器进行实时数字化处理，以使其成为线性数字数据流。
虽然上述数据流从未终止，且数据流的单独观看者无法直接影响此等数据流的传送方式，却希望为使用者提供数据流的最近部分以某种方式于本端的虚拟感，以便针对数据流执行如典型盒式录像机之类的功能，例如暂停、倒回以及快速前进等。上述功能之需求系起因于播送系统的播送时间表几乎从未能符合单独观看者的需求。举例而言，观看者可能希望暂停一段时间而停止播放数据流，以便惩戒不守规矩的小孩。或者，也许观看者因为注意力分散而在数据流的播放过程中错过了一重要场面，此时观看者即希望能够倒回错过的片段而重新播放。
在理想的情况下，在观看者本端的装置应能够在数据流被播送的过程中捕获整个数据流，并以某种方式将其存储。例如，若有两个磁带录像机可供使用，则可在两者之间进行交替运作。在此情况下，第一录像机在所关注节目的开始处启动。若观看者想要倒回播放内容，则第二录像机即开始捕获，同时第一录像机将停止捕获并倒回至适当的位置而开始重放。然而，若观看者想要在倒回之后执行快速前进至某一时间点，则至少需要第三磁带录像机。在此情况下，当第二录像机停止并倒回至适当的位置时，第三录像机即可开始捕获播送的数据流。若继续执行以上的操作，则吾人即可观察到设备将变得使用不便、不可靠、昂贵以及难以操作等问题，并且无法支援所有功能上的需求。此外，由于磁带具有固定的长度，并且可能在不恰当的时刻中断，因而大大地降低了上述解决方案的价值。
上述功能可利用电脑来执行，其中数字数据流以某种和录像带相似的方式加以存储，且电脑可在各个不同的虚拟走带机构之间进行切换。即使使用数字电脑，此方案也将出现和上述系统相同的缺陷。藉由提供一种技术，利用暂时性的方式来存储数据流，即可避免上述的问题。
当利用数字电脑来执行达成上述功能的技术时，为了能够进行适当的操作，有若干问题必须加以考虑。首先必须考虑所播送之数据流的存储问题。在电脑当中，数据流系以一连串的数字数据块来表示。例如，当针对NTSC制电视广播数据流进行编码时，每个模拟数据字段将被转换为代表此字段之8位取样本的数据块。若真实表示模拟信号，则每个数字数据块将包含约0．5MB(百万字节)的数据，且一秒钟的视频数据需要约30MB的存储空间，而三十秒的视频数据则需要约900MB的存储空间，因而超过了光碟片的容量。当试图利用任何有用长度的视频时，以上的操作方式将不切实际而无法运作。
举例而言，美国专利第5，625，464号系有关于利用磁光碟来存储电视广播送之节目。目前此种存储媒体的容量约5至10GB，而此容量仅能够提供存储约5秒钟的视频数据，因此显然不敷使用。此外，上述专利所揭露的装置无法同时针对同一节目进行捕获及重放。
存储容量受限的问题可利用算法针对视频流进行压缩而加以处理。通常，一种MPEG(Motion Picture Experts Group，活动图像专家组)标准的算法可在许多场合中得到100∶1的压缩比。MPEG视频流系以一连串的图像组(Group Of Pictures，GOP)来表示，其中每个图像组系以一称作Ⅰ帧的索引帧做为起始。Ⅰ帧系以离散余弦变换或类似JPEG(Joint Photographic Experts Group，像片编码联合专家组)标准的其它方法进行压缩而成的数字数据块。
藉由提供较小的数字数据块指出Ⅰ帧的小部份(称作宏数据块)如何随着时间而移动，图像组可表示多达15个额外的帧。如此，MPEG即可藉由假定图像中只有小部份会随着时间变化而达到压缩效果，使额外帧的展现非常紧凑。
因此，每个帧可利用长度可变的二进制数据块来表示，而不同于上述未经过压缩的磁带录像。此外，虽然图像组彼此之间并无关联，但图像组当中的帧在起始的Ⅰ帧以外可建立特定的关联性。因此，任何用于存储数字数据流并可针对数据进行随机存取的方法，必须考虑所牵涉到的可变(及不可预测的)数据量，且必须详察数据流数据块之间的关联。
利用电脑来执行上述方法时，第二个必须考虑的问题系在于多个数据流必须以并行的方式进行处理。例如，播送的数据流在实际上由至少两个独特的信息序列组成，即代表图像的数字块数据流以及代表音频的数据块流。若音效为立体声，则含有两个独立的音频流。广播信号可包含其它数据，如第二音频节目(SAP)，其中信息流音频信号译为另一种语言。另一个可能出现的数据流为闭式(CC)字幕数据流，其可在音频数据流当中提供口述语言的文本表示。因此，以上所述的简单广播数据流可包含至少五个不同的组成部分，并利用不同的方法进行压缩。当将此复杂的数据流播放给观看者时，每个数据流的数据块必须以适于其相关压缩方法的适当时间进行解码，并使其与其它所有的数据流内容同步化。
所关注的还有数字广播送技术，如DVB。DVB频道系以MPEG2传输多路复用所构成，其为一种编码的方法，用于利用时分复用(TDM)技术将任何数目的离散数字数据流交织成为单一的数字数据流。在上述电视信号的例子中，电视信号可用五个离散数据流进行编码而加入DVB频道，并将另外的频道容量留给它数据流。
目前日益关注将额外的数据流加进标准广播信号当中。例如，可能希望将许多种不同语言的并行音频频道加入视频流中一并传送。或者，也许变换成网页信息用与视频数据同步的方式播送，以便提供多媒体显示。必须同步的数据流数目可为任意的，而每个数据流可利用不同且专有的存储方式以及压缩方法来表示，且每一种存储或压缩的方法皆有其各自的同步条件及帧间的相互关系。
任何一种利用数字电脑提供以上所述功能的方法，必须包含能够解决上述问题的技术。
发明目的及概述
在此所揭露的方法及装置新颖且独特，可用于操作控制连续的数字数据流，如同依照使用者的要求提供随机存取及可变速率展现。针对数据流所进行的操作仅受限于用以实施本发明之装置及方法的系统存储容量与输入输出频宽，而不论所使用的存储装置为易失性的(如动态随机存取存储器，DRAM)或非易失性的(如硬式磁碟)，或两者之组合。本发明之装置及方法提供暂停、倒回、快速前进及播放等操作能(有时被称作虚拟盒式录像机功能)，以及其它更复杂而独特的功能，如快速播放、慢速播放及逆向播放等。此外，在此所揭露的方法及装置提供一种机构，从而以数据流的使用者角度而言，以上所描述的功能系以即时的方式进行，而不同于机械系统的运作方式。本发明之装置及方法亦支援捕获部分数据流的功能，被捕获的数据流会缓存于本发明之装置当中，以使得该捕获数据能够被存储起来，或透过网路并以适当的格式传送给另一个使用者，或利用其它工具或方法进行编辑与处理。
本发明提供一种方法与装置，用于传递或捕获以各种不同格式表示的连续线性数字数据流，并同时提供本端所存数据流的外观。本发明之较佳实施例至少包含一媒体高速缓存器(cache)，用以从数据流中复制数据块。媒体高速缓存器中的数据可作为连续数字数据流之瞬像观看。本发明亦包含一重放指针。重放指针的位置可选择媒体高速缓存器中要访问的部分，以便提供暂停、倒回、快速前进、播放、快速播放、慢速播放以及逆向播放等功能。
附图简单说明
图1为本发明之连续媒体缓存的概要图；
图2为包含本发明之连续媒体缓存之系统的方块图；
图3为一时序图，示出本发明之线性高速缓存器的运作情形。
发明详细说明
本发明提供一种新颖且独特的装置，其系利用以下说明的方法与技术进行连续数字数据流之转换及控制处理。
第1图概括显示本发明之较佳实施例如何操作连续数据流，其中一或多个媒体高速缓存器10可从数据流12复制数据块。重放指针14的位置可选择媒体高速缓存器中要访问的一部分，以便提供如暂停、倒回、快速前进、播放等操作功能，以及更复杂而独特的功能，如快速播放、慢速播放以及逆向播放等。
本发明之装置与数字数据流的格式无关。在实施本发明时，仅要求基本的数据流系由一些离散数据块所组成，且每个块仅涉及少部分的属性。数据块本身的大小及格式可为任意的。在此假设针对数据源或解码操的处理可任意地在本发明的前提下进行，并可藉由在此所描述的方法而间接地加以控制。
第2图系例示本发明之较佳实施例。虽然在图2中系以MPEG数据流为例而加以说明，但本发明可应用于任何一种数字数据流。
在本发明中，数据流的操作及转换系藉由下列元件的组合执行：
1．缓存控制器(201)模块为主要管理装置，其可接收外部针对数字数据流的操作要求(例如从远端控制装置所产生者)，并转而应产生本发明的其它装置的适当控制信息；
2．数据流时钟(202)模块为一总装置，用以使一组线性高速缓存器之运作同步，从而必须以同步方式提供的多重数据流正确定位，并且多重数据流能够以一致的传送速率提供其数据；
3．线性高速缓存模块(204)为一总装置，用以缓存包含于数字数据流当中的数据，使得缓存于高速缓存器的数据可作为连续数字数据流之瞬像观看；
4．剪辑捕获装置(203)为一总机构，用以捕获所有或部分被缓存的数据流，并将所得数据作为经过组织的数据流送至数据宿，如电脑文件系统或另一显示装置。
以下将详细说明上述各项元件及其交互间作用。
缓存控制器
缓存控制器(BC)模块系负责以实例产生本发明针对任一特定数据流进行操作的方法。本发明之较佳实施例包含一数据流时钟模块(SC)、无或多个剪辑捕获模块(CC)以及一或多个线性高速缓存(LC)流模块。本发明的运作最好能够指定线性高速缓存流之一做为主数据流。从所有线性高速缓存流重放的定位系基于，首先将主数据流定位，然后利用该流的最后位置将所有其它流加以适当定位。例如，若主数据流为MPEG视频流，则定位的方式系将当前数据块指针对准MPEG图像组的起始点。一旦主数据流被定位之后，缓存控制器会重新定位所有其它与主数据流同步的数据流。
缓存控制器亦负责控制数据流时钟模块的时钟速率，而数据流时钟模块的运作方式即如以下所述。数据流时钟模块将时钟事件传送至线性高速缓存器的速率系依照缓存控制器所指定的速率。因此，藉由要求数据流时钟模块调整其时钟速率，即可促使缓存控制器加速或减缓整个数据流集合的重放。
最后，缓存控制器负责用剪辑捕获法启动剪辑捕获操作。
数据流时钟
数据流时钟模块提供中央同步性能，将时间性事件分配给若干个线性高速缓存器。广播节目中的每一数据流利用不同的方法进行编码，而各种不同方法的数据块大小、数据格式、解码的时间标记等，皆有其独特的表示方式。举例而言，在单一MPEG视频帧进行解码并展现的时间当中，可能有数个MPEG音频帧已被解码并展现。此外，数据流时钟模块系以适于每个线性高速缓存器的速率将事件分配给每一个线性高速缓存块。
数据流时钟模块使用单一队列来管理要分配的事件，并利用标准化且该技术为建立时间性软件系统领域的技术人士所熟知。
以下将详细说明数据流时钟的运作。
事件并非以绝对时间进行排队，而是按与前一排队事件的相对偏移量来进行。将队列当中的第一事件以相对于当前时间的偏移量标明时间。而后，当该时间超过之后，数据流时钟模块即要求基础操作系统启用调出，例如数据流时钟模块在队中排入一定时事件。当启用调出之后，数据流时钟模块会发送第一时钟事件以及后续偏移量为零的事件，亦即每个和前一事件同时出现的事件。
在队列中的每个事件同时也会被标明时间长度以及下一事件应出现之数据流绝对时间。当伫列中的一个事件被发送之后，下一个事件的绝对时间则藉由将时间长度加入前一绝对时间而构成。此时间与当前之绝对时间的差值即决定了此事件进行重复之前的时间延迟。而后此事件会被加入队列中的适当位置以等待此事件的下一次出现。即使在发送事件的过程中出现时间延迟，在此所提出的策略可确保后续的事件仍然会在适当的时间出现。当所有偏移量为零的事件皆被处理完毕之后，数据流时钟模块将在第一个等待事件的偏移量上排入新的定时事件，而此步骤完成之后即可重复上述过程。
绝对时钟值的分离以及时钟事件的实际发送，对于执行本发明之独特且新颖的技术特徵(例如能够很容易地控制重放的速率等)将有关键性的影响。在开始建立时，数据流时钟模块会记录一个称作速率乘算子的值，并在起始时设定为1。不论数据流时钟模块何时要求操作系统排入定时事件，实际的时间延迟都将乘以速率乘算子。若速率乘算子的值大于1，则数据流的重放较快；若速率乘算子的值小于1，则会产生较慢的数据流重放速率。
为了将线性高速缓存器本身适当地定位(参考以下之说明)，在计算定位时，必须利用相同的速率乘算子来修改存储于每个数据块的展现时间标记(PTS)。藉此，当展现时间标记值与数据流时钟模块所存的速率乘算子适当同步后，数据流时钟模块即可让线性高速缓存器执行一小部分的功能，以针对展现时间标记值进行对比及操作。
透过数据流时钟与每个线性高速缓存产生独立事件的组合，同时利用单一数值并以合乎逻辑的方式修改所有事件被发送的速率，即可提供通常时间性软体设计技术之新颖且独特的应用。
线性高速缓存器
线性高速缓存器(LC)系本发明之一主要元件，用于以适当的序列来存储单一数字数据流。线性高速缓存器保存组成此数据流之数字数据块的列表，并假定每个数据块具有各自的大小及属性。数据流当中的每个数据块皆会被标上展现时间标记(PTS)，而此标记将指出数据块应何时提供给硬件或软件解码过程。当线性高速缓存器首度开始操作数据流时，展现时间标记将以单向的方式逐渐增加起初被设定为零的值，且与任何藉由基础数据流编码术所定义的时间标记无关；然而，一旦线性高速缓存器开始运作，线性高速缓存器所存展现时间标记与任何存储已编码数字数据块所有的时间标记之间，将存在固定的偏移量。在此已假设，解码过程可适当地处理内嵌的时间标记。图3提供线性高速缓存器之较佳实施例的概观。
当已编码的数字数据块到达时，特定数据流类型的捕获机构会将每个已编码的数字数据块提供给线性高速缓存器(301)。此时，线性高速缓存器会以数据流当前的展现时间标记来标明此数据块。线性高速缓存器将保留一时间窗(302)，且根据展现时间标记值将该时间窗定义为线性高速缓存器中最新数据块到达的时间与线性高速缓存器所存留的最早数据块之间的最大时间长度。藉此，时间窗即可代表数据流过去经历的一段时间。线性高速缓存器将丢弃时间窗以外的数据块(303)，因此时间窗即可让吾人观察数据流过去经历一段固定距离。此机构使得可在可用存储空间与观看过往信息的可行性之间进行权衡选择。
捕获机构负责提供某些伴随着每个新数据块的属性(304)。此等属性当中的第一属性为主帧属性，此属性将指示本数据块开始带出一连串相互关联的数据块。当针对一数据流进行随机存取操作时，线性高速缓存器仅容许数据流定位在标为主帧的数据块上。第二属性为段结束(End Of Segment，EOS)属性，此属性将指示数据流已结束，再没有数据要提供。例如，MPEG图像群组(GOP)的Ⅰ帧会被捕获机构标记为主帧，而其它数据块则不会这样标记。
线性高速缓存器会保存下一个要授予解码过程之数据块的指示，此指示被称作当前数据块指示符(305)。在正常观看当中，此数据块系最后被捕获机构加进线性高速缓存器当中的数据块。藉此，数据流即可在捕获与展现之间至多出现一帧之时间延迟的情况下进行实况展现。
藉由将当前数据块指示符移动至线性高速缓存器当中的其它数据块，即可针对数据流进行随机存取。若线性高速缓存器接收到移动指示符的要求，且所指示的数据块并非主帧，则线性高速缓存器将下达指令使解码处理重设其解码状态，以藉此清除任何部分组建的展现数据。举例而言，若当前帧为MPEG预测帧(P帧)，则解码过程具有状态数据，其中包含P帧要修改的当前图像。此数据必须清除，以使得解码器能够从正确的位置开始处理。
再度参阅第2图，藉由指定一展现时间标记值，缓存控制器可要求线性高速缓存器重新定位。线性高速缓存器寻找具有最接近缓存控制器所要求之展现时间标记的数据块。进行重新定位时，存在两种独特的情况：将线性高速缓存器标为主数据流时为第一种情况，而未将其标为主数据流时则为第二种情况。
若线性高速缓存器被标为主数据流，则线性高速缓存器将扫描缓存器内的数据块，并在所要求之展现时间标记值的前后进行搜寻，以找出对应最接近所要求之展现时间标记值的主帧。一旦正确定位，线性高速缓存器即将所识别之主帧数据块展现时间标记回传给缓存控制器。
主数据流定位之后，缓存控制器接着对每个剩余的数据流下指令，使其将自身定位于藉由主数据流回传的展现时间标记。在其它线性高速缓存器当中的主帧可能并不会与主数据流当中的主帧对准。为了解决此问题，每个线性高速缓存器要求解码过程清除任何解码状态，而后存储一指示用以防止线性高速缓存器将数据块授予解码过程。
此后，线性高速缓存器接着正常运转，接收时钟事件并使当前数据块指示符进至相符，除非数据块不实际授予解码处理。当线性高速缓存器遇到主帧时，其会删除防止授予数据块的指示，并将当前的数据块授予解码过程。如此即可使数据流完全与主数据流同步。
以下将详细说明线性高速缓存器如何处理各种定位操作。
前进
前进功能系藉由数据流时钟模块产生的每一事件，通过高速缓存器将当前数据块指示符向前移动一数据块而达成。当数据流时钟模块发送时钟事件时，将高速缓存器内每一相继的数据块送给解码过程以便展现。藉由捕获过程将新区块加入快取在时，数值为1的比率乘数会促使当前数据块指示符在高速缓存器内以相同的速率前进一个数据块。在概念上，当前数据块指示符在高速缓存器内指向相同的位置，而被缓存之数据块的时间窗将向下移动。以数据流使用者的观点而言，以上过程会导致播放对实时有固定延迟。
存在一种速率，用该速率解码处理过程可能无法在下一数据块必须开始进行解码之前将数据块送给使用者，亦即解码器无法跟上所要求的重放速率。线性高速缓存器识别出此种情况并回复到以主帧为基础的方法，其中位于中间部分的数据块将被略过，只将主帧送至解码器。
当前数据块指示符不能定位在未缓存的数据块。若比率乘数指出大于1的比率，则当前数据块指示符最终会移动至高速缓存器的前方。在此情况下，线性高速缓存器中的主帧将对缓存控制器表示高速缓存器中已无数据块。而后，缓存控制器会将数据流时钟模块的比率乘数重设为1，并且每个线性高速缓存器会将当前数据块指示符定位在最后缓存的数据块。上述操作的效果系回复到以未延迟的方式播放实际的数据流。
倒回
倒回功能系藉由数据流时钟模块产生的每一事件，通过高速缓存器器将当前数据块指示符向后移动一数据块而达成。也用主数据流线性高速缓存器控制定位。缓存控制器会指示每个线性高速缓存器调整为反向模式，其中在每一时钟事件上，当前数据块指示符将向后移动一个数据块。此外，此模式将使线性高速缓存器防止除了主帧之外的所有帧被送入解码处理。在当前数据块指示符移动至主帧时，此数据块即进行解码处理。
数据块进行解码处理的速率系由数据流时钟模块中的比率乘数来控制，并容许任意的反向操作速率。
当前数据块指示符不能移动超过高速缓存器中最早的数据块。若时钟事件造成当前数据块指示符移动超过高速缓存器中最早的数据块，则指示符将会被设定至该数据块，并以上述的方式继续播放。同时，线性高速缓存器中的主帧会告知缓存控制器已到达最早缓存的数据块。而后，缓存控制器会将数据流时钟模块的比率乘数重设为1，并且每个线性高速缓存器会将当前数据块指示符定位在最早缓存的数据块。在外表上，呈现好象数据流再度开始向前播放，并在时间上延迟了时间窗的长度。
暂停
缓存控制器所实现的暂停功能系藉由将主数据流线性高速缓存器的当前数据块指示符锁定到相关数据块而达成。线性高速缓存器仅能够将指示符锁定到主帧数据块，因此其会在高速缓存器中向前寻找主帧数据块。若不存在任何的主帧，则线性高速缓存器将存储一已要求锁定的指示。捕获过程出现主帧，线性高速缓存器即认出要求锁定，并将当前数据块指示符锁定在该帧。同时，线性高速缓存器将此主帧送至解码过程，使得以解码过程的观点而言，其能够维持正确的定位。而后，当新的数据块被加入高速缓存器的前方时，被指定的数据块将会在高速缓存器中向后移动。此外，线性高速缓存器设定指示符以阻止提供额外的数据给解码过程。
对每个非主数据线性高速缓存器而言，缓存控制器仅阻止额外的数据块进入解码过程。可要求缓存控制器解除暂停功能之执行(即播放数据流)。在此情况下，缓存控制器可从主数据流线性高速缓存器取得当前数据块(已经过数据流时钟模块之速率乘算子修改)的展现时间标记，并利用以上所描述的方式将每个剩余的线性高速缓存器导向适当的位置。而后每个线性高速缓存器将被解除锁定并使数据块进入解码过程。
由于输入流的捕获连续进行，时间窗可能会超过锁定指示符的数据块。在此情况下，指示符解锁并脱离该区块指在高速缓存器中最早的数据块上，如此可提供自动解除暂停的外部效果，即如同盒式录像机的运作那样，可解除暂停以免磁带与放像磁头过度磨损。
剪辑
此功能系用于从高速缓存器中抽取一些数据块，其中有两种操作模式：相对模式及绝对模式。
如上文所讨论，缓存的数据块在展现次序上呈现数据块线性列表的型态。getclip()式能指示符返回到一缓存数据块，并传回构成抽取范围之数据块的计数值。此信息即称作剪辑。为了效率，返回的指针将直接指示一缓存数据块，而后续的数据块则紧接着每个缓存数据块中下一数据块之连结而取得。只有当第一数据块被指定，且所有后继的数据块仍然保持缓存状态直到调用程序完成其剪辑操作，上述列表才有效。
线性高速缓存器具有下述特质以避开部分剪辑中的无效数据块：getclip()功能在线性高速缓存器中设定一指示符，阻止落于时间窗之外而被丢弃的数据块。当调用releaseclip()功能时，清除此指示符。releaseclip()功能亦将高速缓存器调整为时间窗的大小。
上述操作序列的结果可能会造成线性高速缓存器当中的数据块数目出现暂时性的增加。此时，getclip()功能的调用程序负责尽快地操作剪辑功能，因为缓存数据块的存储空间为有限的资源。然而，此策略可在不干扰正从线性高速缓存器重放数据块的情况下捕获剪辑，以避免使用者在观看播放数据块时，受到任何捕获操作的干扰。
在相对模式当中，捕获的剪辑系以两个数值来加以描述，其中第一数值代表高速缓存器中先前数据块相对于当前数据块指示符的偏移量，而第二数值则代表高速缓存器中后续数据块相对于当前数据块指示符的偏移量。两种情况下的偏移量皆以存储于当前数据块中的展现时间标记的时间差值来表示。例如，捕获的操作过程可能出现在当前数据块之前5秒钟，并在当前数据块之后持续10秒钟。在此，getclip()操作不会指定未缓存的数据块。因此，线性高速缓存器调整实际返回的剪辑，以符合高速缓存器中可取得的数据块。
在绝对模式下，捕获的剪辑系以两个数值来加以描述，其中第一数值代表线性高速缓存器开始运作的绝对时间标记，而第二数值则代表第一数值的时间偏移量，并且第二数值可能为负偏移量或正偏移量，其中负偏移量系表示在高速缓存器中向后倒退一段距离，而正偏移量则表示在高速缓存器中向前进。剪辑将以上述之方法返回，并可依照需要进行调整。此亦表示，若高速缓存器中没有数据块位于所述的时间窗之内，则getclip()功能可传回空的数据块列表。
剪辑捕获
剪辑捕获模块负责从一组线性高速缓存器中选取数据块的范围，同时将此范围内的数据块组成适当的存储或传输格式，并依照所需将其存储或进行传送。来自于多个线性高速缓存器的数据块集合亦称作剪辑。根据外部的要求，由缓存控制器调用剪辑捕获操作。
有两种发出上述要求的方式。在第一种方式中，缓存控制器根据主数据流线性高速缓存器中的当前数据块指示符指示要发生捕获，而此捕获称作相对捕获。此时，指定一相对范围的捕获。
在第二种方式中，缓存控制器可指定一绝对范围。在此情况下，只捕获该范围内包含标明展现时间标记的数据块。此捕获称作绝对。
剪辑捕获的操作简单易行。对每个线性高速缓存器而言，剪辑捕获(CC)模块调用该线性高速缓存器的getclip()功能，并以缓存控制器所传入的参数来执行。而后，剪辑捕获模块将数据块进行线性化处理而成为多路复用数据流，以适用于所需的最终剪辑格式。例如，剪辑捕获模块可产生一MPEG系统数据流，并可依照需要插入来自不同线性高速缓存器的数据块。
上述插入在概念上很简单。剪辑捕获模块以循环的方式通过每个取自于线性高速缓存器的剪辑，在所有剪辑中选取具有最早展现时间标记的数据块，而后将此数据块适当地输出，并使该剪辑的数据块指示符前进到下一数据块。当来自所有剪辑的所有数据块皆被输出，捕获操作即告完成。而后，剪辑捕获模块再以循环的方式通过所有的线性高速缓存器以调用releaseclip()功能。
尽管本发明在此系以较佳实施例加以说明，凡熟习此项技艺者皆不难理解此处揭露之设备与方法在不脱离本发明之精神与范围的情况下可进行替换。因此，本发明仅受限于以下所附之申请专利范围。

Claims (26)

1．一种用于传递或捕获以各种不同格式表示之连续线性数字数据流并同时提供本端所存数据流外观的方法，其特征在于，所述方法包含下列步骤：
提供至少一媒体高速缓存器，用以从所述数据流中复制数据块，其中所述媒体高速缓存器中的数据可以作为所述连续数字数据流之瞬像来观看；
提供一重放指针，其中所述重放指针的位置可选择要访问的一部分所述媒体高速缓存器，以便提供暂停、倒回、快速前进、播放、快速播放、慢速播放以及逆向播放等任何一种功能；
其中所述基础数据流可由多个离散的数据块组成。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一缓存控制器，接收外部针对该数字数据流的操作要求，并转而产生适当的控制信息；
其中所述缓存控制器以实例产生与任一特定数据流有关的系统操作用的方法。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一数据流时钟，用以使所述一个以上之媒体高速缓存器之运作同步，其中将必须以同步方式提供的多数据流正确定位，且所述多数据流以一致的传送速率提供其数据；
其中所述数据流时钟提供中央同步功能，将时间性事件分配给若干媒体高速缓存器。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
指定所述多数据流之一作为主数据流；
其中所有来自于每个媒体高速缓存器的重放之定位基于首先将所述主数据流位，而后利用所述主数据流的最后位置来正确地定位所有其它的数据流；
当主数据流为MPEG视频流时，定位系藉由将一当前数据块指针对准MPEG图像组之起始位置；
当所述主数据流被定位之后，缓存控制器重新定位所有其它将与所述主数据流同步的数据流。
5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一缓存控制器，用以控制所述数据流时钟之时钟速率；
其中所述数据流时钟传送时钟事件至所述媒体高速缓存器的速率系依照由所述缓存控制器指定的速率；
藉由要求所述数据流时钟调整其时钟速率，所述缓存控制器可加速或减缓整个数据流集合的播放。
6．如权利要求3所述的方法，其特征在于，事件按与前一排队事件的相对偏移量进行排队；
其中在所述队列中之第一事件标明对当前时间的偏移时间；
当该时间超过之后，所述数据流时钟要求基础操作系统启用调出；
当启有所述调出之后，所述数据流时钟发送第一时钟事件以及各后续偏移量为零的事件。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体高速缓存器保存组成所述数据流之数字数据块的列表，并假定该数据流中的每个数据块具有各自的大小及属性；
其中所述属性当中包含一主帧属性，所述主帧属性指示所述数据块开始带出一连串相互关联的数据块，以使得当针对所述数据流进行随机存取操作时，所述媒体高速缓存器仅容许所述数据流定位在标为主帧的数据块上；还包含段结束(EOS)属性，指示所述数据流已结束，再没有数据要展现；
所述数据流当中的每个数据块皆标上一展现时间标记(PTS)，而此标记指出数据块应何时授予解码过程；
当所述媒体高速缓存器首度开始处理数据流时，所述展现时间标记将以单向的方式逐渐增加起初被设定为零的值，且与任何藉由基础数据流编码术定义的时间标记无关，且一旦所述媒体高速缓存器开始运作，所述媒体高速缓存器所存所述展现时间标记与任何所述已编码数字数据块所存的时间标记之间存在固定的偏移量；
当已编码的数字数据块到达时，特定数据流类型捕获机构将每个已编码的数字数据块提供给所述媒体高速缓存器；
所述媒体高速缓存器器以所述数据流当前的展现时间标记来标明所述已编码数字数据块；
所述媒体高速缓存器保留一时间窗，且根据展现时间标记值，所述时间窗等于所述媒体高速缓存器中最新数据块到达的时间与所述媒体高速缓存器所存留的最早数据块之间的最大时间长度，因而所述时间窗系代表所述数据流过去经历的一段时间；
所述媒体高速缓存器保存下一个要授予解码过程中之数据块的指示；
所述下一个数据块系最后被所述捕获机构加进所述媒体高速缓存器当中的数据块，因而所述数据流在捕获与展现之间至多出现一帧之时间延迟的情况下进行实况展现。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，针对所述数据流进行的随机存取处理系藉由移动一当前数据块指示符至所述媒体高速缓存器之另一数据块而达成；
其中若所述媒体高速缓存器接收到移动所述数据块指示符的要求，且所指示的数据块并非主帧，则所述媒体高速缓存器下达指令使解码处理重设其解码状态，以藉此清除任何部分组建的展现数据。
9．如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一缓存控制器，藉由指定一展现时间标记值，该缓存控制器要求媒体高速缓存器重新定位；
其中若所述媒体高速缓存器标为主数据流，则所述媒体高速缓存器将扫描所述媒体高速缓存器内的数据块，并在所需之展现时间标记值的前后进行搜寻，以找出对应最接近所要求之展现时间标记值的主帧，其中一旦所述媒体高速缓存器被正确定位，所述媒体高速缓存器即将所识别之主帧数据块的展现时间标记回传给所述缓存控制器；
指示每一剩余的数据流将其自身定位于藉由所述主数据流回传的所述展现时间标记，而在其它媒体高速缓存器当中的主帧可能并不会与所述主数据流当中的主帧对准，此时每个媒体高速缓存器要求在解码过程清除任何解码状态，而后存储一指示用以防止所述媒体高速缓存器将数据块授予解码过程；
其中所述媒体高速缓存器接收时钟事件并使当前数据块指示符进相符，除非数据块不实际授予解码处理；
删除防止授予数据块的指示；
当所述媒体高速缓存器遇到主帧时，将当前的数据块授予所述所述解码过程。
10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，前进/倒回功能系藉由数据流时钟所产生的每一事件，通过所述媒体高速缓存器将当前数据块指示符向前/向后移动数据块而达成；
其中当所述数据流时钟发送时钟事件时，将所述媒体高速缓存器内每一相继的数据块给一任选解码过程以便展现；
当藉由捕获过程将新数据块加入所述媒体高速缓存器时，一比率乘数促使当前数据块指示符在所述媒体高速缓存器内以所选定的速率前进/倒回一个数据块，从而播放对实时有固定延迟；
若所述解码器无法跟上所要求的重放速率，则所述媒体高速缓存器回复到以主帧为基础的方法，并且位于中间部分的数据块将被略过，只将主帧送至所述所述解码器；
若所述所述当前数据块指示符移动至所述媒体高速缓存器的前方，且所述媒体取贮存器中已无数据块，则所述缓存控制器将所述数据流时钟之比率乘数重设为1，并且每个所述媒体高速缓存器将当前数据块指示符定位在最后缓存的数据块；
若一时钟事件造成当前数据块指示符移动超过所述媒体高速缓存器中最早的数据块，则所述当前数据块指示符被设定至所述最早的数据块；
此后继续播放，呈现所述数据流如同再度向前播放。
11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一缓存控制器，用以藉由将主数据流媒体高速缓存器的当前数据块指示符锁定在最接近当前所指数据块的主帧数据块而实现暂停功能；
若所述当前数据块并非主帧数据块，则在所述媒体高速缓存器中向前寻找所述主帧数据块；
若主帧不存在，则存储一已要求锁定的指示；
当捕获过程出现主帧，则将所述当前数据块指示符锁定在所述主帧；
其中若时间窗移动超过锁定所述指示符的数据块，则所述指示符解除并脱离该数据块而指在所述媒体高速缓存器中最早的数据块上，从而自动解除所述暂停。
12．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
在相对模式或绝对模式中，藉由使返回到一缓存数据块并传回构成抽取范围之数据块的计数值，以从所述媒体高速缓存器中抽取该范围内的数据块；
在所述媒体高速缓存器中提供一指示符，用以阻止落于时间窗之外且在所述抽取过程中被丢弃的数据块。
13．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤：
提供一剪辑捕获模块，用以从一组媒体高速缓存器中选取数据块的范围，同时将所述范围内的数据块组成适当的存储或传输格式，并依照所需进行存储或传送；
其中缓存控制器根据主数据流媒体高速缓存器中之当前数据块指示符，指示要发生捕获。
14．一种用于传递或捕获以各种不同格式表示之连续线性数字数据流并同时提供本端所存数据流外观的装置，其特征在于，所述装置包含：
至少一媒体高速缓存器，用以从所述数据流中复制数据块，其中所述媒体高速缓存器中的数据可以作为所述连续数字数据流之瞬像来观看；
一重放指针，其中所述重放指针的位置可选择要访问的一部分所述媒体高速缓存器，以便提供暂停、倒回、快速前进、播放、快速播放、慢速播放、以及逆向播放等任何一种功能；
其中所述基础数据流可由多个离散的数据块组成。
15．如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包含：
一缓存控制器，接收外部针对所述数字数据流的操作要求，并转而产生适当的控制信息；
其中所述缓存控制器以实例产生与任一特定数据流有关的系统操作用的方法。
16．如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包含：
一数据流时钟，用以将所述一个以上之媒体高速缓存器之运作同步化，其中必须以同步化方式提供的多数据流正确地定位，且所述所述多数据流以一致的传送速率提供其数据；
其中所述数据流时钟提供中央同步功能，将时间性事件分配给若干媒体高速缓存器。
17．如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包含：
一模块，用以指定所述多数据流之一作为主数据流；
其中所有来自于每个媒体高速缓存器的重放之定位基于首先将所述主数据流定位，而后利用所述主数据流的最后位置来正确地定位所有其它的数据流；
当所述主数据流为MPEG视频流时，定位系藉由将一当前数据块指针对准MPEG图像组之起始位置；以及
当所述主数据流被定位之后，缓存控制器重新定位所有其它将与所述主数据流同步的数据流。
18．如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包含：
一缓存控制器，用以控制所述数据流时钟之时钟速率；
其中所述数据流时钟传送时钟事件至所述媒体高速缓存器的速率系由依照所述缓存控制器指定的速率；
藉由要求所述数据流时钟调整其时钟速率，所述缓存控制器可加速或减缓整个数据流集合的重放。
19．如权利要求16所述的装置，其特征在于，事件按与前一排队事件的相对偏移量进行排队；
其中在所述队列中之第一事件标明对当前时间的偏移时间；
当该时间超过之后，所述数据流时钟要求基础操作系统启用调出；
当启用所述调出之后，所述数据流时钟发送第一时钟事件以及各后续偏移量为零的事件。
20．如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述媒体高速缓存器保存组成所述数据流之数字数据块的列表，并假定该数据流中的每个数据块具有各自的大小及属性；
其中所述属性当中包含一主帧属性，所述主帧属性指示所述数据块将开始带出一连串相互关联的数据块，以使得当针对所述数据流进行随机存取操作时，所述媒体高速缓存器仅容许所述数据流定位在标记为主帧的数据块上；还包含段结束(EOS)属性，指示所述数据流已结束，再没有数据要展现；
所述数据流当中的每个数据块皆标上一展现时间标记(PTS)，而此标记指出数据块应何时授予解码过程；
当所述媒体高速缓存器首度开始处理数据流时，所述展现时间标记将以单向的方式逐渐增加起初被设定为零的值，且与任何藉由基础的数据流编码术定义的时间标记无关，且一旦所述媒体高速缓存器开始运作，所述媒体高速缓存器所有之展现时间标记与任何所述已编码数字数据块所标的时间标记之间存在固定的偏移量；
当已编码的数字数据块到达时，特定数据流类型态捕获机构将每个已编码的数字数据块提供给所述媒体高速缓存器；
所述所述媒体高速缓存器以所述数据流当前的展现时间标记来标明所述已编码数字数据块；
所述媒体高速缓存器保留一时间窗，且系根据展现时间标记值，该时间窗等于所述媒体高速缓存器中最新数据块到达的时间与所述媒体高速缓存器所存留的最早数据块之间的最大时间长度，因而所述时间窗代表所述数据流中过去经历的一段时间；
所述媒体高速缓存器保存下一个要授予解码过程之数据块的指示；
所述下一个数据块系最后被所述捕获机构加进所述媒体高速缓存器当中的数据块，因而所述数据流在捕获与展现之间至多出现一帧之时间延迟的情况下进行实况展现。
21．如权利要求20所述的装置，其特征在于，针对所述数据流所进行的随机存取处理系藉由移动一当前数据块指示符至所述媒体高速缓存器之另一数据块而达成；
其中若所述媒体高速缓存器接收到移动所述数据块指示符的要求，且所指示的数据块并非主帧，则所述媒体高速缓存器下达指令使解码处理重设其解码状态，以藉此清除任何部分组建的展现数据。
22．如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包含：
一缓存控制器，藉由指定一展现时间标记值，所述缓存控制器要求媒体高速缓存器重新定位；
其中若所述媒体高速缓存器标为一主数据流，则所述媒体高速缓存器将扫描所述媒体高速缓存器内的数据块，并在所需之展现时间标记值的前后进行搜寻，以找出对应最接近所要求之展现时间标记值的主帧，其中一旦所述媒体高速缓存器被正确定位，所述媒体高速缓存器即将所识别之主帧数据块的展现时间标记回传给所述缓存控制器；
一模块，用以指示每一剩余的数据流将其自身定位于藉由所述主数据流回传的展现时间标记，而在其它媒体高速缓存器当中的主帧可能不会与所述主数据流当中的主帧对准，此时每个媒体高速缓存器要求在解码过程中清除任何解码状态，而后存储一指示用以防止该媒体高速缓存器将数据块授予解码过程；
所述媒体高速缓存器接收时钟事件并使当前数据块指示符进至相符，除非数据块不实际授予解码处理；
一模块，用以删除防止授予数据块的指示；
一模块，用以当所述媒体高速缓存器遇到主帧时，将当前的数据块授予所述解码过程。
23．如权利要求14所述的装置，其特征在于，前进/倒回功能系藉由数据流时钟所产生的每一事件，通过所述媒体高速缓存器将当前数据块指示符向前/向后移动一数据块而达成；
其中当所述数据流时钟发送时钟事件时，将所述媒体高速缓存器内每一相继的数据块送给一任选解码处理以便展现；
当藉由捕获过程将新数据块加入所述媒体高速缓存器时，一比率乘促使当前数据块指示符在所述媒体高速缓存器内以所选定的速率前进/倒回一个数据块，从而播放对实时具有固定延迟；
若所述解码器无法跟上所要求的重放速率，则所述媒体高速缓存器回复到以主帧为基础的方法，并且位于中间部分的数据块将被略过，只将主帧送至所述解码器；
若所述当前数据块指示符会移动至所述媒体高速缓存器的前方，且所述媒体取贮存器中已无数据块，则所述缓存控制器将所述数据流时钟之比率乘数重设为1，并且每个所述媒体高速缓存器将当前数据块指示符定位在最后缓存的数据块；
若一时钟事件造成当前数据块指示符移动超过所述媒体高速缓存器中最早的数据块，则所述当前数据块指示符将会被设定至所述最早的数据块；
此后继续播放，呈现所述数据流如同再度向前播放。
24．如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包含：
一缓存控制器，用以藉由将主数据流媒体高速缓存器的当前数据块指示符锁定在最接近当前所指数据块的主帧数据块而实现暂停功能；
一模块，用以在所述当前数据块并非主帧数据块时，在所述媒体高速缓存器中向前寻找所述主帧数据块；
一模块，用以在当主帧不存在时，存储一已要求锁定的指示；
一模块，用以在当捕获过程出现主帧时，将所述当前数据块指示符锁定在所述主帧；
其中若时间窗移动超过锁定所述指示符的数据块，则所述指示符解锁并脱离该数据块而指在所述媒体高速缓存器中最早的数据块上，从而自动解除所述暂停。
25．如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包含：
一模块，用以在相对模式或绝对模式中，藉由使指针返回到一缓存数据块并传回构成抽取范围之数据块的计数值，以从所述媒体高速缓存器中抽取该范围内的数据块；
一指示符，其系位于所述媒体高速缓存器中，用以阻止落于时间窗之外且在所述抽取过程中被丢弃的数据块。
26．如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包含：
一剪辑捕获模块，用以从一组媒体高速缓存器中选取数据块的范围，同时将所述范围内的数据块组成适当的存储或传输格式，并依照所需进行存储或传送；
其中缓存控制器根据主数据流媒体高速缓存器中之当前数据块指示符，指示要发生捕获。
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