CN1307836C - 产生信息记录的方法和信息处理装置 - Google Patents

Abstract

一种按可变传输速率对包含有视频信息的记录信息进行编码，并将其记录作为编码信息的信息记录介质。按照解码处理将编码信息读出和解码以解码出视频信息。相对于还原速率(Vr)，按照每个特定间隔时间的(Vo)的平均速率(Voa)比还原速率(Vr)低，且对于峰值速率(Vop)，(Vo)值比还原速率(Vr)的值高的方式，设置编码信息的可变传输速率(Vo)。

Description

产生信息记录的方法和信息处理装置

技术领域

本发明涉及有效用于在诸如光盘的记录介质中记录图像，声音，子图像等的信息编码方法，记录方法，记录介质，记录装置，和还原装置。尤其是，有效应用本发明的领域包括用于实现高图像或声音质量的编码方法，和用于在多场景的无缝还原处理中实现高图像或声音质量手段的技术。

背景技术

近年来，其中将图像，声音，子图像等编码并将编码数据高密记录的光盘和用于光盘的还原装置已得到发展。当在光盘上记录如电影的信息时，存在固定编码传输速率的方法，和使用可变速率的方法。固定速率系统被采用作为在诸如光盘的记录介质的小型介质上进行信息记录的信息记录系统。此外，人们的注意力集中在难以编码的信息部分。当对此信息部分设置传输速率时，许多其他部分具有过高的质量等级。在该系统中，缩短了整个光盘上记录信息的最长时间。

当确定传输速率主要为了延长最长记录时间时，信息部分的需要大编码量的图像的质量等级会恶化。

另一方面，对于根据图像质量情况来改变编码量的可变速率系统，可在不牺牲图像质量的条件下延长光盘的最长记录时间。

下面，将针对采用可变速率编码系统将信息记录到如光盘的记录介质中的情形，描述光盘的信息还原操作。在还原操作中，通常以固定速率从盘上读取数据。然而，如果以可变速率读取了数据，则为适应可变速率的数据，会使用缓冲存储器来执行时基收集器操作(time base collectoroperation)。

也就是，从记录介质读取的数据曾经(once)被存储在缓冲存储器中，并且根据来自解码器板(decoder board)的数据请求指令从缓冲存储器发送所存储的数据。由于基本按一定速率将新数据提供给缓冲存储器，从而会出现溢出现象。为解决该问题，在出现溢出之前，立即停止向缓冲存储器提供数据。在光盘系统中，通过称为轨道回扫(track kickback)的处理返回读轨道位置。当从光盘读出缓冲存储器中再次存储的、接在最后数据区之后的数据时，恢复提供给缓冲存储器的数据。

以此方式按固定速率读取数据，但通过间歇的读出处理调整数据读出量，且数据读出量随解码器板中的可变速率数据处理而变化。

在此情形中，将记录介质的数据读出速率Vr与用户数据速率(可变传输速率)Vo之间的关系设置成“Vr＞Vo”。在DVD标准中，整个盘中的平均速率设置成约5Mbps，最高速率设置成10.08Mbps。

当最高用户可变传输速率Vo为10.08Mbps时，这表明不可能实现连续还原，除非在还原装置的系统操作的某个范围内按10.08Mbps的数据速率向解码器连续提供读出数据。

前面简要描述了在缓冲存储器中执行的数据从固定速率到可变速率的转换处理。这里，当紧接在存储器溢出之前执行轨道回扫时，在到达位于存储器中最后存储的数据之后的数据的读出位置之前，数据没有被提供给存储器。为此，需要有针对缓冲存储器的数据积聚处理(dataaccumulation process)。为了获得积聚的数据，需要将最高用户数据速率Vo设置成低于数据读出速率Vr。在DVD-ROM标准中，可靠的读出速率为Vr＝11.08Mbps。

此外，当在光盘中记录诸如电影的信息时，有时会记录同时进行的多个情节的情节数据。即，数据涉及包含多个不同情节的多情节(multi-story)，且在某一情节中能够可选性地半途选择所述不同情节，情节再次返回到一个最初情节以构成整个情节。此外，具有称为多角度(multi-angle)的视频处理。即，采用多个摄像机从不同的方向录制特定部分，以此方式构成情节，在记录介质上记录所有数据，观看还原视频的最终用户可选择喜好角度的摄像机的视频。为确保以无缝方式在该多场景(multi-scene)处理中的连续还原，而不会将电影切成片段，(1)记录介质的数据读出速率，(2)用户数据速率，和(3)对以时分复用方式记录的多场景的每个分支场景的数据的限制。实现了诸如该多场景处理的新型视频处理。先前由本发明人所申请的有关多场景处理的专利Jpn.Pat.No.2857119，2857128，2857129和2857130已获得登记。对于DVD标准中使用该技术的DVD-video，已将新型视频处理呈现给许多用户，并获得良好声誉。然而，在该多场景区(multi-scene region)中，与通常的区相比，用户数据速率受到严格限制。用户数据速率进一步受限变小。

这里，如果能够提高用户数据速率(可变传输速率)Vo，则能够大大提高图像质量。不过，由于在多场景处理中必须有将分散/排列的单元数据连接起来的处理，在以时分复用方式排列的单元之间执行跳转处理。因此产生不能读出数据的阶段。在此情形中，特别除了记录介质的数据读出速率Vr之外，需要将限制设计成不会在跳转时导致数据短缺/崩溃，并且可变传输速率Vo进一步受限。

然而，在另一方面，当对诸如电影的图像进行编码时，存在其中仅在短时间内编码量大大增加的区。在此情形中，降低(缩减)编码量以解决数据取舍处理中出现的问题。从而，有时会降低视频质量。特别是，DVD已经普及，它已使得有可能在家中就享受到高质量的电影。此外，用于高清晰度(HD)图像的显示器已开始在家中普及，人们也开始观看用于处理高清晰度视频(HD-video)的信息记录介质。在这种形势下，为提高图像质量，强烈需要大大提高用户数据速率。

发明内容

为解决该问题，根据本发明的一个方面，基本目的是提供允许大大提高可变传输速率Vo，而记录介质的数据读出速率(还原速率)Vr受到限制的可变传输速率编码处理方法。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于针对信息记录介质产生记录信息的方法，该记录信息包含视频、声音和子图像信息，在该方法中以可变传输速率对该记录信息进行编码并构成为多个对象单元，并将其记录为编码信息，其特征在于，从信息记录介质中读出并通过解码处理解码该编码信息，以解码出视频信息，相对还原速率Vr设置该编码信息的可变传输速率Vo，使得对于该编码信息的任意时间段内的每个特定间隔，该编码信息的平均速率Voa小于还原速率Vr，并且允许可变传输速率Vo的峰值速率Vop大于还原速率Vr。

根据本发明的另一方面，还提供了一种信息处理装置，其中记录信息包括视频、声音和子图像信息，以可变传输速率对该记录信息进行编码并构成为多个对象单元，并将其记录为编码信息，彼此连接该多个对象单元以构成/形成视频节目，视频节目记录在记录介质上，数据从记录介质读出，并发送到解码处理部件以解调出原视频或声音信息，所述装置包括：用于相对可变传输速率Vo将该编码信息的任意时间段内的每个特定间隔内所述编码信息的平均速率Voa设置成小于记录介质的还原速率Vr，并且允许峰值速率Vop大于还原速率Vr的装置。

根据本发明的另一方面，还提供了编码信息处理方法，记录装置，还原装置，记录方法，还原方法，和信息记录介质。本发明的另一目的是提供当出现在多场景区中用户数据速率提高，并且在通常的连续数据记录中用户数据速率Vo提高的情况下的处理方法。

在本发明的一个方面，提供了不会因数据短缺而导致崩溃，用于还原记录有通常的连续数据的记录介质的基本系统。对于有关抑制用户数据速率Vo以致不高于记录介质的数据读出速率Vr的限制，在特定情形中可使用不低于Vr的峰值数据速率Vop。即，以可变传输速率对包含有视频信息的记录信息编码，并在信息记录介质中将其记录为编码信息。当读取编码信息时，依照解码处理对读出的编码信息进行解码，从而将视频信息解码。按照每个特定间隔的平均速率Voa比还原速率Vr低，且允许峰值数据速率Vop比还原速率Vr高的方式，相对读出时的还原速率Vr，至少设置编码信息的可变传输速率Vo。因此，在记录或还原时，在传输数据中有时存在速率Vo比还原速率Vr高的情况。

下面，将描述本发明的其他目的和优点，从这些描述中将理解部分本发明，或可能通过本发明的实施学习本发明。通过以下具体提出的实施方式和组合实现和获得本发明的目的和优点。

附图说明

所包含并构成说明书一部分的附图，说明本发明的实施例，并与上面给出的概述和下面给出实施例的详细描述一起，用于解释本发明的原理。

图1为图像信号的压缩处理装置的结构图；

图2A和2B的说明性视图显示出编码量(传输速率)的转换条件；

图3显示出记录介质还原装置的结构示例；

图4的说明性视图显示出DVD的卷(volume)空间；

图5显示出如图4所示的视频管理器和视频字幕集(video title set)的细节；

图6显示出如图5所示的视频字幕集与单元(cell)之间的关系；

图7的说明性视图显示出节目链与单元之间的关系；

图8的说明性视图示出了在视频对象单元中的视频包(video pack)；

图9显示出多场景的数据流的示例；

图10显示出交织块的排列的示例；

图11的说明性视图显示出在DVD记录介质的还原处理中数据缓冲区与数据之间的关系；

图12的说明性视图显示出在DVD的多场景处理中数据缓冲区与数据之间的关系；

图13的说明性视图显示出在DVD的多场景处理中用户数据速率与读出数据之间的关系；

图14的说明性视图示出了本发明主要部分的信号处理系统的示例，而且还示出了包含用户数据速率的数据速率与流逝时间(elapsed time)之间的关系；

图15的信号处理块图显示出根据本发明的信号处理方法和装置；

图16显示出应用本发明的记录介质还原装置的结构示例；

图17的说明性视图显示出在应用本发明的装置的还原处理中数据缓冲区与数据之间关系的一个示例；

图18的说明性视图显示出在应用本发明的装置的还原处理中数据缓冲区与数据之间关系的另一示例；

图19显示出应用本发明的还原装置的基本模型示例；和

图20的说明性视图显示出根据本发明的信号处理系统的另一示例，而且还显示出还原速率或包含用户数据速率的数据速率与流逝时间之间的关系。

具体实施方式

下面，将参照附图描述本发明的实施例。

在本发明中，记录介质的数据读出速率(还原速率)Vr与用户数据速率Vo之间的关系尤为重要。从而，将描述构成本发明假设的技术。

图1为实现图像信号压缩处理的模块的示意性结构图。对于图像信号，由运动补偿预测处理对编码对象部分的运动矢量进行估计。在运动补偿预测处理部件11中实现补偿运动量的帧间预测。接下来，在DCT部件12中对预测数据进行二维离散余弦变换(DCT)处理。在该处理中，压缩冗余度。为经由数字电路传输压缩数据，需要使这些值逼近离散级，而量化处理部件13执行量化处理。在量化处理部件中，还执行二进制编码处理以便于传输/记录。为进一步消除由二进制码的连续性所导致的冗余，可变长度编码处理部件14执行可变长度编码处理，并将图像编码输出到输出部件。

在“可变速率编码”中，经过“可变长度编码”的编码信号被反馈到编码长度分配控制部件15，并且从限制总编码量的角度出发控制量化系数(量化表)。按照对难以编码的部分分配大编码量，而在易于编码的区中将编码量限制较小的方式，执行控制。实际使用这样的方法，其中事先将难以编码的部分用作标准，以便通过称为2路/3路的方法实现量化。此外，在该方法中，预先执行编码处理，其中存在过量部分，并基于此时的状态数据再次优化/控制量化。

图2A和2B显示出在该图像压缩编码处理中固定速率和可变速率的变化。横轴表示时间，纵轴表示比特率。在图中两种系统的编码处理中，总数据量相同，但在可变速率系统中根据图像中编码的状态控制编码量，并因此能提高图像质量。

图3显示出根据光盘驱动器的示例用于还原信息记录介质(光盘)的还原装置的结构示例。盘100布置在转盘101上，并由马达102转动/驱动。现假定处于还原模式。那么，由拾取部件(PUH)103读取在盘100中记录的信息。拾取部件103由拾取驱动器104移动/控制和进行循轨控制。拾取部件103的输出被输入到解调部件201并在其中解调。解调后的数据被输入到纠错部件202中，纠正差错，并将数据输入到解复用器203中。解复用器203分别获得视频信息，子字幕和字符信息，声音信息，控制信息等。也就是，在盘100中，子字幕和字符信息(子图像)，声音信息等按照视频信息进行存储。在该情形中，可选择各种语言作为子字幕和字符信息以及声音信息。该选择由系统控制部件204的控制来实现。通过由用户操作的操作输入部件(远端控制操作部件)205给出关于系统控制部件204的操作输入。由解复用器203分离出的视频信息被输入到视频解码器206，并通过显示设备的系统进行解码处理。例如，将信息转换/处理成例如NTSC，PAL，SECAM，宽屏幕等。解复用器203分离出的子图像被输入到子图像处理部件207中，并解码成为子字幕或字符视频。视频解码器206解码的视频信号被输入到加法器208中，并在此与子字幕和字符视频(＝子图像)相加。在输出终端209得到该相加的输出。解复用器203选出并分离的声音信息被输入到音频解码器211并在其中解调，且经由输出终端212获得。除设置音频解码器211之外，还设置了音频解码器213，以便能还原其他语言的声音并经由输出终端214输出。

这里，缓冲存储器220设置在纠错部件202之后，还原数据曾经存储在缓冲存储器220中，并根据解码速度向解复用器203提供还原数据。当在通常的连续还原中缓冲存储器220的数据量溢出时，系统控制部件204控制伺服控制部件106以执行轨道回扫处理。在回扫处理中，现在所读取的预定扇区的数据将再次被读出。即使当缓冲存储器220中出现数据溢出时，也会提供补偿数据短缺的功能。在实际操作中，紧接在缓冲存储器220数据溢出之前，立即存储在缓冲存储器中最后送入的扇区号。接下来，回扫读出位置，先前读出部分的数据不输入到缓冲存储器220中，并继续读出操作。此外，从扇区号仅次于最后输入到缓冲存储器220的扇区号的数据起，将所要存储的数据再次输入到缓冲存储器220中。

也就是，在回扫后重新开始数据输入之前停止的、针对缓冲存储器220的数据输入。在停止期间，从缓冲存储器220输出解复用器203所需的数据。因此，存储数据的量减少，并可再次允许新数据的输入。重复该操作。从而，即使当以固定速率读取的数据以可变速率通过解复用器203发送到每个解码处理部件时，也能建立起数据输入/输出关系。

当在DVD-video标准的系统模型中以单倍速度读出数据时，为在无任何崩溃的条件下解调声音/图像，由缓冲存储器220指定约为4M比特的容量。近年来，随着半导体技术的进步，已能够便宜地获得具有15或更多倍容量的存储器。因此，当在缓冲存储器220中可使用大容量时，可引入除用户数据速率限制以外的规则，诸如DVD标准。对于多场景处理，缓冲存储器220的容量越发重要。为确保对多场景的无缝操作，指定4M比特的容量。下面，将描述本发明的细节，数据结构和重要的多场景处理。

当播放包含多情节的光盘时，例如，在系统的监视器屏幕或子显示部件上，将可从盘管理信息获得的多情节的选项显示为菜单。当用户观看菜单时，能够通过经由远端控制操作部件205的远端控制操作预先选择分支情节。这里，当给出选择信息时，系统控制部件204掌握了分支情节的标识信息。系统控制部件204从缓冲存储器220提取在标头中包含有与所掌握的标识信息相同的标识信息的数据，并将该数据传输到解复用器203。因此，能够还原用户选择的分支情节。

这里，将描述在光盘中关于本发明的信息记录，主要描述多场景处理。

图4显示出光盘100的卷空间。如图4所示，卷空间由卷和文件结构区，DVD视频区，及另一区组成。在卷和文件结构区中，描述了通用光盘格式规范版本1.02(UDF)的桥结构(bridge constitution)，可通过具有预定标准的计算机从区中读取数据。DVD视频区包括视频管理器(VMG)，和视频字幕集(VTS)。每个视频管理器(VMG)和视频字幕集(VTS)由多个文件构成。视频管理器(VMG)是用于控制视频字幕集(VTS)的信息。

图5显示出视频管理器(VMG)和视频字幕集(VTS)的详细结构。视频字幕集(VTS)包括：作为控制数据的视频字幕集信息(VTSI)；作为用于显示菜单的数据的视频对象集(VTSM_VOBS)；和用于视频字幕集(作为用于视频显示的视频对象集)的字幕的视频对象集(VTSTT_VOBS)。该集还包括用于备份的视频字幕集信息(VTSI)，该信息具有与作为控制数据的视频字幕集信息(VTSI)相同的内容。

此外，作为用于视频显示的视频对象集的视频对象集(VTSTT VOBS)由多个单元(Cell)构成。对每个单元(Cell)都分配一个单元ID号(C_IDN)。

图6显示出视频字幕集(VOBS)与单元(Cell)之间的关系，另外还以层次形式显示出单元(Cell)的内容。当执行DVD的播放处理时，考虑到视频的中断处理(场景变化，角度变化，情节变化等)和特殊还原，在以单元为单位或后面所述的以交织单元(ILVU)为单位的更低层次上，以单元(Cell)为单位或以视频对象单元(VOBU)为单位来处理视频。这里，视频对象单元(VOBU)由各种包(pack)构成，不过在这些包中，导航包(NV_PCK)主要用作用于控制包所属的视频对象单元中数据的还原和显示的控制数据，和用于搜索视频对象单元的数据的控制数据。

图7显示出由节目链(PGC)控制单元(Cell)的还原顺序的示例。作为节目链(PGC)，准备了节目链(PGC#1，PGC#2，...)以便能够多样化地设置数据单元的还原顺序。图7显示出使用一定的节目链信息(PGCI)执行节目#n的示例。

图8显示出视频对象单元(VOBU)与该单元中视频包之间的关系。VOBU中的视频数据由一个或多个图像组(GOP)组成。编码视频数据符合例如ISO/IEC13818-2。VOBU的GOP由I/B图像组成，且将连续数据分成视频包。

图9显示出多场景处理的示例，其中，有三个分支情节，将情节等分成n个，使得第一个，第二个和第三个分支情节的编码量均相同。在解调处理中，执行某一情节的解调，并且在点(Po-a)处，处理转换到预先选择/指定的分支情节的解调处理。例如，当选择第二个分支情节时，执行单元(2，1)→单元(2，2)...单元(2，n)的解调，并且在点(Po-b)处，再次执行主线情节的解调。该多情节的数据构成还与多角度中的相似。角度彼此不同的多个视频对象(VOB)的每一个都分成多个交织单元(ILVU)。以上将通过对多情节的每个分支情节进行时间划分所获得的块描述为单元(cell)，以后将把多场景中划分的块称为交织单元(ILVU)。

图10显示出交织块的排列示例。在该示例中，将1到m的视频对象的每个划分成n个交织单元(ILVU)并进行排列。以此方式，在记录介质的交织单元的排列部分中，按顺序放置每个VOB的第一个单元，接下来按顺序放置第二个单元，最后按顺序放置第n个单元。

图11显示出，随着时间的流逝，在图3所示的还原装置中从纠错部件202提供给缓冲存储器220的数据，和当每个解码块通过解复用器203请求缓冲存储器220中的数据时缓冲数据的变化。通过PUH 103读出的数据经过纠错部件202的纠错处理，经纠错处理的数据被提供给缓冲存储器220。在该情形中，提供速率为记录介质的读出速率Vr。在另一方面，响应来自每个解码部件的请求，解复用器203以用户数据速率Vo从缓冲存储器220读取数据。当可变速率编码系统用作数据压缩系统时，Vo产生波动。DVD标准允许在10.08Mbps的最高速率使用数据，且需要在Vo＝最高用户数据速率的情况下确保还原操作。

通过这样的操作，在缓冲存储器220中，对应于Vr和Vo之间的差的数据在缓冲存储器220中充为聚积数据。从而，缓冲存储器220趋向溢出。紧接在溢出之前，系统控制部件204立即停止将数据输入到存储器，并存储最后输入数据的扇区ID号。接下来，系统控制部件204执行回扫操作以将PUH 103的读出位置移动到先前的轨道。针对通过回扫操作到达的轨道执行数据读出操作。当数据读出操作检测出仅次于在回扫操作之前输入到缓冲存储器的数据的扇区ID号的扇区数据时，再次将数据存储到缓冲存储器220以接续先前的数据。在此情形中，在回扫操作期间停止将数据输入到缓冲存储器220。由于在该时期内每个解码部件都需要数据，在缓冲存储器220中所存储的数据连续减少。

图11显示出在缓冲存储器中的ECC块(上部分)以及在缓冲存储器中数据量的变化(下部分)。此外，在此处，当由多个扇区构成的ECC块C经过纠错处理并提供到缓冲存储器时，缓冲存储器近乎溢出，且执行回扫。该图显示出这种情形。当在回扫之后再次检测出ECC块D时，经过纠错处理的数据从ECC块D存储在缓冲存储器220中。在图11中缓冲存储器连续减少的阶段为回扫Tk+2Te。然而，从检测出ECC块D的顶部(top)扇区ID号开始直到读出所有ECC块D以完成纠错处理的时间内，缓冲存储器220连续减少。这里描述到，用于读出一个ECC块的周期有必要作为纠错处理周期。

图12显示出在现有DVD-video中多场景处理的数据缓冲区最差情形的使用状况下，数据缓冲区与数据之间的关系。上部分显示出在缓冲存储器中的ECC块，下部分显示出在缓冲存储器中数据量的变化。当由于ECC块C的数据而使缓冲存储器220近乎溢出时，如图11所示，执行回扫处理。另外，数据连接部分为ECC块D的第一扇区，并假定ECC块D的第二及随后的扇区构成分立的交织单元的数据。当完成ECC块D的读取之后，下一个轨道跳转执行到用于连接的交织单元的位置。

这里，当连接端的交织单元由ECC块M的最后扇区构成时，需要从用于纠错处理的ECC块M的第一个扇区读出数据。完成仅次于ECC块M的ECC块N的纠错处理的时刻为ECC块O的读出完成时刻。因此，假设ECC块D和N仅使用一个扇区，在基本上第一次存储器溢出的处理期间，在(回扫Tk+ECC块D读出时间Te+轨道跳转时间Tj+3Te)的周期内，缓冲存储器220所存储的数据以最高用户数据速率Vo连续减少。即，缓冲存储器220需要的数据存储容量为(Tk+Tj+4Te)×Vo或更多。

DVD-video中的具体值如下。当在以单倍速率进行还原时图12中所示的情形出现在盘的外周时，假定Tk＝104毫秒，Te＝24毫秒，Tj＝200毫秒。那么，缓冲存储器220的数据以最高用户数据速率＝10.08Mbps在全部399毫秒内连续减少。因此，需要Bm＝3.41Mbit或更多。另外，在实际DVD标准中，在通常的连续数据排列区中最高Vo为10.08Mbps，而在多场景区中Tj时间在外/内周有所不同。尤其是，当交织单元较大时，Tj时间增加。因此，将最高Vo值设置为8Mbps。

图13的上部分显示出在以多角度改变场景的情形中缓冲存储器中的ECC块，下部分显示出在缓冲存储器中数据量的变化。当在改变场景前完成数据还原之后，场景转变为新的场景。由于新场景在缓冲存储器中的数据被认为是曾经从“0”开始，假定并显示出包含最差使用状况的缓冲存储器的情形。

新场景变化的交织单元由ECC块A的最后扇区构成，且交织单元的最后数据为ECC块N的第一扇区。在读出ECC块N后，假定轨道跳转到下一个连接端的交织单元的第一ECC块U。当下一个交织单元由ECC块U的最后扇区构成时，最终在周期(Tj+4Te)内以用户数据速率Vo消耗缓冲存储器所存储的数据。

因此，需将交织单元的尺寸(ILVU_SZ：U)设置成不小于以下值。假定ECC块容量＝b，Te＝b/Vr，则

2b+((U-2b)/Vr×(Vr-Vo)≥Vo(Tj+(4b/Vr))；且

U≥(Tj×Vr+2b)(Vo/(Vr-Vo))。

当Tj时间较长时，交织单元需要较大单元尺寸。当用户数据速率Vo较高时，同样需要较大的交织单元尺寸。轨道跳转时间涉及到轨道跳转距离和盘上的读出位置(内或外周)。

由于距离与交织单元尺寸以及分支场景的数量有关，根据所有的相互关系确定设计条件。由此，在DVD-video标准中，在通常的区中将最高用户数据速率设置为10.08Mbps，而仅在交织单元部分中将其限定为8Mbps。

这里，当能够升高用户数据速率Vo时，可以大大提高图像质量。尤其是在家庭中，用于高清晰度(HD)图像的显示器开始普及，且还需要信息记录介质与HD-video适配。为提高图像质量，强烈需要大大提高用户数据速率。

此外，需要一种处理方法，用来在多场景区中提高用户数据速率，以及在通常的连续数据记录中提高用户数据速率Vo。

为播放记录有通常的连续数据的记录介质，在本发明中提供了一种系统，其中抑制/限制用户数据速率为不高于记录介质的数据读出速率Vr，但允许使用到不低于Vr的峰值数据速率Vop，并且还提供了一种编码方法和记录/还原装置。

下面将具体描述本发明的实施例。图14显示出在本发明的图像/声音编码处理系统中流逝时间与数据速率之间的关系。以这样的方式对编码数据速率Vo进行限制：(1)防止当前间隔时间内的平均速率Voa超过预设值Voas，和(2)防止瞬时用户数据速率超过预设峰值速率Vop。在该情形中，对于诸如光盘的记录介质，整个光盘的平均速率的值根据图像和声音的信号信息的记录时间来获得，并且在DVD-video标准中该值约为例如4.5Mbps。然而，对于在预设间隔时间内的平均速率Voas，在DVD-video标准中可允许最高用户数据速率。

此外，可以将在本发明中预设的峰值速率Vop设置成高于记录介质的读出速率Vr的值，并且可以记录/还原高质量的图像。已经描述了在某时刻使用峰值速率Vop，但当缓冲存储器220如上所述足够大时，即使根据间隔时间的设置使峰值速率连续出现三至五秒也不会产生副作用。

如图14所示，在任何时期内，所设置周期内的平均速率Voa均不超过设置的平均速率Voas。因此，当Voa不高于比记录介质的数据读出速率Vr更低的最高速率Vo时，如参照图11至图13所述，在还原处理中确保解码器连续还原。

图15示出了本发明的图像信号的压缩处理结构图。在参照图1所描述的可变速率编码处理中，实际执行至少两路处理。当设置了最终编码量时，在间隔时间(设置时间周期)内限制平均速率。运动补偿预测处理部件301，DCT部件302，量化处理部件303，可变长度编码处理部件304，和编码长度分配控制部件305分别与参照图1所述的运动补偿预测处理部件11，DCT部件12，量化处理部件13，可变长度编码处理部件14，和编码长度分配控制部件15相对应。

将间隔时间内的平均编码量(平均速率)限制为设置的值，但信息包括视频/声音/字符信息，且可受总编码量的限制。间隔控制部件307监控平均编码量。

本发明的目的及效果得到实现，尤其针对具有大编码量波动的图像信号。

图16显示出在本发明中还原记录介质的还原装置的示例。由于各操作与图3所示相似，从而省略其描述。不同之处在于，在还原处理的部分处理中需要对缓冲存储器220的数据剩余容量进行监控，并添加用于此目的的功能(缓冲容量监控部件215)。将使用下面的数据量变化图描述该操作。

图17针对将本发明的编码速率限制功能添加到参照图11所述的操作处理的情形，显示出在缓冲存储器中的数据和数据量之间的数据关系。按照与图11的处理相同的方式，当紧接在溢出之前将ECC块C输入到缓冲存储器220时，此时进行回扫。当在回扫期间请求通过解复用器203来自解码器部件、具有高于盘读出速率Vr的峰值速率Vop的数据时，与在图11中所示的减少(缩减)相比，缓冲区数据更加快速地减少(缩减)。

当回扫之后再次检测出先前数据读出位置的ECC块C时，数据由纠错部件202从下一个ECC块D的第一扇区读出，并经过纠错处理。相似地读出随后的数据，并经过纠错处理。然而，当解码器部件的数据处理的峰值速率Vop继续时，由于纠错部件202的输出速率Vr与Vop之间的差，使数据大大减少(缩减)。

这里，假设间隔时间为Ti，缓冲区容量Bm为：

Bm≥(Ti-Tk-2Te)×(Vop-Vr)+Vop×(Tk+2Te)则能确保操作包含有余量。

图18显示出在应用本发明的记录介质播放装置的操作中缓冲区数据量改变条件的另一示例。根据在现有DVD-video标准中显示出安全操作的图13，显示出在本发明的记录介质的缓冲区数据量变化。也就是，对于改变场景的情形，在多角度部分的还原操作中显示出场景变化后的连续操作安全性。在从某一分支场景到另一分支场景交织单元(ILVU)的第一ECC块C的轨道跳转时，由于场景改变，视频连续性重新开始，这里，重要的是确保此后的无缝操作。当新的单元(ILVU)由ECC块C的最后扇区构成时，该扇区为ILVU的开始扇区。ECC块被连续读出，经过纠错处理，并存储在缓冲存储器220中。此处，当将ECC块K的数据存储在缓冲存储器220中，且缓冲量达到Br时，数据开始通过解复用器203提供给解码器部件。以此方式，当场景如图12所示发生改变，并且读出新交织单元中的数据时，在上述示例中的纠错处理时允许将数据输出，但在该示例中当缓冲量达到Br时开始数据输出是很重要的。

随后，每个ECC块经过纠错处理。在此假设，在每个解码器中消耗每个交织单元尺寸(ILVU_SZ)的数据所用的时间比作为平均速率Voa限制条件的间隔时间Ti长。那么，考虑到在确保图18中交织单元中的缓冲量Br之时和之后的数据处理，即使当存在峰值速率Vop区时，也可以考虑以平均速率Voa执行数据处理。即使当在间隔时间内存在峰值速率Vop时，在解码器中处理交织单元的数据所用的时间不少于间隔时间。因此，在该单元中缓冲量以{(Vr-Voa)×交织单元的读取时间}增加。

当读出作为交织单元的最后数据的ECC块Q时，启动轨道跳转。轨道跳转到作为下一个连续交织单元的第一ECC块的ECC块U，并启动ECC块U的读出。对于在轨道跳转期间的数据消耗，即使当以峰值速率消耗数据时，也可考虑以验证系统时的平均速率Voa消耗数据。

为在轨道跳转时期内以Vop消耗数据，当以速率(Vop-Voa)从先前交织单元读出数据时的数据消耗为Voa-(Vop-Voa)＝2Voa-Vop。在轨道跳转期间高于Voa的减少(缩减)数据量预先由存储在缓冲存储器中的数据补偿。这里，在轨道跳转之后，数据从新的交织单元读出，并经过纠错处理。当开始向缓冲存储器提供新数据时，此时缓冲存储器的剩余数据量必须为Br(另外，处在关于缓冲存储器的数据输入/输出条件为最差的环境)。假设当Br最大为(Vop-Voa)时减少(缩减)数据，直至所存储的数据量转变为“0”时所需的时间为能够确保无缝还原的时间。这里，首先，即使在从开始读出ECC块X时起的间隔时间内出现按峰值速率的减少(缩减)区，平均而言，数据按低于速率Vr的平均速率Voa消耗。因而，存储在缓冲存储器220中的数据的量增加。在此情形中考虑最坏的Br值，在特定区的间隔时间内按峰值速率Vop消耗约90％的数据，而剩余的10％表明无限的“0”消耗。以此编码方式，设置Br＝(Vop-Voa)×(Ti)。那么，即使存在任何编码方式，也能确保无缝还原。

因此，交织单元尺寸U(ILVU_SZ)如下所述。

Br+((U-Br)/Vr)×(Vr-Voa)≥Voa×Tj+(Voa×4b/Vr)+Br。

而且，获得如下：

U≥(Tj×Vr+4b)×(Voa/(Vr-Voa))+(Vop-Voa)×Ti

可以证明，可将交织单元的尺寸设置成比现有DVD-video标准指示的值大Br。

图19显示出在本发明的还原处理中系统模型的示例。参照由DVD标准所示的系统模型，仅添加轨道缓冲区(缓冲存储器)220的缓冲量监控部件215。尤其是，在图18所示的多场景处理中，在场景改变操作时的场景改变之后新场景的解码启动定时处理需要监控缓冲量。

在本发明的基本技术中，当以可变速率对诸如视频/声音/字符信息的信息进行编码时，在预置的间隔时间内确定预指定的平均速率Voas限制，且在实际编码量中允许预指定峰值速率Vop。尤其是，当在记录介质的还原处理中允许峰值速率Vop高于数据读出速率Vr时，实现高质量的视频编码。

在变型例中，使用预置编码速率Vob作为通常最高编码速率。当例如在MPEG系统的压缩中一个或两个处理单元GOP瞬间连续时，允许表明峰值速率Vop的编码量，不过限制出现时期以便不少于预指定的时间间隔。

图20显示出该关系。不断地将编码速率限制为不超过Vob，但在不少于预置间隔的定时处有时允许具有高编码量的区。

如上所述，在本发明中，可以提供包含有以可变传输速率对视频，声音，和字符信息进行编码，以大大提高用户数据速率Vo，并且限制记录介质的数据读出速率Vr的处理方法的编码信息记录方法，记录装置，信息还原方法，和还原装置。下面，将描述对图像，声音等数据进行可变传输速率编码方法的数方面的特性内容。

(1)提供了以可变传输速率对视频，声音，和字符信息进行编码的系统，其中，在记录介质中记录由构成为对象单元的数据单元的连接所构成的视频节目，通过还原操作从记录数据的介质读取数据，并将数据发送到解码处理部件以解调出图像信号和声音信号。对于添加到图像/声音编码数据的子图像信号或控制信号数据的可变传输速率Vo的示例包括：用于每个特定间隔的平均速率Voa；和峰值速率Vop。允许对与每个特定间隔所设置的平均速率Voas低于记录介质的还原速率Vr，并允许峰值速率高于还原速率Vr。因此，在记录和还原时，在传输数据中有时值Vo会高于还原速率Vr。

<(1)的效果>

在由MPEG2代表的动态图像信号的编码系统中，依据难以编码的部分设置编码传输速率。那么，更多的部分具有过高的质量。为解决该问题，在诸如DVD的小型介质(package media)中采用了编码传输速率随图像质量内容而变化的可变传输速率系统。由于对于此情形在还原处理中盘的数据还原速率基本恒定，实现了通过缓冲存储器将用户数据速率调整到数据还原速率的处理。因此，此前为填充存储器而需要多余的还原速率，因此使可变传输速率Vo的峰值受限，以指示“还原速率Vr＞用户数据可变传输速率Vo”。不过，在本发明中，即使当特定间隔中的用户数据速率Vo满足关系“Vr＞Vo”时，仍然允许峰值速率Vop指示“Vr＜Vop”。因此，可在不降低质量的条件下处理具有瞬时大编码量的图像，并有望大大提高图像质量。

(2)记录介质与专用于还原的介质相对应。

<(2)的效果>

诸如DVD的介质的示例包括：专用于还原的介质(-ROM)，作为能够进行重写入的记录介质的可记录(-R)介质，和可改写的介质(-RW和-RAM)。对于专用于还原的介质，确定诸如物理形状的特性，以便容易地获得记录有相同数据的介质的大批量生产，从而能大量发行该数据。因此，当偏心量较大时，难以提高由记录/还原介质所能确保的还原速率。从而，对于在部分区中可提高编码量的系统，有希望提高图像质量。

(3)在以可变传输速率对视频，声音，和字符信息编码，并通过将对象单元相互连接而构成的视频节目中，记录有多场景节目，其中在多场景节目中，从前部分主场景分支出的分支点与用于连接至后部分主场景的连接点之间存在多个选择性可选的分支场景。在分支点与连接点之间的记录状态中，多个分支场景的每个都分成由多个对象单元构成的多个单元，且各分支场景的单元以时分复用方式记录。将本发明应用于这种记录介质。

在编码处理中，实现如下的设置。也就是，由视频，声音，和字符信息的编码量确定可变传输速率Vo的示例包括：每个特定间隔的平均速率Voa；和峰值速率Vop。将对于每个特定间隔时间的平均速率Voas设置成低于在记录之后记录介质的还原速率Vr，并允许峰值速率Vop高于还原速率Vr。

<(3)的效果>

在记录多场景节目的介质的还原操作中，由于以时分复用方法设置构成多个分支场景的单元，为确保无缝还原，在用于从指定分支场景的单元到下一个所连接单元的还原所需的查找时间内，使用存储在缓冲存储器中的数据。因此，存在用户峰值速率高于在每个单元中存在的还原速率Vr，在除峰值速率区以外的部分中必须补偿进入存储器的数据存储量。当单元还原时间不少于确定平均速率的时间间隔时，在每个单元中进入缓冲存储器的存储量有Vr-Voa可用，并确保无缝还原。

(4)对于以上(1)至(3)的各指定的间隔时间所限制的平均速率Voa介于记录介质的数据还原速率Vr的-5％至-15％的范围内。

<(4)的效果>

由读出设备的能力来确定还原速率，但对于每个确定图像质量的间隔时间所限制的平均速率Voa可优选地较高。不过，在轨道跳转处理中在旋转等待时间内所要消耗的存储数据通过(Vr-Vo)的剩余数据速率进行存储。这里，比存储数据速率低约10％的消耗数据速率获得较好的平衡。该速率可在5％至15％的范围内。

(5)在以可变传输速率对视频，声音，和字符信息编码，并通过将对象单元相互连接而构成的视频节目中，记录有多场景节目，其中在多场景节目中，从前部分的主场景分支出的分支点与用于连接至后部分的主场景的连接点之间存在多个选择性可选的分支场景。对于由视频，声音和字符信息的编码量所确定的可变传输速率Vo，根据在记录数据之后记录介质的还原速率Vr，将对于每个单元的平均速率Voa设置成比还原速率Vr低，并允许峰值速率Vop比还原速率Vr高。

<(5)的效果>

在该系统中，允许在记录多情节或多角度的多场景节目中的编码速率高于记录介质的还原速率。各分支场景的单元采用时分复用方式记录，不过对于每个时间间隔的平均速率在连续区中受到限制，且平均速率可由多场景区中的每个单元单元所限制。从而在多场景区中，还可能构成具有的间隔时间不超过在连续场景记录区中所用时间的单元。

(6)此外，在本发明中，对于由视频，声音和字符信息的编码量所确定的可变传输速率Vo，相对在记录数据之后记录介质的还原速率Vr，将平均速率Voa设置成比对于在记录有连续场景的区中每个间隔时间的还原速率Vr低。将对于每个单元的平均速率Voa设置成比在记录有多场景节目的区中的还原速率Vr低，且允许峰值速率Vop高于还原速率Vr。

<(6)的效果>

对于在记录有连续场景节目的区中，每个间隔时间限制平均速率，并由在多场景节目中所要以时分复用方式记录的单元为单位来限制平均速率。因此，可由时分复用单元处理在多场景节目中用户数据速率中平均速率Voa和峰值速率Vop的限制，而与连接至该数据的先前/随后数据无关，从而方便编辑。

(7)此外，在本发明中，对于由视频，声音和字符信息的编码量所确定的可变传输速率Vo，相对在记录数据之后记录介质的还原速率Vr，对于每个特定间隔时间Ti将平均速率Voa设置成比还原速率Vr低，且允许峰值速率Vop高于还原速率Vr。在该编码处理中，假设根据还原电路中还原设备的拾取所读取的还原单元的视频非还原部分还原视频时实际所用的还原时间为Tp，并且直至所述拾取搜索并读取仅次于被还原单元的单元为止的读出时间为Ts，为满足Tp+(Vop-Vr)÷Voa＞Ts的关系条件，将多个单元分开，进行时分复用，并排列。

<(7)的效果>

当搜索出各个时分复用的单元以连续执行数据单元的还原处理时，在搜索开始时不得不存在数据量的短缺，即使是对于从某个单元开始的下一个单元的查找中的数据量，以及搜索之后以峰值速率还原的读出数据量也是如此。因此，需要单元的编码量满足该关系。

(8)在记录介质中记录有以可变传输速率对视频，声音，和字符信息编码，并通过将构成对象单元的数据单元相互连接而构成的视频节目。通过还原操作将数据从记录有数据的记录介质读出，发送到解码处理部件，并解调为原图像信号或声音信号。在该系统中，对于添加到图像/声音编码数据的子图像信号和控制信号的可变传输速率Vo，相对记录介质的还原速率Vr，将对于每个特定间隔时间的平均速率Voa设置成比还原速率Vr低，不过允许峰值速率Vop比还原速率高Vr。

(9)此外，在本发明中，对于添加到图像/声音编码数据的子图像信号和控制信号的可变传输速率Vo，相对记录介质的还原速率Vr，将对于每个特定间隔时间的平均速率Voa设置成比还原速率Vr低，不过允许峰值速率Vop比还原速率Vr高。

(10)此外，在本发明中，提供了播放记录有编码信号的记录介质的还原设备。对于由视频，声音，和字符信息的编码量所确定的可变传输速率Vo，相对在记录数据之后记录介质的还原速率Vr，将对于每个特定间隔时间Ti的平均速率Voa设置成比还原速率Vr低，且允许峰值速率Vop高于还原速率Vr。这里，假设从时分复用单元的单元开始搜索下一个连续数据单元所用的时间为Ts，使用满足(Voa×Ts)+(Vop-Vr)×Ti＜Bm关系的数据缓冲存储器。

<(10)的效果>

对于缓冲存储器，当对于每个特定间隔时间限制平均速率时，可以认为，在缓冲存储器中根据输入/输出量的关系以平均速率处理数据，即使是在具有速率高于还原速率的峰值速率的区中也是如此。问题是，在利用数据排列关系的搜索之前需要存储相对该部分读出速率的短缺数据，以便在搜索下一个单元之后以峰值速率执行还原处理。因此，当缓冲存储器容量不少于这些值的相加值时，可实现无缝还原。

(11)在此提供了一种系统，在该系统中，以可变传输速率对视频，声音，和字符信息编码，并在记录介质上记录由构成对象单元的数据单元的连接所构成的视频节目，以及数据通过还原操作从记录数据的介质读出，并发送到解码处理部件以解调出原图像信号和声音信号。在该系统中，使用了可变传输速率编码方法，其中，对于添加到图像/声音编码数据的子图像信号或控制信号的可变传输速率Vo，以稍低于记录介质还原速率Vr的传输速率Vob将信息编码，并允许在不少于预指定的间隔定时内以高于还原速率Vr的峰值速率Vop进行编码。使用信息压缩单元GOP，峰值速率连续时间为一至两分钟。

如上所述，在本发明中，提供了可大大提高用户数据速率Vo而限制自记录介质的数据读出速率Vr的可变传输速率编码处理方法。本发明有效用于编码信息处理方法，记录装置，还原装置，记录方法，还原方法，和信息记录介质。本发明还可根据在通常的连续数据记录中用户数据速率Vo的增大而提高在多场景区中的用户数据速率。

本领域技术人员易于想到其他优点和变型。从而，广义而言本发明不限于此处表示和描述的特定细节和代表例。因此，在不偏离所附权利要求和其等效限定的本发明总的构思或范围的条件下，可以进行多种变型。

Claims (8)

1.一种用于针对信息记录介质产生记录信息的方法，该记录信息包含视频、声音和子图像信息，在该方法中以可变传输速率对该记录信息进行编码并构成为多个对象单元，并将其记录为编码信息，其特征在于，从信息记录介质中读出并通过解码处理解码该编码信息，以解码出视频信息，相对还原速率Vr设置该编码信息的可变传输速率Vo，使得对于该编码信息的任意时间段内的每个特定间隔，该编码信息的平均速率Voa小于还原速率Vr，并且允许可变传输速率Vo的峰值速率Vop大于还原速率Vr。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，记录介质包括专用于还原的介质。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，平均速率Voa在还原速率Vr的-5％至-15％的范围内。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，彼此连接该多个对象单元以构成/形成视频节目，视频节目包括其中存在能够以可选方式选择的多个分支场景的多场景节目部分，多场景节目部分的记录状态是该多个分支场景均被分成由多个对象单元构成的多个单元，相应分支场景的单元以时分复用方式记录，并且将该特定间隔的时间设置成不超过每个单元的还原时间。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，针对每个单元设置平均速率Voa。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，彼此连接该多个对象单元以形成视频节目，视频节目包括其中存在能够以可选方式选择的多个分支场景的多场景节目部分，多场景节目部分的记录状态使得多个分支场景均被分成由多个对象单元构成的多个单元，并且相应分支场景的单元以时分复用方式记录，并且

假设实际还原时间为Tp，即用于解码读出的单元中的视频的解码时间，并且读出时间为Ts，即用于通过拾取搜索该读出单元的下一个单元的搜索时间，为满足Tp+(Vop-Vr)÷Voa＞Ts的关系条件，将多个单元分开，进行时分复用，并排列。

7.一种信息处理装置，其中记录信息包括视频、声音和子图像信息，以可变传输速率对该记录信息进行编码并构成为多个对象单元，并将其记录为编码信息，彼此连接该多个对象单元以构成/形成视频节目，视频节目记录在记录介质上，数据从记录介质读出，并发送到解码处理部件以解调出原视频或声音信息，所述装置包括：

用于相对可变传输速率Vo将该编码信息的任意时间段内的每个特定间隔内所述编码信息的平均速率Voa设置成小于记录介质的还原速率Vr，并且允许峰值速率Vop大于还原速率Vr的装置。

8.根据权利要求7的信息处理装置，其中视频节目包括其中存在能够以可选方式选择的多个分支场景的多场景节目部分，且该多场景节目部分被记录成这样的状态，即多个分支场景被分成由多个对象单元构成的多个单元，并且相应分支场景的单元被以时分复用的方式记录，其特征在于，

假设用于搜索从所述相应分支场景的单元开始的下一个连续数据单元的时间为Ts，使用满足(Voa×Ts)+(Vop-Vr)×Ti＜Bm关系的数据缓冲存储器，以及数据控制装置。

Images