CN1378748A - 在数字视频系统中生成特技模式的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种为要记录在数字视频系统中的数字视频流生成特技模式信息的方法。该方法包括下列步骤:分析所述视频流的结构和导出所述流的数个对象的数个描述符;把所述流写入记录介质;和把描述记录介质上数个对象的地址的信息插入对象描述符中。本发明可应用在接收机与记录装置相匹配的数字电视系统中。

Description

在数字视频系统中生成特技模式的方法和设备
                         技术领域
本发明涉及在数字视频环境下编码特技模式(trickmode)信息的方法，和生成这种信息的设备。
                         背景技术
服从MPEG(运动图像专家组)II或DVB(数字视频广播)的数字电视流包括几个层，其中有基本流层、分组基本流(PES)层和传输流(TS)层。相应的解码器通常包括过滤某些TS层分组的多路分用器、删除PES层和转移原始基本流的PES分析器和解码视频基本流的至少一个视频解码器。
未来的解码器将包含大型存储器件，以便记录压缩TS或PES流。为了实现特技模式，譬如，慢或快进或倒放，在把视频流从大型存储器件转移到视频解码器之前，需要对其进行编辑。尤其是对于快进或倒放，只有特定的图像或图像序列才被显示出来。因此，需要一种访问记录介质上的这种信息的有效途径。
                         发明内容
本发明的目的是为要记录在数字视频系统中的数字视频流生成特技模式信息的方法，其特征在于，包括下列步骤：
分析所述视频流的结构和导出所述流的数个对象的数个描述符；
把所述流写入记录介质；
把描述记录介质上数个对象的地址的信息插入对象描述符中。
通过对附图所示的、本发明的特定非限制性实施例加以描述，本发明的其它特征和优点将显现出来，
                         附图说明
在附图中：
图1是根据本实施例的电视接收机的方块图；
图2是根据本实施例的、用作大型存储介质的硬盘驱动器的文件系统的示图；
图3是文件系统专用于记录和再现音频/视频流的那一部分的示图；
图4a是在PES模式下用于存储流数据的基本存储单元(‘SEU’)的图形，而图4b是在TS模式下用于存储流数据的SEU的示图；
图5a和5b是当处在PES模式下时，用于存储要写入硬盘驱动器的PES数据的FIFO(先进先出缓冲器)的示图；
图6是代表根据本实施例的、用于存储特技模式信息的不同数据结构的示图；
图7a是插入虚拟(dummy)PES首标之前PES层视频流的表示；
图7b是插入虚拟PES首标之后PES层视频流的表示；
图8a是插入包含虚拟PES首标的TS分组之前TS层视频流的表示；
图8b是插入包含虚拟PES首标的TS分组之后图8a的TS层视频流的表示；和
图9是视频解码器的输入缓冲器所看到的基本视频流的表示。
                       具体实施方式
本说明书进行的描述是在接受服从MPEG II的数字流的系统的框架下形成的，并且使用了相应的词汇。与用于视频和传输层编码的MPEG II标准句法有关的更多信息可以在，例如，如下文件中找到：ISO/IEC(国际标准化组织/国际电子技术委员会)13818-1(信息技术-运动图像和相关音频信息的通用编码：系统)和ISO/IEC 13818-2(信息技术-运动图像和相关音频信息的通用编码：视频)。本系统也服从DVB ETR-154标准。
当然，本发明不限于MPEG II环境，也不限于在本专利申请中所述的数据层。
1.系统综述
为了在重放来自本机大型存储器件的视频流时达到高质特技模式管理，需要有关记录视频流的结构的知识。这种结构在下文中将被称为特技模式信息。它来源于在记录视频流之前和期间进行的分析处理。这种分析包括分析流结构和存储某些句法结构的性质。与结构有关的信息，以及它们在大型存储介质上的位置也被记录下来。
根据本发明的实施例，这种诸如但不限于视频的数据被记录在传输流层上或分组基本流层上。特技模式信息描述数个层上所存储的视频流(根据众所周知的MPEG II句法，传输流(TS)-分组基本流(PES)-基本流(ES))，直到压缩视频信息的结构。
首先将描述在TS层这一级别上进行记录的主实施例。在每种情况中都将指出与在PES层这一级别上进行记录的第二实施例之间的差异。从这两个记录级别可以在同一个解码器中共存这一点上来说，这两个实施例是兼容的。这两个实施例都将参照图1加以描述。
(a)TS层记录
图1是根据本实施例的数字电视接收机的方块图。接收机1包括可以把传输流输出到传输流多路分用器和过滤器4的前端电路2。前端电路通常包括调谐器、模拟/数字转换器、适当的解调器和向前纠错电路。它接收来自信号源(未示出)的信号，信号源通常是电缆、碟形卫星电视天线和相关的低噪声模块和下变频器、或地面天线。系统中的全局资源包括RAM 5、PES分析器6、第二传输流多路分用器7、音频和视频解码器8和9、和微处理器10。TS过滤器和多路分用器4由微处理器编程成从与某些准则相对应的输入传输流数据分组中过滤和提取出具有某些分组标识符(PID)值的典型数据分组。例如，从MPEG II标准或DVB业务信息标准(参考文献ETSI EN 300468)规定的一定个数的传输数据表中可以得知输入流内容，尤其是PID指定。也可以定义专用PID值。
经过滤的传输流数据分组缓存在存储器5中，供流分析器3作进一步处理用，存储器5的一部分被安排成TS写FIFO 15。
传统多路分用器根据TS分组的PID值，把不同的TS分组调度到分开的缓冲器，因而调度到它们的应用目的地(例如，音频和视频解码器)，与传统多路分用器不同，TS过滤器和多路分用器4以接收分组的次序，把与要记录的流的PID相对应的所有分组都写入单个缓冲器(即，本实施例中的TS写FIFO 15)中。
压缩流数据和其它数据(例如，控制数据)通过由总线11建造的数据路径，在外围模块之间传输。接收机还包括大型存储器件12，根据本实施例，大型存储器件12是硬盘驱动器。大型存储器件12通过接口13，在当前的情况中，为EIDE(增强型集成电路设备)接口，与总线11相连接。视频解码器电路9以公知的方式与处理和显示电路14相连接。
存储器5包含如下区域：
已经提到的写FIFO 15，用于存储要写入硬盘的过滤TS分组数据；
TS读FIFO 16，用于存储从硬盘读出的TS分组数据；
特技模式缓冲区17，用于存储要写入硬盘(或从硬盘读出)的特技模式信息。
(b)PES层记录
为了PES层记录的目的，存储器5包含分别专用于音频PES、视频PES和其它数据的、标为18至20的三个写FIFO、和也分别专用于类似类型的分组的、标为21至23的三个读FIFO。
当解码器在PES模式下工作时，不使用第二多路分用器7，PES分组从硬盘12通过FIFO 21和22直接转移到PES分析器6。
最好把FIFO 15、16和18至23组织成以循环的方式工作。
2.大型存储器件
现在描述硬盘驱动器文件系统。硬盘驱动器12处理图2所示的文件系统，这个文件系统专用于音频/视频流记录和再现。文件系统对应于它管理的数据的类型的特定要求。本文件系统最适合于顺序访问块尺寸相对较大的等时数据流。
作为一种变型，在同一个硬盘中可以存在专用于记录和检索除了流化数据之外的其它数据的第二文件系统(未示出)。这个第二文件系统最适合于随机访问更传统计算机类型的文件。引导块可以为两个文件系统所共有。这个第二文件系统是传统型的，譬如，UNIX或MINIX文件系统，不再作更详细描述。
图3更详细地考察了流文件系统。这个文件系统包括超级块、节点存储区、游程扩展存储区、音频/视频数据存储区和位表区。位表区保存用于描述三个存储区的每一个中每个基本存储结构的状态的三个位表。
引导块包括卷名和卷标识符之类与硬盘驱动器有关的一般信息、BIOS(基本输入输出系统)参数和引导程序。
超级块包含与流文件系统有关的信息，尤其是文件系统的不同区域的地址(以逻辑块地址-‘LBA’的形式)和尺寸。
节点存储区用于存储节点。节点是描述存储在音频/视频数据存储区中的文件的数据结构。它也可以描述目录。它包含诸如文件名、母目录信息和音频/视频数据存储区中文件所在的部分的描述之类的信息。这个信息以LBA游程的形式给出，由LBA开始地址和形成游程的许多LBA块定义。由于有限个数的游程可以存储在给定节点中，因此，节点内的指针可以指向位于相应存储区中的游程扩展数据结构。如果用节点来描述目录，那么，文件位置信息用文件或目录标识符来代替。第一节点描述根目录。
游程扩展存储区包含为给定文件进一步标识LBA游程的特定数据结构。
位表区包含三个位表：节点位表、游程扩展位表和存储基本单元位表。前两个表分别表示每个节点的空闲或使用状态、各个游程扩展。第三个表对于每个基本存储单元来说是相同的，根据本实施例，它代表128KB(千字节)的块(当然，也可以使用不同尺寸的块，尤其是更大尺寸的块，128 K值只是作为一个例子给出)。
最后，音频/视频数据存储区包括一系列基本存储单元(‘SEU’)。每个SEU包括256个扇区，因此，代表128KB。
利用上述数据结构，微处理器10可以建立和删除文件，以及把数据写入这些文件中，或从这些文件中读出数据。
(a)对于TS层记录：
图4b是当用于TS层记录时SEU的图形。
SEU包括短首标和由许多个多路复用总TS分组构成的有效负载。由于SEU包含了整数个TS分组，造成SEU尺寸是512 B(字节)的倍数，因此，必须把一定个数的填充位加入有效负载中。
(b)对于PES层记录：
图4a显示了PES流SEU的内容。SEU包括首标、和根据本实施例，分别专用于视频PES分组、音频PES分组和其它PES分组的、多达三个的尺寸可变区域。
区域的个数不限于三个，三个只不过是实际例子。可以把几种视频基本流、音频基本流和辅助数据流引入SEU内相应个数的区域中。在这种情况中，存储器5将包含相应个数的读/写FIFO。
3.记录处理
(a)TS层记录：
用于TS层记录和再现的SEU的构造可以通过描述接收机的不同单元如何管理过滤TS分组得到最好说明。一旦多路分用器已经选择了与编程的PID值相对应的分组，它就把它们存储在存储器5中的循环写FIFO 15中。微处理器10从分组首标中的各个PID中可以确定分组的内容的类型，即，视频(V)、音频(A)、还是其它(O)。对于以后要作更详细描述的某些类型的特技模式信息的提取，流分析器6分析经多路分用器处理的视频(V)传输流分组的内容。在原理上，对于音频或其它数据分组，不进行这样的分析。在FIFO 15中保持TS分组在流中的初始次序。这样，在不同分组中连续计数器值保持连贯性。此外，还保持不同流(尤其是与同一事件相对应的视频和音频流)之间的同步性。微处理器10管理写FIFO 15的读和写指针。当写和读指针之差达到128KB减去SEU首标的尺寸那么多时，微处理器启动对硬盘的写处理。
对于TS记录，每个SEU包含TS分组有效负载中有用数据的长度的指示，以便区分TS分组和填充位。
(b)PES层记录：
在这种情况中，在把TS有效负载，即，PES分组写入RAM 5之前，多路分用器和过滤器4不仅过滤TS分组，而且还把TS层剥掉。根据已经传输的TS分组的PID值，把PES分组转移到循环写FIFO 18至20之一中。微处理器10管理这些FIFO的每一个的读和写指针。当所有缓冲器的所有写与读指针之差的总和达到128KB减去SEU首标的尺寸那么多时，微处理器启动对硬盘的写处理。对于特技模式信息，由流分析器3分析视频PES。
对于PES记录，首标包含打算写入SEU的每种类型数据的数量的信息，即，与特定PID相关的每个区域的尺寸、和SEU内每个区域的偏移地址。在这种PES记录的情况中，用不着填充位：PES分组可以从一个SEU开始，并且在下一个SEU结束。
对于TS或PES记录，写处理都由微处理器10通过把适当的命令发送到EIDE接口，指定应该开始写入的LBA地址和要写入的LBA个数来启动。一旦硬盘驱动器准备好进行写处理，EIDE就通过适当的中断通知微处理器。
写处理继续把微处理器10生成的SEU首标内容写入HDD(硬盘驱动器)接口。写处理还继续启动从TS写FIFO 15(用于TS记录)或轮流地从写FIFO 18至20的每一个(用于PES记录)到HDD接口13的DMA(直接存储器访问)处理。为了盘访问，HDD接口以已知的方式包括起缓冲器作用的高速缓冲存储器。
当然，这里假设了适当的文件已经被微处理器打开，和微处理器也已经指出了与到EIDE接口的转移数据有关的目标SEU。
虽然这种硬盘写处理正在进行着，但仍然继续把分组(TS或PES)写入FIFO中。
对于PES记录，如果图5a显示了正好在开始转移到盘上之前的FIFO和读和写指针状态，那么，图5b就代表完成了转移时的状态。当指针到达FIFO的顶部地址时，它们就绕回到底部地址。尽管在图5a和5b中FIFO均具有相同的视在尺寸，但是实际上可以使用不同的尺寸。相似的处理可应用于TS记录。
4.特技模式数据生成
图6是用于存储特技模式信息的数据结构的图形。下面将首先讨论这些结构和它们的存储，接着描述在流记录期间获取相应数据的方法。
特技模式信息数据结构具有几种功能：
它描述流的视频MPEG结构；
它为访问硬盘驱动器上的MPEG视频访问单元和为把它们发送到解码器提供必要的数据；
它允许根据时间索引对MPEG视频访问单元进行随机访问；
这是一种可以双向使用(即，向前和向后方向)的结构：MPEG句法元的描述符按照它们在流中的次序彼此相联系，和描述符和表以易于找到接在当前描述符之前或之后的描述符这样一种方式定义。
取决于环境，为了易于和快速访问信息，特技模式信息分布在三种不同的结构上：视频描述单元表(VDU表)、时间索引表(TT)和许多块(视频描述单-VDU)；
在存储器中视频描述单元是可重新定位的。相关地址指针是为这个目的实施的。因此，当被存储在硬盘驱动器上时，特技模式信息数据结构可以由各个部分根据可用的存储器，按需要装载到存储器中；
VDU表包含访问硬盘驱动器上的VDU和部分地或不把它存储在存储器中的信息。
图6显示了看上去灰色的两个VDU。VDU包含许多个序列的描述符、和对于每个序列，与包含在该序列中的PES首标和图像相关的描述符。作为一个例子，在图6中，每个VDU包含三个序列描述符，大约相当于1.5秒的视频。特技模式信息分布在数个VDU上，以便使系统能够在必要时只访问VDU，和降低管理这个数据所需的存储器总数。
VDU也可以只具有最大尺寸，并描述个数可变的序列。VDU最大尺寸的知识可以由系统用来预报存储器需要。例如，在重放期间，在存储器中最好总是有两个VDU：当前处理的VDU、和接在后面的VDU。
最好，每个VDU保存与整个序列有关，而不是与部分序列有关的描述符。这避免了当对同一序列的图像进行处理时，不得不对不同的VDU(其中的一些也许不得不被先装载)进行处理。
如下给出的表和说明涉及到PES层记录模式。对于TS层记录，一个项目在盘上或在SEU中的地址要被包含这个项目的第一字节的TS分组的TS分组首标的地址所取代。
根据本实施例，只有整个SEU从盘上读出并被写入盘中。因此，每个流对象描述符包含允许(a)从盘驱动器转移相应SEU，和(b)从存储器转移到解码器上的信息。
对于步骤(a)(整数SEU转移)，使用了如下数据：
(1)要转移的第一SEU的地址(逻辑块地址)
(2)要转移的SEU的个数
对于步骤(b)
(3)在第一SEU中的对象的偏移
(4)对象的长度(例如，以字节为单位)
如下所述，在每个描述符中还配备了附加数据，尤其是用于链接描述符的数据。
每个序列描述符(“S”描述符)包括如表1所示的数据：
  1  序列索引
  2  PES对准
  3  以字节为单位的SEQ & EXT首标尺寸
  4  以SEU为单位的SEQ & EXT首标尺寸
  5  到第一图像的描述符的指针
  6  到最后一个图像的描述符的指针
  7  到下一个序列的描述符的指针
8 到前一个序列的描述符的指针
9 包含序列的第一字节的SEU的逻辑块地址
10 包含整个序列的SEU的个数
11 在包含第一字节的第一SEU内部的序列的第一字节以字节为单位的偏移
12 序列以字节为单元的尺寸
    表1-序列描述符
根据本实施例，‘序列’是如在ISO/IEC 13818-1文件中定义的MPEG II序列。
“序列索引”给出与记录视频流的开头相比，序列的排序。它也起序列描述符的标识符作用。
“PES对准”是指示序列中的PES首标是否正好在图像首标之前的标志。
“以字节为单位的SEQ & EXT首标尺寸”是用序列中MPEG序列首标加上所有随后的MPEG首标，以及在第一图像首标之前的扩展的字节数表示的尺寸。
这个信息使这些首标(除了其它数据之外，还包含MPEG量化表、图像尺寸…)能够迅速地转移到解码器，或与序列的第一图像一起发送序列首标。
由于这些首标可以分布在几个SEU上，因此，“以SEU为单位的SEQ &EXT首标尺寸”是包含联系前一项提到的MPEG首标的扩展的一部分的SEU个数。在本实施例中，这个数最大等于2。
“到第一图像的描述符的指针”是VDU中到所考虑的序列中第一图像的图像描述符的指针。请注意，根据本实施例，序列描述符和属于这个序列的所有图像的描述符通过构造，总是在同一个VDU中。
VDU中所有指针使用基于VDU基地址的相对寻址方案。这样，在保留有效指针值的同时，可以把VDU装载到任何存储区中。
“到最后一个图像的描述符的指针”是VDU中到所考虑的序列中最后一个图像的图像描述符的指针。
到第一和最后一个图像的指针可用于分别沿着正方向和反方向进行重放。结合表2可以看出，每个图像描述符指向前一个和下一个图像。
“到下一个序列的描述符的指针”是VDU中到流中随后序列的描述符的指针。如果这个描述符不在同一个VDU中，那么，这个指针是空的。在这种情况中，随后序列的描述符是下一个VDU中第一序列描述符。这个进一步的VDU可以容易地利用VDU表来访问。
“到前一个序列的描述符的指针”是VDU中到流中前一个序列的描述符的指针。如果这个描述符不在同一个VDU中，那么，这个指针是空的。在这种情况中，前一个序列的描述符是前一个VDU中最后一个序列描述符。这个前一个VDU可以利用VDU表来访问。
“逻辑块地址(项目9)”是包含序列首标的第一字节的SEU的地址。结合项目11(序列首标离SEU开头的偏移)，可以容易地分析从盘中读出的SEU。SEU(存储基本单元)地址是硬盘上，包含序列首标的第一字节的128KB块的地址(逻辑块地址号)。
“SEU的个数(项目10)指示为了在存储器中含有整个序列而必须装载的SEU的个数。的确，根据一种读模式，一次把至少一个完整序列装载到存储器中，然后，把一个一个地从中提取的图像发送到适当的解码器。就盘访问效率而论，这种类型的处理在反向重放模式中是非常有效的。
每个图像描述符(“P”描述符)拥有如下数据项：
  1   图像索引
  2   类型
  3   时间基准
  4   半帧/帧
  5   到同一个序列中下一个图像的描述符的指针
  6   到同一个序列中前一个图像的描述符的指针
  7   到包含图像数据的对准PES分组的描述符的指针
  8   到在当前图像内部开始的第一PES分组的描述符的指针
  9   第一SEU地址
  10   包含整个图像的SEU的个数
  11   SEU中的第一字节地址：在包含第一字节的第一SEU内部图像首标的第一字节以字节为单位的偏移
  12   序列中的第一字节地址：在图像首标的第一字节与包含这个图像的序列的第一字节之间以字节为单位的偏移
  13   图像以字节为单元的尺寸
        表2-图像描述符
“图像索引”给出与记录视频流的开头相比，图像的顺序。它也起图像描述符的标识符作用，尤其是，与如下所述的时间表联系在一起。
图像“类型”信息指示图像是内部编码型的、预测编码型的、还是双向编码型的。
“时间基准”信息是直接从MPEG II图像首标中提取的。它给出彼此相关的图像的显示次序。
“半帧/帧”信息指示图像包括偶数半帧、奇数半帧、还是全帧。
“到下一个图像的描述符的指针”是VDU中到当前序列中下一个图像的描述符的指针。如果当前图像是序列中的最后一个，那么，指针是空的。
“到前一个图像的描述符的指针”是VDU中到当前序列中前一个图像的描述符的指针。如果当前图像是序列中的第一个，那么，指针是空的。
如果当前PES流是“对准”的，那么，每个图像被封装在单个PES分组内。在这种情况中，把每个图像与封装它的PES分组相联系是令人感兴趣的。表7中的字段允许把“对准PES分组”的描述符与它包含的图像的描述符相联系。是否对准是从存在于PES首标中的信息中推测出来的。在对准的情况中，无需作任何进一步的处理，就可以把图像数据与相应的PES首标一起从存储器发送到PES分析器。
在没有对准的情况中，字段7的内容被设置成空的。
如果当前流没有对准，那么，图像可能分布在几个PES分组中。在这种情况中，识别从图像“内部”开始的PES首标，以通过在存储器中进行处理删除它们，或修改它们是令人感兴趣的。尤其是，在只有部分PES分组被发送到PES分析器的情况中，存在于PES首标中的PES分组长度项可能需要修改。表2中的字段8指向包含在与当前图像相对应的数据中的第一PES分组的描述符。每个PES分组描述符本身指向同一图像中下一个PES分组的描述符。
“SEU(存储基本单元)地址”是硬盘上，包含图像首标第一字节的SEU的地址(逻辑块地址号)。
“SEU中第一字节地址”是图像首标的第一字节与SEU地址的开头相比，以字节为单位的偏移。它允许直接访问图像的第一字节。这个信息是通过流分析器导出的。
“在PES序列中第一字节的地址”是图像开始码的第一字节与在复原期间为了编辑而装载到存储器中的整个视频序列的第一字节之间的相对地址。
项目10和12能够使包含与一个图像有关的所有数据的SEU得到装载。因此，没有必要装载整个序列，并且，为了降低从盘上转移的可能无用数据的数量(即，在只有一个图像要显示时，避免转移整个序列)，可以只转移与单个图像相关的SEU。也许还有必要装载把适当参数发送到视频解码器的相应序列首标。
要适当地解码和/或播放图像，可能需要PES首标的内容。因此，也要为PES首标建立描述符。
每个PES描述符(“E”描述符)拥有如下数据项：
  1   PES索引
  2   第一SEU地址
  3   SEU中第一字节的地址
  4   包含整个PES分组的SEU的个数
  5   PES分组的第一字节与包含这个PES分组的图像的第一字节之间以字节为单位的偏移
  6   到同一个图像中下一个PES的描述符的指针
  7   PES分组以字节为单位的尺寸
  8   PES分组首标以字节为单位的尺寸
  9   包含整个PES分组首标的SEU的个数
      表3-PES描述符
“PES索引”给出与记录视频流的开头相比，PES分组的顺序。它也起PES描述符的标识符作用。
“SEU地址”是包含PES首标第一字节的SEU(128KB块)的第一LBA的号码。
“SUE中第一字节地址”是PES首标的第一字节与SEU地址的开头相比，以字节为单位的偏移。
图6是到同一个图像中下一个PES的描述符的指针。如果在同一个图像中没有接下来的PES分组，那么，这个指针是空的。
倘若把表1和2说清楚了，那么，表3的其它项也就不言自明了。
尽管这不是本实施例的情况，但是，根据一种变形的实施例，另一个描述符与图像组(GOP)和它们的首标相联系。
时间索引表具有表4所示的格式。
时间索引 序列描述符地址 SEU地址
    0  xxx  Yyy
    1  xxx  Yyy
    2  xxx  Yyy
    3  xxx  Yyy
    …  …  …
    1440  xxx  yyy
      表4-时间表
时间索引对应于从视频流的开头开始计数的秒数。根据本实施例，14400个入口是可以接受的，它对应于4个小时的视频，其中一个图像或帧代表40ms。
序列描述符地址给出与相应VDU基地址相比，到包含时间索引之后的第一个图像的序列描述符的指针。如果在存储器中不存在相应的VDU，那么，不得不利用在VDU表中给出的信息，首先从硬盘装载它。
SEU地址是硬盘驱动器上的LBA号中，包含下列的SEU的地址：
(a)在TS层记录的情况中，包含在T秒之后开始的第一视频序列的序列首标的传输流分组的传输流首标，
(b)在PES层记录的情况中，在T秒之后开始的第一视频序列的序列首标。
对于对大约从以秒为单位的时间T开始的视频序列的访问，利用T作为索引足以寻址时间表，和足以利用相应的SEU地址开始从包含解码序列所需的传输流分组的开头的LBA(在情况(a)中)，或直接从序列首标位置(在情况(b)中)开始的读取。对于这样的访问只需要时间表。
存储在表和VDU两者中的其余数据主要用于特技模式再现。
VDU表具有如表5所示的格式：
VDU  索引 LBA  地址 LBA的尺寸 时间表索引
 0  Xxx  yyy  Zzz到Qqq
 1  Xxx  yyy  Zzz到Qqq
 2  Xxx  yyy  Zzz到Qqq
 …  …  …  …
    表5-VDU表
VDU表对于每个VDU，有一个入口，并且，对于每个VDU，指示第一LBA在硬盘上的号码、VDU用LBA表示的尺寸、和VDU所代表的视频部分的时间间隔(以秒为单位，从视频流的开头开始)。这个间隔指定进入TT表的入口。
时间索引表、VDU表和VDU都存储在硬盘上。在把视频记录到硬盘上的情况中，为了修改，在从硬盘上再现的情况中，为了参考，还可以把这些表装载到存储器5的特技模式缓冲区17中。如有必要，也可以根据空闲存储器的可用数量，从硬盘中读出所需的VDU，或把所需的VDU写入硬盘中。
生成存储在TT和VDU表和VDU中的特技模式数据按如下方式进行。
要生成的信息分成三种类型：直接从多路分用视频分组中提取的信息、描述视频流的结构的信息和与硬盘驱动器上某些视频流数据的位置相关的信息。在第一种情况中，简单分析流中的PES或图像首标形成必要的信息。在第二种情况中，必须对视频流进行分析，并且记忆它的结构。在第三种情况中，必须从文件系统中寻找进一步的信息。表6表示每种类型数据的来源。
描述符 数据 来源
S 序列索引 视频流分析
S PES对准 PES首标
S 以字节为单位的SEQ & EXT首标尺寸 视频流分析
S 以SEU为单位的SEQ & EXT首标尺寸 视频流分析
S 到第一图像的描述符的指针 VDU结构
S 到最后一个图像的描述符的指针 VDU结构
S 到下一个序列的描述符的指针 VDU结构
S 到前一个序列的描述符的指针 VDU结构
S 包含序列的第一字节的SEU的逻辑块地址 文件系统和写FIFO管理
S 包含整个序列的SEU的个数 文件系统和写FIFO管理
S 在包含第一字节的第一SEU内部序列的第一字节以字节为单位的偏移 文件系统、写FIFO管理和视频流分析
S 序列以字节为单位的尺寸 视频流分析
P 图像索引 视频流分析
P 类型 图像首标
P 时间基准 图像首标
P 半帧/帧 图像首标
P 到同一个序列中下一个图像的描述符的指针 VDU结构
P 到同一个序列中前一个图像的描述符的指针 VDU结构
P 到包含当前图像的对准PES分组的描述符的指针 VDU结构
P 到在当前图像内部开始的第一PES分组的描述符的指针 VDU结构
P  SEU地址 文件系统和写FIFO管理
P 包含整个图像的SEU的个数 文件系统和写FIFO管理
P 在包含第一字节的第一SEU内部图像的第一字节以字节为单位的偏移 文件系统、写FIFO管理和视频流分析
P 在图像的第一字节与包含这个图像的序列的第一字节之间以字节为单位的偏移 视频流分析
P 序列以字节为单位的尺寸 视频流分析
E PES索引 视频流分析
E SEU地址 文件系统和写FIFO管理
E SUE中第一字节的地址 文件系统、写FIFO管理和视频流分析
E 包含整个PES分组的SEU的个数 文件系统、写FIFO管理和视频流分析
E PES分组的第一字节与包含这个分组的图像的第一字节之间以字节为单位 视频流分析
的偏移
E 到同一个图像中下一个PES的描述符的指针 VDU结构
E PES分组以字节为单位的尺寸 视频流分析
E PES分组首标以字节为单位的尺寸 视频流分析
E 包含整个PES分组首标的SEU的个数 文件系统、写FIFO管理和视频流分析
                          表6
在下文中，假设在给定时间只记录一个基本视频流，即，只过滤一个视频PID。如果过滤了多于一个的视频PID，那么，对于每个流，并行地和分开地建立表格和VDU。
对于TS和PES层记录，以相似的方式进行分析，即在存储的数据中认出相同的项目，所不同的是，对于TS记录，当挑出一个项目时，使用包含这个项目的TS分组的TS首标的地址，而不是项目的地址。
由多路分用器存储在存储器8中的TS或PES分组首先通过检测序列首标、PES首标或图像首标来分析。这些首标的每一个都具有如MPEG II视频标准所规定的预定开始码，并且，在输入TS分组有效负载或PES分组中可以容易地被认出。必须非常细心，不要漏掉分布在两个PES分组上的序列开始码，和分布在两个TS分组上的图像、序列或PES首标开始码。对于每个检测到的首标，建立相应的描述符(S，P，E)。对PES和图像首标作进一步分析，提取要插入描述符中的相关字段。分别从第一序列、PES分组或图像开始编号序列、PES分组或图像。
根据本实施例，VDU只拥有完整序列。可以预定VDU的最大尺寸，限制按照每个序列的图像个数和PES分组的存在存储在VDU中的序列个数。一旦第一序列，以及所有相关图像和PES分组已经得到了描述，存储相关特技模式信息所需的存储器空间的尺寸就是已知的，并且可以确定将在每个VDU中描述的序列的个数。
微处理器10(通过文件系统)还确定要把音频、视频和/或其它数据写入的下一个SEU块地址。在分析处理期间，流分析器6确定与SEU的开头相比，给定数据段以字节(或LBA和字节)为单位的偏移。每当把SEU写入盘中时，就重新设置偏移。除了其它东西之外，还针对如下数据项确定偏移：对于PES层记录，序列首标、图像首标、和PES首标，和对于TS层记录，相应TS分组首标的地址。把SEU地址和三个首标的偏移插入各个描述符中。
与VDU的建立平行，微处理器建立VDU表和时间表。
每当VDU即将被写入盘中时，就建立进入VDU表的入口。(根据本实施例，VDU被写入流文件系统的文件中)。对于每个VDU，以LBA为单位给出它的位置和尺寸。根据包含在VDU中的图像的个数，计算它覆盖的时间间隔(以秒为单位，与视频流的开头相比)。这个信息也被插入VDU表中。
根据本实施例，时间索引表包括每秒一个入口。它的内容利用VDU的内容和TS首标偏移(对于TS层记录)或序列首标偏移(对于PES层记录)来确定。
当前，取决于具体应用，TT入口的周期可以大于或小于一秒。
一旦建立起VDU表和时间索引表两者，就把它们写入硬盘中。取决于它们的尺寸和可用存储器，在需要的时候，可以要求分裂这些表和装载一部分表。
利用相关寻址有目的地使VDU由相互链接的单元构成，以允许分裂和存储器中的动态再定位。
在视频再现期间，利用包括两个指针的光标结构实现特技模式信息的分析：从一个序列跳到另一个序列的、到序列描述符的指针，和指向序列指针所指的序列内部的图像的、到图像描述符的指针。
5.特技模式复原
根据本实施例，在特技模式视频复原期间，不把音频数据发送到音频解码器。
现在将描述为了特技模式的目的，从硬盘驱动器的再现。在这个阶段，微处理器10进行以前记录的视频流的实时流编辑，视频访问单元(作为与一个图像相关的编码数据的单元)根据特技模式信息的提取和重新排序，解码器9的馈送和解码和显示处理的控制。
当对硬盘驱动器的随机访问时间相当长时，切实可行的方法是，把包含单个视频序列的一段记录流从盘读到存储器5中。可以访问正处在存储器5中的整个序列，序列中的每个图像(或诸如序列首标之类的其它数据)，以便把它们转移到视频解码器。
PES分析器6和/或TS多路分用器7除去相应的PES或TS层，和分别从PES首标和TS首标中提取与较低层相关的信息。当接收到数据时，无论是直接来自总线的，还是来自多路分用器7的，PES分析器都将舍弃在有效PES首标开始码之前出现的任何数据。
对于特技模式再现，在已经从硬盘中读出相应序列之后，在存储器中逐个访问流中的图像。但是，无论是处在TS记录模式下，还是处在PES记录模式下，PES首标都不能系统直接地在相应图像首标之前。换言之，没有必要在PES分组有效负载的开头上对准图像首标，和与所考虑的图像无关的数据可以存在于PES首标与图像首标之间。对于正确工作的PES分析器，仍然没有必要供应这个PES首标。此外，PES分析器可以不把图像数据转发到视频解码器9：在解码器复位之后，通常舍弃掉在第一PES首标之前的所有数据。因此，后面接着前面不是PES首标的图像数据的图像首标也要被舍弃掉。根据本实施例，虚拟PES首标被插在要解码的图像的图像首标之前。因此，相干的PES流得到恢复，从硬盘中读出的不相关数据达到最小，并且，没有不相关的数据被发送到解码器9。
与以两倍于正常速度的速度快进有关的简单例子将用于描述虚拟PES首标的插入。为了这个例子的目的，假设只访问I型图像。以后再描述不是这种情况时，即要显示的图像是P或B型时要采取的预防措施。
在50Hz帧速率的情况中，以两倍于正常速度的速度快进涉及到从十二个图像当中读取和解码一个图像(假设只访问I型图像)，和以每40ms一个图像的正常速率显示解码图像。
(a)在PES层这一级别上的流编辑
微处理器10的第一任务是确定要从硬盘驱动器提取的第一视频访问单元。假设与视频流的开头相比，快进从时间T开始，那么，要显示的第一图像就是T之后出现在流中的第一图像。
为了用作VDU表和时间表中的索引，把T截成整数的秒数。如果还不存在，就利用VDU表，向EIDE接口请求相应的VDU，并且将其装载到存储器(即，特技模式缓冲区)中。
时间表指向这个包含图像描述符的VDU中的序列描述符。序列描述符的内容用于把相应的整个视频序列装载到存储器5中。解码器9是这样一种解码器，它使微处理器10能够调整解码器9的解码参数。在发送后面接着图像数据的虚拟PES首标之前，那时也许还没有必要把序列首标发送到PES分析器。
当每个图像代表40ms和利用图像列表(指向序列中各个图像的不同图像描述符)时，访问在时间上最接近T的图像描述符就容易了。图像描述符指示装载在存储器中的视频序列中图像首标的偏移。因此，把所需的图像发送到解码器，并且，解码器由微处理器10安排成正确管理这个图像。
在这种情况中，由于传输层已经被除去了，因此，把数据从存储器5提供到PES分析器6。
图7a和7b代表处在映射到包含要解码的一个图像的PES分组的顺序图像的形式下的PES流。假设只有PES层得到记录，所代表的流部分可以是存储在视频读FIFO中的那个。每个图像数据的前面是图像首标，这两者形成视频访问单元。流包括在通常与基本视频流的内容无关的位置上的PES首标。
图7a显示了未经编辑的PES流，图像n是要显示的图像。它的前面是一个首标。包含图像n的图像首标的PES分组的首标用箭头指示。图7b显示了经编辑的PES流，微处理器10已经把虚拟PES首标插入PES流中，正好在图像n的图像首标之前，以便在两个首标之间避免任何干扰数据。
根据本实施例，虚拟PES首标具有表7给出的格式。它是MPEG II系统文件允许的最短首标(即，9个字节)，并且，在从图像首标偏移定义的地址开始读出视频读FIFO的内容之前，被发送到视频解码器9。然后，解码器按照微处理器10发出的指令，注意有效的PES流和处理图像数据。
每当要发送到解码器的视频访问单元的序列中存在一个间隙时，就插入虚拟PES首标。
在下表中，记号‘0x’代表十六进制值。
小写字母‘u’代表可变二进制值。
          值      含义
0000 0000 0000 00000000 0001(＂0x000001＂) 分组开始值前缀
1110 uuuu(其中＇uuuu＇在＂0xE0→0xEF＂之间变化) 视频流号(uuuu)b
 0000 0000 0000 0000(＂0x0000＂) PES分组长度
10(7∶6)
uu(5∶4)0(3)0(2)0(1)0(0) PES_scramblinli_control这两个位将是来自前一个PES分组首标的相同位的拷贝PES_Priority低Data_alignment_indicator：不定义视频开始码是否直接接在PES首标之后CopyrightOriginal_or_copy：PES分组有效负载是一个拷贝
00(7∶6) PTS_DTA_Flag：不存在PTS和DTS字段
0(5) ESCR_Flag：不存在ESCR字段
0(4) ES_rate_Flag：不存在ES_rate字段
0(3) DSM_trick_mode_Flag：不存在DSM_trick_mode字段
0(2) Additional_copy_info_Flag：不存在相应的字段
0(1) PES_CRC_Flag：不存在相应的字段
0(0) PES_extension_Flag：不存在相应的字段
0000 0000(＂0x00＂) PES分组首标长度(在PES首标中不再有字节)
                表7-虚拟PES首标
(b)在TS层这一级别上的流编辑
在这种情况中，把数据从读FIFO 22转移到传输流多路分用器7。
与PES层相比，TS层具有附加的约束：只可以在TS分组这一级别上进行编辑，即，必须加上或除去整个TS分组。由于TS分组具有188个字节的固定长度，因此，在存在的分组中插入或删除字节都将导致TS流无效。
因此，与情况(a)相比，以略有不同的方式进行包含要解码的图像的SEU的确定。把包含含有图像的视频序列的整个流段再次装载到存储器5中。为了照只把整个TS分组提交给多路分用器7的要求去做，要求从包含要解码的图像的图像首标的TS分组的TS首标开始着手读取。特技模式信息规定必要的地址信息：在TS流记录的情况中，把特技模式信息描述符中的所有地址适当地对准在TS分组的边界上。
图8a代表包含要解码的图像首标的相同视频部分(即，具有相同PID)的分组的TS流。
不是只插入PES首标，而是插入整个TS分组。由于与情况(a)相同的理由，这个TS分组也包含虚拟PES首标。图8b显示了插入TS分组之后的流。
插入的TS分组首标包含与包括图像首标的TS分组的TS分组首标的PID相同的PID值。TS分组首标也包含要与如下TS分组的值一致的、减去1的和取模16(modulo 16)的、等于包含图像首标的TS分组的TS分组首标的连续计数值的continuity_count值。连续计数值是直接从存储器中的流中读取的。在适应性字段标志中，与任何以前的continuity_count值相比，不连续性错误标志被设置成指示不连续性。选择适应性字段的长度，以便整个TS分组的长度，包括首标在内，是188个字节。
如上所述，TS有效负载包含虚拟PES首标。与情况(a)不同，由于图像首标没有必要与TS首标的结尾对准，因此，无关的或无用的数据可以存在于PES首标与要解码的图像的图像首标之间。为了告诉视频解码器忽略这个无关数据，插入的TS首标在虚拟PES首标之后，还包含序列错误码。图9显示了由解码器接收的、去掉PES层的数据。图像X是要解码的图像。解码器的输入缓冲器仍然包含源于要解码的前一个图像，例如，图像B的转移的、与图像B+1有关的、以前接收的部分数据。与图像X-1有关的数据是存在于由微处理器10插入的虚拟TS分组与图像X的图像首标之间的数据。虚拟TS分组的TS首标已经由多路分用器7除去，和包含在虚拟TS分组的有效负载中的虚拟PES首标已经由PES分析器6除去。在图像B+1和X-1的部分数据之间，保留着接在另一个码(＂0xB4＂)后面的错误序列码(＂0x00 0001 B4＂)。
除了其它东西之外，在MPEG II视频文件的第6.2.1.节和表6-1中还提到序列错误码，一旦检测到这样的序列错误码，解码器9就舍弃掉在错误码之前接收到的所有数据，和将来接收到的所有数据，直到下一个图像首标为止。解码器9被构造成能起到这样的作用。
插入序列错误码带来了新问题：PES分析器17除去了PES首标的流，这样可能会发生，在插入的PES分组之前的PES分组的有效负载的最后字节与序列错误码(即，＂0x00＂)组合在一起，构成图像首标开始码(即，＂0x00 0001 00＂)。为了避免这种情况的发生，把值＂0xB4＂的字节插在虚拟PES首标与序列错误码之间。在这种情况中，如果前面PES分组有效负载的最后三个字节的确是＂0x00 00 01＂，那么，形成的代码是另一个序列错误码＂0x00 00 01B4＂。就视频解码器的作用而论，这个代码出现一次还是出现两次并不重要。当最后三个字节和＂0xB4＂不形成序列错误码时，因为接下来的序列错误码无论如何都将排除视频解码器输入缓冲器以前的内容，包括附加的＂0xB4＂，所以B4的存在没有什么意义。
       值                         含义
                              首标
0x47 同步字节
0(7)1(6)0(5)(PID 5 MSB)(4∶0) 在TS分组中没有错误PES分组的开头传输优先级低视频流成分PID的5个MSB(最高有效位)
(PID 8 LSB)(4∶0) 视频流成分PID的8个LSB(最低有效位)
00(7∶6)11(5∶4)(N-1)(3∶0) 没有加扰的TS有效负载后面接着有效负载的适应性字段continuity_count：取接着的TS分组continuity_count减去1的值(modulo 16)
0xA9(169)Dec) 适应性字段长度：等于183减去下列各项之和：-dummy PES header长度(9个字节)-sequence error code长度(5个字节)
1(7)0000000(6∶0) 适应性字段标志：设置不连续性错误。
0xFF*168 168个填充字节
                      有效负载
0x000x000x01(1110 uuuu)b0x000x00(10uu 0000)b0x000x00 dummy PES header
0xB4 保证后面给出的代码将不包含在不需要的序列中。
00 00 01 B4 sequence error code
表8-附带虚拟PES首标和序列错误码的TS分组
通常，在特技模式期间逐个访问的图像没有必要是内部型图像。因此，也许有必要解码其它图像，和把它们保留在存储器中，以便解码特定的图像。如果要显示的图像是P型图像，那么，有必要解码前一个I型图像(可以利用在要显示的图像的图像描述符之前的图像描述符找到它)，并且首先解码I型图像。必须记住，根据要解码它们的次序，而不是要显示它们的次序，发送和存储这些图像。这个解码次序通常与显示次序不同。微处理器6指令视频解码器只解码I型图像，但不显示它。然后，解码和显示P型图像。
类似地，如果要解码B型图像，必须从硬盘中提取前面的和接着的I和/或P型图像，并且首先解码它们。
本实施例主要涉及到TS流分组记录和再现，但是，显而易见，其它层，尤其是PES层的记录/再现也不在本发明的范围之外。
此外，尽管根据本实施例，微处理器6管理硬盘驱动器的文件系统，但是，这个任务也可以由接收机中的另一个处理器，尤其是视频解码器10来完成。
此外，尽管用在本实施例中的大型存储器件是硬盘驱动器，但是，也可以使用其它类型的器件。例如，可以应用可记录致密盘或数字视频盘。

Claims (18)

1.一种为要记录在数字视频系统中的数字视频流生成特技模式信息的方法，其特征在于，包括下列步骤：
分析所述视频流的结构和导出所述流的数个对象的数个描述符；
把所述流写入记录介质；
把描述记录介质上数个对象的地址的信息插入对象描述符中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个描述符包含：
标识含有与描述符相联系的对象的记录介质数据块的信息；
标识对象在所述记录介质数据块内的位置的信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个描述符包含到前一个描述符和/或到后一个描述符的链接。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的方法，其中，每个描述符包含给出对象相对于记录流的开头的排序的标识符。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的方法，其中，还包括下列步骤：
组装视频描述单元内与时间间隔相对应的对象的描述符；和
生成所有视频描述单元的视频描述单元索引表。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，视频描述单元包括与图像的N个序列相关的所有描述符，此处，N是大于或等于1的整数。
7.根据权利要求5至6任何一项所述的方法，其中，到描述符的指针是相对于视频描述单元基地址给出的。
8.根据权利要求1至7任何一项所述的方法，其中，描述符包括与图像序列、图像和PES分组相关的描述符。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，序列描述符包括到序列中第一和最后一个图像描述符的指针。
10.根据权利要求8至9任何一项所述的方法，其中，序列描述符包含标识序列首标的位置的数据和它在记录介质数据块中的扩展。
11.根据权利要求8至10任何一项所述的方法，其中，图像描述符包含PES分组和图像首标是否对准的信息。
12.根据权利要求3和权利要求8至10任何一项所述的方法，其中，图像描述符包含到与插在记录图像数据内的PES首标相对应的PES描述符的指针。
13.根据权利要求8至12任何一项所述的方法，其中，图像描述符还包括到包含图像的序列的序列描述符的指针。
14.根据权利要求5与权利要求1至4或6至13任何一项组合在一起所述的方法，还包括下列步骤：把视频描述单元记录在记录介质上，和把视频描述单元在记录介质上的地址插入视频描述单元表中。
15.根据权利要求5与权利要求1至4和6至14任何一项组合在一起所述的方法，还包括下列步骤：对于每个视频描述单元，把如下数据包括在视频描述单元表中：
记录视频描述单元的第一记录介质数据块的地址；和
视频描述单元所占的记录介质数据块数。
16.根据权利要求5与权利要求1至4和6至15任何一项组合在一起所述的方法，其中，对于每个视频描述单元，视频描述单元表还包括定义由单元所述的视频流的时间间隔的信息。
17.根据权利要求1至16任何一项所述的方法，还包括下列步骤：生成的时间索引表，所述时间索引表包含数个时间索引、和对于每个索引，复原从所述索引开始的视频流所需的数据的开头上的、记录介质上的地址。
18.根据权利要求5与权利要求17组合在一起所述的方法，其中，对于每个索引，所述时间索引表还包括与给定索引相对应的序列描述符的、与视频描述单元的基地址相关的指针。
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