CN1378751A - 将数据写到数字视频系统中的记录介质里的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在可连接到记录介质(12)的数字视频处理设备中记录数据的方法,其特征在于,它包括步骤:接收数据分组(2－4、6、7)流;提供N(N>1)个缓冲器(18－20),用于分别接收对应于N个PID之一的分组;监视存储在该N个缓冲器(18－20)中的数据总量;以及当所述数据总量达到一预定级别时,触发将包含在缓冲器(18－20)的数据写到记录介质(12)的写操作。本发明也涉及实现这种方法的设备。可以用在接收器装配了记录装置的数字电视系统中。

Description

将数据写到数字视频系统中的记录介质里的方法和设备
本发明涉及一种将诸如压缩视频、音频和辅助数据这样的数据写到记录介质的方法和设备，具体地说，涉及一种管理该设备的写缓冲器的方法和设备。
MPEG II或DVB兼容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。对应的解码器通常包括用于过滤一定的TS层分组的多路信号分离器、用于消除PES层和传输原始基本流的PES分析器以及用于解码该视频基本流的视频解码器。
未来的解码器将合并海量存储设备，以便记录压缩的TS或PES流。以THOMSON多媒体公司的名义递交于1998年12月28日的法国专利申请2787962和27879632介绍了集成了用于记录压缩A/V流的硬盘的数字式频接收机。该接收机包括缓冲器，用于容纳音频、视频和辅助数据，其中在视频数据量达到一预定级别时，触发将所有被容纳的数据写到该磁盘的固定尺寸块的写操作。虽然这种系统具有很多优势，但不能最充分地使用磁盘空间，原因是必须用填充位填充属于音频或辅助数据的数据块的未用空间。
本发明的一个目的是提供一种用于在可连接到记录介质的数字视频处理设备中记录数据的方法，其特征在于，它包括步骤：
-接收数据分组流，每个数据分组与N个分组识别符(PID)之一有关；
-提供N(N＞1)个缓冲器，用于分别接收对应于N个分组识别符PID之一的分组；
-监视存储在该N个缓冲器中的数据总量；以及
-当所述数据总量达到一预定级别时，触发将包含在缓冲器的数据写到记录介质的写操作。
当不同缓冲器中的数据总和触发写处理时，预定的数据总量总是全部由有用的数据使用。当将数据写入记录介质时，不需要任何填充位。
按照本发明的一个实施例，预定级别相当于记录介质上的数据记录单元的尺寸减去为服务信息保留的空间容量。
一般来说，服务信息包括关于与缓冲器连在一起的数据的首标。
按照本发明的一个实施例，写入步骤包括将不同缓冲器中的数据写入同一记录介质。
象在详细说明部分要介绍的那样，记录介质上的记录单元具有适合各种可以被记录的数据(即音频/视频流)的尺寸。按照下面的示例，该尺寸是128字节，但可以更大。
按照本发明的一个实施例，该方法还包括将首标写入所述记录单元的步骤，所述首标指示来自每个缓冲器的数据：对应的PID分组识别符、尺寸和在记录单元中的数据位置。
本发明的另一个目的是提供一种数字视频处理设备，包括多路信号分离器和记录介质，其特征在于，它还包括：
-N个缓冲器，其中N是大于1的整数，
-用于控制已多路分解的数据分组的写入所述缓冲器的装置，其中每个数据分组有关于N个分组识别符之一，每个缓冲器接收对应于具体的PID分组识别符的数据分组，该装置还用于控制每个缓冲器中的数据分组量，以便当所有缓冲器中的数据分组的总和达到预定级别时，触发将缓冲器内容写入记录介质的写操作。
根据本发明的一个实施例，预定级别相当于记录介质上的数据记录单元的尺寸。
通过由附图说明本发明的特殊的、非限制实施例的介绍本发明的其他特征和优点将显而易见，其中：
图1是按照本发明的电视接收机的方块图；
图2是按照本发明的用作海量存储介质的硬盘驱动器的文件系统图；
图3是专用于音频/视频流的记录和再现的文件系统的部分图；
图4a是用于以PES模式存储流数据的基本存储单元(SEU)的图，而4b是用于以传输流模式存储流数据的SEU的图；以及
图5a和5b是用于以PES模式存储将要写入硬盘驱动器的PES数据的FIFO的图。
本说明书获得接受MPEG II兼容数据流的系统的框架并使用对应的词汇。有关于适合视频和传输级编码的MPEG II标准语法的更多信息，例如，可以在这样一些文件中找到：ISO/IEC 13818-1(信息技术-运动图像和相关音频信息的一般编码：系统)和ISO/IEC 13818-2(信息技术-运动图像和相关音频信息的一般编码：视频)。本系统也与DVB ETR-154标准兼容。
当然，本发明不限于MPEG II环境或在本专利申请中所介绍的数据层。
1.系统综述
为了在从本地海量存储设备回放视频流时获得高质量的特技模式管理(trickmode management)，需要记录的视频流的结构知识。这种结构将在后面称为特技模式(trickmode)信息。它是从在记录视频流之前和在记录视频流期间执行的分析处理过程中产生的。分析包括解析流结构和记忆一定语法结构的特性。也记录有关于该结构以及它们在海量存储介质上的位置信息。
按照本实施例，诸如但不限于视频这样的数据记录在传输流层或分组的基本流层。特技模式信息以多层(按照熟知的MPEG II语法的传输流(TS)-分组基本流(PES)-基本流(ES))方式描述了所存储的视频流的结构，直到压缩的视频信息。
首先介绍在TS层级执行记录的主实施例。将指示各种情况下与在PES层级记录的第二实施例的不同之处。这两个实施例在两个记录级可以通处于同一解码器的意义下是兼容的，它们两个都将被参考图1进行描述。
(a)TS层记录
图1是按照本发明的数字电视接收机的可图。接收机1包括前端电路2，它能向传输流多路信号分离器和滤波器4输出传输流。前端电路一般包括调谐器、模拟/数字转换器、适当的解调器和前向纠错电路。它从信号源(未示出)接收信号，其中信号源一般是电缆、卫星天线和有关的低噪声块和降频变频器、或者陆路天线。系统中的整个资源包括RAM 5、PES分析器6、第二传输流多路信号分离器7、音频解码器8、视频解码器9和微处理器10。TS滤波器和多路信号分离器4由微处理器进行编程，以便对应于一定的准则从输入的传输流数据分组过滤和提取，一般来说，数据分组具有一定的分组识别符(PID)值。在具体的PID分配中，例如，熟知的输入的流内容是由MPEGII标准或DVB服务信息标准(参考文件：ETSI EN 300 468)所定义的一定数量的已发送的数据表。也可以定义专用的PID。
过滤过的传输流数据分组缓存在存储器5中，以便由流分析器3进一步处理，传输流数据被排列成先入先出写TS的缓冲器(TS Write FIFO)15。
与传统的、按照其PID值和其目的应用(即音频和视频解码器)将不同的TS输送到不同的缓冲器的多路信号分离器相反，TS滤波器和多路信号分离器4以接收分组的顺序，将对应于要记录的流的PID的全部分组写入单个缓冲器(即本实施例中的先入先出写TS的缓冲器15)。
通过由总线11建造(modelised)的数据路径，在周边块之间传输钥所流数据和其他数即(例如，控制数据)。接收机还包括海量存储设备12，按照本实施例，它是硬盘驱动器。海量存储设备12通过在本实施例的情况下为EIDE接口的接口13连接到总线11。视频解码器电路9以熟知的方式连接到视频处理和显示电路14。
存储器5包含下列区域：
-已经提及的先入先出写TS的缓冲器15，用于将要写入的过滤过的TS分组数据存储到硬盘；
-先入先出读TS的缓冲器(TS Read FIFO)16，用于存储从硬盘读取的TS分组数据；
-特技模式缓冲区17，用于存储将要写入硬盘的特技模式信息或将要从硬盘读取的特技模式信息。
(b)PES层记录
为了PES层记录的目的，存储器5包含三个标记为18至20的写先入先出缓冲区，分别指示音频PES、视频PES和其他数据；还包含三个标记为21至23的读先入先出缓冲区，分别指示同样类型的分组。
当解码器运行在PES模式时，不使用第二多路信号分离器，PES分组直接通过读先入先出缓冲区21和22从硬盘12传输到PES分析器6。
读先入先出缓冲区15、16和18至23最好按循环方式组织。
2.海量存储设备
现在介绍硬盘驱动器文件系统。盘驱动器12拥有图2所图示的文件系统，该文件系统专用于音频/视频流记录和再现。该文件系统响应它管理的数据类型的特殊请求。本文件系统针对具有相对大尺寸的块的非同步数据流的顺序访问进行了优化。
作为其变形的、专用于记录和还原其他非流数据的第二文件系统可以出现在同一硬盘上。该第二文件系统针对随机访问更通常的计算机型文件进行了优化。根数据块可以通用于这两个文件系统。第二个文件系统是常规类型的，诸如UNIX或MINIX文件系统，将不对其作更详细的介绍。
图3仔细图示了该流文件系统。这个文件系统包括一个超级块、一个节点存储区、一个运行扩展存储区、一个音频/视频数据存储区和一个位表区，其中位表区保存描述三个存储区中的每一个的每个基本存储结构的状态的三位表。
根块包括有关于硬盘驱动器的一般信息、诸如卷名和卷识别符、BIOS参数和根程序。
所述超级块含有有关于流文件系统的信息，具体地说，是该文件系统的不同区的地址(在逻辑块地址(LBA)下)和容量大小。
所述节点存储区用于存储节点。节点是描述存储在音频/视频数据存储区的文件的数据结构。它也可以描述目录。它含有诸如文件名、父目录信息和文件所在的音频/视频数据存储区个部分的说明这样的信息。这个信息在LBA运行(run)的形式下给出，由LBA起始地址以及形成该运行的LBA块的数量定义。由于可以在已知的节点存储有限数量的运行，因此节点内的指针可以指向位于对应的存储区中的一个运行扩展数据结构。如果将节点用于描述目录，则将文件位置信息用文件或目录识别符替代。第一个节点描述根目录。
运行扩展存储区含有识别适合于已知文件的未来LBA运行的特殊数据结构。
位表区含有三个位表：节点位表、运行扩展位表和存储基本单元位表。前两个表分别指示自由或未使用状态的每个节点，分别运行扩展。第三个表对每个基本存储单元来说是相同的，根据本实施例，它代表一个128K字节的块(当然，可以使用不同尺寸的块特别是更大容量的块，128K字节值只是一个示范)。
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128K字节。
利用上述数据结构，微处理器10可以创建和删除文件以及将数据写入这些文件和从这些文件读区数据。
(a)对于TS层记录：
图4 b是用于TS层记录的SEU的图。
SEU包括一个短首标和多个多路信号复用的整个TS分组构成的有效容量。由于SEU的尺寸因为SEU含有整数个TS分组而为512字节的倍数，所以，必须添加一个数量的填充位到有效容量(playload)。
(b)对于PES层记录：
图4a说明了PES流SEU的内容。SEU包括一个首标，和根据本实施例，还包括多达三个变尺寸的区，分别指示视频PES分组、音频PES分组和其他PES分组。
虽然这是一个示例，但区域数量不限于三个。可以将几个视频基本流、音频基本流和辅助数据流装载到SEU内的对应数量的区域中。在这种情况下，存储器5会包括对应数量的读/写FIFO。为每个缓冲器保留的空间可以依赖于假定所要保存的数据类型，即与基本视频流有关的缓冲器会大于与基本音频流有关的缓冲器。随TS流发送的MPEG PMT表描述对应于不同PID的有效容量的性质。
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规律的TS分组怎样由接收器的不同组件进行控制得到最好的解释。一旦多路信号分离器选择了对应于编程的PID值的分组，它就在存储器5的循环写先入先出缓冲区15中存储它们。分组的内容的类型，即视频(V)、音频(A)或其他(O)，可以由微处理器10根据分组的首标中的各个PID值来确定。为了提取在以下将要详细描述的一定类型的特技模式信息，而分析(即由流分析器6进行分析)由多路信号分离器处理的视频(V)传输流分组的内容。原则上，对音频或其他数据分组不执行这种分析。在先入先出缓冲区15中维持该流中的TS分组的原始次序。因此，不同分组中的连续计数器值仍然保持连贯。此外，还保持不同流之间的同步(特别是对应于同一事件的音频和视频流之间的同步)。微处理器10管理用于写先入先出缓冲区15的写指针。当写和读指针之间的差达到相当于128K字节减去SEU首标的尺寸时，该微处理器启动一个针对硬盘的写处理。
对于TS记录，每个SEU首标含有一个TS分组负载容量中的有用数据的长度指示，以便区分TS分组和填充位。
(b)PES层记录：
在这种情况下，多路信号分离器和滤波器4不仅在将TS负载容量即PES分组写入RAM 5之前过滤TS分组，而且还剥离TS层。将PES分组根据被传输的TS分组的PID的值，传输到循环写先入先出缓冲区18至20之一中。微处理器10管理用于这些先入先出缓冲区的每一个的写指针。当关于所有缓冲器的写和读指针之间的差达到相当于128K字节减去SEU首标的尺寸时，该微处理器启动一个针对硬盘的写处理。为了特技模式信息，而由流分析器分析视频PES。
对于PES记录，首标含有每种类型的数据的量的、将要写入SEU信息，即与具体PID有关的每个区域的尺寸，以及SEU中的每块区域的偏移地址。在PES记录的情况下，不使用填充位：PES分组可以在一个SEU中开始，而在紧随其后的SEU中结束。
适合TS或PES记录的写处理通过发送适当的命令给EIDE接口和指定该写操作应该开始的LBA地址以及将要写的LBA的数量来由微处理器10启动。一旦硬盘准备好执行写处理，该微处理器就用适当的中断通知EIDE接口。
该写处理通过将由微处理器10产生的SEU首标内容写入HDD接口来继续。写处理还通过从TS写先入先出缓冲区15(对于TS记录)或者写先入先出缓冲区18至20之一(关于PES记录)启动针对HDD接口13的DMA处理来继续。在一种熟知的方式中，HDD接口13包括用于磁盘访问的缓冲器的高速缓冲存储器。
这里当然假设已经由微处理器打开了适当的文件，并且该微处理器也已经将被传输的数据的目标SEU指向了EIDE接口。
当这个硬盘写处理正在进行时，将连续将分组(Ts或PES)写入先入先出缓冲区。
对于PES记录，如果图5a说明了先入先出缓冲区和刚刚开始向磁盘传输时的读和写指针状态，那么图5b代表实现该传输的状态。当该指针达到先入先出缓冲区的地址时，它们绕回到底地址。虽然图5a和5b中的先入先出缓冲区全都具有同一明确的尺寸，但可以使用不同的尺寸。类似的处理适用于TS记录。
本实施例几乎是有关于TS流分组记录和再现的，但毫无疑问，适合于其他层的记录/再现，特别是PES层，也在本发明的范围之内。
此外，虽然本实施例中微处理器10管理硬盘驱动器的文件系统，但这个任务也可以由接收器中的其他处理器来执行，特别是视频解码器9。
另外，虽然用于本实施例的海量存储设备是硬盘驱动器，但其他类型的设备也可以使用。例如，可以采用可记录光盘或数字视频盘。

Claims (6)

1.一种用于在可连接到记录介质的数字视频处理设备中记录数据的方法，其特征在于，它包括步骤：
-接收数据分组流，每个数据分组与N个分组识别符(PID)之一有关；
-提供N(N＞1)个缓冲器，用于分别接收对应于N个分组识别符PID之一的分组；
-监视存储在该N个缓冲器中的数据总量；以及
-当所述数据总量达到一预定级别时，触发将包含在缓冲器的数据写到记录介质的写操作。
2.根据权利要求1的方法，其中该预定级别相当于记录介质上的数据记录单元的尺寸减去为服务信息保留的空间容量。
3.根据权利要求2的方法，其中该写入步骤包括将不同缓冲器中的数据写入同一记录介质。
4.根据权利要求3的方法，还包括将首标写入所述记录单元的步骤，所述首标指示来自每个缓冲器的数据：对应的PID分组识别符、尺寸和在记录单元中的数据位置。
5.一种数字视频处理设备，包括多路信号分离器和记录介质，其特征在于，它还包括：
-N个缓冲器，其中N是大于1的整数，
-用于控制已多路分解的数据分组的写入所述缓冲器的装置，其中每个数据分组有关于N个分组识别符之一，每个缓冲器接收对应于具体的PID分组识别符的数据分组，该装置还用于控制每个缓冲器中的数据分组量，以便当所有缓冲器中的数据分组的总和达到预定级别时，触发将缓冲器内容写入记录介质的写操作。
6.根据权利要求5的方法，其中该预定级别相当于记录介质上的数据记录单元的尺寸。
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