CN1491387A - 管理对存储介质的存取的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管理对记录媒体的存取的方法和设备，该记录媒体包括一组数字广播数据，所述组包括广播信息和导航信息。此设备包括：高速缓冲存储器，用于暂时存储从记录媒体读取的广播信息和至少包括包含在与此广播信息相关的导航信息中的数据的数据结构，管理装置，用于管理存在于高速缓冲存储器中的广播信息，以便擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息和它的相关数据结构，并且从记录媒体读取数字广播数据以致把相应的广播信息和它的关联数据结构写入到所述高速缓冲存储器中。

Description

管理对存储介质的存取的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于管理对包含一组数字广播数据的记录媒体的存取的设备和方法，以及包含此设备的系统。
更一般地说，本发明涉及多媒体的范围。
背景技术
被记录在直接存取记录媒体(CD、DVD、硬盘)上的一组数字广播数据一般包括除了广播信息之外还有导航信息，此导航信息使之能够获得来自所记录广播信息的至少一个位置。此导航信息使之能够识别形成广播流的至少一些存取单元，并且使之能够单独地存取在存储单元中的每一个存取单元组或者一些存取单元组，以便读取它们。这些导航数据可以与广播流一起传输或者通过分析广播流在系统中局部性的产生。
由广播流和导航信息组成的数字广播数据组可以是与存取单元组合在一起的数据结构，并且允许随机存取每一个存取单元或者存取单元组。在本申请中此结构被称作强化的多媒体结构。
＂广播信息＂被理解为经过一定的时间从记录媒体被直接分配到广播装置(电视机、声频系统等等)或者传输通道的任何信息。广播信息例如涉及但不是专门地涉及视频和/或音频信号，也可以涉及另外的自然信号。一般地＂对象＂指的是构成广播流的元素或一组元素。＂直接存取记录媒体＂指允许以读取方式或者以写入方式在介质的任何位置或者在某一存取位置直接定位的任何信息媒介。
实际上，在被压缩的视听流的情况下，例如根据MPEG标准(＂运动图像专家组Motion Picture Expert Group＂的简称)比如MPEG-2，被称为PES(＂分组化基本流Packetized Elementary Streams＂)分组或者传输流或TS类型分组的基本流类型分组被记录在硬盘或HDD(＂硬盘驱动器Hard Disk Drive＂)。在该情况下，一个对象能够指定一个MPEG图像或者MPEG图像组，或者PES包或MPEG音频帧，或一组多路复用TS包。
在其中广播流被存储在存储装置或者硬盘，例如在数字视频解码器的系统中，在广播流被读出和被发送到MPEG解码器之前，用户希望具有使用特殊表现模式的可能性。特殊表现模式(或者＂特技模式＂)可以特别地包括图像快进或快退、慢动作或者暂停的回放模式。
以倒序呈现被编码为MPEG格式的视频序列是一个难题。这是因为，根据MPEG格式，构成MPEG视频流的存取单元通过参考以前被传输的对象被编码。事实上，存取单元按照它们被解码的顺序被传输，以便最终以不同的顺序显示。
强化的多媒体结构允许分析它所描述的广播多媒体内容和它的特别处理，以便实施特殊表现模式。
根据公知的系统，包含视频的EMS(强化的多媒体结构EnrichedMultimedia Structure)的适当处理过程使之能够以加速或者低速循环或倒退呈现它的内容。因此实施常规情况下在录像机上可以获得的所有显示方式。
此类处理的研究已经表明以特技模式存取广播数据可以具有下列特性：
-非连续读取存取单元：
-它们没有被全部读取
-它们没有以精确的顺序被读取。
-某些存取单元在一个有限的期间内并且在密集瞬间被若干次读取。
用于存取和发送流的传统方法通过使用循环管理缓冲存储器，采用用于存储介质伪连续读取的系统。这些方法经证明不适用于如上所述的特技模式的原因是：
-连续读取引起不仅仅是必要的对象被读取，
-由于流读取方向可能不是恒定的，所以存在关于缓冲器的圆形度和它的非连续填充的令人为难的不连续性，
-如果期望保持在环形缓冲器中的一个存取单元长于其他的，那么不可能从缓冲器中释放出没有被使用但是随后加权的存取单元。
发明内容
所以本发明提供一种设备，通过一个图像接着一个图像地存取流以便避免浪费存储器，同时最优化存取记录媒体，使之能够克服如上所述的缺陷。
为此，本发明提供一种设备，用于管理存取包含一组数字广播数据的记录媒体，其中所述组包括广播信息和导航信息，其特征在于包括：
高速缓冲存储器，用于暂时存储从记录媒体读取的广播信息和至少包括包含在与此广播信息相关的导航信息中的数据的数据结构，
管理装置，用于管理存在于高速缓冲存储器中的广播信息，以便擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息和它的相关数据结构，并且从记录媒体读取数字广播数据以致把相应的广播信息和它的关联数据结构写入到所述高速缓冲存储器中。
此设备被称作图像高速缓冲存储器。
图像高速缓冲存储器必需通过使客户能够在存储器中获得他们所请求的对象来为客户服务。所以图像高速缓冲存储器负责管理被用于其上的高速缓冲存储器，用于把新对象从记录媒体装载到其上并且用于从其上删除旧对象。
高速缓冲存储器是一个实质上在尺寸上小于记录媒体尺寸的存储区域，但是对于存储器典型的存取方式和时间，在这一情况下要快于记录媒体。
图像高速缓冲存储器的高速缓冲存储器是一个存储区域，其中广播信息被暂时存储。  此存储区域可以简单地为系统共享存储器的分区。广播信息更好的是来自于记录媒体的数字数据，并且被用于广播装置或传输通道。这些广播数据通常根据一个标准比如MPEG-2被编码，并且代表存取单元或存取单元组。
管理装置可以简单地为在系统中可以获得并且共享的计算单元中运行的软件。它也可以通过ASIC单元(＂专用集成电路Application Specific IntegratedCircuit＂的简称)被实施为硬件。此管理装置确定从记录媒体中读取新对象并且确定删除已经存在于高速缓冲存储器的存储器中的旧对象，以致确保所请求的对象存在于高速缓冲存储器中。
用于图像高速缓冲存储器管理的数据结构至少列出了保存在存储器中的广播信息的标识符和专用于其存储的参数(例如地址和尺寸)。这使之能够知道广播数据存在于高速缓冲存储器中并且存取这些数据以便读取它们。
根据一个特定的特征，关于广播信息的数据结构至少包括从类型中获得的数据、时基基准和广播信息索引。所以此数据结构以一种有效的方式包含允许图像高速缓冲存储器管理图像的数据。
这些参数允许存在于高速缓冲存储器中的广播数据的有利管理。这是因为，当新对象对于解码是必需时，对应于由解码器所请求的对象，高速缓冲存储器的管理装置必须由从记录媒体读取的数据来替换广播数据。
在一个优选实施方式中，广播信息最好是音频和/或视频并且用于特技模式。
在该情况下与公知技术相比较，本发明是特别有利的，特别是在以倒退播放模式读取的情况下，其中环形缓冲器的使用使得不可能以与其输入时不同的顺序提取存取单元。此外，与广播信息相关的数据结构使装载预期图像成为可能。
根据另一个特征，当接收广播信息需求请求时，管理装置擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息和与其相关的数据结构，并且根据相关的导航信息或存在于相关数据结构中的信息及特技模式从记录媒体读取数字广播数据。
因此，当新对象对于解码是必需时，对应于由解码器所请求的对象，高速缓冲存储器的管理装置由从记录媒体读取的数据来替换广播数据。
根据第一个具体实施方式，管理装置包括加权广播数据的装置，所述加权装置根据与要加权的广播信息相关的数据结构中的信息和/或根据特技模式加权广播信息。
加权装置使用加权规则，以致以比其它的更加快的速度擦除广播数据，对该广播数据进行的删除和随后的再装载仅仅是轻微的或者根本未进行。
因此管理装置能够最佳地确定存在于高速缓冲存储器中的对象的退化，以致删除它们并且释放将能够接收由客户请求的新对象的存储空间，同时确保对象的最小数目从存储单元被装载。
例如，在MPEG-2视频流的情况下，对象是图像，从高速缓冲存储器要被删除的图像根据所请求图像的索引和呈现方向被确定。在前进播放模式中，具有最低索引的图像将从高速缓冲存储器中删除。在倒退播放模式中，具有最大索引的图像将被删除。
然而，由于高速缓冲存储器的碎片，可能出现单一对象的删除不足以在高速缓冲存储器中释放出用于装载新对象的足够空间。
然后这有益于从高速缓冲存储器中连续删除存储在与在先前已经被删除的广播数据邻接的地址处的广播数据。此释放的存储器的二次迭代阶段使之能够确保这些新进行的对象删除实际上增加了空闲单片存储器区域的尺寸。然后可以确定对象的最小数目因此从高速缓冲存储器中被删除，以致释放所请求的存储空间。
这些显示模式实际上目前被用于许多视频系统中。
相应地，本发明涉及一种存取包括一组数字广播数据的记录媒体的方法，所述组包括广播信息和导航信息，最好是音频和/或视频，所述广播数据可能被设计用于各种特技模式。
根据本发明，
在高速缓冲存储器中暂时存储从记录媒体读取的广播信息和与所述广播信息相关联的数据结构，
通过擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息并通过从记录媒体读取数字广播数据根据确定的特殊表现模式管理存在于高速缓冲存储器中广播信息，以将对应的广播信息和与其相关联的数据结构写入所述高速缓冲存储器。
本发明还涉及一种视频解码设备，包括用于管理存取如上所述记录媒体的设备。
本发明还涉及一种电视接收机，包括用于管理存取如上所述记录媒体的设备。
前文所述关于该设备的优点等同地适用于根据本发明的方法、视频解码设备和电视接收机。
附图说明
通过不受限制的实施例参考其中的附图，在阅读以下具体实施方式实施例的描述之后，本发明将更加容易理解并且其它特征和优点就会变得更清楚，其中：
-图1表示电视解码器的图形，
-图2表示图1的部分装置的软件模型的图形并且被用于执行特技模式，
-图3表示根据本具体实施方式实施例的强化的多媒体结构的实例，
-图4表示与存储在高速缓冲存储器中的广播信息相关联的数据结构，
-图5表示通过管理装置执行用于把新图像装载到高速缓冲存储器的流程图。
具体实施方式
图1的数字电视接收器解码器包括由调谐器馈送的错误校正电路2和模-数转换器(没有表示出)。校正的数字信号被发送给传输流信号多路分离器滤波器4。此信号多路分离器滤波器4被连接到接收器1的中央通信总线3。它的任务是选择在输入的新数据流中的传输流分组并且把它们发送给接收器的各种应用。为此，它包括由微处理器11编程的滤波器。
为了记录MPEG流，接收器包括通过接口7，例如EIDE接口连接到总线3的硬盘8。一体化存储器6被所有的接收器处理所共享。此存储器特别地包括分配给图像高速缓冲存储器的存储区域。
为了解码流，接收器1还分别包括被连接到中央总线3的音频解码器12与视频解码器13。第二个传输信号多路分离器滤波器9能够过滤除源于EIDE接口的记录的传送流的音频与视频成分，并且能够把它们传送到存储器6或解码器12和13。依靠记录模式，可能在先前已经去除掉传输流的层或者也可能没有被去除掉。
为了这里的描述，对于存储在盘上的每一个视频存取单元，并按记录的次序，导航信息包括的图像类型(I、P或B)，其时基基准、所讨论图像的位置，以及图像组的链接和细节。
在2000年4月5日申请的发明名称为＂利用虚拟首标的插入对数字视频系统中的数字视频流进行解码的方法和装置(Method and device for decoding adigital video stream in a digital video system using dummy header insertion)＂、申请号为00400941.1、申请人为汤姆森多媒体公司的欧洲专利申请中描述了导航信息结构实例。
图2是接收器1的软件模型的图形。它包括下列单元：
-显示管理程序(14)。
此软件模型具有解码方法的普通控制的作用。依靠显示方法(前进/倒退，慢速/快速)，此模块规定哪个图像应被传送、解码或显示。
例如，如果显示模式是以X倍正常速度快速倒退再现，那么此模型确定哪个图像将被显示，图像的类型(I、B、P)，并且在P或B型图像的情况下，确定应被事先解码的其他图像。此方法将被循环执行。
显示管理程序经由导航信息访问管理器访问导航信息。
基于循环解码算法，显示管理程序调度图像高速缓冲存储器把其所希望传送到MPEG视频解码器13的视频存取单元的存储器地址6提供给它。
-导航信息访问管理器(19)。
显示管理程序需要在所记录流中的导航信息。此信息被存储在硬盘8上。导航信息访问管理器具有从硬盘8收集信息和当后者请求时把信息提供给显示管理程序的功能。
-图像高速缓冲存储器管理器(20)。
将被解码的每个图像(为了显示或者稍后不被显示)必须在暂时存入存储器6之后被发送到MPEG视频解码器13。用于存取被压缩内容所必需的全部信息在导航信息中提供。此外如果必要，图像高速缓冲存储器具有从硬盘传输由显示管理程序所识别的图像数据到存储器6的功能。对于每一个必须被解码的图像，图像高速缓冲存储器通过显示管理程序被访问，以便把对于图像传送所必需的参数从存储器6提供给解码器13，尤其是在存储器中的图像地址和其尺寸。
图像高速缓冲存储器20的管理器执行图5的流程图。当必须消除来自于高速缓冲存储器(6)的数据以便为存储新图像而释放存储空间时，考虑相关联数据结构的参数以及当前所请求的特殊表现模式，并且加权这些不同的参数以便确定要被删除的图像。
-视频解码管理程序(15)
当接收和识别新的视频存取单元时，视频解码器通知视频解码管理程序。借助于源自于显示管理程序的队列，视频解码管理程序已经事先接收整个指令时间表，并且指定该精确图像的解码和/或显示。基于此指令，视频解码管理程序对这一所检测新图像的解码进行编号，并且如果图像将被显示，那么告知视频显示管理器显示此图像必须和应如何进行(交织帧的顺序)。
MPEG视频解码API(应用可编程接口Application ProgrammableInterface)(16)允许关于解码和各个图像的任何显示的某些类型的校验和操作。特别地，API能够接收解码各个图像的顺序，并且随后在一给定时间以某一图像间隔数目显示，或者根本不显示。
当需要时，显示管理程序请求新图像的传递，并且在发送另一请求之前等待直到传递终止。通过图像高速缓冲存储器管理器将传递的完成用信号通知它。
图3表示强化的多媒体结构。强化的多媒体结构由数字广播流60和与补偿此广播流60的多种存取单元61、62、63、64相关联的导航信息组成。
数字广播流60由存取单元61、62、63、64组成。导航信息与每一个存取单元相关联。导航信息71和81、72和82、73和83、74和84分别与存取单元61、62、63、64相关联。在此导航信息中，存在存取单元的尺寸、存取单元的地址及其它参数。从一个存取单元到另一存取单元的导航信息的项目也彼此相联系。事实上，对于某些类型的流例如MPEG2，需要知道之前或者随后的图像是什么。此信息被存储在分别与存取单元61、62、63和64相关联并且形成各自强化的多媒体结构的部分的关系表格81、82、83、84中。
图4表示与存储在高速缓冲存储器(6)中的广播信息相关联的数据结构(50)。
每个数据结构50包括两种类型的信息，在一方面，包括关于图像本身特有的特性的信息52和关于在高速缓冲存储器中的图像地址和其尺寸的信息51，地址和尺寸是对于管理任一高速缓冲存储器必需的信息。
存在于字段52中的信息允许高速缓冲存储器的有利管理。例如此信息是图像的类型、图像的时基基准和图像的索引。
在图5中，在步骤E1，显示管理程序请求一个新图像。然后在步骤E2，图像高速缓冲存储器穿过高速缓冲存储器的N行。在步骤E3的测试期间，如果所请求的图像存在于高速缓冲存储器中，进入步骤E10，否则进入步骤E4。
在步骤E4中，确定来自于高速缓冲存储器的哪个图像将被删除，以便把所请求的新图像放置其中。将被删除的图像的选择考虑了与所述图像相关联的导航信息、特技模式和与所述图像相关联的数据结构。加权这些准则以确定将被擦除的图像。
在步骤E5，当将被删除的图像已经确定时，对应于此图像的存储区域被再分配。
在步骤E6中，所请求图像的导航信息被复制到代替所删除图像的导航信息的高速缓冲存储器的数据结构中。特别地此信息给出所请求图像的尺寸。
在步骤E7中，进行一个测试，以便发现在步骤E5过程中被再分配的空间是否足够存储所请求的图像。如果再分配的空间的尺寸小于所请求图像的尺寸，那么在步骤E8中附加的图像被删除，此图像最好被存储在存储器中与先前被删除图像邻接的区域中。
否则，如果再分配的存储空间足够存储所请求图像，那么进入步骤E9，在此期间所请求图像从硬盘被加载到图像高速缓冲存储器中。
然后，进入步骤E10，其中把在存储器6中的图像的坐标的细节给予显示管理程序以致把它传送给视频解码器是可能的。
现在将描述在图1的电视解码器中的数据路由选择的实例，其中倒退播放模式作为特殊表现模式。
让我们考虑高速缓冲存储器的尺寸固定为4的情形，并且高速缓冲存储器包含下列图像：
-行A，具有索引值1234的图像，内部图像0，
-行B，具有索引值1235的图像，预测图像3，
-行C，具有索引值1238的图像，预测图像6，
-行D，具有索引值1240的图像，双向预测图像5。
图像索引1240是最后的一个图像，其通过特技模式14的管理程序已经被使用和请求。
现在管理程序请求图像B4(双向预测图像4)，它先于双向图像5。来自管理程序的请求是把在存储器中的对于所需要的图像的描述符的基准传递到图像高速缓冲存储器。图像高速缓冲存储器发现在图像描述符中的为1239的所预期图像的索引，并且将能够把已经存在于高速缓冲存储器中的图像的索引与此索引进行比较，索引被按数据结构存储在存储器中。所以数据结构的扫描给出的结果为图像1239不存在于高速缓冲存储器中。所以必需把图像1239加载到高速缓冲存储器中，但是为了这么做，释放一些空间是必须的。
举例来说，让我们假定加权装置使用图像的索引，以便执行加权。在倒退播放模式中，具有最大索引的图像必须被删除，即，在此该图像具有索引1240。
与在数据结构中的行D图像相关联的数据是索引1240、类型、双向性、在GOP中的图像数目5(基于时间的基准)、图像的尺寸(11356)和图像的压缩数据的存储器地址。所以首先，被用于具有索引1240的图像的存储区域被再分配，给定管理此区域的地址的存储器。
然后根据在导航信息中的新图像的描述符，更新与高速缓冲存储器行D相关联的数据。这些数据是索引、1239，类型、B，时基基准、4，尺寸11356字节和无意义地址，例如0x00000，当数据被写入到高速缓冲存储器时，这些地址被填入。
存储区域必须被保留，以便能够在其中存储此图像的压缩数据。然后存储器管理程序被调用，以分配11536字节。如果此分配是成功的，那么管理器返回被分配的区域0xAF000800的地址。然后此地址被写入到数据结构以便替换最初的无意义地址。
如果通过删除来自高速缓冲存储器行D的具有索引1240的图像被释放的存储空间不够充足，那么将有必要删除来自高速缓冲存储器的附加图像以便释放更多的存储器。然后将可能搜索使用与已经被重新分配的区域邻接的存储区域的高速缓冲存储器一行或若干行，并且删除此行，然后重新尝试分配。
然后图像的压缩数据从硬盘(记录媒体)被加载到高速缓冲存储器中的先前被分配区域中。为了访问在读取过程中的数字文件中的图像，使用在文件中的此图像第一比特的位置，此位置提供有导航信息。此位置、图像的尺寸和被加载的地址被传输到文件管理器，此文件管理器把来自硬盘的数据传送到存储器。一旦此传送已经终止，可以把来自高速缓冲存储器的数字数据再发送到MPEG视频解码器。
然后图像高速缓冲存储器准备处理新请求。逻辑上此请求是对于预测图像3的请求，也就是说，具有索引1235的图像存在于高速缓冲存储器行B中。对于已经存在于高速缓冲存储器中的此图像，高速缓冲存储器直接把它传送给MPEG视频解码器，并且不需要读取在硬盘上的数据。
图像仅仅一次被加载到高速缓冲存储器，所以性能增强。视频解码器内部的操作是并行的。例如，当高速缓冲存储器在读取来自盘的广播信息时，前一图像通过使用例如由处理器11驱动的DMA类型传送器被传送到MPEG视频解码器。在这个时候，解码器解码前一图像并且显示器显示另一个在前图像。

Claims (11)

1.用于管理对包括一组数字广播数据(60)的记录媒体(8)的存取的设备，所述组包括广播信息和导航信息，其特征在于包括：
高速缓冲存储器(6)，用于暂时存储从记录媒体(8)读取的广播信息和至少包括包含在与此广播信息相关的导航信息(50)中的数据的数据结构，
管理装置(20)，用于管理存在于高速缓冲存储器中的广播信息，以便擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息和它的相关数据结构，并且从记录媒体读取数字广播数据以致把相应的广播信息和它的关联数据结构(50)写入到所述高速缓冲存储器中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于关于广播信息的数据结构至少包括从类型中获得的数据、时基基准和广播信息索引。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于广播信息最好是音频和/或视频，并且用作特技模式。
4.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于当接收广播信息命令请求时，管理装置擦除存在于高速缓冲存储器中的广播信息(E5)和与其相关的数据结构(50)，并且根据相关的导航信息或存在于相关数据结构(50)中的信息并且以特技模式从记录媒体读取数字广播数据。
5.根据权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于管理装置包括加权广播数据的设备，所述加权装置根据与要加权的广播信息相关的数据结构中的信息和/或根据特技模式加权广播信息。
6.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于每当空闲的空间不够充足时，管理装置能够重复地擦除在高速缓冲存储器的邻接区中的存储器中存储的广播信息(E7、E8)。
7.存取包括一组数字广播数据的记录媒体的方法，所述组包括广播信息和导航信息，更好地是音频和/或视频，所述广播数据可以用作各种特技模式，其特征在于
在高速缓冲存储器(6)中暂时存储从记录媒体(8)读取的广播信息和与所述广播信息相关联的数据结构(50)，
通过擦除(E5)存在于高速缓冲存储器中的广播信息并通过从记录媒体(8)读取数字广播数据根据确定的特殊表现模式管理(20)存在于高速缓冲存储器(6)中广播信息，以将对应的广播信息和与其相关联的数据结构(50)写入所述高速缓冲存储器(6)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于存在于高速缓冲存储器(6)中的广播信息和它的关联数据结构被擦除(E5)，并且根据关联导航信息和/或存在于关联数据结构(50)中的信息和/或特技模式从记录媒体(8)读取数字广播数据。
9.根据权利要求7或8之一所述的方法，其特征在于根据关于与将被加权的广播信息相关联的数据结构(50)的信息和/或根据特技模式，将广播信息加权。
10.一种视频解码设备，包括在视频解码器(13)的上游的根据权利要求1至6之一所述的用于存取记录媒体(8)的设备。
11.一种电视接收器，包括根据权利要求1至6的任何一个所述的用于存取记录媒体(8)的设备。
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