CN1838758B - 用于显示加密视频数据的方法、系统及解码器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以图像级嵌入个人视频录制功能的系统、方法和设备。在一个实施例中，介绍了用于存储数据结构的计算机可读的媒介。所述数据结构包括图像头以及位于图像头之后的至少一条命令。

Description

用于显示加密视频数据的方法、系统及解码器系统
技术领域
本发明涉及视频数据处理，更具体地说，涉及一种以图像级嵌入个人视频录制功能的系统、方法和设备。
背景技术
个人视频录制功能允许用户倒回、快进、暂停和慢速播放视频数据。上述功能是通过从组成视频数据的图像中选择显示部分图像来实现的。
许多视频压缩标准中引入了视频图像间的数据依赖性。结果视频中的一些图像是依赖于该视频中其他图像的数据。只有当其它图像解码后，依赖该其它图像数据的图像才能进行解码。
压缩标准通常约束了视频数据中图像间可允许的数据依赖性，导致解码顺序与标准视频显示顺序有关联。然而相对于倒回和快进顺序的解码顺序有很大的不同。
出于版权及安全考虑，越来越多(increasingly)的视频数据是加密的。视频数据通常以封包(transport packets)形式传输。封包包括报头和有效载荷。有效载荷包括加密的视频数据。
加密数据的使用使个人视频录制功能变复杂了。一些个人视频录制功能能以不同于标准重放(playback)的顺序显示图像。在标准重放中，视频数据流通常是被连续地存取和消耗。在很多个人视频录制功能中，视频数据以不连续的顺序显示。加密使得在适当间隔上存取数据变得复杂。
比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
发明内容
本发明公开了一种以图像级嵌入个人视频录制功能的系统、方法和设备，如附图所示及结合附图所作的描述以及如权利要求中对本发明的更完整的阐述。
根据本发明的一方面，提供一种用于存储数据结构的计算机可读媒介，其中，所述数据结构包括：
图像头；和
位于图像头之后的至少一条命令。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述数据结构包括用户数据，其中该用户数据包括至少一条命令。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述用户数据紧接在图像头之后。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述用户数据包括用户数据开始码和签名(signature)。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述数据结构包括图像有效载荷，所述图像有效载荷位于所述至少一条命令之后。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述至少一条命令用于倒回功能。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述至少一条命令用于快进功能。
优选地，在本发明的计算机可读媒介中，所述数据结构还包括：位于所述用户数据之后的图像有效载荷。
根据本发明的一方面，提供一种用于解码视频数据的解码系统，该解码系统包括：
用于将命令写入图像数据结构中的控制器。
优选地，在本发明的解码系统中，还包括用于执行所述命令的视频解码器。
优选地，在本发明的解码系统中，所述图像数据结构包括图像头，所述控制器将所述命令写在图像头之后。
优选地，在本发明的解码系统中，所述图像数据结构包括用户数据，所述用户数据包括开始码、签名和所述命令。
优选地，在本发明的解码系统中，视频解码器执行所述命令导致倒回操作。
优选地，在本发明的解码系统中，视频解码器执行所述命令导致快进操作。
根据本发明的一方面，提供一种用于显示加密视频数据的方法，该方法包括：
解密包含有多个图像的第一加密数据结构以还原该第一数据结构；
解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像；和
当解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像时，解密包含有多个图像的第二加密数据结构。
优选地，在本发明的方法中，还包括存储所述第一数据结构。
优选地，在本发明的方法中，还包括：生成第一索引，该第一索引将第一数据结构中一个或多个图像与对应的一个或多个地址关联，其中每一个所述图像被存储在与其关联的一个或多个地址中。
优选地，在本发明的方法中，所述视频数据具有标准重放顺序，其中在该标准重放顺序下，所述第二数据结构中的一个或多个图像先于所述第一数据结构中的一个或多个图像显示。
优选地，在本发明的方法中，解密第二加密数据结构还包括：
提取该加密视频数据的一部分，该部分从“一个地址”开始，该“一个地址”与“另一个地址”之间有一个预定的偏移量，其中所述第一加密数据结构从该“另一个地址”开始存储。
优选地，在本发明的方法中，解密第二加密数据结构还包括：
解密该加密视频数据的一部分；和
提取该加密视频数据的另一部分，该另一部分从“第三个地址”开始，该“第三个地址”与所述地址之间有一个预定的偏移量，其中，所述“该加密视频数据的一部分”不包括第二加密数据结构。
优选地，在本发明的方法中，包括：将命令写入到第一数据结构中的至少一个图像中。
优选地，在本发明的方法中，所述至少一个图像包括报头，所述命令的写入包括：将命令写入到所述至少一个图像的报头中。
优选地，在本发明的方法中，所述命令完成倒回功能。
优选地，在本发明的方法中，所述命令完成快进功能。
根据本发明的一方面，提供一种用于显示加密视频数据的系统，该系统包括：
解密引擎，用于解密包含有多个图像的第一加密数据结构以还原该第一数据结构；
视频解码器，用于解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像；
其中，当所述视频解码器解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像时，所述解密引擎解密包含有多个图像的第二加密数据结构。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，包括用于存储第一数据结构的缓冲器。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，包括：
主机处理器，该主机处理器用于生成第一索引，该第一索引将第一数据结构中一个或多个图像与对应的一个或多个地址关联，其中每一个所述图像被存储在与其关联的一个或多个地址中。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述视频数据具有标准重放顺序，其中在该标准重放顺序下，所述第二数据结构中的一个或多个图像先于所述第一数据结构中的一个或多个图像显示。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述主机处理器提取该加密视频数据的一部分，该部分从“一个地址”开始，该“一个地址”与“另一个地址”之间有一个预定的偏移量，其中所述第一加密数据结构从该“另一个地址”开始存储。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，当所述主机处理器提取该加密的视频数据的另一部分时，解密引擎解密所述“加密的视频数据的一部分”，其中，所述“另一部分”从“第三个地址”开始，该“第三个地址”与所述个地址之间有一个预定的偏移量，其中，所述“该加密的视频数据的一部分”不包括第二个加密的数据结构。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述主机处理器将命令写入到第一数据结构中的至少一个图像中。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述至少一个图像包括报头，所述命令的写入包括：将命令写入到所述至少一个图像的报头中。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述命令完成倒回功能。
优选地，在本发明的用于显示加密视频数据的系统中，所述命令完成快进功能。
从以下的描述和附图中，可以得到对本发明的各种优点、各个方面、创新特征、及其实施例细节的更深入的理解。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是加密和压缩视频数据的示意图；
图2是根据本发明实施例用于对视频数据进行解码的电路原理框图；
图3是存储加密的图像组(GOP)的存储器的示意图；
图4是根据本发明的实施例快进功能的流程图；
图5是根据本发明的实施例倒回功能的流程图；
图6是根据本发明的实施例存储有用于执行个人视频录制功能命令的图像的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例经MPEG(运动图像专家组)编码处理的典型视频数据101的示意图。视频数据101包括一系列图像103。每个图像103包括亮度Y 105、红色度Cr 107和蓝色度Cb 109象素的二维网格。
图像103可是使用各种压缩技术进行压缩，这些压缩技术采用时间和空间冗余。另外，图像103包括报头103(a)，报头103(a)中有参数信息。图像103组合成称为“图像组”(GOP)123的数据结构。GOP 123还包括用于进一步描述该GOP的附加参数。多个GOP 123集到一起构成视频序列125。
出于版权及安全考虑，越来越多的视频数据是加密的。因此，视频序列125可用任何一种方案加密。接着，加密后的视频序列128被打包成封包(transport packets)130。封包130是长度固定的数据包，包括报头130(a)和有效载荷130(b)。例如，MPEG标准采用的封包是188字节，包括4字节报头和184字节有效载荷。有效载荷130(b)携带加密的视频序列128。
图2是根据本发明实施例用于对加密的视频数据进行解密和解码的电路原理框图。数据被接收并存储在同步动态随机存储器(SDRAM)201的缓冲器203中。数据可从通信信道或存储器中接收，所述通信信道包括卫星或线缆通信链路等，所述存储器包括硬盘或DVD等。
然后缓冲器203的数据输出被传递给数据传输处理器205。数据传输处理器205将传输码流解复用成打包的基本码流元，将音频传输码流传给音频解码器215，将视频传输码流传给视频传输处理器207。
视频传输处理器207从传输包130的码流中提取有效载荷130(b)，从而还原加密的视频128。解密引擎208接收和解密该加密的视频128，从而还原视频序列125，然后将视频序列125写入到压缩数据缓冲器218中。
视频解码器209解压缩来自压缩数据缓冲器218的视频序列125中的图像103，并将图像103写入帧缓冲器219。显示引擎211缩放图像103，再现图形和构造完整的显示。
该电路也支持个人视频录制功能，如快进、倒回等。该电路包括用于接收来自控制面板223的信号的接收器221。控制面板223包括多种输入装置，如手持红外或射频遥控单元，或键盘。控制面板223可以是电路的一部分，也可以独立于电路。
用户可以从控制面板223上启动个人视频录制功能。控制面板223通过接收器221将与特定个人视频录制功能相关的信号提供给控制器216。
在标准重放过程中，图像103以摄像机录制过程中捕捉的顺序显示。另外，MPEG-2中，标准重放时，按照图像103接收的顺序解码图像103。这样，能够按照视频数据接收的顺序将视频数据写入到缓冲器203中。数据传输处理器205、视频传输处理器207和解密引擎208通过从缓冲器203的连续地址上提取视频数据来处理视频数据。类似地，视频解码器209通过从压缩数据缓冲器218的连续位置上提取视频数据来解码视频数据。这可以通过使用指针来实现。
快进和倒回操作时，视频数据不一定按照接收视频数据的顺序解码。相反，快进和倒回时，图像的解码顺序可以跳过某些图像。在倒回操作时，可以反向解码图像。
因此，控制器216从缓冲器203中提取加密的GOP 123。解密引擎208解密所提取的GOP 123并把该GOP 123写入到压缩数据缓冲器218中。控制器216为GOP 123创建图像表230。图像表230为压缩数据缓冲器218中的GOP 123的图像103建立了索引，指示了诸如图像103的类型以及图像103在压缩数据缓冲器218中的开始地址的信息。
视频解码器209使用图像表230定位特定的图像。另外，控制器216往图像103写入命令。在一些实施例中，命令可写到用户数据中，所述用户数据紧接在图像头之后。视频解码器209可操作地探测和执行所述命令。命令的执行可实现个人视频录制功能。当视频解码器209解码某个GOP 123时，控制器216和解密引擎208按照视频录制功能顺序提取、解密下一个GOP 123并为之创建表和写入命令。在快进时，所述下一个GOP 123是标准重放顺序中的下一个GOP 123。在倒回时，所述下一个GOP 123是标准重放顺序中的前一个GOP 123。
现在参考图3，图3是存储在缓冲器203中加密的GOP 123(n-2)、123(n-1)、123(n)、123(n+1)、123(n+2)……的示意图。加密的GOP 123通常按照其被接收的顺序存储在缓冲器203中，而加密的GOP通常按照标准重放的顺序被接收。
当标准重放GOP 123(n)的图像103时，电路接收到快进功能的请求，控制器216提取GOP 123(n)′的结尾部分。解密引擎208解密GOP 123(n)′的余下部分并将解密后的该部分写入压缩数据缓冲器218中。控制器216也接收和分析GOP 123(n)′的该余下部分以创建图像表230。视频解码器209解码GOP 123(n)′结尾部分的至少一些图像。根据本发明的一些方面，控制器216也能写入执行所述快进功能的命令。
当视频解码器209解码GOP 123(n)′结尾部分的至少一些图像时，控制器216提取GOP 123(n+1)。解密引擎208解密GOP 123(n+1)并将解密后的GOP 123(n+1)写入压缩数据缓冲器218。控制器216接收和分析GOP 123(n+1)，为GOP 123(n+1)创建图像表230。上述步骤可以对任意数量的GOP重复进行。
控制器216通过使用指针ptr能提取GOP 123(n)′和下一个GOP 123(n+1)、GOP 123(n+2)……的结尾部分。控制器216通过使用指针ptr提取GOP 123(n)′的余下部分以提取数据字(data word)。每提取一个数据字后，指针ptr都累加。在前述方法中，控制器216能提取GOP 123(n)′余下部分的数据字，接着是GOP(n+1)。
当标准播放GOP 123(n)的图像103时，电路接收倒回功能的请求，控制器216提取GOP 123(n)″的开始部分。解密引擎208解密GOP 123(n)″的开始部分并将解密后的该部分写入压缩数据缓冲器218中。控制器216也接收和分析GOP 123(n)″的开始部分以创建图像表230。
视频解码器209解码GOP 123(n)″开始部分的至少一些图像。根据本发明的一些方面，控制器216也能写入执行所述倒回功能的命令。
当视频解码器209解码GOP 123(n)″开始部分的至少一些图像时，控制器216提取GOP 123(n-1)。解密引擎208解密GOP 123(n-1)并将解密后的GOP 123(n-1)写入压缩数据缓冲器218。控制器216接收和分析GOP 123(n-1)，为GOP 123(n-1)创建图像表230。上述步骤可以对任意数量的GOP重复进行。
控制器216通过使用指针ptr能提取GOP 123(n)″和GOP 123(n-1)、GOP 123(n-2)……的结尾部分。控制器216将指针ptr减小预定的偏移量。该偏移量要选择得足够大以使指针ptr至少能指向该GOP的开始地址前的地址。指针ptr减小后，解密引擎208提取和解密该指针ptr指向的地址上的数据字。控制器216检查解密后的视频数据。当控制器216检测到GOP的起始点时，数据字被写入压缩数据缓冲器218中。
现在参考图4，图4是根据本发明实施例的快进功能的流程图。步骤405中，控制器216接收快进指令。步骤410中，提取GOP(n)′的结尾部分。步骤415中，解密GOP(n)′的结尾部分。步骤420中，控制器216为该GOP(n)′的余下部分创建图像表230。步骤425中，控制器216将要执行的快进命令写入GOP(n)′的图像103中。
步骤430中，提取向前方向的下一个GOP，如GOP 123(n+1)。步骤435中，当根据写入到图像中的命令解码前一个GOP时，解密和存储当前GOP。步骤440中，当解码前一个GOP时，控制器216为当前GOP创建图像表230。步骤445中，当解码前一个GOP时，控制器216将要执行的快进命令写入当前GOP的图像中。上述步骤430--445能在任意数目的GOP上重复任意多次。
现在参考图5，图5是根据本发明实施例的倒回功能的流程图。步骤505中，控制器216接收倒回命令。步骤510中，指针ptr减小一个偏移量。步骤515中，对从新指针地址开始到该部分的结尾之间的视频数据进行解密。步骤517中，控制器在等待，直到找到GOP(n)的起始点为止。步骤520中，找到GOP(n)的起始点后，控制器216为GOP 123(n)″的开始部分创建图像表230。步骤525中，控制器216将要执行的倒回命令写入图像103中。
步骤530中，指针ptr减小一个偏移量。步骤532中，从新指针地址开始的视频数据被解密。步骤534中，控制216等待，直到找到下一个GOP(n-1)的起始点为止。步骤535中，解密该GOP。步骤540中，控制器216为该GOP创建图像表230。步骤545中，控制器216将要执行的倒回命令写入该GOP的图像103中。上述步骤530--545能在任意数目的GOP上重复任意多次。步骤530--545中，视频解密器209解码下一个GOP如GOP 123(n)的至少一些图像。
现在参考图6，图6是由视频解码器209执行的存储命令的图像103示意图。图像103包括图像头103(a)。图像头103(a)之后是用户数据(user data，简称ud)。
控制器216首先将用户数据开始代码“USER DATA START CODE”、签名“SIGNATURE”写入用户数据中，接着把执行快进或倒回功能的命令“CMD……CMD”写入用户数据ud中。例如，所述签名“SIGNATURE”包括如0x42 52 434D。
如果控制器216往图像103中插入命令“CMD”前，图像103已包含有用户数据，那么，控制器216将用户数据开始代码“USER DATA START CODE”、签名“SIGNATURE”、命令“CMD……CMD”写入到原有的用户数据开始代码“USERDATA START CODE”和用户数据“DATA”之前。
例如，特定的命令序列包括申请日期为2002年12月11日、申请序列号为10/317,389、名称为“Command Packet System and Method SupportingImproved Trick Mode Performance in Video Decoding Systems”(视频解码系统中支持改良的特技模式性能的命令分组系统和方法)中阐述的命令序列。这里全面参考了该文本。
以上所述并不取决于插入到封包中的命令。即使应用程序未使用传输层(如封包基本码流层或基本码流层)，主机应用程序也可向视频解码器发送命令。这是因为命令是携带在用户数据中的。而所述用户数据在码流中携带，不需要封包报头或数据包(transport header or packets)。因此，不使用传输码流(transport stream)的系统也能用以上所述的方法来传输数据。
本发明的实施例可以通过多种产品来实现，如单个芯片、特定用途的集成电路(ASIC)或以独立组件集成到系统其他部分的解码系统。集成程度主要由速度与成本考虑决定。由于现代处理器种类繁多，所以使用商业可用的处理器也是可能的，所述商业可用的处理器可外接到ASIC中。可选地，如果处理器可以作为ASIC核心或逻辑块，而商业可用的处理器可作为ASIC设备的一部分，其中，一些功能可以在固件中实现。在一个实施例中，本发明包括集成电路。
虽然本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。
此外，根据本发明的指导进行的各种修改以适应特定的环境或材料也并未脱离本发明的范围。因此，本发明并不限于公开的那些具体实施例，本发明包括落入权利要求范围内的所有实施例。

Claims (4)

1.一种用于显示加密视频数据的方法，包括：
解密包含有多个图像的第一加密数据结构以还原该第一数据结构；
解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像；和
当解码所述第一数据结构中的所述多个图像中至少一些图像时，解密包含有多个图像的第二加密数据结构；
将命令写入到第一数据结构中的至少一个图像中，所述至少一个图像包括图像头和用户数据，所述用户数据紧接在图像头之后，所述命令的写入包括：将命令写入到所述至少一个图像的用户数据中，所述命令用于实现倒回功能或快进功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括存储所述第一数据结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，还包括：
生成第一索引，该第一索引将第一数据结构中的一个或多个图像与对应的一个或多个地址关联，其中每一个所述图像都被存储在与其关联的一个或多个地址中。
4.根据权利要求1所述的方法，所述视频数据具有标准重放顺序，其中在该标准重放顺序下，所述第二数据结构中的一个或多个图像先于所述第一数据结构中的一个或多个图像显示。
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