DE60102831T2 - System und verfahren zur verarbeitung von mpeg-stroemen fuer die einfuegung von dateiindex - Google Patents

System und verfahren zur verarbeitung von mpeg-stroemen fuer die einfuegung von dateiindex Download PDF

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Description

  • Zugrunde liegende Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht das Vorrecht der US Provisional Patent Application mit dem Titel „Apparati and Methods For Processing MPEG Streams" vom gleichen Erfinder, Seriennummer 60/232,893, eingereicht am 15. September 2000 und veröffentlicht als US-A-2002/048450.
  • Die vorliegende Erfindung liegt den gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen zugrunde mit den Titeln: „System and Method of Processing MPEG Streams For Timecode Packet Insertion" mit der Seriennummer 09/850,201, eingereicht am 7. Mai 2001 und veröffentlicht als US-A-2002/034255; „System and Method of Timecode Repair and Synchronization in MPEG Streams", Seriennummer 09/850,253, eingereicht am 7. Mai 2001 und veröffentlicht als US-A-2002/035732; und „System and Method of Processing MPEG Streams For Storyboard and Rights Metadata Insertion", Seriennummer 09/850,522, eingereicht am 7. Mai 2001 und veröffentlicht als US-A-2002/033842, die alle auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Komprimierung, Katalogisierung und Wiedergabe von Videofilmen und, genauer gesagt, die Verarbeitung von komprimierten Videodaten.
  • 2. Beschreibung der zugrunde liegenden Technik
  • Die Infrastruktur und der Prozess, die benötigt werden, um ein Videoarchiv im digitalen Bereich zu entwickeln und zu bedienen, sind in der Broadcast-Videoindustrie gut bekannt. Der Archivierungsprozess beginnt üblicherweise mit dem Digitalisieren und Komprimieren des analogen Videos mit Hilfe von MPEG-1- oder MPEG-2-Komprimierung, anschließend wird die komprimierte Videodatei in einen Langzeitspeicher versetzt. Um die Wiedergabequalität des Videos zu erhalten, wählen die Broadcaster normalerweise eine hohe Komprimierungsbitrate (d. h. 15–40 Mbps), die die Wiederherstellung des Originalvideos trotz des Verlusts des MPEG-Komprimierungsschemas mit einer relativ hohen Wiedergabetreue ermöglicht.
  • Muss das Video für die Betrachtung und die Nachbearbeitung verteilt werden, stellt die hohe Bitrate des komprimierten Videos jedoch beachtliche Probleme für die lokalen Rechnernetze und die Infrastruktur der Rechnerdatenstationen der Broadcaster dar. Die hohe Netzbandbreite und die Zeit, die benötigt wird, um die Daten innerhalb des Unternehmens zu übermitteln, begrenzen die Anzahl der gleichzeitig stattfindenden Übertragungen und behindern die Produktivität deutlich. Als Reaktion auf dieses Problem hinsichtlich der Bandbreite erstellen die Broadcaster eine zusätzliche Kopie des Videos mit einer viel geringeren Komprimierungsbitrate (d. h. 1,5–4 Mbps). Diese Datei mit einer niedrigen Bitrate, die „Proxy"- oder „Browse"-Datei genannt wird, ermöglicht es den Benutzern, ein Video schnell herunterzuladen oder es mit Hilfe eines Streaming-Videoservers direkt auf dem Computerbildschirm anzuschauen. Um das Anschauen von Videodaten auch außerhalb der lokalen Rechnernetze zu erleichtern, wird oft eine zweite Proxy-Datei mit einer sehr niedrigen Bitrate (56–1000 Kbps) für das Streamen über Erdleitungen mit geringer Geschwindigkeit codiert.
  • Nach der Aufnahme des Videos in das Archiv besteht der nächste Schritt des Archivierungsprozesses in der Erstellung eines Eintrags für das Video im Katalog der Videobibliothek. Dieser Eintrag enthält Metadaten, die relevante Informationen zum Video enthalten. Inhalt und Format des Videokatalogeintrags, die normalerweise bei jedem Broadcaster spezifisch sind, erleichtern das Suchen und Wiederfinden von Videoclips innerhalb der Videobibliothek des Broadcasters. Im Handel gibt es derzeit Videokatalogisierungsanwendungen (Cataloger), die automatisch Metadaten aus einer MPEG-1- oder MPEG-2-Videodatei extrahieren, wie beispielsweise den Closed Caption-Text, und den Text des eigentlichen Audioprogramms, der durch eine Technologie zur Spracherkennung ermittelt wird. Cataloger extrahieren des Weiteren Metadaten aus dem Video, indem sie Szenenänderungen analysieren und nach jedem Schnitt oder jedem größeren Szenenwechsel eine Bitmap des ersten Frames erstellen. Diese individuell als „Thumbnails" oder zusammengefasst als Storyboard bezeichneten Bitmaps werden als wichtige Metadaten betrachtet, weil sie es dem Endbenutzer ermöglichen, sehr schnell den Inhalt des Videos zu erkennen. Ohne Storyboard muss der Endbenutzer das Video anschauen oder es sich zumindest im Schnellvorlauf ansehen, um das gewünschte Videosegment zu finden.
  • Ein gemeinsames Merkmal von Videokatalogisierungsanwendungen besteht für den Endbenutzer in der Möglichkeit, beim Betrachten der Katalogeinträge und Metadaten die Proxy-Datei durch Doppelklicken auf einen beliebigen „Thumbnail" wiederzugeben. Der MPEG-Player, der innerhalb des Anwendungsfensters untergebracht ist, spielt das Video ab dem mit dem „Thumbnail" verbundenen Zeitcode. Der Player führt diese Funktion aus, indem er dem Streaming-Videoserver eine Play-from-Offset-Anforderung schickt. Eine Begrenzung der MPEG-Syntax erlaubt den willkürlichen Zugriff auf das Video nur auf der Ebene der GOP-Header (Group of Pictures, Bildsequenz). Noch genauer muss der Player für eine willkürliche Wiedergabe innerhalb einer MPEG-Datei Folgendes decodieren: einen Pack-Header, um die Systemtaktung zu erhalten, einen System-Header, um die Audio- und Videoströme zu identifizieren, einen Sequenz-Header, um das Videoformat syntaktisch zu analysieren, eine Sequenzerweiterung für weitere Videoformat-Informationen und einen GOP-Header, um an einem „I-Frame" (Intra-Frame) mit dem Decodieren zu beginnen.
  • Im Gegensatz zu anderen Block basierten Komprimierungsalgorithmen ist die Framegröße in MPEG variabel, deshalb muss zur Lokalisierung der Frames die Datei sequenziell gelesen werden. Um die Play-from-Offset-Funktion zu implementieren, müssen MPEG-Player im Allgemeinen eine grobe, auf der Multiplex-Bitrate basierende Berechnung durchführen. Um beispielsweise in einem 8 Mbps-Video die Wiedergabe bei Offset 00:00:10:15 (10 Sekunden, 15 Frames) starten zu können, muss der Player die folgende Formel anwenden:
  • Figure 00040001
  • Da diese Formel nur einen Annäherungswert darstellt und der Player keine Kenntnisse über die GOP-Grenzen besitzt, wird der Player willkürlich eine Anzahl an Bytes aus diesem Ergebnis abziehen, um sicherzustellen, dass die Wiedergabe vor dem Ziel-Frame beginnt. Dieses grobe Verfahren ist jedoch nicht zufrieden stellend, weil möglicherweise bis zu 15 Frames eines fehlerhaften Videos angeschaut werden müssen, bevor es dem Codierer gelingt, ein vollständiges, fehlerfreies Videobild zu erzeugen. Zusätzlich geht diese Formel davon aus, dass das Video mit einer konstanten Bitrate komprimiert wurde. Wurde ein Komprimierungsschema mit variabler Bitrate verwendet, besteht kein Zusammenhang zwischen Bitrate, Dateigröße und Videodauer.
  • Eine weitere konventionelle Technik zur Implementierung der Play-from-Offset-Funktion besteht darin, dass der Videoserver eine Indexdatei erstellt, die den Offset jeder GOP im Video enthält. Der Player gibt einen Zeit-Offset an den Streaming-Server weiter, und der Server durchsucht zur Feststellung des Datei-Byte-Offsets eine Tabelle. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Server für jedes Video eine zusätzliche Datei anlegen und verwalten muss. Wenn die Video-MPEG-Datei in einen Nearline-Bandeinheitenspeicher übermittelt wird, müssen beide Dateien auf Band geschrieben und von dort wiederhergestellt werden. Dies erschwert außerdem die Übertragung von Videos zwischen Servern, die normalerweise ausgeführt wird, um einen Belastungsausgleich Aufrecht zu erhalten oder Videodateien von anderen Content-Providern zu importieren.
  • Ein weiteres Problem bei der Server basierten Implementierung der Play-from-Offset-Funktion tritt deshalb auf, weil das vom Benutzer angeforderte Bild wahrscheinlich nicht mit der GOP-Grenze übereinstimmen wird. Der Player hat keine Kenntnisse über den Zeitcode des Start-Frames, deshalb wird der Suchlauf beim ersten Bild der GOP gestartet, und der Endbenutzer ist gezwungen, in einzelnen Schritten zum gewünschten Bild zu gelangen. Dieses Vorgehen ist für die Broadcast-Videoindustrie nicht annehmbar. Von nichtlinearen Videogeräten wird erwartet, dass der Suchlauf mit minimaler Verspätung beim Ziel-Frame ist.
  • Deshalb gibt es einen Bedarf an einem System und Verfahren zur automatischen Einfügung von Dateiindexinformationen in eine vorhandene MPEG-Videodatei, damit ein MPEG-Player für die präzise Ausführung der Play-from-Offset-Funktion vorab die SMPTE-Zeitcodes und Dateioffsets der Bildsequenzen (GOP) kennt. Dieses System und Verfahren sollte in der Lage sein, ohne eine separate Indexdatei auf eine Weise zu arbeiten, die sicherstellt, dass die MPEG-Videodatei weiterhin ohne Fehler von jeder den technischen Anforderungen entsprechenden MPEG-Decoder-Engine decodierbar ist.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Der dargestellte Sachverhalt sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten deutlicher verständlich, wobei auf mehrere Zeichnungen Bezug genommen wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Einfügung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle in eine zuvor codierte MPEG-Videodatei für einen bildgenauen willkürlichen Zugriff auf jedes individuelle Videobild im Play-from-Offset-Modus. Dieses Verfahren erzeugt eine komprimierte GOP-Offset-Tabelle mit einem Eintrag für jeden GOP-Header von jedem Videopaket der MPEG-Videodatei und verändert die MPEG-Videodatei, indem es die komprimierte GOP-Tabelle am Anfang der MPEG-Videodatei als mindestens ein Füllpaket einfügt, wobei die Erfüllung der MPEG-Anforderungen und die komprimierten Audio-/Videodaten der MPEG-Videodatei beibehalten werden. Dieses Verfahren verfügt außerdem über einen Vorgang zur Schätzung der Anzahl der Füllpakete, die für die GOP-Offset-Tabelle benötigt werden, und begrenzt dadurch das Lesen der MPEG-Videodatei auf einen einzigen Lesevorgang. Einigen komprimierten Füllpaketen mit der GOP-Offset-Tabelle geht dabei ein Pack-Header mit einem Systemuhrbezug (System Clock Reference, SCR) voraus. Das Füllpaket beinhaltet daneben einen Standard-PES-Header, eine Offset-Tabellensignatur, ein Feld für den Start-Zeitcode und ein Feld für die GOP-Startadresse.
  • Jeder Eintrag des GOP-Headers beinhaltet des Weiteren ein Feld für die Anzahl der Frames innerhalb einer vorangegangenen GOP, und ein Feld für einen GOP-Adressen-Offset mit einer Offset-Adresse des dem GOP-Header entsprechenden Pack-Headers. Diese Felder werden vor der Decodierung der GOP-Offset-Tabelle für die Resynchronisierung eines MPEG-Decodertakts und für die Wiederherstellung des Zeitcodes und des Adressen-Offsets von jedem GOP-Header während der Dekomprimierung und Decodierung verwendet, indem die Anzahl der Frames und der Adressen-Offset jedes GOP-Header-Eintrags jeweils zum Zeitcode und zur GOP-Startadresse hinzugefügt werden, wodurch ein willkürlicher Zugriff auf jedes individuelle Videobild im Play-from-Offset-Modus ermöglicht wird. Das Verfahren verfügt außerdem über einen Schritt zur zeitlich rückwirkenden SCR-Anpassung nach dem Einfügen der GOP-Offset-Tabelle, um eine genaue Systemtaktung zu erhalten.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die das oben genannte Verfahren der Ausführungsart der vorliegenden Erfindung implementiert.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Programmspeicherung, die von einem Computer gelesen werden kann und ein Programm von Anweisungen enthält, die vom Computer ausgeführt werden, um Vorgänge des oben genannten Verfahrens der Ausführungsart der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Referenznummern durchgängig auf entsprechende Teile verweisen:
  • 1 ist eine Darstellung eines konventionellen Video-Aufnahme-/Katalogisierungssystems gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 stellt die Positionierung der Anwendung zur Einfügung einer GOP-Offset-Tabelle innerhalb eines vorhandenen Videokatalogisierungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dar;
  • 3 zeigt die Formatierung einer ursprünglich codierten MPEG-Datei, in die eine GOP-Offset-Tabelle gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung eingefügt wurde;
  • 4 zeigt eine Datenstruktur eines Füllpakets mit einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle für die Codierung und Übermittlung der GOP-Offset-Tabelleninformationen gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist ein logisches Flussdiagramm der wichtigsten Softwareroutine einer Anwendung zur Einfügung einer GOP-Offset-Tabelle gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist ein logisches Flussdiagramm einer Softwareroutine zur Analyse einer MPEG-Videodatei für die Schätzung der Frame- und GOP-Anzahl gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 7A und 7B zeigen ein logisches Flussdiagramm einer Softwareroutine für die Verarbeitung einer MPEG-Datei, um den Adressen-Offset und die Größe jedes GOP zu extrahieren, gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist eine Darstellung der Datenstruktur einer GOP-Offset-Tabelle gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 9A und 9B zeigen den logischen Ablauf einer Softwareroutine für die Formatierung komprimierter MPEG-Pakete, die GOP-Offset-Tabelleninformationen enthalten, gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 10 zeigt den logischen Ablauf der Softwareroutine für das Einfügen von GOP-Offset-Paketen in eine MPEG-Datei ohne Störung der vorhandenen komprimierten MPEG-Daten gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung;
  • 11A und 11B zeigen einen logischen Ablauf einer Softwareroutine, der von einem MPEG-Player genutzt wird, um die GOP-Offset-Tabelle von einem eintreffenden MPEG-Strom zu extrahieren, gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung; und
  • 12 ist eine Darstellung einer grafischen Benutzeroberfläche (Graphical User Interface, GUI) eines MPEG-Players und eines Catalogers, der für die Katalogisierung von Videos verwendet wird, um Video- und Metadatenströme anzuzeigen, gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
  • In der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, und in welchen durch die Art der Darstellung von spezifischen Ausführungsarten gezeigt wird, wie die Erfindung umgesetzt werden könnte. Es versteht sich, dass andere Ausführungsarten verwendet und strukturelle und funktionelle Änderungen durchgeführt werden können, ohne dass vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren, einer Vorrichtung zur Programmspeicherung und einem System zur Verarbeitung von MPEG-1- oder MPEG-2-Videodateien, um Dateiindexinformationen in Form einer GOP-Offset-Tabelle mit GOP-SMPTE-Zeitcode und GOP-Byteoffset automatisch in eine vorhandene MPEG-Datei einzufügen, um ohne Modifizierung oder Veränderung der ursprünglichen komprimierten Video-/Audiodaten eine präzise Play-from-Offset-Leistungsfähigkeit zu erreichen, während die MPEG-Übereinstimmung vollständig erhalten bleibt, so dass die normalen Aufnahme- und Katalogprozeduren des Broadcasters unverändert bleiben. Die Erfindung ist in der Lage, die GOP-Offset-Tabelle in jeden vorhandenen übereinstimmenden MPEG-1-Systemstrom, MPEG-2-Programmstrom oder MPEG-2-Transportstrom einzufügen, unabhängig vom Hersteller des MPEG-Codierers/Decoders.
  • Des Weiteren sind die bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Existenz der GOP-Offset-Tabelle für MPEG-Decoder transparent zu machen, die nicht in der Lage sind, diese zu extrahieren, und die erhöhte Länge sowie die Wiedergabeverzögerung der modifizierten MPEG-Datei zu minimieren. Sie können Bitfehler, die während des Streamens eines MPEG-Videos über ein Telekommunikationsnetzwerk entstanden sind, entdecken und beheben, und können die MPEG-Videodatei auf effiziente Art verarbeiten, da die Datei nur ein einziges Mal gelesen werden muss. Des Weiteren arbeiten sie ohne den Gebrauch einer separaten Indexdatei, auf eine Art, die gewährleistet, dass die MPEG-Videodatei weiterhin ohne Fehler von jeder übereinstimmenden MPEG-Decoder-Engine decodierbar bleibt.
  • 1 ist eine Darstellung eines konventionellen Video-Aufnahme-/Katalogisierungssystems gemäß dem Stand der Technik. In 1 stellt ein Videorecorder 100 das Ausgangsvideo zur Codierung bereit. Eine Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 125 steuert parallel drei MPEG-Codierer 105, 115, 120, die eine hoch auflösende Videodatei und zwei Proxies erzeugen. Der hoch auflösende MPEG-Codierer 105 wird durch einen Broadcast-Video-Server 110 ergänzt. Erzeugt die Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 125 MPEG-Dateien 128 und damit verbundene Metadaten 135, werden die Katalogeinträge mit Hilfe einer Videobibliotheksanwendung 140 im Videobibliothekskatalog 130 erzeugt oder aktualisiert. Das Katalogisieren und Indexieren der Videodateien ermöglicht anschließend das Suchen und Wiederfinden.
  • Nach der Beendigung des Codierens werden die komprimierten Dateien auf einen Streaming-Videoserver 145 übertragen, der Daten per FTP oder Isochron-Streaming an den MPEG-Decoder/Player 160 übertragen kann. Der gesamte Inhalt des Videos wird in ein Bandarchiv 150 zur Langzeitspeicherung kopiert und bei Bedarf zurückgeholt. Der Endbenutzer findet den Inhalt im Katalog der Videobibliothek 130 mittels einer Katalogsuchmaschine 155. Die durch die Sucheingabe ermittelten Katalogeinträge werden mit Hilfe eines Catalogers/Metadata-Viewers 165 individuell geprüft. Das gesamte Video oder jeder beliebige Teil davon kann über den MPEG-Player 160 angeschaut werden.
  • 2 ist eine Darstellung eines Video-Aufnahme-/Katalogisierungssystems gemäß der bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung verarbeitet eine vorhandene MPEG-1- oder MPEG-2-Videodatei und fügt eine GOP-Offset-Tabelle als Startpaket bzw. Startpakete des Stroms ein. Die GOP-Offset-Tabelle wird als MPEG-Füllpakete eingefügt (beispielsweise mit einem Startcode OxBE). Füllpakete werden normalerweise von einem Codierer erzeugt, um den Strom mit externen Null-Daten zu füllen, um eine konstante Bitrate beizubehalten. Füllpakete werden normalerweise vom MPEG-Decoder gelöscht. Die vorliegende Erfindung markiert diese eingefügten Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle eindeutig mit einer Signatur, die von jedem MPEG-Decoder erkannt wird, der in der Lage ist, die GOP-Offset-Tabelle zu extrahieren.
  • Die Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle werden eingefügt, ohne den MPEG-Strom erneut zu multiplexen und ohne Präsentations-Zeitstempel (Presentation Timestamps, PTS), Decoder-Zeitstempel (Decoder Timestamps, DTS), Systemuhrbezug (System Clock Reference, SCR) oder jede andere MPEG-Datenstruktur der ursprünglichen Videodatei zu modifizieren. Die resultierende Videodatei erfüllt weiterhin alle MPEG-Anforderungen, und die eingefügte GOP-Offset-Tabelle hat keine nachteilige Auswirkung auf den Betrieb anderer MPEG-Hardware oder MPEG-Softwaredecoder. Die Technik der Einfügung von GOP-Offset-Tabellen funktioniert auf jeder mit MPEG übereinstimmenden Programmstrom- oder Tansportstromdatei, unabhängig vom Hersteller des Codierers.
  • Wenn die Datei vom angeschlossenen MPEG-Player codiert wird, wird die GOP-Offset-Tabelle extrahiert und für die Zeit im Speicher gespeichert, in der die Datei das aktive Video bleibt.
  • Wenn der Benutzer an beliebige Stellen im Video springt, lokalisiert der Player den nächsten vorangegangenen GOP-Header mit Hilfe einer effizienten binären Suche, die auf den in der GOP-Offset-Tabelle gespeicherten Zeitcode Bezug nimmt. wird das Video isochron von einem Videoserver gestreamt, sendet der Player die Adresse des Ziel-GOP-Headers an den Server, der dann den aktuellen Dateilesezeiger aktualisiert und den Videostrom neu startet. Decodiert der Player eine lokal gespeicherte MPEG-Datei, veranlasst der Player eine Eigenaktualisierung des entsprechenden Dateilesezeigers.
  • Die vorliegende Erfindung besitzt Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da kein Bedarf an der Erzeugung und Verwaltung einer separaten Datei, die Daten-zur GOP-Indexierung enthält, besteht. Die eingebettete GOP-Offset-Tabelle wird zu einem festen Bestandteil der Proxy-Videodateien, die sich im Videoarchiv befinden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Modifikation der MPEG-Serversoftware erforderlich ist.
  • Wie aus 2 ersichtlich, werden gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung Proxy-Dateien, die von zwei Codierern 205, 210 mit niedriger Auflösung erzeugt wurden, auf einer Festplatte 260 eines separaten Gerätes 265 gespeichert, um von einer Anwendung zur Einfügung von GOP-Offset-Tabellen (GOP offset insertion application, GOTIA) 265 verarbeitet zu werden. Der Aufruf der GOTIA 265 wird automatisch von einem Workflow Manager 235 nach der Mitteilung einer Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 230, dass die Ausführung der Codierung abgeschlossen würde, ausgelöst. Wenn die Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 230 die Beendigung des Jobs dem Workflow Manager 235 meldet, ruft der Workflow Manager im Gegenzug die GOTIA 265 auf, die die GOP-Offset-Tabellen-Pakete in die MPEG-Videodatei einfügt und anschließend die modifizierte MPEG-Datei 258 auf einen Streaming-Videoserver 250 kopiert.
  • 2 zeigt ebenfalls einen Videorecorder 200, der ein Ausgangsvideo zur Codierung bereitstellt. Die Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 230 steuert parallel drei MPEG-Codierer 205, 215, 210, die eine hoch auflösende Videodatei und zwei Proxies erzeugen. In den hoch auflösenden MPEG-Codierer 215 wurde ein Broadcast-Video-Server 220 zum Senden integriert. Erzeugt die Aufnahme-/Katalogisierungsanwendung 230 Metadatendateien 245, werden in einem Videobibliothekskatalog 240 mit Hilfe einer Anwendung für Videobibliotheken 255 Katalogeinträge erzeugt oder aktualisiert. Das Katalogisieren und Indexieren von Videodateien ermöglicht das anschließende Suchen und Wiederfinden.
  • Die vollständige Proxy-Videodatei des Codierers 205, oder jeder beliebige Teil davon, sowie die in der Suchanfrage gefundenen Katalogeinträge und Metadaten können über den MPEG-Player und Metadata-Viewer 275 angeschaut werden, der eine Play-at-Offset-Anforderung an den Streaming-Videoserver 250 senden kann. Das System aus 2 kann ebenfalls einen Webbrowser-MPEG-Player-Plugin 270 als Bestandteil haben, der eine Play-at-Offset-Anforderung zum Streaming-Videoserver 250 senden und von ihm ein Streaming-Video erhalten kann, das ursprünglich vom Proxy-Codierer 210 codiert wurde.
  • 3 veranschaulicht die Formatierung einer MPEG-Datei 300 in der ursprünglichen Codierung mit Audiopaketen 305, Videopaketen 310 und Füllpaketen 315 sowie eine MPEG-Videodatei 308, die gemäß der vorliegenden Erfindung neu formatiert und in die gemäß der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung eine GOP-Offset-Tabelle 340 eingefügt wurde. Deshalb ist 3 eine nicht skalierte Darstellung des MPEG-Dateiformats auf hohem Niveau, vor und nach Einfügung der GOP-Offset-Tabelle 340. Die GOP-Offset-Tabelle 340 ist als eine Reihe von Füllpaketen mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 am Anfang der MPEG-Datei 308 eingefügt, damit der MPEG-Player die gesamte GOP-Offset-Tabelle 340 in seinem Speicher (nicht dargestellt) zusammensetzen kann, bevor die Videowiedergabe gestartet wird. Die GOP-Offset-Tabelle 340 ist in die Füllpakete 345, 350 eingebettet, die normalerweise von Decodern gelöscht würden. Die Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 enthalten jedoch eine identifizierende Offset-Tabellensignatur, um sie von anderen Füllpaketen 365 zu unterscheiden, und eine Füllpaket-Sequenznummer, die zurückgesetzt wird, um das letzte Füllpaket mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 zu signalisieren, wenn eine ganze Sequenz von Füllpaketen mit der GOP-Offset-Tabelle 340 erzeugt wird.
  • Die Füllpakete 345, 350 enthalten außerdem eine 32-Bit-Kontrollsumme zur Bitfehlererkennung. Wird ein Fehler entdeckt, hat der MPEG-Player die Möglichkeit, nochmals ein Playout vom Server anzufordern, damit die MPEG-Videodatei 308 mit der GOP-Offset-Tabelle 340 mit möglichst wenig Verzögerung erneut übertragen wird. Sobald die GOP-Offset-Tabelle einmal im Speicher des MPEG-Players erstellt wurde, wird sie nicht mehr erneut im MPEG-Player zusammengesetzt, selbst wenn das Video erneut von Beginn an gestartet wird. Nur das Laden einer anderen MPEG-Videodatei wird ein Löschen und erneutes Erstellen der GOP-Offset-Tabelle verursachen.
  • Wie aus 3 ersichtlich, wird die GOP-Offset-Tabelle 340 als eine Reihe von MPEG-Füllpaketen 345, 350 codiert, die am Anfang der ursprünglichen MPEG-Datei platziert sind. Um eine Erfüllung der MPEG-Anforderungen zu gewährleisten und ein genaues Decodieren zu erleichtern, beginnt die Datei 308 mit einem Pack-Header 320 und einem System-Header 325. Ein Füllpaket-Header 330, 348 wird direkt vor einigen oder allen Füllpaketen mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 platziert. Ein PES-Header (Packetised Elementary Stream, Gepackter Elementarstrom) 335, 349, wird am Anfang jedes Füllpakets mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 platziert. Ein in jedem neu erzeugten Datei-Pack-Header (320, 330, 348) enthaltener Systemuhrbezug (SCR) wird zeitlich rückwirkend angepasst, um eine genaue Systemtaktung zu erhalten. Der Rest der verarbeiteten MPEG-Videodatei 308 enthält die gleichen Audiopakete 355 und Videopakete 360 wie die ursprüngliche MPEG-Videodatei 300.
  • In den bevorzugten Ausführungsarten hat jedes Füllpaket mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 eine Größe von 2480 Bytes, um bis zu 800 3-Byte-Einträge der komprimierten Offset-Tabelle zu puffern, trotz eines möglicherweise abweichenden Werts. Das bedeutet bei einer GOP-Länge von 15 Bildern eine Videospieldauer von 6 Minuten und 40 Sekunden. Bei einer angenommenen Streaming-Bitrate von 3 Mbps verlängert ein einziges Füllpaket mit der Offset-Tabelle 345, 350 die Downloadzeit des Videos um 6,6 Millisekunden. Der Start eines 20-minütigen Videos verzögert sich somit um weniger als 20 Millisekunden.
  • 4 veranschaulicht eine Datenstruktur eines Füllpakets mit einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle 345, 350, die gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung zum Kodieren und Übertragen der GOP-Offset-Tabelleninformationen verwendet wird. Als erstes besitzt es einen konventionellen PES-Header 335, 349, der aus einem Füllstartcode 400, einer Paket-PES-Länge 405 und einer End-of-Header-Markierung 410 besteht. Nach dem Standard-PES-Header beinhaltet das Füllpaket mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle von 4 der vorliegenden Erfindung außerdem: eine Füllpaketsequenznummer 415, eine Offset-Tabellensignatur 420, ein Feld mit der Anzahl der GOP-Offset-Tabelleneinträge innerhalb dieses Füllpakets 425, ein Markierungsfeld 430, ein Hochauflösungsdelta-Feld 435, ein Feld für den Start-Zeitcode 440 und ein Feld für die GOP-Startadresse 445. Das Füllpaket mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle enthält des Weiteren eine komprimierte GOP-Offset-Tabelle 450 und ein Kontrollsummenfeld 455, wie aus 4 ersichtlich.
  • Die Offset-Tabellensignatur 420 ist eine eindeutige 4-Byte-Signatur, die die Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 von den normalen Füllpaketen 365 unterscheidet, die üblicherweise vom Decoder gelöscht werden. Die Sequenznummer 415 der Füllpakete ermöglicht dem Decoder, fehlende Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 zu ermitteln und das letzte Füllpaket mit der GOP-Offset-Tabelle zu signalisieren, das die Sequenznummer null aufweist. Auf die gleiche Weise ermöglicht das 32-Bit-Kontrollsummenfeld 455 dem Decoder, Bitfehler der Füllpakete zu ermitteln. Im Falle eines Fehlers sendet der Decoder in der vorliegenden Erfindung eine neue Anforderung zum Lesen einer MPEG-Datei an den Server, damit die fehlerhaften Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle mit minimaler Verzögerung erneut geschickt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, die fehlerhaften Pakete zu löschen, ohne die verbleibenden Teile der GOP-Offset-Tabelle 340 zu beeinträchtigen. Gelöschte Pakete erzeugen jedoch eine ,Lücke' in der GOP-Offset-Tabelle 340, was zu einem falschen GOP-Offset führt, falls einer der fehlenden Zeitcodes abgefragt werden sollte.
  • 4 beinhaltet ebenfalls die komprimierten Einträge der GOP-Offset-Tabelle 450, die auf 3 Bytes komprimiert werden, um die Länge der Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle 345, 350 zu minimieren. Jeder dieser Einträge 450 stellt einen GOP-Header im Videopaket dar und hat zwei Felder, wie aus 4 ersichtlich wird: ein Feld, das die Anzahl der Frames innerhalb einer vorangegangenen GOP 460 anzeigt, und ein 20-Bit-Feld für den GOP-Adressen-Offset 465, bei dem der Adressen-Offset berechnet wurde, indem von der letzten Pack-Header-Adresse die vorhergehende Pack-Header-Adresse, die im Tabelleneintrag 450 für die vorhergehende GOP gefunden wurde, subtrahiert wurde. Da jedes Füllpaket vom MPEG-Decoder dekomprimiert wird, ist der Decoder in der Lage, den Zeitcode und den Adressen-Offset jeder GOP zu rekonstruieren, indem er die Anzahl der Frames 460 und den Adressen-Offset 465 jedes GOP-Eintrags jeweils zum Start-Zeitcode 440 und zur GOP-Startadresse 445 addiert. Diese Summen von jedem GOP-Zeitcode und Adressen-Offset werden als zeitliche variablen im Speicher gespeichert.
  • Analyse und Verarbeitung von MPEG-Dateien
  • 5 ist ein logisches Flussdiagramm der wichtigsten Softwareroutine der Anwendung zur Einfügung einer GOP-Offset-Tabelle gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung. Nach dem Öffnen einer MPEG-Videodatei in Schritt 500 ruft die Anwendung in Schritt 505 die Routine zur Analyse einer MPEG-Datei von 6 für die Analyse der ersten 10 Sekunden der ursprünglichen Videodatei auf, um die Anzahl der Frames und der GOP-Header zu schätzen und eine Kopie des ersten Pack-Headers und System-Headers der ursprünglichen MPEG-Videodatei zu speichern. In 6 wird der zuerst gefundene Pack-Header in Schritt 600 decodiert, und die Stream-Mulitplex-Bitrate wird in Schritt 605 extrahiert. In Schritt 610 wird der Pack-Header und in Schritt 615 der System-Header kopiert und für einen späteren Gebrauch gespeichert. Mit Hilfe der in Schritt 605 gewonnenen Multiplex-Bitrate wird die Anzahl der Video-Frames in der Videodatei (Frame-Anzahl) in Schritt 620 geschätzt, indem die Größe der Datei durch die Bitrate geteilt wird. In Schritt 625 werden die ersten 20 Sekunden des Videos analysiert, um die maximale GOP-Länge zu ermitteln und um herauszufinden, ob die GOP-Länge variabel oder fest ist. Wenn in Schritt 630 festgestellt wird, dass die GOP-Länge variabel ist, wird die GOP-Länge in Schritt 660 um 2 Frames verringert, bevor in Schritt 635 die GOP-Anzahl in der Datei geschätzt wird. Diese Zahl wird berechnet, indem die Anzahl der Video-Frames (Frame-Anzahl) durch die GOP-Länge geteilt wird. Sobald die GOP-Anzahl geschätzt wurde, wird sie in Schritt 640 durch 800 geteilt, um die Anzahl der Füllpakete zur Pufferung der GOP-Offset-Tabelleneinträge zu berechnen. Beträgt der Rest 600 oder mehr, wird die Zahl in Schritt 665 um 1 erhöht, um eine Sicherheitstoleranz zu gewährleisten. Die Routine endet mit der Berechnung der geschätzten Gesamtgröße der GOP-Offset-Tabelle in Schritt 650 und mit der Rückkehr zur Hauptroutine der Anwendung in Schritt 655. Die geschätzte Gesamtgröße der GOP-Offset-Tabelle wird berechnet, indem jede Füllpaketgröße einer GOP-Offset-Tabelle (2480) zu der Größe des Pack-Headers addiert, diese Summe mit der Anzahl der Füllpakete multipliziert und die Größe des Pack-Headers sowie die Größe des System-Headers dazu addiert wird. Der Pack-Header 320 und der System-Header 325 werden am Anfang der MPEG-Datei eingefügt, um dem MPEG-Decoder zu ermöglichen, die Datei eindeutig als MPEG-Programmstrom zu identifizieren. Anschließend wird der Pack-Header 330, 348 direkt am Anfang jedes Füllpakets mit der GOP-Offset-Tabelle 340, 350 eingefügt. Jeder PES-Header 335, 349 wird als Teil seines jeweiligen Füllpakets angesehen.
  • Um die Leistungsfähigkeit der Anwendung zu maximieren, liest die vorliegende Erfindung die MPEG-Videodatei nur ein Mal. Um das Lesen der Dateien auf einen einzigen Lesevorgang zu begrenzen, muss die GOP-Anzahl geschätzt werden, damit den Füllpaketen mit der GOP-Offset-Tabelle in der erneut verarbeiteten MPEG-Datei ausreichend Speicherkapazität zugewiesen werden kann. Die zwei Frames, die von der maximalen GOP-Länge abgezogen werden, bevor diese in die Anzahl der Frames geteilt wird, stellen einen empirisch hergeleiteten Wert dar, der für eine angebrachte Sicherheitstoleranz gegen ein Übersteigen der zugewiesenen Speicherkapazität der GOP-Offset-Tabelle sorgt. Übersteigt die tatsächliche GOP-Anzahl den geschätzten Wert stark, bricht die GOTIA die laufende Verarbeitung der MPEG-Videodatei ab und startet erneut mit einer größeren Schätzung der GOP-Anzahl.
  • Wie in 5 ersichtlich, wird die Routine zur Verarbeitung der MPEG-Datei der 7A und 7B in Schritt 510 nach der Analyse der MPEG-Datei aufgefordert, den Adressen-Offset und die Größe jeder GOP zu extrahieren und ein Array der Einträge der GOP-Adressen-Offsets zu kompilieren. 8 zeigt eine unkomprimierte Version der GOP-Offset-Tabelle. Die GOTIA erstellt diese Tabelle während der Syntaxanalyse der MPEG- Datei und speichert sie als eine temporäre Datenstruktur. Nachdem die MPEG-Datei vollständig syntaktisch analysiert wurde, wird diese Tabelle zur Erstellung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle von 4 verwendet, die in Füllpaketen gespeichert wird. Extrahiert der MPEG-Decoder die Füllpakete aus dem MPEG-Strom, wird die GOP-Offset-Tabelle dekomprimiert, womit die ursprüngliche Version der GOP-Offset-Tabelle wieder hergestellt wird, und anschließend gespeichert. Die Struktur von 8 enthält einen Satz mit Markierungen 800, die über das Feld 430 der Füllpakete mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle von 4 zum MPEG-Player weitergeleitet werden, um die GOP-Offset-Tabelle genau zu rekonstruieren.
  • Wie in 7A und 7B ersichtlich, beginnt die Routine in Schritt 700 durch das Erzeugen einer Datei für die Speicherung der verarbeiteten, modifizierten MPEG-Datei und durch das Setzen des Schreibzeigers hinter den den Paketen der GOP-Offset-Tabelle zugewiesenen Bereich. Der logische Ablauf fährt dann in Schritt 702 mit einer Schleife fort, um jedes Paket der MPEG-Datei zu verarbeiten. Zusätzlich zu den Audio- und Videopaketen gibt es noch verschiedene System- und Füllpakete, die festgestellt und ohne weitere Verarbeitung in Schritt 706 in die Datei geschrieben werden. In Schritt 704 wird die Datei sequenziell decodiert, um den Startcode eines jeden MPEG-Videopakets zu lokalisieren und zu verarbeiten. Wird in Schritt 708 herausgefunden, dass der Startcode ein Videosequenz-Header 370 ist, dann wird die Video-Frame-Rate in Schritt 712 extrahiert und in Schritt 716 gespeichert, womit entweder eine 30-Frames-pro-Sekunde-Markierung 825 oder eine 25-Frames-pro-Sekunde-Markierung 835 in einer unkomprimierten GOP-Offset-Tabelle von 8 gesetzt wird. Zusätzlich wird, wenn das Videosequenz-Paket einen Drop-Frame-Zählmodus anzeigt, entsprechend eine Drop-Frame-Markierung 820 gesetzt.
  • Nachdem die Frame-Rate in Schritt 716 gespeichert wurde, werden in Schritt 706 die Paketdaten in die verarbeitete MPEG- Datei geschrieben, und die Schleife wird wiederholt. Wenn in Schritt 720 ein Picture-Start-Header gefunden wird, erhöht sich in Schritt 724 die Bildanzahl und in Schritt 728 die Frame-Anzahl des SMPTE-Zeitcodes. Beide Werte werden als temporäre Variablen gespeichert. Dann werden in Schritt 706 die MPEG-Paketdaten in die verarbeitete MPEG-Datei geschrieben, und die Schleife wird fortgesetzt. Wenn in Schritt 732 ein Pack-Header gefunden wird, wird die geschätzte Größe der Offset-Tabelle, die in Schritt 650 in 6 erhalten wurde, zu der Pack-Header-Adresse in Schritt 736 addiert, und das Ergebnis wird in Schritt 740 als letzte Pack-Header-Adresse in einer temporären Variablen gespeichert. Wenn der nächste GOP-Header schließlich gefunden wurde, wird die letzte Pack-Header-Adresse in Schritt 780 im Feld für den zugehörigen GOP-Adressen-Offset 865 der temporären, unkomprimierten GOP-Offset-Tabelle gespeichert. Der Grund für die Aufzeichnung der letzten Pack-Header-Adresse anstelle der tatsächlichen GOP-Header-Adresse ist, dem MPEG-Decoder zu ermöglichen, seinen Takt vor der Decodierung der GOP-Offset-Tabelle zu resynchronisieren. Als nächstes werden in Schritt 706 die Paketdaten in die verarbeitete MPEG-Datei geschrieben, und die Schleife wird fortgesetzt.
  • Ist der aktuelle Startcode, der in Schritt 744 gefunden wurde, kein GOP-Header, werden in Schritt 706 die Paketdaten in die verarbeitete MPEG-Datei geschrieben, und die Schleife wird fortgesetzt. Sonst werden mit dem Zeitcode, der im GOP-Header enthalten ist, eine Reihe von Tests durchgeführt. Wenn in Schritt 748 kein Zeitcode gefunden wird, wird in Schritt 752 die Markierung 845 ,Kein ZC' von 8 gesetzt. Ist ein Zeitcode vorhanden, wird er in Schritt 756 auf Kontinuität und in Schritt 764 auf Zunahme geprüft. Die Markierung 840 ,Unterbrochener ZC' und/oder die Markierung 850 ,Nicht zunehmender ZC' von 8 werden in den Schritten 760 beziehungsweise 768 gesetzt, wenn beide Tests negativ ausfallen. In allen Fällen fährt der logische Ablauf mit Schritt 772 fort, wo der vom GOP-Header extrahierte Zeitcode in Feld 855 gespeichert und in Schritt 776 die Anzahl der in der vorherigen GOP enthaltenen Frames von der in Schritt 724 gespeicherten Variablen in Feld 860 der temporären, unkomprimierten GOP-Offset-Tabelle von 8 wiederhergestellt wird. Die Feldeinträge der GOP-Offset-Tabelle werden in Schritt 780 vervollständigt, indem die letzte Pack-Header-Adresse, die als eine temporäre Variable beibehalten wird, im Feld 865 von 8 gespeichert wird. Als nächstes wird die Variable der Bildanzahl in Schritt 784 auf null gesetzt, die Anzahl der GOP-Offset-Einträge 810 wird in Schritt 788 erhöht und die Paketdaten werden in Schritt 706 in die verarbeitete MPEG-Datei geschrieben. Die Schleife verarbeitet jedes Paket in der MPEG-Datei und hört auf, wenn in Schritt 702 das Ende der ursprünglichen MPEG-Datei erreicht wurde, woraufhin die Unterroutine in Schritt 792 die Kontrolle an die Hauptroutine der Anwendung von 5 übergibt.
  • Erzeugung eines GOP-Offset-Tabellenpakets
  • Nachdem die unkomprimierte GOP-Offset-Tabelle von 8 erstellt wurde, ruft die Hauptroutine von 5 in Schritt 515 eine Unterroutine von 9A und 9B auf, um die Füllpakete mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle zu formatieren. Wie in 9A und 9B gezeigt, tritt die Unterroutine in Schritt 900 in eine Schleife ein, um alle aufgezeichneten GOP-Offset-Tabelleneinträge von 8 zu komprimieren und zu paketieren, gemäß dem in 4 dargestellten komprimierten Paketformat der Offset-Tabelle. Wird in Schritt 904 herausgefunden, dass die Anzahl der verbleibenden GOP-Offset-Tabelleneinträge größer als 800 ist, wird die Anzahl der GOP-Offset-Tabelleneinträge 425 in Schritt 908 auf 800 gesetzt, und die Anzahl der verbleibenden Einträge wird in Schritt 912 um 800 verringert. Sonst wird in Schritt 916 die Anzahl der Einträge 425 auf die Anzahl der verbleibenden GOP-Offset-Tabelleneinträge gesetzt und die Anzahl der verbleibenden GOP-Einträge in Schritt 918 gelöscht. Der logische Ablauf fährt in Schritt 920 mit dem Erstellen der PES-Header 400, 405, 410 fort, fügt in Schritt 924 die Signatur 420 ein und erhöht die Sequenznummer des Pakets 415 in Schritt 928. In Schritt 932 wird eine Nebenschleife durchlaufen, um das Füllpaket mit komprimierten GOP-Offset-Einträgen aufzufüllen. Wenn der erste Eintrag in Schritt 944 verarbeitet wird, wird in Schritt 936 der GOP-Zeitcode 855 im Füllpaket von 4 im Feld 440 als Start-Zeitcode gespeichert. Die Zeitcodes aller GOP-Offset-Tabelleneinträge in diesem Füllpaket werden in der Anzahl der Frames 460 als ein Offset vom Start-Zeitcode 440 codiert. In Schritt 940 wird der erste GOP-Adressen-Offset 865 in Feld 445 als Startadressen-Offset gespeichert. Für alle anderen komprimierten Offset-Tabelleneinträge 450 in diesem Füllpaket wird das GOP-Adressen-Offset 465 als Offset berechnet, indem der vorherige GOP-Adressen-Offset 865, der im Tabelleneintrag 865 für die vorherige GOP gefunden wird, von diesem GOP-Adressen-Offset 865 subtrahiert wird.
  • Jeder GOP-Offset-Tabelleneintrag 450 wird durch eine in Schritt 948 ausgeführte Komprimierung in einen 3-Byte-GOP-Offset-Tabelleneintrag eingebaut. Wenn alle Einträge verarbeitet wurden, endet die Schleife in Schritt 932 in der Bedingung „Nein", und die Header-Markierungen 800, die in der Routine zur Verarbeitung von MPEG-Dateien von 7A und 7B gesetzt wurden, werden in Schritt 952 im Markierungsfeld 430 von 4 gespeichert. wenn in Schritt 956 das letzte Paket formatiert wird, wird die Sequenznummer des Füllpakets 415 in Schritt 960 gelöscht. Die Erstellung des Pakets wird durch Berechnung und Speicherung der Paketkontrollsumme 455 in Schritt 964 und durch Erhöhung der Füllpaketanzahl, die als temporäre Variable gespeichert wird, in Schritt 968 vervollständigt.
  • Die Hauptschleife beginnt bei 900 und endet mit der Bedingung „Nein", wenn alle GOP-Offset-Tabelleneinträge paketiert wurden. Bevor die Füllpakete in die verarbeitete MPEG-Datei geschrieben werden, wird in Schritt 972 geprüft, ob die tatsächliche Anzahl der Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle den dafür reservierten Speicherplatz übersteigt. Ist dies der Fall, wird die GOTIA in Schritt 984 mit der tatsächlichen Anzahl der GOP-Header neu gestartet. Ist die Anzahl der GOP-Pakete geringer als erwartet, fällt der logische Ablauf in Schritt 976 in eine Schleife, die in Schritt 980 Dummy-Füllpakete hinzufügt, um den für die GOP-Offset-Tabelle reservierten Speicherplatz aufzufüllen. Ist die Anzahl der Pakete gleich der geschätzten Anzahl, kehrt die Unterroutine in Schritt 988 über die Bedingung „Nein" aus Schritt 976 zurück zur Hauptroutine von 5.
  • Einfügung einer GOP-Offset-Tabelle
  • Wie in 5 ersichtlich, wird in Schritt 520 die Unterroutine zur Einfügung der Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle von 10 aufgefordert, die Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle in die verarbeitete MPEG-Datei zu schreiben. Wie aus 10 ersichtlich, wird der Schreibzeiger der verarbeiteten MPEG-Datei in Schritt 1000 auf null zurückgesetzt, und die Pack- und System-Header, die in den Schritten 610 und 615 von 6 gespeichert wurden, werden in Schritt 1005 in die Datei geschrieben. In Schritt 1010 wird die Verzögerung des Pack-Headers, des System-Headers und der GOP-Offset-Tabelle berechnet, indem die Größe des Pack- und des System-Headers und aller Füllpakete summiert und das Ergebnis durch die Stream-Mulitplexrate geteilt wird. Dieses Ergebnis wird in eine äquivalente Anzahl von 90 kHz-Taktzyklen konvertiert und in Schritt 1015 vom im Pack-Header enthaltenen SCR subtrahiert. Die Schleife durch alle Füllpakete beginnt in Schritt 1020. Die Verzögerung für die aktuellen und nachfolgenden Füllpakete wird in Schritt 1025 berechnet und vom SCR des vorangehenden Pack-Headers in Schritt 1030 abgezogen. Die Größe des Füllpakets in Schritt 1025 beinhaltet den PES-Header. Für MPEG-Ströme mit einem geringen SCR-Startwert führt die Subtraktion zu einem Unterschreiten des 33-Bit-SCR-Registers und benötigt somit eine zusätzliche Durchführung der Modulo-Addition. Der Pack-Header und das Füllpaket werden anschließend in Schritt 1035 in die Datei geschrieben, und die Paketanzahl wird in Schritt 1040 verringert. Wenn keine Füllpakete übrig bleiben, wird die Schleife in Schritt 1020 mit der Bedingung „Nein" beendet, die verarbeitete MPEG-Datei wird in Schritt 1045 geschlossen und die Unterroutine kehrt in Schritt 1050 zum aufrufenden Programm von 5 zurück. Die Hauptroutine von 5 endet mit Schritt 525 und beendet die Anwendung.
  • MPEG-Decoder/Player
  • 11A und 11B zeigen einen logischen Ablauf einer Softwareroutine, der von einem MPEG-Player benutzt wird, um die GOP-Offset-Tabelle gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung aus einem eintreffenden MPEG-Strom zu extrahieren. Die GOP-Offset-Tabelle wird nach dem Empfang der Datei vom MPEG-Decoder/Player extrahiert, anschließend dekomprimiert sowie in einer globalen GOP-Offset-Tabelle gespeichert, auf die über einen API-Aufruf von jeder Anwendung verwiesen werden kann. Beispielsweise kann vom EDL-Erstellungsprogramm und von den Cataloger-Anwendungen, die in den Videobibliotheksanwendungen beinhaltet sind, darauf verwiesen werden. Die dekomprimierte Datenstruktur der GOP-Offset-Tabelle ist mit der in 8 dargestellten Tabelle identisch.
  • Gemäß 11A und 11B fällt die Routine in Schritt 1100 sofort in eine Schleife, um jedes Paket zu verarbeiten, sobald die Datei erhalten wurde. In Schritt 1105 wird jeder Startcode decodiert, und in Schritt 1110 geprüft um zu sehen, ob es sich bei dem Paket um ein Video- oder Audiopaket handelt. Falls dies der Fall ist, kehrt die Unterroutine in Schritt 1190 zurück, weil die Existenz eines Audio- oder Videopakets anzeigt, dass keine Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabellen mehr vorhanden sind. Wenn das Paket gemäß Schritt 1115 kein Füllpaket ist, wird die Schleife ab Schritt 1100 über die Bedingung „Nein" wiederholt. Sonst handelt es sich bei dem Paket um ein Füllpaket, und das Paket wird in Schritt 1120 auf die Signatur und in Schritt 1125 auf die korrekte Kontrollsumme geprüft. Schlägt einer der beiden Tests fehl, wird die Schleife ab Schritt 1100 wiederholt, um das nächste Paket zu verarbeiten. Erfüllt das Füllpaket beide Bedingungen, werden die Markierungen in Schritt 1130 extrahiert und gespeichert, und der logische Ablauf geht in eine zweite Schleife, die bei Schritt 1135 beginnt, um jeden Offset-Tabelleneintrag zu verarbeiten. Bei der ersten Iteration in Schritt 1140 wird der Start-Zeitcode in Schritt 1145 vom Füllpaket-Header geladen, und der im aktuellen Füllpaket codierte Startadressen-Offset für alle GOP-Header wird in Schritt 1150 geladen. Beide werden benötigt, um den Zeitcode und die Adresse jedes komprimierten Tabelleneintrags aufzulösen. In den Schritten 1155 und 1160 wird das 20-Bit Adressen-Offset vom Paket gelesen und zu der Startadresse addiert, um ein 64-Bit-GOP-Adressen-Offset in der Tabelle zu erstellen. Der Zeitcode wird in den Schritten 1165 und 1170 auf die gleiche Weise verarbeitet, indem die Anzahl der Frames zu dem in Schritt 1145 geladenen Zeitcode addiert wird. Der Zeitcode für jeden GOP-Header-Eintrag wird im Füllpaket akkumuliert. Wenn der letzte Eintrag dekomprimiert wurde, wird die Sekundärschleife über die Bedingung „Nein" in Schritt 1135 beendet, und in Schritt 1180 wird geprüft, ob das Füllpaket das letzte ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Beendigungsmarkierung in Schritt 1185 gesetzt, und die Routine kehrt in Schritt 1190 zurück. Sonst wiederholt sich die Primärschleife erneut ab Schritt 1100, um die verbliebenen Füllpakete mit der Offset-Tabelle zu verarbeiten.
  • MPEG-Player/Metadata-Viewer des Videoproduzenten
  • 12 ist eine Darstellung der grafischen Benutzeroberfläche (GUI) eines MPEG-Players und Metadata-Viewers 1200, der von einem Spezialisten für Videoproduktion zur Videokatalogisierung benutzt wurde, um Streaming-Videodaten und Metadaten anzuzeigen, gemäß den bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung. Im Layout des in 12 dargestellten MPEG-Players und Metadata-Viewers des Videoproduzenten werden VCR-Steuerungen 1202 bereitgestellt, und das Videodisplay 1210 zeigt ein angehaltenes Video mit der aktuellen Position 00:02:26:07. Der untere Teil des Fensters enthält ein Anzeigefeld für den Katalogeintrag 1250 für den von der Videobibliotheksanwendung angeforderten Katalogeintrag.
  • Ein relativer Zeitcode 1215, absoluter Zeitcode 1220 und die Dauer 1225 des aktuellen Frames werden angezeigt. Die Schaltfläche Direktzugriff 1230 hat die Funktion, über eine Anzeige 1235 einen Zeitcode auszusuchen, um direkt zu einem gewünschten Videoclip zu gelangen. Das Fenster für die Anzeige der Storyboard-Thumbnails 1240 enthält zwölf Thumbnails. Der vierte Thumbnail in der dritten Reihe 1280, der durch Doppelklicken hervorgehoben wird, befiehlt eine Wiedergabe ab dem relativen Zeitcode 1215 von Offset 00:02:26:07 vom absoluten Zeitcode 1220 von 09:17:45:17.
  • Wenn der Endbenutzer eine Anforderung zur Betrachtung einer MPEG-Datei stellt, sendet der MPEG-Player eine Anforderung an den Videoserver, die Datei zu öffnen und mit dem Streaming ab Offset 0 zu beginnen. Dies führt dazu, dass der Videoserver die Füllpakete mit der GOP-Offset-Tabelle streamt und dem MPEG-Decoder ermöglicht, die GOP-Offset-Tabelle zu erstellen. Sobald das letzte Füllpaket mit der GOP-Offset-Tabelle erhalten wurde und die GOP-Offset-Tabelle, wie in 8 definiert, komplett erstellt wurde, ist der Player in der Lage, auf jedes beliebige Frame in der MPEG-Videodatei zuzugreifen.
  • Wenn der Endbenutzer über die Schaltfläche Direktzugriff 1230 eine Play-from-Offset-Anforderung stellt und dabei den auf der Anzeige 1235 angezeigten Offset auswählt, sendet der Player sofort eine Play-from-Offset-Anforderung an den Videoserver, um das Streaming ab dem ersten GOP-Header vor dem vom Benutzer angeforderten Zeitcode zu beginnen. Als erstes muss der Player den angeforderten Zeitcode in eine GOP-Offset-Adresse konvertieren, indem er eine Binärsuche ausführt, um den Bereich der Einträge der GOP-Offset-Tabelle 815 zu durchsuchen. Der Eintrag in der GOP-Offset-Tabelle, der dem angeforderten Zeitcode entspricht, wird durch den Vergleich des angeforderten Zeitcodes mit jedem GOP-Zeitcode 855 aus der Tabelle gefunden. Wenn der zugehörige Eintrag der GOP-Offset-Tabelle gefunden wurde, wird das GOP-Adressen-Offset 865 gelesen und zum Videoserver weitergeleitet. Ist der GOP-Zeitcode 855 nicht der angeforderte Zeitcode, subtrahiert der Player den GOP-Zeitcode 855 vom angeforderten Zeitcode, um die Anzahl der Video-Frames zu berechnen, die übersprungen werden müssen, um zu dem angeforderten Frame zu gelangen. Der Player unterdrückt eine Anzeige des Videos während des Überspringens, bis das angeforderte Frame erreicht wurde. Decodiert der Player eine lokal gespeicherte MPEG-Datei, lässt der Player den entsprechenden Dateilesezeiger sich selbst aktualisieren.
  • Wenn der Endbenutzer über die Schaltfläche Direktzugriff 1230 eine Play-from-Offset-Anforderung stellt, bevor das Video mit dem Streaming begonnen hat, und dabei das auf der Anzeige 1235 gezeigte Offset auswählt, gibt der Player zuerst die Playfrom-Offset-0-Anforderung an den Videoserver. Daraus, ergibt sich, dass der Videoserver die Füllpakete streamt, die die GOP-Offset-Tabelle enthalten, und damit dem MPEG-Decoder ermöglicht, die GOP-Offset-Tabelle zu erstellen. Sobald die Tabelle erstellt ist, gibt der Player den Play-from-Offset- Befehl sofort zurück an den Videoserver, um das Streaming ab dem ersten GOP-Header vor dem angeforderten Zeitcode zu beginnen.
  • Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung dient der Veranschaulichung und der Beschreibung. Es wird keine Vollständigkeit oder Beschränkung der Erfindung auf die präzise beschriebene Form beabsichtigt. Angesichts der obigen Darstellung sind viele Modifizierungen und Abwandlungen möglich. Es wird beabsichtigt, dass der Geltungsbereich der Erfindung nicht durch diese detaillierte Beschreibung beschränkt, sondern durch die beiliegenden Ansprüche festgelegt wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zur automatischen Einfügung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle in eine zuvor codierte MPEG-Videodatei, für einen bildgenauen, willkürlichen Zugriff auf jedes individuelle Video-Frame durch einen MPEG-Player/Decoder im Play-from-Offset-Modus, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Erzeugung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle mit einem Eintrag für jeden GOP-Header von jedem Videopaket der MPEG-Videodatei, um einen genauen SMPTE-Zeitcode und Adressen-Offsets der GOP-Header zu erhalten; und (b) Modifizierung der MPEG-Videodatei durch Einfügung der komprimierten GOP-Offset-Tabelle an den Anfang der MPEG-Videodatei als mindestens ein Füllpaket, während die ursprüngliche Frame-Darstellung der MPEG-Videodatei erhalten bleibt, wodurch die Erfüllung der MPEG-Anforderungen und die komprimierten Audio-/Videodaten der MPEG-Videodatei erhalten bleiben.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das des Weiteren einen Schritt für die Schätzung der Anzahl der Füllpakete umfasst, die für die GOP-Offset-Tabelle benötigt werden, wodurch das Lesen der MPEG-Videodatei auf einen einzigen Lesevorgang begrenzt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei einigen Füllpaketen mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle ein Pack-Header mit Systemuhrbezug (SCR) vorausgeht, und die Füllpakete des Weiteren Folgendes umfassen: einen Standard-PES-Header, eine Offset-Tabellensignatur, ein Feld für den Start-Zeitcode und ein Feld für die GOP-Startadresse.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei jeder der GOP-Header-Einträge des Weiteren Folgendes umfasst: ein Feld für die Anzahl der Frames innerhalb einer vorangegangenen GOP und ein Feld für ein GOP-Adressen-Offset mit einer Offset-Adresse des dem GOP-Header entsprechenden Pack-Headers, für die Resynchronisierung eines MPEG-Player/Decodertakts vor der Decodierung der GOP-Offset-Tabelle und für die Rekonstruktion des Zeitcodes und Adressen-Offsets jedes GOP-Headers während der Dekomprimierung und Decodierung durch den MPEG-Player/Decoder, indem die Anzahl der Frames und der Adressen-Offset jedes GOP-Header-Eintrags jeweils zum Start-Zeitcode und zur GOP-Startadresse addiert werden, und zur Ermöglichung von willkürlichem Zugriff auf jedes individuelle Video-Frame im Play-from-Offset-Modus.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3, das des weiteren einen Schritt für die zeitlich rückwirkende SCR-Anpassung nach der Einfügung der GOP-Offset-Tabelle umfasst, um eine genaue Systemtaktung zu erhalten.
  6. System zur automatischen Einfügung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle in eine zuvor codierte MPEG-Videodatei, für einen bildgenauen, willkürlichen Zugriff auf jedes individuelle Video-Frame durch einen MPEG-Player/Decoder im Play-from-Offset-Modus, welches Folgendes umfasst: einen mit einer elektronischen Speichervorrichtung für die Speicherung der MPEG-Videodatei verbundenen Computer; vom Computer ausgeführte Programmiermittel zur Erzeugung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle mit einem Eintrag für jeden GOP-Header von jedem Videopaket der MPEG-Videodatei, um einen genauen SMPTE-Zeitcode und die Adressen-Offsets der GOP-Header zu erhalten; und vom Computer ausgeführte Programmiermittel für die Modifizierung der MPEG-Videodatei durch Einfügung der komprimierten GOP-Offset-Tabelle an den Anfang der MPEG-Videodatei als mindestens ein Füllpaket, während die ursprüngliche Frame-Darstellung der MPEG-Videodatei erhalten bleibt, wodurch die die Erfüllung der MPEG-Anforderungen und die komprimierten Audio-/Videodaten der MPEG-Videodatei erhalten bleiben.
  7. System gemäß Anspruch 6, das des Weiteren Mittel zur Schätzung der Anzahl der Füllpakete umfasst, die für die GOP-Offset-Tabelle gebraucht werden, wodurch das Lesen der MPEG-Videodatei auf einen einzigen Lesevorgang begrenzt wird.
  8. System gemäß Anspruch 6, wobei einigen Füllpaketen mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle ein Pack-Header mit Systemuhrbezug (SCR) vorausgeht, und die Füllpakete des Weiteren Folgendes umfassen: einen Standard-PES-Header, eine Offset-Tabellensignatur, ein Feld für den Start-Zeitcode und ein Feld für die GOP-Startadresse.
  9. System gemäß Anspruch 8, wobei jeder der GOP-Header-Einträge des Weiteren Folgendes umfasst: ein Feld für die Anzahl der Frames innerhalb einer vorangegangenen GOP, und ein Feld für ein GOP-Adressen-Offset mit einer Offset-Adresse des dem GOP-Header entsprechenden Pack-Headers, für die Resynchronisierung eines MPEG-Player/Decodertakts vor der Decodierung der GOP-Offset-Tabelle und für die Rekonstruktion des Zeitcodes und Adressen-Offsets jedes GOP-Headers während der Dekomprimierung und Decodierung durch den MPEG-Player/Decoder, indem die Anzahl der Frames und der Adressen-Offset jedes GOP-Header-Eintrags jeweils zum Start-Zeitcode und zur GOP-Startadresse addiert werden, und zur Ermöglichung von willkürlichem Zugriff auf jedes individuelle Video-Frame im Play-from-Offset-Modus.
  10. System gemäß Anspruch 8, dass des Weiteren Mittel für die zeitlich rückwirkende SCR-Anpassung nach der Einfügung der GOP-Offset-Tabelle umfasst, um eine genaue Systemtaktung zu erhalten.
  11. Computerprogrammprodukt, das auf einem von einem Computer verwendbaren Medium gespeichert ist und computerlesbare Programmmittel enthält, um einen Computer zu Verfahrensschritten zur automatischen Einfügung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle in eine vorher codierte MPEG-Videodatei zu veranlassen, für einen bildgenauen, willkürlichen Zugang zu jedem individuellen Video-Frame durch einen MPEG-Player/Decoder im Play-from-Offset-Modus, wobei die MPEG-Videodatei in einer mit dem Computer verbundenen elektronischen Speichervorrichtung gespeichert ist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erzeugung einer komprimierten GOP-Offset-Tabelle mit einem Eintrag für jeden GOP-Header von jedem Videopaket der MPEG-Videodatei, um einen genauen SMPTE-Zeitcode und Adressen-Offsets der GOP-Header zu erhalten; und (b) Modifizierung der MPEG-Videodatei durch Einfügung der komprimierten GOP-Offset-Tabelle an den Anfang der MPEG-Videodatei als mindestens ein Füllpaket, während die ursprüngliche Frame-Darstellung der MPEG-Videodatei erhalten bleibt, wodurch die Erfüllung der MPEG-Anforderungen und die komprimierten Audio-/Videodaten der MPEG-Videodatei erhalten bleiben.
  12. Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11, das des Weiteren einen Schritt für die Schätzung einer Anzahl von Füllpaketen umfasst, die für die GOP-Offset-Tabelle benötigt werden, wodurch das Lesen der MPEG-Videodatei auf einen einzigen Lesevorgang begrenzt wird.
  13. Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11, wobei einigen Füllpaketen mit der komprimierten GOP-Offset-Tabelle ein Pack-Header mit Systemuhrbezug (SCR) vorausgeht, und die Füllpakete des Weiteren Folgendes umfassen: einen Standard-PES-Header, eine Offset-Tabellensignatur, ein Feld für den Start-Zeitcode und ein Feld für die GOP-Startadresse.
  14. Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13, wobei jeder der GOP-Header-Einträge des Weiteren Folgendes umfasst: ein Feld für die Anzahl der Frames innerhalb einer vorangegangenen GOP, und ein Feld für ein GOP-Adressen-Offset mit einer Offset-Adresse des dem GOP-Header entsprechenden Pack-Headers, für die Resynchronisierung eines MPEG-Player/Decodertakts vor der Decodierung der GOP-Offset-Tabelle und für die Rekonstruktion des Zeitcodes und Adressen-Offsets jedes GOP-Headers während der Dekomprimierung und Decodierung durch den MPEG-Player/Decoder, indem die Anzahl der Frames und der Adressen-Offset jedes GOP-Header-Eintrags jeweils zum Start-Zeitcode und zur GOP-Startadresse addiert wird, und zur Ermöglichung von willkürlichem Zugriff auf jedes individuelle Video-Frame im Play-from-Offset-Modus.
  15. Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13, das des Weiteren einen Schritt für die zeitlich rückwirkende SCR-Anpassung nach der Einfügung der GOP-Offset-Tabelle umfasst, um eine genaue Systemtaktung zu erhalten.
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