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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein digital komprimiertes Videomaterial und insbesondere die Lieferung
dieses Materials bei anderen Geschwindigkeiten als der normalen
Wiedergabegeschwindigkeit.
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Die Ausführung von Trickwiedergabe-Modi
in digitalen Videosystemen ist ein Problem, das ständig wichtiger
wird, wenn digitale Videosysteme auf den Markt kommen. Das Auftauchen
von Konsumer-Videoprodukten, wie Video auf Aufforderung (VOD = Video
On Demand), Video-CDs und anderer ähnlicher Systeme können mit
dem VHS-Markt konkurrieren, als Anbieter von langen Spielfilmen.
Jedoch stellen digitale Videosysteme, anders als Wiedergabeverfahren
auf analoger Basis, eine Anforderung in der Wiedergabe von Videobildern
bei Geschwindigkeiten anders als der normalen Wiedergabegeschwindigkeit
dar. Derartige Wiedergaben mit abweichender Geschwindigkeit ("oft speed"), die als Trickwiedergabe
bekannt sind, können
Bilder bei verschiedenen Geschwindigkeiten liefern, z. B. schneller
Vorlauf, schneller Rücklauf,
Standbild usw.
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Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung
EP A 0 625 857 zeigt den Aufbau eines Video-Servers zur Übertragung
von Videosignalen zu mehreren Benutzerstationen aufgrund von deren
Befehlen. Dieses Dokument betrifft insbesondere Steuermittel für einen
Server-Speicher, die durch mehrere Programmsteuer-Module ergänzt sind.
Die EP A 0 625 857 zeigt die Anwendung eines Signals in Echtzeit
und spezieller Signale, um den sichtbaren schnellen Vorlauf oder
den sichtbaren schnellen Rücklauf
zu erleichtern. Speicher-Zuordnungstabellen verbinden das Echtzeitsignal
und spezielle Signale. Zusätzlich
zeigt die EP A 0 625 857 Verknüpfungspunkte
in dem verknüpften
Signal, um eine Auswahl dazwischen ohne Programm-Diskontinuitäten zu ermöglichen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine erfindungsgemäße Anordnung
zur Wiedergabe eines Videoprogramms ermittelt in vorteilhafter Weise
Wiedergabeadressen durch eine Berechnung entsprechend einer Benutzerwahl
in Echtzeit und vermeidet dadurch eine Forderung zur Vorverar beitung
oder Vorformung von Speicher-Zuordnungstabellen mit Verknüpfung, wie
beschrieben in der EP A 0 625 857.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Wiedergabe
von Videoprogrammen enthält
folgende Schritte:
Identifizierung eines digital kodierten
Satzes von Signalen in einem Speichermedium für jedes von mehreren Videoprogrammen
zur Wiedergabe jedes der mehreren Programme bei mehreren Wiedergabegeschwindigkeiten,
Wiedergabe
eines der kodierten Signale von dem Speicher aufgrund einer Programmwahl
und einer Wiedergabegeschwindigkeit,
Reagieren auf eine Anforderung
nach einer neuen Wiedergabegeschwindigkeit durch Berechnung zur
Ermittlung einer Adresse zur Auslösung einer Wiedergabe eines
anderen kodierten Signals, das der neuen Wiedergabegeschwindigkeit
entspricht,
Wiedergabe des anderen kodierten Signals von der
Adresse in dem Speicher und
Dekodierung der wiedergegebenen
Signale für
die Wiedergabe des gewählten
Programms bei der gewählten neuen
Wiedergabegeschwindigkeit.
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Eine Vorrichtung zur Wiedergabe von
Videoprogrammen bei mehreren Geschwindigkeiten und zur Wahl zwischen
denen aufgrund eines Benutzerbefehls enthält Speichermittel zur Speicherung
eines digital kodierten Satzes von Signalen für jedes von mehreren Videoprogrammen.
Wiedergabemittel bewirken eine Wiedergabe eines der digital kodierten
Signale aus einem ausgewählten
Satz aufgrund der Wahl eines Programms und einer Geschwindigkeit
für die
Dekodierung und die Wiedergabe. Berechnungsmittel berechnen eine Adresse
zur Auslösung
der Wiedergabe eines Signals aus dem gewählten Satz aufgrund einer Benutzerwahl einer
anderen Wiedergabegeschwindigkeit. Ein Signal jedes Satzes von durch
die Speichermittel gespeicherten Signalen erleichtert die Wiedergabe
bei einer normalen Wiedergabegeschwindigkeit und anderer Signale von
dem Satz erleichtern die Wiedergabe bei anderen Geschwindigkeiten.
Das Signal mit der normalen Wiedergabegeschwindigkeit belegt eine
bestimmte Speichergröße in den
Speichermitteln und die Signale mit der anderen Geschwindigkeit
belegen Speichergrößen, die
kleiner sind als die spezielle Speichergröße.
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1 zeigt
eine Tabelle 1, die eine vorteilhafte Bitrate und Auflösungsunterschiede
für Normal
und Trickwiedergabe-Modi anzeigt.
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2 zeigt
komprimierte Videodatenströme,
die eine normale Wiedergabegeschwindigkeit, eine doppelte Wiedergabegeschwindigkeit
und eine zehnfache Wiedergabegeschwindigkeit darstellen.
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3 ist
ein Flußdiagramm
und zeigt die Formulierung von Tabellengruppen zur Anwendung in
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Wahl zwischen Bitströmen,
die die Normal- und Trickwiedergabe-Wiedergabegeschwindigkeiten
darstellen.
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4 ist
ein Blockschaltbild und zeigt ein System mit Anwendung von erfindungsgemäßen Merkmalen für die Wahl
und die Steuerung von Quellen für
ein komprimiertes digitales Videosignal.
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5 ist
ein Flußdiagramm
und zeigt den Betrieb eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Wahl und
die Steuerung von komprimierten Bildströmen zur Wiedergabe bei normalen
und Trickwiedergabe-Geschwindigkeiten.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren
erleichtert verschiedene Trickwiedergabe-Modi durch eine gesteuerte
Wahl von "Wiedergabe"-Speicherstellen.
Abhängig
von dem Programmspeichermedium kann ein einziger Strom eine normale
Wiedergabegeschwindigkeit und Trickwiedergabe-Vorgänge bilden.
Jedoch kann die Bildung einer normalen Wiedergabegeschwindigkeit
und des Trickwiedergabe-Vorgangs aus einem einzigen Programmstrom
Trickwiedergabe-Geschwindigkeiten ergeben, die durch die GOP-Größe oder
die Wiederholgunsrate für
I-Bilder begrenzt sind. Zur Bildung einer größeren Wahl von Trickwiedergabe-Geschwindigkeiten können mehrfache
Programmströme
benutzt werden mit einem einzigen Strom für einen Betrieb mit normaler Wiedergabegeschwindigkeit
mit anderen Strömen,
die eine Vielfalt von Trickwiedergabemodi mit schnellem Vorlauf
und schnellem Rücklauf
bieten. Die Bildströme,
die das Trickwiedergabe-Merkmal bilden, müssen nicht unbedingt bei derselben
Bitrate kodiert werden und müssen
nicht unbedingt dieselbe Auflösung
haben, wie der ursprüngliche
Bildstrom. Die Anwendung einer nennenswert geringe ren Bitrate und/oder
Auflösung
für die
Kodierung von Trickwiedergabe-Bildströmen kann Vorteile bieten, was
den Speicherplatz und/oder die Übertragungskosten
betrifft. Zusätzlich
kann die menschliche visuelle Wahrnehmung es auch ermöglichen,
daß diese Trickwiedergabe-Bildströme zur Verringerung
der Auflösung
weiter verarbeitet werden und somit Speicher- und Übertragungskosten
während
der Trickwiedergabe-Videovorgänge
verringert werden, ohne einen Kompromiß mit der wahrgenommenen Bildqualität.
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Wie erwähnt, kann dieses Verfahren
bei verschiedenen Formen des Videomaterials angewendet werden, analog
oder digital und kodiert in einer Vielfalt von Wegen. Jedoch wird
in dieser Beschreibung eines beispielhaften Systems angenommen,
daß die
Trickwiedergabe-Ströme
im MPEG-Format mit den folgenden Parametern kodiert sind:
es
gibt einen Normalwiedergabe (normale Geschwindigkeit)-MPEG-Videostrom,
es
werden zwei Ströme
für den
schnellen Vorlauf benötigt,
7 × & 21 × Normalgeschwindigkeit,
es
werden zwei Ströme
für den
schnellen Rücklauf
benötigt,
minus 7 × & 21 × Normalgeschwindigkeit.
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Jedoch kann dieses Verfahren gleichermaßen effektiv
bei einer Vielfalt von anderen Geschwindigkeitskonfigurationen angewendet
werden.
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In dem beispielhaften System werden
fünf getrennte,
MPEG-kodierte Ströme
benötigt.
Diese Ströme sind
vollständig
unabhängig
und können
sich ändernde
Bitraten und/oder sich ändernde
Wiedergabeauflösungen
aufweisen. Zum Beispiel ist ein möglicher Kompromiß zwischen
der Qualität
und der Speichereffizienz in der in
1 gezeigten
Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 zeigt Trickwiedergabeströme mit geringerer
Auflösung, 352 × 240 Pixel
und einer geringeren Bitrate, 1,5 Mbps, als der Normalwiedergabe-Strom,
704 × 480
bei 4,0 Mbps. Dieser Kompromiß ist
vollständig
akzeptabel, da ein Bild mit einer hohen räumlichen Qualität Trickwiedergabe-Auflösungen unterhalb
der menschlichen visuellen Wahrnehmbarkeit ergeben kann. Somit ergibt
der Kompromiß in
der Auflösung
und der Bitrate eine effizientere Speicherausnutzung. Die zusätzliche
Speicherkapazität,
die zur Speicherung aller Ströme
für Vorwärts und
Rückwärts-Trickwiedergabe
benötigt
wird, kann berechnet wer den durch Summierung jeder Trickwiedergabe-Bitrate,
geteilt durch die Trickwiedergabe-Geschwindigkeit für jede Trickwiedergabe-Geschwindigkeit
und ausgedrückt
als ein Prozentsatz der Bitrate der normalen Wiedergabegeschwindigkeit.
Benötigte zusätzliche
Speicherung = 14,37%
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Somit können vier Trickwiedergabe-Datenströme mit einer
zusätzlichen
Speicherkapazität
von ungefähr
15% untergebracht werden. Es kann ein Merkmal einer normalen Rückwärtswiedergabe
gebildet werden, die so aussehen könnte, daß die Anforderungen an die
Trickwiedergabe-Speicherkapazität
um 100% zuzunehmen scheinen. Jedoch kann ein derartiges Merkmal
einer Rückwärts-Normalwiedergabe
zum Beispiel mit Bitraten- und Auflösungsverringerungen erleichtert
werden. Somit kann das Merkmal der Rückwärts-Normalwiedergabe ungefähr 37% zusätzliche
Speicherkapazität
erfordern, die, wenn sie zu den anderen Trickwiedergaben-Strömen addiert
wird, eine Zunahme der Speicherkapazität um etwa 50% der normalen
Anforderung für
den Wiedergabestrom darstellt.
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Wenn das Videomaterial von dem Video-Server
zu dem Dekoder des Benutzers gelesen oder wiedergegeben wird, kann
der Server in Abhängigkeit
von Instruktionen des Benutzers zwischen den verschiedenen Strömen umschalten.
Zum Beispiel kann der Benutzer über
eine Fernbedieneinheit die höchste
Vorwärtsgeschwindigkeit
wählen,
um einen bestimmten Punkt in dem Material schnell zu orten. Der
Steuerbefehl für
den schnellen Vorlauf bewirkt, daß die Ausleseadresse des Servers
von der laufenden Speicherstelle in dem Normalwiedergabestrom auf
den entsprechenden geeigneten Punkt in dem 21 × schnellen Vorwärtsstrom
springt und die Wiedergabe fortsetzt. Alle Trickwiedergabe- und
Normalwiedergabe-Ströme
sollten relativ gleichmäßige, kurze
Gruppen von Bildern (GOP) mit einer Größe von zum Beispiel einer halben
Sekunde enthalten. Diese GOP-Größe bildet
einen ungünstigsten sichtbaren
Kontinuitätsfehler
von 0,25 Sekunden, d. h. Zeit, den nächsten Eingabepunkt für ein I-Bild
zu erreichen, wenn zwischen den Bitströmen umgeschaltet wird.
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Ein wichtiger Teil des Gesamtsystems
ist das Verfahren zur Ermittlung der Umschalt-Eingabepunkte zwischen den verschiedenen
Bildströmen.
Zum Beispiel kann ein Benutzer während
der "Wiedergabe" eines Stroms den
Wunsch haben, auf einen anderen Strom umzuschalten. Dieser Schalter
benötigt
eine Berechnung der genauen Lage in dem neuen Strom, mit der Genauigkeit
eines Byte, bei der der Dekoder die "Wiedergabe" beginnen sollte. Die Ermittlung des "Eingabepunktes" in den neuen Strom
kann folgendermaßen
abgeleitet werden:
- 1. Ermittlung des laufenden
Byte-Versatzes und somit des laufenden Bildes in der laufenden Datei,
- 2. Ermittlung des neuen Bildes, auf das in der neuen Datenfolge
umgeschaltet werden soll.
- 3. Ermittlung des Byte-Versatzes in der neuen Datei.
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Der Schritt 2 wird durch die Tatsache
verkompliziert, daß,
für MPEG-Ströme, die
Eingabepunkte in einen neuen Strom auf diejenigen Punkte begrenzt
sind, wo ein sequence_header existiert, was im allgemeinen bei einem
I-Bild zu Beginn einer Gruppe von Bildern (GOP) der Fall ist. Er
wird weiter verkompliziert durch die Tatsache, daß die Dauer
der tatsächlichen
Wiedergabezeit einer GOP nicht immer konstant ist, selbst wenn die
Anzahl von Bildern in einer GOP konstant ist. Diese Kompliziertheit
ergibt sich aus der Möglichkeit,
Halbbilder (oder Vollbilder) in einer MPEG-Folge zu wiederholen, mit dem Ergebnis,
daß mehr
endgültig "wiedergegebene" Bilder durch eine
einzige GOP erzeugt werden können,
als es kodierte "Bilder" innerhalb der GOP gibt.
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Ein Beispiel einer Stromumschaltung
ist in 2 dargestellt.
In 2 wird der Bildstrom
mit der normalen Geschwindigkeit von einem Speichermedium gelesen
oder "abgespielt", und zwei Trickwiedergabe-Bildströme sind
auf dem Medium für
eine Wiedergabe bei 2 × und
10 × Normalgeschwindigkeit
verfügbar. Die
Trickwiedergabe-Geschwindigkeiten von 2 und 10-mal, wurden für eine Vereinfachung
der Darstellung gewählt.
Beim Zeitpunkt der Trickwiedergabe-Wahl oder der Umschaltzeit durch
den Benutzer befindet sich der Bildstrom mit Normalwiedergabe bei
einer Vollbildzahl 20. Mögliche
Eingabepunkte in jeden der drei Ströme sind durch Folge-Header (sequence
headers) bestimmt, die durch schwarze Vollbilder in 2 dargestellt sind und im allgemeinen
eine Gruppe von Bildern (GOP.) beginnen. Die am besten angepaßten ("best fit") Vollbilder, die
umgeschaltet werden können,
sind durch die Pfeillinie bezeichnet, die die Eingabepunkte in den
verschiedenen Videoströmen
verbindet. Die "idealen" oder gewünschten
Eingabepunkte hinsichtlich der visuellen Kontinuität für den Benutzer,
sind in 2 durch horizontal
schraffierte Vollbilder dargestellt. Es sei bemerkt, daß diese "idealen" Punkte nicht unbedingt
aus (laufendes Vollbild in der normalen Folge)/(Trickwiedergabe-Stromgeschwindigkeit)
aufgrund der Komplikationen der oben beschriebenen wiedergegeben
und getrennten Vollbilder berechnet werden müssen. In jedem Fall ist das
tatsächlich
gewählte
Vollbild ein Vollbild mit einem "am besten
angepaßten" (best fit) möglichen
Eingabevollbild, das zeitlich in größter Nähe liegt zu dem von dem Benutzer
gewünschten
oder "idealen" Vollbild. Aus der
Darstellung in 2 kann
die Entscheidung, auf welches Vollbild umgeschaltet werden muß, offensichtlich
erscheinen. Jedoch ist dies aus dem Gesichtspunkt eines Algorithmus
alles andere als trivial. Ein wichtiger Teil des Gesamtsystems ist
das Verfahren zur Ermittlung der Umschaltpunkte zwischen den verschiedenen
Strömen.
Um diese Funktion durchzuführen,
können
sogenannte Look-up-Tabellen oder LUTs angewendet werden, die die
Byte-Verschiebungen für
jede GOP in jedem Wiedergabegeschwindigkeitsstrom auflisten. Diese
Look-up-Tabellen können
auf dem Speichermedium für das
Programm voraufgezeichnet werden.
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Die Look-up-Tabelle kann so aufgebaut
sein, wie es in dem beispielhaften Flußdiagramm von 3 dargestellt ist. Die Ausführung der
Look-up-Tabelle wird beim Schritt 100 ausgelöst, und
beim Schritt 200 wird die Zahl von Tabellen geschrieben.
Die Zahl von Look-up-Tabellen ist dieselbe wie die Zahl von Bitströmen. In der
beispielhaften 1 gibt
es fünf
Ströme,
somit ist [number_of_tables] gleich 5. Beim Schritt 300 wird
eine Header-Zeile geschrieben, die verschiedene Parameter enthält, einige
werden benötigt
für die
Tabellenformulierung, andere für
die darauffolgende Aufbereitung des Dekoders. Beim Schritt 350 wird
die [GOP_number] auf null gesetzt. Die Tabelleneingaben beginnen
beim Schritt 400, der die [GOP_number] und ihre entsprechenden
[BYTE_OFFSET] schreibt. Beim Schritt 450 erfolgt ein Test,
um zu ermitteln, ob die [GOP_number] kleiner ist als die [num_gops],
d. h. ist die Tabelle unvollständig?
Ein JA beim Schritt 450 initiiert eine Schleife, die aufeinanderfolgende
GOP-Zahlen mit entsprechenden Byte-Eingabepunkten schreibt. Das
JA vom Schritt 450 bewirkt, daß die [GOP_number] beim Schritt 500 um
eins inkrementiert wird und zum Schritt 400 zurückgeschleift
wird. Somit besteht die Tabelle 0 aus mehreren Schleifen von Schritten 400, 450 und 500,
bis die [GOP_number] gleich der [num_gops] ist, was in einem NEIN
beim Schritt 450 resultiert.
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Das NEIN beim Schritt 450 bezeichnet
eine vervollständigte
Tabelle und resultiert in einen weiteren Test beim Schritt 550,
der die Unvollständigkeit
der Gesamtzahlentabellen prüft.
Ein JA beim Schritt 550 bewirkt, daß die Tabellenzahl beim Schritt 600 um
eins inkrementiert wird, und kehrt dann zum Schritt 300 zurück, um die
Bildung der zweiten Tabelle durch die oben beschriebenen Schritte
zu initiieren. Wenn der Schritt 550 NEIN ergibt, sind die
Sätze von
Tabellen vollständig.
Eine beispielhafte Look-up-Tabelle, die durch das Verfahren von 3 gebildet wird, ist in
der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
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TABELLE 2 Parameter-Definitionen:
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- []
- bezeichnet einen ganzzahligen
Wert,
- <>
- bezeichnet einen
fließenden
Punktwert,
- {}
- bezeichnet eine Textreihe,
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[number_of_tables]
-
Die Zahl von Look-up-Tabellen in
der Datei ist dieselbe wie die Zahl von Bitströmen. In der beispielhaften 1 gibt es 5 Ströme, somit
ist [number_of_tables] gleich 5.
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[Table_number]
-
Ist eine Zahl für die Anordnung der Ströme. Diese
Zahl muß zwischen
0 und [number_of_tables] – 1 liegen.
[Table_number] zeigt ebenfalls die Reihenfolge der Ströme vom schnellsten
Rücklauf
bis zum schnellsten Vorlauf.
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{file_name}
-
Der Name des gemultiplexten MPEG-Stroms.
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<bit_rate>
-
Die Rate in MBit/Sekunde des gemultiplexten
MPEG-Stroms einschließlich
der zusätzlichen
Transportschicht.
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[num_gops]
-
Die Zahl von GOPs in dem Videostrom.
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[num_frames]
-
Die Gesamtzahl von Vollbildern in
dem MPEG-Videostrom.
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[gop_size]
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Die GOP-Größe in wiedergegebenen Vollbildern
unter Berücksichtigung
einer 3/2-Herabsetzung, wenn
erforderlich.
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[1st_gop_size]
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Die Größe in wiedergegebenen Vollbildern
der ersten GOP. Gewöhnlich
ist dies [gop_size] – M
+ 1. Dabei ist M der Abstand zwischen I- und P-Bildern in einem
MPEG-Strom.
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[speed]
-
Geschwindigkeit des Trickwiedergabe-Stroms
einschließlich
Vorzeichen.
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Die beispielhafte Look-up-Tabelle
LUT von Tabelle 2 kann während
der Wiedergabe des Videomaterials in dem Systemspeicher gespeichert
werden. Wenn der Benutzer von einer Geschwindigkeit zu einer anderen
wechselt, dienen die Informationen in der LUT zur Ortung des richtigen
oder entsprechenden Punktes in dem neuen Strom, bei dem die Dekodierung
beginnt. Die Informationen in der LUT werden für diesen Zweck benötigt und
werden zusammen mit dem laufenden Versatz in Bytes in dem laufenden,
wiedergegebene Bitstrom angewendet.
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Zur Auslösung der Umschaltung zwischen
Strömen
wird die laufende GOP aus dem laufenden Dateiversatz ermittelt durch
Suchen in der laufenden Wiedergabegeschwindigkeits-Look-up-Tabelle,
um den GOP-Startpunkt zu finden, der dem laufenden Dateiversatz
entspricht (siehe Tabelle 2). Wenn die laufende GOP bekannt ist,
kann die neue GOP, gop_new, aus der alten GOP berechnet werden,
gop_old, unter Anwendung der Gleichungen 1 und 2 und der folgenden
Parameter speed_new, speed_old, gop_size und first_gop_size; gop_new = [(old_frame * old_speed/new_speed)
+ (gop_size·first_gop_size)]/gop_size
Gleichung 1,wobeiold_frame = gop_old * gop_size·(gop_size – first_gop_size)
Gleichung 2.
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Wenn die neue GOP berechnet worden
ist, wird die richtige Look-up-Tabelle für die neue Geschwindigkeit
gesucht, um den Dateiversatz zu finden, der der neuen GOP entspricht.
Der neue Strom kann dann beginnend bei diesem neuen Versatzpunkt
wiedergegeben werden. Die relative Einfachheit dieses Systems resultiert
in einer effizienten Umschaltung zwischen verschiedenen Strömen. Jedoch
beruht dieses Verfahren auf einer Echtzeitberechnung der neuen GOP
in der Annahme, daß die Ströme GOPs
enthalten, die konstante Zahlen von wiedergegebenen Bildern erzeugen
(bezeichnet mit gop_size).
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Die Benutzung dieser typischen Look-up
Tabellen, die die Byte-Versatzadresse für jede GOP enthalten, erfordert
eine vergleichsweise einfache Software-Steuerung. Somit können in
vorteilhafte Weise Steuerungen durch den Benutzer erfolgen, um die
Feinabstimmung oder Änderung
der Verzögerung
der Stromumschaltung unabhängig
von der tatsächlichen
Software für
die Steuerung der Umschaltung zu bewirken. Zum Beispiel kann ein
Benutzer im Interesse einer ununterbrochenen Unterhaltung den Wunsch
haben, den neuen Bildstrom 1/2 oder 1 Sekunden vor dem Ausgangspunkt
in dem ersten Strom anzufügen,
auf diese Weise wird eine "Programm"-Bildkontinuität aufrechterhalten. Zusätzlich kann
ein derartiger "Versatz"-Eingabepunkt in vorteilhafter Weise
die Reaktionszeit des Benutzers kompensieren.
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Zusätzlich kann der Benutzer die
Möglichkeit
erhalten, die Genauigkeit, die Auflösung oder die "Körnigkeit" der Look-up Tabellen zu ermitteln.
Zum Beispiel wird natürlich,
da eine GOP-Adresse bei jedem I-Bild auftritt, die höchste Auflösung erreicht,
wenn jedes I-Bild in jedem Strom in der LUT enthalten ist. Dieser
Wert der Auflösung
maximiert die Look-up-Tabellen Speicheranforderungen. Jedoch würden weniger
I-Bildadressen in
der LUT die Speicheranforderungen verringern, können jedoch eine Unzufriedenheit
des Benutzers bewirken, selbst wenn das Springen zu einer Adresse
automatisch korrigiert wird, um anderenfalls verlorene Programmbilder
aufzunehmen.
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Zusätzlich kann die gesamte Steuerung
und Feinabstimmung des Umschaltvorgangs (Genauigkeit, Timing usw.)
durch eine zusätzliche
Software gesteuert werden, die die Werte und die Zahl der Eingabepunkte ändert oder
modifiziert, die von Tabellen selbst gelesen werden, ohne daß ein Zugriff
zu der Steuer-Software erforderlich ist.
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Ein System, das die verschiedenen
erfindungsgemäßen Auswahlverfahren
für die
digitale Videoquelle anwendet, ist in 4 dargestellt.
Das in 4 dargestellte
System enthält
einen Benutzer, z. B. mit einer durch die Einheit 525 gebildeten
Fernsteuermöglichkeit
und einer Wiedergabeeinheit 1000 zur Wiedergabe von Audio- und Videoeingangssignalen.
Eine Schnittstelleneinheit 500 bildet einen Steuer- Kommunikationsstrom 551 zwischen
dem Gerät
des Benutzers und einer digitalen Videoquelle 10. Die Schnittstelleneinheit 500 dekodiert
außerdem
ein komprimiertes digitales Videosignal 510 von der Quelle 10 zur
Erzeugung von Audio- und Videosignalen, die der Wiedergabeeinheit 1000 zugeführt werden.
Der Steuerstrom 551 wird durch einen Steuersender 550 erzeugt,
der einen Teil der Schnittstelleneinheit 500 bildet. Der
Steuerstrom trägt
zum Beispiel mehrere Steuerfunktionen, eine Aktivierung einer Berechnung
für den
Benutzer, Benutzeraktivitäten
wie Wahl einer Programmquelle, "Trickwiedergabe"-Merkmale oder die
Bildung eines "virtuellen
VCR" ähnlich der Programmquelle.
Der Benutzer kann mit der Schnittstelleneinheit 500 über eine
Fernbedieneinheit 525 oder über (nicht dargestellte) gegenseitig
aktivierte Schalter kommunizieren.
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Die digitale Videoquelle 10 enthält eine
Steuereinheit 50, die den Steuerstrom 551 empfängt und
die vom Benutzer geforderten Aufgaben über ein Software-Steuerprogramm
durchführt.
Zum Beispiel können
vom Benutzer ausgelöste
Befehle die Bezahlung für
die Benutzung, Programmwahl, Programme mit Zahlung für die Betrachtung,
Programmanipulations- oder "Trickwiedergabe"-Merkmale. Prioritäten der
Benutzersteuerung können,
wie vorangehend beschrieben, durch eine Software für die Steuerung
einer Priorität
durch den Benutzer erleichtert werden, die im Block 60 dargestellt
ist und mit der Haupt-Steuersoftware vom Block 50 zusammenarbeitet.
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Mehrere komprimierte, digitale Videoprogrammquellen
sind in einer Speichereinheit innerhalb der Quelle 10 gespeichert.
Die Speichereinheit kann einen Festkörperspeicher, magnetische oder
optische Speicher oder eine Kombination von Festkörper und
magnetisch oder optisch enthalten. Nur für beispielhafte Zwecke sind
in 4 dargestellte komprimierte
digitale Videoprogramme als Flächen
oder Seiten eines Speichers mit einem Programm P1 auf der Speicherseite 100,
einem Programm P2 auf der Seite P101 und einem Programm Pn auf der
Seite (99 + n) dargestellt. Jede Programmseite enthält einen
Programmspeicherplatz 110, der das komprimierte Programm
für die "Wiedergabe" bei normaler Wiedergabegeschwindigkeit
enthält,
z. B. der Block NP für
Normalwiedergabe. Dieses normale Wiedergabeprogramm kann durch die
in der Tabelle 1 in 1 dargestellte
Bitrate und die Auflösungsparameter
dargestellt werden. Der Programmspeicherplatz 110 enthält außerdem verschiedene "Trickwiedergabe" Verarbeitungsformen
des Programms, z.B TP1, "Trickwiedergabe"-Geschwindigkeit
1 und seinen Rücklauf
und TP2, "Trickwiedergabe"-Geschwindigkeit
2 und ihren Rücklauf.
Wie oben beschrieben, können
diese "Trickwiedergabe"-Versionen des Programms
in vorteilhafter Weise verarbeitet werden, um ihre Speicheranforderungen
zu verringern oder zu minimieren. Zum Beispiel bietet, wie oben
beschrieben, der Einsatz von vier "Trickwiedergabe"-Geschwindigkeiten
eine zusätzliche
Speicheranforderung von ungefähr
15%. Um eine Umschaltung zwischen den Programmwiedergabegeschwindigkeiten
zu ermöglichen,
enthält
jede Programmseite außerdem
erfindungsgemäße Look-up-Tabellen
zur Auflistung von Eingabeadressen, wie vorangehend beschrieben.
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Die Wirkungsweise des in 4 dargestellten beispielhaften
Systems kann anhand des in 5 dargestellten
Flußdiagramms
erläutert
werden. Der Benutzer nimmt über
den Fernsteuerstrom 551 Kontakt auf mit der digitalen Videoprogrammquelle 10.
Dieser anfängliche
Kontakt oder sogenanntes "Anmelden" (log-on) kann den
Beginn einer Tarnungsperiode oder eines Ereignisses oder auf andere
Weise eine Wechselwirkung zwischen dem Benutzer und dem System anzeigen
und ist in 5 beim Schritt 100 START
dargestellt. Beim Anmelden kann dem Benutzer ein Programmwahlmenü angeboten
werden, aus dem eine Programmwahl erfolgt. Die Steuereinheit 50 von 4 empfängt den Benutzerbefehl und
wählt zum
Beispiel das Programm 1 auf der Speicherseite 100. Diese
Programmwahl ist als Schritt 200 von 5 dargestellt. Wenn ein Programm gewählt ist,
werden das Programm betreffende Informationen aus dem Speichermedium
gelesen und in dem Systemspeicher der Quelle 10 gespeichert.
Diese Informationen können
z. B. Systemdaten, Zahl der Trickwiedergabe-Geschwindigkeiten, Look-up-Tabellen
und verschiedene Wahlvorgänge
des Benutzers enthalten, zum Beispiel Wiedergabe, Seitenverhältnis, Sprache,
Bewertung usw. Beim Schritt 225 erfolgt ein Test, um zu ermitteln,
ob der Benutzer eine Wiedergabegeschwindigkeit gewählt hat.
Wenn der Benutzer eine normale Wiedergabegeschwindigkeit oder den
NP-Modus gewählt
hat, ermittelt der Schritt 225 JA, und der komprimierte
digitale Programmstrom wird aus dem NP-Speicherbereich des Speichers gelesen,
wie es durch den Schritt 275 von 5 dargestellt ist. Auf ähnliche
Weise könnte
der Benutzer sich entschieden haben, das Programm 1 in der Rückwärtsrichtung
bei der höchsten
Wiedergabegeschwindigkeit zu betrachten. Dann ermittelt der Schritt 225 JA,
und eine Version des Programms 1 wird zum Beispiel von dem TP2-Speicherbereich
des Speichers 110 gelesen. Wenn der Benutzer die Wiedergabegeschwindigkeit
nicht angegeben hat, erfolgt ein üblicher Setzvorgang beim Schritt 250,
der automatisch eine Wiedergabe mit normaler Wiedergabegeschwindigkeit
des gewählten
Programms beim Schritt 275 von 5 wählt.
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Wenn die Wiedergabe des Programms
1 begonnen hat, erfolgt beim Schritt 300 ein Test, um zu
ermitteln, ob eine neue Wiedergabegeschwindigkeit durch den Benutzer
gewählt
worden ist. Ein NEIN beim Schritt 300 dient weiterhin zur
Detektierung des Programmendes beim Schritt 700. Somit
bildet ein NEIN bei beiden Schritten 300 und 700 eine
Schleife, die entweder auf einen Befehl für eine Änderung der Wiedergabegeschwindigkeit
oder auf das Programmende wartet. Wenn der Test 300 JA
ergibt, wurde eine neue Wiedergabegeschwindigkeit gewählt, und
das Steuersystem 50 von 4 ermittelt
die Byte-Versatzadresse in der laufenden Programmwiedergabe, wie
es beim Schritt 325 von 5 dargestellt
ist. Eine Look-up-Tabelle, speziell für die laufende Wiedergabegeschwindigkeit,
enthält
die Byte-Versatzwerte oder Adressen für jede GOP in dem laufenden
Wiedergabe-Geschwindigkeitsstrom. Die laufende Look-up-Tabelle wird
beim Schritt 350 von 5 untersucht,
um die laufende GOP zu finden, die dem laufenden Byte-Versatzwert
entspricht. Wenn somit die laufende GOP gefunden worden ist, berechnet
der Schritt 375 die neue GOP unter Anwendung der Gleichungen
1 und 2, wie früher
beschrieben.
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Beim Schritt 400 erfolgt
ein Test, um zu ermitteln, ob der Benutzer Prioritäten dafür gewählt hat,
zu einer Speicherstelle oder zu einer Auflösungsadresse zu springen. Das
tatsächliche
Springen zu einer Adresse in dem neuen Geschwindigkeitsstrom kann
durch Benutzer-Prioritäten 60 geändert werden
und in vorteilhafter Weise in der Verbindung des neuen Programms
bei einem Punkt resultieren, der dem Ausgangspunkt des alten oder
vorangehenden Programms vorausgeht. Ein NEIN beim Schritt 400 ermöglicht die
Ermittlung, der neuen Wiedergabe oder die Sprungadresse von der
Look-up-Tabelle für
die neue Geschwindigkeit des Schritts 550. Wenn der Test 400 JA
ergibt, werden die Prioritäten
des Benutzers dafür
eingesetzt, die durch den Schritt 550 erzeugten Sprungadressen
zu ändern.
Zum Beispiel kann der Benutzer bevorzugen, das Programm mit der
neuen Geschwindigkeit eine oder zwei Sekunden vor seiner Geschwindigkeitsänderung-Wahlpunkt
zuzuordnen. Somit ergänzt
der Schritt 500 die beim Schritt 550 von den Look-up-Tabellen
abgeleitete Sprungadres se. Die in vorteilhafter Weise ergänzte Sprungsadresse
bestimmt den Startpunkt für
die Wiedergabe des Programms mit der neuen Geschwindigkeit, wie
es beim Schritt 600 dargestellt ist.
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Eine für die neue Wiedergabegeschwindigkeit
spezifische Look-up-Tabelle wird beim Schritt 550 gesucht,
um den Byte-Versatzwert oder die Leseadresse zu orten, die der berechneten
neuen GOP entspricht. Dieser Byte-Versatzwert ist die Sprungadresse
in dem Strom mit der neuen Geschwindigkeit, aus dem die Wiedergabe
ausgelöst
wird, um zu bewirken, daß die
neue Programmversion unabhängig
von benachbarten oder vorangehenden Bildern dekodiert wird. Die
Programmkontinuität
des Benutzers wird dadurch aufrechterhalten, indem wiedergegebenen
Anormalitäten
vermieden werden, wie Standbilder, blaue Schirme usw.
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Nach der Auslösung der Wiedergabe des Programms
mit der neuen Geschwindigkeit beim Schritt 600 wird die
Steuerfolge zu den Schritten 300 und 700 zurückgeschleift
und wartet entweder auf eine weitere Anforderung für eine Wiedergabegeschwindigkeit
oder auf das Ende des Programms. Wenn der Test beim Schritt 700 JA
ergibt und anzeigt, daß das
Programmende erreicht ist, erfolgt ein weiterer Test beim Schritt 800,
der ermittelt, ob der Benutzer ein neues Programm wünscht. Ein
JA beim Schritt 800 wird zum Schritt 200 zurückgekoppelt,
wo der Benutzer ein anderes Programm aus dem Programmwahlmenü wählen kann.
Ein NEIN beim Schritt 800 zeigt an, daß der Wiedergabevorgang beendet
und die Wechselwirkung mit der Quelle 10 beim Schritt ENDE
abgeschlossen ist.
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In 4 ist,
nur zum Zweck der Erläuterung,
ein beispielhafter Schalter S1 in der Speicherseite 100 dargestellt,
tatsächlich
wird der Programmstrom von dem Speicher mit der richtigen Wiedergabegeschwindigkeit
gelesen, d. h. NP, TP2 usw., beginnend bei einer Adresse, die durch
das richtige Adressenpaar von der spezifischen Look-up-Tabelle des
Speichers 120 bestimmt ist, zusammen mit den Übergänge von
der laufenden Geschwindigkeit zu der neuen Geschwindigkeit. Auf ähnliche
Weise kann der Benutzer einen Übergang von
einem beliebigen laufenden Wiedergabestrom zu einem beliebigen anderen
Wiedergabestrom mittels der Tabellen 120 vornehmen, die
alle möglichen
Eingabepunkte für
jede Wiedergabegeschwindigkeit auflisten.
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Die Quelle 10 von 4 kann als eine Konsumer-Unterhaltungseinheit
mit mehreren Programmen ausgeführt
sein. Zum Beispiel eine Video-Jukebox mit einer Programmplatten-Bibliothek
und einem Wechslermechanismus. Die Quelle 10 kann eine
Kombination von auf Platten basierenden Programmen zusammen mit einem
elektronischen Pufferspeicher enthalten. Die Programmplatte kann
MPEG-kodiert sein und zusätzlich die
vorteilhaften Look-up-Tabellen des Anmelders enthalten. Diese Look-up-Tabellen
können
Adressen für eine
I-Bildspur enthalten, die es ermöglichen,
daß der
Platten-Wiedergabeumsetzer nacheinander zwischen I-Bildern springt,
um die gewünschte "Trickwiedergabe"-Wiedergabegeschwindigkeit
zu erzeugen. Die Speicheranforderungen dieser Look-up-Tabellen sind
gering, wie bereits erläutert
wurde. Jedoch müssen
diese Tabellen von der Platte zurückgewonnen und in einem aktiven
Speicher vor der Programmwiedergabe gespeichert werden, um die "Trickwiedergabe"-Reproduktion zu
erleichtern. Während
der "Trickwiedergabe"-Reproduktion springt der Platten-Wiedergabeumsetzer
nacheinander zwischen I-Bildern
in einer von den Sprungtabellen abgeleiteten Folge. Zum Beispiel
wir der Umsetzer bei einer siebenfachen Vorwärtsgeschwindigkeit angewiesen, "über" sieben dazwischenliegende I-Bilder
zu springen und nur das achte I-Bild wiederzugeben. Diese Folge
mit einem Springen der Wiedergabe wird kontinuierlich wiederholt,
bis das Programmende erreicht ist oder der Benutzer eine weitere
Wahl vornimmt. Lücken
in dem wiedergegebenen Signalstrom können durch Anwendung eines
Pufferspeichers und von Bildwiederhol-Strukturformeln verdeckt werden.
Die Programmplatte kann "Trickwiedergabe"-spezifische MPEG-Ströme enthalten,
zeitlich und räumlich
verarbeitet, um eine glattere oder weichere visuelle Darstellung
zu erleichtern, als sie mit der Reproduktion nur von I-Bildern erzielbar
ist. Auf ähnliche
Weise können
diese "Trickwiedergabe"-spezifischen Ströme durch
die vorteilhaften Look-up-Tabellen des Anmelders adressierbar sein.
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Die Quelle 10 kann ein tragbare
Unterhaltungseinheit darstellen, die mit einer Wahl von komprimierten Videoprogrammen
oder bewegten Bildern für
eine Konsumeranwendung in einem Haushalt vorgeladen ist. Diese Unterhaltungseinheit
kann aufskaliert werden und zentral liegen, um einen mehrfachen
Benutzerzugriff zu dem Inhalt des komprimierten Programms zu bilden.
Diese zentralisierte Wiedergabemöglich keit
erfordert eine bidirektionale Kommunikation mit dem Benutzer, um
einen virtuellen VCR mit den beschriebenen "Trickwiedergabe"-Merkmalen zu erleichtern.
