ES2201815T3 - Procedimiento para registro y lectura simultaneos de un flujo de datos de audio y video digitales, y receptor para llevar a cabo dicho procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para registro de un flujo de datos de vídeo y audio digitales, en el que el registro se realiza sobre un medio de registro que incluye un soporte (201) organizado en forma de bloques lógicos en serie y una cabeza de registro y de lectura, caracterizado porque dicho procedimiento consta de tres etapas: - de registro de datos en un bloque en dos a partir de un primer bloque, - después de la iniciación de la lectura de datos, alternativamente a la lectura de un bloque registrado anteriormente y de la continuación del registro en el bloque que sigue al bloque leído.

Description

Procedimiento para registro y lectura simultáneos de un flujo de datos de audio y vídeo digitales, y receptor para llevar a cabo dicho procedimiento.

La presente invención se refiere a un procedimiento para registro y lectura simultáneos de un flujo de datos de audio y vídeo, concretamente datos comprimidos según la norma MPEG II, sobre un soporte de registro dotado de una cabeza de lectura y de registro. La invención se refiere asimismo a un receptor de televisión digital que lleva a cabo el procedimiento.

Cuando se quieren registrar datos secuenciales sobre un soporte provisto con una cabeza encargada al mismo tiempo de la lectura y del registro de datos, el tiempo que necesita esta cabeza para efectuar un salto de una unidad lógica de registro (bloque) hacia otra unidad puede no ser insignificante. El tiempo de desplazamiento de una cabeza de un disco duro del comercio puede ser, por ejemplo, del orden de 10 a 12 ms. En particular, en el caso del registro de datos comprimidos de audio y vídeo que requieren un flujo mínimo, puede ser necesario limitar el número de saltos realizados por una cabeza para evitar una saturación de la memoria intermedia utilizada para la decodificación de estos datos.

Los inventores han comprobado en particular que este problema podría llegar a ser grave si se pretende leer en diferido un flujo de datos, mientras que se continúa el registro de este flujo durante la lectura de los datos registrados con anterioridad.

a patente US 5.706.388 publicada en 6 de Enero de 1998 a nombre de la sociedad ISAKA describe un procedimiento para registro de un flujo de datos de audio y vídeo digitales, procedimiento que se realiza sobre un soporte organizado en forma de bloques lógicos en serie, que incluye una cabeza de registro y de lectura. Sin embargo, este documento no propone una solución que permita reducir el número de saltos de la cabeza lectora.

La invención tiene por objeto proponer un procedimiento para registro que evite los saltos inútiles de la cabeza de lectura y de registro.

La invención tiene por objeto un procedimiento para registro de un flujo de datos de vídeo y audio digitales, realizándose el registro sobre un medio de registro que incluye un soporte organizado en forma de bloques lógicos en serie y una cabeza de registro y de lectura, caracterizado porque dicho procedimiento comprende las etapas:

- de registro de datos en un bloque en dos a partir de un primer bloque,

- después de la iniciación de la lectura de datos, alternativamente de la lectura de un bloque registrado anteriormente y de la continuación del registro en el bloque que sigue al bloque leído.

Durante la escritura sin lectura, solamente se efectúa un salto de cabeza. Durante la lectura y la continuación del registro, no se realiza ningún salto: la cabeza lectora lee un bloque y graba en el bloque que le sigue inmediatamente. De este modo, el número de saltos se reduce de manera eficaz.

Según un modo de realización particular, cuando se ha leído el conjunto de los bloques registrados antes de la iniciación de la lectura, el registro continúa en bloques contiguos de manera no entrelazada.

Según un modo de realización particular, cuando se ha leído el conjunto de los bloques registrados antes de la iniciación de la lectura, el registro continúa en bucle en los bloques leídos anteriormente borrando los bloques leídos anteriormente.

Según un modo de realización particular, el registro de datos se realiza en un grupo de N bloques contiguos (N > 1) en dos en lugar de un solo bloque en dos.

Según un modo de realización particular, dicho procedimiento contiene, además, la etapa suplementaria de detección de secuencias de bloques libres en el soporte y de aplicación de las etapas de registro y de lectura dentro de tales secuencias.

La invención tiene también por objeto un receptor de televisión digital que contiene medios de recepción de un flujo de datos de audio y vídeo digitales que incluyen:

- unos medios de registro que incluyen un soporte de registro y una cabeza de registro y de lectura, estando organizado dicho soporte en forma de bloques lógicos en serie;

- un circuito de mando para gestión de la escritura y lectura de bloques del soporte de registro; caracterizado porque incluye:

- un circuito de interfaz del soporte de registro con dicho circuito de mando, cuyo circuito de mando ordena en un primer momento el registro de datos en un bloque en dos a partir de un primer bloque y en un segundo momento, tras la iniciación de la lectura de datos, alternativamente la lectura de un bloque registrado anteriormente y la continuación del registro en el bloque siguiente al bloque leído.

Según un modo de realización particular, el circuito de mando ordena el registro de datos en un grupo de N bloques contiguos (N > 1) en dos en lugar de un solo bloque en dos.

Aparecerán otras características y ventajas de la invención a través de la descripción de un ejemplo de realización particular no limitativo, ilustrado por las figuras adjuntas entre las que:

- la figura 1 es un esquema de bloques de un receptor-decodificador digital que incluye un dispositivo de almacenamiento conforme al presente ejemplo de realización;

- la figura 2 es un diagrama de bloques de un ejemplo de realización del dispositivo de almacenamiento, en este caso un disco duro;

- la figura 3 es un esquema que ilustra el reparto de las zonas de audio y vídeo en una memoria de tipo FIFO utilizada como intermedia para la escritura de datos;

- la figura 4 es un esquema de un bloque de 128 K-octetos de una parte del disco duro reservada para el registro del flujo de audio y vídeo;

- la figura 5 es un esquema que ilustra los dos tipos de sistema de fichero presentes en el disco duro;

- la figura 6 es un esquema que ilustra diferentes zonas de registro del sistema de fichero de tipo "Flujo";

- la figura 7 es un organigrama de la escritura de un fichero sobre el disco;

- la figura 8 es un esquema que ilustra las respectivas duraciones de distintas operaciones durante una lectura de bloques;

- las figuras 9a y 9b son unos diagramas que ilustran un procedimiento que permite reducir los desplazamientos de una cabeza de escritura/lectura del disco durante un registro y una lectura simultáneos;

- la figura 10 es un diagrama bloque de un circuito de recuperación de reloj.

Aunque la descripción realizada aquí arriba se refiere principalmente al registro de paquetes PES de audio y vídeo demultiplexados, la invención puede aplicarse con facilidad al registro directo de paquetes de flujo de transporte (TS) o programa (PS) o incluso otros tipos de flujo, por ejemplo de tipo Vídeo Digital (DV).

Según el presente ejemplo de realización, el dispositivo de almacenamiento es un disco duro integrado en un decodificador de televisión digital que se ajusta a la norma DVB.

La figura 1 es un diagrama de bloques de ese decodificador. Este último incluye un sintonizador 101 conectado a un circuito de demodulación y de corrección de error 102 que también lleva incorporado un convertidor analógico-digital para digitalizar las señales que proceden del sintonizador. Según el tipo de recepción, cable o satélite, la modulación utilizada es tipo QAM o QPSK, y el circuito 102 lleva incorporados los medios de demodulación apropiados al tipo de recepción. Los datos demodulados y corregidos son serializados por un convertidor 103, conectado a una entrada serie de un circuito de demultiplexión y de decodificación 104.

Según el presente ejemplo, este circuito 104 es un circuito STi5500 fabricado por ST Microelectronics. Este último lleva incorporado, conectados a un bus paralelo central 105 de 32 bits, un demultiplexor DVB 106, un microprocesador 107, una antememoria 108, un interfaz memoria externa 109, un interfaz de comunicación serie 108, un interfaz memoria externa 109, un interfaz de comunicación serie 110, un interfaz entrada/salida paralelo 111, un interfaz de tarjeta inteligente 112, un decodificador MPEG de audio y vídeo 113, un codificador PAL y RGB 114 y un generador de caracteres 115.

El interfaz memoria externa 109 está conectado a un bus paralelo de 16 bits, al que están conectadas respectivamente un interfaz paralelo 116 tipo IEEE 1284, una memoria RAM 117, una memoria "Flash" 118 y un disco duro 119. Este último es tipo EIDE por necesidades del presente ejemplo. El interfaz paralelo 116 está asimismo conectado con un conector externo 120 y con un MODEM 121, estando conectado este último a un conector externo 122.

El interfaz de comunicación serie 110 está unido a un conector externo 123, así como a la salida de un subconjunto de recepción infrarrojo destinada a recibir señales de un mando a distancia no representado. El subconjunto de recepción infrarrojo está compuesto por un panel frontal del decodificador, que lleva incorporado también un dispositivo de presentación y teclas de mando.

El interfaz de tarjeta inteligente 112 está unido a un conector de tarjeta inteligente 125.

El decodificador de audio y vídeo 113 está conectado a una memoria RAM 126 de 16 Mbit, destinada a almacenar los paquetes de audio y vídeo no decodificados. El decodificador transmite los datos de vídeo decodificados al codificador PAL y RGB 114 y los datos de audio decodificados a un convertidor analógico-digital 127. El codificador proporciona las señales RGB a un codificador SECAM 132, y proporciona también una señal de vídeo en forma de una componente de luminancia Y y de una componente de crominancia C, estas dos últimas están separadas. Estas distintas señales son multiplexadas a través de un circuito de conmutación 128 hacia unas salidas de audio 129, de televisión 130 y de magnetoscopio 131.

El encaminamiento de datos de audio y vídeo en el decodificador es el siguiente: el flujo de datos demodulados tiene un formato de flujo de transporte, denominado también "Transport Stream" o simplemente "TS" con referencia a la Norma MPGE II Sistemas. Este estándar cuenta con la referencia ISO/IEC 13818-1. Los paquetes TS llevan en su encabezamiento unos identificadores denominados PID que indican a qué flujo elemental se refieren los datos útiles del paquete. Normalmente, un flujo elemental es un flujo de vídeo ligado a un programa concreto, mientras que un flujo de audio de este programa es otro distinto. La estructura de datos que se utiliza para transportar los datos de audio y vídeo comprimidos se denomina paquete de flujo elemental o incluso paquete "PES".

El demultiplexor 106 está programado por el microprocesador 107 para extraer del flujo del transporte, los paquetes que corresponden a determinados valores de PID. Los datos útiles de un paquete demultiplexado son decodificados en su caso (si los derechos almacenados por una tarjeta inteligente del usuario permiten esa decodificación), antes de almacenar estos datos en zonas intermedias de las distintas memorias del decodificador. Las zonas intermedias reservadas para los paquetes PES de audio y vídeo están situadas en la memoria 126. El decodificador 113 une estos datos de audio y vídeo con arreglo a las necesidades, y transmite las muestras de audio y vídeo descomprimidas al codificador 114 y al convertidor 127 respectivamente.

Alguno de los circuitos arriba mencionados se controlan de forma conocida, por ejemplo a través de un bus tipo I2C.

El caso de la figura descrita anteriormente corresponde a la decodificación directa de un programa demultiplexado por el decodificador MPEG 113.

Según la invención, el receptor-decodificador lleva incorporado un disco duro para almacenamiento en masa principalmente de datos de audio y vídeo en forma comprimida.

La figura 2 es un diagrama de bloques del conjunto 119 que comprende el disco duro y los circuitos de interfaz que le unen al interfaz de memoria externa 109.

El disco duro 201 es un disco duro del comercio dotado de un interfaz Ultra ATA/EIDE. Con "ATA" se designa el protocolo de comunicación, por otra parte conocido, del disco específico utilizado en el presente ejemplo. Según el presente ejemplo de realización el disco lleva un doble sistema de ficheros. Dos sistemas de ficheros unidos a unas zonas de datos respectivas que se utilizan en paralelo para leer y escribir datos en el disco, el primer sistema de ficheros está adaptado para la escritura y la lectura de datos de tipo fichero informático, programa, código, etc. que se denominará en adelante sistema de fichero "Bloque", mientras que el segundo sistema de fichero se destina a la escritura y a la lectura del flujo de audio y vídeo, que se denominará en adelante sistema de fichero "Flujo".

Esta dualidad se encuentra a nivel de la estructura de los circuitos de interfaz de la figura 2.

La escritura y la lectura de bloques de datos se realiza respectivamente por medio de una memoria de tipo primero en entrar primero en salir (FIFO) 202 para escritura y de una memoria 203 del mismo tipo para lectura. Las dos memorias FIFO tienen un tamaño respectivo de 16 octetos y están controladas por un circuito de transferencia de bloques 204 que gestiona los punteros de dirección de estas dos memorias FIFO. Según el presente ejemplo de realización, son memorias de tipo doble puerto sincrono.

Los intercambios de datos según el modo "Bloque" se realizan en modo acceso memoria directo, mediante envío de ráfagas ("bursts" en inglés) de 16 octetos. Estas ráfagas se guardan tanto en escritura como en lectura por las dos memorias FIFO 202 y 203, que permiten la adaptación del caudal disco al caudal bus 215 y viceversa.

Tiene dos memorias FIFO 205 y 206 para escritura y lectura respectivamente de los flujos de audio y de vídeo. Cada memoria FIFO 205 y 206 lleva incorporada, según el presente ejemplo de realización, una memoria física de 512 Koctetos, dividida en cuatro bancos de vídeo de 112 Koctetos (reunidos en una zona "vídeo", referenciada como 205a y 206a respectivamente) y una zona de audio de 64 Koctetos (referenciada como 205b y 206b respectivamente) y controlada por un circuito de control de transferencias de flujo 207. Cada banco de vídeo y zona audio están gestionados como memoria primero en entrar primero en salir (FIFO). El circuito 207 gestiona dos punteros de escritura y dos punteros de lectura independientes para cada una de las series 205 y 206, es decir un par de punteros de vídeo y un par de punteros de audio. Solamente una memoria 205 y 206 está activa en lectura y solamente una está activa en escritura en un momento dado. Sin embargo el acceso a las dos memorias 205 y 206 es independiente, lo que permite una lectura y escritura simultánea en el disco.

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Según una variante del presente ejemplo de realización, las memorias 202, 203, 205 y 206 son zonas de la memoria RAM 117, estando gestionada cada una de estas zonas como una, o en su caso varias, memoria(s) tipo primero en entrar primero en salir.

Por otra parte, un Técnico podría realizar con facilidad una adaptación del presente ejemplo de realización a la gestión de componentes suplementarios, como por ejemplo varios flujos elementales de audio, previendo las memorias suplementarias requeridas al efecto.

Por otra parte, es posible asimismo registrar directamente paquetes de flujo TS, sin haber extraído los paquetes PES. En ese caso, no nos preocupamos por la naturaleza (audio, vídeo u otra) del contenido de los paquetes registrados, y se graban los paquetes TS demultiplexados en bloques de 128 Koctetos, es decir, gestionando de manera continua los 112 y los 16 Koctetos. No existe, por lo tanto, en este caso particular, entrelazamiento según la naturaleza de los paquetes elementales que se encuentran en los paquetes TS, al contrario de lo que se realiza durante el registro de los paquetes PES desprovistos de la capa de transporte.

Los dos circuitos de control de transferencia 204 y 207 son máquinas de estado, cuyo funcionamiento se controla por el microprocesador 107. El microprocesador indica a los controladores las tareas de transferencia que se han de efectuar en modo de acceso directo de memoria (modo llamado "UDMA" Ultra Direct Memory Access de aquí en adelante), y se le previene del cumplimiento de estas tareas mediante una interrupción generada por un circuito de control de interrupción 208 conectado a los dos circuitos de control de transferencia 204 y 207. En el marco de este ejemplo aquí descrito, se utiliza el modo UDMA 33 Mocteto/s, pero evidentemente la invención no se limita solamente a ese modo.

Los dos circuitos de control de transferencia gestionan el acceso del disco propiamente dicho a través del circuito de mando 209 que permite poner en funcionamiento el disco y su modo de acceso, es decir el acceso a los registros de mando y control y el acceso a la memoria directa UDMA. El circuito de mando está unido asimismo al microprocesador 107, para la gestión directa de los registros de control y de mando del disco, lo que no pone en funcionamiento los circuitos de control de transferencia 204 y 207.

El circuito de interfaz de la figura 2 lleva incorporados además dos multiplexores 210 y 211, que reciben la entrada respectivamente de las tres vías de entrada de datos, es decir de los datos que se escriben en el disco, y las tres vías de salida de los datos, es decir de los datos que se leen en el disco. Cada multiplexor tiene, por lo tanto, en la entrada tres buses de 16 bits y un bus de 16 bits a la salida. La conmutación entre las distintas vías se dirige por el microprocesador 107.

Por lo que respecta al multiplexor de escritura 210, la primera vía de entrada está constituida por un acceso directo del bus de datos 215 de interfaz de memoria externa 109 al bus de datos 212 del disco 201, la segunda vía está constituida por la salida de la memoria FIFO 202 para la escritura de bloques, mientras que la tercera vía está constituida por la salida de la memoria FIFO 205, para la escritura de los flujos.

Por lo que respecta al multiplexor de lectura 211, la primera vía de salida está constituida por un acceso directo del bus de datos del disco al bus de datos del interfaz de memoria externa 109, mientras que la segunda vía está constituida por la salida de la memoria 203 para la lectura de bloques, y la tercera vía por la salida de la memoria FIFO 206, para la lectura de los flujos.

Las respectivas salidas de los dos multiplexores 210 y 211 están conectadas respectivamente al bus de datos del disco y al bus de datos del interfaz de memoria externa a través de los niveles de salida tres estados 213 y 214, controlados por los autómatas 204 y 207.

Cada memoria 205 y 206 sirve como antememoria para los datos de destino del disco o que provienen de él. El disco de acuerdo con el presente ejemplo de realización contiene sectores de 512 octetos. El contenido de 256 sectores corresponde, por lo tanto, al tamaño de un banco de memoria de vídeo de una memoria FIFO de una de las memorias 205a y 206a, aumentada en un cuarto del tamaño de una de las zonas de audio 205b y 206b, a saber un total de 128 Koctetos. Ésta es prácticamente la cantidad de datos transferible de o hacia el disco durante el tiempo medio de desplazamiento de una cabeza de lectura del disco utilizado en el presente ejemplo, es decir aproximadamente 10 ms.

La utilización de las memorias FIFO que cuentan con las características arriba definidas ha permitido obtener unos caudales de lectura y escritura simultáneas de 15 Mbit/s.

La escritura de un flujo de audio-vídeo en el disco se describirá con relación a las figuras 3 y 4.

La figura 3 ilustra el reparto de datos de audio y vídeo al formato PES de acuerdo con la norma MPEG II, a las dos memorias FIFO, esto es un banco de vídeo (uno de los bancos de la parte 205a de la memoria 205) y una zona audio (parte 205b de la memoria 205).

Las memorias se inscriben en el disco en bloques de audio/vídeo de 128 Koctetos cada uno. Según la presente invención, se reserva una parte fija del bloque de 128 Koctetos para datos de vídeo (112 Koctetos) y otra parte, variable, para datos de audio (16 Koctetos como máximo). Al estar escritos los bloques secuencialmente, los datos de audio y vídeo se encuentran entrelazados en el disco.

Se ha comprobado que la relación entre el caudal mínimo de un flujo de vídeo y el caudal máximo de un flujo de audio es aproximadamente de 10. Definiendo en un bloque de 128 Koctetos una zona de 112 Koctetos reservada al vídeo y de 16 Koctetos al audio, la ratio es de 7. Dicho de otra manera, si se toma en consideración un flujo de audio/vídeo en el que los datos de vídeo (en forma de paquetes PES de vídeo) se almacenan después de su demultiplexión en la zona de 112 Koctetos, la zona de vídeo se llenará siempre antes que la zona de audio.

Resulta evidente que en función de los flujos y del caudal que se ha de gestionar, se podrán utilizar asimismo otras ratios distintas a 7. Este es concretamente el caso si se ponen en práctica otros algoritmos de compresión distintos a los que preconiza la norma MPEG.

Cuando se ha llenado el banco de vídeo de 112 Koctetos, el contenido de este banco se escribe en el disco, seguido de los datos de audio acumulados al mismo tiempo que los 112 Koctetos de datos de vídeo, con independencia de lo llena que esté la zona audio. Por construcción, se sabe, sin embargo, que se han acumulado menos de 16 Koctetos.

En este contexto, no existe correlación entre los límites de los paquetes PES y el comienzo o el final de un banco de vídeo o de datos de audio acumulados. Los primeros datos del contenido de un banco de vídeo pueden caer de lleno en medio de un paquete PES de vídeo, mientras que los últimos datos de audio acumulados no tienen por qué corresponderse necesariamente con el final de un paquete PES de audio.

Se supone que se han adoptado previamente las medidas necesarias a nivel del sistema de ficheros del disco para abrir un fichero para la escritura de un flujo.

A los datos de vídeo y audio se añade un identificador del fichero al que pertenece el bloque del disco y un dato que indique la cantidad de datos de audio, derivada del estado del puntero de escritura de la zona audio 205b de la memoria 205 en el momento de alcanzar el límite de llenado del banco de vídeo. El identificador está codificado en 16 bits, mientras que la cantidad de datos de audio lo está en 14 bits. La figura 4 ilustra la disposición de los datos en un bloque en el disco. La parte de la zona de audio del bloque que no contiene datos de audio se llena con bits de relleno para completar estos datos a 16 Koctetos.

Si se trata de registrar paquetes TS, no se necesita naturalmente indicar una cantidad de datos de audio.

El identificador de ficheros es el mismo para todos los bloques que pertenecen a un mismo fichero. El identificador de ficheros es una información redundante con relación a la que se encuentra en una estructura de datos denominada nodo y ligada a cada fichero. Sin embargo, se utiliza el identificador cuando un fichero abierto para escritura no se ha cerrado correctamente: en ese caso el sistema de ficheros identifica todos los bloques que pertenecen a un mismo fichero gracias al identificador de fichero y actualiza los parámetros correspondientes en el nodo del fichero y en las otras estructuras de datos grabadas al principio de la parte del disco reservada al sistema de fichero "Flujo". El receptor reconoce el identificador del fichero abierto, ya que éste está registrado dentro de una banda del disco (en el nodo número 0) cada vez que se abre el fichero, banda que se coloca otra vez a cero cuando se cierra el fichero.

Aparece que la superposición de los datos de audio sobre los datos de vídeo tiene como consecuencia la no-utilización de una parte variable de la zona de audio de 16 Koctetos de un bloque del disco. Sin embargo, el tamaño de la parte no utilizada es relativamente pequeño con relación a los 128 Koctetos de un bloque completo. Si el registro de los paquetes de vídeo y audio se efectuase en el orden de demultiplexión de los paquetes PES, en ese caso se necesitaría registrar la naturaleza de cada paquete (de audio o vídeo, por ejemplo en forma de un identificador PID). El espacio necesario para esta registro habría sido por una parte mayor que el reservado a los bits de relleno de la parte de audio de los bloques registrados y por otra parte de una gestión más compleja.

Las ventajas de la superposición de los datos de audio sobre los datos de vídeo son importantes a pesar de todo. Efectivamente, incluso si los datos de audio y vídeo no son multiplexados de la misma forma que en los flujos de audio/vídeo entrantes, se mantiene el sincronismo global entre datos de audio y de vídeo. Los datos de audio en un bloque son en efecto los que se han recibido temporalmente multiplexados con los datos de vídeo del mismo bloque. Así se puede restituir un flujo de audio/vídeo al decodificador sin deriva del sincronismo que podría ocasionar en la relectura un desbordamiento de memorias intermedias de audio o vídeo.

Se mantiene asimismo el sincronismo si se graba directamente el flujo TS.

La utilización de cuatro bancos de memoria de vídeo de 112 Koctetos cada uno de ellos de lectura y/o de escritura, igual que una zona de audio de 64 Koctetos permite compensar el tiempo de desplazamiento de la cabeza de escritura del disco y los posibles problemas de acceso al disco que podrían retrasar la escritura. El microprocesador 107 intenta no obstante conservar vacíos el mayor número posible de bancos de la memoria 205, lo que se puede denominar como una gestión de tipo memoria intermedia vacía. Para transferir los datos de audio/vídeo al disco, el microprocesador 107 pone en marcha un mecanismo de acceso de memoria directo ("DMA") que realiza la transferencia de datos de audio /vídeo del demultiplexor 106 a un banco de vídeo y la zona audio de la memoria FIFO 205. En el ejemplo de realización, se trata de una DMA integrada directamente en el demultiplexor 106.

Cuando se llena un banco de vídeo de la memoria 205, el circuito de control de transferencia de escritura 207 genera una interrupción en la dirección del microprocesador 107, y continuando la escritura en el siguiente banco de memoria FIFO de vídeo. Los bancos de memoria de vídeo FIFO se ponen en marcha por turnos. El microprocesador que gestiona también el sistema de ficheros del disco, establece el primer sector de escritura de 512 octetos del bloque de 128 Koctetos, y se lo suministra al disco mediante el circuito de mando 209. El microprocesador inicia asimismo el mecanismo de acceso de memoria directo al disco para la transferencia de los datos a partir del primer banco de memoria FIFO de vídeo y la cantidad de audio correspondiente de la FIFO de audio 205b de la memoria 205. En ese caso el disco inscribe 128 Koctetos en 256 sectores bajo control del circuito 207. Al final de la transferencia de los 128 Koctetos de datos, el disco duro abandona el modo Ultra DMA, el circuito de control 207 libera el modo Ultra DMA y se lo indica al microprocesador para una interrupción. Esta transferencia se repite cada vez que el microprocesador recibe una demanda de interrupción por medio de un circuito de control 207 y hasta que se decida detener el registro. Entonces el microprocesador actualiza el nodo correspondiente al fichero en el que se está realizando la escritura, así como las tablas de bits correspondientes. El papel de las tablas de bits y del nodo se verá con mayor detalle más adelante.

Cabe destacar que según el presente ejemplo de utilización, la zona de audio de cada memoria 205 y 206 no está organizada en bancos de tamaño fijo, como en el caso de los bancos de vídeo de 112 Koctetos. Las zonas de audio se gestionan almacenando, en escritura, la cantidad de datos de audio escritas por cada banco de vídeo relacionado, y en lectura, en relación con la información relativa a la cantidad de audio leída en cada bloque.

Según el presente ejemplo de realización, solamente se graban en el disco los datos PES. Esto significa que los valores de reloj de referencia ("PCR") no se graban. No obstante, como se ha dicho, sería igualmente posible registrar paquetes de la capa de transporte TS.

El mecanismo de lectura difiere bastante del mecanismo de escritura. Se toma en consideración una fase de inicialización de la lectura y un sistema permanente de lectura.

Para inicializar la lectura en modo flujo, el microprocesador transmite al disco duro la dirección del primer sector del primer bloque a transferir y pide la transferencia de 256 sectores. Terminada la transferencia, el circuito de control de transferencia 207 genera una interrupción para indicar el final de la transferencia. El microprocesador solicita a continuación la transferencia del siguiente bloque, y así sucesivamente hasta que se llenan los cuatro bancos de las memorias FIFO de vídeo del bloque 206 (y una parte de la zona de audio 206b). En ese momento el microprocesador inicializa la transferencia y decodificación de los datos al decodificador 113. Verificada la inicialización, se realiza la transferencia de los datos sin intervención del microprocesador: el decodificador 113 lee los datos de audio y vídeo según la evolución de las necesidades. La velocidad de vaciado de las memorias FIFO depende en efecto del contenido de los paquetes de audio y vídeo comprimidos.

El régimen permanente es el siguiente: cuando se ha vaciado por completo un banco de memoria de 112 Koctetos de FIFO de vídeo (y se han leído asimismo los datos de audio correspondientes), se informa al microprocesador mediante una solicitud de interrupción, que pone en marcha la transferencia de un nuevo bloque, de modo que se mantengan llenos si es posible todos los bancos de vídeo FIFO. Esta gestión es tipo memoria intermedia llena.

Según el presente ejemplo de realización, la recuperación del sistema de reloj se realiza demultiplexando unos paquetes de transporte correspondientes a un programa en curso, y bloqueando un bucle de bloqueo de fase en los valores de reloj de referencia ("PCR") de un flujo TS entrante. Esta operación permite obtener la frecuencia de reloj de 27 MHz requerida. Se utiliza, por lo tanto, un flujo TS entrante para recuperar la cadencia de reloj de referencia, incluso si se utiliza este reloj conjuntamente con unos datos de audio y vídeo no emitidos en tiempo real en ese flujo.

Este principio de recuperación de la cadencia de reloj está ilustrado en el esquema de bloque de la figura 10, que contiene un bucle de bloqueo de fase (PLL) compuesto por un comparador/substractor 1001, seguido de un filtro paso bajo 1002 y de un oscilador controlado por tensión 1003. Un contador 1004 cierra el bucle entre la salida del oscilador 1003 y una entrada del comparador/substractor 1001. El comparador/substractor recibe, además, los valores de reloj PCR que salen de un flujo TS. La diferencia entre un valor de reloj local que sale de un contador 1004 y el valor de reloj PCR se transmite al filtro de paso bajo 1002, y la cadencia de la señal de salida del bucle se adapta en consecuencia. El valor de reloj que contiene el contador 1004 se actualiza con regularidad con el valor de reloj PCR demultiplexado, lo que tiene como consecuencia la sincronización del contador 1004 con el reloj del codificador del flujo TS. Este reloj se utiliza para la decodificación y la presentación del flujo TS recibido en tiempo real. Como se describe más adelante, solamente se utiliza la cadencia del reloj a la salida del bucle PLL para la decodificación y la presentación de datos leídos a partir del disco duro.

Se pueden utilizar otros procedimientos de recuperación de reloj. Se puede utilizar en concreto un reloj libre. En efecto, la precisión que se necesita para un reloj de 27 MHz no es necesariamente tan grande como la que impone el estándar MPEG II a nivel del decodificador, es decir 30 ppm. Solamente se requiere esta precisión si efectivamente hay que decodificar un flujo que proceda directamente de un codificador. En tal caso en efecto, una desviación demasiado grande del reloj del decodificador puede producir un agotamiento o un desbordamiento de la memoria intermedia del decodificador. Sin embargo, en caso de lectura de un flujo a partir de un disco duro local, los inventores han comprobado que no se da esta limitación: el decodificador puede efectivamente ajustar el caudal del flujo de lectura a la medida de sus necesidades, lo que no sucede cuando el flujo le llega directamente, sin que haya pasado por el tope constituido por el disco.

La decodificación de las tramas de vídeo se inicia en un determinado un nivel de llenado de una memoria intermedia de decodificación que forma parte de la memoria RAM 126. Este nivel es por ejemplo de 1,5 Mbit, para una memoria intermedia con una capacidad de 1,8 Mbit. Este momento, denominado TOP BUFFER VÍDEO, se considera como el momento de referencia para la decodificación y la presentación de las tramas de vídeo. El valor de reloj DTS de la primera trama leída en la memoria intermedia del decodificador se carga en el contador 1005 de la figura 10. Este contador cuenta al ritmo del reloj generado por el bucle PLL. La decodificación de la primera trama de vídeo se pone en marcha inmediatamente, mientras que la presentación de esta primera trama así como la decodificación y presentación de las siguientes se realizan de acuerdo con los valores del reloj DTS y PTS correspondientes, con respecto del reloj generado por el contador 1005.

La decodificación y presentación de las tramas de audio recurren asimismo al reloj regenerado de esta forma.

La figura 5 ilustra la manera en que los dos sistemas del fichero "Bloque" y "Flujo" conviven en el disco duro. Según el presente ejemplo de realización, el sistema de fichero "Bloque" y su zona de datos asociada ocupan varios cientos de Megaoctetos, mientras que el sistema de fichero "Flujo" y su zona de datos ocupan varios Gigaoctetos.

No se va a detallar más el sistema del fichero "Bloque", ya que la organización del correspondiente sistema de ficheros es de factura clásica, por ejemplo del tipo UNIS o MINIX, que contiene un "superbloque", una tabla de nodos, una tabla de bloques de datos, así como las zonas de nodos y de datos propiamente dichas. Sin embargo una característica de este sistema de fichero es que favorece un acceso aleatorio a los datos, por ejemplo, mediante el empleo de un sistema de direcciones de dirección de entrada múltiple (es decir una serie de punteros de dirección de los que solamente el último proporciona la dirección del bloque de datos que se busca), mientras que el sistema de ficheros "Flujo" tiene como característica optimizar un acceso secuencial.

El disco duro lleva además un bloque de arranque ("Boot block" en inglés) único para el conjunto de sistemas de ficheros. Los parámetros que aparecen en el bloque de arranque son el índice del programa de arranque, el nombre del volumen, el número de octetos por sector, el número de sectores del volumen, así como el número de sectores del bloque de arranque.

Como queda dicho, los parámetros elegidos para el sistema de ficheros "Flujo" son los siguientes: el tamaño del sector es de 512 octetos, un bloque "Flujo" se compone de 256 sectores.

Esto se puede comparar con el tamaño de un bloque del sistema de ficheros "Bloque", es decir 4 sectores.

La figura 6 ilustra la organización del sistema de ficheros "Flujo". Este sistema de ficheros incluye en primer lugar un bloque denominado "superbloque", que contiene informaciones generales sobre el sistema de ficheros. La tabla 1 proporciona las informaciones que se encuentran en ese "superbloque":

Identificador del fichero sobre 8 bits

Nombre del volumen

Fecha de creación del volumen

Fecha de la última modificación

Tamaño total de la parte del disco asignada al sistema de ficheros "Flujo" y a sus bloques de

datos (en sectores)

Tamaño del súper bloque

Dirección del súper bloque

Dirección de las copias de los ficheros de sistemas (1ª copia)

Dirección de las copias de los ficheros de sistemas (2ª copia)

Dirección de las copias de los ficheros de sistemas (3ª copia)

Dirección de las copias de los ficheros de sistemas (4ª copia)

Tamaño de los nodos (en sectores)

Dirección del primer nodo

Tamaño de la zona de los ficheros secuencias (en sectores)

Dirección de la zona de los ficheros de secuencias

Tamaño de las tablas de bits (en sectores)

Dirección de la tabla de los bits de los nodos

Dirección de la tabla de los bits de los ficheros de secuencias

Dirección de la tabla de los bits de los bloques de datos

Número máximo de ficheros (también número máximo de nodos)

Número máximo de ficheros de secuencias

Número de sectores por bloque de datos

Dirección del primer dato (número del primer bloque)

TABLA 1

Las direcciones son datos en números de sector, estando numerados todos los sectores del disco desde 0 hasta el número máximo de sectores del disco.

Se une a cada fichero o repertorio del sistema de ficheros una estructura de datos denominada un "nodo" que indica el nombre del fichero o del repertorio, su tamaño, su ubicación y la de sus atributos. Los nodos se agrupan en el sistema de ficheros detrás del superbloque. La tabla 2 indica la composición de un nodo:

Nombre del fichero o del repertorio

Identificador del fichero o del repertorio (sobre 32 bits)

Tamaño (en octetos)

Identificador del repertorio padre (sobre 32 bits)

Puntero hacia los atributos

Para un fichero: lista de un máximo de 15 secuencias de bloques contiguos que de finen un

fichero

Para un repertorio: Lista de los identificadores de los ficheros o sub-repertorios que se

encuentran en ese repertorio

Puntero a una extensión del campo precedente (por ejemplo un identificador de fichero

secuencia en la zona correspondiente)

TABLA 2

Una secuencia es una sucesión de bloques contiguos que forman parte de un mismo fichero. Se define por la dirección del primer bloque de la secuencia, seguida por el número de bloques contiguos. Si se fragmenta el fichero, un puntero lo reenvía a una zona de extensión que contiene secuencias suplementarias (zona de los ficheros de secuencias) con la ayuda de un identificador de fichero adecuado. Un fichero de secuencia puede reenviarlo a su vez a un fichero suplementario y así sucesivamente. Este tipo de sistema de direccionamiento de dirección de entrada simple se adapta bien a la naturaleza secuencial de los datos. Se evita con ello la sucesiva manipulación de varios punteros, manipulación ésta que resulta costosa en tiempo. Las direcciones de entrada múltiples se reservan al sistema de ficheros "Bloque", con objeto de facilitar un acceso aleatorio a los datos.

Los atributos se almacenan en el sistema de ficheros "Bloques". Así pues, se puede hacer referencia desde un sistema de fichero a datos controlados en el otro.

Los ficheros de secuencias suplementarias se reúnen en la sección "Secuencias" después de la zona reservada a los nodos (ver la figura 6).

El sistema de ficheros "Flujo" contiene, además, una "tabla de bits" que indica a cada nodo, cada fichero de secuencias suplementarias y cada bloque de datos si está o no ocupado. Para ello, hay un bit ligado a cada nodo, fichero de secuencias suplementario y bloque.

La figura 7 es un organigrama del procedimiento de escritura de un fichero. En un primer momento, se crea un nodo ligado a un fichero. Se determina la ubicación de ese nodo en el disco examinando la tabla de los bits de los nodos. Utilizando la tabla de bits de los bloques, el microprocesador 107 determina una secuencia libre de bloques y escribe en ella los datos que se pretenden registrar, bloque tras bloque. Al final de la secuencia, se almacenan la dirección y la longitud de la secuencia en el nodo del fichero que está en la memoria. Los símbolos de la tabla de los bits de los bloques que corresponden a los bloques asignados al registro de la secuencia se almacenan en el nodo del fichero en memoria. Se repite la operación de detección y de escritura de una secuencia si es necesario, hasta que se haya registrado todo el fichero. Una vez terminada el registro de los datos, las informaciones actualizadas referentes a la ubicación de los datos (es decir el nodo y las tablas de bits actualizadas) se graban también en el disco. Solamente se inscriben las informaciones en el disco al final del registro, con objeto de evitar incesantes idas y vueltas de la cabeza de lectura/escritura.

Para leer un fichero, el microprocesador lee, antes de nada el nodo de ese fichero, así como las definiciones de todas las secuencias suplementarias que al mismo se refieren. Se evita de este modo un desplazamiento de la cabeza de lectura/escritura del disco durante la lectura hacia las zonas que se encuentran al principio del sistema de ficheros.

Una de las aplicaciones del disco que se contemplan es la lectura en diferido de un programa en proceso de registro. Por ejemplo, el telespectador que está viendo un programa en directo tiene que ausentarse durante unos minutos y quiere seguir viéndolo en el momento exacto en que se produjo la interrupción. Al principio de su ausencia pone en funcionamiento el registro del programa. Al regresar, arranca la lectura del programa, mientras que el registro se está verificando todavía. Dado que la cabeza de lectura/escritura tiene que verificar unos desplazamientos desde las zonas de lectura a las zonas de escritura y viceversa y que el tiempo de desplazamiento de la cabeza está en torno a 10 ms para el disco utilizado en el marco del presente ejemplo, se deben adoptar ciertas precauciones para garantizar el caudal mínimo necesario para la lectura y la escritura.

Para valorar la influencia de los saltos de cabeza sobre el caudal, nos colocamos en las condiciones más desfavorables tomando como ejemplo el del caudal máximo de un flujo MPEG II, es decir 15 Mbit/s. Un bloque de 128 Koctetos que corresponden así a 66,7 ms de datos de audio y vídeo, como aparece en la figura 8. La lectura o la escritura de un bloque, a razón de una transferencia a 96 Mbit/s, dura 10,4 ms. Si una lectura no viene precedida de un salto, quedan disponibles 56,3 ms como margen de seguridad.

Como queda dicho en el párrafo anterior, un salto de cabeza de un primer bloque a un segundo no adyacente al primer bloque ocupa 10 ms. Por lo tanto, queda un intervalo libre de 46,3 ms.

Si hay que realizar una lectura o una escritura precedidas de un salto cada una, dentro de un intervalo de 66,7 ms, solo quedan disponibles 25,9 ms. Ahora bien, como los sectores defectuosos dentro de un bloque pueden provocar asimismo saltos de la cabeza, es preferible limitar al mínimo el número de saltos en lectura y en escritura.

Según el presente ejemplo de realización, durante un registro y una lectura simultáneos disminuye el número de saltos de cabeza al proceder a una lectura entrelazada de los bloques, como la que aparece ilustrada en las figuras 9a y 9b.

Cuando se inicia el registro del programa (por ejemplo por el telespectador), la escritura se realiza un bloque en dos en una secuencia de bloques adyacentes. Esto queda ilustrado en la figura 9a. Se realiza, por lo tanto, un salto de la cabeza de lectura antes de la escritura de cada bloque.

Una vez iniciada la lectura del programa, la escritura continua en bloques que se han dejado previamente libres. Por ejemplo, tras la lectura del primer bloque inscrito (el que se encuentra más a la derecha en la figura 9b), la próxima escritura se realiza en el bloque inmediatamente adyacente. No hay que realizar ningún salto de la cabeza de lectura/escritura entre la lectura en el primer bloque y la escritura en el segundo bloque. La reducción del número de saltos de la cabeza tiene también como consecuencia reducir en forma consecuente el ruido que provocan estos desplazamientos.

Una vez que se han vuelto a leer todos los bloques escritos antes del comienzo de la lectura, la escritura prosigue de forma no-entrelazada. Según una variante de realización, si el objetivo es únicamente la visualización en diferido del programa, sin que el registro deba durar para siempre, la escritura continua machacando el contenido de los bloques leídos anteriormente.

Según una variante de realización, en caso de que se pretenda conservar una registro, se vuelven a escribir los bloques entrelazados correspondientes de manera secuencial para que esos bloques queden desentrelazados. De este modo, durante una lectura subsiguiente, la cabeza de lectura no tendrá que realizar saltos debidos al entrelazamiento.

Por supuesto, la invención no se limita al ejemplo de realización proporcionado. Por ejemplo, se pueden utilizar otros tipos de disco. Bastará con adaptar las interfaces correspondientes. Se tendrán en cuenta especialmente unos discos duros con características diferentes a las del que se ha presentado más arriba, discos magneto-ópticos re-grabables u otros soportes de almacenamiento de datos.

Cabe destacar que la invención se aplica también en caso de que los datos de audio y vídeo estén codificados de forma diferente, especialmente en el caso en que los paquetes PES se contengan en un flujo de tipo programa ("Program Stream" en inglés) de acuerdo con la norma MPEG, o de que los datos de audio y vídeo se contengan en estructuras distintas a las de los paquetes PES.

Por otra parte, aunque determinados elementos del modo de realización se presenten bajo una forma estructural diferente, resulta evidente para el técnico que dentro del marco de la invención cabe su implantación en un solo circuito físico. Del mismo modo, la implementación en software más que material o viceversa de uno o varios elementos no excede del marco de la invención: las memorias de tipo FIFO pueden ser emuladas por la utilización de una memoria de direccionamiento habitual, con un programa de gestión de punteros de dirección.

Se tendrá en cuenta asimismo que los datos que se han de almacenar pueden proceder de otro medio de transmisión distinto del indicado en el ejemplo de realización. En particular, determinados datos pueden desplazarse a través de MODEM.

Según el ejemplo de realización arriba descrito, las zonas del disco duro reservadas a cada uno de los dos sistemas de ficheros son fijas. Según una variante de realización, los tamaños de estas zonas se adaptan dinámicamente a las necesidades. Está asimismo prevista una primera zona de datos de sistema para el sistema de ficheros de "Bloque", una segunda zona de datos de sistema para el sistema de ficheros de "Flujo", más una zona única de bloques de tipo "Flujo". La gestión del sistema de ficheros de tipo "Flujo" se realiza de la manera anterior. La gestión del sistema de ficheros de "Bloque" se realiza de la siguiente forma: cuando se pretende registrar un fichero de este tipo, el sistema de ficheros de "Bloque" reserva el mínimo necesario de ficheros de gran tamaño, y fragmenta esos bloques de gran tamaño (256 sectores según el presente ejemplo) en bloques de tamaño pequeño (4 sectores). La tabla de bits de nodos y la tabla de bits de zonas del sistema de ficheros de "Bloque" gestionan esos fragmentos de bloques como si se tratara de bloques de tamaño pequeño.

Claims (8)

1. Procedimiento para registro de un flujo de datos de vídeo y audio digitales, en el que el registro se realiza sobre un medio de registro que incluye un soporte (201) organizado en forma de bloques lógicos en serie y una cabeza de registro y de lectura, caracterizado porque dicho procedimiento consta de tres etapas:

- de registro de datos en un bloque en dos a partir de un primer bloque,

- después de la iniciación de la lectura de datos, alternativamente a la lectura de un bloque registrado anteriormente y de la continuación del registro en el bloque que sigue al bloque leído.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque cuando el conjunto de bloques registrados ha sido leído antes del inicio de la lectura, el registro se prosigue en bloques contiguos de manera no entrelazada.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque cuando el conjunto de bloques registrados ha sido leído antes del inicio de la lectura, el registro se prosigue en bucle en bloques leídos anteriormente borrando los bloques leídos con anterioridad.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cuando el conjunto de bloques registrados ha sido leído antes del inicio de la lectura, dichos bloques se vuelven a escribir de modo secuencial de manera que se puedan desentrelazar.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el registro de datos se realiza en un grupo de N bloques contiguos en dos, siendo N mayor que 1, en lugar de un solo bloque en dos.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye además la etapa suplementaria de detectar en el soporte secuencias de bloques libres y de aplicación de las etapas de registro y de lectura dentro de dichas secuencias.

7. Receptor de televisión digital dotado de medios (101) de recepción de un flujo de datos de audio y vídeo digitales, que incluye:

- unos medios de registro que incluyen un soporte de registro (201) y una cabeza de registro y de lectura, estando organizado dicho soporte en forma de bloques lógicos en serie;

- un circuito de mando (107) para gestión de la escritura y lectura de los bloques del soporte de registro (201);

caracterizado porque incluye

- un circuito de interfaz (202 a 214) del soporte de registro con dicho circuito de mando (107), cuyo circuito de mando ordena en un primer momento el registro de datos en un bloque en dos a partir de un primer bloque y en un segundo momento, tras la iniciación de la lectura de datos, alternativamente la lectura de un bloque registrado anteriormente y la continuación del registro en el bloque siguiente al bloque leído.

8. Receptor según la reivindicación 7, caracterizado porque el circuito de mando ordena el registro de datos en un grupo de N bloques contiguos en dos, siendo N mayor que 1, en lugar de un solo bloque en dos.