JP2003514417A - リアルタイムdvdレコーダに於ける同時符号化・復号化及びポーズ・キャッチアップのためのバッファ最適化方法 - Google Patents
リアルタイムdvdレコーダに於ける同時符号化・復号化及びポーズ・キャッチアップのためのバッファ最適化方法Info
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Abstract
Description
に記録された音声のみ、ビデオのみ、ビデオと音声両方のプログラムを実行する
方法及び装置に関する。
記録して後で視聴できるようになった。その様な装置にはテープレコーダ、ビデ
オカセットレコーダ、記録可能型コンパクトディスク、及び最も新しい記録可能
型デジタルビデオディスク(DVD)が含まれる。ハードディスク及び光磁気デ
ィスクも使われている。
DVD−Rと呼ばれている。DVD−Rという頭文字は追記型(ライトワンスま
たはレコードワンス)技術を表す場合もある。記録される、または消去後再記録
される(すなわち上書きされる)DVDには複数のフォーマットがある。これら
はDVD−RAM、DVD−RW、及びDVD+RWという頭文字で呼ばれてい
る。現時点では統一的な業界標準はまだ採択されていない。DVD−RAM、D
VD−RW、及びDVD+RWの名称はそれぞれのリライタブル技術を指すこと
もある。ここでリライタブルDVD技術、装置、及び方法と言った場合には、現
在使用されている、及び将来開発されるすべての標準を指し示すものとする。
し、及び停止等の基本的な動作しか利用されていない。ポーズも使われているが
、ビデオデッキのポーズと同じようにしか使われておらず、例えば、プログラム
の再生を中断したり、記録を中断して、視聴しているプログラムを記録するにあ
たりコマーシャルを除くためにしか利用されていない。コンピュータのハードデ
ィスクと異なり、記録可能型DVD装置は特筆すべき付加機能を持っており、記
録されたDVDを逆再生することができる。それ故、コンピュータのハードディ
スクの代わりに使用できるリライタブルDVD技術を、方法と装置を含め、開発
する経済的なインセンティブが存在する。斯様な装置で改良された優位な機能を
持ち、しかもコストを低減し売り上げを増加させることができる装置を提供する
ことはやりがいのある仕事である。
キャッチアップ、及びインスタント再生がある。これらの機能では見掛け上同時
に読み出しと書き込みをする必要がある。これらの機能では、ライトバッファ(
記録バッファとも呼ぶ)とリードバッファ(トラックバッファまたは再生バッフ
ァとも呼ぶ)がオーバーフローやアンダーフローしない様に、ライトバッファ及
びリードバッファの動作が最適化されていなければならない。ライトバッファが
オーバーフローするとエンコードしたプログラムディスクに書き込まれる前に失
われてしまう。リードバッファがアンダーフローするとプログラムが再生されて
いる最中に中断してしまう。キャッチアップモード、再生−スキップモード及び
スムースキャッチアップモード、またはこれらの組み合わせにはすべて斯様なバ
ッファの最適化を要する。
モードは、DVD−RW、DVD−RAM、DVD+RW等を初めとするDVD
レコーダに最適な機能である。ここで、ポーズはTV放送されているプログラム
を一時停止するのに使う。インスタント再生は記録した内容をすぐ見るために使
う。キャッチアップは一時停止を解除した後や他のトリックモードを使った後に
プログラムをキャッチアップするために使う。トリックモードには、高速巻戻し
、低速巻戻し、高速早送り、低速早送り、スキップ、及びジャンプがある。符合
化と複合化を同時にしないとだめなので、これらの機能をすべてDVDレコーダ
で実現するのは非常に難しい。高速なフロントエンドを必要とするだけでなく、
バッファを上手に使って、データを失うことなくシームレスに再生しなければな
らない。
スク媒体装置のリードバッファ及びライトバッファの性能を最適化する方法に関
する。斯様なシステムにおいては、新しいビデオプログラムを受信するとデータ
がライトバッファに連続的に追加される。さらに、ビデオデータは画面が視聴者
に表示されるにつれ、リードバッファから減少していく。
ァからディスク媒体にデータが書き込まれ、ディスク媒体からリードバッファに
データが読み出される。リード時間とライト時間は一般にジャンプ時間tJだけ隔
たっている。ライト時間は2r1r4tJ/(r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるように選
択的に制御されている。この式において、r1はDVDレコーダ/プレーヤ装置の
フロントエンドのリード速度であり、r2は復号化ビットレートであり、r3は記録
可能媒体装置のフロントエンドのライト速度であり、r4は符合化ビットレートで
ある。本方法は、ある面では、リード時間がほぼ2r2r3tJ/(r1r3-r1r4-r2r3)とな
るようにリード時間を選択的に制御する事を含む。
に選択され、ライトバッファの容量BWSZがほぼr4*(tR+2*tJ)となるように選択さ
れる。
、データがライトバッファに連続的に書き込まれ、またデータがリードバッファ
から連続的に読み出される、見掛け上同時に記録と再生を必要とする機能を実現
する、記録可能ディスク媒体装置に関する。交互に、ライト時間tWの間、ライト
バッファからディスク媒体にデータが書き込まれ、またリード時間tRの間、ディ
スク媒体からリードバッファにデータが読み出される様にディスク媒体プレーヤ
/レコーダの回路が構成される。リード時間とライト時間とはジャンプ時間tJで
隔てられている。デバイスコントローラが設けられ、ライト時間が上述の通り2r 1 r4tJ/(r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるようにコントロールしている。好まし
い実施形態によれば、前記デバイスコントローラはリード時間が2r2r3tJ/(r1r3-
r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるようにコントロールしている。
ように選択され、ライトバッファの容量BWSZがほぼr4*(tR+2*tJ)となるように選
択される。
る装置100は、記録可能ディスク媒体102を使用する。リライタブルディス
ク媒体102の実施形態は、例えば図示した様にリライタブルDVDである。多
くの場合、後述するように、リライタブルディスク媒体は、例えば、ハードディ
スクあるいは磁気光ディスク(MOD)である。MODの例としてはミニディス
クがある。多くの場合、本発明はビデオまたはオーディオ、またはビデオとオー
ディオ両方に応用できる。
み出しができる。装置100にはメカニカルアセンブリー104、コントロール
部120、ビデオ/オーディオ処理パス140及びビデオ/オーディオ出力処理
パスが設けられている。ほとんどのブロック及びパスは自明であり、いくつかの
ブロックは利便性のためのもので、装置100の動作を理解するためには重要で
はない。
回転するディスク上を動くピックアップアセンブリー108を有する。ピックア
ップアセンブリーのレーザは、ディスクのらせん状のトラック上にスポットを焼
きつけたり、トラック上にあらかじめ焼き付けてあるスポットを照射したりして
、ビデオ及び/またはオーディオプログラムを記録再生する。本発明を理解する
ためには、ディスクが片面か両面か、両面記録の場合は両面記録か、ディスクか
ら読み出す場合はディスクの同じ面からか両面からかは無関係である。ピックア
ップとモータはサーボ110でコントロールされている。サーボ110はディス
ク102のらせん状トラックから読み出されたデータの再生信号を第1の入力信
号として受け取る。再生信号はコントロール部の一部またはビデオ/オーディオ
出力処理パスの一部でもある誤り訂正回路130へも入力される。
ゲーションデータ生成回路126をから成る。コントロールCPU122は第1
の入力信号をナビゲーションデータ生成回路126に供給しサーボ110は第2
の入力信号をナビゲーションデータ生成回路126に供給する。サーボはコント
ロール部の一部でもある。ナビゲーションデータ生成回路126は第1の入力信
号をビデオ/オーディオ入力処理パス140の一部を形成するマルチプレクサ(
MUX)154に供給する。
のナビゲーションパケットデータを生成しビデオデータとともにディスク上に格
納する。本発明によれば、ナビゲーションデータ生成回路はナビゲーションパケ
ットに追加される一定の情報を供給することができる。その追加情報は後で詳し
く説明するように一定のトリックモード再生動作の性能を向上するために使われ
る。
合化回路128の出力はピックアップ108に供給されるレーザによってディス
ク102のらせん状トラックに「焼付け」られる記録可能入力信号である。
トバッファ152に入っているデータに優先的にアクセスすることができる。C
PU122はリードバッファ172及びライトバッファ152に格納されている
ビデオデータを消去、変更、フォーマット変更することができる。コントロール
及びデータインターフェイスにより、CPU122はパケットビデオエンコーダ
144及びオーディオエンコーダ148の動作をコントロールする。コントロー
ルCPU122により実行される従来からの動作のため適切なソフトウェア及び
ファームウェアがメモリに格納されている。後でさらに詳述する様に、本発明に
よれば、さらに進んだ機能134のプログラムルーチンがCPU122をコント
ロールするため設けられている。
リバース、早送り、スロー再生、ポーズ/再生及び停止といった現在使用可能な
機能のことである。ポーズはVCRのポーズ動作と同じであり、例えば、あらか
じめ記録されたプログラムの再生を手動で中断したり、視聴しているプログラム
の記録を、コマーシャルを記録しないように中断したりする。もう一つ別のバッ
ファ136は本発明を実現するためのコマンドを受け取る。
、NTSCやPAL等の従来のテレビ信号をMPEG−1やMPEG−2等のデ
ジタル化したパケットデータに変換する信号処理回路である。入力パス140は
ビデオ入力のためのNTSCデコーダ142とMPEG−1またはMPEG−2
等のビデオエンコーダ144から成り、オーディオA/D(アナログからデジタ
ルへ)コンバータ146とMPEG−1またはMPEG−2等のオーディオエン
コーダ148から成る。デジタル化された信号はマルチプレクサ150で結合さ
れ、パケット全体が出来上がるまでライトバッファ152に格納される。オーデ
ィオとビデオのデータパケットのグループが生成されるに従って、それらはナビ
ゲーションデータ生成ブロック126で生成された適切なナビゲーションパケッ
トとともにMUX154で結合される。そしてパケットは誤り訂正符合化回路1
28に送られる。誤り訂正符合化回路128は入力パス140の一部である。
クターから成るECC(誤り訂正符合)ブロックであり、各セクターは2048
バイトのユーザデータを含む。一つのグループは多くのECCブロックから成り
、例えば12個のECCブロックを含む。ブロックの各グループは結合したビデ
オ及びオーディオプログラムの約0.5秒分に相当する。例えば192セクターか
ら成るECCブロックの一つのグループを記録するために必要とされるらせん状
トラックの長さは、らせん状トラックのセグメントとして定義される。従って、
ライトバッファは1セグメント分のデータを格納できる容量があればよいように
見える。1セグメント分のデータは、例えば、オーディオ及びビデオプログラム
の約0.5秒分に相当する。
データが処理のためパケットとして集積されるリードバッファ(出力バッファ)
172から成る。パケットはデマルチプレクサ176を経由してビデオ及びオー
ディオ処理のためにそれぞれのパスへのパケットの伝播をコントロールする条件
付きアクセス回路174によって処理される。従って、リードバッファ172は
、オーディオ及びビデオプログラムの約0.5秒分に相当する、1セグメント分の
データを格納できるだけの容量を持っていればよいように見える。
らデコードされ、NTSCまたはPAL等の従来のテレビ信号としてエンコード
される。オーディオはMPEG−1またはMPEG−2等から回路182によっ
てデコードされ、オーディオD/Aコンバータ184によってアナログ信号に変
換される。PCIバッファ190及びPCIデコーダ192は、ディスク上のナ
ビゲーションパケット含まれるプレゼンテーションコントロール情報をデコード
するためにある。出力処理パス170は誤り訂正回路130を含む。
サーチ情報(DSI)を受け取る。DSIデコーダは、以下に詳述するナビゲー
ションパケットの中に含まれるDSI情報をデコードするために使われる。
アとして、またはハードウェアとソフトウェアのコンビネーションとして実現可
能である。本発明は、コントロールCPU122等一つのコンピュータシステム
において中央処理方式で、または複数の相互連結されたコンピュータシステムに
異なる要素が分散した分散処理方式で実現することができる。ここに説明した方
法を実行できるものであれば、いかなる種類のコンピュータシステムでも他の装
置でもよい。
典型的なハードウェアとソフトウェアは、ロードされ実行された時、ここに説明
された方法を実行する図1に示したコントロール部120に類似したコンピュー
タシステムとDVDレコーディングシステムをコントロールするコンピュータプロ
グラムと汎用コンピュータでよい。本発明は、ここに説明した方法を実現する特
徴をすべて有し、コンピュータシステムにロードされた時にこれらの方法を実行
できるコンピュータプログラム製品であってもよい。
に、特定の機能を直接または(a)別の言語、コード、表記に変換し、かつ/ま
たは(b)別の媒体フォームに再生した後に、実行させることを意図した命令セ
ットの、すべての言語、コード、または表記による表現である。ここに開示した
発明は、以上説明したコントロールCPU122と等価なシステムを動作させる
ための市販の開発ツールを使ってプログラマーが実現できるコンピュータプログ
ラム中に組み込まれた方法であってもよい。
イタブルDVDから再生されるとする。図2に示したリライタブルDVD10は
、装置100でディスク102として使うことができる。ディスク10は平坦な
円形のプラスチック皿のような部材12からできている。リライタブルDVDは
厚さ1.2mmのディスクを形成する接着層により結合されている2つの基板から構
成することもできる。中心の穴14は、図1に示したモータ106の固定装置が
ディスクをしっかり固定し、本発明によるディスクの回転運動をコントロールす
るように形成されている。
外周への外向きである。複数の3つの大きなドットの並び(...)は、図示さ
れていないトラックの部分を表している。結果として、らせん状トラックの始点
は穴14の近くであり、四角形18で表されている。らせんの終点は縁の近くで
、ひし形20で表されている。当業者であれば、らせんの始点と終点をこの様に
記述すれば分かるはずである。本発明による特定の進んだ機能は逆向き記録、即
ち外周から内周への記録を利用する。トラックは、媒体タイプのインデックスと
して、図示していない横向きのウォブルを有することもできる。図の縮尺の都合
上、トラック16の一部たけを図示し、ウォブルはずっと拡大した縮尺でないと
図示できない。
あるが、この用語はその特定の意味を持つだけではない。例えばCD-ROMでは、ト
ラックという用語は一つの楽曲が入ったらせん状トラックの一部分、あるいは他
のセレクションをも指すために使われ、DVDでも同じ様に使われるかも知れない
。
っては、本発明がこれに限定されないことは明らかであろう。むしろ、ここに説
明したように、トリックモードを改良するためにDVDナビゲーション情報を改
良することは、DVD−Rタイプの媒体を含むが、これに限定されないいかなる
タイプのディスク媒体へも応用できる。
アンダーフローを避けるため、リードバッファ172とライトバッファ152を
最適化する。本方法は、ポーズ、キャッチアップ、インスタント再生等の機能に
必要な同時符号化及び復号化のためには、DVD装置のリード及びライト速度が充
分速くなく、ジャンプ時間が充分短くない場合に発生する問題を回避するのに役
立つ。キャッチアップモード、プレイ−スキップモード、及びスムースキャッチ
アップモード、またはこれらの組み合わせはすべて上述のバッファ最適化を要す
る。
するためのバッファモデルを図示したものである。図3において変数は次のよう
に定義されている。
トバッファの動作を示す。
再生モードで動作している場合、読み出しと書込みを交互に行っている。リード
−ライトサイクル30はリードで始まり2回目のジャンプで終わる。図3に示し
た様に、リード、ジャンプ、ライト、そしてジャンプを含む。リード−ライトサ
イクルでは、リードバッファ172のデータレベルは時間tRnの間にフロントエ
ンドがディスクからデータを読み込むと、BRLからBRUに増加する。リード時間t Rn の間に、入力される符合化データはライトバッファ152のデータレベルを増
加させる。時間tRnにおいてフロントエンドが読み込みを終えると、フロントエ
ンドは、時間tWnの間に書き込み動作を行うため、時間tJの間にディスク上の
別の場所へジャンプする。図3に示した様に、リードバッファレベルはジャンプ
時間tJが始まるとすぐに減少し始める。
ベルBWUに達する。データの消失を避けるため、ライトバッファ152をオーバ
ーフローさせてはならず、そのためにはバッファサイズをBWSZ>BWUとしておか
なければならない。また、書込みビットレートは最大符合化ビットレートよりも
大きくして、時間tWnの間にフロントエンドが書込みをしても、ライトバッファ
152のデータレベルが減少し始めるようにしなければならない。ライト時間t Wn の間に両方のバッファレベルBR及びBWが減少する。ライトバッファ152は、
もしフロントエンドがライトバッファに格納されているデータが無くなるとアン
ダーフローするかもしれない。ライト時間tWnの後、フロントエンドは、時間t J の間に読み込みのため、再度ジャンプする。これでリード−ライトサイクル3
0が終了する。
なる。シームレス再生のために、BRLはゼロ以上でないとならない。ビットレー
トが可変の動作においては、瞬間ビットレートは変化するので、バッファの増加
率(r1-r2, r4)及び減少率(r2, r3-r4)は線形でないこともある。異なるリード−
ライトサイクルではtRとtWが異なるが、最悪の場合でもそれらは上限値を超え
ることはない。図3に示したモデルでは、最悪の場合を仮定している。復号化ビ
ットレート及び符合化ビットレートr2及びr4は両方ともDVD装置100にお
いて起こりうる最大値であると仮定され、フロントエンドのジャンプ時間は通常
の動作で期待される最長時間であると仮定されている。時間tJはフロントエンド
がライトからリードへ、またはリードからライトへジャンプする総移動時間であ
る。
り立つ。
ならない。
ない。
決定されるように、本発明による最適値である。実際には、部品による制限、設
計時の考慮、及びその他の変数によって、これらの最適値からは幾分違った値に
なることが理解されるであろう。従って、当業者は以上示した値そのものである
必要は必ずしもないということを容易に理解するであろう。事実、好適な値は、
ここに方程式で示されたバッファサイズ、リード時間、ライト時間の最適値から
20%まで変化しうる。
リームの最大ビットレートが7.0Mb/sec、ジャンプ時間tJが0.5秒と仮定する。す
ると、 tWn = tRn =0.922 s BRSZ = 13.5 Mbits BRSZ = 13.5 Mbits 第2の例として、フロントエンドのリード/ライトレートが2X/1.5X、ビッ
トストリームの最大ビットレートが6.0Mb/sec、ジャンプ時間tJが0.5秒と仮定す
る。すると、 tWn = 1.1 s tRn = 0.8 s 式(12)及び(14)から、 BRSZ = 16.6 Mbits BWSZ = 11 Mbits 図4aから4dに異なったフロントエンド速度に対するリード時間及びライト
時間を図示する。バッファサイズと時間が、tJ=1秒の場合について、サイクル対
フロントエンドの速度のグラフとして図示されている。ジャンプ時間が1秒でな
い場合は、tR、tW、BR、BWの値はtJ倍となる。バッファサイズの単位はメガビッ
トである。
、最大ビットレートが6.0 Mb/secである。バッファサイズ及びリード及びライト
サイクルの時間が、フロントエンドのリーディング速度に対して示されている。
グラフは、リード時間、ライト時間、リードバッファサイズ、ライトバッファサ
イズ及びフロントエンドの速度の関係を示している。
装置のブロック図である。
間を示す図である。
間を示す図である。
間を示す図である。
間を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 データがライトバッファに連続的に書き込まれ、かつリード
バッファから連続的に読み出されている場合に、記録と再生を見掛け上同時に行
う必要がある機能を有するディスク媒体装置の前記リードバッファと前記ライト
バッファの性能を最適化する方法であって、 ジャンプ時間tJで隔てられたライト時間tWとリード時間tRに交互に、前記ライ
ト時間tWに前記ライトバッファからディスク媒体にデータを書き込み、前記リー
ド時間tRに前記ディスク媒体から前記リードバッファにデータを読み込むステッ
プが設けられ、 前記ライト時間tWが2r1r4tJ / (r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるように選択
的に制御するステップが設けられ、 前記r1は前記ディスク媒体装置のフロントエンドのリード速度であり、前記r2 は前記ディスク媒体装置の復号化ビットレートであり、前記r3は前記ディスク媒
体装置のフロントエンドのライト速度であり、かつ前記r4は前記ディスク媒体装
置の符合化ビットレートである方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の方法であって、前記リード時間tRが2r2r3tJ
/ (r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるように選択的に制御するステップがさらに
設けられた方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の方法であって、前記リードバッファのサイズ
BRSZがほぼ(r1-r2)*tRとなるように選択された方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の方法であって、前記ライトバッファのサイズ
BWSZがほぼr4*(tR+2*tJ)となるように選択された方法。 - 【請求項5】 記録と再生を見掛け上同時に行う必要がある機能を実現する
ためのリードバッファとライトバッファを有する記録可能ディスク媒体装置であ
って、データが前記ライトバッファに連続的に書き込まれ、かつ前記リードバッ
ファから連続的に読み出されている場合に、 ジャンプ時間tJで隔てられたライト時間tWとリード時間tRに交互に、前記ライ
ト時間tWに前記ライトバッファからディスク媒体にデータを書き込み、前記リー
ド時間tRに前記ディスク媒体から前記リードバッファにデータを読み込む手段が
設けられ、 前記ライト時間tWが2r1r4tJ / (r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるように選択
的に制御するコントローラが設けられ、 前記r1は前記ディスク媒体装置のフロントエンドのリード速度であり、前記r2 は前記ディスク媒体装置の復号化ビットレートであり、前記r3は前記ディスク媒
体装置のフロントエンドのライト速度であり、かつ前記r4は前記ディスク媒体装
置の符合化ビットレートである記録可能ディスク装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の装置であって、前記コントローラは前記リー
ド時間tRが2r2r3tJ/(r1r3-r1r4-r2r3)とほぼ等しくなるように選択的に制御する
装置。 - 【請求項7】 請求項5記載の装置であって、前記リードバッファのサイズ
BRSZがほぼ(r1-r2)*tRとなるように選択された装置。 - 【請求項8】 請求項1記載の装置であって、前記ライトバッファのサイズ
BWSZがほぼr4*(tR+2*tJ)となるように選択された記録可能ディスク装置。
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