JP2004524776A - Mp3のトリック再生 - Google Patents
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Abstract
トリック再生及び/又は編集ユニット(14)は、例えば、MP3データストリームの、オリジナルデータストリームに適用される。MP3ストリームは、ヘッダ(20a−20d)及び互いに分散された信号データ(24a,24b,24c)を有する。各ヘッダは、後続のヘッダとの距離を規定し、各ヘッダは信号データのフレームに対応し、そのヘッダはそのヘッダに対するフレームについての信号データの開始点を指すポインタ(21a,21b,21c,21d)に関連する。トリック再生を適用する前に、オリジナルデータストリームは、オリジナルストリームと同じ形式の中間データストリームに変換される。変換中に、フレームの開始点は、関連するヘッダに対する予め定められた位置へ移動され、そして、フレームがヘッダの間に納まるように、ヘッダ間に追加の空間を発生するようにヘッダが修正される。
Description
【0001】
発明の分野
本発明は、トリック再生(早送り等)を容易にすることに関連し及び/又は、特に圧縮されたオーディオ情報の、圧縮情報の編集に関連する。
【0002】
背景技術
MPEG−1とMPEG−2レイヤIII(MP3)フォーマット(ISO/IEC11172−3及び、ISO/IEC13818−3)は、圧縮されたオーディオ情報を表すのに、広く使用されている。圧縮は、オーディオ情報のビットレート:オーディオ情報の時間区間を表すのに使用されるのに必要なビットの数、を減少させる。一般的には。MP3フォーマットは、必要とされるビットレートに依存して、種々の減少レートをサポートする。
【0003】
MP3オーディオ情報は、特定の間隔でヘッダを有するデータストリーム内で送られる。各ヘッダは、圧縮された形式の予め定められた数のオーディオサンプルを記述するフレームに関連する。ヘッダは、フレーム内のデータのサンプル周波数及びビットレートのような、フレーム内のデータに関する情報を示す。
【0004】
連続するヘッダの間の区間は、ヘッダ内の情報の予め定められた関数である。MP3互換の復号器は、前のヘッダから決定されるヘッダ距離を使用して各ヘッダを見つけることを可能とされる。
【0005】
しかしながら、フレームを表すために必要とされる実際のビット数は、ヘッダの間の区間内で有効な空間から偏差できる。これは、MP3ではオーディオ情報を符号化するのに必要とされる情報の量は、フレームからフレームで変化するためである。
【0006】
これらの偏差を扱うために、MP3は、フレームが、ヘッダに対して相対的な可変のオフセットで開始することを可能とする。従って、前のフレームによりヘッダ間で残る空間は、後続のフレームのデータのために使用できる。MP3は、各ヘッダに関連するポインタを提供する。このポインタは、ヘッダの位置に相対してヘッダに関連するフレームのデータの開始を示す。この結果、前のフレームにより残された空間内で、データのフレームは関連するヘッダに先行する可変の位置で、開始できる。予想のように、ポインタはゼロが可能であり、それにより、データはフレームのすぐ後に開始する。このように、ヘッダの位置に対するデータの開始の位置は、データストリームにより符号化されるオーディオ内容に依存する。
【0007】
これらのフレームを復号するために、MP3復号器は、ポインタが一旦受信されると、復号器がフレームデータにアクセスすることを可能とするために、バッファメモリ内に、ヘッダに先行する予め定められたデータの量を最小値(ヘッダと前のフレームのサイド情報を含む、512バイト)として格納する。
【0008】
対応するフレームヘッダと後続のヘッダの間の領域の外側のフレームデータの存在は、MP3でのトリック再生(早送り再生等)及び/又は編集のような機能の効率的な実行を妨害することが分かった。例えば、早送り再生機能については、選択された組みのヘッダの間からのデータのみが格納されるように、フレームをスキップしたい。しかしながら、これは、選択されたヘッダのポインタが、格納されていないデータへ戻って指定しうるので、復号には不充分である。同様に、編集中にデータを挿入するために、そのヘッダに先行するデータをロードしなければならないことなしには、任意のヘッダから単純に開始できない。
【0009】
この結果、比較的複雑な復号器が、トリック再生及び/又は編集をサポートするのに必要である。極端には、これらの機能を実行するためにデータを逆圧縮しそして、データを再び圧縮することが必要であり、これは、複雑さと品質に関して非常に非効率的である。
【0010】
発明の概要
特に、本発明の目的は、単純な手段で、トリック再生及び/又は編集を提供することである。
【0011】
本発明は、ヘッダと互いに分散された信号データを有するストリーム形式のデータストリームを処理する信号処理装置であって、各ヘッダは後続のヘッダとの距離を規定し、各ヘッダは信号データのフレームに対応し、そのヘッダはそのヘッダに対するフレームについての信号データの開始点を指すポインタに関連し、前記信号処理は、
−前記ストリーム形式のオリジナルデータストリームを受信する入力を有し、
−前記ストリーム形式の中間データストリームを処理するトリック再生及び/又は編集ユニットを有し、
−入力とトリック再生及び/又は編集ユニットの間の続くストリーム変換器を有し、そのストリーム変換器は、オリジナルデータストリームを中間データストリームに変換し、そのストリーム変換器は、関連するヘッダに対する予め定められた位置へフレームの開始点を移動し、そして、フレームがヘッダの間に納まるようにヘッダ間に追加の空間を発生するようにヘッダを修正する、信号処理装置を提供する。
【0012】
このように、標準的な復号器(MP3ストリームの場合にはMP3復号器)で逆圧縮され、そして、他のフレームに依存する位置からのフレームについてのデータを要求することなしに、トリック再生及び/又は編集について操作されうる、中間データストリームが、発生される。データは直接ヘッダに続くことが望ましい。このように、ヘッダに先行するデータは、そのフレームにトリック再生を適用するために記憶される必要がない。
【0013】
実施例では、ヘッダは、フレームデータの実際のビットレートを変更すること無しに、ヘッダ内で規定されたビットレートを変更することにより、修正される。MP3ストリームでは、そのような修正は、最小の処理の複雑さを有するヘッダ間の要求される空間を発生する。第1の実施例では、全てのフレームについてのヘッダ内のビットレートは、最大の可能なビットレート(MP3に対しては320kbit/sec)に設定される。これは、最小の処理の複雑さを要求する。第2の実施例では、ヘッダ内のビットレートは、フレーム内の信号データの量に依存しそして、ヘッダ内で設定可能な最小の可能な値にそして、それは、ヘッダ間のフレームデータを格納するのに十分な空間を生成するのに十分な値になされる。
【0014】
本発明の実施例に従った装置及び方法のこれらのそして他の有利な面を、図面を参照して更に詳細に説明する。
【0015】
図1は、従来技術のMP3復号システムを示す。本発明を、例えば、MPEG−1レイヤIIIを使用して、説明する。しかしながら、同じ原理は、幾つかの定数が異なる値を有するのみの、MPEG−2レイヤIIIにも適用される。システムは、ストリーム復号器16に供給する、MP3ソース10を有する。MP3ソース10は、例えば、記憶されたMP3データについての(図示していない)記憶媒体及び、記憶ユニットからそのデータを読み出す(図示していない)読み出しユニットを有し、他の例では、MP3ソース10は、通信チャネル(例えば、インターネット又はラジオ放送)へのインターフェースと受信されたMP3ストリームを出力する出力を有する。
【0016】
ストリーム復号器16は、MP3ソース10に接続された入力を有するバッファメモリ160、ヘッダ検出器162とフレーム復号器164を有する。ヘッダ検出器は、バッファメモリ160に接続された入力を有する。フレーム復号器164は、ヘッダ検出器162とバッファメモリ160に接続された入力及び、復号されたオーディオのための出力を有する。
【0017】
図2は、MP3データのストリームの例を示す。ストリームは、幾つかのヘッダ20a−dと、それに続く、フレームの開始点22a−cを示すバックポインタ21a−dを有する。バックポインタ21a−dは、バックポインタ22a−dの格納されているストリーム内の位置から、バックポインタ21a−dの指す開始点22a−cへ戻って示す矢印22a−dにより示されている。
【0018】
各ヘッダ20a−dは、圧縮されたオーディオデータのフレームに対応する。ヘッダ20a−dに続くバックポインタ21a−dは、フレーム内のデータの開始点22a−dを示す。バックポインタ21a−dは、ゼロでもよく、この場合には、開始点22a−cはバックポインタ21a−dのすぐ後に直接続く。
【0019】
MP3ヘッダのフォーマットはテーブルIに示されている。
【0020】
【表1】
“同期ワード”は、ストリーム内のヘッダ20a−dの識別を容易にする特別なビットパターンである。ID、レイヤ、プライベートビット、モード、モード拡張、著作権、オリジナル/コピー、及び、エンファシスフィールドは、MP3に特定でありそして、本発明に関連しない。保護ビットは、ヘッダに16ビットCRCワード(サイクリックリダンダンシーチェック;CRC16多項式を使用して決定される)が続くかを示す。オプションのCRCワードの後に、バックポインタ21a−d(”main_data_begin”とも呼ばれる)が続き、これは9ビット数であり、これはバックポインタ21a−dの位置(ヘッダ、CRCワード及び、サイド情報を数えない)からフレーム24a−cの開始バイトは、何(8−ビット)バイト戻るかを示す。
【0021】
ヘッダのビットレートインデックスフィールドは、可能なビットレートのテーブル内のエントリへのポインタを示す。利用できるビットレートと対応するビットレートインデックスは、テーブルIaに示されている。
【0022】
【表2】
サンプリング周波数(sampling_frequency)フィールドはデータについて使用されるサンプリング周波数を示す。利用できるサンプリング周波数はテーブルIbに示されている。
【0023】
【表3】
ビットレートともに、サンプリング周波数とパディングビットは、ヘッダの開始から後続のヘッダの開始への距離Nを決定する。原理的には、固定の数の1152PCMサンプルがフレーム当りに符号化されている。サンプリング周波数は、この数のサンプルにより符号化されている時間区間の継続時間を決定する。ビットレートから、それは、そのような継続時間の時間区間を符号化するのに、平均で、何ビットが必要かに従う。これはフレーム当りの平均のビット数である。ヘッダの間の距離はこのビット数に対応し、整数のバイトを提供するために切り上げられる(8ビットの単位)。即ち、バイトでの距離(8ビットの単位)は、Rの値から決定され、
R=144*bit_rate/sampling_frequency
である。(数144は、バイト当りのビット数8で割ったフレーム当り1152PCMサンプルの結果からである)。Rが整数である場合には、ヘッダ間の距離はRである。Rが整数でない場合には、ヘッダの幾つかの組の間の距離はN(R以下の次の小さい数)であり、そして、ヘッダの他の組みの間はN+1である。パディングビットは、これらの2つの距離のどちらが使用されるかを示す。
【0024】
動作では、MP3ソース10は、図2に示されたようにMP3ストリームを発生する。このストリームからの情報は、ストリーム復号器16のバッファメモリ160に記憶される。ヘッダ検出器162は最初にストリームの開始で又はヘッダの同期ワードを検出することにより、ヘッダの位置を見つける。続いて、ヘッダ検出器162は、毎回、ビットレートインデックスフィールド、ヘッダのサンプリング周波数フィールド及びパディングビットから、ストリーム内の後続のヘッダへの距離を計算するために現在のヘッダを使用する。この距離から、ヘッダ検出器162は、次のヘッダが格納されているバッファメモリ160内の位置のアドレスを計算し、そして、次のヘッダを読む。ヘッダ検出器162は、計算された位置に有効な同期ワードが格納されているかどうかを検査する。格納されていない場合には、エラーが発生し、そして、ヘッダ検出器は、復号が進行する前にヘッダの位置を決定するためにエラー状態を処理しなければならない。
【0025】
ヘッダ検出器162は、ヘッダの格納されている位置のアドレスを、フレーム復号器164へ送る。フレーム復号器164は、このアドレスを、ヘッダに関連するバックポインタが格納されているアドレスを決定するために使用し、バックポインタを取り出し、そして、ヘッダに関連するフレームの開始点が格納されているアドレスを計算するためにバックポインタを使用する。フレーム復号器164は、このアドレスを、フレームからデータを取り出すのに使用し、それからオーディオ信号を復号する。
【0026】
図3は、本発明の実施例に従ったMP3オーディオ復号システムを示す。MP3ソース10とMP3ストリーム復号器16に加えて、このシステムは、変換器12及び、トリック再生及び/又は編集ユニット14を、ソース10と復号器16の間に従属に含む。
【0027】
動作では、トリック再生及び/又は編集ユニット14は、変換器12から中間MP3ストリームを受信しそして、MP3ストリーム復号器16により復号する”トリックド”MP3ストリームを構成する。トリック再生及び/又は編集ユニット14は、トリックドMP3ストリームのフレームの構成のためにこれらの選択されたフレーム又はフィールドの内容を使用するために、中間ストリーム内の選択されたフレームにアクセスする。トリック再生の例は、オーディオモニタ機能と共に早送りモードを得るために、中間ストリームから選択されたフレームをスキップすることである。他の例は、毎回、スローフォワードモードを提供するために、トリックドストリームの他の連続するフレームを構成するために、繰返して幾つかのフレーム又はフィールドにアクセスすることである。
【0028】
変換器12は、MP3ソース10からのオリジナルMP3ストリームを中間MP3ストリームへ変換する。変換器12は、これを、トリック再生及び/又は編集ユニット14が、フレームにアクセスするために、選択されたフレームについてヘッダに対して中間ストリームの予め定められた限定された部分にのみアクセスする必要があるように、行う。好ましくは、選択されたフレームについてのヘッダに続くストリームの部分のみにアクセスする必要がある。
【0029】
変換器12は、バッファメモリ120とマイクロコントローラ122を有する。マイクロコントローラ122は、バッファメモリ120に接続された入力を有しそして、トリック再生ユニット14に接続された出力を有する。トリック再生ユニットの出力は、ストリーム復号器16の入力に接続されている。
【0030】
動作では、変換器12は、MP3データストリームを、連続するヘッダ間の距離が増加されそしてフレームデータがバックポインタがゼロになるように移動された、中間MP3データストリームに変換する。ストリームソース10から到着するデータは、バッファメモリ120の位置に書き込まれそして、そして、マイクロコントローラ122は、新たに発生されたヘッダ情報とバッファメモリ120からコピーされた情報を使用して、中間ストリームを発生する。
【0031】
図4は、変換器12から出力されるMP3データストリームを示す。このストリームは、ヘッダ40a−dを含み、全てが関連するバックポインタ41a−dの後に直接的に続くフレームの開始点を指すバックポインタ41a−dが続く。フレームの信号データは、スタッフィング46a−dが続く。テーブルIIは、図4のストリームを発生する変換器12内のマイクロコントローラ122についてのプログラムの動作を記述する擬似コードを示す。このコードは、説明のためのみに示されており、実際には、どのような実際のコードも、多くの詳細な点で異なってもよい。
【0032】
【表4】
テーブルIIでは、ポインタHinは、MP3ソース10からのオリジナルストリーム内の現在のヘッダが格納されている、バッファメモリ120内の位置を示す。ポインタFは、現在のヘッダに関連するフレームの第1のビットが格納されている、バッファメモリ122内の位置を示す。Fは、Offsetの値により与えられるオフセット後に、Hinにより示される位置に続く現在の位置で、バッファメモリ120の内容を減算することにより、決定される(実際には、Fはヘッダにより占められる空間について補正される)。Nは、フレームのビット数である。
【0033】
擬似プログラムの第1のステップで、新たなヘッダが第1のステップ(1)で中間ストリームに書き込まれる。新たなヘッダでは、ビットインデックスフィールドはオリジナルストリームのヘッダに関して修正されている。ビットレートは、毎秒320キロビットの最大の可能な値に設定されているのが好ましい。中間ストリーム内のヘッダ内のパディングビットは、データについて要求されるように設定され得又は、連続するヘッダ内のパディングビットを設定及びクリアする幾つかのパターンが使用されうる。ビットレート及びパディングビット以外の他のフィールドは、オリジナルストリームからのヘッダから、中間ストリームのヘッダへ実質的にコピーされる。
【0034】
ヘッダに続き、ゼロのバックポインタ値が、ステップ2で中間ストリームに書き込まれる。
【0035】
第3のステップ(3)では、オリジナルストリーム内の開始フレームデータのバッファメモリ120内の位置Fは、オリジナルストリームからの格納されたデータ内の現在のヘッダからのOffsetに配置された9−ビットバックポインタ値から決定される。第4のステップ(3)では、フレームデータは、中間ストリームへコピーされる。第4ステップは、コピーされたデータの量Nを戻す。第5のステップで、スタッフィング情報が、中間ストリームから出力される。スタッフィングの量は、新たなヘッダ内で設定されたパラメータからの、フレーム間の新たな位置と、コピーされたフレームデータの量Nの間の差を占める。
【0036】
第6のステップ(6)では、アドレスは、オリジナルストリームからの次のヘッダが格納される、バッファメモリ120内の位置の計算である。このアドレスは、現在のヘッダの内容(HInで示されている)からとなる。ポインタHInの値は、新たに計算された位置へ更新される。続いて、擬似コードが第1のステップから繰返される。
【0037】
このように、データに対応するヘッダにフレームデータが常に続く、中間ストリームが、形成される。本発明から離れることなしに、実際の実行は、多くの細部でテーブルIIから異なりうることは、理解されよう。例えば、中間ストリームのヘッダ内のビットレートは、(最大可能なビットレート値の代わりに)フレームデータを含むのに十分に大きい連続するヘッダ間の区間となる、(テーブルIaからの)最小の可能なビットレート値に設定されうる。これは、中間ビットストリームを記憶し又は伝送する空間を節約する。
【0038】
他の例では、メモリの別の領域は、ヘッダとフレームデータについて予約され、ストリーム内の次のヘッダの位置の計算された値は、ヘッダがフレームデータについての領域内に格納されていないことを保証するのに使用される。バッファメモリの使用は循環的であり、バッファメモリ120内の開始点からの位置は、一旦オリジナルストリームからのデータが予め定められた数の位置へ書き込まれると、再使用される。
【0039】
好ましくは、マイクロコントローラ122は、CRCチェックが変換器12から下流に行われるように、中間ストリームについての新たに発生されたヘッダ内の保護ビットを設定する。しかしながら、望まれる場合には、保護ビットはCRCチェックを許すように設定される。この場合には、マイクロコントローラ122は中間ストリーム内のデータから新たなCRC値を計算し、そして、この新たなCRC値を中間ストリームへ入れる。
【0040】
実際のアプリケーションでは、MP3データストリームのデータフレームは、プログラムストリーム又はトランスポートストリームに組み込まれうる。図5は、MP3データストリーム(MP3エレメンタリーストリームとも呼ばれる)ESのデータフレームを、プログラムストリームPSへ組み込む例を示す。MP3エレメンタリーストリームESは、図2に示されたデータストリームに対応する。オーディオデータフレームは別として、プログラムストリームPSは、静止画、ビデオ、テキスト歌詞、又は、他の情報含みうる。明確のために、図5のプログラムストリームPSは、MP3エレメタリーストリームESのフレームのみを含む。プログラムストリームの基本ユニットは、例えば、2kBのセクタである。プログラムストリームPSの最初のセクタは、例えば、32バイトのセクタヘッダHと2016バイトのペイロードを含む。ペイロードは、MP3エレメンタリストリームESの幾つかのデータフレームF1...F5を含む。(128kbpsで)MP3フレームは、417又は、418バイト長である。これは、ペイロードは2016/418=4,82フレームを含みうることを意味する。従って、フレームF5の部分は、テキストセクタに含まれている。他のビットレートについては、セクタのフレーム数は異なる。
【0041】
各セクタヘッダHは、セクタの形式についての情報を含む(オーディオ、静止画、ビデオ、テキストの歌詞)。この場合には、プログラムストリームセクタは、MP3オーディオ情報を含み、セクタヘッダHはセクタに組み込まれている第1のMP3フレームのタイムスタンプを含む。
【0042】
図6は、プログラムストリームを扱うのに適するトリック再生設備を有するMP3復号システムを示す。復号システムは、デマルチプレクサ11に供給するプログラムストリームソース100を有する。デマルチプレクサは、プログラムストリームPSからオーディオ情報を読むように構成され、プログラムストリームPSの構成はデマルチプレクサで知られている。デマルチプレクサ11は、更に、プログラムストリーム内のMP3タイムスタンプを検索するように、構成される。デマルチプレクサは、セクタ境界上でジャンプできる。
【0043】
通常の再生では、デマルチプレクサで得られそして復号器に供給されるMP3ストリームは、上述のように、変換器12で変換される。トリック再生(例えば、早送り、早戻し)コマンドが与えられるときに、現在のフレームは、好ましくは終了される、即ち、全てのデータは、バッファ120から読み出されねばならない。その後に、デマルチプレクサ11は、Mミリ秒前方又は後方であるプログラムストリームPS内のセクタへジャンプするように使用される。このジャンプについては、セクタヘッダ内のタイムスタンプの使用がなされうる。その位置から、第1のMP3フレームについての主データを見つけるために、このデータが現在のセクタ内に存在しない場合には、時間的に戻る1つ又はそれ以上のセクタが、読まれる。その後に、セクタ内の第1のフレームヘッダが、検索されそして、関連するフレームが変換器12内で、中間ストリーム内のフレームに変換される。幾つかのNフレーム(第1フレームを含む)は、復号されそして、再生される。全てのフレームが、中間ストリームに変換されるのが、好ましい。高速(前方又は逆方向)再生速度は、約M/(N*ミリ秒でのフレーム長)倍通常再生中よりも速い。符号化器に対し、設定は、44.1kHzのサンプリング周波数、フレーム長は26.12msを使用する。
【0044】
上述の実施例は、本発明を限定するのではなく、説明のために示され、そして、当業者は添付の請求項の範囲から離れることなしに、多くの代わりの実施例を設計できることに、注意すべきである。請求項では、括弧内の参照記号は、請求項を限定するように解釈するべきではない。用語”有する(含む)”は、請求項に記載された以外の他の構成要素又はステップの存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの特徴的な構成要素を有するハードウェア手段及び、適するようにプログラムされたコンピュータにより実行されうる。幾つかの手段を列挙する装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、1つのそして同じハードウェアのアイテムで実現されうる。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項で記載されていることは、これらの手段の組合せが優位に使用され得ないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】MP3復号システムを示す。
【図2】MP3データストリームを示す。
【図3】トリック再生設備をするMP3復号システムを示す。
【図4】更なるMP3データストリームを示す。
【図5】プログラムストリーム内のMP3フレームの組み込みを示す。
【図6】トリック再生設備をする更なるMP3復号システムを示す。
発明の分野
本発明は、トリック再生(早送り等)を容易にすることに関連し及び/又は、特に圧縮されたオーディオ情報の、圧縮情報の編集に関連する。
【0002】
背景技術
MPEG−1とMPEG−2レイヤIII(MP3)フォーマット(ISO/IEC11172−3及び、ISO/IEC13818−3)は、圧縮されたオーディオ情報を表すのに、広く使用されている。圧縮は、オーディオ情報のビットレート:オーディオ情報の時間区間を表すのに使用されるのに必要なビットの数、を減少させる。一般的には。MP3フォーマットは、必要とされるビットレートに依存して、種々の減少レートをサポートする。
【0003】
MP3オーディオ情報は、特定の間隔でヘッダを有するデータストリーム内で送られる。各ヘッダは、圧縮された形式の予め定められた数のオーディオサンプルを記述するフレームに関連する。ヘッダは、フレーム内のデータのサンプル周波数及びビットレートのような、フレーム内のデータに関する情報を示す。
【0004】
連続するヘッダの間の区間は、ヘッダ内の情報の予め定められた関数である。MP3互換の復号器は、前のヘッダから決定されるヘッダ距離を使用して各ヘッダを見つけることを可能とされる。
【0005】
しかしながら、フレームを表すために必要とされる実際のビット数は、ヘッダの間の区間内で有効な空間から偏差できる。これは、MP3ではオーディオ情報を符号化するのに必要とされる情報の量は、フレームからフレームで変化するためである。
【0006】
これらの偏差を扱うために、MP3は、フレームが、ヘッダに対して相対的な可変のオフセットで開始することを可能とする。従って、前のフレームによりヘッダ間で残る空間は、後続のフレームのデータのために使用できる。MP3は、各ヘッダに関連するポインタを提供する。このポインタは、ヘッダの位置に相対してヘッダに関連するフレームのデータの開始を示す。この結果、前のフレームにより残された空間内で、データのフレームは関連するヘッダに先行する可変の位置で、開始できる。予想のように、ポインタはゼロが可能であり、それにより、データはフレームのすぐ後に開始する。このように、ヘッダの位置に対するデータの開始の位置は、データストリームにより符号化されるオーディオ内容に依存する。
【0007】
これらのフレームを復号するために、MP3復号器は、ポインタが一旦受信されると、復号器がフレームデータにアクセスすることを可能とするために、バッファメモリ内に、ヘッダに先行する予め定められたデータの量を最小値(ヘッダと前のフレームのサイド情報を含む、512バイト)として格納する。
【0008】
対応するフレームヘッダと後続のヘッダの間の領域の外側のフレームデータの存在は、MP3でのトリック再生(早送り再生等)及び/又は編集のような機能の効率的な実行を妨害することが分かった。例えば、早送り再生機能については、選択された組みのヘッダの間からのデータのみが格納されるように、フレームをスキップしたい。しかしながら、これは、選択されたヘッダのポインタが、格納されていないデータへ戻って指定しうるので、復号には不充分である。同様に、編集中にデータを挿入するために、そのヘッダに先行するデータをロードしなければならないことなしには、任意のヘッダから単純に開始できない。
【0009】
この結果、比較的複雑な復号器が、トリック再生及び/又は編集をサポートするのに必要である。極端には、これらの機能を実行するためにデータを逆圧縮しそして、データを再び圧縮することが必要であり、これは、複雑さと品質に関して非常に非効率的である。
【0010】
発明の概要
特に、本発明の目的は、単純な手段で、トリック再生及び/又は編集を提供することである。
【0011】
本発明は、ヘッダと互いに分散された信号データを有するストリーム形式のデータストリームを処理する信号処理装置であって、各ヘッダは後続のヘッダとの距離を規定し、各ヘッダは信号データのフレームに対応し、そのヘッダはそのヘッダに対するフレームについての信号データの開始点を指すポインタに関連し、前記信号処理は、
−前記ストリーム形式のオリジナルデータストリームを受信する入力を有し、
−前記ストリーム形式の中間データストリームを処理するトリック再生及び/又は編集ユニットを有し、
−入力とトリック再生及び/又は編集ユニットの間の続くストリーム変換器を有し、そのストリーム変換器は、オリジナルデータストリームを中間データストリームに変換し、そのストリーム変換器は、関連するヘッダに対する予め定められた位置へフレームの開始点を移動し、そして、フレームがヘッダの間に納まるようにヘッダ間に追加の空間を発生するようにヘッダを修正する、信号処理装置を提供する。
【0012】
このように、標準的な復号器(MP3ストリームの場合にはMP3復号器)で逆圧縮され、そして、他のフレームに依存する位置からのフレームについてのデータを要求することなしに、トリック再生及び/又は編集について操作されうる、中間データストリームが、発生される。データは直接ヘッダに続くことが望ましい。このように、ヘッダに先行するデータは、そのフレームにトリック再生を適用するために記憶される必要がない。
【0013】
実施例では、ヘッダは、フレームデータの実際のビットレートを変更すること無しに、ヘッダ内で規定されたビットレートを変更することにより、修正される。MP3ストリームでは、そのような修正は、最小の処理の複雑さを有するヘッダ間の要求される空間を発生する。第1の実施例では、全てのフレームについてのヘッダ内のビットレートは、最大の可能なビットレート(MP3に対しては320kbit/sec)に設定される。これは、最小の処理の複雑さを要求する。第2の実施例では、ヘッダ内のビットレートは、フレーム内の信号データの量に依存しそして、ヘッダ内で設定可能な最小の可能な値にそして、それは、ヘッダ間のフレームデータを格納するのに十分な空間を生成するのに十分な値になされる。
【0014】
本発明の実施例に従った装置及び方法のこれらのそして他の有利な面を、図面を参照して更に詳細に説明する。
【0015】
図1は、従来技術のMP3復号システムを示す。本発明を、例えば、MPEG−1レイヤIIIを使用して、説明する。しかしながら、同じ原理は、幾つかの定数が異なる値を有するのみの、MPEG−2レイヤIIIにも適用される。システムは、ストリーム復号器16に供給する、MP3ソース10を有する。MP3ソース10は、例えば、記憶されたMP3データについての(図示していない)記憶媒体及び、記憶ユニットからそのデータを読み出す(図示していない)読み出しユニットを有し、他の例では、MP3ソース10は、通信チャネル(例えば、インターネット又はラジオ放送)へのインターフェースと受信されたMP3ストリームを出力する出力を有する。
【0016】
ストリーム復号器16は、MP3ソース10に接続された入力を有するバッファメモリ160、ヘッダ検出器162とフレーム復号器164を有する。ヘッダ検出器は、バッファメモリ160に接続された入力を有する。フレーム復号器164は、ヘッダ検出器162とバッファメモリ160に接続された入力及び、復号されたオーディオのための出力を有する。
【0017】
図2は、MP3データのストリームの例を示す。ストリームは、幾つかのヘッダ20a−dと、それに続く、フレームの開始点22a−cを示すバックポインタ21a−dを有する。バックポインタ21a−dは、バックポインタ22a−dの格納されているストリーム内の位置から、バックポインタ21a−dの指す開始点22a−cへ戻って示す矢印22a−dにより示されている。
【0018】
各ヘッダ20a−dは、圧縮されたオーディオデータのフレームに対応する。ヘッダ20a−dに続くバックポインタ21a−dは、フレーム内のデータの開始点22a−dを示す。バックポインタ21a−dは、ゼロでもよく、この場合には、開始点22a−cはバックポインタ21a−dのすぐ後に直接続く。
【0019】
MP3ヘッダのフォーマットはテーブルIに示されている。
【0020】
【表1】
“同期ワード”は、ストリーム内のヘッダ20a−dの識別を容易にする特別なビットパターンである。ID、レイヤ、プライベートビット、モード、モード拡張、著作権、オリジナル/コピー、及び、エンファシスフィールドは、MP3に特定でありそして、本発明に関連しない。保護ビットは、ヘッダに16ビットCRCワード(サイクリックリダンダンシーチェック;CRC16多項式を使用して決定される)が続くかを示す。オプションのCRCワードの後に、バックポインタ21a−d(”main_data_begin”とも呼ばれる)が続き、これは9ビット数であり、これはバックポインタ21a−dの位置(ヘッダ、CRCワード及び、サイド情報を数えない)からフレーム24a−cの開始バイトは、何(8−ビット)バイト戻るかを示す。
【0021】
ヘッダのビットレートインデックスフィールドは、可能なビットレートのテーブル内のエントリへのポインタを示す。利用できるビットレートと対応するビットレートインデックスは、テーブルIaに示されている。
【0022】
【表2】
サンプリング周波数(sampling_frequency)フィールドはデータについて使用されるサンプリング周波数を示す。利用できるサンプリング周波数はテーブルIbに示されている。
【0023】
【表3】
ビットレートともに、サンプリング周波数とパディングビットは、ヘッダの開始から後続のヘッダの開始への距離Nを決定する。原理的には、固定の数の1152PCMサンプルがフレーム当りに符号化されている。サンプリング周波数は、この数のサンプルにより符号化されている時間区間の継続時間を決定する。ビットレートから、それは、そのような継続時間の時間区間を符号化するのに、平均で、何ビットが必要かに従う。これはフレーム当りの平均のビット数である。ヘッダの間の距離はこのビット数に対応し、整数のバイトを提供するために切り上げられる(8ビットの単位)。即ち、バイトでの距離(8ビットの単位)は、Rの値から決定され、
R=144*bit_rate/sampling_frequency
である。(数144は、バイト当りのビット数8で割ったフレーム当り1152PCMサンプルの結果からである)。Rが整数である場合には、ヘッダ間の距離はRである。Rが整数でない場合には、ヘッダの幾つかの組の間の距離はN(R以下の次の小さい数)であり、そして、ヘッダの他の組みの間はN+1である。パディングビットは、これらの2つの距離のどちらが使用されるかを示す。
【0024】
動作では、MP3ソース10は、図2に示されたようにMP3ストリームを発生する。このストリームからの情報は、ストリーム復号器16のバッファメモリ160に記憶される。ヘッダ検出器162は最初にストリームの開始で又はヘッダの同期ワードを検出することにより、ヘッダの位置を見つける。続いて、ヘッダ検出器162は、毎回、ビットレートインデックスフィールド、ヘッダのサンプリング周波数フィールド及びパディングビットから、ストリーム内の後続のヘッダへの距離を計算するために現在のヘッダを使用する。この距離から、ヘッダ検出器162は、次のヘッダが格納されているバッファメモリ160内の位置のアドレスを計算し、そして、次のヘッダを読む。ヘッダ検出器162は、計算された位置に有効な同期ワードが格納されているかどうかを検査する。格納されていない場合には、エラーが発生し、そして、ヘッダ検出器は、復号が進行する前にヘッダの位置を決定するためにエラー状態を処理しなければならない。
【0025】
ヘッダ検出器162は、ヘッダの格納されている位置のアドレスを、フレーム復号器164へ送る。フレーム復号器164は、このアドレスを、ヘッダに関連するバックポインタが格納されているアドレスを決定するために使用し、バックポインタを取り出し、そして、ヘッダに関連するフレームの開始点が格納されているアドレスを計算するためにバックポインタを使用する。フレーム復号器164は、このアドレスを、フレームからデータを取り出すのに使用し、それからオーディオ信号を復号する。
【0026】
図3は、本発明の実施例に従ったMP3オーディオ復号システムを示す。MP3ソース10とMP3ストリーム復号器16に加えて、このシステムは、変換器12及び、トリック再生及び/又は編集ユニット14を、ソース10と復号器16の間に従属に含む。
【0027】
動作では、トリック再生及び/又は編集ユニット14は、変換器12から中間MP3ストリームを受信しそして、MP3ストリーム復号器16により復号する”トリックド”MP3ストリームを構成する。トリック再生及び/又は編集ユニット14は、トリックドMP3ストリームのフレームの構成のためにこれらの選択されたフレーム又はフィールドの内容を使用するために、中間ストリーム内の選択されたフレームにアクセスする。トリック再生の例は、オーディオモニタ機能と共に早送りモードを得るために、中間ストリームから選択されたフレームをスキップすることである。他の例は、毎回、スローフォワードモードを提供するために、トリックドストリームの他の連続するフレームを構成するために、繰返して幾つかのフレーム又はフィールドにアクセスすることである。
【0028】
変換器12は、MP3ソース10からのオリジナルMP3ストリームを中間MP3ストリームへ変換する。変換器12は、これを、トリック再生及び/又は編集ユニット14が、フレームにアクセスするために、選択されたフレームについてヘッダに対して中間ストリームの予め定められた限定された部分にのみアクセスする必要があるように、行う。好ましくは、選択されたフレームについてのヘッダに続くストリームの部分のみにアクセスする必要がある。
【0029】
変換器12は、バッファメモリ120とマイクロコントローラ122を有する。マイクロコントローラ122は、バッファメモリ120に接続された入力を有しそして、トリック再生ユニット14に接続された出力を有する。トリック再生ユニットの出力は、ストリーム復号器16の入力に接続されている。
【0030】
動作では、変換器12は、MP3データストリームを、連続するヘッダ間の距離が増加されそしてフレームデータがバックポインタがゼロになるように移動された、中間MP3データストリームに変換する。ストリームソース10から到着するデータは、バッファメモリ120の位置に書き込まれそして、そして、マイクロコントローラ122は、新たに発生されたヘッダ情報とバッファメモリ120からコピーされた情報を使用して、中間ストリームを発生する。
【0031】
図4は、変換器12から出力されるMP3データストリームを示す。このストリームは、ヘッダ40a−dを含み、全てが関連するバックポインタ41a−dの後に直接的に続くフレームの開始点を指すバックポインタ41a−dが続く。フレームの信号データは、スタッフィング46a−dが続く。テーブルIIは、図4のストリームを発生する変換器12内のマイクロコントローラ122についてのプログラムの動作を記述する擬似コードを示す。このコードは、説明のためのみに示されており、実際には、どのような実際のコードも、多くの詳細な点で異なってもよい。
【0032】
【表4】
テーブルIIでは、ポインタHinは、MP3ソース10からのオリジナルストリーム内の現在のヘッダが格納されている、バッファメモリ120内の位置を示す。ポインタFは、現在のヘッダに関連するフレームの第1のビットが格納されている、バッファメモリ122内の位置を示す。Fは、Offsetの値により与えられるオフセット後に、Hinにより示される位置に続く現在の位置で、バッファメモリ120の内容を減算することにより、決定される(実際には、Fはヘッダにより占められる空間について補正される)。Nは、フレームのビット数である。
【0033】
擬似プログラムの第1のステップで、新たなヘッダが第1のステップ(1)で中間ストリームに書き込まれる。新たなヘッダでは、ビットインデックスフィールドはオリジナルストリームのヘッダに関して修正されている。ビットレートは、毎秒320キロビットの最大の可能な値に設定されているのが好ましい。中間ストリーム内のヘッダ内のパディングビットは、データについて要求されるように設定され得又は、連続するヘッダ内のパディングビットを設定及びクリアする幾つかのパターンが使用されうる。ビットレート及びパディングビット以外の他のフィールドは、オリジナルストリームからのヘッダから、中間ストリームのヘッダへ実質的にコピーされる。
【0034】
ヘッダに続き、ゼロのバックポインタ値が、ステップ2で中間ストリームに書き込まれる。
【0035】
第3のステップ(3)では、オリジナルストリーム内の開始フレームデータのバッファメモリ120内の位置Fは、オリジナルストリームからの格納されたデータ内の現在のヘッダからのOffsetに配置された9−ビットバックポインタ値から決定される。第4のステップ(3)では、フレームデータは、中間ストリームへコピーされる。第4ステップは、コピーされたデータの量Nを戻す。第5のステップで、スタッフィング情報が、中間ストリームから出力される。スタッフィングの量は、新たなヘッダ内で設定されたパラメータからの、フレーム間の新たな位置と、コピーされたフレームデータの量Nの間の差を占める。
【0036】
第6のステップ(6)では、アドレスは、オリジナルストリームからの次のヘッダが格納される、バッファメモリ120内の位置の計算である。このアドレスは、現在のヘッダの内容(HInで示されている)からとなる。ポインタHInの値は、新たに計算された位置へ更新される。続いて、擬似コードが第1のステップから繰返される。
【0037】
このように、データに対応するヘッダにフレームデータが常に続く、中間ストリームが、形成される。本発明から離れることなしに、実際の実行は、多くの細部でテーブルIIから異なりうることは、理解されよう。例えば、中間ストリームのヘッダ内のビットレートは、(最大可能なビットレート値の代わりに)フレームデータを含むのに十分に大きい連続するヘッダ間の区間となる、(テーブルIaからの)最小の可能なビットレート値に設定されうる。これは、中間ビットストリームを記憶し又は伝送する空間を節約する。
【0038】
他の例では、メモリの別の領域は、ヘッダとフレームデータについて予約され、ストリーム内の次のヘッダの位置の計算された値は、ヘッダがフレームデータについての領域内に格納されていないことを保証するのに使用される。バッファメモリの使用は循環的であり、バッファメモリ120内の開始点からの位置は、一旦オリジナルストリームからのデータが予め定められた数の位置へ書き込まれると、再使用される。
【0039】
好ましくは、マイクロコントローラ122は、CRCチェックが変換器12から下流に行われるように、中間ストリームについての新たに発生されたヘッダ内の保護ビットを設定する。しかしながら、望まれる場合には、保護ビットはCRCチェックを許すように設定される。この場合には、マイクロコントローラ122は中間ストリーム内のデータから新たなCRC値を計算し、そして、この新たなCRC値を中間ストリームへ入れる。
【0040】
実際のアプリケーションでは、MP3データストリームのデータフレームは、プログラムストリーム又はトランスポートストリームに組み込まれうる。図5は、MP3データストリーム(MP3エレメンタリーストリームとも呼ばれる)ESのデータフレームを、プログラムストリームPSへ組み込む例を示す。MP3エレメンタリーストリームESは、図2に示されたデータストリームに対応する。オーディオデータフレームは別として、プログラムストリームPSは、静止画、ビデオ、テキスト歌詞、又は、他の情報含みうる。明確のために、図5のプログラムストリームPSは、MP3エレメタリーストリームESのフレームのみを含む。プログラムストリームの基本ユニットは、例えば、2kBのセクタである。プログラムストリームPSの最初のセクタは、例えば、32バイトのセクタヘッダHと2016バイトのペイロードを含む。ペイロードは、MP3エレメンタリストリームESの幾つかのデータフレームF1...F5を含む。(128kbpsで)MP3フレームは、417又は、418バイト長である。これは、ペイロードは2016/418=4,82フレームを含みうることを意味する。従って、フレームF5の部分は、テキストセクタに含まれている。他のビットレートについては、セクタのフレーム数は異なる。
【0041】
各セクタヘッダHは、セクタの形式についての情報を含む(オーディオ、静止画、ビデオ、テキストの歌詞)。この場合には、プログラムストリームセクタは、MP3オーディオ情報を含み、セクタヘッダHはセクタに組み込まれている第1のMP3フレームのタイムスタンプを含む。
【0042】
図6は、プログラムストリームを扱うのに適するトリック再生設備を有するMP3復号システムを示す。復号システムは、デマルチプレクサ11に供給するプログラムストリームソース100を有する。デマルチプレクサは、プログラムストリームPSからオーディオ情報を読むように構成され、プログラムストリームPSの構成はデマルチプレクサで知られている。デマルチプレクサ11は、更に、プログラムストリーム内のMP3タイムスタンプを検索するように、構成される。デマルチプレクサは、セクタ境界上でジャンプできる。
【0043】
通常の再生では、デマルチプレクサで得られそして復号器に供給されるMP3ストリームは、上述のように、変換器12で変換される。トリック再生(例えば、早送り、早戻し)コマンドが与えられるときに、現在のフレームは、好ましくは終了される、即ち、全てのデータは、バッファ120から読み出されねばならない。その後に、デマルチプレクサ11は、Mミリ秒前方又は後方であるプログラムストリームPS内のセクタへジャンプするように使用される。このジャンプについては、セクタヘッダ内のタイムスタンプの使用がなされうる。その位置から、第1のMP3フレームについての主データを見つけるために、このデータが現在のセクタ内に存在しない場合には、時間的に戻る1つ又はそれ以上のセクタが、読まれる。その後に、セクタ内の第1のフレームヘッダが、検索されそして、関連するフレームが変換器12内で、中間ストリーム内のフレームに変換される。幾つかのNフレーム(第1フレームを含む)は、復号されそして、再生される。全てのフレームが、中間ストリームに変換されるのが、好ましい。高速(前方又は逆方向)再生速度は、約M/(N*ミリ秒でのフレーム長)倍通常再生中よりも速い。符号化器に対し、設定は、44.1kHzのサンプリング周波数、フレーム長は26.12msを使用する。
【0044】
上述の実施例は、本発明を限定するのではなく、説明のために示され、そして、当業者は添付の請求項の範囲から離れることなしに、多くの代わりの実施例を設計できることに、注意すべきである。請求項では、括弧内の参照記号は、請求項を限定するように解釈するべきではない。用語”有する(含む)”は、請求項に記載された以外の他の構成要素又はステップの存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの特徴的な構成要素を有するハードウェア手段及び、適するようにプログラムされたコンピュータにより実行されうる。幾つかの手段を列挙する装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、1つのそして同じハードウェアのアイテムで実現されうる。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項で記載されていることは、これらの手段の組合せが優位に使用され得ないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】MP3復号システムを示す。
【図2】MP3データストリームを示す。
【図3】トリック再生設備をするMP3復号システムを示す。
【図4】更なるMP3データストリームを示す。
【図5】プログラムストリーム内のMP3フレームの組み込みを示す。
【図6】トリック再生設備をする更なるMP3復号システムを示す。
Claims (16)
- ヘッダと互いに分散された信号データを有するストリーム形式のデータストリームを処理する信号処理装置であって、各ヘッダは後続のヘッダとの距離を規定し、各ヘッダは信号データのフレームに対応し、そのヘッダはそのヘッダに対するフレームについての信号データの開始点を指すポインタに関連し、前記信号処理装置は、
−前記ストリーム形式のオリジナルデータストリームを受信する入力を有し、
−入力に続くストリーム変換器を有し、そのストリーム変換器は、オリジナルデータストリームを前記ストリーム形式の中間データストリームに変換し、そのストリーム変換器は、関連するヘッダに対する予め定められた位置へフレームの開始点を移動し、そして、フレームがヘッダの間に納まるようにヘッダ間に追加の空間を発生するようにヘッダを修正する、信号処理装置。 - −中間データストリームを処理するために、前記ストリーム変換器の出力に接続されたトリック再生及び/又は編集ユニットを有する、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記予め定められた位置は、中間ストリーム内のヘッダと前記予め定められた位置の間で前のフレームに関連するデータが発生しないように、ヘッダの次である、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記ストリーム変換器は、信号データの実際のビットレートを修正することなしに、オリジナルストリームのヘッダに規定されたビットレートと比較して、中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートを調整することにより、ヘッダを修正するように構成される、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記ストリーム変換器は、中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートを最大の設定可能なビットレート値へ修正するように構成される、請求項4に記載の信号処理装置。
- 前記ストリーム変換器は、中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートを、信号データに依存するビットレートに修正するように構成され、それぞれのヘッダのそれぞれのビットレートは、そのヘッダに関連するフレームの実際のビットレートよりも高い最小の設定可能な値に修正される、請求項4に記載の信号処理装置。
- 前記ストリーム形式は、MP3形式のデータストリームである、請求項1に記載の信号処理装置。
- データストリームがプログラムストリームに組み込まれ、所定のプログラムストリームは幾つかのセクタを有し、各セクタは、セクタヘッダと複数のデータフレームを有し、
前記装置は更に、所定のプログラムストリーム内で前方又は後方に数セクタだけ位置をジャンプさせ;その位置に関連する現在のセクタからデータフレームを読み;そして現在のセクタのデータフレームを前記ストリーム変換器に供給する手段を有する、請求項1に記載の信号処理装置。 - 現在のセクタの第1のデータフレームについての主データを見つけることができるために、このデータが現在のセクタに存在しない場合には、数セクタ前方又は後方の位置から、時間的に戻された1つ又はそれ以上のセクタが読まれる、請求項8に記載の信号処理装置。
- ヘッダと互いに分散された信号データを有するストリーム形式のオリジナルデータストリームから信号データに、トリック再生を適用する及び/又は編集する方法であって、各ヘッダは後続のヘッダとの距離を規定し、各ヘッダは信号データのフレームに対応し、そのヘッダはそのヘッダに対するフレームについての信号データの開始点を指すポインタに関連し、前記方法は、
−オリジナルデータストリームをそのオリジナルデータストリームと同じ形式の中間データストリームに変換し、前記変換は、関連するヘッダに対する予め定められた位置へフレームの開始点を移動し、そして、フレームがヘッダの間に納まるようにヘッダ間に追加の空間を発生するようにヘッダを修正し、
−トリック再生及び/又は編集を中間データストリームに適用する、方法。 - ヘッダは、信号データの実際のビットレートを修正することなしに、オリジナルストリームのヘッダに規定されたビットレートと比較して、中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートを調整することにより、修正される、請求項10に記載の方法。
- 中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートは、最大の設定可能なビットレート値へ修正される、請求項11に記載の方法。
- 中間ストリームのヘッダに規定されたビットレートは、信号データに依存するビットレートに修正され、それぞれのヘッダのそれぞれのビットレートは、そのヘッダに関連するフレームの実際のビットレートよりも高い最小の設定可能な値に修正される、請求項12に記載の方法。
- 前記ストリーム形式は、MP3形式のデータストリームである、請求項10に記載の方法。
- データストリームがプログラムストリームに組み込まれ、所定のプログラムストリームは幾つかのセクタを有し、各セクタは、セクタヘッダと複数のデータフレームを有し、前記方法は更に、
所定のプログラムストリーム内で前方又は後方に数セクタだけ位置をジャンプさせ、
その位置に関連する現在のセクタからデータフレームを読み、
そのセクタのデータフレームを中間ストリームに変換する、
請求項10に記載の方法。 - 現在のフレームの第1のデータフレームについての主データを見つけることができるために、このデータが現在のセクタに存在しない場合には、数セクタ前方又は後方の位置から、時間的に戻された1つ又はそれ以上のセクタが読まれる、請求項15に記載の方法。
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