JP4363186B2 - Mpegビデオ記録媒体及び再生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ビデオデータストリームの欠落したデータ列の再構築のためのMPEGビデオ記録媒体及び再生装置に関する。
ビデオCDやビデオDVDのような、MPEGビデオ記録媒体には、MPEG1ビデオ標準又はMPEG2ビデオ標準に従った、連続データストリームが記録されている。この場合、ピクチャ列は、GOPと表現されるグループに細分されており、各ピクチャのグループは、イントラフレームと表現されるIフレームで始まり、Iフレームの情報は、このグループ内の、その後に続くピクチャの再生に必須の情報を形成している。Iフレームの後には、Iフレームの後のピクチャを生成するために、Iフレームに対する差情報を含むBフレームとPフレームが続く。Bフレームは双方向フレーム、Pフレームは、予測フレームとしても表現される。欠落した又は乱れたIフレームは、後に続くピクチャの再現を妨げる。記録媒体の引っかき傷や他の不具合が、記録媒体からのデータストリームの読出しの障害又は妨害となり、リードソロモン符号のような、従来からの誤り訂正法により、ある制限された範囲でのみ訂正することができる。例えば、DVDのためのECMA標準267は、空泡の直径は100μmより大きくてはならず、ブラックスポットの直径は、300μmより大きくてはならないと規定する。さらに、30μmより大きい欠陥の長さの合計が、300μmを超えてはならず、そのような欠陥は、6つまでしか許容されない。
従って、本発明は、乱された又は欠落したIフレームにも関わらず、ビデオデータストリームの欠落したデータ列の再構築を可能とする記録媒体及び再生装置を提供することを目的とする。さらに、記録媒体の特別な特徴にも関わらず、従来の再生装置で元のデータストリームの再生を可能とすることも目的とする。
この目的は、独立請求項で特定される特徴により達成される。有利な改良は、従属請求項で特定される。
本発明の特徴の一つは、MPEGビデオ記録媒体に保存された、追加Iフレーム又は置換Iフレームから成る追加情報アイテムを備えることである。これらIフレームは、ビデオデータストリームの欠落したデータ列の再構築のために提供され、元のデータストリームに含まれたIフレーム情報の複製、または、元のデータストリームより小さいデータ量の類似Iフレームである。この追加情報は、記録媒体上で、元のIフレームの隣又は離れた位置に記録される。記録媒体の物理的距離により達成できるのは、元のデータストリーム中でIフレームが乱された場合、該Iフレームを部分的に又は完全に再構築できることである。元のIフレームからの物理距離は、追加Iフレームのために別個のデータストリームを設けることにより達成でき、データストリームは、セクションごとに連続データストリームにまとめられるか、元のデータストリームの後に記録される。追加情報アイテムの位置情報は、記録媒体上、または、この種の記録媒体ための記録再生装置内に保存される。追加Iフレーム及び前記追加Iフレームの記録位置情報を持つMPEGビデオ記録媒体は、従来の再生装置及びこの記録媒体のために特に提供される再生装置の両方で使用可能である。
追加データ量を少なくするために、元のIフレームに対し、類似Iフレームが置換Iフレームとして使用される。例えば置換Iフレームとして、より小さいピクチャサイズの画像、つまり、空間解像度を減らしたり、カラーの代わりに白黒を使用したりすることで、小さいデータ量は達成できる。
元のIフレームに加えて、一つ又はたくさんの、複製又は類似Iフレームを持つ記録媒体の再生は、追加情報アイテムが、従来の再生装置が無視する、専用のデータストリーム番号を持つMPEGデータストリーム、または、ユーザデータとして記録媒体に記録されることで、従来の再生装置でも行うことができる。
MPEGビデオ記録媒体に保存された情報の再生装置において、欠落したデータストリームの再構築のために、Iフレームの無いことが検出され、データストリーム中の欠落又はエラーのあるIフレームは、複製又は類似Iフレームにより置換される。複製又は置換Iフレームは、記録媒体上で追加情報として設けられている。この結果、光記録媒体に保存されている情報の完全な再生の信頼度が増すこととなる。
置換する必要がある、損傷又は欠落Iフレームは、データストリームの不連続を評価することで検出でき、各種の方法により確実に行うことができる。一例を挙げると、セクタナンバをモニタする方法、セクタの読出し不可を伝える走査デバイスからの信号を評価する方法がある。更に、Iフレームが不完全であるか損傷しているかを決定するために、伝送されているピクチャサイズを使用する復号器が設けられる。この場合、損傷したIフレームの開始セクタ番号は、既に知られており、記録媒体に追加されているIフレームを探すために利用できる。この形態によると、この開始セクタ番号のIフレームを置換するIフレームが保存されている位置を特定するテーブルが設けられる。MPEG2ビデオデータストリームの場合、例えば、各ピクチャのグループのために、追加Iフレームのセクタ番号が入力されたユーザデータ領域を利用することが可能である。前記テーブルは、欠落したIフレームの検出にも有利に利用できる。これは、Iフレームの開始セクタ番号の列とテーブルのエントリを比較することで可能となる。この場合、置換されるIフレームの番号が同時に決定される。
更に、Iフレームがないことは、グループ内の所定のピクチャ数を超えていること、または、データストリーム中のタイムスタンプ間の距離を評価することで決定できる。
損傷した又は欠落したIフレームの同定後、記録媒体上で置換用として提供されているIフレームが、要求され、要求に従いデータストリームに挿入される。復号された置換Iフレームは、その後、欠落したデータ列の再構築に利用される。
MPEGビデオ記録媒体は、読出し専用、追記型又は書き換え可能型光記録媒体のいずれも可能である。読出し専用型の記録媒体の場合、置換Iフレームは、記録媒体のプログラム領域内の所定領域又はその外側の領域に間欠的に記録される。つまり、利用できるアドレスのため、置換Iフレームは、元のIフレームの前と後に両方に配置される。よって、読出し専用型記録媒体の場合、置換Iフレームは、従来の再生装置による元のデータストリームの再生が影響されない方法で記録媒体に配置される。
追記型及び書き換え可能型記録媒体の場合は、所定の書き込み方法を守る必要がある。記録されるデータストリームは、一般的にはバッファリングされ、結果、含まれているIフレームを分析することが可能である。所定数のピクチャグループ後、元のデータストリームに含まれているIフレームの複製、または、元のIフレームに対しての類似Iフレームが、ピクチャグループ後に続くセクタに記録される。更に、置換Iフレームの記録の間、元のIフレームの開始セクタ番号と、複製又は類似Iフレームのセクタ番号を含むテーブルが形成される。前記テーブルは、置換Iフレームの後に、または、記録媒体上の離れた位置に記録される。この結果、テーブルで形成される索引のために、欠落又はエラーのあるデータ列の再構築に必要な、置換Iフレームの間欠的な記録となる。原理的には、総ての置換Iフレームと上記テーブルをデータストリームの最後に、または、記録媒体の記録領域の最後に記録することも可能である。
元のIフレームに対して異なる又は同一の品質レベルを持った、一つ又はたくさんの複製が記録媒体に記録され、MPEGビデオ情報の再生の間に欠落又は損傷したデータ列の再構築を有利に可能とする。
光記録媒体に引っかき傷又は他の損傷があると、Iフレームを読むことができず、通常、ピクチャ再生の中断となるが、置換Iフレームの使用の結果、ピクチャ再生に影響は及ぼさない。結果として、損傷した記録媒体に関わらず、記録されたビデオ情報の完全な再生が可能となる。元のIフレームに対して、置換Iフレームの物理距離は、例えば、リードソロモンやチャネルバンドリングのような、エラー訂正の従来手段により許された距離の数倍以上大きくする。その結果、従来のエラー訂正ではもはや訂正できない、比較的大きく、多重に生じているエラーでさえ取り除くことができる。
原理的には、本発明を有利に改良及び開発する種々の可能性がある。この点について、一方では請求項が参照され、他方では図面を用いて以下に説明する本発明の典型的な実施形態が参照される。
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
図1には、光記録媒体ODの比較的長い使用の後、または、不注意な取り扱いにより、しばしば生ずる欠陥の4つのタイプが、2つの光記録媒体OD上に図示されている。そのような欠陥の例として、指紋E1、ごみE2及び直線状の引っかき傷E3若しくは放射状の引っかき傷E4がある。光記録媒体ODに記録された情報再生の間、前記欠陥は、読出しエラーや走査データストリームの妨害の原因となる。もしデータストリームが、MPEGビデオデータストリームを含むMPEGデータストリームであれば、データストリームのセクタは、典型的には、図2に示すような、ピクチャグループを形成する。
ビデオシーケンスの個々のピクチャは、フレームと表現され、標準では、デジタルビデオ標準のピクチャデータレートは、167Mb/sである。圧縮なしに、ビデオ情報は、4.7GBの記録容量を持つビデオDVDに約4分間のみ記録することができる。しかし、ピクチャの個々の画素には、明るさや色に関してのデジタル情報が割り当てられ、ビデオ信号は多数の冗長な情報を含んでいる。動かないピクチャの構成部分は、比較的長い時間変化がないので、ピクチャ又はフレームの変化を符号化すれば十分である。よって、MPEGデータストリームは、他のフレームとは独立し、完全なピクチャについての情報を有するIフレームIと、BフレームBと、PフレームPを含む。BフレームBは、フレームの圧縮データの内容を計算するために、先行するフレームを利用し、PフレームPは、Iフレームとの差を表現する。Pフレームは、先行するフレームを分析し、オブジェクトが次ぎのフレームで存在する位置を評価する。図2に示すように、IフレームIの後には、それぞれの数の異なるピクチャが続き、前記ピクチャは、個々のピクチャを形成するために開始フレームI1を必要とする。もしIフレームI1を、例えば、記録媒体ODから読み出すことができず、従来の誤り訂正では訂正できなかった場合、後に続く、該グループのピクチャB、B、P、B、B、P、B、Bもまた、形成することはできない。よって完全なデータ列の再生は、妨害される。
ゆえに、MPEGビデオ記録媒体は、ピクチャグループの再構築のために、妨害されたIフレームI1の、置換情報アイテム又は置換IフレームI1が、ピクチャ連続の妨害を防ぐため、または、少なくとも減らすために記録されて提供される。図3の概略図に示すように、この置換情報は、光記録媒体ODの、元のデータストリームの記録領域A内に保存、または、元のデータストリーム記録領域Aの外にある記録領域Bに別に保存される。置換情報アイテムは、従来の再生装置手段による再生が、邪魔されず、影響されない方法で記録媒体ODに記録される。この目的のために、置換情報アイテムは、DVD標準ではないが、ストリームID等で形成される専用データストリーム番号を有する別のデータストリームで提供され、または、追加又は置換アイテムが、各ピクチャのグループの前に位置する、いわゆるユーザデータ領域に、ビデオ情報としては再生されないGOPを構成し記録されて提供される。結果として、従来の装置において、元のデータストリームに入れられたとしても、置換情報アイテムはエラーとして無視され、または、スキップされる。好ましくは、図6に示すように、追加又は置換情報アイテムは、複数のピクチャグループGOP毎に、元のデータストリームに挿入される。グループGOPの中には複数の置換IフレームIを保存することが適切であり、例えば、20の置換IフレームI1〜I20が、ピクチャグループGOPaを形成する。追記型又は書き換え型記録媒体のために、これらの置換IフレームIのグループGOP間の距離は、元のピクチャ情報の最小距離に起因し、結果として、光記録媒体ODへの記録に選択された誤り訂正法の最大エラー訂正長と、記録操作の間に、置換IフレームIのグループGOPを、光記録媒体ODに書き込むまで保持する書き込みメモリのサイズに依存する。
図7は、複製又は類似IフレームIについての索引を生成するために使用されるテーブルTB1及びTB2の内容例を示す図である。この場合、これらテーブルTB1及びTB2は、テーブルTBとして、記録操作の終了後に、プライベートデータストリーム識別子であるTableIDと共に、データストリームとして記録されることを想定している。このプライベートデータストリーム識別子TableIDは、例えば、private_stream_idであり、従来の再生装置では、同様に無視され、スキップされる。
この構造のおいて、第1テーブルTB1は、データストリーム識別子であるTableIDと、エントリ数EntryTag[MAXENTRIES]と、前のテーブルへのポインタPreviousTableを含み、たくさんの相互に独立したビデオデータストリームの記録再生のために特に提供される。
しかし、前のテーブルへのポインタ、PreviousTableもまた、ビデオデータストリームの中の他のグループGOPにある置換IフレームIを見つけることを可能とし、このために、記録媒体の終わりや、たくさんのビデオデータストリーム中に完全なテーブルを保存する必要はない。
記録の終わりは、置換IフレームIが保存されている最後のグループGOPの後に続く、テーブルTBの第2テーブルTB2により直接形成される。
図8に示すように、テーブルTBへのポインタは、従来の再生装置に提供されているファイルシステムFS内又は別のディレクトリ内に保存される。
図7の第2テーブルTB2に従った、索引テーブルは、元のIフレームIの位置ReferenceFrameSectorIDと、置換IフレームI位置RedundantFrameSectorIDと、前記置換IフレームIを、元のデータストリームの再構成に使用可能とするための条件を明らかにする識別子FrameInfoFlagsとを含む。
追加情報アイテムを有するビデオデータストリームの概要を図8に示す。ファイルシステムFSの後に、元のビデオデータストリームであるMVと、置換IフレームIと、テーブルTBを含むビデオデータストリーム列SMVSが続く。ビデオデータストリーム列SMVSの後の領域EONSは、空であるか、続きのビデオデータストリーム列SMVSである。
置換情報を有するMPEGビデオ記録媒体からの元のビデオデータストリームの欠落したデータ列の再構成のための再生装置の構成を図4に示す。光記録媒体ODから光走査デバイスPUにより読み出されたMPEGデータストリームは、走査デバイスPUに接続されたトラックバッファTBと呼ばれるメモリに入力される。トラックバッファTBには、データストリームをビデオとオーディオそれぞれのストリームに分けるセクタ分析デバイスSA−Uが接続され、その後再生のために、ビデオVD−U及びオーディオAD−UといったそれぞれのMPEG復号器に入力される。
もし、従来のエラー訂正法では除去できない記録媒体の障害があった場合、MPEGデータストリームにギャップが生じ、個々のピクチャ又はピクチャグループ全体が妨害される。これらギャップは、セクタ分析デバイスSA−Uでのセクタ分析又はビデオ復号器VD−Uでのピクチャの復号中に検出され、欠落又はエラーのあるIフレームIのセクタアドレスについての情報がエラー処理ユニットEH−Uに伝えられる。エラー処理ユニットEH−Uは、ピクチャの進行妨害を除去又は減少させる追加又は置換情報アイテムが、光記録媒体OD上に存在するか否かを決定するための確認を開始する。置換情報アイテムは、エラー処理ユニットEH−Uにより、セクタリクエストSRで走査デバイスPUに要求され、ビデオ復号器VD−U内のピクチャの復号に入れられる。
図5は、第二実施形態を示すブロック図であり、図5によると、再生デバイスのユーザインタフェースの監視機能を有するナビゲーションマネージャNMが設けられている。ナビゲーションマネージャNMは、ナビゲーションマネージャNMと双方向で通信するファイルシステムマネージャFMの手段を用い、リクエストされた光記録媒体ODのMPEGデータストリームの開始位置から、光記録媒体ODへのアクセスを開始する。このため、ファイルシステムマネージャFMは、このリクエストをピックアップマネージャPU−Mに転送し、その結果、光走査デバイスPUがデータストリームの伝送を開始する。要求されたデータは、走査デバイスPUによりピックアップマネージャPU−Mに伝えられ、トラックバッファTBに入力される。ファイルシステムマネージャFMは、トラックバッファTBのこれらセクタを読み出し、それらからMPEGデータストリーム開始位置を決定し、開始位置は、ナビゲーションマネージャNMに転送される。MPEGデータストリーム開始位置は、光記録媒体ODから、再生のためビデオVD−UやオーディオOD−Uといった対応するMPEG復号器に、MPEGデータデータストリームを伝送するためにも用いられる。この場合、ナビゲーションマネージャNMは、MPEGデータストリーム開始位置をリクエスト制御ユニットRCへ転送し、これにより、ピックアップマネージャPU−Mは、光走査デバイスPUにより光記録媒体ODから得られる、連続MPEGデータストリームの読出しを行う。
MPEGデータストリームは、このように、光記録媒体ODから、走査デバイスPUを経由して、ピックアップマネージャPU−Mへ渡され、PU−Mは、データをトラックバッファTBの監視下に入れ、データストリームの連続性を監視する第一の測定を実行する。この場合、目標達成のため、データストリーム中のギャップをなくすため又は減らすために繰り返して読出しが行われ、メッセージが、データストリーム中のギャップを通知するために、下流にあるセクタ分析デバイスSA−Uに送られる。セクタ分析デバイスSA−Uは、ピックアップマネージャPU−Mにより入力されたMPEGデータストリームが保存されているセクタの位置を表すトラックバッファTBの開始アドレスのリスト受信する。セクタ分析デバイスSA−Uは、MPEGデータストリームの個々の部分データストリームを、このリストとセクタの内容により分配する。部分的なリストが生成され、下流にあるビデオVD−UとオーディオAD−UのMPEG復号器に転送される。
加えて、セクタ分析デバイスSA−Uは、MPEGビデオデータストリームが、IフレームIのギャップを持っているか否かを見つけるために、ピックアップマネージャPU−Mにより既に実行されたデータストリームの検査を、データストリーム中に存在する、セクタ番号やMPEGデータセクションの開始識別子といった情報を用いることで拡張して行う。もしギャップがある場合、エラー通知が、エラー処理ユニットEH−Uへ行われる。更に、MPEGデータストリームの終わりであるといったように、範囲を超えた状態は、捕捉され、リクエスト制御ユニットRCを経由してナビゲーションマネージャNMに通知される。
ビデオ復号器VD−Uは、ビデオセクタを有するトラックバッファTB内のMPEGデータストリームのセクタ位置の部分的なリストを受信する。もし、欠落又は損傷したIフレームIが、例えば、タイムスタンプを評価することにより、または、ビデオデータストリームで転送されるピクチャサイズと存在するマクロブロック数の比較により、この段階で検出された場合、エラー通知が同様にエラー処理ユニットEH−Uへ行われる。エラー処理ユニットEH−Uは、リクエスト制御ユニットRCにより追加情報アイテムを有するテーブルへアクセスを開始し、その後、前記付加的な情報アイテムは、走査デバイスPUから、ピックアップマネージャPU−Mとセクタ分析デバイスSA−Uを経由しエラー処理ユニットEH−Uに通知される。エラー処理ユニットEH−Uは、テーブルから、欠落又は損傷したIフレームIの可能な置換となる表示を決定し、リクエスト制御ユニットRCとピックアップマネージャPU−Mを経由して走査デバイスPUを用い、光記録媒体ODから、セクタストリームの新たな照会を開始する。
その後に続くデータストリームは、走査デバイスPU及びピックアップマネージャPU−Mからセクタ分析デバイスSA−Uへと伝送される。もし、データストリーム中のエラーがこの段階で既に検出されたとすると、置換IフレームI1を、元のデータストリーム中に入れることが可能である。もし、たくさんの欠落IフレームI1、I2、・・・を持つギャップが含まれていれば、各置換されたIフレームIは、更なる置換IフレームI2を要求すべきか否かを検査するエラー処理ユニットEH−Uで処理される。もしそうでないとした場合も、エラー処理ユニットEH−Uは、ギャップが検出されたセクタナンバで始まる、新しいデータストリームを要求することができる。元のMPEGデータストリームの通常処理がこのポイントから再開される。
もし、データストリーム中のエラーが、ビデオ復号器VD−Uで検出された場合、エラー処理ユニットEH−Uが、同様にテーブルを要求する。前記テーブルより明らかとなる置換IフレームIの開始アドレスは、続いて決定され、置換IフレームIが要求される。復号された置換IフレームIは、その後、ピクチャグループのデータストリームの再要求の際に、欠落又は損傷したIフレームIを置き換える。もし、この場合において、たくさんのIフレームIが影響を受けていた場合、エラー処理ユニットEH−Uが置換IフレームIを要求することが必要となり、前記置換IフレームIは、有効又は元のMPEGビデオデータストリームが再びビデオ復号ユニットVD−Uに渡されるまで復号及び再生される。
結果として、妨害のない、記録されたビデオ情報の完全な再生が、従来のエラー訂正法では訂正できない欠陥をもつ、損傷した記録媒体に関わらず可能となる。
上記実施形態は、単なる例示であり、当業者により行われる本発明の範囲内の、他の実施形態をも含む。
光記録媒体の欠陥を示す図である。 ビデオデータストリームのフレームを示す図である。 光記録媒体の置換情報アイテムの配置を示す図である。 MPEGビデオ記録媒体のための第1再生装置の概略図である。 MPEGビデオ記録媒体のための第2再生装置のブロック図である。 元のデータストリームの追加又は置換情報アイテムの配置を示す図である。 複製又は類似Iフレームに関してのコンコーダンス作成に使用されるテーブルの内容を表す図である。 ビデオデータストリーム構造の概略図である。
符号の説明
E1 指紋
E2 ごみ
E3 直線状の引っかき傷
E4 放射状の引っかき傷
OD 光記録媒体
PU 光走査デバイス
TB トラックバッファ
EH−U エラー処理ユニット
SA−U セクタ分析デバイス
VD−U ビデオ復号器
AD−U オーディオ復号器
SR セクタリクエスト
NM ナビゲーションマネージャ
FM ファイルシステムマネージャ
PU−M ピックアップマネージャ
RC リクエスト制御ユニット

Claims (5)

  1. MPEGビデオ記録媒体からのビデオデータストリームの欠落した又はエラーのあるデータ列の再構築を行う再生装置において、
    再生装置内に、
    元のデータストリームの欠落又はエラーのあるIフレームのセクタアドレスを決定するためのエラー検出手段を有し、
    前記セクタアドレスは、記録媒体上で複製又は類似Iフレームの探索を開始するために使用され、
    ビデオデータストリームの欠落した又はエラーのあるデータ列の再構築のために、元のデータストリームの欠落又はエラーのあるIフレームを、複製又は類似Iフレームで置き換える制御手段を有し、
    ビデオ復号器で再生することを特徴とする再生装置。
  2. エラー検出手段は、トラックバッファに接続されているセクタ分析デバイス、または、ビデオ復号器であり、前記セクタ分析デバイス又はビデオ復号器は、制御手段として設けられているエラー処理ユニットに接続されていることを特徴とする請求項に記載の再生装置。
  3. エラー検出手段は、データストリームを記録媒体からトラックバッファへ入力するピックアップマネージャであるか、タイムスタンプ又はデータストリーム中のマクロブロック数を評価する、セクタ分析デバイス又はビデオ復号器であることを特徴とする請求項に記載の再生装置。
  4. 制御手段は、エラー検出手段に接続されているエラー処理ユニットであり、
    前記エラー処理ユニットは、セクタリクエストにより、記録媒体からの複製又は類似Iフレームを要求し、ビデオデータストリームの欠落又はエラーのあるデータ列の再構築のため、元のデータストリーム中の欠落又はエラーのあるIフレームを置換することで、前記複製又は類似Iフレームをビデオ復号器に挿入することを特徴とする請求項に記載の再生装置。
  5. 制御手段は、エラー検出手段により作動させられるファイルシステムマネージャ及びリクエスト制御ユニットと、双方向に接続されているナビゲーションマネージャであり、
    前記ナビゲーションマネージャは、ピックアップマネージャと協調して、記録媒体からの複製又は類似Iフレームを要求し、
    ビデオデータストリームの欠落又はエラーのあるデータ列の再構築のために、元のデータストリームの欠落又はエラーのあるIフレームは、ピックアップマネージャに接続されているトラックバッファ内、または、ビデオ復号器内で、ファイルシステムマネージャ又はセクタ分析デバイスにより複製又は類似Iフレームと置き換えられることを特徴とする請求項に記載の再生装置。
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