JP4585051B2 - ビデオ番組を再生する方法並びに装置 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は、ディジタル的に圧縮されたビデオ情報に関し、特に、通常再生速度以外の速度でこの情報を供給する技術に関する。
発明の背景
ディジタル・ビデオ・システムにおいてトリック再生（trick-play）モードを実現することは、ディジタル・ビデオを基本（ベース）とするシステムを市場に出すに当たっての、より重要な課題になりつつある。ビデオ・オン・デマンド（Video On Demand:ＶＯＤ）、ビデオＣＤ、およびその他の類似システム等の新しく出現しつつある消費者向けビデオ製品は、長編映画の供給元としてのＶＨＳテープ業界（市場）と競合関係にある。しかし、アナログに基づく再生方法とは違って、ディジタル・ビデオ・システムでは、通常、再生速度以外の速度でビデオ画像を再生することは大きな挑戦的課題である。そのような“オフ・スピードまたは非標準速度”での再生は、例えば、高速順方向（fast-forward）、高速逆方向（fast-reverse）、静止フレーム（freeze-frame）等の種々の速度で再生画像を供給するトリック再生（trick-play）として知られている。
欧州特許出願番号ＥＰ Ａ ０６２５８５７に、使用者から受信された制御信号に応答してビデオ信号を使用者に供給するビデオ・サーバが開示されている。特許出願ＥＰ Ａ ０６２５８５７は、リアルタイムの信号と例示的な１０倍速の特殊な信号（両信号はリンクされており、番組を中断せずにどちらかを選択できる）の使用について述べている。この特殊な信号は、その伝送レートがリアルタイム信号の伝送レートよりも高くならないように処理される。この特殊な信号の処理は、フレーム間符号化データをＭＰＥＧビット・ストリームから省くことにより行なわれる。特許出願ＥＰ Ａ ０６２５８５７では、トリック再生信号（特殊な信号）の伝送レートを制限する必要を認識しており、フレーム間符号化データを省略する結果として、タイム・スタンプを計算し直さなければならない。
発明の概要
本発明は、通常再生信号と解像度の低下したトリック再生信号のどちらかを選択する、ビデオ番組の再生方法に関する。モードの選択では、“再生”位置の選択が制御される。この方法により、前に選択されたビデオ・ストリームとは無関係に、連続的な選択を復号化し表示することができる。
本発明は、複数のビデオ番組のうちの１つを、所定のジャンプ点でリンクされている複数の再生速度を選択して記憶媒体から再生する方法であり、本発明の方法は以下のステップを含んでいる。
ａ）再生するために、複数のビデオ番組のうちの１つを選択する；
ｂ）この１つの番組の再生速度を選択する；
ｃ）その再生速度に応じて、複数のビデオ番組のうちのこの１つの番組に対応するディジタル的に符号化された信号を、１群の信号の中から選択する；
ｄ）このディジタル的に符号化された信号を再生する；
ｅ）その後の、異なる再生速度の選択に応じて、所定のジャンプ点に従って再生するために、その符号化された１群の信号のうちの別の信号にジャンプする；
ｆ）選択された番組を選択された再生速度で表示するために、再生された信号を復号する；そして
ステップｃ）では更に、異なる解像度を有する異なる再生速度に対応するディジタル的に符号化された信号を、ディジタル的に符号化された信号群から選択する。
請求の範囲と実施例との対応関係を図面で使われている参照符号で示すと次の通りである。
１．複数のビデオ番組のうちの１つを、所定のジャンプ点を介して複数の再生速度を切換えて、記録媒体から再生する方法であって、
ａ）再生のために、前記複数のビデオ番組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐｎ）のうちの１つを選択するステップ（２００）と、
ｂ）前記選択されたビデオ番組の再生速度を選択するステップ（２２５）と、
ｃ）前記再生速度に応答して、前記選択されたビデオ番組に対応するディジタル符号化信号を１群のディジタル符号化信号（ＮＰ、ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）の中から選択するステップ（２２５）と、
ｄ）前記選択されたディジタル符号化信号を再生するステップ（２７５）と、
ｅ）その後の、異なる再生速度の選択に応じて、前記所定のジャンプ点に従って再生するために、前記１群のディジタル符号化信号のうちの別の信号にジャンプするステップ（６００）と、
ｆ）前記選択された再生速度で前記選択された番組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐｎ）を表示する（１０００）ために前記再生された信号を復号するステップ（５１０）とから成り、
前記ディジタル符号化信号は、通常再生信号またはトリック再生信号の少なくとも一方であり、前記トリック再生信号は、前記トリック再生信号を貯えるために必要な貯蔵空間量を低減するため低下した解像度を有している、前記方法。
２．前記所定のジャンプ点を入れ子パターン（１２０）で配置するステップを含む、前記１に記載の方法。
３．通常再生速度で再生するために前記ディジタル符号化信号群（ＮＰ、ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）の中の１つの信号（ＮＰ）を発生するステップを含む、前記１に記載の方法。
４．前記通常再生速度以外の速度で再生するために前記群の中のその他の信号（ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）を発生するステップを含む、前記３に記載の方法。
５．前記通常再生速度で再生するために前記１つの信号のビットレートより低いビットレートで再生を行うように前記群の中の前記その他の信号（ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）を発生するステップを含む、前記４に記載の方法。
６．前記所定のジャンプ点をルックアップ・テーブル（１２０）として組立てるステップを含む、前記１に記載の方法。
７．前記ルックアップ・テーブルを、各グループが再生速度に固有のものであるような複数のグループ（ＮＰＧ、ＴＰ１Ｇ、−ＴＰ１Ｇ、ＴＰ２Ｇ、−ＴＰ２Ｇ）に配置するステップを含む、前記６に記載の方法。
８．ビデオ番組を再生する装置であって、
各番組のレコードが１群のディジタル符号化信号のレコードを具えており、前記１群のディジタル符号化信号のレコードが、少なくとも１つの通常再生信号と少なくとも１つのトリック再生信号とを含み、前記少なくとも１つのトリック再生信号は、前記少なくとも１つのトリック再生信号を貯えるために必要な貯蔵空間量を低減するため低下した解像度を有している、複数のビデオ番組のレコード（Ｐ１、Ｐ２、Ｐｎ）を貯える手段（１００、１０１、（９９＋ｎ））と、
前記１群の各番組レコードの前記符号化信号のレコード（ＮＰ、ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）の各々と、その間の選択をするための所定のジャンプ点とをリンクさせる手段（１２０）であって、前記所定のジャンプ点は経過した番組時間を表しており、
前記リンクさせる手段（１２０）に応答し、所望の再生速度に応じた転送のために、前記貯える手段（１００、１０１、（９９＋ｎ））から少なくとも１つの前記符号化信号のレコード（ＮＰ、ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）を読み出す手段（Ｓ１）と、
を含む、前記装置。
９．前記所定のジャンプ点が、相異なる再生速度間の遷移に固有の形にグループ化（ＮＰＧ、ＴＰ１Ｇ、−ＴＰ１Ｇ、ＴＰ２Ｇ、−ＴＰ２Ｇ）されているものである、前記８に記載の装置。
１０．前記所定のジャンプ点が、前記群の各々における前記符号化信号（ＮＰ、ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）において、互いに対応するディジタル画像のアドレスを表すものである、前記８に記載の装置。
１１．前記リンクさせる手段が前記所定のジャンプ点のテーブル（１２０）を具えるものである、前記８に記載の装置。
１２．前記リンクさせる手段がＮ個のテーブル（１２０）の群を具え、その各群がＮ個の再生速度の各々に対する前記所定のジャンプ点のテーブルを（Ｎ−１）個具えるものである、前記１１に記載の装置。
１３．前記通常再生速度（ＮＰ）で再生するためのレコードが、前記少なくとも１つのトリック再生信号よりも高い解像度を有する、記録された信号を含むものである、前記８に記載の装置。
１４．前記通常再生速度以外の速度で再生するためのレコード（ＴＰ１、−ＴＰ１、ＴＰ２、−ＴＰ２）が、前記通常再生速度で再生するためのレコード（ＮＰ）より低い解像度を有するレコードを含み、且つ再生速度の増加に応じて所定の割合で低下する解像度を有するものである、前記８に記載の装置。
１５．前記画像が先行する画像再生の再生時刻より前の時刻から再生される、前記１０記載の装置。
【図面の簡単な説明】
図１には、通常モードとトリック再生モードの両方に用いられる有利なビット・レートおよび解像度の違いを示すテーブル１が示されている。
図２は、通常再生速度、２倍再生速度および１０倍再生速度を表す圧縮ビデオ・データ・ストリームを例示している。
図３は、通常再生速度およびトリック再生速度を表す各ビット・ストリーム間の選択を行うために本発明の方法で使用する複数のテーブル・グループを例示している。
図４は、圧縮ディジタル・ビデオ源の選択および制御のための本発明の機能を用いたシステムを例示するブロック図である。
図５は、通常再生速度とトリック再生速度で再生するための圧縮画像ストリームの選択および制御を行う本発明の方法による動作を示すフローチャートである。
発明の実施の形態
本発明の方法によれば、“再生”位置を制御して選択することによって種々のトリック・モードが容易に実現される。番組（プログラム）蓄積メディア（記憶媒体）次第では、１つの番組ストリームから通常再生速度動作とトリック再生動作の両方が行える。但し、１つの番組ストリームから通常再生速度動作とトリック再生動作の両方を行うと、トリック再生速度はＧＯＰ（Group of Pictures、画面群）サイズまたはＩフレーム（イントラ・フレーム）繰り返しレート（周波数）による制限を受ける。トリック再生速度の選択の幅を広げるためには、通常再生速度動作用の１つのストリームと、種々の高速順方向および高速逆方向のトリック再生モードを実現する他のストリームとからなる、複数の番組ストリームを用いればよい。トリック再生機能を実現する画像ストリームは、必ずしも元の画像ストリームと同じビット・レートで符号化する必要はなく、また必ずしも元の画像ストリームと同じ解像度を有する必要もない。記憶スペースおよび／または伝送コストを考慮すると、大幅にまたは有意な程度（significantly）低いビット・レートおよび／または解像度を用いてトリック再生画像ストリームの符号化を行えば、記憶スペースおよび／または伝送コストが節約できる。さらに、人間の視覚的特性または視覚的作用を利用すればこれらトリック再生画像ストリームを処理して解像度をさらに低くすることができ、それによって視覚的画像品質を妥協して落とすことなくトリック再生ビデオ動作中の記憶コストおよび伝送コストを低減することができる。
この方法は、前述のように、アナログまたはディジタルの種々の方法で符号化された種々の形態のビデオ情報（データ）に適用できる。しかし、ここで説明する典型例のシステムでは、トリック再生ストリームは、次のパラメータを有するＭＰＥＧ形フォーマットで符号化されているものとする。
通常再生（通常速度）ＭＰＥＧ形ビデオ・ストリームが１つ存在する。
２つの高速順方向ストリームとして、通常速度の７倍速および２１倍速のストリームが必要である。
２つの高速逆方向ストリームとして、通常速度の−７倍速および−２１倍速のストリームが必要である。
但し、この方法は、その他の種々の速度の構成（組合せ）にも等しく効果的に適用できる。
よって、この典型例のシステムにおいては、別々の５つのＭＰＥＧ形符号化ストリームが必要である。これらのストリームは完全に互いに独立しており、種々のビット・レートおよび／または種々の表示解像度を有する。例えば、図１に示されたテーブル１は、画像品質とメモリ使用効率の間の関係（trade-off:トレードオフ、かね合い）を考慮して設定した使用可能なビット・レートおよび解像度の一例である。テーブル１は、通常再生ストリームにおけるビット・レート４．０Ｍｂｐｓにおける解像度７０４×４８０ピクセルと比較して低いビット・レート１．５Ｍｂｐｓおよび低い解像度３５２×２４０ピクセルを用いたトリック再生ストリームを示している。この解像度とビット・レートの両者の関係（トレードオフ、かね合い）は、高い空間的な（spatial）画像品質として人間の視覚特性以上の品質のトリック再生解像度が得られるので完全に許容できるもの（合格レベル）である。従って、解像度とビット・レートの関係を考慮すると、その結果、より効率的な記憶装置の利用が可能となる。全ての順方向および逆方向のトリック再生ストリームを記憶（蓄積）するのに必要な余分なメモリ容量は、各トリック再生速度に関する各トリック再生ビット・レートを各トリック再生速度で除した値を合計し、通常再生速度ビット・レートに対する百分率（％）で表して計算する。
必要とする余分な記憶容量の百分率

必要とする余分な記憶容量＝１４．３７％
従って、４つのトリック再生データ・ストリームは約１５％分の余分な記憶容量で収容できる。逆方向通常再生機能を設けることもできるが、それにはトリック再生記憶容量を１００％増大させる必要がある。但し、そのような逆方向通常（速度）再生機能は、例えばビット・レートと解像度を低下させることによって容易に実現することができる。例えば、逆方向通常再生機能には約３７％の余分な記憶容量が必要になる。これを他のトリック再生ストリームの記憶容量に加えると、所要の通常再生ストリームの記憶容量の約５０％分の記憶容量の増加が必要になる。
ビデオ情報がビデオ・サーバ（video server）からユーザの復号器（デコーダ）に読出されまたは再生される際に、ビデオ・サーバはユーザの命令に応答して種々のストリームの間で切換えられる。例えば、ユーザは、遠隔制御指令（コマンド）を用いて最高速の順方向速度を選択すると、速やかにその情報中の特定点の位置が決定される。高速順方向の制御指令によって、サーバの読出しアドレスが通常再生ストリーム中の現在の位置から２１倍速の高速順方向ストリーム内の対応する適当な点（位置）へジャンプして、再生が継続する。各トリック再生ストリームおよび通常再生ストリームは、例えば１／２秒といったサイズの比較的均一で短いＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）で構成されるようにする。このＧＯＰのサイズは、各ビット・ストリーム間で切換えをしたときに、最悪の場合で、０．２５秒だけ、即ち最も近いＩフレーム・エントリ点（位置）に到達する時間だけの視覚的連続性に関するエラー（誤り）を生じる。
全体のシステムにおける重要部分は、相異なる画像ストリーム間の切換えエントリ点を決定する方法である。例えば、１つのストリームの“再生”中に、ユーザが別のストリームに切換えることを望む場合が生じる。この切換えを行うには、復号器が“再生”を開始すべき新しいストリーム中の正確な開始位置をバイト・レベルの精度で計算する必要がある。新しいストリームにおける“エントリ点”は、次のステップに従って導出されて決定される。
１．現在のバイトのオフセット（ずれ）を求めて、それによって現在のファイルにおける現在のフレームを決定する。
２．新しいファイルにおける切換え先の新しいフレームを決定する。
３．新しいファイルにおけるバイトのオフセットを求める。
ステップ２は処理が複雑である。その理由は、ＭＰＥＧ標準においては、新しいストリームへのエントリ点はシーケンス・ヘッダ（sequence_header）が存在するエントリ点に限られ、このシーケンス・ヘッダは典型的にはＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）の開始位置にあるＩフレームの位置に存在するからである。さらに、処理が複雑である別の理由は、１つのＧＯＰ中のフレーム数が一定だったとしても１つのＧＯＰの実表示時間の持続時間が常に一定であるとは限らないからである。この処理の複雑さの原因は、ＭＰＥＧ形シーケンス中のフィールド（またはフレーム）が反復使用される可能性があって、その結果、１つのＧＯＰ中に実際に存在する符号化‘画像’の数と比較して最終的に多数の‘表示’フレームが１つのＧＯＰから生成される可能性があることに因る。
図２にはストリーム切換えの例が示されている。図２において、蓄積メディアから通常速度の画像ストリームが読出し中の状態または“再生”中の状態にあり、一方、蓄積メディア上では通常速度の２倍および１０倍の速度で再生を行うための２つのトリック再生画像ストリームが利用可能である。２倍速および１０倍速のトリック再生速度は図を簡明にするために選んだものである。ユーザがトリック再生を選択した瞬間または切換え時点で、通常再生画像ストリームはフレーム番号２０に位置していたとする。その３つのストリームの各々に入るための可能なエントリ点は、図２において黒いフレームで表されていて、典型的には、ＧＯＰの開始を示すシーケンス・ヘッダによって決定される。切換え先として“最適または最適合（best fit）”のフレームは、種々のビデオ・ストリームにおける各エントリ点をリンクする（繋ぐ、結合する）矢線の矢印の先にある。ユーザの視覚的連続性の観点から“理想的”または望ましいエントリ点が、図２において水平（横）方向の影線を付けたフレームで示されている。これらの“理想的”なエントリ点は、上述したような表示フレームおよび反復フレームが存在することに関係した複雑な処理があるために、必ずしも（通常シーケンスの現在のフレーム）／（トリック再生ストリーム速度）から単純に計算できるとは限らないことに留意すべきである。各事例（ケース）において、実際に選択されるフレームは、ユーザにとって望ましいフレームまたは“理想的”なフレームに時間的に最も近い“最適”な選択可能なエントリ・フレームである。図２から、どのフレームに切換えるかの判断の仕方は明らかである。しかし、アルゴリズム的観点からいえば、このような処理は些細なことではない。全体のシステムにおける重要部分は、相異なるストリーム間の切換え点を決定する方法である。この機能を実現するには、番組蓄積メディアに予め記録された（プリレコード形の）ルックアップ・テーブル（Look-up Table:ＬＵＴ）を用いればよい。この典型例のルックアップ・テーブルの機能および配置構成の概略のレイアウトがテーブル２に記載されている。

テーブル２のパラメータ定義
［］は整数値を表す。
〈〉は浮動小数点値を表す。
｛｝はテキスト・ストリングを表す。
［number_of_tables］ 〔テーブル数〕：
ファイル中のルックアップ・テーブルの数はビット・ストリームの数と同じである。典型例の図１においては、５つのストリームが存在し、従って［number_of_tables］は５である。
［Table_number］ 〔テーブル番号〕：
これは、ストリームの順序（配列）に関する番号である。この番号は０と［number_of_tables］−１の間の番号である。また、［Table_number］は最高速逆方向から最高速順方向までのストリームの順序を示す。
｛file_name｝ 〔ファイル名〕：
これは、多重化ＭＰＥＧ形ストリームの名称である。
〈bit_rate〉 〔ビット・レート〕：
これは、トランスポート層オーバヘッドを含んだ多重化ＭＰＥＧ形ストリームのＭビット／秒（Mb/s,Mbps）の単位で表したレート（速度）である。
［num_gops］ 〔ＧＯＰの数〕：
これは、１つのビデオ・ストリーム中のＧＯＰの数である。
［number_frames］ 〔フレーム数〕：
これは、１つのＭＰＥＧ形ビデオ・ストリーム中のフレーム総数である。
［gop_size］：
これは、必要な場合に３／２プルダウン（pull down、こまピッチ、断続送り）を考慮した表示フレームにおけるＧＯＰサイズ（大きさ）である。
［1st_gop_size］ 〔第１ＧＯＰサイズ〕：
これは、表示フレームにおける第１番目のＧＯＰのサイズである。通常、これは［gop_size］−Ｍ＋１である。ここで、ＭはＭＰＥＧ形ストリームにおけるＩフレームと各Ｐフレームの間の距離である。
［speed］ 〔速度〕：
これは、符号（±）を含めたトリック再生ストリームの速度である。
テーブル２の典型例のルックアップ・テーブルＬＵＴは、ビデオ情報の再生の間にシステム・メモリに記憶することができる。ユーザが速度を或る速度から別の速度へ変更したときは、ＬＵＴ中の情報を用いて、復号の開始点に当たる新しいストリーム中の正確な点または対応する点の位置を決定する。そのためには、ＬＵＴ中の情報を、再生中の現在のビット・ストリームにおけるバイト単位の現在のオフセットと共に用いる必要がある。
各ストリーム間の切換えを開始するために、ルックアップ・テーブル全体をサーチ（探索）して現在のファイル・オフセットに対応するＧＯＰ開始点を見つけることにより、現在のファイル・オフセットから現在のＧＯＰを決定する（テーブル２参照）。いったん現在のＧＯＰが判明すると、次の式１および式２と、パラメータ、speed_new（新しい速度）、speed_old（古い速度）、gop_sizeおよびfirst_gop_sizeとを用いて、古いＧＯＰ gop_oldから新しいＧＯＰ gop_newが計算される。
gop_new=［（old_frame×old_speed/new_speed）＋
（gop_size-first_gop_size）］／gop_size …式１
ここで、
old_frame
=gop_old×gop_size-（gop_size-first_gop_size） …式２
新しいＧＯＰを計算した後で、新しい速度に適したルックアップ・テーブルをサーチして新しいＧＯＰに対応するファイルのオフセットを見つける。次いで、この新しいファイル・オフセット点を開始点として新しいストリームが再生される。このシステムは比較的簡単になっているので、相異なるストリーム相互間で効率的に切換えることができる。但し、この方法では、ストリームは一定数の表示フレーム（gop_sizeと記述される）を生成するＧＯＰを含んでいると仮定して、新しいＧＯＰをリアルタイムで計算する。しかし、種々の（変動する）ＧＯＰ構成を用いてストリームが符号化されているか、またはソース（供給源）情報内に一定でないフィールド反復パターンが存在し、符号化において逆テレシネ（de-telecine、ビデオ信号から中間素材に記憶される映像情報への変換）が使用されているか、のいずれかの理由で、このＧＯＰが一定数の表示フレームを生成するという仮定が正しくない場合には、上述の式は正しくない。
上述の仮定が正しくない（成立しない）という可能性、即ち復号時にＧＯＰによって生成されるフレームの数が正確に前もって知ることができないという可能性を考慮すると、新しいストリームの完全な“時間マップ”が利用できない場合は、現在のストリームにおける点が与えられても、新しいビット・ストリームに入るためのエントリ点を常にリアルタイムで正確に計算できるとは限らない。その理由は、たとえ現在の“リアルタイム”のフレーム番号が分かったとしても、式１および式２が有効でない場合は、新しいストリーム中のどの画面（ピクチャ）番号が現在の画面と時間的に同じ点（時点）に対応するのかを計算することは不可能である。この実際的問題に加えて、実際の切換えソフトウェアと独立して、別にストリームの切換え遅延および精度を細かく調整する機能があると有利である。これらの理由から、“エントリ点”をリストにして、即ち第２ステップのリアルタイム計算と反復フレームに付随する問題の両方を回避するような、有利なルックアップ・テーブルの方法を開示する。有利なルックアップ・テーブルは、“オフライン”で組立てられて、対応する番組ストリームと共に記憶または蓄積される。予め処理されたルックアップ・テーブルを用いることによって、エントリ点の決定が可能になり、またそのテーブルを使用するソフトウェアとは独立してストリーム切換え遅延の調整を実行することが可能になる。
種々の再生ストリームおよびトリック再生ストリーム用のエントリ点またはジャンプ先の点を含んだ包括的な（generic）ルックアップ・テーブルを用いるには、比較的単純なソフトウェア制御を使用すればよい。従って、実際の切換え制御ソフトウェアとは独立して（関係なく）ストリーム切換え遅延の微調整または細かい修正が容易に行われる形で、有利にユーザ制御が行われる。例えば、視聴の連続性を確保するためには、ユーザが必ず第１番目（最初）のストリームにおける出発点の１／２秒または１秒前に新しいストリームへの移行を選択するように構成にすればよい。このようにして、“番組”の画像の連続性が維持される。さらに、そのような“オフ・セット”のエントリ点によってユーザの反応時間を有利に補償することができる。
さらに、ユーザは、ルックアップ・テーブルの精度、解像度、または細分性（granularity）もしくは粒状度を決定することができるように構成されている。例えば、ＬＵＴに各ストリーム中の全ての各Ｉフレームが含まれている場合は、各Ｉフレームで“ジャンプ先”アドレスが生じるので、明らかに最高解像度が得られる。このレベルの解像度を用いるとルックアップ・テーブルに必要なメモリ容量が最大になる。一方、ＬＵＴ中のＩフレームのアドレスの数を少なくすれば必要となるメモリ容量が減少するが、そうすると、たとえジャンプ先アドレスが、失われることになっていた番組の画像を含むように自動修正されたとしても、ユーザは欲求不満を抱く可能性がある。これらのユーザの制御の好みまたは選択（preference）は、実際の切換え制御ソフトウェアとは独立した形で容易に対処することができる。そうすれば、切換えスケジュール（予定形式）の変更が必要なときでも、制御ソフトウェアは全く修正する必要がなくなる。図３には２つのルックアップ・テーブルまたは２つのＬＵＴセット（群）の概念図が示されている。図３は、通常再生速度と７倍再生速度から遷移可能な宛て先（遷移先）を示している。２１倍速、−７倍速および−２１倍速のトリック再生（ＴＰ）速度からの遷移についても同様のテーブルのセットが必要である。
次に、このルックアップ・テーブルに基づく切換え方法を説明する。Ｎ個のストリームからなるシステムは、通常再生ストリームおよび種々のトリック再生ストリームからなり、その任意のストリームから任意のストリームへ切換えることができる。従って、各ストリームに対して、それぞれが複数の（バイト・オフセット，バイト・オフセット）の対で構成されたＮ−１個のテーブルが必要となる。その対における第１のオフセットは、現在のストリームにおける観察（観賞、表示）中の点または位置に相当する。一方、第２のオフセットは、切換え先のストリームにおけるそれと時間的に同じ点または位置（番組位置）に相当（関係）する。
さらに、この複数のテーブルに基づく切換え方法は、入れ子式（nested、繰り込み式）アドレスとして説明できる。例えば、通常再生速度から７倍速への遷移に用いるテーブルを参照すると、各“遷移先”バイト・アドレスに対して７個の“遷移元”バイト・アドレスが存在する。従って、これら７個のＮＰ（Normal Play:通常再生）ＧＯＰの各々に対して、７倍速ストリームにおける行き先としては１つのＧＯＰしか存在しない。同様に、通常再生速度から２１倍速への遷移については、２１個のＮＰ・ＧＯＰが、２１倍速ストリーム中の１つのＧＯＰに向けられている。一方、２１倍速から通常再生速度への遷移に対しては、現在の２１倍速ＧＯＰに対応するＮＰ・ＧＯＰは１つしか存在しない。従って、より低速の再生速度からより高速の再生速度への遷移に対するジャンプ先アドレスは入れ子式アドレスのセット（群）と考えることができる。しかし、より高速からより低速への遷移する場合は、１つのジャンプ先アドレスだけが対応するものとして存在する。
テーブル３は、このルックアップ・テーブルに基づく方法の概略のレイアウトを例示している。遷移元／遷移先のテーブル・エントリは、番組ストリームの対に適用されるソフトウェア・ルーチンによって組立てられる。例えば、通常再生速度から７倍速への遷移に用いるテーブルを組立てるためには、その２つの番組ストリームが部分的に復号されまたは構造解析（parse）されて、ＧＯＰヘッダの位置が求められる。各ストリームのヘッダは、前述のように、各々の７倍速アドレスに対して７個のＮＰアドレスを有するテーブルの形に組立てられる。
テーブル３において、切換え元（遷移元）の現在のファイルまたは現在のビデオ・ストリームにおける位置は、バイト単位のオフセットである［“切換え元”のバイト・オフセットＮ］即ち［“from”byte offset N］によって示される。復号が開始される新しいファイルまたは新しいビデオ・ストリームにおける開始位置は、バイト単位のオフセットである［“切換え先”のバイト・オフセットＮ］即ち［“to”byte offset N］によって示される。［num_pairs］は、ファイル中の切換え座標対の数である。各テーブルにおける座標対の数は、ストリーム間で切換えを行うときに要求される精度または細分性もしくは粒状度だけに応じて決まる。即ち、座標対の数が少ないほど、記憶スペース（空間）が節減できるが、新しいストリームに移行するための位置の数が少なくなる。しかし、精度の上限は、依然としてＧＯＰの数によって決まり、従って、切換え先（遷移先）のストリーム中の取り得るエントリ点の数によって決まる。

従って、Ｎ個のビデオ・ストリームを用いるシステムにおいては、各ストリームは（Ｎ−１）個のテーブルを使用する。これらのテーブルは次のように使用される。
ストリームＳ１からストリームＳ２への切換え（テーブルＴ＿１＿２）
ストリームＳ１からストリームＳ３への切換え（テーブルＴ＿１＿３）
ストリームＳ１からストリームＳ４への切換え（テーブルＴ＿１＿４）
・・・
ストリームＳ１からストリームＳＮへの切換え（テーブルＴ＿１＿Ｎ）
例えば、現在の画像の位置がストリームＳ１におけるオフセットＯ１に位置していて、ストリームＳ３への切換えが要求された場合には、次の動作が必要である。
１）テーブルＴ＿１＿３中の最も近い（時間的に）“切換え元”オフセットを見つける。
２）同じテーブルから対応する“切換え先”オフセットを読出す。
３）読出した“切換え先”オフセット値からストリームＳ３の復号（decoding）を開始する。
これらのテーブルによって生じる記憶オーバヘッドは、ビデオ・ストリームの記憶に必要な記憶スペースと比較すると依然として相対的に少ない。これらのテーブルに対する記憶オーバヘッドは、次の仮定に基づいて計算される。
符号化された２時間映画（７２００秒）
＋７倍速、−７倍速、＋２１倍速、−２１倍速のトリック再生ストリームＧＯＰ長は０．５秒
ビット・レートは４Ｍｂｐｓ（従って、映画＝３．６Ｇバイト（G bytes））存在するエントリ数（エントリ）は、
４×ＬＵＴのエントリ数１４，４００（ＮＰストリーム・アドレス）
８×ＬＵＴのエントリ数１４，４００／７（７倍速ＴＰアドレス）
８×ＬＵＴのエントリ数１４，４００／２１（２１倍速ＴＰアドレス）
合計エントリ数＝７９，５４３エントリ、
８バイト／エントリと仮定すると、
オーバヘッド＝６３６，３４４バイト
オーバヘッド％＝（６３６，３４４／３．６Ｇバイト×１００）
＝元の通常再生ストリーム・サイズの０．０１８％
さらに、切換え手順（精度、タイミング、等）の全ての制御および微調整は、制御ソフトウェアにアクセスするまでもなく、テーブルそのものから読出したエントリの値および数を変更しまたは修正するオーバーレイ・ソフトウェアによって制御することができる。
図４には、本発明による種々のディジタル・ビデオ源選択法を用いたシステムが示されている。図４に示されたシステムには、例えば装置５２５を用いて遠隔制御を行うことができるユーザと、オーディオおよびビデオ入力信号をモニタするための表示装置１０００とが含まれている。インタフェース・ユニット５００は、ユーザの装置とディジタル・ビデオ源１０との間に制御通信ストリーム５５１を供給する。また、インタフェース・ユニット５００は、ビデオ源１０から取出した圧縮ディジタル・ビデオ信号５１１を復号化して、表示装置１０００に結合されるオーディオおよびビデオ信号を生成する。インタフェース・ユニット５００の一部を構成する制御送信機５５０によって制御ストリーム５５１が生成される。制御ストリームは、複数の制御機能を有し、例えば、ユーザ課金（料金）の付勢制御機能、番組供給源選択のようなユーザとの対話による制御機能、“トリック再生”機能、または“仮想（virtual）ＶＣＲ（ビデオ・カセット・レコーダ）”的な番組供給源の形成機能を有する。ユーザは、遠隔制御ユニット５２５を介して、または手動操作スイッチ（図示せず）を介して、インタフェース・ユニット５００と交信する。
ディジタル・ビデオ源１０に含まれている制御ユニット５０は、制御ストリーム５５１を受取って、ユーザが要求したタスクをソフトウェア制御プログラムを用いて実行する。例えば、ユーザが発した指令は、使用毎の課金（料金）機能、番組選択機能、ペイ・パー・ビュー（pay per view）プレミアム番組選択機能、番組操作機能、または“トリック再生”機能を含んでいる。前述のようなユーザの好みによる制御選択は、ブロック５０の主制御ソフトウェアと対話するブロック６０に示されたユーザ選択制御ソフトウェアによって容易に実行される。
複数の圧縮ディジタル・ビデオ番組供給源がビデオ源１０内の記憶装置に記憶されている。記憶装置は、固体メモリ、磁気メモリもしくは光学的メモリ、または固体メモリと磁気メモリもしくは光学的メモリとの組み合わせからなる。図４に例示された圧縮ディジタル・ビデオ番組は、メモリ・ページ１００に位置する番組Ｐ１、メモリ・ページ１０１に位置する番組Ｐ２、およびメモリ・ページ（９９＋ｎ）に位置する番組Ｐｎを有するメモリの複数の領域またはページとして示されている。各番組ページは番組メモリ・スペース（メモリ空間）１１０からなり、この番組メモリ・スペース１１０は、例えば通常再生用のブロックＮＰのような通常再生速度で“再生”を行うための圧縮された番組を含んでいる。この通常再生番組は、図１のテーブル１に示されたビット・レートおよび解像度のパラメータで表される。また、番組メモリ・スペース１１０は、種々の“トリック再生”処理形式の番組、例えばＴＰ１即ち“トリック再生”速度１、およびその逆方向（リバース）、およびＴＰ２即ち“トリック再生”速度２、およびその逆方向を含んでいる。前述のように、これらの番組の“トリック再生”バージョン（異形、変形版）によって、その必要となるメモリ容量を減少させ、または最小化するように有利に処理される。例えば、前述のような４つの“トリック再生”速度を設ければ約１５％のメモリ容量を追加するだけでよい。各番組再生速度間での切換えを可能にするために、各番組ページはさらに本発明によるルックアップ・テーブル１２０を含んでいる。ルックアップ・テーブル１２０は、前述したように切換え元のエントリ・アドレス−切換え先エントリ・アドレスをリスト化（表に）したものである。
図４に示されている例示的なシステムの動作を、図５に示されたフローチャートを参照して説明する。ユーザは、遠隔制御ストリーム５５１を用いてディジタル・ビデオ番組供給源１０とのコンタクト（contact:交信、アクセス）を開始する。この初期コンタクトまたはログオン（log-on）は、図５にステップ１００における開始として示されており、課金期間または課金イベント（番組）の開始を知らせる信号を生じさせ、またはそれ以外ではログ・ユーザとシステムとの対話の開始を知らせる信号を生じさせる。ログオンにおいて、ユーザは、番組選択を行うための番組選択メニューの提示を受ける。図４の制御システム５０は、ユーザ指令を受取って、例えばメモリ・ページ１００上の番組１を選択する。この番組選択は図５においてステップ２００で表されている。番組を選択した後、その番組に関する情報が蓄積メディアから読出され、ビデオ源１０のシステム・メモリに記憶される。この情報は、システム・データ、例えば、トリック再生速度の数、ルックアップ・テーブル、および例えば表示アスペクト比、言語、格付け（rating）等の種々のユーザの選択肢を含んでいる。ステップ２２５では、ユーザが再生速度を選択したかどうかを判断するテストが実行される。ユーザが通常再生速度すなわちＮＰモードを選択した場合には、ステップ２２５のテストでＹＥＳ（肯定）と判断された後で、図５のステップ２７５によって示されているように、メモリ１１０のＮＰメモリ領域から圧縮ディジタル番組ストリームが読出される。また、例えば、ユーザが逆方向に最高再生速度で番組１を観察（観賞、表示）するように選択した場合には、同様に、ステップ２２５のテストでＹＥＳと判断された後で、メモリ１１０の−ＴＰ２メモリ領域から番組１の１つのバージョン（version:版）が読出される。一方、ユーザが再生速度を指定し損なった場合には、ステップ２５０でデフォルト（default）設定が呼出され、この設定によって図５のステップ２７５において選択番組１の通常再生速度による再生が自動選択される。
番組１の再生が開始された後、ステップ３００において、新しい再生速度がユーザによって選択されたかどうかのテストが実行される。ステップ３００のテストにおいてＮＯ（否定）と判断された場合には、さらにステップ７００において番組が終了したかどうかが検出される。即ち、ステップ３００および７００において共にＮＯと判断された場合は、再生速度の変更指令または番組の終了のいずれかが生じるのを待つループが形成される。テスト３００においてＹＥＳと判断された場合は、新しい再生速度が選択され、図４の制御システム５０が現在の番組再生におけるバイト・オフセット・アドレスを決定する。このバイト・オフセットの決定は、図５においてステップ４００で示されている。制御システム５０は、ユーザの新しい速度設定要求を受取ると、メモリ領域１２０から望ましい速度遷移に固有のルックアップ・テーブルを選択する。このルックアップ・テーブルは、対応関係にある対をなす遷移元／遷移先またはジャンプ先の各アドレスを含んでいる。ステップ５００において、テーブルがサーチされて、対のうちの“遷移元アドレス”を表す現在のバイト・オフセット・アドレスの位置が決定される。“遷移先アドレス”は、遷移元アドレスに対応する新しい速度ストリームにおけるバイト位置を与え、そのバイト位置から再生が継続される。新しいアドレスから新しい速度で再生を開始する処理が図５のステップ６００に示されている。ジャンプ先アドレスが前述のようにして取出されて、新しい番組のバージョンは確実に隣接フレームまたは先行フレームと独立して復号化され、従って、ユーザに対して番組の連続性が維持される。
ジャンプ先位置および／またはジャンプ先アドレスの細分性もしくは粒状度の選択は、ユーザの好みに応じてユーザがステップ２００において番組を初期選択している間に設定される。例えば、ルックアップ・テーブルは、例えば言語、格付け、アスペクト比、等のユーザによって選択可能な他の機能と共に記憶装置から取出して復元される。ルックアップ・テーブルは、ユーザ選択ユニット６０によって実際に使用される前に再計算されまたは修正されるようにしてもよい。そのような修正されたジャンプ先アドレスを用いると、古い番組または前の番組の出発点に先行する点において新しい番組に旨く移行することができる。
ステップ６００で新しい速度の番組再生を開始した後で、制御シーケンス・ループは、ステップ３００およびステップ７００に戻って、別の再生速度要求または番組終了のいずれかが生じるのを待つ。ステップ７００のテストにおいて番組終了点に到達したことを示すＹＥＳと判断された場合には、ステップ８００において、ユーザが新しい番組を見ることを希望するかどうかを判断する別のテストが実行される。ユーザが番組選択メニューの中から別の番組を選択した場合には、ステップ８００においてＹＥＳと判断され、ステップ２００に戻るように結合される。ステップ８００においてＮＯと判断された場合は、再生セッション（session）が終了し、ビデオ源１０との対話（交信）が終了ステップ９００で終了する。
図４にはメモリ・ページ１００内にスイッチＳ１が例示されているが、実際には、番組ストリームは、適当な再生速度メモリ、即ちＮＰ、ＴＰ２、等から読出すときに、現在の速度から新しい速度への遷移に関するメモリ１２０の固有のルックアップ・テーブル中の適当なアドレス対によって規定されるアドレスから読出しが開始される。同様に、ユーザは、各再生速度に対する可能な全エントリ点をリスト化したテーブル１２０を用いて、任意の現在の再生ストリームから任意の他のストリームへの遷移を行わせる。
図４のビデオ源１０は、複数の番組を含む消費者用娯楽（視聴）ユニットとして構成することができる。それは、例えば、番組ディスク・ライブラリおよびディスク交換器（チェンジャ）機構を有するビデオ・ジューク・ボックスである。また、ビデオ源１０は、電子バッファ・メモリに結合されたディスク・ベースの複数の番組の組合わせを含んでいる。番組ディスクは、ＭＰＥＧ形式で符号化され、さらに本発明による有利なルックアップ・テーブルを含んでいる。これらのルックアップ・テーブルはＩフレーム・トラック・アドレスを含んでいて、そのＩフレーム・トラック・アドレスによって、所望の“トリック再生”速度を形成するように、ディスク再生変換器（トランスデューサ）が各Ｉフレーム間で連続的にジャンプするものであってもよい。これらのルックアップ・テーブルの必要な記憶容量は既に説明したように小容量である。しかし、“トリック再生”を容易にするには、これらのテーブルは番組再生の前にディスクから復元され、使用するメモリに記憶されなければならない。“トリック再生”を行っている間は、ディスク再生変換器は、ジャンプ先テーブルから取出されたシーケンス（順序）に従ってＩフレーム間を連続的にジャンプする。例えば、７倍速順方向の速度においては、変換器は間に存在する７個のＩフレームを“越えて”ジャンプして、８番目のＩフレームだけを再生するように指示される。番組終了に到達するか、またはユーザが別の選択をするまでは、この再生−ジャンプ−再生のシーケンスが連続的に繰返される。再生信号ストリーム中の各間隙（ギャップ）はバッファ・メモリおよび画像反復手法を用いることによって隠蔽することができる。番組ディスクには、Ｉフレームだけの再生によって得られるよりも視覚的により滑らかな表示が容易に行えるように、時間的および空間的に処理された“トリック再生”に固有のＭＰＥＧ形ストリームを含ませてもよい。同様に、これらの“トリック再生”に固有のストリームは、本発明による有利なルックアップ・テーブルによってアドレスすることが可能である。
ビデオ源１０は、家庭の消費者用に圧縮したビデオ番組または動画像の選集（精選品）を予めロードした携帯用娯楽ユニットを表している。一方、この娯楽ユニットは、圧縮された番組内容に複数のユーザがアクセスできるように大規模化（scale up）して中央に配置してもよい。そのような中央に配置された再生装置では、仮想ＶＣＲに前述の“トリック再生”機能の付加を容易にするために両方向通信手段が必要となる。

Claims (15)

1. 複数のビデオ番組のうちの１つを、所定のジャンプ点を介して複数の再生速度を切換えて、記録媒体から再生する方法であって、
   ａ）再生のために、前記複数のビデオ番組のうちの１つを選択するステップと、
   ｂ）前記選択されたビデオ番組の再生速度を選択するステップと、
   ｃ）前記再生速度に応答して、前記選択されたビデオ番組に対応するディジタル符号化信号を１群のディジタル符号化信号の中から選択するステップと、
   ｄ）前記選択されたディジタル符号化信号を再生するステップと、
   ｅ）その後の、異なる再生速度の選択に応じて、前記所定のジャンプ点に従って再生するために、前記１群のディジタル符号化信号のうちの別の信号にジャンプするステップと、
   ｆ）前記選択された再生速度で前記選択された番組を表示するために前記再生された信号を復号するステップとから成り、
   前記ディジタル符号化信号は、通常再生信号またはトリック再生信号の少なくとも一方であり、前記トリック再生信号は、前記トリック再生信号を貯えるために必要な貯蔵空間量を低減するため低下した解像度を有している、前記方法。
2. 前記所定のジャンプ点を入れ子パターンで配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 通常再生速度で再生するために前記ディジタル符号化信号群の中の１つの信号を発生するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記通常再生速度以外の速度で再生するために前記群の中のその他の信号を発生するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記通常再生速度で再生するために前記１つの信号のビットレートより低いビットレートで再生を行うように前記群の中の前記その他の信号を発生するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記所定のジャンプ点をルックアップ・テーブルとして組立てるステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ルックアップ・テーブルを、各グループが再生速度に固有のものであるような複数のグループに配置するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. ビデオ番組を再生する装置であって、
   各番組のレコードが１群のディジタル符号化信号のレコードを具えており、前記１群のディジタル符号化信号のレコードが、少なくとも１つの通常再生信号と少なくとも１つのトリック再生信号とを含み、前記少なくとも１つのトリック再生信号は、前記少なくとも１つのトリック再生信号を貯えるために必要な貯蔵空間量を低減するため低下した解像度を有している、複数のビデオ番組のレコードを貯える手段と、
   前記１群の各番組レコードの前記符号化信号のレコードの各々と、その間の選択をするための所定のジャンプ点とをリンクさせる手段であって、前記所定のジャンプ点は経過した番組時間を表しており、
   前記リンクさせる手段に応答し、所望の再生速度に応じた転送のために、前記貯える手段から少なくとも１つの前記符号化信号のレコードを読み出す手段と、
   を含む、前記装置。
9. 前記所定のジャンプ点が、相異なる再生速度間の遷移に固有の形にグループ化されているものである、請求項８に記載の装置。
10. 前記所定のジャンプ点が、前記群の各々における前記符号化信号において、互いに対応するディジタル画像のアドレスを表すものである、請求項８に記載の装置。
11. 前記リンクさせる手段が前記所定のジャンプ点のテーブルを具えるものである、請求項８に記載の装置。
12. 前記リンクさせる手段がＮ個のテーブルの群を具え、その各群がＮ個の再生速度の各々に対する前記所定のジャンプ点のテーブルを（Ｎ−１）個具えるものである、請求項１１に記載の装置。
13. 前記通常再生速度で再生するためのレコードが、前記少なくとも１つのトリック再生信号よりも高い解像度を有する、記録された信号を含むものである、請求項８に記載の装置。
14. 前記通常再生速度以外の速度で再生するためのレコードが、前記通常再生速度で再生するためのレコードより低い解像度を有するレコードを含み、且つ再生速度の増加に応じて所定の割合で低下する解像度を有するものである、請求項８に記載の装置。
15. 前記画像が先行する画像再生の再生時刻より前の時刻から再生される、請求項１０記載の装置。

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