CN1244001A - 用于记录和再现压缩的视频数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于记录压缩的视频数据的记录装置具有压缩视频数据发生器,后者用于产生具有多个内帧和多个双向内插帧及预测帧的压缩视频数据,每一内帧与任何其它帧无相互参考关系,每一内插帧和预测帧与其它帧有相互参考关系。在第一循环过程中,地址检测器检测内帧的地址并将检测到的地址存入存储器中。扫描信息发生器根据存储器中所存的地址产生对应于独立帧的扫描信息。扫描信息插入每帧中并记录在盘上。

Description

用于记录和再现压缩的 视频数据的方法和装置
本发明涉及用于记录和再现压缩的动画视频数据，诸如根据MPEG标准的压缩视频数据的方法和装置。
压缩的动画数据记录在诸如光盘或光磁盘之类的盘媒介上。这种盘的例子为CD-ROM(密盘—只读存储器)盘或CD-I(密盘互作用)盘，在盘上记录有比特流数据。
近来，在数字信号处理技术领域，诸如视盘或数字广播领域中，人们对以下尝试给予了很大的注意力，即减少必需的视频数据量和使记录装置的体积更小，这是通过对视频信号进行高效率的频带压缩实现的，另外是要实现记录媒介上的视频数据的长时间再现。为实施这种尝试，已形成了称作MPEG(动画输出组织)1的标准。
以下说明是针对传统的压缩数据记录和再现装置，该装置用于按照MPEG1标准实现输入的视频信号和声频信号的频带压缩。
参照图4，其中示出了传统记录装置的方框图。在图4中，数字142为用于对输入的视频信号进行频带压缩的视频信号压缩器；113为用于对输入的声频信号进行频带压缩的声频信号压缩器；114为数字流同步器，用于使用由视频信号压缩器142形成的视频数据与由声频信号压缩器113形成的声频数据流和迭加的用于指示在记录媒介上的位置的地址信息同步，以便使可记录于记录媒介141上的数据流同步；117是用于将由数据流同步器114同步化的数据流写至记录媒介141上的写入器。
在工作时，首先，视频压缩器142按给定比率对输入信号进行频带压缩，使成为内帧、双向内播帧和预测帧，以形成视频比特流。声频压缩器113以给定比率压缩输入的声频信号，以形成声频比特流。数据比特流同步器114使视频比特流与声频比特流同步，并在同步信号上迭加指示位于记录媒介141(例如，分区结构的CD-ROM盘或CDI盘)上的位置的地址，以便合成为一个可记录在写入器117上的数据比特流。所合成的数据比特流按照记录媒介141的记录方式被写入器117记录(所述记录方式，例如，在CD-ROM盘或CD-I盘情况下，可能包括搜求程序和误差校正程序)。
以下说明是针对用于再现按上述方法形成的记录媒介141的再现装置150。参照图5，记录在记录媒介141上的合成数据比特流由数据阅读器123阅读。然后，数据比特流分离器124将合成的数据比特流分离为视频数据比特流和声频数据比特流。分离后的视频数据比特流送至视频扩展器126，以便解译压缩的视频数据比特流。分离后的声频数据比特流送至声频扩展器128，以便解译压缩的声频数据比特流。此后，解译的视频信号通过视频输出端121输出至诸如监视器之类的视频信号输出装置。解译的声频信号通过声频输出端122输出至诸如扬声器之类的声频输出装置。
当再现由记录装置140记录的盘141时，拾象头搜索下一内帧(I-图象)并开始重放程序。因此，在屏上呈现画面之前有一小段等待时间。
另外，在快进或快退播放状态时，如果拾像头控制为按预定的固定间隔周期性地拾取数据，那么拾像头要从内帧中收集数据将是非常困难的，因为内帧不是按恒定间隔插入比特流中的。在这种情况下，对于快进或快退操作而言，屏上画面的再现性较差。
本发明基本上克服了上述缺陷，其主要目的是要提供一种用于记录和再现压缩的动画数据的改进方法和装置。
为实现上述目的，根据本发明的用于记录压缩视频数据的记录装置包括：压缩视频数据发生装置，用于产生具有多帧的压缩视频数据，所述多帧包括独立帧和非独立帧，每一独立帧与任何其它帧无相互参考关系，每一非独立帧与其它帧有相互参考关系；地址检测装置，用于检测所述独立帧的地址；存储装置，用于存储检测到的所述独立帧的地址；扫描信息发生装置，用于根据在所述存储装置中的所述地址产生对应于一独立帧的扫描信息，此信息包括预定数的相邻独立帧的地址；插入装置，用于向所述帧中插入所述扫描信息，并用于产生迭加扫描信息的压缩视频数据；和记录装置，用于在一记录媒介上记录迭加所述扫描信息的压缩视频数据。
根据本发明，用于从由上述记录装置记录的记录媒介上再现压缩的视频数据的再现装置包括：扫描信息检测装置，用于从帧中检测所述扫描信息；扫描信息存储装置，用于存储检测到的扫描信息；地址阅读装置，用于阅读包含于所述扫描信息中的地址；选取和再现装置，用于根据所述的阅读的地址在记录媒介中选取一独立帧，并用于从所选取的独立帧再现压缩的视频数据。
根据本发明，用于记录压缩的视频数据的记录方法包括下列步骤：(a)产生具有多帧的压缩视频数据，所述多帧包括独立帧和非独立帧，每一独立帧与任何其它帧无相互参考关系，每一非独立帧与其它帧有相互参考关系；(b)检测所述独立帧的地址；(c)根据检测到的地址产生对应于一独立帧的扫描信息；此信息包括预定数的相邻独立帧的地址；(d)向所述帧中插入所述扫描信息并产生迭加有扫描信息的压缩视频数据；和(e)在一记录介质上记录所述的迭加有扫描信息的压缩视频数据。
根据本发明，用于从由上述记录方法记录的记录媒介中再现压缩的视频数据的再现方法包括下列步骤：(h)从帧中检测所述扫描信息；(i)阅读包含于检测到的扫描信息中的地址；(j)根据所述阅读的地址，在记录媒介中选取独立帧；(k)从所选取的独立帧中再现压缩的视频数据。
根据本发明，根据上述的记录方法记录的记录媒介包括：一独立帧，它与任何其它帧无相互参考关系；多个非独立帧，跟随于所述独立帧之后，每一非独立帧与其它帧有相互参考关系；和扫描信息，它对应于一独立帧并包含预定数据的相邻独立帧的地址，所述扫描信息插入所述帧的每一个中。
从结合优选实施例并参照附图所作的以下说明中，本发明的这些和其它目的和特征将变得更为清楚，所有附图中的相同部件以相同参考数字标示，其中：
图1是根据本发明的压缩视频数据记录装置的方框图；
图2是根据本发明的压缩视频数据再现装置的方框图；
图3A、3B、3C和3D是显示比特流的相关图；
图4是现有技术的压缩视频数据记录装置的方框图；和
图5是现有技术的压缩视频数据再现装置的方框图。
参照图1，其中示出了根据本发明的一种压缩的视频数据记录装置。该记录装置具有一个视频数据压缩部分1、一个声频数据压缩部分3、一个扫描信息处理部分5和一个记录处理部分7。
视频数据压缩部分1包括：一个压缩器2，用于按例如MPEG标准压缩视频数据；一个加法器4，用于迭加一仿真数据；一个仿真数据发生器6，用于产生仿真数据；一个数据率检测器10，用于检测加法器4输出端的数据传输率；一个基准数据率发生器12，用于产生基准数据传输率；以及一个缓冲器8。MPEG为动画输出集团(Moving Picture Expert Group)的缩写，MPEG标准包括ISO/IEC CD 13818(一个ISO/IEC提交的草案，通常称为MPEG-2)和ISO/IEC 11172(ISO/IEC的国际标准，通常称为MPEG-1)。
声频数据压缩部分3包括：一个压缩器14，用于按例如MPEG标准压缩声频数据；一个加法器16，用于迭加一仿真数据；一仿真数据发生器18，用于产生仿真数据；一个数据率检测器22，用于检测加法器16输出端的数据传输率；一个基准数据率发生器24，用于产生一基准数据传输率；以及一个缓冲器20。应指出的是，对于声频数据而言，数据发生器18可省去。
扫描信息处理部分5包括：一个开关26，用于或者从a端子选取压缩的视频数据或者从b端子选取压缩的声频数据；一个分区计数器28，用于按预定分区率例如三个连续分区周期用于a端子和一个分区周期用于b端子交替地控制开关26，并还用于计算从盘记录周期的开始至结束的分区数；一个内帧(intra frame)检测器30，用于检测通常以I表示的内帧；一个分区地址发生器32，用于产生包括内帧的分区之地址；一图表发生中器34，用于产生排列包括内帧的分区之地址的图表；一个扫描信息发生器38，用于根据图表中所列地址产生扫描信息；以及一个开关36，在试验过程(第一循环)中此开关接通C端子，用于完成图表发生器34中的图表，在记录过程(第二循环)中此开关接通d端子，用于在盘48上从头至尾真实地记录数据。
记录处理部分7包括：一个信息头检测器40，用于检测一组图象(GOP)的信息头H1和图象(包括I-图象、P-图象和B-图象)的信息头H2；一个替换器42，用于以所产生的扫描信息替代仿真数据；一个存储器44，用于存储替换数据；以及一个盘写入器46，用于将数据写至盘48上。
在工作时，压缩器2产生诸如图3B所示的压缩的视频数据比特流。根据所示实施例的压缩器2采用MPEG标准，但也可采用任一其它压缩方法。压缩的视频数据比特流包括I-图象(内帧)、B-图象(双向内插帧)和P-图象(预测帧)，它们以图3B所示的I，B，B，P，B，B，图形重复产生。图形I，B，B，P，B，B，中的帧被称为一图象组(GOP)。I-图象包括用于一帧的完整数据且本身可再现一帧图象。B-图象包括用于一帧的数据，但其本身不能再现一帧图象。相似地，P-图象包括用于一帧的数据，而其本身也不能再现一帧图象。因此，I-图象可被看作能自身再现的独立帧，而B-图象和P-图象可被看作是需参考其它帧的非独立帧。这将在下面进一步解释。
在移动的图象中，一帧的画面与下一帧的画面非常相似，仅能由于运动单元的改变而观察到小的变化。在I-图象中提供了用于一帧的完整数据，故可仅由I-图象中的数据产生一个帧图象。P-图象是表示相同GOP中的I-图象与P-图象的图象数据之差异的数据。B-图象是表示在相同GOP中的I-图象与B-图象之间的图象数据差异以及P-图象与B-图象之间的图象数据差异之组合的数据，因此，为再现P-图象必须采用I-图象的数据，而为再现B-图象必须采用I-图象和B-图象的数据。然而，为再现I-图象则不需参考其它数据，I-图象可自身再现。
如图3A所示，每一I-图象、B-图象和P-图象具有一信息头H2，并且GOP具有一信息头H1。每一信息头H2具有一个用户数据区域D1在加法器4中由仿真数据发生器6产生的仿真数据写至此区域。仿真数据可以是任意数据，例如“000······000”，这样可保存在后面的步骤即在替换器42中为置入扫描信息所需的空间。加法器4还迭加其它数据，例如奇偶检验数据。
由加法器4产生的数据由数据率检测器10检测，检测器10将加法器4输出端的数据率与从基准数据率发生器12获得的预定数据速率相比较。当数据率小于或大于预定数据速率时，压缩率会改变，以保持数据率实质上等于预定数据速率。该数据暂存于缓冲器8中并施加至a端子。
当压缩器2压缩并产生压缩的视频数据时，压缩器14产生如图3C所示的压缩的声频数据比特流。因为声频数据中的数据量少于视频数据中的数据量，因此压缩的声频数据间歇地产生。压缩的声频数据也在合适位置加至加法器16，后者带有由仿真数据发生器18产生的仿真数据。由加法器16输出的数据的数据率由数据率检测器22和基准数据率24按上述相同方式控制为实质上等于预定速率。从加法器16输出的数据暂存于缓冲器20中并施加至b端子。
应当指出，压缩的声频数据可能不插入仿真数据。在这种情况下，可省去仿真数据发生器18，但加法器16仍是需要的，以便插入其它数据，诸如奇偶检验数据。
分区计数器28计算对应于要记录在盘48上的一分区数据的预定比特数，例如包括一个分区信息头的2324字节，并控制在a和b端子间的开关操作。根据本实施例，开关26接通a端子用于3个分区周期，接通b端子用于一个分区周期。因此，开关26产生压缩的视频和声频数据的如此组合的比特流，即每3个分区周期的视频数据之后插入一个分区周期的声频数据，如图3D所示。
分区地址发生器32接收每一分区的起始信号，并产生一个从数据头至尾的分区地址，此地址要被记录在盘48上。在图3D中，对应于每一分区给出了分区地址的一个例子100，101，102，·····，111。按另一种方式，分区地址也可由下式给出，即mm：ss：ff，其中mm表示分钟，ss表示秒，ff表示帧，在每一秒中有72帧。
当由分区地址发生器32产生分区地址时，I-图象检测器30检测由开关26产生的比特流中的I-图象，并向分区地址发生器32提供一个指示存在I-图象的信息。因此，分区地址发生器32将所有被检测的I-图象的分区地址提供给图表发生器34。如果一个I-图象分设在两个连续的分区中，前一分区接收I-图象的前置部分，后一分区接收I-图象的后置检验部分，后置检验部分占据的后一分区的分区地址将会产生并送至图象发生器34。在图3D所示情况下，图表发生器34产生下列图表1。
表1
 ：100102104107110：
注意：列于表1中的分区地址为含有I-图象的分区。
尽管图1中未示出，但开关26的输出与一加法器是相连的，以便迭加分区信息头。
当完成表1或正在形成表1时，扫描信息发生器34通过收集预定数的相邻I-图象的地址产生对应于每一I-图象的扫描信息。例如，扫描信息可能是前面两个I-图象的地址，对每一I-图象收集在前的两个I-图象。对于表1中所示的例子，收集下列数据作为扫描信息。
  表2            表3            表4
I-图象100      I-图象102      I-图象104
后1：102       后1：104       后1：107
后2：104       后2：107       后2：110
前1：-         前1：100       前1：102
前2：-         前2：-         前2：100
   表5            表6            表7
 I-图象107      I-图象110      I-图象112
 后1：110       后1：112       后1：-
 后2：112       后2：-         后2：-
 前1：104       前1：107       前1：110
 前2：102       前2：104       前2：107
表2、3、4、5、6和7示出了分别对应于分区100、102、104、107、110和112中的I-图象的扫描信息。例如表4示出，相对于分区104中的I-图象，后-I-图象位于分区107，后二I-图象位于分区110，前一I-图象位于分区102，前二I-图象位于分区100。
表2-7中所示的扫描信息可存储于一个存储器中，也可在需要时参考表1形成。
在实现表1的第一循环中，开关36接通C端子，以便在此输出比特征流数据。当表1完成而列出全部I-图象地址后，开关36接通d端子，并且由开关26从最开始再次产生与第一循环中相同的比特流数据(图3D)。
在第二循环中，信息头检测器40检测GOP的信息头H1和图象(包括I-图象、P-图象和B-图象)的信息头H2。当检测到信息头H1时，可理解为一个I-图象紧随信息头H1之后。因此，信息头H1的检测实质上与I-图象的检测相同。响应于信息头H1的检测，扫描信息发生器38收集I-图象所处分区的地址，并产生一个与此I-图象相对应的扫描信息。扫描信息的产生可参考表1实现或者阅读已存有各种扫描信息的存储器实现。
然后，当信息头检测器40检测位于被检测到的信息头H2之后的信息头H1时，信息头H1中的用户数据区域D1便被检测到。应注意的是，在用户数据区域中，仿真数据是通过加法器4和仿真数据发生器6存储的。当由信息头40检测用户数据区域时，扫描信息发生器38向替换器42提供所产生的扫描信息，在此仿真数据被扫描信息替代。按这种方式，每次在相同GOP中检测到用户数据区域D1时，便会有相同扫描信息替代图象信息头H1中的仿真数据。因此，根据图3A中所示的例子，在图象P2、P3、P4、P5、P6和P7中的每一个的用户数据区域D1的仿真数据均被表4中所示的扫描信息替代，表4对应于分区104中的I-图象。相似地，在图象P8、P9····中的每一个的用户数据区域D1中的仿真数据由对应于分区107中的I-图象的表5中所示的扫描信息替代。
如果仿真数据处于带声频数据的分区中，这种仿真数据也由扫描信息替代。例如，图3D中分区105中的声频数据AUDIO2中的仿真数据由对应于分区104中的I-图象的表4中的扫描信息替代。
在仿真数据由合适的扫描信息替代后，此特流暂时存储于存储器44中并通过盘写入器46写至盘48上。
应当指出的是，已描述过连接至开关26之输出端的内帧检测器30也可直接连至缓冲器8。在这种情况下，由于开关26的开关方式是预知的，因此分区地址发生器32可产生内帧之地址，且不存在任何问题。
参照图2，其中示出了根据本发明的压缩视频数据再现装置。该再现装置具有一个地址发生部分51和一个数据阅读部分53。
地址发生部分51包括：一个用户数据检测器60，用于从再现的压缩视频数据中检测各图象中的用户数据区域；一个扫描信息检测器58，用于检测扫描信息；一个指令发生器52，用于根据操作者的要求产生正常速度重放指令、或快进反向重放指令(FF指令)、或快退重放指令(FR指令)；和一个地址发生器62，用于产生存取地址。FF指令分两级，即中度快和极快。FR指令具有相似的两级。
数据阅读部分53包括：一个盘阅读器50，用于接收来自于地址发生器62的存取地址，并阅读存取位置处的盘；一个数据分离器64，用于采用由同步脉冲发生器66产生的同步脉冲分离压缩的视频数据和声频数据；一个压缩视频信号扩展器68，用于扩展压缩的视频信号；和一个压缩声频信号扩展器70，用于扩展压缩的声频信号。
在工作时，在盘的中间部分，例如图象P5处，当由指令发生器52产生正常速度重放指令时，扫描信息检测器58中的扫描信息首先被阅读，以便获取下一个I-图象(在这种情况下为分区107中的I-图象)的地址。因此，地址发生器62产生地址107，以便直接进入分区107。此后，地址发生器62产生没有任何地址空跳的连续地址。从而，盘阅读器50以正常重放速度线性地阅读盘。阅读的数据由数据分离器64分成压缩视频数据和压缩声频数据，并供给相应的扩展器68和70，以便产生正常的视频信号和声频信号。根据本发明，由于拾象头可直接定位至I图象而无任何搜索过程，因此屏上的画面同时呈现。
应当指出的是，在重放(包括常速、快进和快退)过程中，用户数据检测器60从每个图象中检测用户数据D1，扫描信息检测器58则从被检测到的用户数据D1中取出扫描信息。取出的扫描信息重写在扫描信息检测器58中的旧扫描信息上。
当由指令发生器52产生中度FF指令时，扫描信息中的地址尤其是“后1”地址被从扫描信息检测器58中读出，并通过地址发生器62施加至盘阅读器50。因此，盘阅读器50阅读“后1”被指示的地址，即下一I-图象所处的地址。当所述的下一I-图象被选取并读出后，来自于此I-图象的扫描信息被阅读并存储于扫描信息检测器58中。此后，“后1”地址被阅读并选取。按这种方式，当中度FF指令被选择后，便会产生I-图案的视频数据，结果实现中度快进重放。例如，当盘阅读器50的数据拾取头暂停于图象P5时，如图3A所示，存储于扫描信息检测器58中的扫描信息为表4中所示的状态。在这种情况下，数据拾取头超前于分区107，从而可到达I-图象P8，并随后到达分区110中的下一I-图象。
当由指令发生器52产生极值FF指令时，扫描信息中的地址尤其是“后2”地址被从扫描信息检测器58中读出并通过地址发生器62施加于盘阅读器50。盘阅读器50阅读“后2”指示的地址，即第二超前I-图象所处的地址。此时盘再现速度为中度FF时的两倍。
对于中度FR和极值FR可进行相似操作。
根据本发明，由于可自身再现的I-图象不需任何搜索过程就可选取，因此屏上的画面快速呈现并可无任何中断地平稳播放。
尽管已结合优选实施例并参照附图对本发明做了充分说明，但应当指出的是，对于本领域的普通技术人员而言，各种改变和替换是清楚的。因此这类改变和替换应理解为包含于由所附权利要求限定的本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种记录设备，供记录经压缩的视频数据，其特征在于，它包括：
经压缩视频数据发生装置，供产生经压缩的视频数据，所述经压缩的视频数据的多个帧包括独立帧和非独立帧，各所述独立帧与任何其它帧无相互参考关系，各所述非独立帧与任何其它帧有相互参考关系；
地址检测装置，供检测所述独立帧的地址；
存储装置，供存储所检测出的所述独立帧的地址；
扫描信息发生装置，供根据所述存储装置中的所述地址产生独立帧的扫描信息，所述扫描信息包括预定数目的毗邻独立帧；
插入装置，供将所述扫描信息插入用户数据区所述独立帧的标题内，且供产生加有扫描信息经压缩的视频数据；和
记录装置，供将所述加有扫描信息经压缩的视频数据记录在记录媒价上。
2.如权利要求1所述的记录设备，其特征在于，所述预定数目的毗邻独立帧包括下列扫描信息数据的至少一种扫描信息数据：
教导前一个独立帧地址的偏移值；
教导下一个独立帧地址的偏移值；
教导反向独立帧地址的偏移值；
教导正向独立帧地址的偏移值。
3.一种再现装置，供从权利要求1所述的记录设备所记录的记录介质再现经压缩的视频数据，其特征在于，它包括：
扫描信息检测装置，供从各帧中检测所述扫描信息；
扫描信息存储装置，供存储所检测出的扫描信息；
地址读出装置，供读出包含在所述扫描信息中的地址；
存取和再现装置，供根据所述读出的地址选取记录介质上的独立帧，并供从所存取的独立帧上再现经压缩的视频数据。
4.一种记录经压缩的视频数据的记录方法，其特征在于，它包括下列步骤：
产生具有多个包括独立帧和非独立帧的帧经压缩的视频数据，各所述独立帧与任何其它帧无相互参考关系，各所述非独立帧与任何其它帧有相互参考关系；
检测所述独立帧的地址；
根据检测出的地址产生独立帧的扫描信息，所述扫描信息包含预定数目的毗邻独立帧；
将所述扫描信息插入所述独立帧的用户数据区，并产生加有扫描信息经压缩的视频数据；和
将所述加有扫描信息的经压缩的视频数据记录在记录介质上。
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