Устройство воспроизведения и способ воспроизведения битового потока информации с носителя

 

Заявленный способ и устройство воспроизведения битового потока информации с носителя относятся к средствам воспроизведения видеоизображения и аудиосигналов с оптических дисков с повышенной плотностью записи. Сжатие с переменной частотой бит обеспечивает увеличение записанного объема информации на 30%, что позволяет хранить полностью фильмы на оптических дисках. Обеспечение обратного воспроизведения записанного битового потока с переменной частотой бит достигается с помощью заявленных устройства и способа. Заявленное устройство содержит буфер, считываемый декодером стандарта MPEG и пакетообразно заполняемый новыми данными. Информация о частоте бит содержится в битовом потоке. Устройство воспроизведения содержит средство детектирования, предназначенное для детектирования частоты бит, и считывает буфер с этой частотой. Технический результат - возможность использования считанного битового потока в стандартном декодере MPEG. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству воспроизведения для очитывания битового потока с носителя информации, содержащему средство считывания для считывания записанного битового потока с предварительно заданной частотой следования бит. Изобретение также относится к способу считывания такого битового потока.

С развитием стандарта MPEG (Стандарт сжатия движущегося изображения) для кодирования и сжатия сигналов движущегося видеоизображения становится возможным хранение движущихся видеоизображений на носителе информации, таком, как оптический диск, и их распространение с использованием таких носителей. Стандарт MPEG1 предоставляет возможность сжимать видеосигнал в битовый поток с частотой бит около 1.5 Мбит/ с. Этот поток бит можно записать на хорошо известный компактдиск так, что он сможет содержать видеопрограмму продолжительностью приблизительно 70 мин, с приемлемым качеством. Такой диск называется CD-видео. Частота следования бит при этом равна частоте бит традиционных CD- аудиоплейеров. Поэтому устройство воспроизведения CD-видео имеет традиционную структуру. Другими словами, диск имеет потребительскую скорость вращения, а считываемый битовый поток можно непосредственно подавать в декодер стандарта MPEG1.

В настоящее время разрабатываются оптические диски с повышенной плотностью записи, так что в дальнейшем продолжительность записи будет увеличиваться и появится возможность хранить целые кинофильмы. Кодирование также в дальнейшем будет совершенствоваться. В документе Международной организации по стандартизации и Международной электротехнической комиссии "Информационная технология - групповое кодирование движущихся изображений и связанной с ними аудиоинформации - Часть 1: Системы", ISO/IEC DIS 13818-1, 1994 описан временный стандарт, известный под названием MPEG2. Для достижения требуемой продолжительности записи и удовлетворительного качества изображения рассматривается кодирование с переменной частотой следования бит. Кодирование с переменной частотой следования бит возможно в пределах стандарта MPEG2. Это означает, что повышенная частота бит временно выделяется для более сложных участков изображения за счет простых участков изображения. Установлено, что переменная частота бит обеспечивает повышенный коэффициент сжатия по сравнению с кодированием с постоянной частотой бит при таком же качестве восприятия изображения. Полученный выигрыш составляет порядка 30%. Однако достаточно трудно считывать с оптического диска бытовый поток, имеющий переменную частоту передачи бит.

Задачей изобретения является создание устройства воспроизведения, которое устраняет этот недостаток.

Для решения этой задачи устройство воспроизведения согласно изобретению содержит буфер для буферизации считываемого битового потока с предварительно заданной частотой передачи бит, средство считывания из буфера битового потока в соответствии с параметрами синхронизации, согласованными с битовым потоком, средство измерения для измерения заполненности буфера, предназначенное для выработки сигнала считывания, когда достигается предварительно заданная заполненность буфера, причем средство считывания обеспечивает считывание последовательной части битового потока в ответ на сигнал считывания. При этом достигается то, что буфер заполняется битовым потоком пакетным способом, не требуя особых действий декодера, требующегося для этой цели. Декодер только должен считывать количество бит, требуемых для данного интервала отображения, из устройства воспроизведения. Этот автономный процесс выполняется стандартными декодерами. Устройство воспроизведения поэтому, в частности, можно подсоединить к отдельным внешним декодерам.

Необходимо отметить, что устройство воспроизведения известно из заявки на Европейский патент ЕР 0 429 139, в котором носитель считывается пакетным способом с более высокой частотой передачи бит, чем записанный битовый поток. Однако в этом устройстве воспроизведения частота битового потока должна быть известна заранее. Кроме того, частота битового потока является постоянной и меньше частоты передачи бит, с которой осуществляется считывание с носителя. В устройстве воспроизведения, согласно изобретению, частота бит записанного битового потока может быть выше, по меньшей мере, временно.

В предпочтительном варианте устройство воспроизведения содержит средство детектирования для определения частоты бит записанного битового потока из переданных параметров синхронизации и для считывания буфера с полученной частотой передачи бит. Таким образом, устройство воспроизведения позволяет получить битовый поток с такой же частотой бит, что и частота бит, которая была первоначально выработана кодером. Выходной сигнал можно в этом случае направить прямо в традиционный декодер стандарта MPEG.

Частоту бит можно обеспечить, как таковую, в хранящемся битовом потоке, например, в виде параметра стандарта MPEG2 program mux rate. Этот параметр приведен на стр. 50-51 вышеупомянутого стандарта ISO/IEC DIS 13818-1. Частоту бит можно также получить из других параметров стандарта MPEG, например, из параметра decoding_fime_stamp (см. стр. 27-33 ISO/IEC DIS 13818-1).

Запись и детектирование с переменной частотой бит сами по себе известны из патента США N 4 985 784. Здесь битовый поток поступает в буфер после записи. Как только буфер достигает максимальной заполненности, битовый поток записывается на носитель информации с предварительно заданной частотой передачи бит. Когда буфер затем достигает минимальной заполненности, считывание битового потока чередуется с соответствующими временными интервалами так, что битовый поток эффективно записывается с более низкой частотой передачи бит. Таким образом полученная более низкая частота бит записывается на носитель. Записанная частота бит детектируется в устройстве воспроизведения для того, чтобы восстановить упомянутые соответствующие временные интервалы при воспроизведении битового потока. Битовый поток также хранится в буфере и изображение считывается "картинка за картинкой" с помощью видеодекодера. Однако записанная частота бит имеет совершенно иной характер. В действительности частота бит не определяется кодером, а определяется записывающим устройством. Если кодер вырабатывает небольшое число бит на изображение (низкая частота передачи бит), когда содержимое буфера записывается на самой высокой частоте в этот момент времени, то затем соответствующий битовый поток также воспроизводится на самой высокой частоте бит при отображении. Если бы этот битовый поток непосредственно направлялся бы в MPEG декодер, то происходило бы быстрое переполнение его входного буфера.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его осуществления со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее: фиг. 1 и 2 - варианты воплощения устройства воспроизведения согласно изобретению; фиг. 3 - возможное разделение битового потока, хранящегося на носителе, показанном на фиг.1 и 2; фиг. 4 и 5 - предпочтительные варианты осуществления детектора частоты бит, показанного на фиг. 2.

На фиг.1 представлен первый вариант осуществления устройства воспроизведения согласно изобретению. Устройство воспроизведения содержит носитель информации 1, например, оптический диск, считывающую головку 2, схему 3 позиционирования, буфер 4, декодер 5 и схему изменения 6.

Сжатый видеосигнал записывается в виде битового потока на последовательных секторах диска 1. Диск имеет заданную скорость вращения и сканируется посредством считывающей головки 2. Положение считывающей головки определяется схемой 3 позиционирования. В ответ на принятый считывающий сигнал R схема позиционирования активизирует считывающую головку в течение предварительно заданного периода времени, который соответствует числу секторов диска. Битовый поток в считываемых секторах подается с таковым сигналом записи f_w в буфер 4, представляющий собой память типа "первым вошел - первым вышел". Тактовый сигнал записи имеет предварительно заданную частоту в соответствии с плотностью хранения и скоростью вращения диска. Буфер 4 соединен с декодером 5, например, с MPEG-декодером, например, описанным в вышеупомянутой публикации ISO/IEC DIS 13 818 - 1. Входной буфер, образующий часть традиционного MPEG-декодера, составляет часть буфера 4 в этом варианте осуществления. Декодер 5 периодически считывает известным образом, например, каждый период изображения, количество бит, требуемых для такого периода, из буфера 4. Тактовый сигнал f_r, с которым это осуществляется, представляет собой такой же тактовый сигнал, как и тот, с которым традиционный MPEG-декодер считывает свой входной буфер. Способ формирования такого тактового сигнала, как правило, известен и поэтому более подробно не описывается.

Когда декодер 5 считывает буфер 4, количество данных в буфере уменьшается. Схема измерения 6, определяющая заполненность буфера, связана с буфером 4. При достижении предварительно заданного минимального значения схема измерения вырабатывает сигнал R считывания и посылает его в схему позиционирования 3. В ответ на этот сигнал считывания буфер 4 получает данные из предварительно заданного числа секторов диска со считывающей головки. Схема позиционирования предназначена для сохранения положения последнего сектора, который считывался, для того чтобы обеспечить позиционирование считывающей головки на последующем секторе. Измерение заполненности и считывание пакетным образом диска в ответ на это подробно описывается в заявке ЕР 0 429 139.

На фиг. 2 представлен второй вариант осуществления устройства воспроизведения согласно изобретению. На фиг. 2 используются те же цифровые обозначения, что и для аналогичных элементов на фиг. 1. Этот вариант отличается от предшествующего варианта тем, что буфер 4 разделен на два различных буфера 41 и 42. Буфер 42 представляет собой известный входной буфер традиционного MPEG-декодера. Другими словами, буфер 42 и декодер 5 совместно образуют традиционный MPEG-декодер, который описан в ISO/IEC DIS 13 818-1.

Устройство воспроизведения, изображенное на фиг. 2, кроме того, содержит детектор 8 частоты следования бит. Этот детектор принимает битовый поток MP, который считывается из буфера 41, и детектирует эту частоту битового потока, которая первоначально была сформирована кодером и адаптирована к битовому потоку. Полученная частота бит используется в виде тактового сигнала f_d считывания в буфере 41. Когда буфер 41 считан таким образом, количество данных в буфере уменьшается. Схема измерения 6 измеряет заполненность буфера 41 и обеспечивает описанным выше образом обеспечение буфера новыми данными. Поэтому битовый поток MP, который таким образом считывался, присутствует на выходе 7 с такой же частотой передачи бит, что и та, с которой бытовый поток был первоначально выработан кодером. Этот битовый поток с выхода 7 можно использовать в традиционном MPEG-декодере без риска переполнения или исчезновения разрядов его входного буфера 42. Так как MPEG-декодер может быть отдельным устройством, этот вариант осуществления коммерчески очень привлекателен.

На фиг. 3 представлено разделение битового потока MPEG2 для пояснения изобретения. Элементарные битовые потоки (аудио, видео, возможно дополнительная информация) аудиовизуальной программы разделены между собой на PES пакеты 31. Последовательности PES пакетов регулярно прерываются параметром pack header (заголовок пакета) 30. Это распознается присутствием уникальной комбинации битов - параметром pack_start_code (код начала пакета) 300. Кроме того, параметр "заголовок пакета" содержит внутренний параметр system_clock_ reference (тактовый сигнал системы) 301. Это синхросигнал, который образует временную базу для элементарных сигналов (аудио, видео) аудиовизуальной программы. Кроме того, параметр "заголовок пакета" содержит параметр program_ mux_ rate 302. Каждый PES пакет запускается уникальной битовой комбинацией packet_ start_ code_ prefix (префикс кода запуска пакета) 310. Пакет, кроме того, содержит параметр stream_id (идентификатор потока) 311 на предварительно заданных позициях и множество флагов 312. Параметр "идентификатор потока" отображает тип пакета (аудио, видео). Флаги отображают присутствие других синхросигналов в пакете. В частности, один из флагов отображает, имеется ли в пакете параметр decoding_time_stamp (метка времени декодирования) 313. Закодированный сигнал содержится в остальном поле 314 данных PES пакета. Видео PES пакет может содержать одно или более кодированных изображений или только часть изображения. Метка времени декодирования 313, если присутствует, отображает, в какой момент времени должно декодироваться первое изображение в видеопакете.

На фиг. 4 представлен первый вариант осуществления детектора 8 частоты бит, представленного на фиг. 2. Битовый поток MP используется в детекторе 800 параметра "кода начала пакета" и в сдвиговом регистре 802. Детектор 800 предназначен для распознавания параметра "код начала пакета" (300 на фиг. 3). После обнаружения этого параметра детектор 800 активизирует счетчик 801 посредством сигнала запуска STRT. В ответ на это счетчик 801 подсчитывает предварительно заданное число бит и затем подает сигнал останова STP в сдвиговый регистр 802. Предварительно заданное число бит является таким, что после появления сигнала останова в сдвиговом регистре 802 присутствует параметр program mux rate (частота мультиплексирования программы) 302 (фиг. 3). Этот параметр (PRM) характеризует мгновенную частоту бит MPEG. Таким образом, параметр PRM сохраняется и подается на программируемый генератор 803. В ответ на это генератор вырабатывает тактовый сигнал f_d на соответствующей частоте передачи бит. Всякий раз, когда принимается параметр "код начала пакета", тактовый сигнал f_d таким образом приводится в соответствие с текущим значением записанного параметра "частота мультиплексирования программы".

На фиг. 5 представлен второй вариант осуществления детектора 8 битовой скорости. Битовый поток MP подается на детекторе 810 параметра "префикс кода начала пакета" и на сдвиговый регистр 812. Детектор 810 предназначен для распознавания параметра "префикс кода начала пакета" (310 на фиг. 3) в PES пакете. После детектирования кода детектор 810 активизирует счетчик 811 посредством стартового сигнала STRT. В ответ на это счетчик 811 отсчитывает предварительно заданное число бит и затем подает сигнал останова STP на сдвиговый регистр 812. Предварительно заданное число бит является таким, что после появления сигнала останова в сдвиговом регистре 812 присутствует параметр "метка времени декодирования" (313 на фиг. 3). Последняя принятая временная метка показана на чертеже как DTS(i).

Сигнал останова STP, который отмечает присутствие параметра "метка времени декодирования" в битовом потоке, кроме того, подается на счетчик 813 для его сброса. Затем битовый счетчик подсчитывает число бит в битовом потоке MP. Сигнал останова также подается на два регистра 814 и 815. Предыдущая метка времени сохраняется в регистре 814 после приема параметра "метка времени декодирования". Предыдущая временная метка обозначена на чертеже как DTS(i-1). Число бит N, подсчитанное битовым счетчиком 813 между текущей временной меткой DTS(i) и предыдущей временной меткой DTS(i-1), хранится в регистре 815.

Временные метки DTS(i) и DTS(i-1) подаются на схему вычитания 816. Разность между двумя временными метками характеризуется периодом времени Т видеосигнала, обычно один или несколько периодов изображения длительностью 40 мс. Очевидно, что сколько битов выработано кодером за этот период времени Т, столько же подсчитано битовым счетчиком 813. Упомянутое число бит N хранится в регистре 815. Отношение N/T подсчитывается в схеме 817 подсчета и подается на программируемый генератор 818. В ответ на это этот генератор вырабатывает тактовый сигнал f_d с соответствующей частотой следования бит. Всякий раз, когда принимается параметр "метка времени декодирования", частота бит пересчитывается указанным образом.

Изобретение было рассмотрено со ссылками на вращающийся оптический носитель информации. Однако изобретение также применимо для других носителей, включая магнитную пленку.

Изобретение можно кратко изложить следующим образом. Стандарт MPEG сжатых аудио-и видеосигналов обеспечивает сжатие видеосигналов с кодированием при переменной частоте бит. Это обеспечивает выигрыш приблизительно около 30% по сравнению с постоянной частотой бит. Сжатие при переменной частоте бит обеспечивает возможность хранения фильмов полностью на оптическом диске. Для воспроизведения битового потока с переменной частотой бит устройство воспроизведения содержит буфер 4. Этот буфер считывается декодером 5 MPEG и пакетным образом заполняется новыми данными. В возможном варианте осуществления частота бит согласована с потоком бит. Устройство воспроизведения содержит средство детектирования 8 для детектирования частоты бит и считывает буфер с этой частотой следования бит. Считанный битовый поток может подаваться на стандартный MPEG-декодер.

Формула изобретения

1. Устройство воспроизведения для считывания битового потока с носителя (1) информации, содержащее средство считывания (2, 3) для считывания последовательных частей записанного битового потока с предварительно заданной частотой битов (f_w) в ответ на сигнал считывания (R), буфер (4, 41, 42) для буферизации считываемого битового потока с предварительно заданной частотой битов (f_w) и средство считывания (5, 8) для считывания находящегося в буфере битового потока, отличающееся тем, что средство считывания (5, 8) обеспечивает считывание находящегося в буфере битового потока с переменной частотой следования битов (f_r, f_d), определяемой на основе параметров синхронизации, содержащихся в битовом потоке, причем устройство воспроизведения дополнительно содержит средство измерения (6) для измерения заполненности буфера и для выработки сигнала считывания (R) при достижении предварительно заданной заполненности буфера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство воспроизведения содержит средство детектирования (8) для детектирования частоты битов (f_d) хранящегося битового потока из параметров синхронизации, содержащихся в нем, для считывания буфера (41) с полученной частотой битов.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что записанный битовый поток представляет собой битовый поток стандарта MPEG.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве параметра синхронизации использован параметр program mux rate битового потока стандарта MPEG.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве параметра синхронизации использован параметр decoding time stamp битового потока стандарта MPEG.

6. Способ воспроизведения битового потока с носителя (1), при котором считывают последовательные части записанного битового потока с предварительно заданной частотой битов (f_w) в ответ на сигнал считывания (R), буферизуют считываемый битовый поток с предварительно заданной частотой битов (f_w) и считывают находящийся в буфере битовый поток, отличающееся тем, что считывание находящегося в буфере битового потока осуществляют с переменной частотой следования битов (f_r, f_d), определяемой на основе параметров синхронизации, содержащихся в битовом потоке, и дополнительно измеряют заполненность буфера и вырабатывают сигнал считывания (R) при достижении предварительно заданной заполненности буфера.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что определяют частоту битов хранящегося битового потока из параметров синхронизации, содержащихся в нем, и считывание буфера осуществляют с полученной частотой битов.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что записанный битовый поток представляет собой битовый поток стандарта MPEG.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве параметра синхронизации используют параметр program mux rate битового потока стандарта MPEG.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве параметра синхронизации используют параметр decoding time stamp битового потока стандарта MPEG.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5