专利名称：Mpeg视频记录介质和再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于重建视频数据流的丢失的数据序列的MPEG视频记录介质和再现装置。
背景技术：
MPEG视频记录介质，例如，视频-CD或视频-DVD，其特征在于在它们上面按照MPEG1或MPEG2视频标准记录了连续的数据流。在这种情况下，图像序列被细分成指定为GOP的组，每个图像组以I帧开始，该I帧也被指定为内部帧，并且它的信息形成用于再现该组中的随后图像的先决条件。I帧之后跟随多个B帧和P帧，该B帧和P帧包含关于I帧的不同信息，由此产生I帧之后的图像。B帧是双向帧而P帧被指定为预测帧。随后丢失的或被干扰的I帧会防碍随后图像的显示。记录介质上的划痕和其他缺陷会在从记录介质上读取的数据流中产生中断或干扰，而通过传统的纠错方法(例如Reed-Solomon编码)只能将其纠正到有限的程度。例如，针对DVD特性的ECMA标准267，规定气泡的直径不得大于100微米并且所谓的黑斑的直径不得大于300微米。此外，要求大于30微米的所有缺陷的总长度不应当超过300微米并且只允许存在六处这样的缺陷。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种记录介质和一种再现装置，尽管存在被干扰的或丢失的I帧仍能够重建视频数据流丢失的数据序列。此外，不管记录介质的特性，本发明的目的也是能够再现在传统再现装置上的原始数据流。
这个目的可通过独立权利要求中详细说明的特征来实现。在从属权利要求中详细说明了有利的改进。
本发明一方面提供了附加信息项，其中包含存储在MPEG视频记录介质上的附加I帧或替换I帧。这些I帧可以是包含在原始数据流中的I帧的副本或有较小数据量的相似I帧，提供它们用于重建视频数据流的丢失的数据序列。这一附加信息与原始I帧相距一个或多个距离而存储在记录介质上。在原始数据流中被干扰的I帧的情况下，在记录介质上通过物理距离实现的是，所述I帧能够被部分或完全地重建。通过为附加I帧提供一个独立的数据流来实现与原始I帧的物理距离，该数据流被一段一段地结合成连续的数据流或者在原始数据流之后被记录。有关附加信息项的地址的信息存储在记录介质上或者存储在为这种类型的记录介质提供的记录或再现装置上。带有附加I帧的MPEG视频记录介质以及关于这些附加I帧的记录位置的信息既能够用于传统再现装置又能用于专门为这种记录介质提供的再现装置。
为了减少额外数据量，对于原始I帧，规定将相似I帧用作替代I帧。通过使用相似I帧作为替代I帧，例如较小图片尺寸的图像，来减少数据量，即减小了的空间分辨率或用黑/白图像来替换彩色图像。
通过给记录介质上特定带有MPEG数据流的附加信息项提供专门的数据流编号或称作所谓的用户数据，而传统再现装置通常忽略这些，从而在传统再现装置中能够实现除原始I帧之外还有一个或多个副本或相似I帧的记录介质的再现。
在用于再现MPEG视频记录介质上的信息、重建丢失的数据流序列的装置中，假设检测到缺少I帧并且由副本或相似I帧来替换数据流中丢失的或错误的I帧。在记录介质上提供副本或相似I帧作为附加信息。这就提高了完全再现存储在光记录介质上的信息的可靠性。
通过评估数据流中的间断性来检测将被替代的被损坏的或丢失的I帧，同样也可以采取不同的方法来确定。根据一个实施例，监测扇区数目，而另一个实施例评估扫描装置信号，所述扫描装置信号发出扇区的非可读性的信号。此外，假设解码器采用被传送的图片大小来确定I帧是否是不完整的或被毁坏的。在这些情况下，被毁坏的I帧的起始扇区号是已知的并能够用来寻找记录介质上额外提供的I帧。根据该实施例，提供用于执行位置的表，在该位置存储了能够被当作该起始扇区号的替代品的I帧。在MPEG2视频数据流中，例如，能够使用用户数据区，将每组图片的额外I帧的扇区号输入到用户数据区。这样的表也可有利地用于检测丢失的I帧。这可以通过将I帧的起始扇区号的序列与表中的输入值进行比较来实现。在这种情况下，能够同时确定将被替代的I帧的数目。
此外，可以根据这样的事实即超过了一组中预定数目的图像，或者评估了在数据流中提供的时间标记之间的距离，来断定I帧的缺少。
在识别了被毁坏的或丢失的I帧之后，请求记录介质上被提供为替代帧的I帧并根据需求将其插入数据流中。然后将被译码的替代I帧用于丢失的数据序列的重建。
MPEG视频记录介质可以是只读、一次写入或多次写入光记录介质。对于只读记录介质，可以在外部区域不连续地提供替代I帧，或在记录介质上程序区中的预定的区域内提供替代I帧。换句话说，基于能够使用的寻址方式，替代I帧既可以安排在原始I帧之后也可以安排在原始的I帧之前。因此，对于只读记录介质，在记录介质上以不影响在传统再现装置上再现原始数据流的这种方式来安排替代I帧。对于一次写入和多次写入的记录介质，要遵循预先确定的写入策略。然而，将被记录的数据流通常先被缓冲，从而能够根据其中包含的I帧来分析该数据流。在预先确定的几组图片之后，将包含在原始数据流中的I帧的副本或与原始数据流组似的I帧记录在这组图像之后的扇区上。此外，在记录替代I帧期间，形成一个表，其中包含原始I帧的起始扇区号以及副本或相似I帧的扇区号。然后这个表被记录在记录介质上替代I帧之后或与其相隔一定的距离。这将导致替代I帧记录不连续，由于要与表保持一致所以将其作为重建丢失的或错误的数据序列所必需的。理论上，也能够在记录介质的数据流末端或记录末端记录所有的替代I帧和上述表。
在记录介质上提供原始I帧的一个或多个不同质量水平的或完全相同质量水平的副本能够在再现MPEG视频信息期间有利地重建丢失的或被毁坏的数据序列。
由于不能读取I帧，所以光记录介质上的划痕或其他干扰通常导致图像再现的中断，但是不会负面影响作为使用替代I帧的结果的图像再现。因此，即使记录介质被毁坏了也能够完全再现被记录的视频信息。关于原始I帧提供的替代I帧的物理距离大于传统纠错方法所允许的距离几倍，例如Reed-Solomon编码和信道成束(channelbundling)。因此，能够消除采用传统纠错方法不能纠正的相对较大的和较多出现的错误。
理论上，有各种可能性来有利地改进和发展本发明。在这方面，一方面可以参考权利要求，另一方面可以参考如下参考附图的本发明示例性实施例的解释。
下面参考附图中的示例性实施例来更加详细地解释本发明。
图中图1示出了光记录介质上的缺陷；图2示出了视频数据流的帧；图3示出了在光记录介质上替代信息项的排列；图4示出了用于MPEG视频记录介质的第一再现装置的示意图；图5示出了用于MPEG视频记录介质的第二再现装置的方框图；图6示出了原始数据流中附加的或替代信息项的安排；图7示出了用于建立关于副本或相似I帧的索引的表的内容；和图8示出了关于视频数据流的结构的示意图。
具体实施例方式
图1中，说明了两个光记录介质OD上的四种不同类型的缺陷，在光记录介质OD被相对长时间使用之后或粗心处理之后经常出现这几种缺陷。这些缺陷的例子如，指纹E1、灰尘E2或直线形划痕E3或径向形划痕E4。在再现记录在光记录介质OD上的信息期间，这些缺陷会导致读取错误或在被扫描的数据流中产生中断。如果该数据流是包含MPEG视频数据流的MPEG数据流，那么该数据流的扇区典型地形成一组图像，如图2所示。
视频序列的单个图像也被指定为一个帧并且作为标准，数字视频标准的图像数据速率是每秒167兆位。如果不压缩，在4.7GB存储容量的视频DVD上大概只能存储四分钟的视频信息。然而，由于图像的单个像素被指定为与亮度和色彩相关的数字信息项，因此视频包含大量的冗余信息。由于静止图像分量在相对较长的时间期间内不会变化，因此只对图像或帧中的变化进行编码就完全足够了。因而，MPEG数据流包含所谓的I帧I，B帧B和P帧P，所述I帧独立于其他的帧，包含关于一个完整的单个图像的信息。为了计算帧的被压缩的数据的内容，B帧B利用前面的帧，而P帧P代表了I帧中的差异。P帧分析前面的帧从而预测下一帧中目标的位置。如图2所示，I帧之后跟着不同图像各自的编号，为了形成单个图像必须有起始帧I1。如果I帧I1没有出现，例如由于不能从记录介质OD上读取和不能由传统纠错方法恢复，那么也不能形成这组图像中后面的图像B，B，P，B，B，P，B，B。整个数据序列的再现也因此被中断。因此，为了重建一组图像，假设在MPEG视频记录介质上记录被中断的I帧I1的替代信息项或替代I帧I1*以防止或至少减少图像处理过程中的中断。如图3中的示意图所示，可以将这一替代信息保存在光记录介质OD上原始数据流的记录区A之内或分散在记录区A之外的记录区B之内。在记录介质OD上以不会阻止或影响用传统再现装置的再现的这种方式来提供替代信息项。为此，对于替代信息项，为分离的数据流提供专门的数据流编号，该数据流编号例如由StreamID形成，并不是DVD标准的一部分，或者将附加的或替代信息项存储在所谓的用户数据区中，该用户数据区设置在一组单个图像之前，并且也被指定为GOP，而且不会作为视频信息再现。因此，在传统的装置中，即使替代信息项嵌入原始数据流中时也通常被当作错误忽略或跳过。更可取的方法如图6所示，将附加的或替代信息项间隔多个图像组GOP插入到原始数据流中。在图像组GOP*中适当地存储多个替代I帧I*，从而，例如，20个替代I帧I1*...I20*构成一个图像组GOP*a。对于一次写入和可多次写入记录介质，这些替代I帧I*组GOP*之间的距离由距离原始图像信息的最小距离决定，而距离原始图像信息的最小距离依次由根据光记录介质OD上的记录内容选择的纠错方法的最大纠错长度和写入存储器的容量决定，在记录操作的过程中，写入存储器保存替代I帧I*图像组GOP*直到它能被存储在光记录介质OD上。
例如，图7示出了用于产生关于副本或相似I帧I*的索引的表TB1、TB2的内容。在这种情况下，假定在记录操作完成之后将这些表TB1、TB2(都看作表TB)记录为数据流，所述数据流被提供有私有数据流标识TableID。例如，这个私有数据流标识TableID即private_stream_id，同样被传统的再现装置忽略和跳过。
在这种结构中，第一表TB1包含数据流标识TableID和条目号EntryTag[MAXENTRIES]以及用于指向前面表PreviousTable的指针，提供该第一TB1专门用于记录和再现多个相互独立的视频数据流。
然而，指向前面表PreviousTable的指针也使得能够在一个视频数据流之内的替代I帧I*的其他组GOP*中找到替代I帧I*，而无需在记录一个或多个视频数据流的记录介质的末尾保存整个表。紧随被保存的替代I帧In*的最后组GOP*之后，由表TB的第二表TB2形成记录的结果。
如图8所示，指向表TB的指针被保存在文件系统FS中，这个文件系统被用于传统的再现装置中或单独的目录中。
与图7中的第二表TB2一致的索引表包含原始I帧I的位置记作ReferenceFrameSectorID和替代I帧I*的位置记作RedundantFrameSectorID以及一个标识FrameInfoFlags，该标识用来显示这些替代I帧I*将准备好以被用于重建原始数据流。
那么一个带有附加信息项的视频数据流具有如图8示意图中所示的结构。文件系统FS之后跟着视频数据流序列SMVS，该SMVS包含原始数据流如视频MV和替代I帧I*以及表TB。随后，视频数据流序列SMVS之后的EONS区或者为空，或者可以提供一个随后的视频数据流序列SMVS。
在图4中的示意图中图解说明了用于从带有替代信息的MPEG视频记录介质中重建原始视频数据流的丢失的数据序列的再现装置的结构。将由光扫描器件PU从光记录介质OD上扫描的MPEG数据流首先馈送到存储器，该存储器为所谓轨道缓冲器TB，与扫描器件PU连接。与轨道缓冲器TB相连的是扇区分析部件SA-U，它将数据流分割成单个视频或音频数据流，然后单个视频或音频数据流被馈送到相应的MPEG解码器用以再现视频VD-U和音频AD-U。
如果记录介质上有扰动而这些扰动又不能通过传统的纠错方法消除，那么在MPEG数据流中就会出现间隙从而导致单个图像或整个图像组的扰动。通过在扇区分析部件SA-U中的扇区分析或在视频解码器VD-U中图像解码期间可以检测这些间隙，同时关于丢失的或错误的I帧I的扇区地址的信息项被通信到错误处理单元EH-U。然后错误处理单元EH-U开始检查以确定在光记录介质OD上是否可以获得附加的或替代的信息项，这些信息项能够消除或减少图像处理过程中的扰动。然后由错误处理单元EH-U使用扇区请求信号SR从扫描装置PU请求替代信息项，然后将该替代信息项插入或输入到视频解码器VD-U中的图像处理过程中。
根据如图5中方框图所示的第二实施例，提供一个导航管理器NM用来监督用户干预再现装置。借助于与导航管理器NM双向通信的文件系统管理器FM发出的请求，导航管理器NM从光记录介质OD上的MPEG数据流的起始位置开始访问光记录介质OD。为此，文件系统管理器FM将这一请求传递给拾取管理器PU-M，于是借助于扫描装置PU开始传输数据流。被请求的数据由扫描装置PU传送给拾取管理器PU-M，然后被输入到轨道缓冲器TB中。文件系统管理器FM从轨道缓冲器TB中读取这些扇区并由它们确定传入到导航管理器NM中的MPEG数据流的起始位置。MPEG数据流的起始位置也被用于实现将MPEG数据流从光记录介质OD传送到相应的用于再现视频VD-U和音频AD-U的MPEG解码器。这样，导航管理器NM将MPEG数据流的起始位置转移到请求控制单元RC中，该请求控制单元RC使拾取管理器PU-M通过光扫描装置PU从记录介质OD上读取连续的MPEG数据流。
这样借助于扫描装置PU，MPEG数据流就从光记录介质OD进入拾取管理器PU-M，该拾取管理器PU-M在监督之下将数据输入到轨道缓冲器TB中并已执行了监视数据流连续性的第一测量。这样，以指定的方式执行应答来反复读入以关闭或减小数据流中的间隙，并且为了显示数据流中的间隙将消息传送到下游扇区分析部件SA-U中。另外，下游扇区分析部件SA-U接收到装有轨道缓冲器TB中的起始地址的列表，这些起始地址示出了被存储的由拾取管理器PU-M输入的MPEG数据流的扇区的位置。借助于这个表和扇区的内容，扇区分析部件SA-U分配MPEG数据流的单独的部分数据流。产生部分列表，并将其发送给下游的MPEG解码器用以视频VD-U和音频AD-U。
此外，通过使用数据流中的现有信息，例如MPEG数据段的扇区编号或起始标识等，扇区分析部件SA-U对由拾取管理器PU-M已经执行的的数据流检验进行扩展，以便判断MPEG数据流是否具有其中存在I帧的间隙。如果有这样的间隙，则向错误处理单元EH-U传送一个错误通知。此外，超过一定限度的距离，例如在MPEG数据流的末端，可以被捕获并且通过请求控制单元RC被传送到导航管理器NM中。
视频解码器VD-U接收包含视频扇区的轨道缓冲器TB中的MPEG数据流的扇区位置的部分列表。如果此时检测到一个丢失的或被毁坏的I帧，例如通过评估时间标记或将现在的宏块的数目与视频数据流中传递的图像的大小进行比较，同样也传递错误通知给错误处理单元EH-U。错误处理单元EH-U通过请求控制单元RC开始访问带有附加信息项的表，然后通过拾取管理器PU-M和扇区分析部件SA-U将这个表从扫描装置PU传送到错误处理单元EH-U。错误处理单元EH-U根据这个表来判断可能丢失或被毁坏的I帧I的替代出现并通过请求控制单元RC和拾取管理器PU-M借助于扫描装置PU从光记录介质OD上开始更新询问扇区数据流。
然后将后面的数据流从扫描装置PU和拾取管理器PU-M传送到扇区分析部件SA-U。如果此时已经检测到数据流中的错误，则将替代I帧I*输入原始数据流中。如果涉及具有多个丢失的I帧I1，I2，...的更大间隙，则在错误处理单元EH-U中标记每个替代的I帧I，EH-U于是检查是否还必须请求下一个替代I帧I2*。如果情况与之相反，则错误处理单元EH-U可以请求一个新的数据流，而这个数据流以检测到的间隙处的扇区号开始。在这一点继续正常处理原始MPEG数据流。
如果在视频解码器VD-U中检测到数据流中的错误，那么错误处理单元EB-U同样请求一个表。随后确定出现在这个表中的替代I帧I*的起始地址并请求这个替代I帧I*。如果有一个这组图像的数据流的更新的请求，那么被解码的替代I帧I*能够替换一个丢失的或被毁坏的I帧。在这种情况下，如果多个I帧受到影响，那么错误处理单元EH-U有必要请求被解码和再现的替代I帧I*，直到一个有效的或原始MPEG视频数据流再次被传送到视频解码器VD-U。
因此，即使被毁坏的记录介质存在瑕疵而且通过传统的纠错方法不能纠正这些瑕疵，也能够无中断地实现被记录的视频信息的完整的再现。
这里所描述的仅作为示例来详细说明，并且本领域的技术人员可以识别包含在本发明范畴内的其他实施例。
权利要求
1.用于重建视频数据流的丢失或错误的数据序列的MPEG视频记录介质(OD)，其特征在于，在所述MPEG视频记录介质(OD)上，关于原始I帧(I1，I2)，在记录介质上提供至少一个副本或相似I帧(I1*，I2*)，用于在再现装置中重建视频数据流的丢失或错误的数据序列。
2.根据权利要求1的MPEG视频记录介质(OD)，其特征在于，在所述记录介质(OD)上以逻辑距离和物理距离来排列关于所述原始I帧(I1，I2)的所述副本或相似I帧(I1*，I2*)。
3.根据权利要求1的MPEG视频记录介质(OD)，其特征在于，在记录介质(OD)上，将关于原始数据流的I帧(I1，I2)的副本或相似I帧(I1*，I2*)以合并成插入到所述原始数据流的组(GOP*)的方式排列。
4.根据权利要求1的MPEG视频记录介质(OD)，其特征在于，索引信息项存储在所述记录介质(OD)上，并且用于指定关于所述原始I帧(I1，I2)的副本或相似I帧(I1*，I2*)在所述记录介质(OD)上排列的位置。
5.根据权利要求4的MPEG视频记录介质(OD)，其特征在于，所述索引信息项被排列在所述记录介质(OD)上的用户数据区中或者在副本或相似I帧(I1*，I2*)的组(GOP*)之后。
6.用于从MPEG视频记录介质(OD)中重建视频数据流的丢失或错误的数据序列的再现装置，其特征在于，在所述再现装置中，提供错误检测单元用以确定所述原始数据流中丢失或错误的I帧(I1，I2)的扇区地址，所述扇区地址被用来开始搜索所述记录介质(OD)上的副本或相似I帧(I1*，I2*)，并且提供控制单元，通过所述控制单元，所述原始数据流中丢失或错误的I帧(I1，I2)被用于重建所述视频数据流的丢失或错误的数据序列的所述副本或相似I帧(I1*，I2*)替换，并且被视频解码器(VD-U)再现。
7.根据权利要求6的再现装置，其特征在于，所述错误检测单元是连接到轨道缓冲器的扇区分析部件(SA-U)或者是所述视频解码器(VD-U)，所述扇区分析部件和所述视频解码器连接到作为控制单元提供的错误处理单元(EH-U)。
8.根据权利要求6的再现装置，其特征在于，所述错误检测单元是拾取管理器(PM-U)，所述拾取管理器将数据流从记录介质(OD)输入到轨道缓冲器(TB)、扇区分析部件(SA-U)或视频解码器(VD-U)，其中对所述数据流中包含的时间标记或宏块的数目进行估计。
9.根据权利要求6所述的再现装置，其特征在于，所述控制单元是连接到错误检测单元的错误处理单元(EH-U)，使用扇区请求(SR)来请求来自记录介质的所述副本或所述相似I帧(I1*，I2*)并将其插入所述视频解码器(VD-U)中以取代所述原始数据流中丢失或错误的I帧(I1，I2)，从而重建所述视频数据流的丢失或错误的数据序列。
10.根据权利要求6的再现装置，其特征在于，所述控制单元是导航管理器(NM)，该导航管理器与文件系统管理器(FM)和请求控制单元(RC)双向连接，而所述文件系统管理器与请求控制单元由错误检测单元驱动，并且所述控制单元使用拾取管理器(PM-U)来请求来自记录介质(OD)的所述副本或所述相似I帧(I1*，I2*)，并且在连接到所述拾取管理器(PM-U)的轨道缓冲器(TB)或在所述视频解码器(VD-U)中，通过所述文件管理器(FM)或扇区分析部件(SA-U)，用所述副本或所述相似I帧(I1*，I2*)来替换所述原始数据流中的丢失或错误的I帧(I1，I2)，用以重建所述视频数据流的丢失或错误的数据序列。
全文摘要
本发明涉及一种用于重建视频数据流的丢失的数据序列的MPEG视频记录介质和再现装置。记录介质的划痕和其他缺陷会在从记录介质上读取的数据流中产生中断或干扰，而通过传统的纠错方法(例如Reed－Solomon编码)只能将其纠正到一定限度。因此，提出一种MPEG视频记录介质，对于原始I帧(I1)，在用于重建视频数据流中丢失的或错误的数据序列的记录介质中至少保存副本或相似I帧(I文档编号G11B20/18GK1606885SQ02825759
公开日2005年4月13日 申请日期2002年12月9日 优先权日2001年12月20日
发明者阿克塞尔·科查尔 申请人:汤姆森特许公司