專利名稱：信息處理及流處理裝置和方法、記錄和/或播放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號處理裝置及方法、記錄裝置、播放裝置、以及記錄和播放裝置，在從記錄介質(zhì)以可變速率播放被壓縮和編碼并經(jīng)DCT(離散余弦變換)記錄的視頻數(shù)據(jù)的時候，即使在從記錄介質(zhì)播放的視頻數(shù)據(jù)有損失的情況下，這些裝置和方法也能夠利用所能夠播放的數(shù)據(jù)，最有效地執(zhí)行解碼。
近年來，已出現(xiàn)了幾種用于在記錄介質(zhì)中記錄數(shù)字視頻信號和經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字視頻信號的格式。通常情況下，由于數(shù)字視頻信號的數(shù)據(jù)量很大，所以若要將這些信號記錄在記錄介質(zhì)上以長期保存，則需要對它們進行壓縮和編碼。MPEG(運動圖像專家組)方法是一種公知的常用壓縮編碼方法。
MPEG方法是一種混合型的壓縮編碼方法，其中結(jié)合了運動補償預測編碼和DCT編碼。也就是說，首先通過計算視頻信號的幀間差異來減少時間軸方向上的冗余，然后利用DCT來減少空間軸方向上的冗余。這樣就能夠進行有效的編碼。
在MPEG方法中，一幅屏幕被分成多個宏塊，各宏塊由例如16個象素×16行組成，宏塊進一步分成多個DCT塊，各DCT塊由例如8象素×8行組成。例如，若視頻信號的格式符合NTSC制式，則根據(jù)各信號分量之比形成有一個亮度信號Y的4個DCT塊和兩個色度信號Cr和Cb各自的兩個DCT塊。以這些DCT塊為單位來執(zhí)行DCT。然后，按“之”形掃描方式，為每個DCT塊從DC分量和低頻分量到高頻分量來排列通過DCT獲得的DCT系數(shù)，對組成宏塊的每個DCT塊都要執(zhí)行這種排列操作。
此外，磁帶是一種用于記錄視頻信號的常用記錄介質(zhì)。在磁帶上記錄視頻信號要按照所謂的“螺線軌道”來進行，這些螺線軌道本身傾斜于磁帶行進方向，它們通過旋轉(zhuǎn)磁鼓上設(shè)置的磁頭(旋轉(zhuǎn)磁頭)來形成。在播放時，旋轉(zhuǎn)磁頭要準確地跟蹤在記錄時形成的螺線軌道。
通過使播放時的磁帶行進速度高于記錄時的磁帶行進速度，可以實現(xiàn)例如2倍速、3倍速的播放或搜索。在此情況下，磁帶上旋轉(zhuǎn)磁頭的跟蹤角會不同于螺線軌道的傾斜軸。因此，就不可能跟蹤所有在螺線軌道上記錄的信號。也就是說，在高速播放時，例如只是掃描了各個螺線軌道的一部分。
在采用MPEG進行壓縮編碼并將數(shù)據(jù)記錄在磁帶類記錄介質(zhì)上的情況下，在進行如上述搜索的高速播放時，只跟蹤了各個螺線軌道的一部分。因此，在例如不能獲得上述宏塊的后半部分的數(shù)據(jù)的情況下，只能夠使用宏塊前半部分的DCT塊，這將嚴重降低圖像的質(zhì)量。于是，在一般情況下，存在的問題是很難有效地利用播放數(shù)據(jù)來獲得高質(zhì)量的播放圖像。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種信號處理裝置及方法、記錄裝置、播放裝置、以及記錄和播放裝置，當播放通過MPEG壓縮編碼在螺線軌道上記錄有數(shù)據(jù)的磁帶時，即使進行高速播放，這些裝置和方法也能夠獲得高質(zhì)量的圖像。
為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種信號處理裝置，用于將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從具有低空間頻率的低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)到具有高空間頻率的高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于處理DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的信號處理裝置，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)開始到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序排列的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從低次系數(shù)數(shù)據(jù)到高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種信號處理方法，用于將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理方法包括轉(zhuǎn)換步驟，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次系數(shù)數(shù)據(jù)到高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
按照本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于處理DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的信號處理方法，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理方法包括轉(zhuǎn)換步驟，用于將以跨越一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)開始到高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序排列的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，單獨為每個所述DCT塊重新排列成從低次系數(shù)數(shù)據(jù)到高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
按照本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于記錄DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的記錄裝置，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述記錄裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次系數(shù)數(shù)據(jù)到高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；分組設(shè)備，用于通過為每個所述宏塊將所述轉(zhuǎn)換設(shè)備重新排列的所述系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀來進行分組，并且依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；糾錯編碼設(shè)備，用于對所述分組設(shè)備分組的相應(yīng)于多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；以及，記錄設(shè)備，用于將所述糾錯編碼設(shè)備糾錯編碼的數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)上。
按照本發(fā)明的第六方面，提供了一種用于播放在記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)的播放裝置，所述數(shù)據(jù)以下述方式記錄在記錄介質(zhì)上，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)；將DCT系數(shù)數(shù)據(jù)以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)到高次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；為每個宏塊將重新排列的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀；依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；以及，對分組的相應(yīng)于多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；所述播放裝置包括播放設(shè)備，用于播放在記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)；糾錯設(shè)備，用于通過解碼所述播放設(shè)備播放的所述數(shù)據(jù)的采用乘積碼的糾錯代碼來執(zhí)行糾錯；拆組設(shè)備，用于通過連接所述糾錯設(shè)備糾錯后的相應(yīng)各宏塊數(shù)據(jù)來重構(gòu)一個宏塊；以及，轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越所述拆組設(shè)備重構(gòu)的一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序排列的所述DCT系數(shù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序。
按照本發(fā)明的第七方面，提供了一種記錄和播放裝置，在記錄介質(zhì)上記錄DCT系數(shù)數(shù)據(jù)并從記錄介質(zhì)中播放DCT系數(shù)，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊組成的區(qū)間上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述記錄和播放裝置包括第一轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；分組設(shè)備，用于通過為每個所述宏塊將所述轉(zhuǎn)換設(shè)備重新排列的所述系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀來進行分組，并且依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；糾錯編碼設(shè)備，用于對所述分組設(shè)備分組的相應(yīng)于多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；記錄設(shè)備，用于將所述糾錯編碼設(shè)備糾錯編碼的數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)上；播放設(shè)備，用于播放在所述記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)；糾錯設(shè)備，用于通過解碼所述播放設(shè)備播放的所述數(shù)據(jù)的采用乘積碼的糾錯代碼來執(zhí)行糾錯；拆組設(shè)備，用于通過連接所述糾錯設(shè)備糾錯后的相應(yīng)各宏塊數(shù)據(jù)來重構(gòu)一個宏塊；以及，第二轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越所述拆組設(shè)備重構(gòu)的一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)到高次系數(shù)的順序排列的所述DCT系數(shù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序。
按照上述的方式，本發(fā)明的信號處理裝置和方法、記錄裝置、以及記錄和播放裝置，將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次系數(shù)到高次系數(shù)的順序。這樣，即使在播放時不能播放一個宏塊內(nèi)的多個DCT塊的所有數(shù)據(jù)的情況下，也能夠為每個DCT塊使用從低次系數(shù)開始的數(shù)據(jù)。
此外，按照上述的方式，本發(fā)明的信號處理裝置和方法、播放裝置、以及記錄和播放裝置，將以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)到高次DCT系數(shù)的順序排列的DCT系數(shù)排列，為每個DCT塊單獨重新排列成從低次系數(shù)到高次系數(shù)的順序。這樣，即使在播放時不能播放一個宏塊內(nèi)的多個DCT塊的所有數(shù)據(jù)的情況下，也能夠為每個DCT塊使用從低次系數(shù)開始的數(shù)據(jù)。
參閱附圖，通過下面的詳細說明，將會更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它目的、方面和新特征。附圖中
圖1是表示一例本發(fā)明實施例的記錄和播放裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是表示一例軌道格式的示意圖；圖3A、3B和3C是表示另一例軌道格式的示意圖；圖4A、4B、4C、4D和4E是表示一例同步塊的示意圖；圖5A、5B和5C是表示一例ID和DID位分配的示意圖；圖6是表示一例MPEG編碼器結(jié)構(gòu)的方框圖；圖7A和7B是表示“之”形掃描和變長碼編碼的示意圖；圖8A和8B是表示在流轉(zhuǎn)換器中再排列DCT系數(shù)的示意圖；圖9是表示一例流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的方框圖；圖10是簡要表示流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行過程的流程圖；圖11A、11B、11C和11D是表示流轉(zhuǎn)換器內(nèi)數(shù)據(jù)變換的示意圖；圖12A和12B是表示等長度宏塊的形成的示意圖。
下面將說明本發(fā)明的一個實施例。在該實施例的記錄裝置中，數(shù)字音頻信號通過MPEG2方法進行壓縮和編碼，并通過螺線掃描方法記錄在磁帶上。此時，按照MPEG方法規(guī)范為每個DCT塊以頻率分量順序排列的DCT系數(shù)，要在組成一個宏塊的多個DCT塊中以頻率分量順序來重新排列。而且，在播放時，以這種方式排列的DCT系數(shù)要再次以符合MPEG方法規(guī)范的順序重新排列，然后輸出。
例如，上述處理的結(jié)果是，即使在執(zhí)行高速播放并且只能播放一個宏塊數(shù)據(jù)的一部分的情況下，也能夠在組成一個宏塊的所有DCT塊上，從DC分量和低頻分量開始排列各DCT系數(shù)。因此，可以有效地利用所能夠播放的數(shù)據(jù)，并可以獲得高質(zhì)量的圖像。
首先，為了便于理解，將根據(jù)本發(fā)明的實施例來描述本發(fā)明的技術(shù)。在該實施例的記錄和播放裝置中，按照統(tǒng)一的方式來處理格式互不相同的各種視頻信號。例如，除了按照統(tǒng)一的方式處理NTSC制式的525線/60Hz格式的視頻信號和PAL制式的625線/50Hz格式的視頻信號之外，也按照統(tǒng)一方式來處理諸如隔行掃描行數(shù)為1080(以下稱作“1080i制式”)或逐行掃描行數(shù)為480、720和1080(以下分別稱作“480p、720p和1080p制式”)的數(shù)字電視廣播格式信號。也就是說，可以采用基本上相同的硬件來記錄和播放不同格式的視頻信號。
此外，在該實施例中，按照MPEG2(運動圖像專家組階段2)方法來壓縮和編碼視頻信號和音頻信號。眾所周知的是，在MPEG2中結(jié)合了運動補償預測編碼和DCT(離散余弦變換)編碼。MPEG2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是分層結(jié)構(gòu)，其中按照從最低開始的次序，形成有塊層、宏塊層、片層、畫面層、GOP層和序列層。
塊層由DCT塊組成，后者是執(zhí)行DCT的單位。宏塊由多個DCT塊組成。片層由首標部和不超過一行的任意數(shù)目的宏塊組成。畫面層由首標部和多個片組成。畫面對應(yīng)于一幅屏幕。GOP(畫面組)層由首標部、基于幀內(nèi)編碼的I畫面、基于預測編碼的P和B畫面組成。在一個GOP中要至少包含一個I畫面，但可以不包含P和B畫面。序列層由首標和多個GOP組成。
在MPEG格式中，片是一個變長碼序列。在變長碼序列中，如果不解碼變長碼，就不能檢測到數(shù)據(jù)邊界。
而且，按字節(jié)單位排列的標識碼(稱為“起始碼”)被分別放置在序列層、GOP層、畫面層、片層和宏塊層的起始處。上述各層的首標部內(nèi)集中寫入了首標、擴充數(shù)據(jù)或用戶數(shù)據(jù)。各首標部均是變長碼序列。
在序列層的首標中寫入有圖像(畫面)的大小(矩陣中的象素數(shù)目)。在GOP層的首標中寫入有時間碼和組成一個GOP的畫面數(shù)目。
片層中包含的宏塊是多個DCT塊的一個集合。通過假定0系數(shù)和緊隨其后的非0序列(電平)的連續(xù)次數(shù)(行程)值為一個單位，將量化DCT系數(shù)的序列形成變長碼，從而構(gòu)成DCT塊的編碼序列，這將在下面進行詳細描述。按字節(jié)單位排列的標識碼沒有被加列宏塊和宏塊內(nèi)的DCT塊。即，它們不是變長碼序列。
下面將要進行詳細描述。這里，宏塊是將一幅屏幕(畫面)分成16個象素×16行的網(wǎng)格之一。例如，將這些宏塊沿水平方向連接就形成片。在連續(xù)的兩片中前一片的最后宏塊與后一片的起始宏塊相連。不允許兩片之間的出現(xiàn)宏塊重疊。
在MPEG2方法中，如果數(shù)據(jù)不是至少以宏塊為單位按次序排列的話，則不能解碼圖像數(shù)據(jù)。而且，若確定了屏幕的尺寸，則可單獨確定每個屏幕的宏塊數(shù)。
為了避免因重復進行MPEG解碼處理和MPEG編碼處理而引起圖像質(zhì)量的劣化，可取的方案是在沒有MPEG解碼編碼流的狀態(tài)下編輯該編碼流。此時，為了解碼用于預測編碼的P畫面和B畫面，需要在時間上早于它們的畫面或當前和以后的畫面。因此，編輯單位不可能是一個幀單位。考慮到這種因素，在本實施例中，一個GOP由一個I畫面組成。
而且，記錄例如一幀記錄數(shù)據(jù)的記錄區(qū)域是預定的區(qū)域。在MPEG2中，由于采用了變長碼編碼，所形成的各幀數(shù)據(jù)量的長度相等，以便能夠在預定的記錄區(qū)域內(nèi)記錄在一幀周期內(nèi)生成的數(shù)據(jù)。
此外，在本實施例中，為了便于在磁帶上進行記錄，一片由一個宏塊組成，并為一個宏塊分配了預定長度的固定幀。
圖1示出了一例本實施例的記錄和播放裝置100的結(jié)構(gòu)。首先，將簡要描述該結(jié)構(gòu)。在記錄時，從端口101輸入預定制式的數(shù)字視頻信號。MPEG編碼器102將此視頻信號編碼成變長碼，并輸出變長碼(VLC)數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)是符合MPEG2(運動圖像專家組階段2)的基本流(ES)。該輸出被提供給選擇器103的一個輸入端。
此外，為了兼容各種格式，從端口104輸入SDTI(串行數(shù)據(jù)傳輸接口)格式的數(shù)據(jù)，SDTI是ASNI/SMPTE 305M定義的接口。從端口104輸入包含MPEG2基本流的信號。SDTI接收電路105同步檢測該信號。然后，將該信號暫時保存在緩沖器中，并提取出基本流。所提出的基本流被提供給選擇器103的另一個輸入端。
將選擇器103選擇和輸出的基本流提供給流轉(zhuǎn)換器106。如下所述，在流轉(zhuǎn)換器106中，按照MPEG2規(guī)范為各DCT塊排列的系數(shù)，將對組成一個宏塊的多個DCT塊按各頻率分量進行重新排列。將被再排列和轉(zhuǎn)換的基本流提供給分組電路107。
由于基本流的視頻數(shù)據(jù)被編碼成變長碼，所以各宏塊的數(shù)據(jù)長度不是固定的。在分組電路107中，將宏塊分配到一個固定幀中。此時，超出該固定幀的部分被依次分組到固定幀大小的未填充的部分。以這種方式分組的數(shù)據(jù)被提供給ECC(糾錯編碼)編碼器108。
將分組視頻信號提供給ECC編碼器108，并從例如端口109向其提供數(shù)字音頻信號。在本實施例中，處理的是未經(jīng)壓縮的數(shù)字音頻信號。ECC編碼器108為每個同步塊混洗這些信號?；煜春蟮慕Y(jié)果是，對于磁帶上的模式來說，數(shù)據(jù)是均勻排列的。在這些數(shù)據(jù)中加入例如內(nèi)校驗碼和外校驗碼，并執(zhí)行采用一種乘積碼的糾錯編碼。然后，用于檢測同步的SYNC模式、用于識別同步塊的ID、以及用于指示記錄數(shù)據(jù)內(nèi)容信息的DID加入到糾錯編碼的數(shù)據(jù)中。下面將描述SYNC模式、ID以及DID。
ECC編碼器108的輸出，例如經(jīng)記錄編碼電路(未示出)進行信道編碼以轉(zhuǎn)換成適于記錄的形式，再由記錄放大器110放大后，提供給記錄頭111。記錄頭111按螺線掃描方式在磁帶120上進行記錄。下面將詳細說明記錄方法和格式的細節(jié)。
在播放時，播放頭130播放在磁帶120上記錄的信號，并將其提供給播放放大器131。播放信號要經(jīng)播放放大器131進行均衡和波形整形，并由一個解碼電路(未示出)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。播放放大器131輸出的播放數(shù)字信號提供給ECC解碼器132。
在ECC解碼器132中，首先根據(jù)在記錄時加入的SYNC模式進行同步檢測，并提取同步塊。然后，按照在記錄時加入的糾錯碼來進行糾錯。若出現(xiàn)的差錯超出了糾錯碼的糾錯能力，則設(shè)置一個差錯標記來指示這一情況。然后，對記錄時混洗的數(shù)據(jù)進行逆混洗以恢復原始順序。
ECC解碼器132輸出的視頻數(shù)據(jù)提供給拆組電路133。拆組電路133釋放在記錄時形成的分組。也就是說，為了重構(gòu)原始變長碼，將數(shù)據(jù)長度的單位恢復成宏塊。這里，如果上述ECC解碼器132設(shè)立了差錯標記，則差錯沒有被校正的數(shù)據(jù)由一遮蓋電路(未示出)來校正。例如，通過用“0”填充所有數(shù)據(jù)或者替換成前一幀的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校正。在ECC解碼器132中，也對音頻數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯。將音頻數(shù)據(jù)輸出到例如端口139。
拆組電路133的輸出提供給流轉(zhuǎn)換器134。在流轉(zhuǎn)換器134中，執(zhí)行上述流轉(zhuǎn)換器106處理的逆處理。即，為每個DCT塊重新排列在所述多個DCT塊下按各頻率排列的DCT系數(shù)。于是，播放信號就轉(zhuǎn)換成符合MPEG2的基本流。
此基本流提供給SDTI傳輸電路135，借此轉(zhuǎn)換成SDTI格式并輸出給端口136。而且，此基本流還提供給MPEG解碼器137，借此執(zhí)行符合MPEG2規(guī)范的解碼，以將此基本流解碼成數(shù)字視頻信號，并輸出到端口138。
在本實施例中，按螺線掃描方式在磁帶上記錄信號，其中，由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頭上設(shè)置的磁頭形成傾斜軌道。在旋轉(zhuǎn)磁鼓上相互對立的各位置上設(shè)置多個磁頭。也就是說，若一個磁帶與旋轉(zhuǎn)頭之間的繞帶角(winding angle)約為180°，則旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)180°可以同時形成多個軌道。而且，將方位互不相同的兩個磁頭當作一組。多個磁頭的設(shè)置位置應(yīng)使相鄰軌道的方位互不相同。
圖2示出了一例上述旋轉(zhuǎn)頭在磁帶上形成的軌道格式。這是一個其中按每幀8個軌道執(zhí)行記錄的例子。在該例子的格式中，記錄這樣的隔行掃描(480i)的視頻信號，例如其幀頻率為29.97Hz，速率為50Mbps，有效行數(shù)為480，有效水平象素數(shù)為720。也可以記錄這樣的隔行掃描(576i)的視頻信號，例如其幀頻率為25Hz，速率為50Mbps，有效行數(shù)為576，有效水平象素數(shù)為720。在本例中，為了能夠更可靠地播放數(shù)據(jù)，將一幀數(shù)據(jù)記錄兩次，則整個形成16個軌道。
假定將方位互不相同的兩個軌道設(shè)為一組，則形成一個段。即，8個軌道形成4個段。將軌道號
指定給組成該段的一個軌道，將軌道號[1]指定給另一個軌道。如上所述，在圖2所示的例子中，一幀數(shù)據(jù)記錄兩次。此時，要更換軌道號，并為每個幀指定不同的軌道順序。于是，即使方位互不相同的一組磁頭之一因例如阻塞而不能讀，也能夠播放數(shù)據(jù)。
在各軌道中，設(shè)置兩端記錄視頻數(shù)據(jù)的視頻區(qū)，并設(shè)置記錄音頻數(shù)據(jù)的音頻區(qū)，其中音頻區(qū)夾在兩個視頻區(qū)之間。下面將要說明的圖2和圖3A、3B和3C示出了磁帶上各區(qū)的排列。
在本例中，可以處理8個信道音頻數(shù)據(jù)。A1到A8分別表示音頻數(shù)據(jù)的第1信道至第8信道。所記錄的音頻數(shù)據(jù)的排列按段單位變化。而且，在本例中，在所記錄的視頻數(shù)據(jù)中，對于一個軌道交織4個糾錯塊的數(shù)據(jù)，并且視頻數(shù)據(jù)被分成上側(cè)區(qū)和下側(cè)區(qū)。在下例的視頻區(qū)的預定位置上設(shè)置有系統(tǒng)區(qū)。下面將說明糾錯塊。
一個軌道由多個塊組成，這些塊稱作“同步塊”并且長度相等。圖2示意性地示出了一個同步塊的結(jié)構(gòu)。如在下面將要說明的，該同步塊由用于檢測同步的SYNC模式、用于識別各同步塊的ID、用于指示隨后的數(shù)據(jù)內(nèi)容的DID、數(shù)據(jù)分組、以及用于糾錯的內(nèi)校驗碼組成。數(shù)據(jù)以同步塊為單位按分組進行處理。也就是說，記錄或播放的最小數(shù)據(jù)單位是一個同步塊。排列一些同步塊以形成例如一個視頻區(qū)。
在圖2中，SAT1(Tr)和SAT2(Tm)是記錄伺服鎖定信號的區(qū)域。此外，在各記錄區(qū)之間，設(shè)置了預定尺寸的空隙Vg1、Sg1、Ag、Sg2、Sg3和Vg2。
這里，所說明的例子中按每幀8個軌道執(zhí)行記錄，但本實施例不受限于該例子。而且，在該實施例中，可以按每幀4個軌道、6個軌道和其它軌道數(shù)執(zhí)行記錄。圖3A、3B和3C示出了每6個軌道記錄一幀的例子。在例子中，一幀沒有被記錄兩次，軌道序列號只是
。本實施例的記錄和播放裝置均能夠處理圖2中所示的上述軌道格式和此例子中的軌道格式。
圖4A、4B、4C、4D和4E示出了一例同步塊，它是每個軌道的記錄單位。在該實施例中，在一個同步塊中保存一個或兩個宏塊，按照所處理的視頻信號格式，一個同步塊的尺寸在長度上是可變的。如圖4A所示，一個同步塊由開始的2字節(jié)SYNC模式、2字節(jié)ID、1字節(jié)DID、被定義成可在例如112字節(jié)到206字節(jié)之間變化的數(shù)據(jù)區(qū)、以及12字節(jié)校驗碼(內(nèi)校驗碼)組成。數(shù)據(jù)區(qū)也稱作“有效負載”。
所形成的用于同步檢測的開始的2字節(jié)SYNC模式是預定的模式。通過檢測一SYNC模式是否與一特有模式匹配，來進行同步檢測。
ID由ID0和ID1兩部分組成，在它們中保存了用于識別個別同步塊的信息。圖5A示出一例ID0和ID1的位分配。用于識別一個軌道內(nèi)每個同步塊的識別信息(SYNC ID)保存在ID0中。SYNC ID是例如一個序列號。SYNCID由7位表示。在此實施例中，由于例如每個軌道設(shè)置了216個同步塊，7位SYNC ID能夠表示半個軌道。
同步塊軌道信息保存在ID1中。若對于該同步塊，位7是MSB，位0是LSB，則位7指示該同步塊是軌道的上側(cè)還是下側(cè)(UPPER/LOWER)，位5至2指示該軌道的段(SEG NB)。而且，位1指示該軌道方位所對應(yīng)的軌道號(TRACK)，位0指示該同步塊屬于視頻數(shù)據(jù)還是屬于音頻數(shù)據(jù)(VIDEO/AUDIO)。
有效負載信息保存在DID中。上述ID1的位0的不同值表示不同的DID內(nèi)容，位0的值取決于數(shù)據(jù)是視頻還是音頻數(shù)據(jù)。圖5B示出了一例視頻數(shù)據(jù)的DID(DID VIDEO)的位分配。位7至4未定義(預留，RESERVED)。位3和2指示有效負載的模式(PAYLOAD MD)，諸如有效負載的類型。位3和2是輔助位。位1指示在有效負載中保存了一個宏塊還是兩個宏塊(2MB/1MB)。位0指示在有效負載中保存的視頻數(shù)據(jù)是否是外校驗碼(Vouter)。
圖5C示出了一例音頻數(shù)據(jù)的DID(DID AUDIO)的位分配。位7至4預留(RESERVED)。位3指示有效負載的數(shù)據(jù)是音頻數(shù)據(jù)還是普通數(shù)據(jù)(DATA/AUDIO)。若在有效負載中保存了壓縮和編碼的音頻數(shù)據(jù)，則位3設(shè)置成指示音頻數(shù)據(jù)的值。在NTSC制式中的5場序列信息保存在位2至位0(5F Seg)。即，在NTSC制式中，若采樣頻率為48kHz，則一場視頻信號的音頻信號是800樣本和801樣本之一，并以5個場為間隔按次序排列該序列。位2至位0指示在該序列中該信息所處的位置。
再回頭參閱圖4A至4E，圖4B至4E示出了一例上述有效負載。圖4B和4C分別示出了在有效負載中保存一個宏塊和兩個宏塊的視頻數(shù)據(jù)的例子。在保存一個宏塊的例子中，長度信息LT指示宏塊的長度，該宏塊放置在最開始的三字節(jié)之后。長度信息LT不包含其自身的長度。而且，在圖4C所示的例子中，保存了兩個宏塊，第一個宏塊的長度信息LT最先放置，隨后放置第一個宏塊。然后，在第一個宏塊之后，放置指示第二個宏塊長度的長度信息LT，接著放置第二個宏塊。
圖4D示出了在有效負載中保存視頻輔助(AUX)數(shù)據(jù)的例子。在首先的長度信息LT中寫入不包含其自身長度的視頻輔助數(shù)據(jù)長度。在該長度信息LT之后保存的是5字節(jié)的系統(tǒng)信息、12字節(jié)的PICT信息、以及92字節(jié)的用戶信息。有效負載長度中未填充的部分被預留。
圖4E示出在有效負載中保存音頻數(shù)據(jù)的例子。音頻數(shù)據(jù)可以被分配在有效負載的整個長度上。處理該音頻數(shù)據(jù)的方式是這樣，例如，在PCM(脈沖編碼調(diào)制)格式下不執(zhí)行壓縮處理。此外，也可以處理由預定方式壓縮和編碼的音頻數(shù)據(jù)。
在此實施例中，按照上述方式，由于同步塊的長度是可變的，所以記錄有視頻數(shù)據(jù)的同步塊長度和記錄有音頻數(shù)據(jù)的同步塊長度，均可以設(shè)定成符合信號格式的最佳長度。于是，就可以按統(tǒng)一方式來處理多種不同的信號格式。
下面，將詳細說明該記錄和播放裝置100的各個部分。首先介紹在記錄時的處理。例如，符合NTSC制式的亮度信號Y和色度信號Cr和Cb之比為4∶2∶2的數(shù)字視頻信號，輸入到輸入端101。該信號提供給MPEG編碼器102。
圖6示出了一例MPEG編碼器102的結(jié)構(gòu)。分塊電路151將端口150輸出的信號分成例如16個象素×16行的宏塊。這些宏塊提供到減法器154的一個輸入端以及運動檢測電路160。此外，輸入圖像數(shù)據(jù)也提供給統(tǒng)計處理電路152。在統(tǒng)計處理電路152中，按照預定統(tǒng)計處理計算輸入圖像數(shù)據(jù)的復雜度。計算結(jié)果輸出到比特率控制電路153。
在運動檢測電路160中，分塊電路151輸出的宏塊與前一幀(或前一場)的宏塊相比較，后者經(jīng)由如下述的逆量化電路163和逆DCT電路162提供，并且例如通過塊匹配而獲得運動信息(運動向量)。在運動補償電路161中，按照此運動信息進行運動補償，運動補償結(jié)果提供給減法器154的另一個輸入端。
減法器154確定在輸入圖像數(shù)據(jù)和運動補償結(jié)果之間的差異，并將其提供給DCT電路155。DCT電路155進一步將此差異宏塊分成8個象素×8行組成的DCT塊，并對每個DCT塊執(zhí)行DCT。DCT電路155輸出的DCT系數(shù)由量化電路156來量化。在量化過程中，按照比特率控制電路153輸出的控制信息來控制比特率。量化的DCT系數(shù)提供給逆量化電路163和“之”形掃描電路157。
在“之”形掃描電路157中，“之”形掃描并輸出DCT系數(shù)，并按照DC分量和低頻分量到高頻分量的順序，排列每個DCT塊的DCT系數(shù)。VLC電路158將此DCT系數(shù)形成變長碼并作為符合MPEG2的基本流輸出到輸出端159。輸出基本流是以宏塊為單位的變長碼編碼數(shù)據(jù)。
圖7A和7B示意性地示出“之”形掃描電路157和VLC編碼158的處理過程。如圖7A中所示，假定在DCT塊中，例如左上角表示DC分量，水平空間頻率和垂直空間頻率分別向右和向下方向升高。在“之”形掃描電路157中，DCT塊的每個DCT系數(shù)從左上角的DC分量開始沿水平和垂直空間頻率增大的方向進行“之”形掃描。
于是，在圖7B中所示的例子中，得到總共64個(8個象素×8行)DCT系數(shù)，它們按頻率分量的順序排列。這些DCT系數(shù)提供給VLC電路158，借此形成變長碼。即，這些系數(shù)中的第一個系數(shù)固定為DC分量，從下一個分量(AC分量)開始，各系數(shù)組合成一個連續(xù)行程和接續(xù)的電平，并且被指定了一個代碼，從而實現(xiàn)變長碼編碼。從低(低次)頻分量系數(shù)到高(高次)頻分量系數(shù)指定代碼AC1、AC2、AC3…，并如此排列。在本說明書中，具有低空間頻率的DCT系數(shù)由低次DCT系數(shù)來表示，具有高空間頻率的DCT系數(shù)由高次DCT系數(shù)來表示。
在VLC電路158變長碼編碼期間的編碼信息提供給比特率控制電路153。比特率控制電路153向量化電路156提供比特率控制信息，以便根據(jù)該代碼信息和上述統(tǒng)計處理電路152輸出的宏塊復雜度計算結(jié)果，獲得適于輸出的比特率。按照比特率控制信息，形成固定長度的GOP。
另外，提供給逆量化電路163的DCT系數(shù)被逆量化，并由逆DCT電路162解碼成圖像數(shù)據(jù)，然后提供給運動檢測電路160和運動補償電路161。
在此實施例中，僅采用了I畫面，并沒有使用P畫面和B畫面。因此，在上述MPEG編碼器102的結(jié)構(gòu)中，可以省略用于執(zhí)行幀間或場間運動補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，即，逆量化電路163、逆DCT電路162、運動補償電路161和運動檢測電路160。
MPEG編碼器102和SDTI接收電路105輸出的基本流由選擇器103選擇，并提供到流轉(zhuǎn)換器106。在流轉(zhuǎn)換器106中，重新排列所提供信號的DCT系數(shù)。也就是說，在每個宏塊內(nèi)，按照MPEG2規(guī)范以每個DCT塊頻率分量的順序排列的DCT系數(shù)，將以組成該宏塊的所有DCT塊的頻率分量的順序重新排列。
圖8A和8B示意性地示出了在流轉(zhuǎn)換器106中DCT系數(shù)的排列。例如，在NTSC制式的視頻信號的情況下，由于亮度信號Y和色度信號Cb和Cr之比為4∶2∶2，所以一個宏塊由亮度信號Y的4個DCT塊(DCT塊Y1、Y2、Y3和Y4)和色度信號Cb和Cr各自的2個DCT塊(DCT塊Cb1、Cb2、Cr1和Cr2)組成。
如上所述，在MPEG2編碼器102中，按照MPEG2規(guī)范執(zhí)行“之”形掃描。如圖8A所示，每個DCT塊的DCT系數(shù)是按照從DC分量和低頻分量到高頻分量的頻率分量順序排列的。在一個DCT塊的掃描結(jié)束后，按相同的方式，進行下一個DCT塊的掃描，并排列DCT系數(shù)。
具體地說，在該宏塊內(nèi)，按照從DC分量和低頻分量到高頻分量的頻率分量順序，排列每個DCT塊Y1、Y2、Y3和Y4和每個DCT塊Cb1、Cb2、Cr1和Cr2的DCT系數(shù)。然后，如上所述，為一個連續(xù)行程和接續(xù)電平構(gòu)成的一個集合指定一個代碼DC、AC1、AC2、AC3，…，以形成一個變長碼。
在流轉(zhuǎn)換器106中，通過解碼一次變長碼和檢測每個系數(shù)的界限，在組成宏塊的所有DCT塊上，按照頻率分量的順序?qū)ψ冮L碼編碼和排列的DCT系數(shù)進行重新排列。圖8B示出了這種情形。以跨越每個DCT塊的方式，按照從DC分量和低頻分量到高頻分量的頻率分量順序，即從低次系數(shù)到高次系數(shù)的順序，排列DCT系數(shù)。
具體地說，在該宏塊內(nèi)，以跨越每個DCT塊如DC(Y1)、DC(Y2)、DC(Y3)、DC(Y4)、DC(Cb1)、DC(Cb2)、DC(Cr1)、DC(Cr2)，AC1(Y1)、AC1(Y2)、AC1(Y3)、AC1(Y4)、AC1(Cb1)、AC1(Cb2)、AC1(Cr1)、AC1(Cr2)，…的方式，按照包含DC分量的各頻率分量的順序，排列DCT系數(shù)。在實際中，為一個連續(xù)行程和接續(xù)電平構(gòu)成的一個集合指定的一個代碼，按照各頻率分量的頻率進行排列。
下面將參照圖9、10和11A至11D，說明流轉(zhuǎn)換器106的處理過程。圖9示出了一例流轉(zhuǎn)換器106的結(jié)構(gòu)。圖10簡要示出圖9所示結(jié)構(gòu)的處理過程的流程圖。圖11A、11B、11C和11D示出流轉(zhuǎn)換器106內(nèi)的數(shù)據(jù)變換。
在圖9中，從端口50輸入的基本流提供給分離電路51。分離電路51將基本流分離成在宏塊層中包含的DCT系數(shù)部分和宏塊層或更高層的首標部分，即序列首標、GOP首標、畫面首標等(圖10的步驟S10)。宏塊層或更高層的首標部經(jīng)延遲電路52提供給多工器(MUX)53。
分離電路51分離出的DCT系數(shù)部提供給VLD(變長碼解碼器)電路54。然后，解碼變長碼，檢測DCT系數(shù)的界限，并提取相應(yīng)于各DCT系數(shù)的部分(圖10的步驟S11)。各DCT系數(shù)部分提供給轉(zhuǎn)換電路55。
在轉(zhuǎn)換電路55，執(zhí)行DCT系數(shù)的再排列。在圖11B所示的例子中，首標部與基本流是分置的(圖11A)，從低次系數(shù)到高次系數(shù)將提供給轉(zhuǎn)換電路55的DCT系數(shù)排列成DC、AC1、AC2、…。對各DCT塊以相同的方式重復這種排列。轉(zhuǎn)換電路55以跨越該宏塊內(nèi)每個DCT塊的方式，從低次系數(shù)到高次系數(shù)進行上述排列(圖10的步驟S12)。
具體地說，在圖11C所示的例子中，首先，提取各DCT塊中的DC分量，并按DCT塊的順序排列這些分量。接著，提取各DCT塊的初始低頻分量AC1，并按DCT塊的順序排列這些分量。這樣，在轉(zhuǎn)換電路55中，按照從DC分量和低頻分量開始的順序，從各DCT塊中提取對應(yīng)于頻率分量的DCT系數(shù)。如上所述，此DCT系數(shù)由為一個連續(xù)行程和接續(xù)電平構(gòu)成的一個集合指定的一個代碼組成。然后，按照各DCT塊的順序重新排列這些代碼的相應(yīng)次序。
具體地說，在轉(zhuǎn)換之前，按照排列成DC、AC1、AC2、…AC63的方式形成每個DCT塊的DCT系數(shù)(圖11B)。然而，如果按照此順序?qū)CT系數(shù)記錄在磁帶上，在諸如進行高速播放并且只得到中間塊數(shù)據(jù)的情況下，根本不能播放后半部的各DCT塊。因此，在本發(fā)明中，以跨越每個DCT塊如DC、DC、…、AC1、AC1、…、AC1、AC2、AC2、…、AC63、AC63、…、AC63的方式，從低次系數(shù)到高次系數(shù)重新排列DCT系數(shù)的順序(圖11C)。有了以這種方式再排列的流，即使在諸如只獲得中間塊數(shù)據(jù)的情況下，也能夠獲得每個DCT塊的低次系數(shù)即DC分量和低頻分量。因此，可以從丟失部分流的數(shù)據(jù)中獲得具有最高質(zhì)量的圖像。
以這種方式再排列的DCT系數(shù)提供給分組電路56，從中將單獨的DCT系數(shù)組合成一組。分組電路56中的分組處理與隨后的分組電路107的分組處理不同。
分組電路56的輸出提供給多工器53。然后，分組的DCT系數(shù)和宏塊層或更高層的首標部進行多路復合(圖11D)，后者經(jīng)延遲電路52延遲預定時間量后才提供給多工器53。轉(zhuǎn)換后的基本流中再排列的DCT系數(shù)和首標部相復合，該基本流輸出到端口57。
為了以最短的時間執(zhí)行流轉(zhuǎn)換，需要按照象素數(shù)據(jù)的時鐘速率來排列DCT系數(shù)，以使將當前信號與其前和后的信號相交換的總線得到足夠的傳輸速率。例如，假定象素速率為27MHz/bps(比特每秒)，一個象素長度為8個比特。由于變長碼編碼結(jié)果是使一個象素的最大長度是原來的3倍即24比特，所以帶寬要求是27MHz×24比特。這里，通過在81MHz×8比特或54MHz×16比特下執(zhí)行輸入和輸出，能夠降低此比特寬度，這就不必對宏塊的最大長度進行限制。
而且，若限制宏塊的最大長度，則得到的帶寬應(yīng)能夠使相應(yīng)量的數(shù)據(jù)在一個宏塊的傳輸時間內(nèi)被傳送。例如，如果宏塊的最大長度被限制為512字節(jié)，則應(yīng)在27MHz×8比特的帶寬下執(zhí)行接口操作。
此外，在流轉(zhuǎn)換器106中，若從外部提供非一個宏塊/片的基本流，則流轉(zhuǎn)換器106能夠?qū)⒋嘶玖鬓D(zhuǎn)換成一個宏塊/片(未示出)。例如，若從端口104輸入的基本流是一個帶/片，則流轉(zhuǎn)換器106將其轉(zhuǎn)換成一個宏塊/片。
此外，流轉(zhuǎn)換器106可以防止從外部提供的基本流超出本裝置的記錄比特率時出現(xiàn)上溢現(xiàn)象，所述記錄比特率即上述GOP單元(未示出)中的固定長度。例如，在流轉(zhuǎn)換器106中，可以將DCT系數(shù)的高次系數(shù)替換成零，并中斷該處理。
這里，在流轉(zhuǎn)換器106中，通過解碼DCT系數(shù)的變長碼來進行DCT系數(shù)的再排列，但本發(fā)明不受限于該例子。也就是說，可以重新排列已解碼變長碼的DCT系數(shù)。
這樣，流轉(zhuǎn)換器106就重新排列了輸入的基本流，并將轉(zhuǎn)換后的基本流提供給分組電路107。
基本流轉(zhuǎn)換前后宏塊的長度是一樣的。而且，在MPEG2編碼器102中，即使比特率控制使各GOP單元為固定長度，但從宏塊單位的角度上看，該長度也是可變的。在分組電路107中，將該宏塊分配給一個固定幀。
圖12A和12B示意性地示出分組電路107中一個宏塊的分組處理過程。將該宏塊分配給具有預定數(shù)據(jù)長度的一個固定幀，并納入該幀。若此時采用的該固定幀的數(shù)據(jù)長度等于同步塊長度，后者是在記錄和播放時的最小數(shù)據(jù)單位，這會有利于隨后的ECC編碼器108進行混洗和糾錯編碼。例如，以8個宏塊的間隔進行處理，并將號碼#1、#2、…、#8指定給每個宏塊。
圖12A示出一例變長碼編碼結(jié)果，其中8個宏塊的長度互不相同。在該例子中，宏塊#1的數(shù)據(jù)、宏塊#3的數(shù)據(jù)和宏塊#6的數(shù)據(jù)比一個作為固定幀的同步塊的長度要長，而宏塊#2的數(shù)據(jù)、宏塊#5的數(shù)據(jù)、宏塊#7的數(shù)據(jù)和宏塊#8的數(shù)據(jù)與之相比則短。而且，宏塊#4的數(shù)據(jù)長度近似等于一個同步塊的長度。
分組處理使宏塊納入一個同步塊長度的固定幀，并且在一個幀周期形成的整個數(shù)據(jù)為固定長度的數(shù)據(jù)。在圖12B示出的例子中，比一個同步塊長度長的宏塊在相應(yīng)于該同步塊長度的位置上被分割。將被分割宏塊的超出該同步塊長度的部分，從起始位置開始依次填充到隨后的未填充區(qū)域中。所述未填充區(qū)域是長度小于該同步塊長度的宏塊之后的部分。
在圖12B的例子中，宏塊#1的超出同步塊長度的部分被首先填充到宏塊#2之后的部分，若宏塊#2超過同步塊長度，則將超出的部分填充到宏塊#5之后的部分。接下來，宏塊#3的超出同步塊長度的部分被填充到宏塊#7之后的部分。此外，宏塊#6的超出同步塊長度的部分被填充列宏塊#7之后的部分，并且將仍超出同步塊長度的部分填充到宏塊#8之后的部分。這樣，就按照該同步塊的固定幀來填充每個宏塊。
流轉(zhuǎn)換器106能夠預先檢查各宏塊的長度。于是，在分組電路107中，不需要解碼VLC數(shù)據(jù)來檢查內(nèi)容，就能確定宏塊的結(jié)尾。
而且，當在磁帶上記錄分組數(shù)據(jù)時，指示宏塊長度的長度信息LT設(shè)置在固定幀的宏塊的開始處。在播放時，將按照此長度信息LT分組的數(shù)據(jù)相互連接以重構(gòu)宏塊數(shù)據(jù)。這稱作“拆組”。
分組電路107的輸出提供給ECC編碼器108。在ECC編碼器108中，當收集完一個GOP的數(shù)據(jù)時，就按照預定規(guī)則對固定幀長度的各塊進行混洗和再排列。然后，對于再排列后的各塊，將其在屏幕上的位置與在磁帶上記錄的位置相關(guān)聯(lián)?；煜刺幚硖岣吡藢τ谥T如磁帶的連續(xù)位置上出現(xiàn)的突發(fā)差錯的容限。上述的分組電路107可以具有混洗功能。
在執(zhí)行混洗處理時，將外校驗碼和內(nèi)校驗碼加入預定的數(shù)據(jù)單位(符號)中，并執(zhí)行采用乘積碼的糾錯編碼。首先，在預定數(shù)目的各塊中加入外校驗碼。接著，在包含外校驗碼的各塊中加入內(nèi)校驗碼。在加入內(nèi)校驗碼時利用了由與分組時的固定幀單位相同的數(shù)據(jù)序列組成的內(nèi)碼塊。然后，將DID、ID以及SYNC模式加入到各內(nèi)碼塊的開始處，以形成一個同步塊。
由內(nèi)校驗碼和外校驗碼所構(gòu)成的數(shù)據(jù)塊稱作“糾錯塊”。
加擾電路(未示出)加擾經(jīng)糾錯編碼的數(shù)據(jù)，并平均頻率分量。然后，將該數(shù)據(jù)提供給記錄放大器110，從而將其記錄并編碼，并轉(zhuǎn)換成適于在磁帶120上記錄的形式。在此實施例中，在記錄和編碼時采用了部分響應(yīng)預編碼器。記錄頭111將被記錄和編碼的數(shù)據(jù)記錄到磁帶120上。
下面將說明播放時的處理過程。在播放頭130播放磁帶120上記錄的信號。播放信號提供給播放放大器131，均衡器將放大后的數(shù)據(jù)重構(gòu)成數(shù)字數(shù)據(jù)，并執(zhí)行部分響應(yīng)解碼。此時，利用維特比解碼方法可以降低誤碼率。
播放放大器131輸出的播放數(shù)字數(shù)據(jù)提供給ECC解碼器132。在ECC解碼器132中，首先檢測SYNC模式，并提取一同步塊。利用內(nèi)校驗碼內(nèi)碼校正該同步塊內(nèi)的內(nèi)碼塊，并按照ID將其寫入存儲器(未示出)的預定地址上。當出現(xiàn)的差錯超過了糾錯碼的糾錯能力時，就假定不能校正該差錯，并為該符號設(shè)立一個差錯標記。這樣，當結(jié)束一個GOP數(shù)據(jù)的內(nèi)碼校正時，就利用寫入存儲器的數(shù)據(jù)進行外碼校正。
按相同的方式，當出現(xiàn)的差錯超過了糾錯碼的糾錯能力時，就設(shè)立一個差錯標記。由外碼校正的該差錯標記提供給下述的流轉(zhuǎn)換器134。
按此方式對已糾錯的數(shù)據(jù)進行逆混洗，并重構(gòu)數(shù)據(jù)的地址，也就是說，在記錄時，由于在糾錯編碼之前按照預定規(guī)則進行了混洗操作，所以這里要進行其逆過程，以便按正確的順序重新排列數(shù)據(jù)。然后，逆混洗的數(shù)據(jù)提供給拆組電路133。
拆組電路133重構(gòu)在記錄時由上述分組電路107分組的宏塊。即，連接對應(yīng)于宏塊的同步塊和宏塊的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以便按照在諸如有效負載開始處記錄的長度信息LT，重構(gòu)原始宏塊。
當執(zhí)行磁帶120播放速度大于記錄速度的高速播放時，或者，當執(zhí)行播放帶速不同于記錄速度的變速播放時，在旋轉(zhuǎn)頭的跟蹤角和螺線軌道之間的關(guān)系會變化，因而不能夠準確跟蹤某個軌道。因此，由于不能獲得一個GOP的所有信號，所以不能執(zhí)行拆組處理。因此，要以同步塊為單位進行播放。此時，按照長度信息LT填充到短于該同步塊長度的宏塊之后部分的數(shù)據(jù)被置成例如0。此外，可以執(zhí)行內(nèi)校驗碼的糾錯處理，也可以按照ID進行逆混洗處理。
拆組電路133輸出的轉(zhuǎn)換后的基本流提供給流轉(zhuǎn)換器134。在流轉(zhuǎn)換器134中，執(zhí)行流轉(zhuǎn)換器106處理的逆處理。即，在流轉(zhuǎn)換器134中，將按頻率分量順序排列的DCT系數(shù)按照每個DCT塊的頻率分量的順序重新排列。于是，轉(zhuǎn)換后的基本流被反轉(zhuǎn)成符合MPEG2的基本流。
在播放側(cè)的流轉(zhuǎn)換處理中，在轉(zhuǎn)換之前，要按照ECC解碼器132獲得的外碼校正的差錯標記，執(zhí)行差錯處理。即，當確定出在轉(zhuǎn)換前宏塊中間數(shù)據(jù)中有差錯時，就不能重構(gòu)在該差錯位置后的頻率分量的DCT系數(shù)。因此，例如，可將該差錯位置上的數(shù)據(jù)替換為塊結(jié)尾(EOB)代碼，并將此后的頻率分量的DCT系數(shù)置成0。按相同的方式，在高速播放時，也只重構(gòu)同步塊長度范圍內(nèi)的DCT系數(shù)，并將該長度范圍之外的系數(shù)替換成0數(shù)據(jù)。
由于在全部DCT塊上從DC分量和低頻分量到高頻分量排列各DCT系數(shù)，所以即使以這種方式忽略了在特定位置之后的DCT系數(shù)，也能夠在所有組成該宏塊的各個DCT塊上，從DC分量和低頻分量開始排列各DCT系數(shù)。
而且，按照記錄側(cè)的宏塊最大長度，預先獲得足夠的流轉(zhuǎn)換器輸入和輸出的傳輸速率(帶寬)。若沒有限制宏塊長度，則最好獲得三倍象素速率的帶寬。
流轉(zhuǎn)換器134輸出的基本流提供給例如SDTI傳輸電路135，借此將基本流形成為加入有同步信號等的預定信號格式，并作為符合SDTI和MPEG2的基本流輸出到輸出端136。
此外，流轉(zhuǎn)換器134輸出的基本流還提供給MPEG2解碼器137。雖然圖中未示出，但MPEG2解碼器137具有普通MPEG2解碼器的結(jié)構(gòu)。MPEG2解碼器137解碼基本流，將其作為數(shù)字視頻信號輸出到輸出端138。
播放側(cè)的流轉(zhuǎn)換器134可以具有與記錄側(cè)流轉(zhuǎn)換器106相同的結(jié)構(gòu)。而且，由于播放時其處理與流轉(zhuǎn)換器106的處理相同，所以為了簡化起見省略了其詳細說明。
在播放側(cè)的流轉(zhuǎn)換處理中，需要按照ECC解碼器132獲得的外校驗碼的差錯標記，在轉(zhuǎn)換之前執(zhí)行差錯處理。也就是說，當確定出在轉(zhuǎn)換前宏塊中間數(shù)據(jù)中有差錯時，就不能重構(gòu)在該差錯位置后的頻率分量的DCT系數(shù)。因此，例如，可將該差錯位置上的數(shù)據(jù)替換為塊結(jié)尾(EOB)代碼，并將此后的頻率分量的DCT系數(shù)置成0。按相同的方式，在高速播放時，也只重構(gòu)同步塊長度范圍內(nèi)的DCT系數(shù)，并將該長度范圍之外的系數(shù)替換成0數(shù)據(jù)。
由于在全部DCT塊上從DC分量和低頻分量到高頻分量排列各DCT系數(shù)，所以即使以這種方式忽略了在特定位置之后的DCT系數(shù)，也能夠在所有組成該宏塊的各個DCT塊上，排列各DCT系數(shù)。
而且，按照記錄側(cè)的宏塊最大長度，預先獲得足夠的流轉(zhuǎn)換器輸入和輸出的傳輸速率(帶寬)。若沒有限制宏塊長度，則最好獲得三倍象素速率的帶寬。
流轉(zhuǎn)換器134輸出的基本流提供給例如SDTI傳輸電路135，借此將基本流形成為加入有同步信號的預定信號格式，并作為符合MPEG2的基本流輸出到輸出端136。
此外，流轉(zhuǎn)換器134輸出的基本流還提供給MPEG2解碼器137。雖然圖中未示出，但MPEG2解碼器137具有普通MPEG2解碼器的結(jié)構(gòu)。MPEG2解碼器137解碼基本流，將其作為數(shù)字視頻信號輸出到輸出端138。
在上面的說明中，雖然描述的是將本發(fā)明應(yīng)用于對每個DCT塊“之”形掃描各DCT系數(shù)的情況，但本發(fā)明不受限于此例子。本發(fā)明還可以應(yīng)用于對每個DCT塊的DCT系數(shù)進行其它掃描的情況。
此外，在上述的說明中，雖然描述的是從亮度信號Y的DCT塊開始重新排列DCT系數(shù)的情況，但本發(fā)明不受限于此例子，并且重新排列的起始DCT塊是任意的。
如到此為止所述的，按照本發(fā)明，當按照MPEG方式壓縮和編碼視頻數(shù)據(jù)并記錄在磁帶的螺線磁道上時，宏塊中按照每個DCT塊的頻率分量順序排列的DCT系數(shù)，重新排列成跨越各DCT塊的頻率順序。因此，即使在播放時進行播放帶速高于記錄帶速的高速播放且只播放了各螺線軌道的部分數(shù)據(jù)的情況下，從DC分量開始向宏塊內(nèi)的每個DCT塊提供DCT系數(shù)。因此，其優(yōu)點在于，能夠有效利用播放數(shù)據(jù)獲得高質(zhì)量的播放圖像。
在不脫離本發(fā)明實質(zhì)和范圍的情況下，可以構(gòu)建不同的本發(fā)明實施例。應(yīng)明白，本發(fā)明不受限于在此說明書中描述的實施例。相反，本發(fā)明應(yīng)覆蓋本發(fā)明實質(zhì)和范圍內(nèi)包含的各種修改和等效形式。應(yīng)廣義地理解權(quán)利要求書所限定的范圍，它包含所有的這些修改、等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種信號處理裝置，用于將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
2.一種用于處理DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的信號處理裝置，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)開始到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序排列的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)數(shù)據(jù)到所述高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
3.如權(quán)利要求1和2之一所述的信號處理裝置，還包括解碼設(shè)備，用于解碼變長碼編碼的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)排列，其中，所述轉(zhuǎn)換設(shè)備根據(jù)所述解碼設(shè)備的解碼結(jié)果，重新排列所述變長碼編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)。
4.一種信號處理方法，用于將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理方法包括轉(zhuǎn)換步驟，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)列高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
5.一種用于處理DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的信號處理方法，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述信號處理方法包括轉(zhuǎn)換步驟，用于將以跨越一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)開始到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序排列的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)數(shù)據(jù)到所述高次系數(shù)數(shù)據(jù)的順序。
6.一種用于記錄DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的記錄裝置，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述記錄裝置包括轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；分組設(shè)備，用于通過為每個所述宏塊將所述轉(zhuǎn)換設(shè)備重新排列的所述系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀來進行分組，并且依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；糾錯編碼設(shè)備，用于對所述分組設(shè)備分組的相應(yīng)于多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；以及記錄設(shè)備，用于將所述糾錯編碼設(shè)備糾錯編碼的數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)上。
7.如權(quán)利要求6所述的記錄裝置，還包括解碼設(shè)備，用于解碼變長碼編碼的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)排列，其中，所述轉(zhuǎn)換設(shè)備根據(jù)所述解碼設(shè)備的解碼結(jié)果，重新排列所述變長碼編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)。
8.一種用于播放在記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)的播放裝置，所述數(shù)據(jù)按下述方式記錄在所述記錄介質(zhì)上，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊的每一個DCT塊上分別進行DCT，以產(chǎn)生DCT系數(shù)數(shù)據(jù)；將DCT系數(shù)數(shù)據(jù)以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)到高次DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；為每個宏塊將重新排列的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀；依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；以及，對分組的多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；所述播放裝置包括播放設(shè)備，用于播放在記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)；糾錯設(shè)備，用于通過解碼所述播放設(shè)備播放的所述數(shù)據(jù)的采用乘積碼的糾錯代碼來執(zhí)行糾錯；拆組設(shè)備，用于通過連接所述糾錯設(shè)備糾錯后的相應(yīng)各宏塊數(shù)據(jù)來重構(gòu)一個宏塊；轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越所述拆組設(shè)備重構(gòu)的一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序排列的所述DCT系數(shù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序。
9.如權(quán)利要求8所述的播放裝置，還包括解碼設(shè)備，用于解碼所述變長碼編碼的所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)排列，其中，所述轉(zhuǎn)換設(shè)備根據(jù)所述解碼設(shè)備的解碼結(jié)果，重新排列所述變長碼編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)。
10.一種記錄和播放裝置，在記錄介質(zhì)上記錄DCT系數(shù)數(shù)據(jù)并從記錄介質(zhì)中播放DCT系數(shù)，所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)按下述方式產(chǎn)生，即，將視頻數(shù)據(jù)中包含的每個幀分成多個宏塊，并在所分成的每個宏塊中包含的多個DCT塊組成的區(qū)間上分別進行DCT，以產(chǎn)生所述DCT系數(shù)數(shù)據(jù)，所述記錄和播放裝置包括第一轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將為每個DCT塊單獨編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)的排列，以跨越一個宏塊內(nèi)多個所述DCT塊的方式，重新排列成從低次所述系數(shù)數(shù)據(jù)到高次所述系數(shù)數(shù)據(jù)的順序；分組設(shè)備，用于通過為每個所述宏塊將所述轉(zhuǎn)換設(shè)備重新排列的所述系數(shù)數(shù)據(jù)分配給一個固定長度幀來進行分組，并且依次將超出所述固定長度幀的部分分派到隨后的所述固定長度幀中未填充的部分；糾錯編碼設(shè)備，用于對所述分組設(shè)備分組的相應(yīng)于多個所述固定長度幀的數(shù)據(jù)進行采用乘積碼的糾錯編碼；記錄設(shè)備，用于將所述糾錯編碼設(shè)備糾錯編碼的數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)上；播放設(shè)備，用于播放在所述記錄介質(zhì)上記錄的數(shù)據(jù)；糾錯設(shè)備，用于通過解碼所述播放設(shè)備播放的所述數(shù)據(jù)的采用乘積碼的糾錯代碼來執(zhí)行糾錯；拆組設(shè)備，用于通過連接所述糾錯設(shè)備糾錯后的相應(yīng)各宏塊數(shù)據(jù)來重構(gòu)一個宏塊；第二轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將以跨越所述拆組設(shè)備重構(gòu)的一個宏塊內(nèi)多個DCT塊的方式、按照從低次DCT系數(shù)到高次系數(shù)的順序排列的所述DCT系數(shù)的排列，為每個所述DCT塊單獨重新排列成從所述低次系數(shù)到所述高次系數(shù)的順序。
11.如權(quán)利要求10所述的記錄和播放裝置，還包括解碼設(shè)備，用于解碼所述變長碼編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)排列，其中，所述第一和第二轉(zhuǎn)換設(shè)備根據(jù)所述解碼設(shè)備的解碼結(jié)果，重新排列所述變長碼編碼的DCT系數(shù)數(shù)據(jù)。
12.一種流處理裝置，用于將源編碼流轉(zhuǎn)換成適于變速播放的流，所述流處理裝置包括提取設(shè)備，用于通過分析所述源編碼流來從中提取DCT系數(shù)；再排列設(shè)備，用于將從所述源編碼流提取的DCT系數(shù)的排列，重新排列成從具有低空間頻率的DCT系數(shù)到具有高空間頻率的DCT系數(shù)的順序，以使從所述源編碼流提取出的DCT系數(shù)的排列成為適于變速播放的排列；以及分組設(shè)備，用于將所述重新排列的DCT系數(shù)分組到固定長度幀。
13.一種流處理方法，用于將源編碼流轉(zhuǎn)換成適于變速播放的流，所述流處理方法包括步驟通過分析所述源編碼流來從中提取DCT系數(shù)；將從所述源編碼流提取的DCT系數(shù)的排列，重新排列成從具有低空間頻率的DCT系數(shù)到具有高空間頻率的DCT系數(shù)的順序，以使從所述源編碼流提取出的DCT系數(shù)的排列成為適于變速播放的排列；以及將所述重新排列的DCT系數(shù)分組到固定長度幀。
全文摘要
一種流轉(zhuǎn)換裝置,將源編碼流的DCT系數(shù)排列轉(zhuǎn)換成適于變速播放的排列。其中,從MPEG基本流分離出首標部,并通過在形成一個宏塊的多個DCT塊的區(qū)間上“之”形掃描來提取出從低次到高次空間頻率排列的DCT系數(shù)。在整個該區(qū)間上從低次到高次重新排列這些系數(shù),將其在流中分組后加入所分離的首標部,以形成轉(zhuǎn)換后的基本流并記錄。由于這樣可利用低次DCT系數(shù)來解碼,所以在高速或變速播放時,即使宏塊中有差錯,也能獲得高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)。
文檔編號G11B20/10GK1251967SQ9912151
公開日2000年5月3日 申請日期1999年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月16日
發(fā)明者富樫治夫 申請人:索尼公司