CN1669308A - 利用增强层的交替流标识对hd－dvd的基本和增强层的交织 - Google Patents

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Abstract

一种使用第一和第二流标识来提供数字记录的多个版本的方法。所述方法可以包括对具有表示数字记录的第一版本的数据的基本层进行编码的步骤。可以利用可以是0xE0的第一流标识，对基本层进行编码。所述方法还可以包括对具有能够与基本数据进行组合以表示数字记录的第二版本的增强数据的增强层进行编码的步骤。可以利用可以是0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD或0xFE的第二流标识，对增强层进行编码。可以对所述基本和增强层进行复用。

Description

利用增强层的交替流标识对HD-DVD的基本和增强层的交织
相关申请的交叉引用
本申请要求2002年7月16日递交的题为“Hybrid MPEG-2/H.26LScalability for HD-DVD”的美国临时专利申请序列号60/396,397和2002年12月3日递交的题为“Hybrid Scalable CODEC For Single DiscSD/HD-DVD”的美国临时专利申请序列号60/430,558的权益，其全部内容在此一并作为参考。
技术领域
本发明大体上涉及用于视频***的方法和设备，更具体地，涉及数字视频盘(DVD)存储介质。
背景技术
DVD(数字视频盘或数字通用盘)是能够比CD-ROM存储更多数据的光盘技术。具体地，利用传统的红色激光技术，单层DVD可以在每侧上保存4.7GB的数据，而双层DVD可以在每侧上保存9.0GB的数据。作为比较，CD-ROM可以保存大约600MB的数据。由于其巨大的存储容量及其使用的便利性，DVD已经快速地成为针对视频重放的优选存储介质，取代了录像带和激光盘。具体地，典型的DVD视频可以利用MPEG-2文件压缩，在一侧上保存133分钟的电影。DVD的另一侧通常用于DVD标识和标签目的。
对于记录在DVD上的电影，存在两种可能的主要显示格式，即具有16∶9或4∶3长宽比的标准清晰度(SD)和具有16∶9长宽比的高清晰度(HD)。但是，因为典型的单层DVD只能在一侧上保存最多133分钟的SD电影，通常只以两种显示格式之一提供DVD视频。然而，在一些情况下，将DVD的两侧用于提供这两种显示格式。具体地，可以在DVD的一侧上提供电影的标准清晰度版本，而在另一侧上提供电影的高清晰度版本。不幸地，当将DVD的两侧用于数据存储时，几乎没有空间能够用于DVD标识和标签。因此，需要能够用于在DVD的单侧上存储电影的SD和HD版本的DVD存储技术。此外，这种DVD应当与现有的SD-DVD播放器兼容。
发明内容
本发明涉及一种使用第一和第二流标识来提供数字记录的多个版本的方法。所述方法可以包括对具有表示数字记录的第一版本的数据的基本层进行编码的步骤。可以利用可以是0xE0的第一流标识，对基本层进行编码。所述方法还可以包括对具有能够与基本数据进行组合以表示数字记录的第二版本的增强数据的增强层进行编码的步骤。可以利用可以是0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD或0xFE的第二流标识，对增强层进行编码。可以对所述基本和增强层进行复用。例如，可以对所述基本和增强层进行交织。
基本层编码可以是实质上类似于MPEG-2的格式的。增强层编码可以是实质上类似于H.264的格式的。此外，数字记录的第二版本可以包括高清晰度节目内容。可以将基本层和增强层存储在存储介质的单侧，例如，在数字视频盘(DVD)上。
本发明还涉及一种DVD介质。所述DVD介质可以包括具有表示数字记录的第一版本的基本数据的基本层。可以利用可以是0xE0的第一流标识，对基本层进行编码。所述DVD介质还可以包括具有能够与基本数据进行组合以表示数字记录的第二版本(例如，具有高清晰度节目内容的版本)的增强数据的增强层。可以利用可以是0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD或0xFE的第二流标识，对增强层进行编码。此外，可以对所述基本和增强层进行复用。例如，可以对所述基本和增强层进行交织。
可以将所述基本层和所述增强层存储在DVD介质的单侧上。在一种结构中，可以将基本层和增强层存储在多层DVD的不同物理层上。可以按照实质上类似于MPEG-2的格式存储基本数据，以及可以按照实质上类似于H.264的格式存储增强数据。
附图说明
图1是示出了有利于理解本发明的混合可缩放编码器的方框图。
图2是示出了以增强视频数据交织标准清晰度视频数据的方法的概念图。
图3是可以与图1所示的编码器一起使用的下采样算法的方框图。
图4是可以与图1所示的编码器一起使用的变换系数的方框图。
图5是可以与图1所示的编码器一起使用的插值算法的方框图。
图6是示出了有利于理解本发明的混合可缩放解码器的方框图。
具体实施方式
本发明的实施例描述了可缩放视频编码方案，其能够允许将如电影或其他显示等标题的多个版本存储在单一的存储介质上。例如，将标题的一个标准清晰度(SD)版本和一个高清晰度(HD)版本存储在单一数字视频盘(DVD)上。具体地，可以利用与现有SD-DVD播放器兼容的压缩方案，如MPEG-2，对表示SD版本的SD数据进行编码，并存储在DVD上，作为基本层。此外，可以按照具有与现有SD-DVD播放器兼容的流标识(SD标识符)的视频流(SD视频流)来存储SD版本。例如，分配给SD视频流的流标识可以是0xE0。
可以利用提供了比MPEG-2更大压缩的压缩方案，如H.264，对表示标题的HD版本的HD数据进行编码，并存储在DVD上，作为增强层。此外，可以按照具有不同于SD标识符的流标识(HD标识符)的视频流(HD视频流)来存储HD版本。在优选结构中，HD标识符可以是目前未被MPEG使用的标识符。例如，HD标识符可以是作为针对专用流2而保留的流标识的0xBF，或者HD标识符可以在作为保留标识的0xFA到0xFE的范围内。然而，本发明并不局限于此，流标识符可以随着编码标准的发展而改变。
因此，能够生产与SD-DVD播放器和混合HD-DVD播放器兼容的DVD。在可以由SD-DVD播放器寻址基本层的同时，可以由HD-DVD播放器寻址基本和增强层。可以利用SD和HD流标识符，区分与增强层有关的数据和与基本层有关的数据。
参照图1，示出了能够将如视频标题等原始HD序列解析为基本数据流和增强数据流的混合可缩放编码器(编码器)100的典型方框图。可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现编码器100。例如，编码器100可以包括执行程序代码并处理数据的一个或多个处理器。这种处理器可以是中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)或任何其他合适的处理器。编码器100可以包括分解单元110、基本编码器112、SD帧缓冲器114、插值器116、求和模块118、斩波器120、HD帧缓冲器122和增强编码器124。
分解单元110可以将原始HD序列解析为基本象素和增强象素。基本象素可以是表示序列的SD版本的象素。增强象素可以是能够与基本象素重新组合以表示序列的HD版本的象素。
基本编码器112可以将基本象素编码成能够由SD-DVD识别的格式，并输出基本数据比特流。类似地，增强编码器124可以利用适当的编码方案，对增强象素进行编码，并输出增强数据比特流。在优选结构中，由编码器112、124提供的压缩方案应当提供足够的编码效率，以便将SD数据和增强数据存储在DVD的单侧上。因此，DVD的一侧可以用于标签的目的。例如，基本编码器112可以利用MPEG-2格式，对基本象素进行编码。能够用于对增强数据进行编码的压缩方案是H.264的修改版本，也被成为JVT、MPEG-4 Part 10或AVC，或任何其他适当的压缩方案。尽管MPEG-2也可以用于对增强数据进行编码，MPEG-2不能提供与如H.264等其他压缩方案一样多的压缩。因此，将MPEG-2用于编码增强数据可能限制存储在DVD上的标题的HD版本的长度或质量。
在使用H.264的修改版本的示例中，修改可以包括能够在运动补偿期间使用的额外滤波步骤。此外，可以按照与针对非可缩放H.264扫描变换系数的次序不同的次序，扫描变换系数。新的扫描次序可以将标识象素块的基本层系数放置在相关联的增强层系数前。还可以对编码模式加以限制。
应当注意，音频/视频压缩方案是本领域的技术人员所公知的。显然，MPEG和H.26x均是针对视频和音频压缩的发展标准集合。MPEG标准由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)提出，目前包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7。MPEG-21目前正在研发。H.26x标准由国际电信联盟-电信标准化部(ITU-T)提出，目前包括H.261、H.262、H.263和H.264。当然，视频和音频编码标准是持续发展的。因此，本领域的普通技术人员将意识到本发明并不局限于这里所提及的特定编码标准。
继续图1，SD帧缓冲器114可以是与基本编码器112相关联的数据缓冲器，用于对由基本编码器112创建的重构基本象素进行缓冲。在产生具有预测和双向帧的画面组(GOP)时，基本编码器112顺序引用这种重构基本象素。此外，SD帧缓冲器114可以暂时存储重构基本象素，直到其被转发到编码器100中的其他组件为止。
插值器116将重构基本象素块插值到尺寸与HD象素块兼容的象素块中。例如，插值器116可以将11×9的重构基本象素块插值到16×16的重构基本象素块中。然后，分解单元110可以从原始HD序列中的相关象素块中减去16×16的重构基本象素块。
此外，求和模块118可以将16×16的重构象素块与由增强编码器124产生的重构增强象素块相加，以产生求和象素块。斩波器120可以将求和象素块调整为可用值。例如，斩波器120可以将8比特求和象素限制在-128和127之间的值。HD帧缓冲器122可以缓冲求和象素块，以便由增强编码器124在创建增强数据比特流中的画面组中使用。
最后，数据存储器126可以设置用于存储基本数据比特流和增强数据比特流。数据存储器126可以是光学存储介质、磁存储介质、磁光存储介质、电存储介质或能够存储数字数据的任何其他存储介质。例如，在一个结构中，数据存储器126可以是DVD。DVD可以是单层的或多层的。此外，DVD可以在一侧或双侧包含数据。在另一结构中，数据存储器126可以是其他存储类型的，如硬盘驱动器(HDD)、RAM等。在这种结构中，可以从数据存储器126向一个和多个DVD传送基本和增强数据流。
可以将基本数据比特流记录在DVD上，作为基本层，并向其分配0xE0的流标识。可以将增强数据比特流记录在DVD上，作为增强层，并向其分配0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD或0xFE的流标识。可以将流标识符存储在与用于存储数据比特流的DVD的物理扇区相关联的分组报头中。
在一个结构中，可以对基本层和增强层进行复用，从而使SD-DVD播放器能够读取和解码基本层，而混合HD-DVD播放器能够读取和解码这两个层。在另一结构中，可以将基本层和增强层存储在多层DVD的不同物理层中。
在优选实施例中，通过对基本层和增强层进行交织来进行复用。参照图2，可以将基本层(VOBB)205中的视频对象分为基本交织单元(ILVUB)，以及可以将增强层(VOBE)210中的视频对象分为增强交织单元(ILVUE)。显然，每个交织单元可以具有一个和多个视频对象单元(VOBU)。可以按照交替的方式，将基本交织单元和增强交织单元存储在DVD上，以创建交织视频对象串215。由此可见，优选的是，存在几乎相等数量的基本交织单元和增强交织单元。为了减少实现交织单元的无缝回放所需的缓冲和处理量，优选的是，与基本交织单元相关联的回放时间近似等于与增强交织单元相关联的回放时间。
例如，基本层中的视频对象可以包括交织视频对象单元ILVUB1、ILVUB2、ILVUB3等。类似地，增强层中的视频对象可以包括交织视频对象单元ILVUE1、ILVUE2、ILVUE3等。在这种情况下，可以按照以下次序交织视频对象单元：ILVUB1、ILVUE1、ILVUB2、ILVUE2、ILVUB3、ILVUE3。
可以将时标添加到基本层和增强层上。例如，添加到基本和增强层上的第一时标可以是解码器时标(DTS)，同步视频的解码，以确保能够在适当的时间回放视频。第二时标可以是显示时标(PTS)，可以用于协调视频流内的画面的显示。因此，可以使视频的显示与标题的相关音频部分同步。可以将PTS和DTS时标存储在每个打包基本流(PES)的报头中。可以具有与存储介质上的每个物理扇区相关联的一个报头。这些时标可以与相关内(I)画面相关联。
DVD的无缝分支方案典型地通过提供多节目链来进行操作。每个节目链可以提供视频回放的可选版本。节目链典型地包含作为对视频对象内的单元的指针的有序集合的节目。每个单元可以与一个和多个交织单元相关联。节目链可以将单元链接在一起，并指示要以何种次序播放单元。重要地，单独的单元可以由多于一个节目链使用。
在本发明中，可以创建至少两个节目链(PGC)，一个用于DVD的SD回放，而另一个是能够用于DVD的HD回放的增强节目链。SD节目链可以由SD-DVD播放器识别，并可以将与基本交织单元相关联的单元链接在一起。因此，SD节目链可以用于产生用于回放的SD比特流。
增强节目链可以由混合HD-DVD播放器识别。在一个结构中，可以提供增强节目链，而不具有指定的入口点。可以设计增强节目链，从而可以将增强节目链与SD节目链进行融合，以形成混合节目链。可以在HD-DVD识别出特定的盘是混合HD-DVD时，形成混合节目链。在这种结构中，混合节目链可以按照适合于HD回放的次序，将与基本交织单元相关联的单元和与增强交织单元相关联的单元链接在一起。
在可选结构中，增强节目链可以将与增强交织单元相关联的单元链接在一起，并可以用于产生增强比特流。可以将增强比特流与SD比特流融合，以产生针对HD回放的HD比特流。
参照图3，示出了能够由分解单元执行以产生基本象素的下采样算法300。示意性地，可以将表示为A16×16的原始HD块310分别分为4个8×8的子块320、330、340和350。可以分别由8×8整数变换器321、331、341和351对每个子块并行应用8×8整数变换。接下来，可以分别由低频子块提取器322、332、342和352对每个已变换子块执行低通滤波。低通滤波可以从8×8子块中提取出低频变换系数。然后，可以分别由零填充模块323、333、343和353将进行了低通滤波的子块零填充为5×4子块。然后，可以分别由5×4逆变换器324、334、344和354对每个零填充子块应用逆变换，以提供构成了新块312的新子块325、335、345和355。然后，由可以与11×9零填充器316相连的10×8整数变换器314对新块312应用整数变换。零填充器316可以依次与提供了由B11×9表示的基本层象素的11×9逆变换器318相连。
可以将如图3所示的全部变换编码为单一的矩阵变换，使其能够作为两步处理来实施该过程。所述两步处理可以包括针对水平下采样的、与第一下采样矩阵的后乘法，之后是针对垂直下采样的、与第二下采样矩阵的前乘法。可选地，可以首先执行前乘法，之后执行后乘法。这两步分解提供了增强和基本层之间的分辨率的更大的灵活性。
提供用于水平和垂直下采样的矩阵将依赖于被编码到基本层中的系数。因此，如果系数选择是自适应的，将需要矩阵的多个版本，或者将需要额外的处理步骤，以完成下采样。
现在，参照图4，示出了变换系数的8×8子块400，对应于如图3所示的子块320、330、340和350。8×8子块400可以包括左上部410，其可以包括由低频子块提取出的最重要的变换系数。剩余的变换系数可以用于创建增强层412。在一个结构中，左上部可以是变换系数的5×4子块。但是，左上部也可以小于5×4子块。因此，可以利用比适合用于基本层的编码方案更为有效的编码方案，在增强层中，对8×8子块400的绝大部分进行编码。此外，可以对较少数量的基本层系数进行编码，以便在基本层中，针对给定的基本层比特率，给出更好的精确度。因此，不需要在增强层中精炼这些系数。显然，针对基本层的系数选择可以是预定的或自适应的。
参照图5，示出了能够由插值器执行的插值算法500，用于将重构基本象素块转换为尺寸与HD象素块兼容的象素块。算法500包括11×9整数变换器510，用于变换B11×9的重构版本，表示为B’11×9。模块510可以与截断B’11×9中的象素值的10×8截断模块512相连。还提供10×8逆变换模块514，输出中间模块516。中间模块516可以包括四个细分的子块560、570、580和590。可以分别由5×4整数变换器562、572、582和592对每个子块应用整数变换。接下来，可以分别由8×8零填充器564、574、584和594对已变换子块进行零填充。然后，可以分别由8×8逆变换器566、576、586和596对进行了零填充的已变换子块进行逆变换，以形成相应的新子块568、578、588和598。新子块568、578、588和598可以共同构成块518，表示为B’16×16。
对于分解，可以利用矩阵变换，按照两步来提供插值。第一步可以包括与第一插值矩阵的前乘法以垂直插值，然后，可以执行第二步，包括与第二插值矩阵的后乘法以水平插值。这两步处理提供了增强和基本层之间的分辨率的更大灵活性。可以按照任何顺序执行前乘法和后乘法，尽管对于编码器和解码器，执行乘法的顺序应当相同。此外，如果系数选择是自适应的，将需要矩阵的多个版本，或者将需要额外的处理步骤，以完成插值。
参照图6，示出了能够用于解码基本数据比特流和增强数据比特流以产生能够被转发给一个或多个视频显示器的SD和HD视频流的混合可缩放解码器(解码器)600。可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现解码器600。例如，解码器600可以包括执行程序代码并处理数据的一个或多个处理器。这种处理器可以是中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)或任何其他合适的处理器。解码器600可以包括基本解码器610、SD帧缓冲器612、插值器614、增强解码器616、求和模块618、斩波器620、HD帧缓冲器622和增强编码器124。
基本解码器610可以接收基本数据比特流，例如，在其已经由回放接口从DVD读出之后，并将基本数据比特流解码成未压缩的格式。例如，基本解码器610可以将基本数据比特流从MPEG-2格式解码成具有由在解码处理中重构出的象素形成的SD帧的亮度和色度视频流。然后，可以将亮度和色度视频流转发给显示器，或者编码成其他格式，例如，编码成NTSC、PAL、SECAM、S-video或任何其他适当的格式。可以将基本解码器610与用于在解码处理期间缓冲标准清晰度帧的SD帧缓冲器612相连。SD帧缓冲器612还可以提供适合于SD显示的输出。
增强解码器616可以解码增强数据比特流，例如，在其已经由回放接口从DVD读出之后，并将增强数据比特流解码成未压缩的格式。例如，增强解码器616可以将增强数据比特流从H.264格式解码成能够与重构SD象素块组合以便用在产生HD视频流中的增强象素块。
插值器614可以接收来自基本解码器610的重构基本象素，并将重构基本象素块插值为尺寸与HD象素块兼容的象素块。例如，插值器614可以将11×9的基本象素块插值成16×16的基本象素块。插值处理可以遵循与如图5所示的插值处理大部分相同的插值算法。
求和模块618可以将由插值器614产生的基本象素与由增强编码器616产生的象素块相加，以产生重构HD帧。斩波器620可以将重构HD帧中的象素值调整为可用值。例如，斩波器620可以将8比特求和象素限制在-128和127之间的值。HD帧缓冲器622可以缓冲重构HD帧，以便在解码处理期间，由增强解码器616用在创建增强象素中。HD帧缓冲器还可以提供适用于HD显示的输出。例如，输出可以提供具有重构HD帧的亮度和色度视频流。
可以以硬件、软件或硬件和软件的组合实现本发明。可以以一个计算机***中的集中式的形式或以其中不同组件分布在几个互连计算机***中的分布式的形式实现本发明。任何类型的计算机***或适用于执行这里所描述的方法的其他设备均是适当的。硬件和软件的典型组合可以是通用计算机***与计算机程序的组合，当加载和执行计算机程序时，控制所述计算机***，从而使其执行这里所描述的方法。
还能够在计算机程序产品中嵌入本发明，所述计算机程序产品包括能够实现这里所描述的方法的全部特征，并在被加载到计算机***中时，其能够实现这些方法。上下文中的计算机程序表示用于使具有信息处理能力的***直接或在以下步骤中的一个或全部之后执行特定功能的指令组的以任意语言、代码或符号的任何表述：a)转换为另一语言、代码或符号；b)以不同的材料形式再现。
在不偏离本发明的精神或其本质属性的前提下，可以按照其他形式具体实现本发明。因此，应当参照所附的权利要求，而不是前述说明书，来指示本发明的范围。

Claims (21)

1、一种提供数字记录的多个版本的方法，包括以下步骤：
使用第一流标识，对包括表示数字记录的第一版本的基本数据的基本层进行编码；以及
使用第二流标识，对包括能够与所述基本数据进行组合以表示数字记录的第二版本的增强数据的增强层进行编码。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一流标识是0xE0。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二流标识是从由0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD和0xFE构成的组中选择出的至少一个值。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括对所述基本层和所述增强层进行复用的步骤。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括对所述基本层和所述增强层进行交织的步骤。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将所述基本层和所述增强层存储在存储介质的不同物理层上的步骤。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述编码所述基本层步骤还包括以实质上类似于MPEG-2的格式编码所述基本数据的步骤。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述编码所述增强层步骤还包括以实质上类似于从由H.264构成的组中选择的至少一个格式的格式编码所述增强数据的步骤。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于数字记录的所述第二版本包括高清晰度节目内容。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述基本层和所述增强层存储在所述存储介质的单侧上。
11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述存储介质是数字视频盘(DVD)。
12、一种DVD介质，包括：
具有第一流标识并包括表示数字记录的第一版本的基本数据的基本层；以及
具有第二流标识并包括能够与所述基本数据进行组合以表示所述数字记录的第二版本的增强数据的增强层。
13、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于所述第一流标识是0xE0。
14、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于所述第二流标识是从由0xBF、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD和0xFE构成的组中选择出的至少一个值。
15、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于对所述基本层和所述增强层进行复用。
16、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于对所述基本数据和所述增强数据进行交织。
17、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于以实质上类似于MPEG-2的格式存储所述基本数据。
18、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于以实质上类似于H.264的格式设置所述增强数据。
19、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于所述数字记录的所述第二版本包括高清晰度节目内容。
20、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于将所述基本层和所述增强层存储在DVD介质的单侧上。
21、根据权利要求12所述的DVD介质，其特征在于所述DVD介质是多层DVD，以及将所述基本层和所述增强层存储在所述多层DVD的不同物理层上。
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