DE60104013T2 - Transkodierung von progressiv-kodierten i-slice-aufgefrischten mpeg datenströmen für trickmodi - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Codieren und Decodieren von MPEG-Digitalvideo (z. B. für Digitalfernsehen). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren und Geräte zum Transcodieren von fortschreitenden I-Slice aufgefrischten Moving Pictures Expert Group (MPEG)-Datenströmen zu auf dem I-Frame basierenden Datenströmen, um „Trickwiedergabe"-Modi auf einem Fernsehgerät zu erleichtern. Trickwiedergabe-Modi umfassen Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen, Standbildanzeige und dergleichen.
- Um das Konzept fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenströme zu verstehen, ist es notwendig, einige Grundlagen über den typischen auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom zu verstehen. MPEG erhält viel von seiner Fähigkeit zur Datenverdichtung durch das Senden von lediglich den Veränderungen zwischen verschiedenen Videoframes. Eine erste Art Frame, bekannt als ein Prädiktions- oder „P"-Frame, enthält ein gekürztes Set von Daten, das durch den Decodierer verwendet wird, um einen ganzen Frame aus einem vorherigen „P"-Frame oder aus einem vorherigen vollständigen Frame (einem intracodierten „I"-Frame) in dem Videostrom vorherzusagen. Der Strom trägt lediglich „Feinabgleich"-Information, um Fehler von einer annähernden Prädiktion zu korrigieren. Ein I-Frame wird ohne Bewegungsprädiktion verdichtet. Folglich kann ein vollständiger Videoframe von einem I-Frame rekonstruiert werden, ohne Bezug auf einen beliebigen anderen Frame. Auf diese Weise werden Fehler bei den vorherigen Frame Prädiktionen eliminiert, sobald ein I-Frame eintrifft und decodiert wird. Bidirektionale „B"-Frames sind wie P-Frames, außer dass die Prädiktion nicht nur von dem vorherigen I- oder P-Frame vorgenommen wird, sondern auch von dem nächsten. Auf diese Weise codierte MPEG-Datenströme werden hier als „auf dem I-Frame basierende MPEG-Datenströme" bezeichnet. Ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom kann mit einer optionalen Gruppe von Bildern (GOP)-Anfangskennsatz starten, gefolgt von einem I-Frame. Der Videoframe kann von der GOP rekonstruiert werden, ohne Bezug auf andere Frame-Information.
- Bei fortschreitend aufgefrischten Strömen, wie sie etwa im gemeinschaftlich innegehaltenen US Patent 5,057,916 an Krause et al. mit dem Titel "Method and Apparatus for Refreshing Motion Compensated Sequential Video Images" gelehrt werden, wird jeweils eine Region der aufeinanderfolgenden Videoabbilder aufgefrischt. Eine verschiedenartige Region in jeder der Vielzahl von Videoabbildern wird ohne Datenverdichtung während eines Auffrischzyklus kommuniziert. Auf diese Weise wird ein durch die Region definierter Bildbereich durch die nicht verdichteten Regionen während des Auffrischzyklus fortschreitend aufgefrischt. Die Datenverdichtung von Videoabbildern kann gesteuert werden, um zu verhindern, dass Daten, die in Regionen enthalten sind, die während eines gegenwärtigen Auffrischzyklus noch nicht aufgefrischt sind, Daten, die in Regionen enthalten sind, die während des gegenwärtigen Auffrischzykluses aufgefrischt worden sind, ungewollt verfälschen.
- Wenn ein MPEG-Codierer im fortschreitenden Auffrischmodus verwendet wird, werden die I-Frames in Slices zerbrochen und über die übertragenen P-Frames als I-Slices verteilt. Auf diese Weise codierte MPEG-Datenströme werden hier als „fortschreitende I-Slice aufgefrischte MPEG-Datenströme" bezeichnet. Das Verteilen der I-Slices über mehrere P-Frames gleicht die Bitrate aus und stellt kein Problem dar, wenn der Strom aufeinanderfolgend wiedergegeben wird. Wenn jedoch versucht wird, Trickwiedergabe-Modi in einem fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstrom zu implementieren, erfordert der Mangel an I-Frames entweder extrem große Pufferspeicher für einige Abbildungen im Wert von Daten, oder der Strom muss vollständig decodiert und dann erneut als ein auf dem I-Frame basierender Strom codiert werden, was zu einem Qualitätsverlust führt. Dieses zusätzliche Decodieren und erneute Codieren erfordert ebenfalls extra Hardware, wodurch extra Kosten für das Fernsehgerät entstehen (z. B. Set-Top-Terminal, persönlicher vielseitiger Recorder und dergleichen). Gegenwärtig existieren keine im Handel erhältlichen Systeme, um Trickwiedergabe-Modi auf fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen durchzuführen. Dokument US-A-5 717 816 offenbart ein Gerät und ein Verfahren für die Auswahl von Daten zur Verwendung in einem VTR Trickwiedergabe-Ablauf in einem System, das intracodierte Video-Frames verwendet.
- Die gemeinschaftlich innegehaltene, gleichzeitig anhängige U.S. Patentanmeldung Nr. 09/196,709, eingereicht am 20. November 1998, offenbart Techniken für das Spleißen von Videodaten in fortschreitenden I-Slice aufgefrischten verdichteten Bitströmen für z. B. das Einfügen von Werbespots in einen Videostrom. Das Einfügen von Werbespots, das Einfügen von Werbung, Studiorouting, das Schalten der Kamera, Bandschnitt und dergleichen sind grundlegende Abläufe bei Fernsehproduktion und Rundfunk. Bei gegenwärtigen analogen Systemen findet das Schalten im vertikalen Intervall des Videosignals statt. Mit dem Aufkommen des digitalen Fernsehens, wie es zum Beispiel in den MPEG-Standards implementiert ist, ist das Schalten oder „Spleißen" bei verdichteten Bitströmen sehr kompliziert. Um derartige Abläufe zu erleichtern, definiert der MPEG-2-Standard „Spleißpunkte", an denen Punktsignale (z. B. ein Werbespot) durch ein anderes Signal (z. B. ein Hauptprogramm) in einem Videostrom ersetzt werden können.
- Die Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) arbeitet gegenwärtig an einem Normentwurf zum Spleißen von MPEG-2-Transportströmen. Siehe zum Beispiel die vorgeschlagene SMPTE Norm PT20.02/010, "Splice Points for MPEG-2 Transport Streams", zweiter Entwurf, Juli 1997, hier unter Bezugnahme aufgeführt.
- Es gibt verschiedene Gründe, warum das Spleißen von auf dem I-Frame basierenden MPEG-Video schwieriger ist als das Schalten von unverdichtetem Video. Wie oben erörtert erfordert das Decodieren eines B-Frames nicht nur den vorherigen I- oder P-Frame, sondern auch den nächsten. Zum Zweck des Spleißens bedeutet dies, dass, während es möglich ist, einen alten Strom nach jedem beliebigen P- oder I-Frame zurückzulassen, es nicht möglich ist, den Strom nach einem B-Frame zurückzulassen, da dies den Rückwärtsprädiktionsbezugsrahmen für diesen B-Frame abschneiden würde. Von dem Bitstrom aus gesehen bedeutet dies, dass ein erster Videostrom nur zurückgelassen werden kann, wenn ein P- oder I-Frame und alle B-Frames (falls vorhanden), die unmittelbar folgen, durchgelaufen sind.
- Die Angelegenheit wird weiter erschwert, wenn der verdichtete MPEG-Datenstrom ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom anstatt ein auf dem I-Frame basierender Strom ist. Für das Einfügen von Werbespots oder für Schaltzwecke wird verdichtetes Video aus einer ersten Quelle durch verdichtetes Video aus einer zweiten Quelle an einem vorher definierten Einfügungspunkt im Videodatenstrom ersetzt. Wenn das Video aus entweder der ersten oder der zweiten Quelle oder beiden unter Verwendung von I-Slices fortschreitend aufgefrischt wird, dann werden fortschreitende auffrischbezogene Bildfehler an einer oder beiden Grenzen zwischen dem ersten und zweiten Quellenvideo erscheinen. Wie detailliert in der gemeinschaftlich innegehaltenen, gleichzeitig anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 09/196,709, oben vermerkt, erörtert, kann das Problem der fortschreitenden, auffrischbezogenen Bildfehler gelöst werden, indem mit dem Verarbeiten von einem Frame, der vor der Einfügungszeit eingefügt werden soll, begonnen wird. Zuerst wird das einzufügende Video vor dem Einfügungspunkt ausreichend dekomprimiert, um die Wiederherstellung und erneute Datenverdichtung eines ersten einzufügenden Frames zu ermöglichen. Wie oben angemerkt ist der „erste einzufügende Frame" der erste Frame in der Codierordnung und nicht notwendigerweise der erste Frame in der Anzeigeordnung. Sobald dieser Frame dekomprimiert worden ist, wird er erneut als ein intracodierter I-Frame verdichtet. Derartige intracodierte Frames können ohne Bezugnahme auf jeden beliebigen anderen Frame rekonstruiert werden, und unterliegen daher keinem fortschreitenden Auffrischen. Nachdem der wiederhergestellte erste Frame als ein I-Frame erneut verdichtet worden ist, wird er als der erste am Einfügungspunkt eingefügte erste Frame verwendet.
- Es wäre vorteilhaft, ein Verfahren und ein Gerät zum Ermöglichen von Trickwiedergabe-Modi auf fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen und anderen Arten von fortschreitend aufgefrischten Datenströmen zu ermöglichen. Es wäre weiter vorteilhaft, ein derartiges Schema bereitzustellen, bei dem das erforderliche Verarbeiten zum Transcodieren, um Trickwiedergabe-Modi zu ermöglichen, minimiert wird, um Echtzeitleistung zu erlauben. Es wäre vorteilhaft, Techniken zu verwenden, die denen ähnlich sind, die zum Einfügen von Werbespots in fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen verwendet werden, um Trickwiedergabe-Modi auf einem PVR oder einer ähnlichen Vorrichtung, die fortschreitende I-Slice aufgefrischte MPEG-Datenströme empfängt, zu ermöglichen.
- Das Verfahren und das Gerät, wie Jeweils in Anspruch 1 und in Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung definiert, stellen die vorangehenden und andere Vorteile bereit.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die Erfindung stellt das Transcodieren von fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen in auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenströme bereit, um Trickwiedergabe-Modi auf einem Fernsehgerät zu ermöglichen, einschließlich Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen oder Standbildanzeigen wie etwa für Filmindexierung (Kapitel). Ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom mit über mehrere P-Frames verteilten I-Slices wird durch ein Fernsehgerät empfangen. Die P-Frames werden von dem Decodierer decodiert, um die I-Slices wiederherzustellen, die einen vollständigen I-Frame ausmachen. Die wiederhergestellten I-Slices werden in einen vollständigen I-Frame assembliert (z. B. durch einen Prozessor). Der vollständige I-Frame wird an einem Codierer codiert. Ein ausgewählter P-Frame im MPEG-Datenstrom wird durch den codierten I-Frame ersetzt, um einen auf dem codierten I-Frame basierenden Datenstrom bereitzustellen. Der auf dem I-Frame basierende Datenstrom wird für die Verwendung im Trickwiedergabe-Modus gespeichert.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorliegende Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den angehängten Zeichnungsfiguren beschrieben werden, wobei gleiche Elemente mit gleichen Zahlen bezeichnet werden, und:
-
1 ein Beispiel eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten Datenstroms zeigt; -
2 ein Flussdiagramm, das eine Verfahrensweise zum Transcodieren eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms in einen auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, zeigt; -
3 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und -
4 ein Flussdiagramm, das eine weitere Verfahrensweise zum Transcodieren eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms in einen auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, zeigt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die hier folgende detaillierte Beschreibung stellt lediglich bevorzugte exemplarische Ausführungsformen bereit und soll den Bereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung nicht einschränken. Die hier folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen stellt den Fachleuten eher eine ermöglichende Beschreibung zum Implementieren einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bereit. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist, abzuweichen.
- Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Geräte zum Transcodieren von fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen in auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenströme bereit, um Trickwiedergabe-Modi bei zum Beispiel einem Fernsehgerät wie etwa einem persönlichen vielseitigen Recorder (PVR), einem Set-Top-Terminal, einem digitalen Videorecorder, einem digitalen Fernseher, einem Personal-Computer oder einer ähnlichen Vorrichtung zu erleichtern. Derartige Trickwiedergabe-Modi können zum Beispiel Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen und Standbildanzeige (z. B. zur Filmregistrierung) beinhalten. Derartige Merkmale sind besonders bei der Verwendung mit Videoabruf (VOD)-Diensten vorteilhaft.
- Es sollte von den Fachleuten jedoch verstanden werden, dass, obwohl die Erfindung in Verbindung mit MPEG-Datenströmen beschrieben wird, die Erfindung benutzt werden kann, um Trickwiedergabe-Modi zu ermöglichen, wo jede beliebige Art von fortschreitend aufgefrischten Datenströmen empfangen wird. Zusätzlich versteht es sich, dass zum Zweck der vorliegenden Erörterung die Begriffe „Frame" und „Videoframe" in einem allgemeinen Sinn verwendet werden, um einen Teil eines Videosignals oder eines Stroms zu bezeichnen, von dem andere Abschnitte unter Verwendung von beispielsweise einem I-Frame, P-Frame oder B-Frame rekonstruiert werden. Obwohl folglich typischerweise ein „Frame" ein „vollständiger" Videoframe sein wird, ist es nicht beabsichtigt, die Bedeutung von diesem auf einen vollständigen Videoframe zum Zweck der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen, da Implementierungen existieren oder entwickelt werden können, in denen z. B. Teilrahmen, Feld, Teilfeld oder anderes Verarbeiten verwendet wird. Bezüglich des Verarbeitens von Video auf einem Feld-Niveau statt auf einem Frame-Niveau versteht es sich, dass I-Felder, P-Felder und B-Felder verwendet werden können. In solchen Fällen entsprechen diese Felder den weitläufigen Bezeichnungen „Frame" und „Videoframe", wie sie beim Frame Verarbeiten von Videosignalen verwendet werden, oder sollen durch diese Bezeichnung abgedeckt werden.
- Die vorliegende Erfindung stellt das Transcodieren von fortschreitenden I- Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen in auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenströme bereit, um Trickwiedergabe-Modi auf einem Fernsehgerät zu ermöglichen. Der fortschreitende, auf dem I-Slice basierende Auffrischmodus weist weder einen GOP-Anfangskennsatz auf, noch weist er irgendwelche I-Frames auf. Der gesamte Strom ist als eine „PBBPBBPBBPBBP..."-Sequenz aufgebaut, wobei „P" P-Frames darstellt und „B" B-Frames darstellt.
-
1 zeigt ein Beispiel eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms. Der I-Frame ist in Slices geteilt und als I-Slices gleichmäßig über die P-Frames hinweg verteilt. In dem in1 gezeigten Beispiel ist ein I-Frame in vier I-Slices20 ,25 ,30 und35 geteilt. Die vier I-Slices20 ,25 ,30 und35 sind über vier P-Frames P1, P4, P7 und P10 verteilt. Durch das Verteilen des I-Frames als I-Slices über mehrere P-Frames auf diese Weise kann die unterbrochene Datenrate von einem I-Frame über mehrere P-Frames gemittelt werden. Mit anderen Worten wird die sofortige Bitrate über jeden Frame hinweg ausgeglichen. B-Frames werden auf die gleiche Weise codiert wie im auf dem I-Frame basierenden Auffrischmodus. Die Platzierung der B-Frames ist in1 als B2, B3, B5, B6, B8 und B9 angezeigt. Das Rekonstruieren eines P-Frames erfordert den vorherigen Frame. Mit einer fortschreitenden I-Slice aufgefrischten Angehensweise kann keine Vorhersage darüber getroffen werden, wie viele Frames erforderlich sind, um ein Bild aufzubauen. Der „Auffrischrate"-Parameter kann jedoch z. B. von zwei bis zweiunddreißig Frames im Codierer eingestellt werden. Die Auffrischrate beträgt die Anzahl aller vollständigen Frames in einem Auffrischzyklus. Dies bedeutet, dass im Durchschnitt die „Auffrischrate" Anzahl der Frames erforderlich ist, um einen vollständigen Satz I-Slices zu sammeln und ein vollständiges Videobild aufzubauen. Es versteht sich jedoch, dass dieser Auffrischrate-Parameter bei anderen Codiererentwürfen variieren kann. - In dem in
1 gezeigten Beispiel ist eine Auffrischrate von 10 angezeigt, wobei die P-Frames P1, P4, P7 und P10 unter sechs B-Frames (B2, B3, B5, B6, B8 und B9) vermischt werden, so dass 10 vollständige Frames erforderlich sind, bevor ein Bild unter Verwendung von allen vier I-Slices20 ,25 ,30 und35 vollständig aufgefrischt ist. Das in P-Frame P1 enthaltene I-Slice20 stellt Referenzmakroblöcke bereit, die verwendet werden, um Bewegungsvektoren zu schaffen, die die Inhalte des P-Slice40 in P-Frame P4 vorhersagen. Auf die gleiche Weise stellen das in P-Frame P4 enthaltene I-Slice25 und P-Slice40 Referenzmakroblöcke bereit, die verwendet werden können, um die Inhalte des in P-Frame P7 enthaltenen P-Slice45 vorherzusagen. Auf ähnliche Weise stellen das in P-Frame P7 enthaltene I-Slice30 und P-Slice45 Referenzmakroblöcke bereit, die verwendet werden können, um die Inhalte des in P-Frame P10 enthaltenen P-Slice50 vorherzusagen. Das in P-Frame P10 enthaltenen I-Slice35 und P-Slice50 stellen den nächsten P-Frame (nicht gezeigt) mit Referenzmakroblöcken für den vorhergesagten Teil des Bilds bereit. - Das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung ist, einen P-Frame aus dem fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstrom durch einen vollständigen I-Frame alle „Auffrischrate" (N) Anzahl von Frames zu ersetzen. Der Rest des Stroms wird unverändert bleiben. Dieser neue auf dem I-Frame basierende Strom wird zum Speichern auf einer Festplatte (oder einer anderen Speichervorrichtung von hoher Kapazität wie etwa einer optischen Vorrichtung oder einer anderen jetzt oder hiernach bekannten vergleichbaren Speichervorrichtung) registriert, und das Verzeichnis macht es leicht für den Prozessor, die richtigen Daten zum Decodieren in den Trickwiedergabe-Modi abzurufen.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom10 mit über mehrere P-Frames verteilten I-Slices (z. B. wie in Verbindung mit1 beschrieben) wird an einem Fernsehgerät empfangen. Die P-Frames werden aus dem Datenstrom10 extrahiert (d. h. kopiert) (Schritt100 ). Der vollständige eingehende Datenstrom10 wird ebenfalls zwischengespeichert (Schritt101 ). Die extrahierten P-Frames werden decodiert (Schritt102 ), um die I-Slices wiederherzustellen, die einen vollständigen I-Frame ausmachen. Fachleute werden erkennen, dass die P-Frames nur teilweise decodiert werden müssen, um die I-Slices wiederherzustellen, obwohl der gesamte P-Frame decodiert werden kann, um die I-Slices wiederherzustellen, falls gewünscht. Die wiederhergestellten I-Slices werden in einem Rahmenpufferspeicher gespeichert (Schritt103 ). Sobald alle I-Slices, die einen vollständigen I-Frame ausmachen, wiederhergestellt worden sind, werden die I-Slices in einen vollständigen I-Frame assembliert und codiert (Schritt104 ). Die decodierte P-Frame-Information kann verworfen werden. Ein ausgewählter P-Frame im zwischengespeicherten MPEG-Datenstrom wird durch den vollständigen I-Frame ersetzt, um einen auf dem codierten I-Frame basierenden Datenstrom bereitzustellen (Schritt105 ). Der auf dem I-Frame basierende Datenstrom200 wird für die Verwendung im Trickwiedergabe-Modus gespeichert. - Wie wahlweise in
2 gezeigt, können, um die Bitrate des resultierenden auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstroms zu reduzieren, die extrahierten P-Frames unter Verwendung von Bewegungsschätzungstechniken erneut codiert werden, um die I-Slices zu entfernen (wahlweiser Schritt106 ), und diese erneut codierten P-Frames können in den zwischengespeicherten Datenstrom anstelle des ursprünglichen P-Frames bei Schritt105 erneut eingefügt werden. Alternativ kann bei Schritt106 jeder P-Frame erneut als ein I-Frame codiert werden, und jeder beliebige der P-Frames oder alle können mit derartigen I-Frames bei Schritt105 ersetzt werden. - In einer beispielhaften in
3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden fortschreitende I-Slice aufgefrischte MPEG-Datenströme transcodiert, um Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale auf einem Fernsehgerät (z. B. einer Transcodiervorrichtung) zu ermöglichen. Ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom10 mit über mehrere P-Frames verteilten I-Slices wird von einem Fernsehgerät300 (z. B. einem Empfänger210 ) empfangen. Die P-Frames werden durch den Decodierer220 decodiert, um die I-Slices, die einen vollständigen I-Frame ausmachen, wiederherzustellen. Die wiederhergestellten I-Slices werden in einen vollständigen I-Frame assembliert (z. B. durch einen Prozessor230 ). Der vollständige I-Frame wird am Codierer250 codiert. Ein ausgewählter P-Frame im MPEG-Datenstrom wird durch den codierten I-Frame (z. B. über Multiplexer255 ) ersetzt, um einen auf dem codierten I-Frame basierenden Datenstrom200 bereitzustellen. Der auf dem I-Frame basierende Datenstrom200 wird für die Verwendung im Trickwiedergabe-Modus gespeichert. - Der Speicher
240 kann auf dem Fernsehgerät300 bereitgestellt sein, um die wiederhergestellten I-Slices zwischenzuspeichern, während die P-Frames decodiert werden, bis die erforderlichen I-Slices, um einen vollständigen I-Frame zu assemblieren, aus den decodierten P-Frames wiederhergestellt sind. Zusätzlich kann der Speicher240 bereitgestellt werden, um den eingehenden Datenstrom10 zwischenzuspeichern, um es dem Prozessor zu ermöglichen, den vollständigen I-Frame in den Datenstrom anstelle des ausgewählten P-Frames einzufügen. Der Fachmann wird verstehen, dass die Speichervorrichtung240 als zwei separate Speichervorrichtungen implementiert werden kann, ein Pufferspeicher zum Speichern der wiederhergestellten I-Slices und ein Pufferspeicher zum Speichern des eingehenden Datenstroms10 . - Der auf dem I-Frame basierende Datenstrom
200 kann zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus auf der Speichervorrichtung240 (oder einer anderen Speichervorrichtung), die sich auf dem Fernsehgerät300 befindet, gespeichert werden, oder kann auf eine Speichervorrichtung außerhalb des Fernsehgeräts300 übertragen werden. Der auf dem I-Frame basierende Datenstrom200 kann zum Beispiel auf einem persönlichen vielseitigen Recorder (PVR), einem digitalen Videorecorder, einem Set-Top-Terminal, einem digitalen Fernseher, einem Personal-Computer oder einer ähnlichen Vorrichtung gespeichert werden. - An der Stelle, an der der Decodieren
220 eine N Anzahl von P-Frames decodiert, um die I-Slices, die den vollständigen I-Frame ausmachen, wiederherzustellen, kann der codierte I-Frame in den MPEG-Datenstrom10 anstelle des Nten P-Frames eingefügt werden. Wenn zum Beispiel, wie in1 gezeigt, die I-Slices20 ,25 ,30 und35 für einen vollständigen I-Frame über vier P-Frames (P1, P4, P7 und P10) verteilt werden, kann der vollständige I-Frame in den Datenstrom anstelle des vierten P-Frames P10 eingefügt werden. Ein vollständiger I-Frame kann den ausgewählten P-Frame mindestens einmal pro Auffrischzyklus ersetzen. - In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können ein oder mehrere zusätzliche P-Frames decodiert werden, um zusätzliche I-Slices wiederherzustellen. Diese zusätzlichen I-Slices ermöglichen die Assemblierung zusätzlicher vollständiger I-Frames, die dann in den MPEG-Datenstrom
10 bei einer programmierbaren Rate eingefügt werden können. Unter Fortführung des Beispiels aus1 , das vier I-Slices20 ,25 ,30 und35 verwendet, um einen vollständigen I-Frame auszumachen, da jeder zusätzliche P-Frame ein zusätzliches I-Slice enthalten wird, kann dieses zusätzliche I-Slice mit den I-Slices aus den drei vorherigen P-Frames kombiniert werden, um einen zusätzlichen vollständigen I-Frame bereitzustellen. In1 kann zum Beispiel, nachdem Frame P10 decodiert ist, der nächste P-Frame (nicht gezeigt) decodiert werden, um das darin enthaltene I-Slice wiederherzustellen. Dieses I-Slice kann dann mit den drei vorherigen I-Slices25 ,30 und35 kombiniert werden, um einen zusätzlichen vollständigen I-Frame bereitzustellen. Dabei wird vorausgesetzt, dass sich die Position jedes I-Slice in der Reihe von vier I-Slices in1 bei jeder nachfolgenden Reihe von vier I-Slices wiederholt, so dass die Bildabschnitte in der gleichen Reihenfolge (d. h. der Abschnitt des durch das fünfte I-Slice aufgefrischten Bilds ist der gleiche wie der durch das fünfte I-Slice aufgefrischte) aufgefrischt werden. - Ferner können zusätzliche I-Frames in den auf dem I-Frame basierenden Datenstrom
200 in einem programmierbaren Intervall eingefügt werden. Jeder der decodierten P-Frames kann zum Beispiel als ein I-Frame erneut codiert und in den auf dem I-Frame basierenden Datenstrom10 erneut eingefügt werden. Das Einfügen zusätzlicher I-Frames in den Datenstrom stellt mehr Zugriffspunkte bereit und ermöglicht eine genauere Registrierung für Trickwiedergabe-Modi. - Die Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale können mindestens entweder Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen oder Standbildanzeige beinhalten. „Springen" kann zum Beispiel zehn Sekunden rückwärts Überspringen, dreißig Sekunden vorwärts Überspringen, Instant Replay oder das Springen zu Kapiteln oder Lesezeichen (z. B. bei einer DVD) sein.
- In einer alternativen Ausführungsform kann der Decodierer
220 bestimmen, ob der eingehende Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom oder ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist. In dem Fall, dass der Datenstrom ein auf dem I Frame basierender MPEG-Datenstrom ist, kann der Datenstrom (z. B. in Speicher240 oder einer Speichervorrichtung außerhalb) zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus ohne weiteres Verarbeiten gespeichert werden. Zusätzliche I-Frames können in den auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom unter Verwendung des oben beschriebenen Vorgangs vor dem Speichern des Datenstroms zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus eingefügt werden. In dem Fall, dass der MPEG-Datenstrom ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist, wird der Datenstrom zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus, wie oben erörtert, verarbeitet. - Das Fernsehgerät
300 kann eine selbständige Transcodiervorrichtung sein oder kann als Teil eines persönlichen vielseitigen Recorders (PVR), einer digitalen Videoaufnahmevorrichtung, eines Set-Top-Terminals, eines digitalen Fernsehers, eines Personal-Computers oder dergleichen implementiert sein. - Die extrahierten P-Frames können unter Verwendung von Bewegungsschätzungstechniken erneut codiert werden, um die I-Slices zu entfernen. Diese erneut codierten P-Frames können dann in den Datenstrom anstelle der ursprünglichen P-Frames eingefügt werden. Eine derartige Verfahrensweise erfordert zusätzliche Verarbeitungsleistung, reduziert aber die Gesamtbitrate des resultierenden auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstroms
200 . -
4 zeigt ein Flußdiagramm, das eine spezifische Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Auffrischrate N des Systems wird eingestellt und ein Zähler n wird auf null (301 ) eingestellt. Der eingehende MPEG-Transportstrom wird gelesen (305 ). Das Vorhandensein eines Bildanfangskennsatzes wird bestimmt (310 ). In dem Fall, dass kein Bildanfangskennsatz ermittelt wird, wird der Transportstrom umgangen (315 ) und der Vorgang wird wiederholt. Wenn ein Bildanfangskennsatz ermittelt wird, wird der Transportstrom gespeichert (320 ). Die Bildcodierungsart wird bestimmt (325 ) (d. h. ob I-, P-, oder B-Frames vorhanden sind). - Wenn der Transportstrom ein auf einem B-Frame basierender Strom ist, wird der I-Frame decodiert und in einem Pufferspeicher (
330 ) gespeichert. Der auf dem I-Frame basierende Strom kann dann zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus ohne weiteres Verarbeiten ausgegeben (335 ) werden, wie oben erörtert. Der Zähler wird auf n = 0 (340 ) eingestellt, und der Vorgang kann wiederholt werden. - Wenn die Bildcodierungsart das Vorhandensein von B-Frames ermittelt, wird der auf dem B-Frame basierende Strom gespeichert (
345 ) und der Zähler wird um n = n + 1 (350 ) erhöht. Der Vorgang wird dann wiederholt. - Wenn die Bildcodierungsart das Vorhandensein von P-Frames ermittelt, werden die P-Frames decodiert (
355 ), um I-Slices wiederherzustellen, wie oben erörtert. Der Zähler wird um n = n + 1 (360 ) erhöht. Die Auffrischrate N wird mit n (365 ) verglichen. Wenn n weniger als die Auffrischrate ist, wird der P-Bildstrom gespeichert370 und der Vorgang wird wiederholt, bis n größer ist als die Auffrischrate N (bis ein vollständiger Auffrischzyklus durchgelaufen ist und alle I-Slices für einen vollständigen I-Frame wiederhergestellt worden sind). Sobald bestimmt ist, dass n größer Ist als n, wird der vollständige I-Frame codiert und in dem Strom anstelle eines P-Frames (375 ) platziert. Der auf dem I-Frame basierende Strom wird für die Verwendung im Trickwiedergabe-Modus ausgegeben. Der Zähler kann dann auf n = 0 (340 ) eingestellt und der Vorgang wiederholt werden. - Wie oben erörtert, können die P-Frames unter Verwendung von Bewegungsschätzungstechniken ebenfalls erneut codiert werden, um die I-Slices (
380 ) zu entfernen, um die Bitrate zu reduzieren. Der auf dem P-Frame basierende Strom kann dann ausgegeben (385 ) und der Vorgang wiederholt werden. - Eine Simulation des transcodierenden Algorithmus der vorliegenden Erfindung zeigte einen mäßigen Anstieg der Bitrate für den auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom
200 im Vergleich zu dem eingehenden fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstrom, aber keinen sichtbaren Verlust bei der Videoqualität nach dem Transcodieren. Die Erfindung kann unter Verwendung eines MPEG-Decodierers, der einen flexiblen Verarbeitungskern aufweist, implementiert werden, so dass der transcodierende Algorithmus in Microcode implementiert werden kann. Dies ermöglicht einfaches und schnelles Schalten zwischen progressiven I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen und auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenströmen. Es wird angenommen, dass dieser Algorithmus am besten in einem auf einem Prozessor basierenden MPEG-2 Decodierchip wie etwa die auf RISC basierenden Broadcom Decodierchips oder den TeraLogic MPEG-2-Decodierchips durchgeführt werden kann. Weitere Implementierungen werden den Fachleuten selbstverständlich offensichtlich sein, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. - Es sollte nun ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Transcodieren von fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen oder dergleichen in auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenströme bereitstellt, um die Wiedergabe des Trickwiedergabe-Modus zu ermöglichen. Die Erfindung kann zur Verwendung mit einem persönlichen vielseitigen Recorder und einer Kabelfernseh Set-Top-Box implementiert werden. Die Erfindung senkt die Kosten und verbessert die Qualität zum Bereitstellen von PVR Dienst in jedem beliebigen Videoverteilungsystem, das den fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG Codiermodus genauso wie andere Arten von fortschreitend aufgefrischten Datenströmen verwendet.
- Obwohl die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass zahlreiche Angleichungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung, wie in den Ansprüchen aufgeführt, zu verlassen.
Claims (27)
- Ein Verfahren zum Transcodieren von fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenströmen, um Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale auf einem Fernsehgerät zu ermöglichen, das die folgenden Schritte beinhaltet: das Empfangen eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms am Gerät, wobei die I-Slices über mehrere P-Frames verteilt sind; das zumindest teilweise Decodieren der P-Frames, um die I-Slices, die einen vollständigen I-Frame ausmachen, wiederherzustellen; das Assemblieren der wiederhergestellten I-Slices in einen vollständigen I-Frame; das Codieren des vollständigen I-Frames; das Ersetzen eines ausgewählten P-Frames im MPEG-Datenstrom durch den codierten I-Frame, um einen auf einem I-Frame basierenden MPEG-Datenstrom bereitzustellen; und das Speichern des auf dem I-Frame basierenden MPEG-Datenstroms zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, das Folgendes beinhaltet: das Speichern von Jedem wiederhergestellten I-Slice im Speicher, wenn jeder P-Frame decodiert wird, bis alle I-Slices, die erforderlich sind, um einen vollständigen I-Frame zu assemblieren, aus den decodierten P-Frames wiederhergestellt sind.
- Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das Folgendes beinhaltet: das Speichern des empfangenen fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der auf dem I-Frame basierende Datenstrom auf einem persönlichen vielseitigen Recorder (PVR), einem digitalen Videorecorder, einem Set-Top-Terminal, einem digitalen Fernseher oder einem Personal-Computer gespeichert wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: eine Anzahl N der P-Frames decodiert wird, um die I-Slices, die den vollständigen I-Frame ausmachen, wiederherzustellen; und der codierte I-Frame in den MPEG-Datenstrom anstelle des N-ten P-Frames eingefügt wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei: ein oder mehrere zusätzliche P-Frames decodiert werden, um zusätzliche I-Slices wiederherzustellen; die zusätzlichen I-Slices die Assemblierung zusätzlicher vollständiger I-Frames ermöglichen; und die zusätzlichen vollständigen I-Frames nach dem Codieren in den MPEG-Datenstrom in einer programmierbaren Rate einfügbar sind.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das Folgendes beinhaltet: das Einfügen zusätzlicher I-Frames in den auf dem I-Frame basierenden Datenstrom in einem programmierbaren Intervall.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der codierte I-Frame den ausgewählten P-Frame mindestens einmal pro Auffrischzyklus ersetzt.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale mindestens entweder Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen oder Standbildanzeige beinhalten.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Folgendes beinhaltet: das Bestimmen, ob der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom oder ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist, so dass für den Fall, dass der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom ist, der Datenstrom zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus ohne weiteres Verarbeiten gespeichert wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Folgendes beinhaltet: das Bestimmen, ob der Datenstrom ein auf dem B-Frame basierender MPEG-Datenstrom oder ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist; und für den Fall, dass der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom ist, das Einfügen zusätzlicher I-Frames in den Datenstrom vor dem Speichern des Datenstroms zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Fernsehgerät ein persönlicher vielseitiger Recorder (PVR), eine digitale Videoaufnahmevorrichtung, ein Set-Top-Terminal, ein digitaler Fernseher oder ein Personal-Computer ist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: die P-Frames unter Verwendung von Bewegungsschätzungstechniken erneut codiert werden, um die I-Slices zu entfernen.
- Ein Fernsehgerät, das fortschreitende I-Slice aufgefrischte MPEG-Datenströme transcodieren kann, um Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale zu ermöglichen, das Folgendes beinhaltet: einen Empfänger zum Empfangen eines fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms mit I-Slices, die über mehrere P-Frames verteilt sind; einen Decodierer, um die P-Frames zumindest teilweise zu decodieren, um die I-Slices wiederherzustellen, die einen vollständigen I-Frame ausmachen; einen mit dem Decodierer verbundenen Prozessor zum Assemblieren der wiederhergestellten I-Slices in einen vollständigen I-Frame; einen Codierer zum Codieren des vollständigen I-Frames; und einen Multiplexer zum Ersetzen eines ausgewählten P-Frames im MPEG-Datenstrom mit dem codierten I-Frame, um einen auf dem I-Frame basierenden MPEG-Strom bereitzustellen; wobei: der auf dem I-Frame basierende MPEG-Strom auf einer Speichervorrichtung zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus gespeichert ist.
- Gerät gemäß Anspruch 14, das Folgendes beinhaltet: einen Speicher zum Speichern von jedem wiederhergestellten I-Slice, wenn jeder P-Frame decodiert wird, bis alle I-Slices, die erforderlich sind, um einen vollständigen I-Frame zu assemblieren, von den decodierten P-Frames wiederhergestellt sind.
- Gerät gemäß Anspruch 14 oder 15, das Folgendes beinhaltet: einen Speicher zum Speichern des empfangenen fortschreitenden I-Slice aufgefrischten MPEG-Datenstroms.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, das die Speichervorrichtung beinhaltet.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei sich die Speichervorrichtung außerhalb des Fernsehgeräts befindet.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei: eine Anzahl N der P-Frames decodiert wird, um den vollständigen I-Frame wiederherzustellen; und wobei der codierte I-Frame den N-ten P-Frame ersetzt.
- Gerät gemäß Anspruch 19, wobei: ein oder mehrere zusätzliche P-Frames decodiert werden, um zusätzliche I-Slices wiederherzustellen; die zusätzlichen I-Slices die Assemblierung zusätzlicher vollständiger I-Frames ermöglichen; und die zusätzlichen vollständigen I-Frames nach dem Codieren in den MPEG-Datenstrom in einer programmierbaren Rate einfügbar sind.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei: zusätzliche I-Frames in den auf dem I-Frame basierenden Datenstrom in einem programmierbaren Intervall eingefügt werden.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei der codierte I-Frame den ausgewählten P-Frame mindestens einmal pro Auffrischzyklus ersetzt.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Trickwiedergabe-Modus-Leistungsmerkmale mindestens entweder Pause, Vorwärtsscannen, Rückwärtsscannen, Springen oder Standbildanzeige beinhalten.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei der Empfänger bestimmt, ob der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom oder ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist, so dass für den Fall, dass der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom Ist, der Datenstrom zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus ohne weiteres Verarbeiten in der Speichervorrichtung gespeichert wird.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei: der Empfänger bestimmt, ob der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom oder ein fortschreitender I-Slice aufgefrischter MPEG-Datenstrom ist; und für den Fall, dass der Datenstrom ein auf dem I-Frame basierender MPEG-Datenstrom ist, der Prozessor vor dem Speichern des Datenstroms zusätzliche I-Frames in den Datenstrom zur Verwendung im Trickwiedergabe-Modus einfügt.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei das Gerät ein vielseitiger Recorder (PVR), eine digitale Videoaufnahmevorrichtung, ein Set-Top-Terminal, ein digitaler Fernseher oder ein Personal-Computer ist.
- Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 26, wobei: der Codierer die P-Frames unter Verwendung von Bewegungsschätzungstechniken erneut codiert, um die I-Slices zu entfernen.
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