專利名稱：用于混合高清晰度數字視頻盤的兩層解碼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明直接涉及視頻解碼器，尤其涉及用于在單個數字視頻盤上解碼視頻數據的標準清晰度和高清晰度版本的視頻解碼器。
背景技術：
通常通過視頻編碼器和解碼器(共稱為“CODEC”)以位流形式對視頻數據進行處理，并且將其存儲在數字視頻盤(“DVD”)媒體上。存在一種使用MPEG-2解碼器的實際安裝的用戶方(installed user base)的紅激光DVD播放器。使用MPEG-2編碼的紅激光設備產生足以支持通常電影的標準清晰度(“SD”)版本的存儲能力，同時存在于相同盤上支持這些電影的高清晰度(“HD”)版本的大的需求。不幸的是，使用MPEG-2的安裝的用戶方的紅激光播放器支持不足以容納通常電影的SD和HD版本兩者的存儲容量。
紅激光和藍激光技術都被認為達到足以支持高清晰度記錄(“HD-DVD”)的存儲能力。藍激光技術的優(yōu)勢是提供了足夠的存儲量以在使用MPEG-2的一張盤上容納多個高質量的HD電影，但是使用藍激光來代替安裝的用戶方的紅激光設備仍不是經濟可行的。因此，需要一種可用于HD-DVD的編碼方案，其也能夠在由使用MPEG-2解碼器的當前紅激光可讀取的相同盤上支持SD-DVD。
因此，使用紅激光HD-DVD，除了HD版本，還可期望在單個盤上存儲能夠由具有MPEG-2解碼器的當前播放器讀取的電影的SD版本。這意味著除了SD盤，內容創(chuàng)建者不必制作獨立的HD-DVD盤，并且零售商僅需要每個電影備有一張盤，使用僅一個備用保持單元(“SKU”)。這可以避免諸如遭遇廣播高清晰度電視(“HDTV”)的那些問題，其中廣播電臺不希望發(fā)送HD，直到售出了更多的HD機，但是消費者不希望購買HD機，直到存在更多可用的HD內容。
本發(fā)明假設使用單面存儲媒體。盡管雙面盤是獲取更大存儲量的選擇，但是使用盤的雙面存在一些阻力。這是部分由于日益增加的成本的不足和將內容存儲在雙面上妨礙了正常將標記貼在盤的一面上的事實。因此，用于HD-DVD的方式是(i)藍激光技術；(ii)雙面紅激光盤；和(iii)對于電影的HD和SD版本的單獨紅激光盤；它們中的每一個具有重大的缺陷和不足。

發(fā)明內容
通過一種用于混合高清晰度(“HD”)視頻解碼的裝置和方法來解決現有技術的這些和其他缺陷以及不足。
混合高清晰度解碼器獲得作為對于基本層和增強層中的每一個的多個塊變換系數的信號數據，其中所述解碼器包括標準清晰度解碼器，用于解碼來自體現標準清晰度數據序列的基本層位流的標準清晰度數據；高清晰度解碼器，其耦合到標準清晰度解碼器，并用于解碼來自體現高清晰度數據序列的用戶數據存儲的高清晰度數據與標準清晰度數據之間的差；和兩層合成單元，用于將來自標準清晰度數據的高清晰度信號數據序列與高清晰度數據和標準清晰度數據之間的差進行合成。
從結合附圖閱讀的示例性實施例的下列描述中，本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點將變得明顯。


根據下列示例性附圖，本發(fā)明利用混合交織視頻CODEC在單個數字視頻盤(“DVD”)上組合標準清晰度(“SD”)和高清晰度(“HD”)，其中圖1示出了根據本發(fā)明原理的混合DVD播放器的示意數據結構；圖2示出了根據本發(fā)明原理的兩個節(jié)目鏈的示意數據結構；圖3示出了根據本發(fā)明原理的交織單元呈現的示意數據結構；圖4示出了根據本發(fā)明原理的視頻對象單元中的視頻數據的表；圖5示出了根據本發(fā)明原理的另一混合交織編碼器的方框圖；和圖6示出了根據本發(fā)明原理的混合交織解碼器的方框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是為例如適于在單個紅激光盤上存儲的標準清晰度(“SD”)版本電影和高清晰度(“HD”)版本電影而準備的。所述方法如下使用MPEG-4AVC(也稱作JVT、MPEG-4部分10、或者AVC)和對于SD數據的MPEG-2，提供單個盤SD和HD，被存儲為對于SD數據和HD數據之間的差的基本層的用戶數據。例如，所述方法的第一示例性實施例支持單面紅激光視頻盤上高達大約9.8Mbps的總峰值位速率?？梢允褂闷渌鼘嵤├齺碇С指叩奈凰俾省Ｔ谶@種高帶寬部分中通過使用具有對于SD數據的MPEG-2和對于HD數據的MPEG-4AVC的混合交織方法來繼續(xù)提供單個盤SD和HD的同時，第二示例性實施例對于高帶寬部分支持更高的位速率。
對于在一張盤上存儲SD和HD，描述將HD差數據存儲為基本層用戶數據的方法，需要或不需要對高帶寬部分進行可選的交織。由于紅激光DVD存儲容量的限制，因此MPEG-2對于HD層來說是不充足的。本發(fā)明的實施例將混合編碼數據存儲在能夠由目前的DVD播放器播放的DVD盤上?，F在描述兩個示例性實施例。所述用戶數據方法將更高層數據保存為基本層的用戶數據，并且所述交織方法對于高帶寬視頻部分以交織數據結構來存儲基本層和增強層數據。因此這些和其他實施例允許在單張DVD盤上存儲兩種版本、即標準清晰度和高清晰度的電影。
混合高清晰度DVD具有兩層?；緦邮荕PEG2，增強層是MPEG-4AVC(或者JVT)。這兩層可以交織，從而當代的SD DVD播放器可以播放基本層MPEG2流，而混合HD DVD播放器可以播放這兩層。因此，這種DVD盤是向后兼容的。
在所述兩個示例性實施例中，第一示例性實施例將增強層數據保存為基本層的用戶數據。為此，當前的DVD創(chuàng)建工具可被用來創(chuàng)建混合DVD盤，而不需任何大的改變。
與對于較低帶寬部分的第一實施例的用戶數據方法結合，第二示例性實施例對高帶寬部分使用交織塊。創(chuàng)建了兩個視頻對象(“VOB”)和兩個節(jié)目鏈(“PGC”)，一個用于基本層，而另一個用于增強層。當前的創(chuàng)建工具應當被修改以適應這些改變。
對于第一實施例，在MPEG-4AVC數據被保存為MPEG2圖像用戶數據的情況下，增強層數據可被保存為GOP用戶數據或者圖像用戶數據。因為GOP用戶數據用于DVD中的封閉式字幕(closed captioning)，所以圖像用戶數據是存儲增強層數據的最佳形式。當在當前的SD DVD播放器上播放盤時將不對所述圖像用戶數據解碼。
如圖1所示，緩沖器結構100可被用在具有一個軌道緩沖器110和四個輔助緩沖器114-120的當前DVD播放器上。視頻數據被信號分離器112信號分離，并且被傳送到MPEG視頻緩沖器114，其中用戶數據將被處理或者略過。新的混合HD DVD播放器包括至少一個附加緩沖器122，即MPEG-4AVC視頻緩沖器。增強層數據被信號分離并被發(fā)送至該緩沖器122用以解碼。存儲于軌道緩沖器110中的數據被逐扇區(qū)111進行存儲，從而增強層數據是扇區(qū)對準的。
轉向圖2，通常用附圖標記200來表示兩個PGC的交織數據結構。此處，交織塊210包括對多個VOB 212、214進行交織，以便能夠無縫地呈現多條路徑(path)。每個VOB被分別劃分為相同數目的交織單元(“ILVU”)213、215。通過適當地設置交織單元的尺寸，跳躍所需的時間可被保持在允許值之內，并且可以實現無縫播放。
如圖3所示，ILVU包括一個或多個VOBU。在該示例性實施例中，每個ILVU具有一個或兩個VOBU。ILVU的呈現通常用附圖標記300來表示。ILVU310屬于增強層PGC，而另一個ILVU 312屬于基本層PGC。
在該示例性實施例中，ILVU的播放時間大約是1.0秒。示例性最大跳躍距離是660個扇區(qū)。如果基本層是數據的1/3，則它具有220個扇區(qū)，而增強層ILVU具有440個扇區(qū)。平均起來，跳躍距離是440個扇區(qū)，這保證了無縫播放。
有助于播放器識別盤類型的、視頻管理信息(“VMGI”)和視頻首標設置信息(VTSI)中的優(yōu)選標識是VMGI--VMGI_MAT字節(jié)16-27保留為“MPEG2AVC-VMG”VTSI--VTSI_MAT字節(jié)16-27保留為“MPEG2AVC-VTS”現在參考圖4，可以如表400所示組織視頻對象單元(“VOBU”)中的視頻數據。因此，圖像具有三種類型的數據，它們中的每一個都扇區(qū)對準1.不包含圖像用戶數據的圖像首標；2.圖像用戶數據；和3.圖像數據。
第二示例性實施例使用交織塊來交織所述兩層。創(chuàng)建兩條節(jié)目鏈(“PGC”)，一條用于基本層，另一條用于高或增強層。此處，第一VOB用于MPEG2基本層，而另一個用于MPEG-4AVC增強層?；緦雍驮鰪妼硬辉谙嗤腣OBU中，但是被交織。為了避免播放第二PGC，不為第二PGC分配進入點(entry point)。混合HD DVD播放器在它識別出混合HD DVD盤之后合并這兩個PGC。
如圖5所示，混合交織編碼器通常用附圖標記600來表示。編碼器包括下取樣單元610，用于接收源HD序列并進行下取樣以便提供基本層像素。編碼器600還包括第一加法塊611，用于在非反相輸入端接收源HD序列。下取樣單元610與MPEG-2編碼器612耦合進行信號通信，該MPEG-2編碼器612從下取樣單元接收基本層像素并且提供基本層位流輸出。MPEG-2編碼器612耦合到SD幀緩沖器614，并且向緩沖器614提供重構的基本像素。緩沖器614與編碼器612耦合進行反饋信號通信，并且還耦合到插入器616。插入器616耦合到第一加法塊611的反相輸入端。插入器616還耦合到第二加法塊618的第一輸入端，該第二加法塊618具有耦合到限幅器620的輸出端。該限幅器620依次耦合到HD幀緩沖器622，該HD幀緩沖器622耦合到改進的MPEG-4AVC編碼器624。編碼器624具有耦合到第一加法塊611的輸出端的輸入端，用于接收增強層像素，并且具有耦合到第二加法塊618的第二輸入端的輸出端，用于向第二加法塊618提供重構的增強層像素。編碼器624提供增強層位流輸出。
轉向圖6，通常用附圖標記700來表示混合交織解碼器。解碼器700包括用于接收基本層位流的MPEG-2解碼器710。MPEG-2解碼器耦合到用于緩沖標準清晰度幀的SD幀緩沖器712。SD幀緩沖器712提供適于SD顯示的輸出，并且耦合回MPEG-2解碼器710。MPEG-2解碼器還耦合至插入器714，該插入器714依次耦合至兩層合成單元或加法塊718的非反相輸入端。混合交織解碼器700還包括改進的JVT解碼器716，用于接收增強層位流。該改進的JVT解碼器耦合到加法塊718的第二非反相輸入端。加法塊718的輸出耦合至箝位單元720，該箝位單元720依次耦合至HD幀緩沖器722。HD幀緩沖器722提供適于HD顯示的輸出，并且也耦合回改進的JVT解碼器716。在操作中，示例性混合交織方案對于基本層使用MPEG-2編碼，而對于增強層使用改進MPEG-4AVC編碼。在一個示例性系統中，HD層的分辨率是1280×720，SD層是704×480。
在操作中，圖5示出了混合交織編碼器的高層方框圖。首先，源HD材料被分解為包含源序列的低頻內容的基本層和包含源序列的高頻內容的增強層。使用MPEG-2對基本層編碼，而使用MPEG-4AVC的改進版本對增強層編碼。以交織的方式將基本和增強位流記錄在盤上。通過內插重構的基本層像素并且將結果添加到該重構的增強層像素來獲得重構的HD幀。
混合交織解碼器包括MPEG-2解碼器、改進MPEG-4AVC解碼器、和用于基本層的插入器。插入器和MPEG-4AVC解碼器的輸出相加，以便產生重構的HD幀。
返回參考圖5，對增強層像素重構，并且將其添加到所插入的重構基本層像素，以便形成重構的HD幀。這些重構的HD幀被用作參考幀，用于對后來的增強層數據的編碼。
可以如下實現對盤上的位流的交織。標準清晰度數據以基本流被存儲，并且高清晰度增強數據作為基本流的用戶數據被存儲。僅標準清晰度數據可被預先存在的DVD播放器播放。當前的DVD標準規(guī)定了對于無縫分支的限制(例如，最大跳躍扇區(qū)、最大緩沖器扇區(qū))，即如果滿足，則將保證在這種預先存在的播放器上進行無縫播放。
根據本發(fā)明的原理，所公開的CODEC在獲得HD版本的同時，提供對來自單個盤的兩個位流解碼的能力，或者對單個位流解碼以獲得SD版本的能力。新播放器將播放除了交織流之外還具有非交織MPEG-4AVC流的盤。在新HD播放器已經達到安裝數量之前，所述安裝數量將證明創(chuàng)建、銷售和購買僅HD盤(HD-only disc)是正當的，本發(fā)明的實施例可以鼓勵內容創(chuàng)造者、視頻商店和消費者建立HD材料的儲備。
因此，本發(fā)明的實施例允許從雙層、單面、紅激光DVD盤讀取兩種版本的電影，即標準清晰度(“SD”)和高清晰度(“HD”)，而不需要第二次存儲包含在SD版本中的信息作為HD版本的部分。使用混合MPEG-2和MPEG-4AVC交織來實現編碼。對于基本層使用MPEG-2提供由可以由當前SD DVD播放器播放的SD位流。使用MPEG-4AVC方案對增強層編碼，以便提供需要在單張盤上放置SD和HD內容的編碼效率。除了DVD媒體之外，本發(fā)明也可適用于流和/或易失性內容，如流因特網視頻。盡管以其中標準清晰度版本以MPEG-2格式編碼和高清晰度格式以MPEG-4AVC格式編碼的方式進行了描述，但是本領域的普通技術人員清楚的是，如果使用了這些格式以外的標準格式，本發(fā)明也同樣使用，并且所述權利要求應當被理解為也包含MPEG-2和MPEG-4以外的格式。類似地，盡管描述為被編碼在DVD上，但是本領域的普通技術人員清楚的是，本發(fā)明同樣應用于DVD以外的光盤格式；并且記載數字視頻盤的組合的所述權利要求往往包含DVD以外的其他光盤格式。
這一示例性實施例僅僅圖解了本發(fā)明的原理。因此本領域的普通技術人員應當理解，能夠設計出各種結構，盡管所述各種結構在此未被清晰地描述或示出，但是其仍體現本發(fā)明的原理，并且被包含在其精神和范疇之中。而且此處引用的所有示例和條件語言原則上意欲表達僅教學目的，以輔助讀者理解本發(fā)明的原理和改進現有技術的發(fā)明者所貢獻的概念，并且不能被理解為限制于這些具體引用的示例和條件。而且，此處引用本發(fā)明的原理、方面和實施例的所有陳述及其具體示例意欲包含其結構性和功能性等效物。另外，這些等效物包括當前已知的等效物及將來所開發(fā)的等效物，即執(zhí)行相同功能而開發(fā)的任何元件，而不管結構如何。
因此，例如，本領域的技術人員將理解，此處的方框圖表示體現本發(fā)明原理的圖解性電路的概念圖。類似地，應當理解，任何流程圖、流動圖、狀態(tài)轉變圖、偽代碼等表示不同的處理，其主要表現在計算機可讀介質中并由計算機或處理器執(zhí)行，不管是否清晰地示出所述計算機或處理器。
通過使用專用硬件以及能夠與適當軟件相關聯地執(zhí)行軟件的硬件，可以提供附圖中所示的各種元件(包括功能塊)的功能。當由處理器提供時，功能可以通過單個專用處理器、單個共享處理器、或者通過多個個人處理器來提供，所述多個個人處理器中的一些可被共享。而且，術語“處理器”或“控制器”的清晰使用不應當被曲解為唯一地指向能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以含糊地包括，但不限于，數字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“ROM”)、隨機存取存儲器(“RAM”)、和非易失性存儲器。也可以包含其他硬件、常規(guī)和/或習慣。類似地，附圖中所示的任何開關僅僅是概念性的。它們的功能可以通過編程邏輯的操作、通過專用邏輯、通過編程控制和專用邏輯的交互作用、或者甚至手工來執(zhí)行，其中從上下文更具體地理解由實施者可選擇的特定技術。
在本發(fā)明的權利要求中，被稱作用于執(zhí)行特定功能的部件的任何元件往往包含例如執(zhí)行以下功能的任何一種a)執(zhí)行該功能的電路元件的組合；或者b)任一形式的軟件，因此，包括固件、微碼等，與用于執(zhí)行所述軟件以執(zhí)行該功能的適當電路組合。由權利要求定義的本發(fā)明表達的事實是，由各種所述的部件提供的功能被組合并且以權利要求所要求的方式集合起來。因此申請人認為能夠提供那些功能的任何部件等效于此處示出的那些部件。
在此處示教的基礎上，相關領域的普通技術人員可以容易地了解本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點。應當理解，本發(fā)明的原理能夠以各種形式的硬件、軟件、固件、專用處理器、及其組合來實現。
最好是，本發(fā)明的原理可以通過硬件和軟件的組合來實現。而且軟件可被實現為有形地體現在程序存儲單元上的應用程序。該應用程序可被上載至包含任意適當結構的機器并且由其運行。該機器可以在具有硬件的計算機平臺上實現，所述硬件諸如一個或多個中央處理單元(“CPU”)、隨機存取存儲器(“RAM”)、輸入/輸出(“I/O”)接口。該計算機平臺也可以包括操作系統和微指令代碼。此處所描述的各種處理和功能可以是微指令代碼的一部分或者是應用程序的一部分，或者是它們的組合，它們都可以由CPU來執(zhí)行。另外，諸如附加數據存儲單元和打印單元的各種其他外圍單元可以連接到計算機平臺。
還應當理解，由于附圖中所描述的一些組成系統成分和方法優(yōu)選地以軟件來實現，因此系統組件之間的實際連接或者處理功能塊可以根據本發(fā)明被編程的方式而不同。假設此處所描述的原理，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，相關領域的普通技術人員將能夠預期本發(fā)明的這些和類似實現或配置。
盡管已經參考附圖描述了圖解性實施例，但是應當理解，本發(fā)明不限于這些精確的實施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，相關領域的普通技術人員可以對其進行各種變化和修改。所有這些變化和修改往往包含在所附權利要求闡述的本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種解碼器(700)，用于解碼來自對于基本層數據和增強層數據中的每一個的多個塊變換系數的編碼信號數據，所述解碼器包括標準清晰度解碼器(710)，用于解碼來自體現標準清晰度數據序列的基本層位流的標準清晰度數據；高清晰度解碼器(716)，其耦合到標準清晰度解碼器，并用于解碼來自作為體現高清晰度數據序列的圖像用戶數據存儲的增強層位流的高清晰度數據與標準清晰度數據之間的差；和兩層合成單元(718)，用于將來自標準清晰度數據的高清晰度信號數據序列與高清晰度數據和標準清晰度數據之間的差進行合成。
2.如權利要求1所述的解碼器，其中對于至少一個部分，所述增強層數據與基本層數據交織。
3.如權利要求2所述的解碼器，其中對于具有大于大約9.8Mbps的帶寬的每個部分，所述增強層數據與基本層數據交織。
4.如權利要求1所述的解碼器，其中所述信號數據包括視頻像素數據。
5.如權利要求1所述的解碼器，其中所述標準清晰度解碼器滿足MPEG-2標準。
6.如權利要求1所述的解碼器，其中所述高清晰度解碼器滿足MPEG-4AVC標準。
7.一種解碼器，用于解碼來自對于基本層和增強層中的每一個的多個塊變換系數的信號數據，所述解碼器包括第一接收部件，用于接收編碼的基本層位流；第一解碼部件，用于解碼來自基本層位流的標準清晰度數據；第二接收部件，用于接收作為基本層圖像用戶數據的編碼增強層位流；第二解碼部件，用于解碼來自增強層位流的、高清晰度數據與標準清晰度數據之間的差；和合成部件，用于將來自解碼標準清晰度數據的高清晰度信號數據序列與高清晰度數據和標準清晰度數據之間的解碼差進行合成。
8.一種用于解碼來自對于基本層數據和增強層數據中的每一個的多個塊變換系數的信號數據的方法，所述方法包括接收編碼的基本層位流；解碼來自基本層位流的標準清晰度數據；接收作為基本層圖像用戶數據的編碼增強層位流；解碼來自增強層位流的、高清晰度數據與標準清晰度數據之間的差；和將來自解碼標準清晰度數據的高清晰度信號數據序列與高清晰度數據和標準清晰度數據之間的解碼差進行合成。
全文摘要
公開了一種混合高清晰度解碼器(700)和方法，用于將信號數據處理為對于基本層數據和增強層數據中的每一個的多個塊變換系數，其中所述解碼器(700)包括標準清晰度解碼器(710)，用于解碼來自體現標準清晰度數據序列的基本層位流的標準清晰度數據；高清晰度解碼器(716)，其耦合到標準清晰度解碼器，并用于解碼來自作為體現高清晰度數據序列的圖像用戶數據存儲的增強層位流的高清晰度數據與標準清晰度數據之間的差；和兩層合成單元(718)，用于將來自標準清晰度數據的高清晰度信號數據序列與高清晰度數據和標準清晰度數據之間的差進行合成。
文檔編號G11B20/12GK1717934SQ200380104055
公開日2006年1月4日 申請日期2003年10月27日 優(yōu)先權日2002年11月25日
發(fā)明者林書, 瑪麗·L·科默 申請人:湯姆森特許公司