Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству и способу для потоковой передачи данных в режиме реального времени с носителя информации, содержащего форматы многослойного кодирования, и, более конкретно, к устройству и способу считывания множества потоков для оптических дисков.
Предшествующий уровень техники
Из-за больших объемов данных, характерных для цифрового видео, передача цифровых видеосигналов с полным отображением движения и высоким разрешением является существенной проблемой в разработке телевидения высокой четкости. Более конкретно, каждый кадр цифрового изображения является неподвижным изображением, сформированным массивом пикселов в соответствии с разрешением дисплея конкретной системы. В результате объемы необработанной цифровой информации, включенной в последовательности видеосигналов высокого разрешения, являются большими. Чтобы сократить объем данных, которые должны пересылаться, используются схемы сжатия для сжатия данных. Различные стандарты или процедуры сжатия видеоизображений были определены и все еще развиваются, например MPEG-2, MPEG-4, H.263, H.264 и т.д.
Были разработаны способы получения видеоизображений с различными разрешениями и/или качеством в одном потоке. Они обобщенно называются технологиями масштабируемости. Есть три оси, на которых можно реализовать масштабируемость. Во-первых, это масштабируемость на оси времени, часто называемая временной масштабируемостью. Во-вторых, существует масштабируемость на оси качества, часто называемая масштабируемостью отношения сигнала к шуму или масштабируемостью мелкозернистости. Третья ось - это ось разрешения (число пикселов в изображении), на которую часто ссылаются как на пространственную масштабируемость, многослойное кодирование или многослойное сжатие. При многослойном кодировании поток битов разделен на два или более потоков битов, или слоев. Каждый слой может быть скомбинирован так, чтобы формировать один высококачественный сигнал. Например, базовый слой может обеспечивать видеосигнал более низкого качества, в то время как слой повышения качества предоставляет дополнительную информацию, которая может повысить качество изображения базового слоя.
Фиг.1. иллюстрирует известную систему многослойного кодирования, которая разделяет исходное изображение высокого разрешения на базовый слой и слой повышения качества, и сохраняет базовый слой и слой повышения качества в отдельных дорожках на носителе информации, таком как цифровой многофункциональный диск (DVD). Система многослойного кодирования может также называться системой кодирования изображений. Исходное изображение 100 высокого разрешения захватывается, используя видеокамеру или другое устройство, выполненное с возможностью захвата изображений. Осуществляется захват ряда последовательных исходных изображений для формирования видеопрограммы (напр., телевизионной программы или кинофильма).
Исходное изображение 100 высокого разрешения передается на генератор 102 слоя повышения качества и генератор 104 базового слоя. Генератор 102 слоя повышения качества формирует соответствующую слою повышения качества часть исходного изображения 100 и передает слой повышения качества средству 106 сжатия. Генератор 102 слоя повышения качества формирует слой повышения качества путем сравнения данных базового слоя (принятых от генератора 104 базового слоя) с данными исходного изображения высокого разрешения. Например, генератор 102 слоя повышения качества вычитает данные базового слоя из данных исходного изображения высокого разрешения, тем самым оставляя только участки изображения с высоким разрешением (т.е. слой повышения качества).
Генератор 104 базового слоя формирует соответствующую базовому слою часть исходного изображения 100 и передает базовый слой средству 108 сжатия. Средство 106 сжатия формирует сжатую версию данных слоя повышения качества, а средство 108 сжатия формирует сжатую версию данных базового слоя. В конкретном варианте осуществления изобретения средство 108 сжатия сжимает данные базового слоя, используя, например, алгоритм сжатия MPEG-2. Аналогично, средство 106 сжатия может сжимать слой повышения качества, используя алгоритм сжатия MPEG-2. Однако не требуется, чтобы средство 106 сжатия использовало тот же самый алгоритм сжатия, что и средство 108 сжатия. Например, средство 106 сжатия может использовать алгоритм сжатия, который использует трехмерные элементарные волны (вейвлеты) для сжатия информации слоя повышения качества или нечто подобное.
Сжатый базовый слой хранится на первой дорожке 112 хранения данных носителя 110 информации. Дорожка хранения данных представляет собой совокупность множества секторов на носителе информации, которые могут считываться последовательно в режиме реального времени. Например, дорожка хранения данных на оптическом диске может быть непрерывным рядом элементов данных, хранящихся, в общем, в круговой структуре, которые считываются по мере вращения диска. Альтернативно, дорожка хранения данных на диске может хранить два перемежающихся потока данных, таких как данные слоя повышения качества, перемежающиеся с данными базового слоя, в множестве секторов, рассеянных по диску.
Сжатый слой повышения качества хранится на второй дорожке 114 хранения данных носителя информации 110. В этом примере носитель информации 110 представляет собой DVD. Первая 112 и вторая 114 дорожки хранения данных могут быть расположены на одном и том же физическом слое DVD или могут быть расположены на различных физических слоях DVD (DVD может иметь две стороны с двумя физическими слоями на каждой стороне).
Средства 106 и 108 сжатия сжимают данные слоя повышения качества и базового слоя для сокращения области памяти, требуемой для хранения этих данных. Если слой повышения качества и/или базовый слой не требуют сжатия (т.е. носитель информации 110 имеет достаточную область памяти и без сжатия данных), тогда средства 106 и 108 сжатия могут быть устранены из системы, показанной на Фиг.1.
Формат многослойного кодирования, созданный описанным выше образом, может обеспечивать совместимость между различными стандартами видеоизображений и возможностями декодера. При многослойном кодировании видеоизображение базового слоя может иметь меньшее разрешение, чем входная последовательность видеоизображений, в которой слой повышения качества несет информацию, которая может восстановить разрешение базового слоя до уровня входной последовательности.
Известны и в будущем станут еще более важными различные приложения, одновременно запрашивающие множество потоков данных. Это, например, приложения метода "Картинка в картинке" (PIP), в котором второе видеоизображение/картинка показывается в малом окне, частично накладывающемся на первое видеоизображение/картинку, показанную в формате полного экрана. Эти приложения, например, могут обеспечить просмотр одного и того же кадра сцены с разных углов, или видеоизображение директора, дающего свои комментарии, одновременно.
Режим разделенного экрана, при котором множество видеоизображений показывается одновременно на предопределенных смежных участках экрана.
Режим наложения, при котором, например, интерактивное приложение накладывается на основной кинофильм.
Формат DVD, например, поддерживает различные углы съемки (или ракурсы видеоизображения). Индивидуум, просматривающий программу, хранящуюся на DVD, может выбирать углы съемки по умолчанию или один из нескольких альтернативных углов съемки. Хотя технология DVD поддерживает различные углы съемки, программы не обязательно записываются, используя различные углы съемки. Из-за дополнительной стоимости записи видеопрограммы с использованием различных углов съемки многие программы не используют дорожки DVD, предоставляемые для альтернативных углов съемки.
Однако все известные носители информации действительно имеют только ограниченную ширину полосы пропускания для считывания. Например, в BD-ROM (ПЗУ на диске стандарта Blue Ray) максимальная поддерживаемая скорость считывания данных, которая еще не была зафиксирована в спецификации, как ожидается, будет выбрана на 54 Мбит/с при считывании на однократной скорости. Причины таких сравнительно низких скоростей считывания в общем определяются факторами стоимости (более дешевые компоненты) и соображениями мощности для переносных систем. С другой стороны, видеопоток, обладающий качеством высокой четкости, как ожидается, будет иметь скорость передачи битов до 40 Мбит/с. Следовательно, если одно или более приложений запрашивает поток данных на максимальной скорости считывания данных, одновременное считывание более чем одного потока видеоизображений, очевидно, не может поддерживаться. Более обобщенно, носитель записи имеет максимальную скорость считывания данных (Y) и содержит организованные в поток данные, которые должны быть считаны с соответствующей потоковой организации битовой скоростью (Х), в соответствии с чем условие Х<Y должно быть выполнено. Однако может возникнуть потребность одновременного считывания множества (n) потоков, которая не может быть удовлетворена при nX>Y.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения, следовательно, состоит в обеспечении устройства и способа для потоковой передачи данных в режиме реального времени с носителя информации, которые преодолевают вышеуказанное ограничение.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения эта задача решается посредством устройства, как описано в начальном разделе, содержащего средство выбора и устройство считывания данных, причем средство выбора выполнено с возможностью приема от одного или более приложений команд, инициирующих, по меньшей мере, два потока данных и указывающих требуемое разрешение, извлечения информации относительно форматов кодирования, имеющихся на упомянутом носителе информации, и относительно максимальной скорости считывания данных, поддерживаемой устройством считывания данных, выбора формата сжатия для каждого потока данных на основе упомянутых принятых инициирующих команд и упомянутой извлеченной информации о формате кодирования, так чтобы сумма потоков данных не превышала упомянутую максимальную скорость считывания данных, и направления запроса на потоковую передачу, соответствующего упомянутым выбранным форматам сжатия; и при этом устройство считывания данных выполнено с возможностью приема упомянутого запроса на потоковую передачу от упомянутого средства выбора, считывания данных с упомянутого носителя информации и выдачи соответствующих потоков данных согласно упомянутому запросу.
Согласно второму аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие первого аспекта, упомянутое средство выбора выполнено с возможностью осуществления доступа к информации о предопределенных приоритетах упомянутых приложений и выбора упомянутого формата сжатия в соответствии с упомянутой информацией о предопределенных приоритетах.
Согласно третьему аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие первого аспекта, упомянутое средство выбора выполнено с возможностью интерпретации метки, переносимой каждой из упомянутых инициирующих команд и указывающей уровень приоритета, и выбора упомянутого формата сжатия в соответствии с упомянутым уровнем приоритета.
Согласно четвертому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие любого из аспектов с первого по третий, упомянутое средство выбора выполнено с возможностью проверки доступных системных ресурсов и выбора упомянутого формата сжатия, дополнительно принимая во внимание упомянутые системные ресурсы.
Согласно пятому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие любого из аспектов с первого по четвертый, упомянутое средство выбора содержит средство, выполненное с возможностью уменьшения упомянутой максимальной скорости передачи данных на величину, учитывающую время обработки, которое требуется упомянутому устройству считывания данных для переключения между доступами к упомянутым, по меньшей мере, двум потокам данных и предоставления результата для упомянутого выбора.
Согласно шестому аспекту изобретения вышеуказанная задача дополнительно решается посредством способа, как описано в начальном разделе, содержащего следующие этапы, на которых принимают от одного или более приложений команды, инициирующие, по меньшей мере, два потока данных и указывающие требуемое разрешение, извлекают информацию относительно форматов кодирования, имеющихся на упомянутом носителе информации, и относительно максимальной скорости считывания данных, поддерживаемой устройством считывания данных, выбирают формат сжатия для каждого потока данных на основе упомянутых принятых команд и упомянутой извлеченной информации о формате кодирования так, чтобы сумма потоков данных не превосходила упомянутую максимальную скорость считывания данных, и направляют запросы на потоковую передачу, соответствующие упомянутым выбранным форматам сжатия, на упомянутое устройство считывания данных.
Согласно седьмому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие шестого аспекта, упомянутый выбор выполняется в соответствии с предопределенными приоритетами упомянутых приложений.
Согласно восьмому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие шестого аспекта, каждая из упомянутых инициирующих команд несет метку, указывающую уровень приоритета, и упомянутый выбор выполняется в соответствии с упомянутым уровнем приоритета, указываемым упомянутой меткой.
Согласно девятому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие любого из аспектов с шестого по восьмой, способ содержит этап, на котором проверяют доступные системные ресурсы, и при упомянутом выборе дополнительно учитывают упомянутые системные ресурсы.
Согласно десятому аспекту изобретения, который представляет собой дополнительное развитие любого из аспектов с шестого по девятый, способ содержит этапы, на которых уменьшают упомянутую максимальную скорость считывания данных на величину, учитывающую время обработки, которое требуется упомянутому устройству считывания данных для переключения между доступами к упомянутым, по меньшей мере, двум потокам данных, и предоставляют результат для упомянутого выбора.
Каждая команда должна прямо или косвенно указывать требуемое качество или разрешение, которое соответствует назначенному потоку Х данных. Например, команда может включать в себя метку, указывающую, от какого приложения эта команда была принята. Эта информация затем, например, может быть интерпретирована следующим образом:
- полноэкранное отображение соответствует высокому качеству (например, HD при максимальной битовой скорости ХHD=40 Мбит/с),
- картинка в картинке соответствует низкому качеству (например, CIF (формат обмена сжатыми видеоданными) при максимальной битовой скорости ХCIF=4 Мбит/с и средней битовой скорости 1-2 Мбит/с),
- мозаика из многих потоков соответствует низкому качеству,
- разделенный экран соответствует среднему качеству (например, стандартному качеству при максимальной битовой скорости Хmed=40 Мбит/с и средней битовой скорости 4.5 Мбит/с), или
- режим наложения соответствует низкому качеству.
Во многих случаях непосредственное добавление требуемых потоков данных может уже быть достаточным для получения суммы ниже максимальной скорости Y считывания данных. Предполагая вышеупомянутые значения битовой скорости, например, во время нормального воспроизведения видеоизображения единственного потока (первое приложение), самое лучшее качество наблюдается при ХHD=(макс.) 40 Мбит/с посредством, например, считывания базового слоя и слоя повышения качества диска. Если начинается работа второго приложения, например, приложения "картинка в картинке", это потребует доступа ко второму потоку при ХCIF=(макс.) 4 Мбит/с посредством, например, только считывания базового слоя диска. Сумма обоих потоков не превышает 44 Мбит/с. Дисковод BD-ROM однократной скорости (1х), обеспечивающий данные на скорости Y=54 Мбит/с, следовательно, был бы подходящим считывающим устройством. В этом случае средство выбора устанавливает, что сумма требуемых потоков данных не превышает Y и, следовательно, просто должно выбрать форматы сжатия, соответствующие исходно требуемому разрешению.
В этом отношении следует отметить, что время обработки (дополнительное) из-за (механического) переключения или скачков между различными участками на носителе информации, где хранятся данные, требуемые для одного или более приложений, сокращает доступную максимальную скорость считывания данных до эффективного значения Yeff<Y. Это будет учтено посредством автоматического уменьшения упомянутой максимальной скорости считывания данных. Например, для каждого потока, к которому осуществляется доступ, т.е. для каждого приложения, может вычитаться фиксированное значение. Скорректированная таким образом скорость считывания данных YcorrYeff тогда является решающим (лимитирующим) фактором для выбора подходящих форматов сжатия.
Для таких ситуаций, в которых сумма потоков данных выше, чем Y, существует реальная конкуренция запросов. Устройство, следовательно, должно принимать решение в отношении того, какой запрос(ы) обслуживать с более низкой скоростью передачи данных и, следовательно, более низким качеством/разрешением, чем требуется. Один вариант состоит в осуществлении случайного выбора. Предпочтительно, обеспечивается порядок выбора. Согласно второму и шестому аспектам изобретения, соответственно, для этой цели предлагается информация о предопределенном приоритете. Эта информация о приоритете может быть ассоциирована с меткой, указывающей, от какого приложения принята команда. Она может храниться в справочной таблице или в подобном объекте, являющемся частью устройства. Средство выбора осуществляет доступ к этой информации посредством простого ввода значения метки. В более сложном варианте осуществления согласно третьему и седьмому аспектам изобретения, соответственно, каждая инициирующая команда может нести метку, прямо указывающую уровень приоритета. Это имеет то преимущество, что приоритет можно адаптировать к конкретным требованиям, а не назначать приложение предопределенным образом.
Например, приложение полноэкранного отображения, как может быть указано (или может быть предопределено), имеет самый высокий приоритет так, что его качество должно быть подвергнуто ухудшению в последнюю очередь, в то время как приложение PIP или приложение режима наложения, как может быть указано (или может быть предопределено), имеет иметь самый низкий приоритет, обуславливая то, что средство выбора понижает разрешение этого приложения в первую очередь. Как информация о предопределенном приоритете, так и указанный уровень приоритета являются также применимыми для приложений режима разделенного экрана. В этом случае два или более приложений, как может быть указано (или может быть предопределено), имеют один и тот же приоритет, который обуславливает то, что средство выбора понижает их разрешения в равной степени.
Битовую скорость одного или более видеопотока(ов) можно регулировать динамически, в зависимости от использования в текущий момент ресурсов диска приложениями, потому что устройство автоматически выбирает подходящий формат сжатия/разрешение. Тем самым качество изображения всегда может быть обеспечено на самом высоком возможном уровне. Потеря качества изображения будет ограничена временно в ситуациях высокого трафика, т.е. когда nX>Y.
Если воспроизводится видеоизображение на экране, имеющем разрешение, равное или более низкое, чем поддерживаемое определенным слоем (например, базовым слоем или одним из слоев повышения качества), отличным от слоя повышения качества с самым высоким разрешением, согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство выполнено с возможностью проверки доступных системных ресурсов. Результат затем будет учитываться таким образом, что будут выбираться только те форматы сжатия, которые обеспечивают надлежащее разрешение. Таким образом, будет назначаться меньшая скорость считывания данных, и будет запрашиваться меньше ресурсов, таких как мощность, скорость вращения шпинделя (фактор шума) и другие. Другие системные ресурсы, такие как остающаяся мощность батарей питания, скорость процессора или т.п., могут быть также рассмотрены.
Перечень фигур чертежей
Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из следующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, рассматриваемых в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг.1 - пример системы кодирования с форматом многослойного сжатия, соответствующей предшествующему уровню техники;
Фиг.2 - схематическое изображение первого примера многослойного диска;
Фиг.3 - схематическое изображение второго примера многослойного диска.
Подробное описание изобретения
Дорожка 212 внутри зоны 210 данных оптического диска 200, как показано на Фиг.2, содержит два слоя, имеющих различные форматы сжатия: базовый слой 214 и слой 216 повышения качества. Эти слои скомпонованы в чередующемся порядке. Должно быть обеспечено, чтобы данные, относящиеся к различным слоям многослойного потока, были организованы таким образом, чтобы пропуск части потока с целью увеличения ширины полосы пропускания, в конечном счете не приводил бы к потере ширины полосы пропускания из-за дополнительных накладных расходов, обусловленных переключениями. Примеры мер для предотвращения этого состоят в следующем:
1. Организация данных, принадлежащих одному слою, в смежных блоках, как показано на Фиг.2 и Фиг.3. Чем больше эти блоки, тем меньше накладные расходы, но за счет других рабочих характеристик, таких как скорость реакции устройства и требования к буферу запоминающего устройства, должен быть найден оптимум.
2. Обеспечение того, что смежный блок покрывает целое число оборотов диска плюс небольшое расстояние 318 проскальзывания, так что перескакивания головки воспроизведения через блок могут выполняться без потребности в холостом полном обороте диска, см. Фиг.3.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено вышеприведенными предпочтительными вариантами осуществления и примерами. Например, могут применяться другие варианты кодирования, такие как:
1. Один базовый слой, содержащий данные стандартного разрешения MPEG2 (качество DVD) при Хмакс=10 Мбит/с, Хср.=4.5 Мбит/с, и один слой повышения качества MPEG2, который в комбинации с базовым слоем приводит к данным высокого разрешения с Хмакс=24 Мбит/с;
2. Один базовый слой, содержащий данные стандартного разрешения MPEG2 (качество DVD) при Хмакс=10 Мбит/с, Хср.=4.5 Мбит/с, и один слой повышения качества, содержащий данные с более усовершенствованного декодера (например, H264), уменьшая максимальную битовую скорость или обеспечивая видеоизображение более высокого качества при использовании той же самой битовой скорости (особенно для чересстрочных видеоизображений спортивных событий при частоте 60 Гц, как в опубликованных компиляциях Олимпийских игр и т.д.);
3. Один базовый слой и первый слой повышения качества согласно одному из вышеприведенных примеров, и второй слой повышения качества, содержащий дополнительные данные выше 24 Мбит/с для повышения качества видеоизображений высшего качества и высокой четкости (особенно для чересстрочных видеоизображений спортивных событий при частоте 60 Гц);
4. Один базовый слой, содержащий данные качества CIF формата MPEG2 при Хмакс=4 Мбит/с, Хср.=1-2 Мбит/с, и первый, и второй слой повышения качества согласно первому примеру;
5. Также может быть добавлено больше промежуточных слоев;
6. Все слои (включая базовые слои) могут быть основаны на новых технологиях кодирования, таких как Н264.
Кроме того, изобретение не ограничивается конкретной оптической системой, такой как DVD или BD, но относится ко всем носителям данных со свойствами произвольного доступа и ограничениями по скорости передачи данных. Оно также охватывает накопители на жестких дисках, магнито-оптические дисковые системы, устройства флэш-памяти и т.п. Битовые скорости передачи не ограничены упоминаемыми в вышеприведенных примерах и вариантах осуществления изобретения. Вышеприведенные примеры были ограничены устройствами считывания с однократной скоростью (1х). Однако максимальная скорость считывания данных, поддерживаемая дисководом, зависит от двух факторов: максимальной скорости передачи данных при однократной скорости (1х), определяемой стандартом системы (CD, DVD, BD и т.д.), и множителем для скорости передачи данных при однократной скорости (напр., 2х, 4х, 8х и т.д.). Следовательно, если дисковод поддерживает более высокие скорости считывания данных (например, поскольку он представляет собой версию 2х), это будет учтено автоматически.
Изобретение относится к устройству и способу для потоковой передачи данных в режиме реального времени с носителя информации, содержащего форматы многослойного кодирования, и, более конкретно, к устройству и способу считывания множества потоков для оптических дисков. Способ содержит этапы приема от одного или более приложений команд, инициирующих, по меньшей мере, два потока данных и указывающих требуемое разрешение, извлечения информации относительно форматов кодирования, имеющихся на упомянутом носителе информации, и относительно максимальной скорости считывания данных, поддерживаемой устройством считывания данных, выбора формата сжатия для каждого потока данных на основе упомянутых принятых команд и упомянутой извлеченной информации о формате кодирования так, чтобы сумма потоков данных не превышала упомянутой максимальной скорости считывания данных, и отправки запросов на потоковую передачу, соответствующих упомянутым выбранным форматам сжатия, на упомянутое устройство считывания данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
| US 6438630 B1, 20.08.2002 | |||
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| US 5754242 A, 19.05.1998 | |||
| УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ ВИДЕОСИГНАЛА, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕГО ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПРИЕМНИК ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО ДАННЫЕ ЗАГОЛОВКОВ И ПОЛЕЗНЫЕ ДАННЫЕ В ВИДЕ СЖАТЫХ ВИДЕОДАННЫХ | 1992 |
|
RU2128405C1 |
