通过信息载体实现同步记录和再现的记录和再生系统的制作方法

专利名称：通过信息载体实现同步记录和再现的记录和再生系统的制作方法
该发明涉及一个记录和再生系统，该系统能记录信息载体的第一个信息流，同时处理经由该信息载体的另一信息流，该系统包括一个用于扫描信息载体的读写单元，该单元以从信息载体读或写信息的扫描速率工作，该系统还包括在记录和／或再生期间缓存信息的缓存装置。
该记录和再生系统可参见EP 0594241(PHN14．217)。它包括用于存储信息的随机存取主存储器，例如盘式存储器。主存储器的输入通过一输入缓冲存储器耦合至接收信息流的输入端。信息流表示一种连续时间信号，例如，经过数字化和压缩后的视频信号。主存储器的输出经过一输出缓冲存储器耦合至输出端。在该系统中信息流在输出端再生并且通过解压缩过程重新转变为视频信号。系统包括可从盘式存储器中读取信息或向盘式存储器中写入信息的读／写头以及控制交替读和写操作的控制系统，因此，工作过程中，输入缓冲区基本为空而输出缓冲区基本上保持满。对视频信号使用此系统，只要节目本身尚未结束，视频节目就可以经过或长或短的延迟得以再生。用户可以观看只录制了一部分的节目，与此同时节目的其余部分被不断录制下来。另外，当用户在观看节目时被例如电话打断时，使用该系统他可以将节目录制下来，过后可以继续完整地观看。
该系统的一个问题在于它只能以固定顺序录制。
该发明的目的在于提供一个可更有效进行记录和／或再生的系统。为达到此目的，根据本发明的系统的特征在于系统包括根据处理下一信息流所需的数据速率控制录制第一信息流的控制装置，这使得录制过程具有可根据情况进行调节的优点，例如当前或期望将来同步的记录和再生过程。结果，系统的传输容量可以得到最大限度的利用，系统传输容量也因此得以在系统读、写过程之间以一种很好的平衡方式进行分配。为使将来的同步记录／再生过程分配足够的写容量，应对当前的录制过程加以调节；为了使当前的同步记录／再生过程有足够的写容量，传输容量应优化利用。与具有更高传输容量却低效使用的系统相比，这是一个更大的优点，因为高传输容量会使系统变得更复杂、更易于磨损和产生故障。本系统通过充分利用可用的信息容量实现了更高性能和／或更稳定性能的再生信号。
根据发明的记录和再生系统的一个实施例其特征在于系统中包括在录制过程中可控地压缩第一信息流的压缩装置，其特征还在于控制装置根据所需数据速率控制压缩装置。其优点在于压缩程度可调整到所需数据速率，结果，可用位被尽可能使用，这使得信号尽可能不压缩以保证再生的高质量。这对于具有可变传输率的信息流，例如MPEG2数字视频信息尤其有利。根据本发明的系统的另外实施例及其优点在随后的附录权利要求和解释中加以说明。
本发明的这些与其他方面将通过参照下文所述的实施例加以阐述并将变得更明白。
附图中

图1表示一可写类型的信息载体。
图2表示一包括可控制压缩装置的记录和再生系统。
图3表示一压缩单元。
图4表示一包含代码转换器的记录和再生系统。
图5表示一包含自适应控制装置的记录和再生系统。
图6用图表示数据速率曲线。
附图中与已述的元件相对应的元件采用相同数字标号。
图1表示一可重写类型的盘式信息载体1，例如，CD-E(可擦写高密度光盘)。该信息载体包括一用于记录的、依螺旋型绕圈排列的轨道9。绕圈也可以用同心圆来代替。用伺服模式将轨道9在信息载体上指示出来，例如，预刻道使读／写头在扫描过程中沿轨道9运动。而且，伺服模式中还包括轨道的位置信息，例如，从轨道端头处开始经过的时间指示。信息载体具有一可由系统用光或磁光方法写入的记录层，用于以标记模式写信息块。例如，CD-E具有一相位可变材料构成的记录层。CD的读、记录及轨道、预刻道的用途的有关描述可参见Bouwhuis等人所著的“Principles of optical disc systems”ISBN 0-85274-785-3。该发明也可用于其他盘式可重写的信息载体，例如硬磁盘，或可交替快速地在信息载体不同分区进行写和读操作的其它不同型式信息载体，例如光学磁带。
图2、4和5表示一记录和再生系统，该系统记录盘式信息载体的第一信息流，同时处理经由该信息载体的另一信息流，该信息载体，例如，可用磁光方式或光方式写入(通过相变材料)。该系统包括驱动信息载体1旋转的驱动装置45和扫描轨道的读／写头42，信息载体上的轨道可通过例如产生伺服信号的伺服模式指示出来。读／写头42通过伺服装置44沿径向定位于轨道上。读／写头42用众所周知的跟踪和聚焦方法扫描轨道。加载于写入装置41的输入端的信息在写入装置41中被按要求分解为若干块后转换为读／写头42能识别的写入信号。写入装置41包括诸如错误编码器和信道编码器。读出时，读／写头42的信号被重新转换为读出装置43中的信息，读出装置43包括诸如信道解码器和纠错器。该系统包括缓存装置47，它对写入期间经由写入装置41加载于输入端的信息进行缓存，也对读出期间经由读出装置43加载于输出端的信息进行缓存。系统还包括系统控制器46，它控制驱动装置45，伺服装置44，写入装置41，读出装置43和缓存装置47的工作，并且被设置以进行随后描述的操作过程。
同步记录和再生过程是通过系统控制器46按下述方式实现的。读／写头42交替地在信息载体上的两个不同区域进行读和写操作。输入端的第一信息流通过缓存装置47传送并写入载体的第一区，同时可通过将载体1的第二区中的读出的信息经由缓冲装置47传送至输出端从而产生第二信息流。信息流表示连续一时间信号，例如声音或视频信号。缓冲区的使用经过改进的执行同样过程的系统及其实施例可参见专利说明书EP 0594241。但这要求系统有足够高的传输率。而高传输率对系统的复杂性和成本影响很大，而且导致系统对磨损，系统寿命和信息载体的故障更加敏感。
操作根据本发明的系统的方式对于用户而言就象使用盒式录像机(VCR)一样简单。系统包括标志为“Pause”，“Resume”，“FastForward”和“Backward”的键。用户在观看电视节目时可能会暂时离开。按下“Pause”键便会开始录制节目。当用户返回时，可按下“Resume”键，系统开始同步再生(用户离开后的)节目并且录制过程将继续。遇到广告时，用户可按下“Fast Forward”键，广告节目的再生过程会以快速方式进行或被(部分地)跳过。系统指示器随即可给出用户较实况转播落后多长时间，系统会在固定的间隔时间以小格式显示一幅图像。利用其他的操作功能，可以使节目及时直接向前跳进。按下“Fast Forward”足够长时间后，滞后的时间清零，用户可重新观看实时转播，而录制工作将停止。系统也可在用户观看节日时保持录制方式或者按要求切换到录制方式。可按下“Backward”键重复一部分，例如重看球赛中的一个进球，同时球赛被继续录制下来。
图2表示据本发明的记录和再生系统，它包含可控制压缩装置。该系统包括压缩单元22，它根据输入信号所表示的信息缩减该信号的数据速率。例如，信息中的冗余部分可由此缩减或者由于再生信号质量的微小下降而生成精确度降低的信息。输入信号加载到输入端21并且在压缩单元22中转换为压缩信号，该信号随即在写入单元41中转换为写入信号。通过控制输入端26控制压缩单元22，使输入端21和输出端23上的数据速率之间的压缩比率可以进行调节。这样一个声音的可控压缩单元的一个简单实施例能按要求忽略几个意义不大的数据位，例如，将每次声音采样的16位缩减至15位或14位。系统可包括将模拟输入信号转化为数字形式的模／数转换装置。在输出端，系统可包括解压缩装置和／或数／模转换装置。系统还可根据信号内容的不同被压缩，就如DCC或MPEG声音或视频压缩法一样，其实施例如图3所示。系统控制器46按照图6所示的所需数据速率控制压缩单元。录制的数据速率可直接从所需数据速率和系统可用传输率中导出。可通过对压缩装置的设置以使压缩信号不超过可用的数据速率范围。由于缓冲装置47对瞬时变量的平滑作用，某一短时段内起决定作用的是该时段内的平均值而不是瞬时值。平均值可从数据速率中得出或间接从缓冲装置47的存储区中推导出来。
图3图示一类似于由ISO／IEC-13818-2中所知的MPEG2压缩法的视频信息压缩单元。一数字视频信号加载到输入端21并通过差分单元31传送至DCT单元32，该DCT单元32执行离散余弦变换，其中图像信号分解为若干大块。得到的系数引入Q单元33，并用可调的除法因数进行量化，将其商的各位进行处理后，余数部分被舍去。商的数据位引入VLC单元34，该单元对具有可变长度的商进行编码。这样，具有可变位速率的编码后的图像信号在输出端23产生。检验单元39会影响平均位速率，例如，通过设置Q-单元的除法因数来实现，较大的除法因数会导致较低的位速率。除法因数通常处于2和16之间。某些特定图像质量所需的位速率的进一步缩减可以通过每次传输一组图像(GOP)来实现，几种差别图像诸如超前预测P-图像或双向预测B-图像总是在独立I-图像后传输。根据再生图像的活动，检验单元39决定生成哪种类型图像。图3示意地图示一由检验单元39控制的转换开关38，该转换开关禁止I-图像信息通过而允许P-图像的基于编码信号的再现图像的存储信息通过。在差分单元31确定差别图像，其中也可使用对运动的补偿。一幅再现图像，既可以在接收系统中形成，也可以通过IQ单元(逆量化)和IDCT单元(离散余弦逆变换)在图像存储器37中形成。通过对I，B和P图像的选择，检验单元进一步影响位速率。通常的准则是，如，最大的瞬时位速率应小于传输通道的传输容量；短时平均值应足够小使接收系统的缓冲区容量不会被超出。
在这样的一个具有可变位速率的压缩单元中，产生的数据量取决于接收信号的内容。与固定位速率系统相比较，可变位速率系统在产生同样的数据量时可以获得更高平均质量的再现信号。依照该发明，通过经由检验单元39的控制输入端26进行参数设定来控制平均位速率。经由控制输入端26还可影响长期平均位速率，例如由于检验单元调节除法因数或I／P／B图像的选择。另外，也可以采用某些预处理(图3中未给出)，例如噪声滤波或空间频率内容的压缩，为此可以调节滤波参数来影响位速率。
图4表示一包含代码转换器48的根据本发明的记录和再生系统。写入装置41包括一个接收输入信号的输入端，输入信号可以是已按某种压缩规则而被压缩的信号，例如接收来自卫星或电缆网络并加载到记录和再生系统上的视频压缩信号。代码转换器48用于对已按某种压缩规则进行压缩的信号进一步压缩。一个代码转换器可包括，例如，图3中所示的级联解压缩单元和压缩单元，这样，互补运算被结合在一起。对这样一种代码转换器的描述可见EPO 690 392(PHF 94．001)。来自控制装置46的控制信号49控制代码转换器48以决定进一步压缩的程度。代码转换器48连接到写入装置41并接收已压缩信号并按要求对该信号进行进一步压缩后将其返回。压缩程度由与图2中压缩单元22的控制值相一致的数据速率决定。
图5表示一根据本发明的包括根据所需数据速率调节扫描速率的控制装置46的记录和再生系统。在该系统的实施例中，控制装置被配置用于调节传输容量。根据当前所需数据速率(图6C所示)例如，由于系统控制装置确认缓冲装置47已太满时，传输容量会暂时增长。为此目的，系统可通过提高信息载体的传输／旋转速率加快扫描速率。读出操作也相应以成比例的更快速率进行。除此而外，写入时钟频率也可能与扫描速率成比例地增加。更快的读出和／或写入操作增加了系统的传输容量，导致要记录数据流的数据速率变得更快。稍后，当缓冲区足够空时，传输速率恢复到正常值。在另一个实施例中，可能由于其他原因提高传输速率例如，使再生质量更理想，或总是当两个信息流的处理同时进行时，赞成提高传输速率。有利地，扫描速率仅在实际需要时才增加，因为这可以降低磨损，能量消耗和／或系统温度的上升。
在系统的另一个实施例中，控制装置用于为依照所需数据速率写入第一信息流的信息而选择写入区域的径向位置。对于CD，通常按固定的密度和固定的线性速率写入信息。当在同步记录和再生过程中交替进行读写操作时，旋转速率却不会调整或以最小程度随径向位置变化而变化，这是由于如此快速的调节需要一十分强劲的驱动马达。可以选择在分别对应于读、写区域的速率之间的中间值为旋转速率中间值，或者选择最靠近中心的区域对应的速率为旋转速率中间值，后一种情况下，靠外区域的扫描速率大于标准速率。例如，根据本发明的系统控制选择信息载体的外沿区域来写入第一信息流。稍后，当录制另一信息流的操作与该记录区域的再生操作同时进行时，可以向盘片中心的区域写入。如果录制过程以标准扫描速率进行，则外沿区域的数据将以更高的扫描速率读出。伺服装置在靠近盘片中心处不必有较高的扫描速率，这一点十分有利，如果在任意径向位置处以更高的扫描速率实现读和／或写操作则需要很高的扫描速率。在扫描速率相同时，这会要求靠内的区域比靠外沿的区域有更高的旋转速率。除此而外，由于写入质量大多与速率有关并且写入操作中要施以复杂的参数控制，如果写入操作能以标准速率或至少比读操作低的速率进行将很有利。而且，当选择好记录区域时，必须考虑再生区域的位置以便读写操作转换时，二者之间距离不至于太远，因为读／写头42的替换过程是死区时间。当第一记录是从盘外沿向中心推进实现的，在同步再生过程中，第二记录可以从，例如，用于记录的盘片区域内径和外径的中间位置开始。在长期同步记录和再生过程期间，再生区域和记录区域一齐向内缓慢移动，相互之间距离始终保持在一定范围内。
图6示意性地表示了一个可能的根据本发明的记录和／或再生系统中数据速率随时间变化曲线圈。系统的控制装置用于确定所需数据速率以及控制依照该速率的录制过程。图中用水平轴t-轴表示时间t，用垂直轴表示数据速率d。该图基于根据本发明的系统，该系统具有一定传输容量，即每个交替读写操作每个时间单位的平均读写位数的总和，用折线10标志。第一信息流的录制如图所示是从t轴的底部开始向上，而同时再生另一信息流所需的数据速率却从可用传输容量线10开始向下。两条曲线绝对不能交叠，否则会超出系统的可用传输容量。然而，图示方式无法说明在读、写操作之间切换时必要的界宽，该界宽取决于各自系统的参数，诸如，读／写单元的替代间以及缓冲区的大小。并且，观察到也可以同步记录另一信息流而不是再现同一数据流，两信息被独立录制在不同区域。这是一个优点，当用户希望录制两个播放时间部分重叠的电视节目时，两个记录可在稍后实现完全独立的再生或删除或覆盖。
图6a首先表示位于时刻t1和t2之间以如曲线11所示的数据速率进行的信号记录，该曲线包括峰值12、13，该信号具有类似于MPEG2视频信号的可变位速率。其次，另一信息流在时刻t3到t4之间被同步记录，如曲线15和16所示，该另一信息流如曲线14所示被再生。在t1与t2之间的记录期间，系统可以存贮信号，并且可以达到最大的写入速率，例如在峰值12处。但是，在t3与t4之间的记录／再生过程期间，这可能导致记录另一信息流15的可用数据速率降至零，这将导致信号质量下降得难以忍受的程度和再生期间的信号中断。在t1与t2之间的记录过程中，因而可通过根据曲线11限制数据速率而将峰值12、13期间的数据速率限制在传输容量的一半以下。t3与t4之间同步再生过程中的将来所需数据速率随即设置在总的传输容量的50％。显然，也可以采用更低一些的所需数据速率，例如45％或30％。这种情况下，另一信息流在同步记录和再生期间被更大地压缩的可能性会稍微增加，同时最低可用数据速率30％、45％所产生的图像质量仍可接受。与此相反，t1与t2之间的第一信息流记录期间，对压缩率的要求不高，比例中最大至55％或70％。将来所需数据速率可根据要记录的信号的特性做出选择，必须在当前记录信号的较低压缩值和将来要记录信号的较高压缩率的风险之间选择一最佳值。
在t3与t4之间的同步记录和再生期间，当记录时，也必须考虑将来所需数据速率。在此情况下，在峰值16期间必须对数据速率加以限制。
图6b表示具有从t5到t8的预置持续时间的第一信息流的记录过程，而图6a的所需数据速率也将被考虑。接收信号具有固定的数据速率，它在t5到t6期间约减为传输容量的50％。在时刻t6以后，t5到t8之间，预计记录和再生过程不会同时发生。这可以从下面的计算中推出。如果用户开始再生方式，而节目还未完全结束，例如，在t6后的时刻t7，他将首先观看已经录制但还未再生的那部分。在此期间录制工作将继续，如果再生过程从位t8-t5中点之后的t7时刻开始，那么已录制的t7-t5部分会延后到t8之后，并且从位于t5与t8中点的时刻t6开始，记录操作将以全数据速率19进行。显然，当从t7时刻开始再生过程，该速率又降低到50％。由于用户也可能在再生期间决定跳过记录的一部分，例如录制影片中的广告，预期将来所需数据速率会经过一小段延迟后在18所示的曲线段处减少，节目也可能结束，以使得时刻t8移动。这可通过各自的信号源指示出来，例如，PDC系统(节目传送码)，其中电视发射机可以传输有关更新的起始和终止时间的信息。再生期间，数据速率明显地对应于记录过程，而额外的数据速率和由此获得的高质量的再生信号在对应于t6-t7的时间段29中产生。
对于稍后时刻的实际同步记录和再生过程的预期也可从其他细节中得出，诸如稍后时刻发生的时间。系统包括一类似VCR中常用的天／日时钟。午夜后的节日再生与，尤其是工作日是不同的。系统也可用有关用户观看习惯的经验数据。可以使用通用平均值或者从用户实际行为中智能地获取数据。如果记录和再生过程在稍后某时刻不会同时进行，在有一最低数据速率的同时可选择一更低的所需数据速率。在一个记录和再现过程同时发生不太可能的情况下，记录操作实际仍可进行，但质量受到限制。
图6c表示根据曲线32所示数据速率的一段已经录制的信息流的再现过程(从传输容量10向下)，以及一输入信息流的同步记录过程。当前所需数据率可从已记录的信息流的再生过程中所需的数据速率中得出。传输容量减去当前所需数据速率，所得到的剩余数据速率，如曲线30所示，可用于记录输入信息流。有利地是，尽可能将剩余数据速率用于记录过程，例如，通过前文所述的调整可控压缩装置的压缩率来实现。如图5所示，传输容量也可以调节，从时刻t10开始，传输容量暂时增加，多出的数据速率31可用于将被记录的信息流。在时刻t11，传输容量又减小到正常值，例如当缓冲区足够空时。
权利要求
1．一个在信息载体上记录第一信息流，同时处理经由该信息载体另一信息流的记录和再生系统，该系统包括一个以读或写信息载体上信息的扫描速率对信息载体进行扫描的读／写单元，和在记录和／或再生期间缓冲信息的缓冲装置。其特征在于系统包括根据处理另一信息流所需数据速率控制第一信息流记录的控制装置。
2．权利要求1中的记录和再生系统，其特征在于所需数据速率指在随后某时刻，在已经录制的第一信息流被再生的同时用于录制另一信息流的将来所需数据速率。
3．权利要求2的记录和再生系统，其特征在于将来所需数据速率取决于随后某一时刻，在第一信息流再生的同时进行的实际同步记录的期望值。
4．权利要求3的记录和再生系统，其特征在于控制装置用于根据用于记录第一信息流的一部分的剩余时间以及已经录制但还未再生的那部分的时间确定期望值。
5．权利要求1的记录和再生系统，其特征在于所需数据速率是信息流被同时记录和再生的当前所需数据速率。
6．权利要求1、2或5中任一个权利要求的记录和再生系统，其特征在于系统包括在记录期间对第一信息流进行可控制压缩的压缩装置，其特征还在于控制装置根据所需数据速率控制压缩装置。
7．权利要求6的记录和再生系统，其特征在于压缩装置包括一个根据预定的压缩规则对已经根据压缩规则进行压缩的第一信息流进行再压缩的代码转换器。
8．权利要求1或5中任一个权利要求的记录和再生系统，其特征在于控制装置根据所需数据速率控制扫描速率。
9．权利要求1、2、5、6、7或8中任一个权利要求的记录和再生系统，其信息载体为盘式，其特征在于控制装置根据所需数据速率选定写入第一信息流信息的区域的径向位置。
全文摘要
本文公开了一个记录和再生系统,该系统能在记录信息载体的一个信息流的同时处理通过该载体的另一信息流。系统包括一个在信息载体上交替读写信息的读/写单元(42),和在记录和/或再生期间缓存信息的缓存装置。系统包括依照处理另一信息流所需数据速率控制第一信息流记录过程的控制装置。此外,系统还可包括可控压缩装置(22)和一可控代码转换器(48)。当系统传输率一定时,记录期间可用数据速率的使用得以优化,而在同步再生/记录期间,记录过程总是分配一最小数据速率(8)。
文档编号H04N5/44GK1205103SQ97191255
公开日1999年1月13日 申请日期1997年8月25日 优先权日1996年9月16日
发明者J·A·皮仁堡, E·D·L·弗里茂特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司