一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元的方法 【技术领域】
本发明涉及HD-DVD技术，尤其涉及一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的方法。
背景技术
现在DVD视频在市场上已经获得了巨大的成功，而且人们对于具有高分辨率的标准的兴趣正在迅速地增加。当前DVD视频光盘容纳分辨率为720*480@29.94Hz或720*576@25Hz的影像，在本文中称为标准清晰度(SD)视频/数据流。而增强的DVD视频光盘可以容纳空间分辨率为1280*720甚至1920*1080的影像，在本文中称为高清晰度(HD)视频/数据流。
如果使用相同的压缩技术，高质量的影像就需要更高码率或比特率的节目流。这就意味着，对于同样的播放时间(135分钟)的单面光盘来说，光盘的总储存容量就必须增加。这除了要求一种光盘生产线技术的更新换代外，同样也需要驱动技术地更新换代。由于间接的影响，已经不可能向后与传统的DVD播放器兼容了。
但是，在与当前标准清晰度(SD)分辨率的双层DVD视频光盘上的影像比特率相同的情况下，可以通过最新的影像压缩技术来实现HD分辨率的影像品质，而不是改进光盘技术。如果采用这用解决方法，那么可以利用现有的光盘生产线来制作高清晰度的光盘。此外，现有的DVD光盘驱动器仍可以在HD-DVD的播放器中使用。唯一需要改进的是DVD光盘内容制作过程或工具中节目流的编码系统以及播放器的解码芯片。尽管如此，最终产生的高清晰度光盘与现有的DVD视频播放器不兼容。
增强的光盘可以通过将HD视频数据流分离成2个逻辑层来达到向后兼容的目的。其中一层包含与现有DVD播放器兼容的SD视频数据，另一层则包含本文中称为HD-enh视频数据的增强数据。
为了使生成的HD-DVD光盘具有更好的兼容性，在基于HD-enh视频数据流和SD视频数据流生成HD-DVD光盘时，有一个关键性的准则，即保证生成的HD-DVD视频光盘同时在现有的DVD视频播放器和未来的HD-DVD视频播放器中能够平稳地播放。根据这个准则，应合理地将SD数据和相关的HD-enh数据存放在光盘上，否则，在播放HD-DVD光盘的过程中，会给未来的HD-DVD视频播放器对光盘中的SD和HD-enh视频数据的读取、解码和同步带来困难，同时也会影响到HD-DVD光盘在现有的DVD播放器中的播放效果。
为此，本发明提出了一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供了一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的方法，该方法提高了未来的支持HD-DVD盘片格式的HD-DVD视频播放器对盘片中的SD和HD-enh视频数据的读取、解码和同步的效率，而且由这种方法生产出的盘片具有极好的向后兼容性。
本发明的一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的方法包含以下步骤：
a、将HD原始视频数据流进行分离得到HD-enh视频数据流和SD视频数据流；
b、将各种数据流包含HD-enh视频数据流、SD视频数据流、音频数据流，分别打包成HD-enh视频数据包(V_PCK_HD)、视频数据包(V_PCK)、音频数据包(A_PCK)组成一系列VOBU。
其中V_PCK_HD数据包和与之相关的V_PCK数据包在同一个VOBU中邻近排列。在VOBU中V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包可以共享同一个A_PCK数据包。
步骤b中将HD-enh视频数据流打包成V_PCK_HD数据包时，是依据所定义的V_PCK_HD数据包结构进行打包的。可以利用MPEG标准中的保留的Stream_ID即流的识别标志来定义V_PCK_HD数据包的结构。也可以将HD-enh视频数据放入私用数据流中，利用预先保留的或供给者定义的Sub_Stream_ID即子流的识别标志来定义V_PCK_HD数据包的结构。
可以将VOBU中的数据依次写入光盘上从而生成HD-DVD盘片，也可以将一系列VOBU生成映像文件，并由映像文件制作成HD-DVD盘片。HD-DVD盘片上含有V_PCK_HD数据包。
一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的装置，该装置包含：
一个分离装置，用于将输入的HD数据流分离成HD-enh视频数据流和SD视频数据流；
一个复用器，用于将输入的各种数据流包含HD-enh视频数据流、SD视频数据流、音频数据流，分别打包成HD-enh视频数据包(V_PCK_HD)、视频数据包(V_PCK)、音频数据包(A_PCK)组成一系列VOBU；分离装置与复用器相连。其中复用器是符合DVD标准的复用器。
其中分离装置包含：一个分辨率降级装置，用于对输入的HD原始视频数据流进行分辨率降级处理；一个SD编码器，用于对输入的经过分辨率降级处理的数据流进行编码处理，得到SD视频数据流，并将其传送到复用器中；一个解码器，用于对输入的SD视频数据流进行解码处理；一个分辨率升级装置，用于对输入的经过解码的SD视频数据流进行分辨率升级处理；一个差分装置，用于对输入的经分辨率升级处理后的数据流与输入的HD原始视频数据流进行差分处理；一个HD-enh编码器，用于差分处理后的数据流进行编码处理得到HD-enh视频数据流，并将其传送到复用器中。
一种播放HD-DVD盘片的装置，该装置包含：
一个光学拾波器，用于对输入的HD-DVD盘片上的VOBU数据流进行处理得到V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包；一个HD-DVD解码器，用于分别对V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包进行解码处理，得到HD-enh视频数据流和SD视频数据流；一个分辨率升级装置，用于对输入的SD视频数据流进行分辨率升级处理；一个叠加装置，用于对输入的经分辨率升级处理后的SD视频数据流与输入的HD-enh视频数据流进行叠加处理，得到高清晰度电视的输出。
其中HD-DVD解码器包含一个V_PCK_HD缓冲器、一个V_PCK缓冲器、一个HD-enh解码器以及一个SD解码器，V_PCK_HD缓冲器和HD-enh解码器依次对输入的V_PCK_HD数据包进行处理得到HD-enh视频数据流，V_PCK缓冲器和SD解码器依次对输入的V_PCK数据包进行处理得到SD视频数据流。
本发明为HD-DVD盘片带来巨大的优势。由于HD-DVD盘片中某一时刻的SD视频数据和与之相关的HD-enh视频数据存放于同一VOBU中，因此未来的HD-DVD播放器可以轻易地读取、解码和同步SD和HD-enh数据。由本发明的方法生产出的HD-DVD盘片具有极好的向后兼容性，因为现有的DVD播放器不能识别附加的HD-enh视频数据包V_PCK_HD，所以在播放时通过跳过这些V_PCK_HD数据包来成功播放HD-DVD盘片。另一方面，本发明的方法减少了从现有的DVD播放器过渡到HD-DVD播放系统的技术难度。
【附图说明】
图1是本发明的在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的装置示意图；
图2是现有的标准DVD复用器复用过程的主循环示意图；
图3是本发明的V_PCK_HD数据包的结构第一种定义方式的示意图；
图4是本发明的V_PCK_HD数据包的结构第二种定义方式的示意图；
图5是以本发明的方法生成的具有V_PCK_HD数据包的VOBU结构的示意图；
图6(a)是现有的SDTV的播放装置的部分结构的示意图；
图6(b)是本发明的HDTV的播放装置的部分结构的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的一种在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的方法包含以下步骤：
a、将HD原始视频数据流进行分离得到HD-enh视频数据流和SD视频数据流；
b、将各种数据流包含HD-enh视频数据流、SD视频数据流、音频数据流，分别打包成HD-enh视频数据包(V_PCK_HD)、视频数据包(V_PCK)、音频数据包(A_PCK)组成一系列VOBU。
图1给出的是本发明的在HD-DVD系统中用于生成视频目标单元(VOBU)的装置。以分辨率为1920*1080的HD原始视频数据流为例。
首先，如图1所示，分离装置110对输入的HD原始视频数据流进行处理，分离成HD-enh视频数据流和SD视频数据流，具体过程如下所述。将输入的分辨率为1920*1080的HD数据流依次通过分辨率降级装置111和SD编码器112，进行分辨率降级和编码处理，获得分辨率为720*576的SD视频数据流；再将经编码处理后得到的分辨率为720*576的SD视频数据流依次通过解码器113和分辨率升级装置114，进行解码以及分辨率升级处理，得到分辨率为1920*1080的数据流，再将该数据流与输入的HD原始视频数据流通过差分装置115进行差分，最后对差分后的数据流由HD-enh编码器116编码后得到分辨率为1920*1080的HD-enh视频数据流。
其次，如图1所示，将分离装置110分离得到的HD-enh视频数据流和SD视频数据流，以及经过处理得到的其它数据流包含辅助数据流、音频数据流、子图像数据流，共同输入到DVD复用器120中。图2给出了现有的DVD复用器复用的过程。
如图2所示，首先DVD复用器120从编码器中读取输入的各种数据，如HD-enh视频数据流、SD视频数据流、音频数据流等，接着判断取到的数据是否有用，若无用则完成操作，反之则以缓冲器的最低可占用空间选择数据类型。确定数据类型后，判断多路传输该数据子包是否引起系统目标解码器(STD)溢出，若否则添加PES头、储存该数据子包、更新SCR、更新缓冲器空间，接着继续判断取到的数据是否有用，构成了循环；反之则增加SCR直到有空间来储存该数据子包，接着添加PES头、储存该数据子包、更新SCR、更新缓冲器空间，继续判断取到的数据是否有用，构成了循环。
再次，如图1所示，DVD复用器120将输入的各种数据流包含HD-enh视频数据流、SD视频数据流、辅助数据流、音频数据流、子图像数据流分别打包成HD-enh视频数据包(V_PCK_HD)、视频数据包(V_PCK)、辅助数据包(NV_PCK)、音频数据包(A_PCK)、子图像数据包(SP_PCK)组成一系列VOBU，也就是VOB文件。其中V_PCK_HD数据包和与之相关的V_PCK数据包在同一个VOBU中邻近排列。
DVD复用器120依照所定义的V_PCK_HD数据包的结构对HD-enh视频数据流进行打包，以便HD-DVD播放器在播放时能够识别出光盘中的HD-enh视频数据。
下面有几种选择方式来定义V_PCK_HD数据包的结构，例如，我们可以利用MPEG标准中的保留的Stream_ID(流的识别标志)来定义V_PCK_HD数据包的结构，参见图3。
图3给出了本发明的V_PCK_HD数据包的结构第一种定义方式，图3中，V_PCK_HD数据包的结构定义除了Stream_ID外，皆与标准的视频数据包相同。也就是说，我们采用0xFA来识别包含HD-enh数据的V_PCK_HD数据包，相当于在标准视频包中采用0xE0来识别标准的视频数据包，即：
V_PCK_HD数据包…… Stream_ID：1111 1010b(0xFA：在MPEG标准中保留)
另一种方法是将HD-enh视频数据放入私用数据流(private stream)中，用保留的或供给者定义的Sub_Stream_ID即子流标识符来定义V_PCK_HD数据包的结构，参见图4。
图4给出了本发明的V_PCK_HD数据包的结构第二种定义方式，在图4中，V_PCK_HD包的结构定义除了Sub_Stream_ID(子流识别标志)外，皆与标准的子图像数据包的相同。也就是说，我们采用Sub_Stream_ID(子流识别标志)0xFF来识别包含HD-enh数据的V_PCK_HD包，相当于在标准的子图像数据包中采用的流识别标志，即：
V_PCK_HD数据包…… Stream_ID：1011 1101b(0xBD：Private_Stream_1)
Sub_Stream_ID 1111 1111b(0xFF：供给者定义的流)
图4中，“*1”表示定义V_PCK_HD数据包中子包头的大小与标准视频子包的子包头一样。
当然，也可以用其他的方式来定义V_PCK_HD数据包的结构。
而且在同一个VOBU中的V_PCK_HD数据包、V_PCK数据包的数目不是固定的，V_PCK_HD数据包、V_PCK数据包的数目是由整个数据流的比特率、每个输入数据流的比特率以及用于复用的每个数据流的缓冲器大小来决定的。
图5显示的是以本发明的方法生成的具有V_PCK_HD数据包的VOBU结构。在图5中，NV_PCK数据包、A_PCK数据包、SP_PCK数据包以及V_PCK数据包分别表示用于SD DVD视频的导航数据包、音频数据包、子图像数据包以及视频数据包，而V_PCK_HD数据包代表HD-enh数据的视频数据包。在大多数的情况下，V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包共享同一个A_PCK数据包，V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包有时也可共享同一个NV_PCK数据包和SP_PCK数据包，而且NV_PCK数据包可以按照HD视频导航的需要进行修改。本发明的VOBU结构与现有的DVD视频的VOBU结构相比，本发明在VOBU中插入了储存着与SD视频包相关的HD-enh视频数据包V_PCK_HD。
最后，如图1所示，可将图5所示的本发明的存有HD-enh视频数据的VOBU中的各种数据依次写入DVD光盘上从而生成HD-DVD光盘130，该HD-DVD光盘130上的HD-enh视频数据包V_PCK_HD和与之相关的SD视频数据包V_PCK在同一VOBU中邻近排列，因此该光盘就具有极好的向后兼容性。
也可将一系列图5所示的本发明的存有HD-enh视频数据的VOBU生成映像文件140，用于制作大批量的HD-DVD光盘。
图6(a)给出了现有的SDTV的播放装置的部分结构。以分辨率为720*576的SD数据流为例，如图6(a)所示，只需将分辨率为720*576的SD视频数据流进行解码就得到分辨率为720*576的标准清晰度电视(SDTV)输出。
图6(b)给出了本发明的HDTV播放装置的部分结构。以分辨率为720*576的SD视频数据流和分辨率为1920*1080的HD-enh视频数据流为例，如图6(b)所示，光学拾波器610将输入的HD-DVD盘片上的VOBU数据流进行处理得到V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包；HD-DVD解码器620分别对V_PCK_HD数据包和V_PCK数据包进行处理得到分辨率为1920*1080的HD-enh视频数据流和分辨率为720*576的SD视频数据流；分辨率升级装置630对输入的SD视频数据流进行分辨率升级处得到分辨率为1920*1080的SD视频数据流；叠加装置640对输入的经分辨率升级处理后的SD视频数据流与输入的HD-enh视频数据流进行叠加处理，得到高清晰度电视(HDTV)的输出。
其中HD-DVD解码器620包含V_PCK_HD缓冲器621、V_PCK缓冲器622、HD-enh解码器623以及SD解码器624。V_PCK_HD缓冲器621和HD-enh解码器623依次对输入的V_PCK_HD数据包进行处理得到分辨率为1920*1080的HD-enh视频数据流，V_PCK缓冲器622和SD解码器624依次对输入的V_PCK数据包进行处理得到分辨率为720*576的SD视频数据流。
HDTV播放装置中的其它装置为现有技术故在图6(b)中未示出。
根据本发明我们用不同码率的HD数据流做出了HD-DVD光盘来测试本发明的光盘的后向兼容性。我们根据本发明改进现有的DVD光盘内容制作工具并制作了HD-DVD光盘的映像文件，然后将该映像文件烧录到DVD+RW光盘上并在现有的DVD播放器上播放。由于现有DVD播放器不能识别附加的V_PCK_HD视频包的Stream_ID(第一种结构定义方式)或者Sub_Stream_ID(第二种结构定义方式)，因此现有的播放器在播放过程中将跳过HD-enh视频数据而只播放SD视频数据。从下面的表格中，我们可以发现该HD-DVD光盘具有很好的向后兼容性。然而，HD视频的码流过高一定程度上会影响视频和音频的播放的流畅性。
表1给出了基于本发明的HD-DVD光盘在现有的DVD播放器上的测试结果码流比特率(平均比特率)现有DVD播放器上的测试结果标准流8.8Mbps测试流111.7Mbps无影响测试流213.2Mbps无影响测试流317.6Mbps不太流畅