Передача видеосигнала

Передача видеосигнала

Реферат

 

Настоящее изобретение относится к генерированию потока видеоданных в формате MPEG, который содержит несколько немного отличающихся друг от друга программ, каждая из которых содержит примерно одинаковую информацию. Достигаемый технический результат – создание способа передачи видеосигналов, который обеспечивает дополнительные преимущества и новые возможности по сравнению с прототипом. Поток данных MPEG формируется таким образом, что обыкновенное перекодирующее устройство имеет возможность эффективно осуществлять выбор одной из упомянутых программ. Это достигается путем хранения отличий по отношению к программе, используемой по умолчанию, в выбранных полях данных пользователя. Перекодирующее устройство является синтаксическим анализатором, обладающим некоторыми дополнительными функциями, который заменяет биты, относящиеся к выбранному набору макроблоков, заменяющими данными, хранящимися в полях данных пользователя. Стандартный MPEG декодер, не имеющий никакой информации о вложенных полях данных пользователя, будет просто выделять программу по умолчанию. Одно из применений настоящего изобретения касается широковещательных телевизионных программ с логотипом или без логотипа или рекламы с общим предупреждающим сообщением. Другое применение настоящего изобретения относится к схемам защиты от копирования. В схемах такого типа программы, используемые по умолчанию, содержат разрешение, определяющее, что информация может быть скопирована только один раз. При осуществлении записи упомянутое разрешение удаляется и заменяется информацией, размещаемой в поле данных пользователя. 7 с. и 13 з.п.ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для передачи видеосигналов. Упомянутый способ содержит этапы приема изображения исходного видеосигнала, изменения области изображения упомянутого изображения для формирования измененного видеосигнала и передачи измененного видеосигнала. Настоящее изобретение также касается способов и устройств для приема, декодирования и перекодирования такого видеосигнала.

Уровень техники

Способ, типа определенного выше, вообще является хорошо известным и, в частности, применяется телевизионными сетями, которые изменяют область изображения исходного видеосигнала для включения видимого логотипа. Логотип идентифицирует широковещательную станцию или собственника информации. Полезным свойством логотипа является то, что он остается видимым после записи и таким образом помогает в идентификации нелегальных копий изначально записанного широковещательного видеоматериала.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является предоставление способа передачи видеосигналов, который обеспечивает дополнительные преимущества и предусматривает новые возможности применения.

Таким образом, способ, предусматриваемый настоящим изобретением, содержит этап передачи дополнительного сигнала, определяющего замену видеоинформации для упомянутой области изображения измененного видеосигнала. При этом удаление приемником, или перекодирующим устройством логотипа, или другой метки, которые были явно присоединены к видеосигналу, замена упомянутого логотипа или метки заменяющей видеоинформацией и воспроизведение или ретрансляция таким образом полученного видеосигнала осуществляются просто. Предпочтительно, заменяющая видеоинформация является областью изображения исходного сигнала. Это позволяет приемникам или перекодирующим устройствам аннулировать изменение изображения и восстанавливать исходный видеосигнал.

Настоящее изобретение позволяет поставщикам телевизионных программ эффективным образом осуществлять одновременную передачу немного отличающихся версий телевизионной программы как одного физического сигнала. Распределители сигналов, размещенные в головных узлах кабельных сетей, могут осуществлять выбор одной из версий для дальнейшего распределения. Например, телевизионные программы с логотипом распределяются первым получателям, в то время, как та же самая информация без логотипа распределяется другим получателям.

Другим примером является распределение реклам с общим предупреждающим сообщением и без общего предупреждающего сообщения. В некоторых странах существует требование выдавать такое предупреждение на экран, если рекламируемый продукт потенциально опасен для общего здоровья.

Следует отметить, что способ передачи исходного видеосигнала и дополнительного сигнала, определяющего заменяющую видеоинформацию для области изображения упомянутого исходного сигнала, по существу, известен. Например, известно, как передавать видеосигнал вместе с подзаголовками, размещаемыми в дополнительном сигнале данных телетекста. Приемники телетекста могут отображать подзаголовки, таким образом осуществляя замену исходной видеоинформации в области изображения. Настоящее изобретение отличается от этого известного способа тем, что основной сигнал или сигнал "по умолчанию" (который означает сигнал, который воспроизводится стандартными приемниками) является изменяемым сигналом. Это делает возможным назначать несколько значений для изменения сигнала, например, разрешение на копирование видеопрограммы, которое обрабатывается всеми приемниками, независимо от того, имеют ли они соответствующее обеспечение для отмены изменения сигнала.

Настоящее изобретение является особенно полезным, если исходный видеосигнал доступен в закодированной форме, например, когда поток битов MPEG и изменяемый сигнал должны ретранслироваться в закодированной форме. В варианте осуществления такого типа, в котором видеосигнал закодирован в поток битов канала и область изображения представляется под наборами битов, заменяющая видеоинформация предпочтительно кодируется аналогично и представляется в основном тем же самым числом битов, как измененная область изображения. Для обеспечения этого подставляемые биты могут быть вставлены или в изменяемый сигнал, или в дополнительный сигнал. Далее приемник или перекодирующее устройство могут просто заменить под-набор, представляющий под-изображение дополнительными битами сигнала, не опасаясь вызвать проблемы переполнения или недогрузки буфера в последующем декодере. Предпочтительно дополнительный сигнал размещается в полях данных пользователя потока битов так, чтобы стандартные (MPEG) декодеры опускали этот сигнал.

Если видеосигнал кодируется с предсказанием, то под-изображения преимущественно размещаются в изображениях, которые не согласуются с другими изображениями. Например, если сигнал закодирован в соответствии с стандартом сжатия видеосигнала MPEG (группа экспертов по движущимся изображениям), то под-изображение предпочтительно размещается только в Б-изображениях. Этот вариант осуществления значительно упрощает и процесс кодирования, и процесс декодирования, потому что в качестве эталона используются одни и те же И-изображения и П-изображения, независимо от того, будет кодироваться либо декодироваться исходный видеосигнал, или будет кодироваться либо декодироваться измененный видеосигнал.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схематическое представление устройства для передачи видеосигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 показывает формат выходного сигнала для устройства, иллюстрируемого фиг.1.

Фиг.3 показывает схематическое представление устройства для удаления метки и декодирования или ретранслирования исходного видеосигнала согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 показывает блок-схему операций, которые выполняются схемой управления, иллюстрируемой фиг.3.

Фиг.5 и 6 являются схематическими представлениями вариантов применения настоящего изобретения.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 показано согласно настоящему изобретению схематическое представление устройства для передачи видеосигналов. Иллюстрируемое устройство принимает исходный видеосигнал В_исх, который подается к первому входу входного переключателя 10 выбора, и метку М, к примеру, логотип или идентификатор защиты от копирования, которая подается ко второму входу упомянутого переключателя. Переключатель 10 выбора управляется схемой 11 управления размером и позицией, которая определяет размер и позицию области изображения, в которой исходный видеосигнал должен быть заменен меткой М. Переключатель 10 выбора передает выбранный видеосигнал в основной MPEG кодер 12 для получения закодированного измененного сигнала В_изм.

Рассматриваемое устройство дополнительно содержит дополнительный MPEG кодер 13 для кодирования области изображения исходного видеосигнала, которая не содержится в измененном сигнале Визм. Согласно фиг.1 это достигается путем использования второго переключателя 14 выбора, который также управляется схемой 11 управления размером и позицией и который передает исходный видеосигнал В_исх второму кодеру 13 при кодировании метки первым кодером 12. MPEG кодеры 12 и 13 содержат схему управления скоростью передачи разрядов (не показанную на фиг.1) для формирования в сущности одинакового числа битов для метки и области изображения исходного видеосигнала.

Выходные данные второго MPEG кодера 13 и данные, определяющие размер и позицию области изображения, мультиплексируются мультиплексором 15 для формирования закодированного дополнительного видеосигнала В_доп. Предпочтительный вариант осуществления устройства дополнительно содержит схему 16 вложения данных для размещения закодированного дополнительного видеосигнала В_доп в полях данных пользователя "основного" потока битов в формате MPEG, представляющего измененный сигнала В_изм. Таким образом, если комбинированный выходной поток битов устройства передается стандартному MPEG декодеру (который не рассматривает поля данных пользователя), то будет декодироваться только измененный видеосигнал и будет воспроизводиться видеоизображение с меткой.

Вариант осуществления устройства для передачи видеосигналов, иллюстрируемый фиг.1, принимает исходный видеосигнал в области элемента изображения. Это условие не является необходимым.

В поданных заявителем ранее Европейских патентных заявках №№98400759.1 (PHF 98.544) и 98400802.9 (PHF 98.546) предложены устройства для вставки логотипа в видеосигнал, уже закодированный в формате MPEG, не требующие дорогого полного декодирования потока битов. Согласно настоящему изобретению исходные биты макроблоков с места размещения логотипа сохраняются и добавляются к потоку битов в форме полей данных пользователя.

На фиг.2 показан формат выходного сигнала устройства для передачи видеосигналов. Выходной сигнал содержит последовательность закодированных макроблоков 20, представляющих исходный видеосигнал. Подпоследовательность макроблоков 21 представляет область изображения, содержащую метку. Ссылка 22 обозначает поле данных пользователя (ДП), которое размещается в потоке битов. Это поле ДП содержит заголовок 23 и последовательность закодированных макроблоков 24, представляющую часть исходного видеоизображения. Более конкретно, заголовок 23 содержит:

- Код начала (КН) для идентификации начала поля данных пользователя. Стандарт MPEG предусматривает для этого шестнадцатиричный код 0000 01В2.

- Идентификатор замены ИЗ для определения того, что это поле данных пользователя содержит заменяющие видеоданные.

Число W2, определяющее размер поля данных пользователя.

Число W3, определяющее адрес первого макроблока области изображения.

Число W4, определяющее длину последовательности макроблоков в байтах, включая байты заполнения для настройки.

На фиг.3 показано согласно настоящему изобретению схематическое представление устройства для удаления метки из измененного сигнала. Рассматриваемое устройство принимает закодированный составной видеосигнал, описанный выше. Сигнал подается к схеме 30 управления, буферу 31 и первому входному терминалу переключателя 32 выбора. Выход буфера соединяется с вторым входным терминалом переключателя выбора. Схема управления 30 управляет записью и считыванием буфера 31 посредством линий управления считыванием и записью (С3). Схема управления также управляет состоянием переключателя 32 выбора посредством линии выбора (В).

Функционирование устройства определяется последовательностью операционных этапов, которые выполняются схемой 30 управления. На фиг.4 показана блок-схема этих операций. На этапе 40 схема управления осуществляет управление переключателем 32 выбора для выбора первого (В=1) входного терминала. В этом состоянии переключателя макроблоки 20 (иллюстрируемые фиг.2), представляющие исходный видеосигнал вне измененной области изображения, подаются непосредственно к выходу устройства. На этапе 41 схема управления осуществляет проверку потока битов на возникновение кода начала КН, который идентифицирует начало поля данных пользователя. При обнаружении кода начала на этапе 42 схема управления считывает идентификатор замены ИЗ и проверяет, идентифицирует ли ИЗ, что поле данных пользователя содержит заменяющие видеоданные. Если поле данных пользователя не содержит заменяющие видеоданные, то схема возвращается к этапу 40 и ожидает появления следующего кода начала.

Если ИЗ идентифицирует, что поле данных пользователя содержит заменяющие видеоданные, то на этапе 43 схема управления считывает числа W2, W3 и W4. Далее, на этапе 44, схема управления сохраняет в буфере 30 макроблоки, представляющие исходную видеоинформацию области изображения (показанную ссылкой 24 на фиг.2). Число байтов, которые будут сохранены в буфере, определяется числом W4. Следует отметить, что буфер является довольно маленьким, поскольку область изображения покрывает только несколько макроблоков. Во время этой операции записи видеоданных в буфер схема управления может выборочно заполнять поле данных пользователя в выходном потоке битов произвольными данными. Поле данных пользователя не удаляется во избежание переполнения или недогрузки входного буфера следующего декодера.

На этапе 45 схема управления обнаруживает конец поля данных пользователя, основываясь на размере поля W2. Далее схема управления продолжает функционирование на этапе 46, где до приема первого макроблока измененной области изображения (показанной ссылкой 21 на фиг.2) упомянутая схема управления осуществляет передачу принятых макроблоков на выход через первый (В=1) входной терминал переключателя. Таким образом, на этапе 47 осуществляется сравнение адреса текущего макроблока с адресом начала области изображения, который определяется числом W3.

На этапе 48 схема управления управляет переключателем 32 выбора для выбора второго (В=2) входного терминала так, чтобы содержимое буфера подавалось на выход. В результате этого макроблоки, представляющие измененную область изображения, заменяются макроблоками, представляющими исходное видеоизображение. Число байтов, которые будут заменены, определяется числом W4. Если из буфера считались все байты (этап 49), то схема управления для передачи оставшейся части входного потока (В=1) возвращается к начальному этапу 40 до обнаружения нового поля данных пользователя с заменяющими видеоданными.

Устройство, показанное на фиг.3, удаляет метку из измененного видеосигнала, просто заменяя макроблоки, представляющие измененную область изображения размещенными в полях данных пользователя макроблоками с замененными видеоданными. Следует отметить, что эта простая операция замены выполняется успешно, если MPEG декодер не использует релевантные макроблоки, относящиеся к декодированию других изображений. По этой причине метка предпочтительно вставляется только в Б-изображения. В качестве альтернативы, релевантные макроблоки кодируются автономно (внутри), независимо от типа изображения.

На фиг.5 приводится схематическое представление одного применения настоящего изобретения. Согласно рассматриваемому применению видеопрограмма с логотипом является широковещательной в первой области приема, и та же самая программа без логотипа является широковещательной во второй окрестности. В конце, инициирующем сигнал, система содержит устройство 50, которое принимает исходный видеосигнал и логотип. Устройство 50 вставляет логотип в видеосигнал способом, описанным ранее согласно фиг.1. Таким образом выходной сигнал является закодированной в формате MPEG версией измененного сигнала, но также содержит в качестве дополнительного сигнала исходную информацию замененной области изображения. Выходной сигнал распределяется первой широковещательной станции 51, которая ретранслирует сигнал без дополнительной обработки. Приемники MPEG, принимающие сигнал из этой станции, воспроизводят видеоизображение с логотипом. Сигнал из устройства 50 также распределяется второй широковещательной станции 52. Эта станция содержит устройство 53 для удаления логотипа, как описано выше согласно фиг.3. Таким образом вторая станция ретранслирует ту же самую программу без логотипа.

Другое применение настоящего изобретения касается защиты от копирования. В поданных заявителем ранее Европейских патентных заявках №97200165.5 (PHN 16.210) и 97201470.8 (PHN 16.372) была предложена схема защиты от копирования, которая позволяла скопировать видеоинформацию один раз. Такая схема одноразового копирования обеспечивает запись телевизионных программ для более позднего воспроизведения (сдвиг по времени), но не допускает формирования копий сделанных записей. В этой схеме используются два сигнала:

- Внедренное непрокручиваемое фоновое изображение (НФИ) для указания того, что информация защищена от копирования. Непрокручиваемое фоновое изображение не может быть удалено и указывает, что информация не может быть скопирована, если не имеется в наличии другая метка Р.

- Метка Р (определяемая здесь, как разрешение), которая добавляется к информации и которая должна быть удалена после создания (первой) копии.

На фиг.6 показано схематическое представление системы для иллюстрации предпочтительной схемы защиты от копирования. В устройстве 60, соответствующем устройству, иллюстрируемому фиг.1, разрешение Р добавляется к исходному видеосигналу В_исх в форме специфического изменения данной области изображения. Разрешение является, например, специфическим шаблоном высоких частот цветности в нескольких из нижних или верхних линий телевизионного изображения. Такое разрешение сохраняет работоспособность и при аналоговой, и при цифровой передаче, оно является видимым, но по существу не нарушает изображение и не сохраняет работоспособность при записи стандартными видеомагнитофонами. Передатчик 61 транслирует измененный сигнал, так же, как и дополнительный сигнал, определяющий заменяющие видеоданные для измененной области изображения в формате типа, описанного выше, согласно фиг.2.

Сигнал из передатчика 61 принимается стандартной приемной системой, содержащей тюнер 62, стандартную телеприставку 63 (MPEG декодер) и стандартный аналоговый видеомагнитофон 64. MPEG декодер декодирует измененный сигнал, содержащий разрешение, и передает его видеомагнитофону в стандартном формате аналогового сигнала (кодирование RGB, красный, зеленый, голубой, или кодирование цветового сигнала по методу YUV). Так как разрешение содержит высокие частоты цветности, которые не записываются, разрешение удаляется из копии.

Сигнал из передатчика 61 также принимается новой приемной системой, содержащей тюнер 65, телеприставку 66 и устройство 67 записи цифровых универсальных дисков DVD. Новая телеприставка 66 содержит устройство 661, соответствующее устройству, иллюстрируемому фиг.3. Это устройство удаляет разрешение Р из принимаемого сигнала и заменяет его размещаемой в поле данных пользователя информацией (предпочтительно, областью исходного видеоизображения). Как описано выше согласно фиг.3, размер потока MPEG вследствие этого не меняется для выполнения правил виртуального буфера. Поскольку информация разрешения больше не нужна и ее наличие даже создает опасность для защиты, поле данных пользователя предпочтительно заполняется произвольными данными.

Сигнал, обработанный устройством 661, далее записывается на записывающем устройстве 67 DVD или непосредственно (если записывающее устройство принимает формат сигнала MPEG), или посредством стандартного MPEG декодера 663. Записывающее устройство DVD относится к типу устройств, которые записывают подаваемый сигнал только, если этот сигнал сопровождается сигналом управления, разрешающим запись РЗ. Этот сигнал генерируется схемой 663 обнаружения разрешения и подается к записывающему устройству через линию связи 68 защиты, например, 1394 шина стандарта IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике).

Система, иллюстрируемая фиг.6, запрещает создание копий записанного материала следующего поколения. Закодированная в формате MPEG и записанная на DVD программа может повторно использоваться в телеприставке 66 и воспроизводиться через MPEG декодер 663. Однако упомянутая программа не может больше быть записана, потому что разрешение Р было удалено. Подобные решения используются при изготовлении высокого качества (цифровых) копий записей, сделанных стандартным видеомагнитофоном 64. Так как на копии первого поколения разрешение отсутствует, то на новом оборудовании типа DVD записывающего устройства 67 цифровое копирование осуществить невозможно.

В заключение следует отметить, что был рассмотрен видеопоток в формате MPEG, который содержит несколько немного отличающихся программ, каждая из которых содержит примерно одну и ту же информацию. MPEG поток формируется таким образом, что простое перекодирующее устройство может действительно выбрать одну из упомянутых программ. Это достигается путем хранения отличий по отношению к программе, используемой по умолчанию, в выбранных полях данных пользователя. Перекодирующее устройство является устройством типа синтаксического анализатора потока битов MPEG, обладающего некоторыми дополнительными функциями, который заменяет биты, соответствующие выбранному набору макроблоков заменяющими данными, которые хранятся в полях данных пользователя. Стандартный декодер MPEG, не имеющий никакой информации о внедренных полях данных пользователя, просто извлечет программу, используемую по умолчанию.

Формула изобретения

1. Способ передачи видеосигналов, согласно которому принимают исходный видеосигнал, изменяют область изображения упомянутого видеосигнала для формирования измененного видеосигнала, передают измененный видеосигнал, отличающийся тем, что способ содержит этап, в соответствии с которым передают дополнительный сигнал, определяющий заменяющую видеоинформацию для упомянутой области изображения измененного видеосигнала.

2. Способ по п. 1, в котором упомянутая заменяющая видеоинформация является областью изображения исходного видеосигнала.

3. Способ по п. 1, в котором дополнительный сигнал дополнительно содержит данные, определяющие позицию и/или размер упомянутой области изображения.

4. Способ по п. 1, в котором видеосигнал кодируют в поток битов и область изображения представляют под-набором битов, причем заменяющую видеоинформацию аналогично кодируют и представляют, по существу, таким же числом битов, что и измененная область изображения.

5. Способ по п. 4, в котором дополнительный сигнал размещают в потоке битов в полях данных пользователя.

6. Способ по п. 4, в котором видеосигнал кодируют с предсказанием и этап изменения применяют для изображений, которые не согласуются с другими изображениями.

7. Способ по п. 4, в котором изменением области изображения идентифицируют информацию состояния защиты от копирования изображения.

8. Способ по п. 7, в котором изображение изменяют таким образом, что измененная область изображения не воспроизводится на устройстве воспроизведения стандартными аналоговыми видеомагнитофонами.

9. Устройство для передачи видеосигнала, включающее в себя средство для приема исходного видеосигнала, средство для изменения области изображения упомянутого видеосигнала для формирования измененного видеосигнала, средство для передачи измененного видеосигнала, отличающееся тем, что упомянутое устройство содержит средство для передачи дополнительного сигнала, определяющего под-изображение, чтобы осуществить замену измененной области изображения измененного видеосигнала.

10. Способ декодирования цифрового видеосигнала, согласно которому принимают основной поток битов, представляющий видеосигнал, принимают дополнительный поток битов, представляющий заменяющую видеоинформацию для области изображения упомянутого видеосигнала, заменяют под-набор битов упомянутого основного потока битов, представляющего упомянутую область изображения, упомянутой заменяющей видеоинформацией для получения измененного потока битов и декодируют упомянутый измененный поток битов.

11. Способ перекодирования цифрового видеосигнала, согласно которому принимают основной поток битов, представляющий видеосигнал, принимают дополнительный поток битов, представляющий заменяющую видеоинформацию для области изображения упомянутого видеосигнала, заменяют под-набор битов упомянутого основного потока битов, представляющего упомянутую область изображения, упомянутой заменяющей видеоинформацией для получения измененного потока битов и передают упомянутый измененный поток битов.

12. Способ по п. 10, в котором дополнительный поток битов размещают в полях данных пользователя основного потока битов.

13. Способ по п. 11, в котором дополнительный поток битов размещают в полях данных пользователя основного потока битов.

14. Способ по п. 10, в котором дополнительно извлекают позицию и/или размер упомянутой области изображения из данных, содержащихся в дополнительном потоке битов.

15. Способ по п. 11, в котором дополнительно извлекают позицию и/или размер упомянутой области изображения из данных, содержащихся в дополнительном потоке битов.

16. Способ по п. 11, согласно которому дополнительно определяют идентифицирует ли область изображения, представляемая упомянутым под-набором битов упомянутого основного потока битов, информацию состояния защиты от копирования, и разрешают запись измененного потока битов, если упомянутое определение является положительным.

17. Устройство для декодирования цифрового видеосигнала, включающее в себя средство для приема основного потока битов, представляющего видеосигнал, средство для приема дополнительного потока битов, представляющего заменяющую видеоинформацию для области изображения упомянутого видеосигнала, средство для осуществления замены под-набора битов упомянутого основного потока битов, представляющего упомянутую область изображения, упомянутой заменяющей видеоинформацией для получения измененного потока битов и средство для декодирования упомянутого измененного потока битов.

18. Устройство для перекодирования цифрового видеосигнала, включающее в себя средство для приема основного потока битов, представляющего видеосигнал, средство для приема дополнительного потока битов, представляющего заменяющую видеоинформацию для области изображения в упомянутом видеосигнале, средство для замены под-набора битов упомянутого основного потока битов, представляющего упомянутую область изображения, упомянутой заменяющей видеоинформацией для получения измененного потока битов и средство для передачи упомянутого измененного потока битов.

19. Устройство по п. 18, которое дополнительно включает в себя средство для определения идентифицирует ли область изображения, представляемая упомянутым под-набором битов упомянутого основного потока битов, информацию состояния защиты от копирования, и средство для разрешения записи измененного потока битов, если упомянутое определение является положительным.

20. Видеосигнал, представляющий собой основной поток битов, причем область изображения упомянутого видеосигнала закодирована в поднабор битов, а также дополнительный поток битов, представляющий заменяющую видеоинформацию для упомянутой области изображения, при этом заменяющая видеоинформация закодирована аналогичным образом и представлена, по существу таким же количеством битов, что и упомянутый поднабор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6