CN1107944C - 盘状记录媒体、盘记录装置及盘再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明对小型盘每隔一定数量的区段进行簇化，并在各簇的接续部分设置链路区段，对高效率编码的图像数据进行交叉处理后记录时，将该图像数据以1GOP为单位分别记录到各簇内。当小型盘为再生专用并且在簇的开头存在P图像或B图像时，就将作为预测基准的图像预先作为与原来的P图像不同的I图像进行编码后记录到前一个簇的链路区段内。译码时，当前一个簇的链路内未记录I图像时，禁止对簇开头的P图像或B图像进行实质性的译码。

Description

盘状记录媒体、盘记录装置及盘再生装置

本发明涉及适合于记录高效率编码的数字图像数据的盘状记录媒体、以及极适合于对盘状记录媒体记录再生高效率编码的数字图像数据的盘记录装置和盘再生装置。

众所周知，CD-ROM是以音乐用CD(Compact Disc DigitalAudio：以下简写为CD-DA)为基准标准化的。

首先，简单地说明其物理格式。所谓物理格式，就是指将CD-ROM盘装到CD-ROM驱动器内时，至少从物理上可以读出数据的格式。

在1张盘上，最多可以包括99个音乐磁道或数据磁道。关于磁道的信息，记录在称为TOC(Table of Contents：目录表)的盘的开头部分即盘的最内周部分。记录TOC的部分称为引入随纹(Leadin Track)。在最后1条磁道，即在CD-DA中最后一个乐曲结束的部分称为引出随纹(Leadout Track)。

在CD-DA中，由于是以16位、44.1KHz的取样率将立体声声音信号数字化后进行记录的，所以，在1秒钟内，记录2(立体声)×2(16位)×44100＝176,400字节的数据。在CD-ROM中，由于是以将1秒钟分为75等分的区段为最小单位进行处理的，所以，1区段为2352字节。

在CD-ROM MODE-1的情况下，由于在1区段内含有用于同步的SYNC数据(12字节)和标题(4字节)及用于误码校正的ECC(ErrorCollection Coding：276字节)和EDC(Error Detect Coding：4字节)等，所以，其余的2048字节作为用户数据进行记录。另外，对于声音及图像数据等不需要利用数据内插处理等进行严密误码校正的数据，省略ECC和EDC，除了SYNC和标题以外的2336字节均作为用户数据记录在1区段内。这个被称为CD-ROM MODE-2。

近年来，开发了称为小型盘(商标)***的可以进行录音再生的专用音频机器，并已商品化。

在这种小型盘中，作为向盘内写入的调制方法，采用EFM(Eight toFourteen Modulation)；作为误码校正码，采用CIRC(Cross InterleaveReed-Solomon Code)。在该格式中，记录利用ATRAC(Adaptive TransformAcoustic Coding)方式压缩的音频数据。压缩的数据如图6所示的那样，归纳为称作簇的数据块进行记录。这是极为接近上述CD-ROM MODE-2的格式。

CD-ROM以98帧为1区段，如果换算为再生时间，就是13.3ms。CIRC的交叉长度为108帧(14.5ms)，比CD-ROM的1区段还长。为了使用CIRC的误码校正码记录数据，至少必须确保余出3区段。将这个区域称为链路区域。在开始写入数据之前，必须确保大于108帧(1区段+α)的链路区域。在写完数据之后，同样，必须确保大于108帧的区域。否则，误码校正的交叉就不结束。

从任意的场所写入数据时，链路区域分散在盘的各部分，数据的记录再生效率将变差。因此，对每个一定程度大小的记录单位写入数据。在小型盘中，将该记录单位称为簇，1簇由36区段构成。重写必然以1簇的整数倍进行。将要记录的数据暂时存储到RAM内，然后写入盘内。该RAM可以作为再生时用于实现防震功能的防震存储器使用。

在可以进行录音再生的光磁盘型的小型盘中，1簇(＝36区段)内取3区段为链路区段，并且将其下一个区段确保为子数据用。压缩数据记录到其余的32区段内。

记录数据时，从前面的簇的第2个链路-区段的中途开始写。当写完第36个区段时，必须将误码校正用的数据写在开头的链路区段和第2个链路区段的中途之前。

在和再生专用的CD相同的小型盘中，不必考虑使用簇单位的重写，数据是连续地记录的，所以，不需要链路区域的3区段。将子数据用的1区段与该3区段合并在一起的4区段都分配给子数据用，就可以存储图形数据等。

这样，在小型盘中，录音用的盘和再生专用盘的子数据容量不同，若将子数据包括在内，就不能从再生专用盘完全拷贝到录音用盘。

另外，在录音用的盘内，想重写已记录的一部分数据时，即使更新数据很少，也必须将全体簇进行重写。因为是以簇为单位进行交叉的。

另一方面，作为将图像信号高效率编码的方式，根据MPEGl(MovingPicture Image Coding Experts Group Phase 1)的标准化方案，规定数字存储媒体用的图像信号的高效率编码方式。这里，在该方式中作为对象的存储媒体如CD及DAT(数字录音磁带)、硬盘等那样，连续的传送速率小于约1.5Mbit/sec。另外，这也是假定不仅直接与译码器连接，而且也通过计算机的总线、LAN(局域网)、远程通信等传送媒体连接，不仅按照正顺序再生，而且也考虑了随机存取及高速再生，反顺序再生等特殊功能。

这种按照MPEG1的图像信号高效率编码方式原理，如以下所述。

在高效率编码方式中，首先取图像间的差分，削减时间轴方向的冗余度，然后，使用离散余弦变换(DCT)处理和可变长编码处理削减时间轴方向的冗余度。

下面，先说明时间轴方向的冗余度。

通常，在连续的活动图像中，从时间上说，现在注视的图像(某一时刻的图像)与其前后的图像非常相似。例如，如图16所示的那样，如果取现在要编码的图像与时间上在其前方的图像差分，并传送该差分，就可以削减时间轴方向的冗余度，减少传送的信息量。经过这样编码的图像称为后面所述的前向预测编码图像(Predictive-codedpicture、P图像或P帧)。同样，如果取现在要编码的图像与时间上在其前方或后方或者由前方和后方生成的***图像的差分，并且传送其中数值小的差分，就可以削减时间轴方向的冗余度，减少传送的信息量。经过这样编码的图像，称为后面所述的双向预测编码图像(Bidirectionally Predictive-Coded Picture、B图像或B帧)。在图16中，图中用符号I所示的图像表示后面所述的图像内编码图像(内部编码图像：Intra-coded Picture、I图像或I帧)，用符号P所示的图像表示P图像，用符号B表示的图像表示B图像。

另外，为了生成预测图像可以进行移动补偿。

按照移动补偿，通过抽出例如由8×8像素的单位数据块构成的16×16像素的数据块(以后，称为宏模块)，在前图像对应的宏模块的位置附近检索差分最小的宏模块，取已检索的宏模块之间的差分，就可削减应传送的数据。实际上，例如在P图像(前向预测编码图像)中，在取与移动补偿后的预测图像的差分和不取与该移动补偿后的预测图像的差分中以16×16像素的宏模块单位选择数据量少的进行编码。

但是，在上述情况下，对于例如在物体活动后能看到的背景等图像部分，则必须传送很多数据。因此，例如在B图像(双向预测编码图像)中，在已译码的移动补偿后的时间上前方或后方的图像以及将两者进行加法运算后生成的内插图像与现在要编码的图像的差分和不取差分的即现在要编码的图像这四者之中，对数据量最少的进行编码。

下面，说明空间轴方向的冗余度。

图像数据的差分不直接传送，而是对每个8×8像素的单位数据块进行离散余弦变换(DCT)。该DCT不是用像素等级表现图像，而是用余弦函数的哪一个频率成分包括多少来表现，例如，按照2维DCT，8×8像素的单位数据块的数据变换为8×8余弦函数成分的系数数据块。通常，用电视摄像机拍摄的自然图像的图像信号多数是光滑的信号，这时，通过对图像信号进行DCT处理，可以有效地削减数据量。

即，在上述自然图像的图像信号那样的光滑信号的情况下，通过进行DCT处理，就把大的数值集中到了特定的系数附近。将该系数量化后，8×8的系数数据块便几乎变为0，而只剩下数值大的系数。

因此，当传送8×8的系数数据块的数据时，按照曲折扫描的顺序，利用以表示非零系数和该系数之前连续有多少个0的0行程为1组的霍夫曼编码进行传送，就可以削减传送量。在译码一侧，按照相反的顺序重新构成图像。

这里，由图17给出按上述编码方式处理的数据结构。图17所示的数据结构按照从下开始顺序，由数据块层、宏模块层、片层、图像层、图像组(GOP：Group of Picture)层和视频顺序层构成。下面，从图17的下层开始顺序说明。

首先，在数据块层，该数据块层的各单位数据块由亮度或色差相邻的8×8像素(8行×8像素的像素)构成。对每个单位数据块进行上述的DCT处理。

在宏模块层，各宏模块由左右和上下相邻的4个亮度数据块(亮度的单位数据块)Y0，Y1，Y2，Y3和在图像上和亮度数据块具有同等位置的色差数据块(色差的单位数据块)Cr，Cb总共6个数据块构成。这些数据块的传送顺序为Y0，Y1，Y2，Y3，Cr，Cb的顺序。这里，在本编码方式中，利用宏模块单位判断预测图像(取差分的基准图像)使用哪一种或者是否传送差分等。

片层由与图像扫描顺序相连的1个或多个宏模块构成。在片的标题中，图像内的动态矢量和DC(直流)成分的差分复位，另外，最初的宏模块具有表示图像内位置的数据，因此，即使发生错误，也可以复原。所以，片的长度及开始位置是任意的，可以随传送线路的误状态而变更。

在图像层，图像即1幅1幅图像至少由1个或多个片构成。并且，分别按照编码的方式分为四种图像，即上述内部编码图像(I图像或I帧)。前向预测编码图像(P图像或P帧)、双向预测编码图像(B图像或B帧)和DC内部编码图像(DC Coded(D)Picture)。

这里，在上述内部编码图像(I图像)中，编码时只使用包含在1幅图像中的信息。因此，换言之，译码时只用I图像本身的信息就能重新构成图像。实际上，就是不取差分而直接进行DCT处理后进行编码。这种编码方式的效率通常都不好，但是，如果随处***I图像，就可以进行随机存取及高速再生。

在上述前向预测编码图像(P图像)中，作为预测图像(取差分的基准图像)，使通过输入在时间上位于前面已译码的I图像或P图像。实际上，利用上述宏模块单位在与移动补偿的预测图像的差分进行编码和不取差分就直接进行(内部)编码这两者中选择效率好的一方。

在上述双向预测编码图像(B图像)中，作为预测图像，使用三种图像，即在时间上位于前面已经译码的I图像或P图像以及由这两者生成的内插图像。这样，便可利用宏模块单位在上述3种移动补偿后的差分编码和内部编码中选择效率最好的一种。

上述DC内部编码图像，是仅由DCT的DC系数构成的内部编码图像。不能在与其他3种图像相同的顺序中存在。

上述图像组(GOP)层由1个或多个I图像和0个或多个非I图像构成。

这里，使用向编码器的输入顺序，例如为1I，2B，3B，4P*5B，6B，7I，8B，9B，10I，11B，12B，13P，14B，15B，16P* 17B，18B，19I，20B，21B，22P时，该编码器的输出，即译码器的输入顺序例如成为1I，4P，2B，3B*7I，5B，6B，10I，8B，9B，13P，11B，12B，16P，14B，15B*19I，17B，18B，22P，20B，21B。

在编码器中之所以要这样变换输入的顺序，是因为例如将上述B图像进行编码或译码时，作为该预测图像，在时间上后方的I图像或P图像必须先进行编码。其中，上述I图像的间隔(例如为9)和P图像或B图像的间隔(例如为3)可以任意设定。另外，I图像或P图像的间隔在该图像组层的内部改变也没有关系。图像组层的界限用上述“*”表示，上述I表示I图像，P表示P图像，B表示B图像。

图17中最上面所示的视频顺序层由图像尺寸、图像速率等相同的1个或多个图像层构成。

然而，设想将按上述MPEG1方式高效率编码的数据图像数据向前面所述的小型盘上记录时，存在以下问题。

将1GOP的记录单位设定为与簇无关的任意的大小时，有可能1GOP的图像数据被记录到2个以上的簇内。这时，GOP可能始于簇的中途，也可能止于簇的中途，难于以该GOP为剪辑单位进行与其他GOP置换的编辑处理等，假定可以进行编辑处理，也将产生平均传送速率降低的问题。

在2GOP的前端设置以前一个GOP最后1帧作为预测图像(作为基准的图像)的P图像或B图像时，为了对该GOP的P图像或B图像进行译码，必须也对前一个GOP进行译码，当进行快进及倒退再生等查询再生时，难于迅速地再生图像。

本发明的目的在于将高效率编码的数字图像数据向小型盘等盘状记录媒体记录时，可以简单而迅速地处理以GOP为单位的编辑处理，同时，也可以简单而迅速地处理以GOP为单位的高速快进及倒退再生等特殊再生。

本发明的盘状记录媒体的特征是，在高效率编码的数字图像数据每隔一定数量的区段而簇化、并在各簇的接续部分设置比交叉长度长的链路区段实施交叉处理后进行记录的盘状记录媒体中，高效率编码的数字图像数据可以以1GOP为单位分别记录到各簇内。

这里，当盘状记录媒体为再生专用、并且在簇的前端存在前方预测编码图像或双向预测编码图像时，成为前方预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像，可作为图像内编码图像进行编码后记录到前一个簇的链路区段内。

另外，本发明的盘记录装置是将高效率编码的数字图像数据进行交叉处理后记录到盘状记录媒体的装置，其特征在于：具有编码器和记录器，编码器将图像信号变换为数字信号后进行高效率编码；记录器是通过将编码器输出的高效率编码的数字图像数据每隔一定数量的区段进行簇化并在各簇的接续部分设置比上述交叉长度长的链路区段进行交叉处理，同时将数字图像数据以1GOP为单位分别记录到盘状记录媒体的各簇内。

本发明的盘再生装置的特征在于：具有再生器和译码器，再生器是从高效率编码的数字图像数据每隔一定数量的区段进行簇化并在各簇的接续部分设置比交叉长度长的链路区段实施交叉处理后进行记录的盘状记录媒体，以与各簇对应的1GOP为单位再生数字图像数据；译码器根据由再生器以1GOP为单位再生的数字图像数据将原来的一系列图像信号进行译码。

这里，根据由再生器以1GOP为单位再生的数字图像数据，当在簇的前端存在前向预测编码图像或双向预测编码图像时，并且判定将成为前向预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像还未作为图像内编码图像进行编码记录到前一个簇的链路区段内时，译码器禁止簇前端的前向预测编码图像或双向预测编码图像的实质性译码。

按照上述结构的本发明的盘状记录媒体、盘记录装置和盘再生装置，由于以1GOP为单位，分别将高效率编码的数字图像数据记录到各簇内，所以，可以进行以1GOP为单位的编辑处理和高速快进及倒退再生等特殊再生。

这里，当盘状记录媒体为再生专用，并且在簇的始端存在前方预测编码图像或双向预测编码图像时，通过预先将成为前向预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像作为图像内编码图像进行编码后记录到前一个簇的链路区段内，便可以高速度地再生质量更高的图像。

另外，当在簇的始端存在前向预测编码图像或双向预测编码图像时，并且判定将成为前向预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像还未作为图像内编码图像进行编码记录到前一个簇的链路区段内时，通过禁止簇始端的前向预测编码图像或双向预测编码图像的实质性译码，就可以防止图像紊乱引起再生图像的质量下降。

图1是本发明的一个实施例盘记录再生装置的外观结构斜视图；

图2是本发明另一个实施例盘记录再生装置的外观结构斜视图；

图3是本发明一个实施例的盘记录再生装置的电路结构框图；

图4是图3所示的MPEG视频编码器27b的具体结构的框图；

图5是图3所示的MPEG视频译码器29b的具体结构的框图；

图6是说明应用于本发明一个实施例的小型盘记录格式的概念图；

图7是说明应用于本发明一个实施例的簇交叉的概念图；

图8是应用于本发明一个实施例的MD驱动装置的电路结构框图；

图9是说明本发明一个实施例的GOP(图像组)的概念图；

图10是说明应用于本发明一个实施例的图像组与簇关系的概念图；

图11是说明应用于本发明一个实施例的图像组的另一个构成的概念图；

图12是说明应用于本发明一个实施例的图像组与簇另一个关系的概念图；

图13是与本发明一个实施例的再生专用型的小型盘对应的1GOP(图像组)的数据生成处理顺序的流程图；

图14是与本发明一个实施例的可写入式小型盘对应的1GOP的数据记录处理顺序的流程图；

图15是与本发明一个实施例的小型盘1a对应的1GOP再生处理顺序的流程图；

图16是图像内预测的图表；

图17是数据结构的图表。

首先参照图1和图2说明本发明实施例的外观结构。

图1是本发明的盘状记录媒体和盘记录再生装置的一个实施例的外观结构斜视图。在图1所示的盒式盘1的内部装入由光盘或者由光盘构成的小型盘(通常，也将盒式盘1包括在内称为小型盘)，为光盘时，可以利用光磁信号记录和再生数字数据。在盘记录再生装置2的前面一侧的面上形成***孔3，在盘记录再生装置2的内部设立装卸***到该***孔3内小型盘盘盒1的装载机构。在盘记录再生装置2的正面右侧设有各种操作键4，可以对盘记录再生装置2输入各种指示。另外，在盘记录再生装置2的正面上方，设有彩色LCD(液晶显示器)5，在彩色LCD5上显示由小型盘再生并译码的彩色活动图像。

图2是本发明的盘记录再生装置另一个实施例的外观结构斜视图。在本实施例中，省略了图1实施例中的彩色LCD5，从盘记录再生装置2输出的图像信号通过电缆11输给彩色CRT显示监视器12进行显示。即，图1所示的实施例是便携式盘记录再生装置，而图2所示的实施例是台式盘记录再生装置。

图3是盘记录再生装置2的内部电路结构。MD(小型盘)驱动装置20对装入盒式盘1内的小型盘1a记录再生数字数据。

MD驱动装置20，本来是根据按便携式、台式或车载式的个人音频机器的用途开发的小型盘***而设计的。小型盘***使用称为小型盘的小而薄的记录媒体。小型盘是将直径64mm的读出专用光盘、可重写的MO(光磁)盘或重写区域与读出专用区域混合设置的混合盘(也称为部分ROM盘)中的某一种装入盒式盘(W×L×H＝72mm×68mm×5mm)内的整体结构。并且，根据与CD(Compact Disc)同样的原理，可以从装入了读出专用光盘的小型盘读出数据。另一方面，对于装入了MO盘或混合盘的小型盘，可以利用磁场调制直接重写方式记录数据。所谓磁场调制直接重写方式，就是从下方用高功率的激光照射转动的盘，使应记录部分的光磁膜上升到磁性体的矫顽力消失的居里温度，从盘的上方由磁头对该部分进行数字写入的方式。

这种小型盘***，随着个人音频机器的开发过程，谋求各电路无件的集成化及各功能部件的最佳化，在达到了整个装置的小型轻量化的同时，由于电力消耗低，可以使用电池启动运转。另外，除了具有与现有的3.5英寸MO盘基本上相同的存储容量(140M字节)并且可以更换记录媒体的特征外，由于生产效率高，与其他MO盘相比，不仅可以控制记录媒体的生产成本，而且可以控制驱动装置本体的生产成本。另外，根据作为个人音频机器的实际使用情况来看，也充分证实了其可靠性。

下面，参照图8说明MD驱动装置20的详细结构。如图3所示，MD驱动装置20通过I/O接口电路21与总线连接。

在图3中，MPU(微处理器单元)22通过总线向各部分供给所需要的地址及数据，控制各部分。主存储器23由预先存储MPU22执行程序的ROM和作为工作区暂时存储各种数据的RAM构成，通过总线从MPU22等输入地址，与此同时，写入各种数据并读出。

DMAC(直接存储器存取控制器)24不通过MPU22就直接控制对主存储器23的数据输入输出，进行DMA传送。

音频AD/DA(模拟数字/数据模拟)变换电路25将输入到模拟音频输入端子Ain的模拟音频信号进行A/D变换，并输给音频编码器/译码器26，另一方面，将音频编码器/译码器26供给的数字音频数据进行D/A变换后，输出到模拟音频输出端子Aout。音频编码器/译码器26将从音频AD/DA变换电路25供给的数字音频数据按照由MPEG音频标准规定的指定方式进行编码压缩，编码后的编码音频数据在DMAC24的控制下暂时存储到主存储器23。另外，将从主存储器23读出的编码音频数据译码后，恢复成原来的数字音频数据，输给音频AD/DA变换电路25。主存储器23与音频编码器/译码器26之间的编码音频数据的送受由DMAC24进行控制。

视频编码部27由输入到模拟视频输入端子Vin的模拟视频信号进行A/D变换的AD变换器27a和根据MPEG1标准将由AD变换器27a变换过的数字视频数据进行编码、压缩的MPEG视频编码器27b构成。由该MPEG视频编码器27b编码后的编码视频数据在DMAC24的控制下暂时存储到主存储器23。

另外，由AD变换器27a变换过的数字视频数据也输给LCD控制器28，在LCD控制器28的控制下由LCD5进行显示。在没有LCD5的结构中，如图2所示，通过外部的电缆11输给CRT显示监视器12进行显示。

视频译码部29由将从主存储器23读出的编码视频数据译码后恢复为原来的数字视频数据的MPEG视频译码器29b和由该MPEG视频译码器29b译码后的数字视频数据进行D/A变换后，输出到模拟视频输出端子Vout的DA变换器29a构成。

另外，由MPEG视频译码器29b译码后的数字视频数据也输给LCD控制器28，在LCD控制器28的控制下由LCD5进行显示。

MPEG视频编码器27b和MPEG视频译码器29b与主存储器23之间的编码视频数据的送受，也由DMAC24进行控制。

主存储器23与MD驱动装置20之间通过I/O接口21的各种数据的送受，也由DMAC24进行控制。

操作面板控制器30通过总线将利用操作键4输入的各种指示数据输给MPU22。

这里，参照图4说明上述MPEG视频编码器27b的具体结构例子。从输入端子61输入的字组化的数字视频信号输给减法器62和动态矢量检测电路72。该字组化的数字视频信号，是由离散的像素数据串构成的数字视频信号在每个画面上沿画面的水平方向及垂直方向细分为例如由排列成各为8×8的矩阵状的像素数据构成的多个单位字组信号的经过时序变换的信号。

在减法器62中，进行字组化的数字视频信号的单位字组信号和从移动补偿电路71得到的与和该单位字组信号类似的像素数据构成单位字组信号，即预测单位字组信号间的减法运算。

减法器62的减法运算输出即差分单位字组信号(有时不是差分单位字组信号，有时也是单位字组信号)输给作为正交变换电路的一种即二维离散余弦变换电路(二维DCT电路)63进行余弦变换。由二维DCT电路63得到的变换系数输给量化电路(再量化)64进行量化。

量化后的变换系数输给可变长编码电路65进行编码后，作为经过可变长编码并量化后的变换系数(编码数据)输给输出端子66。

并且，构成帧存储器70存储的帧信号的单位字组信号供给移动补偿电路71，移动补偿电路71由动态矢量检测电路72的检测输出进行控制，判断帧存储器70内的各单位字组信号的相关性，相关性最强的单位字组信号作为预测单位字组信号从移动补偿电路71输出，分别输给减法器62和加法器69。

下面，参照图5说明上述MPEG视频译码器29b的具体结构例子。对应图4输出端子66的输出信号进行可变长编码并量化后的变换系数(编码数据)从输入端子81输给可变长译码电路82进行译码。从可变长译码电路82输出的量化的变换系数输给反量化电路83进行反量化。所得到的变换系数即由量化电路64输出的量化后的变换系数输给反量化电路67进行反量化后输出变换系数。该变换系数输给二维离散余弦反变换电路(二维离散IDCT电路)68，可以得到原来的差分单位字组信号。

该差分单位字组信号由加法器69与移动补偿电路71输出的预测单位字组信号进行加法运算。加法器69输出的单位字组信号输给帧存储器70，存储构成该单位字组信号所属的帧信号的全部单位字组信号。

在动态矢量检测电路72中，对于从输入端子61输入的字组化的数字视频信号的各单位字组信号，在帧存储器70内与从输入端子61输入的字组化数字视频信号的各单位字组信号对应的单位字组信号的附近，检测相关性最强的单位字组信号。

并且，构成帧存储器70存储的帧信号的单位字组信号输给移动补偿电路71，该移动补偿电路71由动态矢量检测电路72的检测输出进行控制，判断帧存储器70内的各单位字组信号的相关性，将相关性最强的单位字组信号作为预测单位字组信号从移动补偿电路71输出，分别输给减法器62和加法器69。

下面，参照图5说明上述MPEG视频译码器29b的具体构成例子。对图4的输出端子66的输出信号对应的经过可变长编码并量化后的变换系数(编码数据)从输入端子81输给可变长译码电路82进行译码。从可变长译码电路82输出的量化的变换系数输给反量化电路83进行反量化。所得到的变换系数输给二维离散反余弦变换电路(二维IDCT电路)84进行反变换，得到差分单位字组信号(有时不是差分单位字组信号，而是单位字组信号)。

当从二维IDCT电路84输出的不是差分单位字组信号而是单位字组信号(I图像的单位字组信号)时，转换开关85的可动触点m转移到固定触点a侧，单位字组信号通过转换开关85输给输出端子86。

从二维IDCT电路84输出差分单位字组信号时，转换开关85的可动触点m转换到固定触点b侧。这时，从二维IDCT电路84的差分单位字组信号输给加法器93，与从转换开关92输出的预测单位字组信号进行加法运算，从加法器93的单位字组信号通过转换开关85输给输出端子86。

从加法器93输出的预测单位字组信号通过转换开关85的固定触点b和可动触点m输给帧存储器87。由帧存储器87将构成由加法器93输出的预测单位字组信号所属的帧信号的全部单位字组信号存储到帧存储器87。

从帧存储器87读出的帧信号输给另一个帧存储器90进行存储。从帧存储器87和90输出的指定帧前、后的帧信号分别输给前向移动补偿预测电路88和后向移动补偿预测电路91，同时，该指定帧前后帧信号的平均信号输给双向补偿预测电路89。

在预测电路88，91，89中，对于某一帧的单位字组信号，在某一帧的单位字组信号附近的单位字组信号即指定帧前后帧的单位字组信号及其平均单位字组信号中分别选择相关性最强的预测单位字组信号，当得到前向预测单位字组信号(P图像的观测单位字组信号)时，转换开关92的可动触点m转换到固定触点c侧，将该相关性最强的单位字组信号输给加法器93，与二维IDCT电路84输出的差分单位字组信号进行加法运算。

另外，当得到双向预测字组信号(B图像的预测单位字组信号)时，通过转换开关92的可动触点m对固定触点c，d，e的转换，在3个相关性最强的预测单位字组信号中进一步选择相关性最强的预测单位字组信号，并输给加法器93，与二维IDCT电路84输出的差分单位字组信号进行加法运算。

利用图4和图5说明的MPEG视频编码器和译码器的具体电路已在特开平05-95545号公报等内作了详细介绍。

下面，说明上述结构的盘记录再生装置的动作。

当操作键4内的指定键，指示记录输入的音频信号和视频信号时，该指令由操作面板控制器30通过总线输给MPU22。MPU30根据指令按以下说明的顺序控制各部分，将按照MPEG1标准编码的编码音频数据和编码视频数据记录到小型盘1a内。

这里，输入到模拟音频输入端子Ain的音频信号由音频AD/DA变换电路25进行A/D变换后，输给音频编码器/译码器26。音频编码器/译码器26将经过编码的编码音频数据暂时存储到上述内装1簇(32区段)的RAM内。

并且，在由音频编码器/译码器26生成1簇的编码音频数据(约64K字节)的时候，该数据在DMAC24的控制下，以DMA传送给主存储器23进行存储。主存储器23存储的1簇的数据由DMAC24按指定的时序读出，通过I/O接口电路21以DMA传送给MD驱动装置20，记录到小型盘1a内。

这里，在MD驱动装置20内，1簇的数据以簇为单位进行交叉处理后记录到小型盘1a内。即，在可以进行记录再生的光磁盘式的小型盘中，如图6所示，在1簇内，预先取3区段为链路区段，并且将其后的1区段确保为子数据用。数据记录到其余的32区段内。记录数据时，从前一个簇的第2个链路区段的中途开始写。当写完第36个区段时，从前边的链路区段到第2个链路区段的中途写入纠错用的数据。

在本实施例中，如图6所示，1簇由36区段构成，其中实际上只有最初的32区段记录数据，最后4区段不记录实质性数据。最后4区段中的前3个区段的链路区段记录相邻簇内记录的数据纠错用的数据。最后1个区段作为子数据区段可以记录与最初32区段记录的数据对应的备用图像数据等。在本实施例中，不记录备用图像数据。在各区段内记录地址信息和数据。

同样，输入到模拟视频输入端子Vin的视频信号由A/D变换电路27a进行A/D变换后输给MPEG视频编码器27b进行编码。该编码视频数据也和上述编码音频数据一样暂时存储到内装1簇(32区段)的RAM内。并且，在由MPEG视频编码器27b生成1簇的编码视频数据的时刻，在DMAC24的控制下该数据以DMA传送给主存储器23进行存储。主存储器23存储的1簇的数据由DMAC24按指定的时序读出，通过I/O接口电路21以DMA传送给MD驱动装置20，以簇为单位进行交叉处理后记录到小型盘1a内。

在本实施例中，编码视频数据和编码音频数据如图7所示的那样，进行簇交叉处理后记录到小型盘1a内。即，图中用符号V表示的编码视频数据和用A表示的编码音频数据由MPU22控制分别交叉地排列到不同的簇内。并且，根据需要，编码视频数据V及编码音频数据A以外的程序及文字数据等指定的数据D记录到与记录编码视频数据V或编码音频数据A不同的簇内。这样，通过在同一簇内只记录相关性强的数据，即通过将编码视频数据V、编码音频数据A和其他数据D分别记录到不同的簇内，可以提高记录再生时的处理速度。

但是，为了在进行查询动作时可以高速再生，而将编码视频数据V、编码音频数据A和其他数据D分别对应地设置到比较邻近的簇内。因为这些相关连的数据必须在基本上相同的时刻进行再生。

在上述记录动作的过程中，由A/D变换器27a变换过的数字视频数据输给LCD控制器28，并在LCD控制器28的控制下由LCD5进行显示。或者在不具有LCD5的结构中，如图2所示，通过外部电缆11输给CRT显示监视器12进行显示。这样，使用者便可监视记录过程中的图像。

下面，说明再生时的动作。当操作了键4指示再生时，该指令通过操作面板控制器30输给MPU22。这时，MPU22控制MD驱动装置20，再生小型盘1a记录的数据。再生数据通过I/O接口电路21以DMA传送给主存储器23。主存储器23存储数据中的编码音频数据以DMA传送给音频编码器/译码器26，编码视频数据以DMA传送给视频译码部29。

输给音频编码器/译码器26的1簇的编码音频数据经译码后在音频AD/DA变换电路25中进行D/A变换，然后从模拟音频输出端子Aout输出。

另一方面，输给视频译码器29的1簇的编码视频数据经译码后也输给LCD控制器28，在LCD控制器28的控制下由LCD5进行显示。或者在不具有LCD5的结构中，在DA变换器29a中进行D/A变换后通过图2所示的外部电缆11从模拟视频输出端子Vout输给CRT显示监视器12进行显示。

下面，参照图8说明MD驱动装置20的结构。

对于由图中所示的主轴电机46驱动而转动的小型盘1a，在由光学拾波器44照射激光的状态下，通过利用磁头41施加与记录数据对应的调制磁场，沿着小型盘1a上的记录磁道进行磁场调制重写记录，通过由光学拾波器44利用激光扫描小型盘1a上的目的磁道，以光学方式进行数据的再生。

光学拾波器44由例如激光二极管等激光光源、准直仪透镜、物镜、偏光析光镜、柱面透镜等光学元件、以及分割为指定排列的光电探测器等构成，利用进给电机45安装在将小型盘1a夹在中间与磁头41相对的位置。

光学拾波器44在向小型盘1a记录数据时，通过由磁头驱动电路43驱动磁头41，向施加了与记录数据对应的调制磁场的小型盘1a的目的磁道照射激光，利用热磁记录方法进行数据记录。

另外，光学拾波器44通过检测照射目的磁道的激光，例如利用象散法检测聚焦误差，另外，例如利用推挽法检测跟踪误差，同时利用读出专用型的小型盘1a的目的磁道的凹点串中的光衍射现象检测再生信号，从可写型的小型盘1a再生数据时，通过检测从目的磁道反射的反射光的偏振角(克尔转动角)的不同而生成再生信号。

光学拾波器44的输出，输给RF放大器47。RF放大器47从光学拾波器44的输出中抽出聚焦误差信号和跟踪误差信号，输给伺服控制电路43，同时将再生信号双值化后输给地址译码器49。地址译码器49将从供给的双值化再生信号中将地址译码后，输给EFM/CIRC编码器/译码器51。

伺服控制电路48由例如聚焦控制电路、跟踪伺服控制电路、主轴电机伺服控制电路及线伺服控制电路等构成。

聚焦伺服控制电路进行光学拾波器44的光学***的聚焦控制，以使聚焦误差信号成为零。跟踪伺服控制电路进行光学拾波器44的进给电机45的控制，以使跟踪误差信号成为零。

主轴电机伺服控制电路控制主轴电机，以使按指定的转动速率(例如一定的线路速率)驱动小型盘1a转动。另外，线伺服控制电路利用进给电机45将磁头41和光学拾波器44移动到由***控制器50指定的小型盘1a的目的磁道位置。

EFM/CIRC编码器/译码器51对通过I/O接口21供给的数据进行纠错用的编码处理，即CIRC(Cross Interleave Read-Solomon Code)编码处理，同时进行适合于记录的调制处理，即EFM(Eight to FourteenModulation)编码处理。

从EFM/CIRC编码器/译码器51输出的编码数据作为记录数据输给磁头驱动电路43。磁头驱动电路43驱动磁头41，将与记录数据对应的调制磁场加到小型盘1a上。

***控制器50通过I/O接口21，从MPU22接收到写入命令时，进行小型盘1a上的记录位置控制，以使记录数据记录到小型盘1a上指定的记录磁道。该记录位置的控制，利用***控制器50管理根据由EFM/CIRC编码器/译码器51输出的编码数据中得到的小型盘1a上的记录位置信息，通过将从***控制器50输出的指定小型盘1a上记录磁道的记录位置的控制信号输给伺服控制电路48而进行。于是，利用所谓的磁场调制光磁记录方式便可如上述那样，以簇单位在小型盘1a上记录编码音频数据、编码视频数据以及根据需要而附加的其他数字数据。

在进行再生时，EFM/CIRC编码器/译码器51对输入的双值化再生数据进行EFM解调处理，同时进行纠错用的CIRC译码处理，并输给I/O接口21。

另外，***控制器50通过I/O接口21从MPU22接收到读出命令时，就对小型盘1a的记录磁道进行再生位置的控制，以便可以连续地得到再生数据。该再生位置的控制，利用***控制器50管理由再生数据得到的小型盘1a上的记录位置信息，通过将***控制器50输出的指定小型盘1a上记录磁道的再生位置的控制信号输给伺服控制电路48而进行。

下面，参照图9和图10说明本发明一个实施例GOP与簇的关系。在本实施例中，如图9所示，例如由7帧(也可以是场)图像构成GOP时，设第I帧的图像为I图像I0，第4帧的图像为第I帧图像I0的前向预测图像，即P图像P1，最后一帧即第7帧的图像为第4帧P图像P1的前向预测图像，即P图像P4。并且，设第2帧和第3帧的图像分别为根据前头的I图像I0和后方向的P图像P1的双向预测图像，即B图像B2和B3。同样，设第5帧和第6帧的图像为第4帧P图像P1和第7帧P图像P4的双向预测图像，即B图像B5和B6。

并且，在本实施例，如图10所示，1GOP的编码视频数据编码为集中到1簇的32区段内而进行编码后，记录到小型盘1a上。这时，在再生专用的ROM型的小型盘1a上，预先生成符合MPEG标准的编码视频数据时，进行以使以1GOP为单位分别记录到各簇内的编码，根据由此而生成的编码视频数据，经过与CD一样的制造工序进行冲压(stamping)等，就可以大量生产记录着相同编码视频数据的小型盘1a。

另外，在可写RAM型或可写区域与读出专用区域混合分布的混合型(部分ROM型)的小型盘1a中，利用视频编码部27的MPEG视频编码器27b进行编码，以使1GOP为单位分别记录到各簇内，由此而生成的编码视频数据以DMA传送给MD驱动装置20，记录到小型盘1a上。

这里，编码的顺序在图9中用数字表示。即，按I0，B2，B3，P1，B5，B6，P4的顺序输入的各帧的图像，按I0，P1，B2，B3，P4，B5，B6的顺序进行编码。并且，编码视频数据按这样的编码顺序分配到1簇内的各区段内。

但是，在例外情况下，当1GOP的编码视频数据不能分配到1簇内的32区段内时，则该GOP的编码视频数据记录到连续的多个簇内。当与GOP的最后1帧对应的编码视频数据的记录位置，与簇的最后1个区段不对应时，就在该簇的其余区段内附加记录例如“0”等实际上无效的伪数据。

这样，在本实施例中，1GOP的开头1帧作为I图像进行编码，最后1帧作为P图像进行编码。并且，开头的I图像一定要排列在簇的前端。这样，由于I图像一定要排列在各簇的开头，所以，例如当查询小型盘1a，间歇式地抽出指定的簇图像进行再生时，在抽出的簇中至少可将1帧完全译码。另外，由于在同一簇内还未分布不同GOP的编码视频数据，所以，可以很容易地进行将编码视频数据以1GOP单位置换为其他编码视频数据等剪辑单位的编辑。

图11和图12是本发明的其他实施例的GOP与簇的关系。在本实施例中，例如如图11所示，由15帧构成1GOP，在顺序输入的各帧内，取第3帧的图像为I图像I0，第6帧的图像为第3帧的图像I0的前向预测图像即P图像P3，第9帧的图像为第6帧的图像P3的前向预测图像即P图像P6。另外，第12帧的图像为第9帧的图像P6的前向预测图像即P图像P9。并且，最后面第15帧的图像取为第12帧的P图像P9的前向预测图像即P图像P12。

并且，位于I图像和P图像之间各帧的图像，取为B图像，根据将帧夹在中间位于其前后的I图像或B图像进行预测。即，第4帧和第5帧的图像取为第3帧的I图像I0和第6帧的P图像P3的双向预测图像即B图像B4、B5。另外，第7帧和第8帧的图像取为第6帧和第9帧的P图像P3和P6的B图像B7、B8，第10帧和第11帧的图像取为第9帧和第12帧的P图像P6和P9的B图像B10、B11。第13帧和第14帧的图像取为第12帧和第15帧的P图像P9和P12的B图像B13、B14。

并且，GOP的开头2帧的图像取为前一个GOP的最后一个P图像P12和所对应的GOP的I图像I0的B图像B1、B2。

但是若这样构成GOP，则不能在只再生与同一GOP对应的簇时，对最初的2帧B图像B1、B2进行译码。这是因为，作为用于预测B图像B1、B2的基准的一边图像即P图像P12属于前一个GOP，记录在前一个簇内。

因此，在实施例中，如图12所示，在构成1簇的36区段内最初的32区段内，构成上述GOP 15帧的编码视频数据按照编码的顺序排列，同时，在最后4区段内，利用不必预测仅靠本身数据就可以再次构成图像的图像编码，将与用于预测后面一个GOP开头2帧的B图像B1、B2的图像即P图像P12对应的编码视频数据，作为经过编码的I图像Is进行记录。该I图像Is当然成为同一簇内的P图像P12重复的冗余数据。

但是，通过这样预先记录冗余的I图像Is，可以只从GOP最后的4区段编码可视数据对原来的图像进行译码。即，对于前一个簇内的GOP不必都从最开始进行译码。因此，根据作为再生对象GOP的前一个GOP的最后4区段的I图像Is和作为再生对象的GOP第3帧的I图像I0可以对夹在其间的B图像B1、B2进行译码。

但是，如上所述，若为可写型的小型盘1a(以下，将部分ROM盘的可写区域也包括在内，称为MO簇)时，各簇最后4区段内的3个区段为了确保作为链路区段而在标准上确定下来。但是，在再生专用的小型盘1a(以下，将部分ROM盘的再生专用区域也包括在内称为ROM簇)中，这4个区段都可以作为子数据区段自由使用。因此，在再生专用的小型盘1a内，在各簇最后4区段的子数据区段(但是，在本说明书中，将子数据区段和链路区段统称为链路区段)内，将后一个GOP的开头2帧的B图像B1、B2的预测图像作为I图像Is进行记录。

图13是对本发明一个实施例的再生专用型的小型盘1a(ROM盘)的1GOP的数据生成处理顺序流程图。

图中，这时，当整个盘为ROM区域时，ROM簇当然也包括例如1张盘内将内圈的指定区域取为ROM簇，其外周取为可记录的MO簇的部分ROM。

首先，在图13的S1，设定作为记录对象的簇为ROM簇，并确定GOP开头1帧的图像格式。这里，将应记录的GOP例如如图10所示的那样取为其开头1帧为I图像时，就从下个步骤S2进入S3，在最后4区段什么也不记录(但是，实际上记录用于使交叉结束的数据)就结束处理。

另一方面，若在S1例如如图11所示的那样，利用I图像以外的B图像或P图像构成其开头1帧时，就从其后的S2进入S4，判断簇的最后4区段是否具有可以记录与P图像P12对应的I图像Is(后一个GOP的开头2帧的预测图像)的容量。

当判定为具有能记录的容量时，进入S5，记录该I图像Is。与此相比，当I图像Is的数据量太多，判定4区段内记录不下I图像Is的数据时，就进入S3，不记录I图像Is。

这样，综合考虑簇的最后4区段和I图像Is的数据量，只要有可能，就使用采用了前一个GOP的算法语言进行编码和记录，以获得图像质量更高的图像。

图14是对本发明一个实施例的可写型小型盘1a的1GOP的记录处理顺序的流程图。在图中的S11，当判定作为记录对象的簇为MO簇时，在标准上确定各簇的最后4区段内确保3个区段为链路区段。(参见特愿平2-222821号(特开平4-105271号公报)和与其对应的美国专利第5,243,588号说明书)。因此，这时进入S13，在根据前一个GOP的预测处理不可能的前提条件下，将GOP的开头1帧取为I图像、将最后1帧取为P图像进行处理，然后进入S14，在簇的最后4区段内不特别记录数据。这样，就按照图9和图10所示的实施例的格式记录编码视频数据。

图15是对本发明一个实施例小型盘1a的1GOP再生处理顺序流程图。

开始，在S21判断作为再生对象的簇是否为ROM簇。当判定为ROM簇时，进入S22，判断在前一个簇的最后4区段内是否记录着I图像Is。当判定记录着I图像Is时，就进入S23，利用该I图像Is对下一个GOP的开头2帧的B图像B1、B2进行译码。

当在S22判定在簇最后4区段内未记录I图像Is时，就进入S24，判断是否存在将前一个GOP的图像P12译码后得到的数据(成为I图像的数据)。当进行例如检索动作时，前一个GOP不一定将其簇从最初区段全都进行译码。这时，多数情况不将P图像P12进行译码。因此，这时便进入S26，实际上不对GOP开头2帧的B图像B1、B2进行译码(即使进行译码也不进行显示)。这样，便可防止显示错乱的图像。

与此相比，当不是检索动作而是进行通常的再生时，由于顺序再生各簇，所以，在S24判定前一个GOP的P图像的P12已译码。这时，从S24进入S25，利用已经过译码的P图像P12对下一个GOP最初的2帧B图像B1、B2进行译码。

另一方面，当在S21判定作为再生对象的簇不是ROM簇时(判定为MO簇时)，就从S21进入S27，只对作为再生对象的簇内的数据进行译码。即，这时，如在图13的S2说明的那样，I图像分布在簇的最后。结果，只有该簇内的数据可以进行译码。

上面，以将MPEG的数字压缩视频数据记录到小型盘的情况为例进行了说明，本发明也可以应用于将按其他压缩方式处理的数字视频数据向其他盘记录的情况。

如上所述，按照本发明的盘状记录媒体、盘记录装置和盘再生装置，由于将高效率编码的数字图像数据以1GOP为单位分别记录到各簇内，所以，可以进行以GOP为单位的编辑处理及高速快进和倒退再生等特殊再生，并且可以防止进行特殊再生时图像中断的现象。

另外，当盘状记录媒体为再生专用，在簇的开头存在前向预测编码图像或双向预测编码图像时，通过预先将作为前向预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像，作为图像内编码图像进行编码并记录到前一个簇的链路区段内，便可高速度地再生图像质量更高的图像。

当在簇的开头存在前向编码图像或双向预测编码图像时，若判定作为前向预测编码图像或双向预测编码图像预测基准的图像，未作为图像内编码图像进行编码并记录到前一个簇的链路区段内时，通过禁止对簇开关的前向预测编码图像或双向预测编码图像进行实质性的译码，就可以防止由于图像紊乱引起再生图像的质量下降。

Claims (7)

1.一种记录设备，用来在分成为多个簇的记录媒体上记录编码交叉后的视频数据的装置，每个簇包括多个区段，所述装置包括：

用来接收视频数据的装置；

用来利用在多个帧上的帧校正压缩所述视频数据以组成一组图象的编码装置；和

记录装置，用来在比包括在所述记录媒体的各簇中的所有区段小的区域内记录一组图象数据中的视频数据，从而产生未记录所述图象组的经交叉后的视频数据的所述簇的一个链路区段；

2.根据权利要求1的记录设备，其中所述一组图象数据包括帧间预测和帧内预测编码图象，而其中所述的记录装置包括用来确定何时一个帧间预测编码图象位于一个簇的起始位置的装置，和用来在所述链路区段记录一个帧内预测编码图象的装置，该帧内预测编码图象用于译码在所述簇的所述起始位置中的所述帧间预测编码图象。

3.一种用来再生来自一个记录媒体的经交叉编码的视频数据的再生设备，所述记录媒体被分成为一些簇，每个簇包括多个区段，而编码的视频数据被记录在一个作为一组包含帧内和帧间预测编码图象的簇中，所述再生设备包括：

用来再生来自所述记录媒体的所述编码的视频数据的再生装置；

用来检测在一个所述簇的起始位置上的所述再生数据的图象类型的检测装置；和

用来译码所述再生数据的装置；

其中，所述再生装置包括用来当检测到所述图象类型为所述帧内预测编码图象时时从比包含在一个相应簇中的所有区段小的区域内恢复完整的一组图象的装置，这样所述簇的剩余区段组成了一个不包含所述经交叉编码的视频数据的链路区域。

4.根据权利要求3的设备，其中当所述图象类型被检测为所述帧内预测编码图象时，所述再生装置再生在作为存储在所述紧前面的簇中的所述链路区域内的帧内预测编码图象的函数的所述起始位置中的所述帧间预测编码图象，并包括当在所述链路区域没有存储帧内预测编码数据时禁止再生所述在所述起始位置中的所述预测图象。

5.根据权利要求4的再生设备，其中所述再生装置还包括用来用来自一个前面簇的编码数据来解码在所述当前簇的所述起始位置处的所述帧间预测编码图象，即使在所述链路区域内并无图象数据。

6.一个分成为多个簇的的记录媒体，每个簇包括多个区段，而编码的交叉后的视频数据作为一组图象被存储在小于包含在所述记录媒体的相应簇中的所有区段的区域，由此产生一个未曾记录所述图象组的经交叉编码的视频数据的所述簇的链路区域。

7.根据权利要求6的记录媒体，其中所述一组图象包含至少一个帧内预测图象和至少一个帧间预测编码图象，并当所述帧间预测编码图象位于一个所述簇的起始位置时，一个帧内预测编码图象位于一个簇的链路区域，而当所述帧内预测编码图象位于所述一个簇的起始位置时，该链路区域并不包含经交叉编码的视频数据。

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