JP3163700B2 - 画像記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像記録装置に関し、よ
り具体的には、動画像を可変長符号化により圧縮して記
録媒体に記録する画像記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像をディジタル圧縮して磁気テープ
などの記録媒体に記録する画像記録装置としては、ディ
ジタル・ビデオ・テープ・レコーダ（ＶＴＲ）が知られ
ている。圧縮方式には、固定長符号化方式を用いるもの
と、可変長符号化方式を用いるものとがある。

【０００３】固定長符号化方式による画像記録再生装置
の従来例の構成ブロック図を図３に示す。入力端子１０
には、記録しようとする動画像の画像信号が入力する。
Ａ／Ｄ変換器１２は入力端子１０からのアナログ画像信
号をディジタル化し、固定長符号化回路１４は、Ａ／Ｄ
変換器１２の出力データを固定長で符号化する。変調回
路１６は、固定長符号化回路１４の出力を低周波抑圧変
調し、その出力は記録アンプ１８により所定レベルに増
幅される。スイッチ２０は記録時にはａ接点に、再生時
にはｂ接点に接続し、記録アンプ１８の出力はスイッチ
２０を介して磁気ヘッド２２に印加され、磁気テープ２
４に記録される。

【０００４】再生時には、磁気テープ２４の記録信号は
磁気ヘッド２２により再生され、その出力はスイッチ２
０及び再生アンプ２６を介して復調回路２８に印加さ
れ、復調される。固定長復号化回路３０は、固定長符号
化回路１４に対応する復号化回路であって、復調回路２
８の出力を復号し、ディジタル再生画像信号を出力す
る。復号化回路３０の出力はＤ／Ａ変換器３２によりア
ナログ信号に変換され、出力端子３４からアナログ再生
画像信号が外部に出力される。

【０００５】固定長符号化回路１４では、通常、１画面
（１フィールド又は１フレーム）内で符号化後のデータ
量が一定になるような符号化方式が採用されている。固
定長符号化方式には、圧縮しないパルス符号変調（ＰＣ
Ｍ）方式の他に、ディジタル圧縮する所謂サブサンプリ
ング方式、及び差分符号化（ＤＰＣＭ）方式などがあ
る。前者は、画像情報を一切圧縮しないので、画質劣化
がないが、記録データ量が膨大になり、記録レートも高
くせざるをえず、従って、ハードウエア、並びに、記録
媒体の記録密度及び記録時間などの点で多くの問題があ
る。

【０００６】固定長符号化によりディジタル圧縮する場
合、１／４〜１／６程度の圧縮率を達成できるが、例え
ばＨＤＴＶなどの高精細テレビジョン信号などの場合に
は、それでも記録情報量が多過ぎる。また、画質の劣化
が目に付く。

【０００７】これに対しては、例えばハフマン符号や算
術符号を用いた可変長符号化方式では、画質をあまり劣
化させることなしに、１／１０〜１／２０程度の高い圧
縮率を達成できる。このような高能率可変長符号化方式
に、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）方式がある（例
えば、斎藤隆弘ら「静止画像の符号化方式」テレビジョ
ン学会誌Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．２（１９９０）や、越智
宏ら「静止画像符号化の国際標準動向」昭和６３年度画
像電子学会全国大会予稿１４など）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、可変長符号化
方式では、基本的に１画面あたりの記録情報量が一定し
ない。従って、編集、例えばつなぎ撮り（又はつなぎ録
り）が困難であり、つなぎ撮りの前後で再生画像が大き
く乱れるといった問題点がある。このような問題点は、
シーケンシャル・アクセス媒体である磁気テープを記録
媒体とするディジタルＶＴＲで、特に顕著である。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決する画
像記録装置を提示することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像記録装
置は、画像データを入力する入力手段と、画面内の相関
を用いて可変長符号化を行う画面内符号化と、画面間の
相関を用いて可変長符号化を行う画面間符号化とを選択
的に用いて前記入力手段により入力された画像データを
符号化し、前記画面内符号化された複数の第１の符号化
画面と前記画面間符号化された複数の第２の符号化画面
とからなる符号化画像データを出力する符号化手段と、
テープ状記録媒体上に多数のトラックを形成し、前記符
号化手段より出力される符号化画像データを記録する記
録手段と、前記記録手段による前記符号化画像データの
記録開始を指示する指示手段と、前記指示手段による記
録開始の指示に基づいて前記符号化手段と前記記録手段
とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記
記録開始の指示に従う最初の記録画面を前記第１の符号
化画面とし、前記最初の記録画面の符号化画像データを
前記トラックの始端から記録すると共に、前記最初の記
録画面の後に前記符号化手段より出力される前記第１の
符号化画面の符号化画像データを前記符号化画像データ
中の前記第１及び第２の符号化画面のデータ量に応じた
前記トラック内の任意の位置に記録するよう前記符号化
手段と前記記録手段とを制御することを特徴とする。

【００１１】

【作用】可変長符号化方式により復号化することで画面
毎に記録データ量が異なり記録媒体上での記録位置が一
定しないが、本発明によれば、例えば、つなぎ撮りの場
合にも記録開始位置が明確になる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例であるディジタ
ルＶＴＲの概略構成ブロック図を示す。

【００１４】入力端子４０には、記録しようとする動画
像の画像信号が入力する。Ａ／Ｄ変換器４２は入力端子
４０からのアナログ画像信号をディジタル化する。可変
長符号化回路４４は、記録開始前ではＡ／Ｄ変換器１２
の出力データをフレーム内符号化しており、操作スイッ
チ４６による記録開始の指示に応じて、Ａ／Ｄ変換器１
２の出力データのフレーム内及びフレーム間での可変長
符号化を開始し、また、記録停止の指示に応じてフレー
ム内及びフレーム間での可変長符号化を停止する。可変
長符号化回路４４の詳細は、後述する。

【００１５】変調回路４８は、可変長符号化回路４４の
出力を低周波抑圧変調し、その出力は記録アンプ５０に
より所定レベルに増幅される。スイッチ５２は記録時に
はａ接点に、再生時にはｂ接点に接続し、記録アンプ５
０の出力はスイッチ５２を介して磁気ヘッド５４に印加
され、磁気テープ５６に記録される。

【００１６】再生時には、磁気テープ５６の記録信号は
磁気ヘッド５４により再生され、その出力はスイッチ５
２及び再生アンプ５８を介して復調回路６０に印加さ
れ、復調される。可変長復号化回路６２は、可変長符号
化回路４４に対応する復号化回路であって、復調回路６
０の出力を復号し、ディジタル再生画像信号を出力す
る。復号化回路６２の出力はＤ／Ａ変換器６４によりア
ナログ信号に変換され、出力端子６６からアナログ再生
画像信号が外部に出力される。

【００１７】図２は、本実施例の特徴部分である可変長
符号化回路４４の構成ブロック図であって、量子化及び
予測符号化部を特に詳細に示している。７０は、Ａ／Ｄ
変換器４２の出力が入力する入力端子、７２は、入力端
子７０からのラスター走査の画像データを水平ｉ画素×
垂直ｊ画素のブロックにブロック化するブロック化回路
である。ｉ，ｊは通常、８乃至１６程度である。７４は
ブロック化回路７２の出力を３フレーム遅延する遅延回
路である。

【００１８】７６，７８，８０は予測差分符号化のため
の予測誤差を算出する減算器であり、減算器７６はブロ
ック化回路７２の出力から３フレーム前の局部復号値を
減算し、減算器７８は、３フレーム遅延回路７４の出力
から、１フレーム前と４フレーム前の局部復号値を補間
合成した画像データを減算し、減算器８０は、３フレー
ム遅延回路７４の出力から、２フレーム前と５フレーム
前の局部復号値を補間合成した画像データを減算する。

【００１９】８２はブロック化回路７２の出力（ａ接
点）、減算器７６の出力（ｂ接点）、減算器７８の出力
（ｃ接点）、又は減算器８０の出力（ｄ接点）を選択す
るスイッチである。

【００２０】８４は、スイッチ８２により選択されたデ
ータを離散コサイン変換するＤＣＴ回路、８６は、ＤＣ
Ｔ回路８４の出力（周波数係数）を各周波数係数毎に異
なる量子化ステップで量子化する量子化回路、８８は量
子化回路８６の出力を逆量子化する逆量子化回路であ
る。量子化回路８６における量子化ステップ・サイズが
情報の圧縮率に大きく影響する。量子化回路８６及び逆
量子化回路８８の特性は、入力端子９０からの制御係数
により変更自在である。通常は、後段のデータ・バッフ
ァの占有率に応じて当該制御係数が決定され、量子化回
路８６及び逆量子化回路８８の量子化特性が帰還制御さ
れる。

【００２１】９２は、量子化回路８６の出力を、ゼロ連
続データの統計的性質を利用したエントロピー符号化
（例えば、ハフマン符号化）するエントロピー符号化回
路、９４はエントロピー符号化回路９２の出力を図１の
変調回路４８に供給する出力端子である。

【００２２】９６は逆量子化回路８８の出力を逆離散コ
サイン変換する逆ＤＣＴ回路、９８は逆ＤＣＴ回路９６
の出力に、ゼロ又は所定の予測値を加算する加算器、１
００は加算器９８の出力を３フレーム遅延する遅延回
路、１０２は加算器９８の出力と、３フレーム遅延回路
１００の出力とを所定重み付けの積和演算し、補間合成
データを出力する積和演算回路、１０４は積和演算回路
１０２の出力を１フレーム遅延する遅延回路、１０６は
遅延回路１０４の出力を更に１フレーム遅延する遅延回
路である。

【００２３】１０８は、ゼロ（ａ接点）、遅延回路１０
０の出力（ｂ接点）、遅延回路１０４の出力（ｃ接
点）、又は遅延回路１０６の出力（ｄ接点）を選択する
スイッチ、１１０は、入力端子１１２を介して操作スイ
ッチ４６から入力する操作信号によりスイッチ８２，１
０８を制御する制御回路である。スイッチ８２，１０８
は、記録開始前にはフレームに関わらずａ接点に接続し
ているが、記録開始時から、フレーム毎に図４に示す切
り換えシーケンスでフレーム毎に切り換えられる。

【００２４】詳細は後述するが、スイッチ８２，１０８
がａ接点に接続するときはフレーム内符号化、ｂ接点に
接続するときは３フレーム差のフレーム間符号化、ｃ接
点又はｄ接点に接続するときは、前後の２フレームの補
間合成値によるフレーム間符号化（双方向符号化）にな
る。

【００２５】図５を参照して、図２の回路の動作を説明
する。なお、図５（ａ）は入力端子７０に入力する画像
データのフレーム順序、同（ｂ）は磁気テープ５６に記
録される画像データのフレーム順序を示す。

【００２６】記録開始のスイッチ操作直後のフレーム＃
７では、スイッチ８２，１０８は図４に示すようにａ接
点に接続する。ブロック化回路７２は入力端子７０から
のラスタ走査の画像データをｉ×ｊ画素のブロック列に
変換し、その出力がスイッチ８２を介してのａ接点、減
算器７６及び遅延回路７４に印加される。ブロック回路
７２はフレーム＃７の画像データを出力する段階では、
遅延回路７４は３フレーム前のフレーム＃４の画像デー
タを出力している。

【００２７】ＤＣＴ回路８４は、ブロック化回路７２に
よりブロック化された画像データを離散コサイン変換に
より周波数領域に変換し、変換係数を出力する。量子化
回路８６は、ＤＣＴ回路８４の出力を各変換係数毎に異
なる量子化ステップ・サイズで量子化する。量子化回路
８６の量子化ステップ・サイズは、入力端子９０からの
制御係数により制御される。

【００２８】エントロピー符号化回路９２は量子化回路
８６の出力をエントロピー符号化し、その出力は出力端
子９４を介して図１の変調回路４８に供給される。この
ときの画像は、１フレーム内で圧縮符号化されているフ
レーム内符号化フレーム（以下、Ｉフレームと称す
る。）である。

【００２９】逆量子化回路８８は量子化回路８６の出力
を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路９６が逆量子化回路８８の
出力を逆ＤＣＴ変換する。スイッチ１０８がａ接点に接
続するので、加算器９８は、逆ＤＣＴ変換回路９６の出
力をそのまま出力する。加算器９８の出力は３フレーム
遅延回路１００及び積和演算回路１０２に印加される。

【００３０】なお、この時点で、遅延回路１００の出力
はフレーム＃４の局部復号画像データであり、積和演算
回路１０２は、フレーム＃７とフレーム＃４の重み付け
積和演算による補間合成画像データを出力している。

【００３１】２フレーム目のフレーム＃８が入力する時
点では、スイッチ８２，１０８は図４に示すようにｃ接
点に接続する。即ち、スイッチ８２は減算器７８の出力
を選択する。この時点で、遅延回路７４はフレーム＃５
の画像データを出力し、遅延回路１００はフレーム＃５
のフレーム内符号化の局部復号データを出力し、遅延回
路１０４は、フレーム＃７とフレーム＃４の補間合成デ
ータを出力する。減算器７８は、フレーム＃５の画像デ
ータから、フレーム＃７とフレーム＃４の補間合成デー
タ（双方向予測画像データ）を減算し、その出力はスイ
ッチ８２を介してＤＣＴ回路８４に印加される。

【００３２】減算器７８の出力は、ＤＣＴ回路８４及び
量子化回路８６により離散コサイン変換及び量子化され
る。エントロピー符号化回路９２は量子化回路８６の出
力をエントロピー符号化し、その出力は出力端子９４を
介して図１の変調回路４８に供給される。このときの画
像は、注目するフレーム＃５を挟むフレーム＃４とフレ
ーム７の合成値を予測値として差分符号化されており、
以下、これを双方向予測・補間フレーム（Ｂフレームと
略す。）と呼ぶ。

【００３３】このフレーム＃５の双方向予測符号化デー
タは、逆量子化回路８８及び逆ＤＣＴ回路９６により逆
変換され、加算器９８においてフレーム＃７とフレーム
＃４の補間合成データ（双方向予測画像データ）を加算
され、復号される。復号されたフレーム＃５の画像デー
タは、遅延回路１００及び積和演算回路１０２に印加さ
れる。

【００３４】３フレーム目のフレーム＃９が入力する時
点では、スイッチ８２，１０８は図４に示すようにｄ接
点に接続する。即ち、スイッチ８２は減算器８０の出力
を選択する。この時点で、遅延回路７４はフレーム＃６
の画像データを出力し、遅延回路１００はフレーム＃６
のフレーム内符号化の局部復号データを出力し、遅延回
路１０６は、フレーム＃７とフレーム＃４の補間合成デ
ータを出力する。減算器７８は、フレーム＃６の画像デ
ータから、フレーム＃７とフレーム＃４の補間合成デー
タ（双方向予測画像データ）を減算し、その出力はスイ
ッチ８２を介してＤＣＴ回路８４に印加される。

【００３５】減算器７８の出力は、ＤＣＴ回路８４、量
子化回路８６及びエントロピー符号化回路９２により、
前フレームと同様に処理され、出力端子９４から図１の
変調回路４８に供給される。このときの画像は、注目す
るフレーム＃６を挟むフレーム＃４とフレーム７の合成
値を予測値として差分符号化されており、双方向予測・
補間フレーム（Ｂフレーム）になっている。

【００３６】フレーム＃６の双方向予測符号化データ
は、逆量子化回路８８、逆ＤＣＴ回路９６及び加算器９
８により復号される。復号されたフレーム＃６の画像デ
ータは、遅延回路１００及び積和演算回路１０２に印加
される。

【００３７】４フレーム目のフレーム＃１０が入力する
時点では、スイッチ８２，１０８は図４に示すようにｂ
接点に接続する。即ち、スイッチ８２は減算器７６の出
力を選択する。この時点で、遅延回路１００はフレーム
＃７のフレーム内符号化の局部復号データを出力する。
減算器７８は、フレーム＃１０の画像データから、フレ
ーム＃７の局部復号値（フレーム間予測画像データ）を
減算し、その出力はスイッチ８２を介してＤＣＴ回路８
４に印加される。

【００３８】減算器７８の出力は、ＤＣＴ回路８４、量
子化回路８６及びエントロピー符号化回路９２により圧
縮符号化され、出力端子９４から図１の変調回路４８に
供給される。このときの画像は、注目するフレーム＃１
０より３フレーム前のフレーム＃７の復号値を予測値と
して差分符号化されており、以下、これをフレーム間符
号化フレーム（以下、Ｕフレームと略す。）と呼ぶ。

【００３９】フレーム＃１０のフレーム間符号化データ
は、逆量子化回路８８、逆ＤＣＴ回路９６及び加算器９
８により復号される。復号されたフレーム＃１０の画像
データは、遅延回路１００及び積和演算回路１０２に印
加される。

【００４０】以降、Ｂフレームが２回、Ｕフレーム、及
びＢフレームが２回となって、Ｉフレームになり、以
後、同様の繰り返しでＩフレーム、Ｕフレーム及びＢフ
レームが形成される。

【００４１】次に、記録停止時の動作を説明する。本実
施例では、双方向予測・補間フレームの存在により、記
録停止の指示時点以後のフレームを記録しなければなら
ないときがある。例えば、図５において、フレーム＃１
５とフレーム＃１６の間で、操作スイッチ４６により記
録停止が入力されたとする。この場合、フレーム＃１５
が双方向予測・補間フレームになっているので、復元す
るにはフレーム＃１６のデータが必要になる。そこで、
フレーム＃１６，＃１４，１５というようにフレーム＃
１６までを記録する。

【００４２】図６は、このように可変長符号化した各フ
レームの画像データの、磁気テープ５６上のトラック・
パターンを一例を示す。各フレームは可変長符号化され
ているので、フレーム毎に記録データ量が異なり、１つ
のフレームのデータがしばしば複数のトラックにまたが
る。Ｂフレーム、Ｕフレーム又はＩフレームをそれぞれ
示すＢ，Ｕ，Ｉの後にフレーム番号を付し、複数のトラ
ックにまたがる場合には、更に子番号を付して示してあ
る。

【００４３】図６に示すパターンでフレーム＃１５の後
に別の画像をつなぎ撮りしたいとする。この場合、本実
施例では、使用者は、磁気ヘッドを最初の記録トラック
であるトラック＃１に戻してフレーム＃７から順にフレ
ーム＃８，＃９，＃１０と再生出力し、フレーム＃１５
の画像が再生出力された時点で操作スイッチ４６の記録
開始スイッチを操作する。これに応じて、後記録画像の
可変長符号化データが、フレーム＃１５の画像が記録さ
れたトラックの次のトラック（図６でトラック＃６）の
先頭から、順次記録される。

【００４４】図７に、このつなぎ撮り後の記録トラック
パターンを示す。理解を容易にするため、後記録画像が
そのフレーム＃７から記録開始されるとし、フレーム番
号にはｎを付加した。即ち、Ｉ７ｎは、後記録画像のフ
レーム＃７がＩフレームになっていることを示す。

【００４５】既記録画像のフレーム＃１５より後でつな
ぎ撮りされていることを示すマーク又は信号を、磁気テ
ープ５６の所定箇所、例えば、磁気テープ５６の長手方
向に延びる制御トラックなどに記録しておく。

【００４６】再生時には、つなぎ撮りの上記マーク又は
信号により、フレーム＃１５の画像の再生出力後連続し
て、フレーム＃７ｎの画像を再生出力することができ
る。

【００４７】上記説明では、フレーム単位で符号化した
が、勿論、フィールド単位であってもよい。また、フレ
ーム内符号化フレーム、フレーム間符号化フレーム、及
び双方向予測・補間フレームの配置及び数は、上記例に
限定されない。また、可変長符号化方式も、上記実施例
の方式に限定されないことは勿論である。

【００４８】また、フレーム内符号化、フレーム間符号
化及び双方向予測符号化が混在する場合を説明したが、
本発明は勿論、これらの１つ又は２つを利用する場合に
も適用できる。

【００４９】磁気テープを記録媒体とする例を説明した
が、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクなど
の、その他の記録媒体を使用する場合も、本発明の範囲
に含まれることはいうまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、画像をトラックの所定位置（通常
は先頭）から記録開始するので、つなぎ撮りなどがあっ
ても、再生画像が乱れないように再生動作を制御するの
が容易になり、連続した再生画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の構成ブロック図である。

【図２】 可変長符号化回路４４の回路例である。

【図３】 従来例の構成ブロック図である。

【図４】 スイッチ８２，１０８の切り換えシーケンス
を示す表である。

【図５】 入力画像と記録画像の説明図である。

【図６】 記録トラック・パターンの一例である。

【図７】 つなぎ撮り後の記録トラック・パターンであ
る。

【符号の説明】

１０：画像入力端子 １２：Ａ／Ｄ変換器 １４：固定
長符号化回路 １６：変調回路 １８：記録アンプ ２
０：スイッチ ２２：磁気ヘッド ２４：磁気テープ
２６：再生アンプ ２８：復調回路 ３０：固定長復号
化回路 ３２：Ｄ／Ａ変換器 ３４：再生画像出力端子
４０：画像入力端子 ４２：Ａ／Ｄ変換器 ４４：可
変長符号化回路 ４６：操作スイッチ ４８：変調回路
５０：記録アンプ ５２：スイッチ ５４：磁気ヘッ
ド ５６：磁気テープ ５８：再生アンプ ６０：復調
回路 ６２：可変長復号化回路 ６４：Ｄ／Ａ変換器
６６：再生画像出力端子 ７０：入力端子 ７２：ブロ
ック化回路 ７４：遅延回路 ７６，７８，８０：減算器 ８２：スイッチ ８４：Ｄ
ＣＴ回路 ８６：量子化回路 ８８：逆量子化回路 ９
０：制御係数入力端子 ９２：エントロピー符号化回路
９４：出力端子 ９６：逆ＤＣＴ回路 ９８：加算器
１００：遅延回路 １０２：積和演算回路 １０４，
１０６：遅延回路 １０８：スイッチ １１０：制御回路 １１２：操作信号入力端子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データを入力する入力手段と、 画面内の相関を用いて可変長符号化を行う画面内符号化
   と、画面間の相関を用いて可変長符号化を行う画面間符
   号化とを選択的に用いて前記入力手段により入力された
   画像データを符号化し、前記画面内符号化された複数の
   第１の符号化画面と前記画面間符号化された複数の第２
   の符号化画面とからなる符号化画像データを出力する符
   号化手段と、 テープ状記録媒体上に多数のトラックを形成し、前記符
   号化手段より出力される符号化画像データを記録する記
   録手段と、前記記録手段による前記符号化画像データの記録開始を
   指示する指示手段と、 前記指示手段による記録開始の指示に基づいて前記符号
   化手段と 前記記録手段とを制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記記録開始の指示に従う最初の記録
   画面を前記第１の符号化画面とし、前記最初の記録画面
   の符号化画像データを前記トラックの始端から記録する
   と共に、前記最初の記録画面の後に前記符号化手段より
   出力される前記第１の符号化画面の符号化画像データを
   前記符号化画像データ中の前記第１及び第２の符号化画
   面のデータ量に応じた前記トラック内の任意の位置に記
   録するよう前記符号化手段と前記記録手段とを制御する
   ことを特徴とする画像記録装置。