JP3232750B2 - ディジタルビデオ信号の符号化およびフレーム化装置 - Google Patents

ディジタルビデオ信号の符号化およびフレーム化装置

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JP3232750B2
JP3232750B2 JP5482593A JP5482593A JP3232750B2 JP 3232750 B2 JP3232750 B2 JP 3232750B2 JP 5482593 A JP5482593 A JP 5482593A JP 5482593 A JP5482593 A JP 5482593A JP 3232750 B2 JP3232750 B2 JP 3232750B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ディジタルビデオ信
号を圧縮符号化し、符号化出力を所定のフォーマットの
データ構成へフレーム化するのに適用されるディジタル
ビデオ信号の符号化およびフレーム化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタルビデオ信号を例えば回転ヘッ
ドにより磁気テープに記録するディジタルVTRが知ら
れている。ディジタルビデオ信号の情報量が多いので、
その伝送データ量を圧縮するための高能率符号化が採用
されることが多い。種々の高能率符号化の中でも、DC
T(Discrete Cosine Transform)の実用化が進んでい
る。
【0003】DCTは、1フレームの画像を例えば(8
×8)のブロック構造に変換し、このブロックを直交変
換の一種であるコサイン変換処理するものである。その
結果、(8×8)の係数データが発生する。このような
係数データは、ランレングス符号、ハフマン符号等の可
変長符号化の処理を受けてから伝送される。伝送時に
は、再生側でのデータ処理を容易とするために、符号化
出力であるコード信号を一定長のシンクブロックのデー
タエリア内に挿入し、コード信号に対して同期信号、I
D信号が付加されたシンクブロックを構成するフレーム
化がなされる。
【0004】磁気テープを使用するディジタルVTR、
ディスク状記録媒体を使用するディスク記録装置等で
は、1フィールドあるいは1フレームのビデオデータが
複数個のトラックに記録されるのが普通である。しかし
ながら、上述のDCTのように、可変長出力が形成され
る時には、これらの所定期間のデータ量が変動し、それ
によりフィールドあるいはフレーム単位の編集が面倒と
なる問題があった。このため、所定期間のデータ量を目
標値以下とするための固定長化処理(バッファリング処
理と称する)がなされる。所定期間としては、1フィー
ルド、1フレームでも良いが、必要なメモリ容量を少な
くするために、より短い期間(バッファリング単位と称
する)のデータ量を制御し、結果的に1フィールド、1
フレームのデータ量を一定量としている。
【0005】525/60システムのような標準解像度
ビデオ信号(SD−H信号と称する)に関しては、記録
/再生データの伝送レートが例えば25MBPSとされ
る。若し、この伝送レートを半分の12.5MBPSと
できれば、消費するテープ量を半分とすることが可能と
なる。例えば所定のトラックピッチで、二つの回転ヘッ
ドにより交互にトラックを形成するのに対して、テープ
速度を半分とし、一方の回転ヘッドのみによりトラック
を形成することが可能となる。
【0006】さらに、高解像度ビデオ信号(HD信号と
称する)は、SD−H信号に対して水平方向の画素数が
約2倍、水平走査線数が約2倍であるので、その情報量
がSD信号のそれの4倍である。かかるHD信号を記録
/再生するためには、なるべく圧縮率が高い符号化が望
ましい。圧縮率を高めるための手法の一つとして、10
〜15フレーム毎にイントラフレーム符号化を行ない、
残りのフレームは、フレーム差を符号化する方法が知ら
れている。しかしながら、ディジタルVTRの場合で
は、編集をより短いフレームで行う必要があるので、こ
のような多くのフレームを単位とする符号化が不適当で
ある。イントラ2フレームの符号化であれば、2フレー
ム単位の編集が可能となる。上述の符号化出力のデータ
量の固定長化は、2フレームの期間をバッファリング処
理の対象とするものとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】イントラ2フレームの
符号化を行ない、その結果の符号化出力のバッファリン
グ単位を複数個例えば5個のシンクブロック内に詰め込
むフレーム化を想定する。シンクブロック単位で有効/
無効が決定される変速再生動作を考慮すると、シンクブ
ロック内に1以上の整数のマクロブロックが含まれるこ
とが効率的である。マクロブロックは、同一位置を占め
る、4個の輝度信号ブロックと2個の色差信号ブロック
とからなり、これらの6個のブロックの再生データが全
て得られる時に、このブロックの画像を復元できるから
である。
【0008】イントラ2フレームの第1のフレームの符
号化出力と第2のフレームの符号化出力とを含むバッフ
ァリング単位例えば10マクロブロックを5個のシンク
ブロック内に配する場合には、各シンクブロックに2マ
クロブロック分のデータ区間をそれぞれ設定することに
なる。しかしながら、第1および第2フレーム間では、
符号化出力の重要度が相違している。すなわち、第1フ
レームの符号化出力は、フレーム内符号化出力であるの
で、それ自身から復号データを得ることが可能であるの
に対し、第2フレームの符号化出力は、差分の復号デー
タしか得られず、第1フレームの復号データに復号差分
データを加算することで、はじめて復号データを得るこ
とができる。
【0009】上述のように、イントラ1フレームの符号
化出力のデータ量をイントラ2フレームの符号化は、半
分とすることができる。従って、5シンクブロックのデ
ータ区間には、2倍の数のマクロブロックの符号化出力
を詰め込む必要がある。シンクブロックの構成は、エラ
ー伝播の影響をなるべく少なくすることを考慮して設定
されているが、各ブロックのデータの詰め込む区間長が
イントラ1フレームのものの半分となることは、エラー
伝播の影響をより強く受ける問題を生じる。重要度の相
違を考慮しないならば、第1のフレームおよび第2のフ
レームの双方に対して、この問題が同等に発生する。
【0010】従って、この発明の目的は、高圧縮率を達
成するためにイントラ2フレームの符号化を採用する時
に、二つのフレームの符号化出力の重要度の相違にマッ
チしたフレーム化が可能なディジタルビデオ信号の符号
化およびフレーム化装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
入力ディジタルビデオ信号のデータ量を圧縮符号化し、
符号化出力を所定のデータフォーマットにフレーム化し
て伝送するようにした符号化およびフレーム化装置であ
って、所定の大きさの符号化ブロック毎に変換符号化す
るための直交変換回路と、直交変換回路と結合され、固
定長化単位内の符号化出力のデータ量を複数のシンクブ
ロックのデータ領域内に収まるように、制御するための
適応量子化回路と、適応量子化回路と結合された可変長
符号化回路と、適応量子化回路の出力を局部復号するた
めの回路と、局部復号されたデータを蓄えるためのフレ
ームメモリと、フレームメモリからの第1のフレームの
復号データと第1のフレームに引き続く第2のフレーム
との間のフレーム差を符号化ブロック毎に検出し、フレ
ーム差がしきい値より小さい第1のクラスと、フレーム
差がしきい値より大きい第2のクラスとへ符号化ブロッ
クをクラス分けし、第1のクラスの符号化ブロックに関
しては、フレーム差を直交変換回路に与え、第2のクラ
スの符号化ブロックに関しては、第2のフレームのデー
タを直交変換回路に与えるように制御するための符号化
制御回路と、可変長符号化回路の出力を複数のシンクブ
ロックの構成の伝送データとするためのフレーム化回路
であって、第1のフレームの交流成分の符号化出力を低
域成分から開始して複数のシンクブロックの予め規定さ
れているデータ区間内へ詰め込み、そして、第2のフレ
ームの交流成分の符号化出力およびオーバーフローした
第1のフレームの交流成分の符号化出力を複数のシンク
ブロックの余白のデータ区間内へ詰め込むようにされた
フレーム化回路とからなることを特徴とするディジタル
ビデオ信号の符号化およびフレーム化装置である。
【0012】
【作用】イントラ2フレームの符号化によってデータを
圧縮する。第1および第2のフレームの符号化出力から
なるバッファリング単位が例えば5個のシンクブロック
のデータ区間内へ詰め込まれる。この場合に、重要度が
より高い第1のフレームの符号化出力から先にデータ区
間内へ詰め込まれる。第1のフレームの符号化出力が詰
め込まれた後に、第2のフレームの符号化出力は、5個
のシンクブロック内に生じた余白のデータ区間内へ詰め
込まれる。
【0013】
【実施例】以下、この発明をディジタルVTRに対して
適用した一実施例について図面を参照して説明する。図
1は、ディジタルVTRの記録側に設けられるビデオデ
ータの処理回路の構成を示す。図1において、1で示す
入力端子には、ディジタルビデオ信号が供給される。こ
のディジタルビデオ信号が前処理回路2に供給され、前
処理回路2の出力信号がブロック化およびシャフリング
回路3に供給される。前処理回路2は、データレートを
下げるために設けられた間引きフィルタ、線順次化回路
等である。ブロック化およびシャフリング回路3では、
インターレス走査の順序のビデオデータが例えば(8×
8)のブロック(DCTブロック)の構造のデータに変
換されるブロック化の処理と、1フレーム内で、ビデオ
データの空間的な位置を元のものと異ならせる処理、す
なわち、シャフリングがなされる。
【0014】ブロック化およびシャフリング回路3の出
力が減算回路4に供給され、減算回路4の出力信号がD
CT(コサイン変換)回路5に供給される。DCT回路
5からは(8×8)の係数データ(すなわち、直流分D
C、交流分ACの係数データ)が発生する。DCT回路
5で発生した(8×8)の係数データの内の直流分DC
が圧縮されずに後段の回路に伝送され、その内の63個
の交流分が適応量子化回路6に供給される。
【0015】交流分の係数データは、ジグザグ走査の順
で次数が低い交流分からこれが高いものに向かって順に
伝送される。また、この交流分の係数データがデータ量
見積り器7に供給される。見積り器7からの量子化ステ
ップと対応する量子化番号QNoは、量子化回路6に供
給されるとともに、記録データ中に挿入される。
【0016】量子化回路6では、係数データ内の交流分
が量子化される。すなわち、適切な量子化ステップで交
流分の係数データが割算され、その商が整数化される。
この量子化ステップが見積り器7からの量子化番号QN
oによって決定される。DCTおよび可変長符号化で発
生するデータ量は、符号化の対象の絵柄によって変化す
るので、1フィールドあるいは1フレーム期間より短い
バッファリング単位の発生データ量を目標値以下とする
ためのバッファリング処理がなされる。バッファリング
単位を短くするのは、バッファリングのためのメモリ容
量を低減するなど、バッファリング回路の簡略化のため
である。この例では、所定期間(バッファリング単位)
で発生したデータを5シンクブロック内に収まるよう
に、量子化ステップを制御している。
【0017】量子化回路6の出力が可変長符号化回路8
に供給され、ランレングス符号化、ハフマン符号化等が
なされる。例えば係数データの“0”の連続数であるラ
ンレングスと係数データの値とをROM内に格納された
ハフマンテーブルに与え、可変長コード(符号化出力)
を発生する2次元ハフマン符号化が採用される。可変長
符号化回路8からのコード信号が後段に供給される。見
積り器7は、可変長符号化回路8で参照されるのと同一
のハフマンテーブルを有している。このハフマンテーブ
ルは、可変長符号化した時の出力コードのビット数デー
タを発生する。見積り器7で最適な量子化ステップが判
定され、量子化回路6がこの量子化ステップで係数デー
タを量子化する。
【0018】図1中のDCT回路5、適応量子化回路
6、見積り器7および可変長符号化回路8は、基本的な
構成であって、DCT変換を静止ブロックと動きブロッ
クとで区別する処理、係数データの量子化ステップをブ
ロックの精細度(アクティビィティ)に応じて可変する
処理、係数データの次数によって量子化ステップを可変
する処理、HD信号の符号化を並列化する処理等が行わ
れる。動き検出の結果(動きフラグ)、アクティビィテ
ィを識別するためのアクティビィティコードも記録され
る。
【0019】上述の符号化処理で発生したデータ(直流
分データ、可変長符号化出力、量子化番号QNo、動き
フラグ、アクティビィティコード)が後段のフレーム化
回路9に供給される。フレーム化回路9において、エラ
ー訂正符号化の処理と記録データのフレーム構造への変
換の処理とトラックシャフリングとがなされる。フレー
ム化回路9の出力端子に記録データが現れる。記録デー
タは、チャンネル符号化回路、記録アンプを介して回転
ヘッドに供給され、磁気テープ上に記録される。
【0020】この発明は、圧縮率をより高くするため
に、イントラ2フレーム符号化を行う。すなわち、時間
的に連続する第1フレームIおよび第2フレームPのペ
アPOPが符号化の対象である。第1フレームIに含ま
れるブロックと第2フレームPに含まれ、フレームIの
ブロックと同一位置のブロックとのペアが符号化の単位
である。第1フレームIのブロックは、上述のようにD
CT、可変長符号化の処理で圧縮される。第1フレーム
に関する局部復号出力と第2フレームに関するビデオデ
ータとの間で、画素毎に差分が計算され、この差分の絶
対値がブロック毎に積算される。この積算値の大きさに
応じて適応的に、第2フレームPのブロックの符号化が
制御される。通常、第1フレームおよび第2フレーム間
では、画像の相関が存在し、フレーム間差の値が小さく
なる。このフレーム間差をDCT、可変長符号化する
と、符号化出力のデータ量が元のデータを符号化出力し
た時のものに比して減少する。
【0021】図1において、適応量子化回路6と接続さ
れた逆量子化回路10と逆量子化回路10と接続された
逆DCT回路11が局部復号回路を構成する。局部復号
された第1フレームIのデータがフレームメモリ12に
蓄えられる。第2フレームPのビデオデータとフレーム
メモリ12から読出され、ゲート回路13を介された復
号データとが減算回路4において減算される。
【0022】ゲート回路13は、符号化制御回路14で
生成されたコントロール信号によってオン/オフされ
る。符号化制御回路14に対して、入力ビデオデータと
フレームメモリ12からのデータとの両者が供給され
る。符号化制御回路14は、さらに、固定長化単位内に
おけるフレームIに対して割り当てられるビット数とフ
レームPに割り当てられるビット数とを制御する機能を
も有する。ビット割り当て情報がメモリ15に蓄えられ
る。現在のPOPで生成されたビット割り当て情報は、
一旦メモリ15に蓄えられ、次のPOPに関して適用さ
れる。
【0023】また、イントラ2フレーム符号化は、シー
ンチェンジが発生すると、第1および第2フレーム間の
相関がなくなり、符号化出力のデータ量を削減でき、場
合によってはデータ量がかえって増加する。シーンチェ
ンジは、検出回路16によって検出され、この検出結果
が見積り器7に供給される。入力ビデオ信号の時間的に
連続する2フレーム間のフレーム差を検出し、このフレ
ーム差がある程度大きい時に、シーンチェンジが発生し
たものと判定される。全画面のフレーム差を検出する必
要はなく、数ラインに関するフレーム差を検出すれば良
い。
【0024】図2を参照して符号化制御回路14の一例
について説明する。入力端子21には、フレームIのデ
ータが供給され、入力端子22には、フレームPの局部
復号データが供給される。減算回路23において、両フ
レームのデータが画素毎に減算され、フレーム差が生成
される。減算回路23に対して絶対値化回路24が接続
される。絶対値に変換されたフレーム差が積算回路25
に供給され、1ブロック分のフレーム差絶対値が積算さ
れる。
【0025】積算回路25の出力Efが比較回路26に
供給される。比較回路26には、しきい値Th1および
Th2(Th1<Th2)も供給される。比較回路26
は、EfとTh1,Th2との大小関係に応じて2ビッ
トのフラグ(クラス分け情報)を発生する。すなわち、
Ef≦Th1のブロックがクラスNONEに分けられ、
Th1<Ef<Th2のブロックがクラスPREDに分
けられ、Ef≧Th2のブロックがクラスINTRAに
分けられる。
【0026】このフラグが出力端子27に取り出され
る。フラグによって、図1のゲート回路13のオン/オ
フが制御される。クラスNONEの場合では、ゲート回
路13がオンあるいはオフの何れでも良い。クラスNO
NEのブロックは、積算出力Efが小さいブロック、す
なわち、フレーム差が小さいブロックである。典型的に
は、静止画の場合では、ノイズを除けば、Ef=0であ
る。かかるクラスNONEに属するフレームPのブロッ
クは、記録が省略される。再生側では、ペアPOPの他
のフレームIのブロックの復号データをフレームPのブ
ロックとして再度使用する。
【0027】クラスPREDのブロックは、フレーム差
の絶対値の積算出力Efがある程度存在するものであ
る。このブロックでは、ゲート回路13がオンされる。
従って、図1の減算回路4で生成されたフレーム差がD
CT、可変長符号化される。クラスPREDのブロック
がイントラ2フレームの処理を受けるブロックである。
クラスINTRAのブロックに関しては、ゲート回路1
3がオフされ、減算回路4からは、フレームPのデータ
自身が生じる。従って、クラスINTRAのフレームP
のデータは、フレーム内符号化の処理を受ける。クラス
INTRAは、フレーム間相関が小さく、差データを符
号化しても圧縮率の改善を期待できないクラスである。
【0028】上述のクラス分け情報を示すフラグは、固
定長化単位内のビット割り当てを決定するためにも使用
される。この実施例は、標準解像度のコンポーネントビ
デオ信号を記録/再生するものであり、フレームIの5
マクロブロックの符号化データ量とこれと同一位置のフ
レームPの5マクロブロックの符号化データ量との和が
所定の目標ビット数と等しいか、またはそれ以下となる
ように、データ量を制御している。目標ビット数は、5
個のシンクブロックに挿入できるデータ量である。ここ
で、マクロブロックは、コンポーネントビデオ信号の各
コンポーネントをブロック化した時に、Y信号の4ブロ
ックと色差信号の2ブロックとの合計6ブロックからな
る大きさの処理単位である。従って、5マクロブロック
は、30ブロックである。
【0029】図3は、この処理を説明するもので、5+
5=10マクロブロック(バッファリング単位)のデー
タ量の目標ビット数がTで表されている。フレームIの
5マクロブロックの符号化データとフレームPの5マク
ロブロックの符号化データとに対して、どのように目標
ビット数Tを割り当てるかが制御される。このビット割
り当てのモードとしては、PRE、FIX、SCHの3
個のモードが存在する。図4に示すように、PREで
は、フレームIに対してT−B(ビット)が割り当てら
れ、フレームPに対してB(ビット)が割り当てられ
る。但し、T−Bは、(3/4)T以上である。FIX
では、フレームIおよびフレームPのそれぞれに対する
ビット割り当てがT×(3/4)、T/4に固定され
る。SCHでは、フレームIおよびフレームPのそれぞ
れに対するビット割り当てがT/2、T/2に固定され
る。
【0030】ビット割り当てが適応的に制御されるモー
ドPREについて説明する。このモードでは、上述のよ
うに、フレームIに対して、少なくとも(3/4)Tが
割り当てられる。従って、残りのT/4がフレームPに
対して割り当てられたビット数である。フレームIに比
してフレームPの方が発生データ量が少ないことに照応
して、割り当てビット数の基準がこのように設定されて
いる。さらに、フレームPの符号化は、上述のように、
3個のクラス(NONE、PRED、INTRA)が存
在し、その結果、5マクロブロックの符号化データ量が
一定ではない。極端な例として、5マクロブロックの全
てがNONEのクラスであれば、発生するデータ量が0
である。従って、フレームPに対するビット割り当てが
フレームIに対するものより少なくても、フレームPが
T/4を必要としない場合がありうる。その場合る生じ
た余裕のビット数をフレームI用の(3/4)Tに対し
て加算する。フレームI用に割り当てられるビット数が
増大することは、フレームIの復号画像の画質の向上に
とって有利である。
【0031】この適応割り当ての制御が符号化制御回路
14によりなされる。図2に示すように、フラグがスラ
イス数発生回路28に供給され、クラス分け情報を示す
フラグに応じた数のスライス数が回路28から発生す
る。スライスは、ビット割り当ての適応制御のために導
入されたデータ量の単位であって、例えばT/4を30
等分したビット数が1スライスに選定される。スライス
数発生回路28は、NONEのクラスに対して0スライ
ス、PREDのクラスに対して2スライス、INTRA
のクラスに対して3スライスをそれぞれ発生する。この
スライス数は、統計的、経験的な根拠に基づいて決定さ
れた一例である。
【0032】スライス数発生回路28の出力信号が積算
回路29に供給され、5マクロブロック(=30ブロッ
ク)分積算される。積算回路29に対してクリップ回路
30が接続される。クリップ回路30は、積算されたス
ライス数を30(=T/4)でクリップする。クリップ
回路30に対してデータ変換回路31が接続される。デ
ータ変換回路31は、スライス数をビット数に変換す
る。このデータ変換回路31から出力端子32へフレー
ムPに対して割り当てられるビット数Bのデータが発生
する。演算回路33では、T−Bの演算がされ、出力端
子34には、フレームIに対して割り当てられるビット
数T−Bのデータが発生する。
【0033】このように生成されたビット割り当てデー
タは、図1中のメモリ15に蓄えられる。2フレームの
ペアPOPには、例えば270個のバッファリング単位
が含まれている。上述のように、バッファリング単位毎
に決定された270個のビット割り当て情報がメモリ1
5に記憶される。このメモリ15のビット割り当てデー
タが次のPOPの符号化処理時に読出され、見積り器7
に供給される。見積り器7は、各バッファリング単位の
ビット割り当てデータを参照してバッファリング処理を
行う。ビット数の代わりにスライス数で表されるビット
割り当て情報をメモリ15に記憶するようにしても良
い。
【0034】一つ前のPOPのデータによって決定され
たビット割り当て情報は、符号化を開始した時の2フレ
ームとシーンチェンジとでは、使用できない。そこで、
図4に示す3個のビット割り当てモードを用意し、場合
に応じてモードを選択する。予測モード(PRE)は、
上述した適応制御のモードであり、ノーマルモードであ
る。符号化を開始した時は、固定(FIX)モードが選
択される。このモードでは、フレームIに対して(3/
4)T(ビット)が割り当てられ、フレームPに対して
(T/4)が割り当てられる。
【0035】図5は、ビット割り当てモードを説明する
ためのもので、F1、F2、F3、・・・は、フレーム
を表し、FiとFi+1 (i=1,3,5,・・・)とに
より2フレームのペアPOPが構成される。符号化が開
始されるフレームF1、F2では、FIXのモードが採
用される。シーンチェンジは、図5Aと図5Bにそれぞ
れ示す二通りの場合で発生する。図5Aの例では、PO
Pのフレーム間でシーンチェンジが発生し、図5Bの例
では、POPと次のPOPの間でシーンチェンジが発生
している。図5Aの場合では、シーンチェンジが発生し
たPOPに対するビット割り当てモードがSCHとされ
る。これは、ビット割り当てをT/2ずつとするモード
である。図5Bの場合では、符号化の開始の場合と等価
であり、従って、シーンチェンジのあとのPOPのモー
ドがFIXとされる。
【0036】シーンチェンジ検出回路16は、これらの
二つのシーンチェンジをそれぞれ検出し、検出結果を見
積り器7に与える。見積り器7は、検出結果に応答して
モードFIXまたはSCHのビット割り当てデータを発
生し、このビット割り当てデータをメモリ15からの適
応割り当てのデータの代わりに使用する機能を有してい
る。
【0037】以上の符号化によって、1フレーム内でD
CT、可変長符号化する場合と比して、データレートを
半分の12.5Mbpsとすることができる。なお、上
述の例では、フレームIおよびPの同一場所のブロック
間で差分をとっているが、動き補償してから差分をとる
ことも可能である。これは、圧縮率をより高くすること
を可能とする。
【0038】この発明は、標準解像度のカラービデオ信
号(SD信号と称する)および高解像度のカラービデオ
信号(HD信号と称する)に対して適用できる。ディジ
タルビデオ信号の幾つかの例について以下に説明する。
【0039】最初にSD信号のフォーマットについて説
明する。図6は、SD信号のフォーマットを示す。SD
信号は、ライン数およびフィールド数でそれぞれ規定さ
れる二つの方式(525/60システムおよび625/
50システム)が知られている。 525/60(SD−H60)システム(輝度データの
場合) サンプリング周波数:13.5MHz サンプル数/ライン:858 有効サンプル数/ライン:720 有効ライン数/フレーム:480
【0040】625/50(SD−H50)システム
(輝度データの場合) サンプリング周波数:13.5MHz サンプル数/ライン:864 有効サンプル数/ライン:720 有効ライン数/フレーム:576
【0041】コンポーネント方式の輝度データYおよび
色差データCR 、CB を処理するために、マクロブロッ
クが規定される。SD−H60システムでは、図7Aに
示すように、1フレーム内の同一位置の、4個のYブロ
ックと2個の色差信号ブロックとの計6ブロックが1マ
クロブロックを構成する。Y信号に関しては、図7Bに
示すように、1フレームの全ブロック数が(90×60
=5400)であり、図7Cに示すように、一つの色差
信号のブロック数が(22.5×60=1350)であ
り、全体で8100ブロック/フレームが存在する。従
って、8100÷6=1350が1フレーム内のマクロ
ブロックの個数である。マクロブロック数は、色差信号
のブロック数と等しい。
【0042】SD−H50システムでは、図7Dに示す
ように、1フレーム内の同一位置の、4個のYブロック
と2個の色差信号ブロックとの計6ブロックが1マクロ
ブロックを構成する。Y信号に関しては、図7Eに示す
ように、1フレームの全ブロック数が(90×72=6
480)であり、図7Fに示すように、一つの色差信号
のブロック数が(45×36=1620)であり、全体
で9720ブロック/フレームが存在する。従って、9
720÷6=1620が1フレーム内のマクロブロック
の個数である。
【0043】イントラ2フレーム符号化では、2フレー
ム(フレームIおよびP)のデータ量が所定ビット数以
下となるようにバッファリングがなされる。525/6
0システムの場合では、1350×2=2700マクロ
ブロックが符号化され、テープ上の10トラックに記録
される。ここで、1トラック内のシンクブロック数が1
35であるので、135×10=1350シンクブロッ
クに2フレーム分の符号化データが詰め込まれる。
【0044】具体的には、バッファリング単位(すなわ
ち、固定長化の単位)を5シンクブロックに詰め込むの
で、 (2700/1350)×5=10マクロブロック=6
0ブロック(525/60システム) がバッファリング単位となる。
【0045】625/50システムも同様に、2フレー
ム分のデータを12トラックに記録するので、 (3240/1620)×5=10マクロブロック=6
0ブロック がバッファリング単位となる。
【0046】上述のイントラ2フレーム符号化では、I
およびPの各フレームの符号化出力のデータ量を制御す
る時に、各フレームの5マクロブロック(30ブロッ
ク)が所定のデータ量(ビット数)となるように制御
し、合計の10マクロブロックの目標ビット数がTとさ
れる。上述のビット割り当ての適応制御では、割り当て
ビット数T−BとBとが270個のバッファリング単位
毎に決定される。
【0047】イントラ1フレームの符号化の場合では、
1フレーム分のデータが等しいトラック数(10トラッ
ク(SD−H60)、12トラック(SD−H50))
に記録される。従って、バッファリング単位が5マクロ
ブロックである。上述のイントラ2フレームの符号化
は、符号化データ量を半減できるので、2フレーム分の
データが上述の数のトラックに記録できる。
【0048】次に、この発明を適用てきるHD信号のフ
ォーマットについて説明する。図8に示すように、HD
信号としては、1125/60システム(ハイビジョン
システムとも称される)、または1250/50システ
ム(HD−MACシステムとも称される)が知られてい
る。サンプリング周波数は、サンプリング位置が2次元
格子状に並ぶためには、水平ライン周波数の整数倍の必
要がある。信号の帯域とサンプリング後の情報量のトレ
ードオフとして、44.55MHz(1125/60シス
テム)と45.0MHz(1250/50システム)を選
ぶ。これは、Y信号の場合であるが、色信号に関して
は、Y信号のものの半分のサンプリング周波数(22.
275MHz/22.5MHz)を選ぶ。
【0049】また、色信号は、前処理回路によって、線
順次信号への変換と1/2の間引き処理を受ける。この
ような前処理の後に、ブランキング区間等を除いた部分
が有効領域として圧縮符号化される。1125/60シ
ステムの場合では、図9Aのマクロブロックが構成さ
れ、図9Bに示すような輝度信号の有効領域が規定さ
れ、図9Cに示すような色差信号の有効領域が規定され
る。1250/50システムの場合では、図10Aのマ
クロブロックが構成され、図10Bに示すような輝度信
号の有効領域が規定され、図10Cに示すような色差信
号の有効領域が規定される。図9Cおよび図10Cの色
差信号の有効領域が1フレームのマクロブロック数とそ
れぞれ等しい。
【0050】すなわち、1フレーム内のマクロブロック
数は、 72×65=4680(1125/60システム) 75×72=5400(1250/50システム) である。
【0051】イントラ2フレーム符号化では、2フレー
ムのデータ量が所定ビット数以下となるようにバッファ
リングがなされる。すなわち、1125/60システム
の場合では、4680×2=9360マクロブロックが
符号化され、テープ上の40トラックに記録される。こ
こで、1トラック内のシンクブロック数が135(これ
はSD−H信号と等しい)であるので、135×40=
5400シンクブロックに符号化データが詰め込まれ
る。
【0052】具体的には、SD−H信号の処理と同様
に、バッファリング単位(すなわち、固定長化の単位)
を5シンクブロックに詰め込むので、 (9360/5400)×5×6=52ブロック=8マ
クロブロック+4ブロック(1125/60システム) 1250/50システムでは、2フレーム分のデータを
48トラック(135×48=6480シンクブロッ
ク)に記録するので、同様に、 (10800/6480)×5×6=50ブロック=8
マクロブロック+2ブロック がバッファリング単位となる。さらに、HD用ディジタ
ルVTRでは、磁気テープ上に2本のトラックが二つの
近接して配された回転ヘッドによって同時に形成され
る。
【0053】さらに、ディジタルHD信号のフォーマッ
トとして、図11に示すように、1250/50システ
ムであって、サンプリング周波数が54MHz(13.5
×4)に選定されたものが存在する。このフォーマット
の有効サンプル数、有効ライン数は、図11に示すもの
であり、1フレームには、図12に示すように、90×
72=6480マクロブロックが含まれる。この図11
および図12に示されるHD信号を記録/再生するディ
ジタルVTRに対してもこの発明を適用できる。
【0054】上述と同様に、バッファリング単位(すな
わち、固定長化の単位)を5シンクブロックに詰め込
み、2フレーム分のデータを48トラック(135×4
8=6480シンクブロック)に記録するので、 (12960/6480)×5×6=60ブロック=1
0マクロブロック がバッファリング単位となる。
【0055】フレーム化回路9において、一つのバッフ
ァリング単位が5個のシンクブロックに含まれる記録デ
ータとされ、この記録データが磁気テープに記録され
る。SD−Hシステムに関して、一つのバッファリング
単位が含まれる5シンクブロックのフォーマットを上か
ら順に並べて図13に示す。また、1250/50シス
テムに関して、一つのバッファリング単位が含まれる5
シンクブロックのフォーマットを上から順に並べて図1
4に示す。図13及び図14にそれぞれ示すシンクブロ
ック構成の間で、1シンクブロックの長さおよびデータ
区間の長さがそれぞれ等しく選定されている。
【0056】SD−H信号の場合には、5シンクブロッ
ク内に10マクロブロックが平均的に含まれる。第1の
フレーム(フレームI)からの符号化出力は、5マクロ
ブロックであるので、図13に示すように、各シンクブ
ロックにフレームIの1マクロブロックの符号化出力が
配される区間が設定される。すなわち、4個の輝度信号
の交流成分用区間と2個の色差信号の交流成分用区間と
が各シンクブロックに設けられる。シンクブロック長が
90バイトであり、直流成分用区間と動きフラグMおよ
びアクティビィティコードATの区間と交流成分用区間
とからなるデータ区間の長さが(14×4+9×2=7
4バイト)である。
【0057】さらに、1250/50システムのバッフ
ァリング単位も、上述したように、10マクロブロック
である。従って、図13のフォーマットは、このシステ
ムに対してもそのまま適用可能である。
【0058】データフォーマットについて説明すると、
シンクブロックの先頭にブロック同期信号SYNC(2
バイト)が位置し、その後に、ID信号が位置する。こ
のID信号は、2バイトのID信号(ID0、ID1)
およびID信号に対するパリティIDP(1バイト)か
らなる。この後に、量子化ステップを識別するための1
バイトの量子化番号QNOおよび補助コードAUXが位
置する。残りのバイトの内の74バイトがデータ(直流
成分、動きフラグM、アクティビィティコードAT、可
変長コードあるいは外符号化のパリティ)区間であっ
て、最後の8バイトが積符号の内符号のパリティであ
る。
【0059】74バイトの区間が例えば14バイトの長
さの4個の区間と9バイトの長さの2個の区間とに分割
される。分割された区間の固定位置に、YまたはCのD
CTブロックで発生した直流成分(9ビット)、動きフ
ラグMおよびアクティビィティコードATが配置され
る。14バイトの区間には、輝度信号のブロックで発生
した交流分の係数データが低域成分から順に、すなわ
ち、ジグザグ走査の順に詰め込まれる。7バイトの二つ
の区間の一方には、一方の色差信号のブロックで発生し
た交流分の係数データが低域から順に詰め込まれ、その
他方の区間には、他方の色差信号の交流成分の係数デー
タが低域から順に詰め込まれる。
【0060】さらに、各シンクブロックの固定区間にブ
ロックのデータが全て入りきらない場合は、ワードの切
れ目で詰めるのを停止し、入りきらなかったデータをオ
ーバーフローメモリに格納する。この操作をYおよびC
の文字を記入した各固定区間について、バッファリング
単位のブロックについて行う。ここで、最初に上述のデ
ータ区間に詰め込まれるのは、フレームIの符号化出力
である。そして、次に、オーバーフローしたフレームI
のデータが固定区間の余った領域に順次詰め込まれる。
さらに、引き続いてフレームPのデータが余っている領
域に順次詰め込まれる。
【0061】図14に示す1125/60システムに適
用されるシンクブロックのフォーマットについて説明す
る。これは、図13と基本的に同一のものであるが、バ
ッファリング単位が52ブロック(8マクロブロック+
4ブロック)であるのに対応して、26ブロック分(4
マクロブロック+2ブロック)の固定領域が設定され
る。すなわち、5シンクブロックの内、4シンクブロッ
クに関しては、各シンクブロックが1マクロブロック
(=6ブロック)分の固定領域に区切られる。残りの1
シンクブロックは、2ブロック分の固定領域を持ち、残
りがACH区間と設定される。
【0062】この図14のフォーマットに対して符号化
出力を詰める方法は、上述と同様である。まず、フレー
ムIの26ブロックについて、各ブロックのデータを固
定区間に低域係数から順に詰めていく。固定区間に入り
きらないデータは、一旦オーバーフローメモリに蓄え
る。この操作を各ブロックについて順次行う。そして、
次に、固定区間内の余白領域とACH領域に対して、オ
ーバーフローメモリに蓄えられているデータを詰め込
み、引き続いてフレームPの26ブロックのデータを詰
め込む。
【0063】このようにして、イントラ2フレームの符
号化で発生したデータを2ステップで効率良く、簡単な
回路構成でシンクブロックのデータ区間へ詰め込むこと
ができる。
【0064】さらに、図示しないが、この発明は、12
50/50システムに関しても、1125/60システ
ムと同様にフレーム化することができる。このシステム
では、バッファリング単位が50ブロックであるから、
フレームIの25ブロック(4マクロブロック+1ブロ
ック)と対応して、5シンクブロックの内、4シンクブ
ロックの各シンクブロックは、1マクロブロック(=6
ブロック)分の固定領域に区切られ、残りの1シンクブ
ロックは、1ブロック分の固定領域とACH区間とを有
するフォーマットとされる。
【0065】
【発明の効果】この発明は、イントラ2フレームの符号
化で発生したデータを固定長化し、バッファリング単位
を複数のシンクブロックのデータ区間内に詰め込む時
に、データ区間内の固定区間に対して、フレームIの符
号化データを最初に詰め、次に、フレームIのオーバー
フローデータを余白領域に詰め、さらに、その後にフレ
ームPの符号化データを詰めている。従って、エラー伝
播の影響が少ない固定区間により重要度が高いフレーム
Iの符号化出力を詰めることができる。従って、再生さ
れたデータから復元される画像の品質を良好とできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディジタルVTRの符号化回路の一実施例のブ
ロック図である。
【図2】符号化制御回路の一例のブロック図である。
【図3】2フレームの符号化出力に対するビット割り当
ての適応的制御の説明のための略線図である。
【図4】ビット割り当てのモードの説明に用いる略線図
である。
【図5】ビット割り当てモードの選択の説明に用いる略
線図である。
【図6】この発明を適用できるディジタルビデオ信号
(SDH)信号の説明に用いる略線図である。
【図7】マクロブロックの説明に用いる略線図である。
【図8】この発明を適用できるディジタルHD信号の説
明に用いる略線図である。
【図9】マクロブロックの説明に用いる略線図である。
【図10】マクロブロックの説明に用いる略線図であ
る。
【図11】この発明を適用できるディジタルHD信号の
他の例の説明に用いる略線図である。
【図12】マクロブロックの説明に用いる略線図であ
る。
【図13】SDHシステムおよび1250/50システ
ムにおけるバッファリング単位の5シンクブロックのデ
ータ構成の一例を示す略線図である。
【図14】1125/60システムにおけるバッファリ
ング単位の5シンクブロックのデータ構成の一例を示す
略線図である。
【符号の説明】
4 減算回路 5 DCT回路 6 適応量子化回路 7 見積り器 9 フレーム化回路 13 ゲート回路 14 符号化制御回路 16 シーンチェンジ検出回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力ディジタルビデオ信号のデータ量を
    圧縮符号化し、符号化出力を所定のデータフォーマット
    にフレーム化して伝送するようにした符号化およびフレ
    ーム化装置であって、 所定の大きさの符号化ブロック毎に変換符号化するため
    の直交変換手段と、 上記直交変換手段と結合され、固定長化単位内の符号化
    出力のデータ量を複数のシンクブロックのデータ領域内
    に収まるように、制御するための適応量子化手段と、 上記適応量子化手段と結合された可変長符号化手段と、 上記適応量子化手段の出力を局部復号するための手段
    と、 上記局部復号されたデータを蓄えるためのフレームメモ
    リと、 上記フレームメモリからの第1のフレームの復号データ
    と上記第1のフレームに引き続く第2のフレームとの間
    のフレーム差を上記符号化ブロック毎に検出し、上記フ
    レーム差が上記しきい値より小さい第1のクラスと、上
    記フレーム差が上記しきい値より大きい第2のクラスと
    へ上記符号化ブロックをクラス分けし、上記第1のクラ
    スの符号化ブロックに関しては、上記フレーム差を上記
    直交変換手段に与え、上記第2のクラスの符号化ブロッ
    クに関しては、上記第2のフレームのデータを上記直交
    変換手段に与えるように制御するための符号化制御手段
    と、 上記可変長符号化手段の出力を上記複数のシンクブロッ
    クの構成の伝送データとするためのフレーム化手段であ
    って、上記第1のフレームの交流成分の符号化出力を低
    域成分から開始して上記複数のシンクブロックの予め規
    定されているデータ区間内へ詰め込み、そして、上記第
    2のフレームの交流成分の符号化出力およびオーバーフ
    ローした上記第1のフレームの交流成分の符号化出力を
    上記複数のシンクブロックの余白のデータ区間内へ詰め
    込むようにされたフレーム化手段とからなることを特徴
    とするディジタルビデオ信号の符号化およびフレーム化
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のディジタルビデオ信号の
    符号化およびフレーム化装置であって、 上記フレーム化手段において、上記第1のフレームの符
    号化出力が詰め込まれるデータ区間は、上記固定長化単
    位内の上記第1のフレームの符号化ブロック数と等しい
    数のデータ区間からなることを特徴とするディジタルビ
    デオ信号の符号化およびフレーム化装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、上記
    入力ディジタルビデオ信号が標準解像度ディジタルビデ
    オ信号であることを特徴とするディジタルビデオ信号の
    符号化およびフレーム化装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2において、上記
    入力ディジタルビデオ信号が高解像度信号であることを
    特徴とするディジタルビデオ信号の符号化およびフレー
    ム化装置。
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