JP3440942B2 - 映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法 - Google Patents
映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法Info
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- JP3440942B2 JP3440942B2 JP2001150211A JP2001150211A JP3440942B2 JP 3440942 B2 JP3440942 B2 JP 3440942B2 JP 2001150211 A JP2001150211 A JP 2001150211A JP 2001150211 A JP2001150211 A JP 2001150211A JP 3440942 B2 JP3440942 B2 JP 3440942B2
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Description
号をディジタル記録して再生するビデオテープレコーダ
ー(以下、VTRと略す。),ビデオディスクプレーヤ
ー,オーディオテープレコーダーなどのディジタル信号
の映像情報記録装置及び映像情報再生装置に関するもの
である。
ディジタルVTRは、コスト面、ハードウェア規模から
考えてデータ圧縮は必要不可欠なものである。そこで主
に民生用ディジタルVTRを例にとってデータ圧縮を説
明する。
ブロック構成図である。900 は例えばテレビジョン信号
のようなアナログ映像信号を入力する入力端子である。
901はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換す
るA/D変換器、902 はディジタル映像信号の情報量を
圧縮して情報量を減少させるデータ圧縮部、903 は再生
時に誤り訂正を行えるように誤り訂正符号を付加する誤
り訂正符号化部、904は記録するために記録に適した符
号に変調する記録変調部、905 は記録信号を増幅する記
録アンプ、906 は記録信号を記録し、蓄積する磁気テー
プである。907は磁気テープ906 から再生された再生信
号を増幅するヘッドアンプ、908 は再生信号を復調する
再生復調部、909 は誤り訂正符号を使って再生復調され
た信号を誤り訂正する誤り訂正復号化部、910 はデータ
圧縮されているデータを元の形に復元するデータ伸長
部、911 はディジタル映像信号からアナログ映像信号に
変換するD/A変換器、912 は出力端子である。
置)902 について説明する。図2に片方向動き補償フレ
ーム間予測による高能率符号化装置のブロック図を示
す。1はディジタル映像入力端子、2はディジタル映像
入力信号をブロック化するブロック化回路、3は入力ブ
ロックと予測ブロックとの誤差信号を誤差ブロックとし
て出力する減算器、4は誤差ブロックの電力を算出する
誤差電力算出回路、5は入力ブロックの交流電力を算出
する原画電力算出回路、6は誤差電力と原画交流電力と
を比較し予測モードかイントラモードかを決定する判別
回路、7は決定されたモードに基づき符号化ブロックを
選択出力する第一スイッチ回路、8は符号化ブロックに
直交変換である離散コサイン変換(以後DCTと略す)
を施すDCT回路、9はDCT係数を量子化する量子化
回路、10は伝送路に適した符号化を行う第一符号化回
路、11は伝送路である。
る逆量子化回路、13は逆量子化されたDCT係数に対し
て逆DCTを行う逆DCT回路、14は逆DCT回路13の
出力信号である復号化ブロックに予測ブロックを加算し
出力ブロックを生成する加算器、15は動き補償予測を行
うために出力ブロックを蓄える画像メモリ、16は画像メ
モリ15に蓄えられた過去の映像から切り出した動き補償
探索ブロックと現在の入力ブロックとから動き検出を行
い、動き補償予測を行なうMC回路、17は動きベクトル
と判別回路6によって決定されたモード信号とを合成す
るMIX回路、18はMIX回路17の出力を符号化する第
二符号化回路、19は判別回路6でのモードに応じて予測
ブロックを切り換える第二スイッチ回路である。そし
て、誤差電力算出回路4,原画電力算出回路5,判別回
路6,逆量子化回路12,逆DCT回路13,加算器14,画
像メモリ15,MC回路16,第二スイッチ回路19により、
局部復号ループ20が構成されている。
ィジタル映像信号は動き補償予測を行わないイントラフ
ィールド、動き補償予測を行う予測フィールド(インタ
ーフィールド)に係わらずブロック化回路2によってm
[画素]×n[ライン](m,nは正の整数)を1つの
単位とする入力ブロックに分けられ切り出される。入力
ブロックは誤差ブロックを得るために減算器3において
予測ブロックとの画素単位の差分が計算される。このよ
うにして入力ブロックと誤差ブロックとが第一スイッチ
回路7にそれぞれ入力される。また誤差ブロックは誤差
電力算出回路4によってその誤差電力が計算される。
よって原画の交流電力が計算される。算出された2つの
電力は判別回路6で比較され電力の小さい方のブロック
が符号化対象として選択されるように第一スイッチ回路
7が制御される。すなわち判別回路6は誤差電力が原画
交流電力よりも小さければ予測モード信号を、逆に原画
交流電力が誤差電力よりも小さければイントラモード信
号を出力する。
決定されたモード信号に基づいて入力ブロックもしくは
誤差ブロックを符号化ブロックとして出力する。但し処
理画面がイントラフィールドの場合には、出力する全て
の符号化ブロックが入力ブロックとなるように動作す
る。この切換状態を図3に示す。通常モードとは図4に
示すような4フィールド完結の動き補償予測課程では、
4フィールドのうちの最初の第1フィールドF1が常にイ
ントラフィールドとなり、それに続く3つの第2,第
3,第4フィールドF2,F3,F4が予測フィールドとなる
モードのことである。
ロックはDCT回路8でDCT係数に変換され、さらに
量子化回路9によってウェイティング(重み付け)処理
やスレッショルド(しきい値)処理が行われ、それぞれ
の係数に応じた所定のビット数に量子化される。量子化
されたDCT係数は第一符号化回路10で伝送路11に適し
た符号に変換され、伝送路11に出力される。
ープ20に入り、次の動き補償予測のための画像の再構成
を行う。局部復号ループ20に入った量子化されたDCT
係数は、逆量子化回路12で逆ウェイティング処理及び逆
量子化が行われ、さらに逆DCT回路13でDCT係数か
ら復号化ブロックに変換される。復号化ブロックは加算
器14によって予測ブロックと画素単位で加算され画像が
復元される。この予測ブロックは減算器3で用いたもの
と同じである。加算器14の出力は出力ブロックとして画
像メモリ15の所定の位置に書き込まれる。画像メモリ15
は予測方式によってその必要メモリ量が異なる。いま複
数枚のフィールドメモリで構成されているとし、復元さ
れた出力ブロックを所定の位置に書き込んでいく。
出力ブロックにより再構成された画面から切り出された
動き検出の探索範囲であるブロックが出力される。この
動き検出用の探索範囲ブロックの大きさは、i[画素]
×j[ライン](i≧m,j≧n:i,jは正の整数)
である。MC回路16には画像メモリ15から探索範囲のデ
ータとブロック化回路2から入力ブロックがデータとし
て入力され、動きベクトルが抽出される。動きベクトル
を抽出する方法は全探索ブロックマッチング法や、木探
索ブロックマッチング法など様々な方法があり、公知で
あるのでここでの説明は省略する。
MIX回路17に入力され、判別回路6で決定されたモー
ド信号と合成される。合成された信号は、第二符号化回
路18で伝送路11に適した符号に変換され、対応する符号
化されたブロックと共に伝送路11へ出力される。またM
C回路16からは予測ブロックとして探索範囲から入力ブ
ロックと等しい大きさ(m[画素]×n[ライン])に
ブロック化された信号が出力される。MC回路16から出
力される予測ブロックは、過去の画像情報から生成され
る。
入力され、現在処理している画面のフィールド、復号化
ブロックのモード信号に応じてそれぞれの出力から出力
される。第二スイッチ回路19の一方の出力からは減算器
3に処理フィールドに応じて予測ブロックが出力され
る。他方の出力からはその時の復号化ブロックのモード
信号と処理フィールドとに応じて予測ブロックが出力さ
れる。
方式として、例えば図4に示すようなものが考えられ
る。この方式では、4フィールド毎にイントラフィール
ドを挿入し、間の3つのフィールドを予測フィールドと
する。図4において、第1フィールドF1はイントラフィ
ールド、第2,3,4フィールドF2, F3, F4は予測フィ
ールドである。この方式での予測は、イントラフィール
ドの第1フィールドF1から第2フィールドF2を予測し、
同様に第1フィールドF1から第3フィールドF3を予測す
る。そして再構成された第2フィールドF2から第4フィ
ールドF4を予測する。
ド内でブロック化しDCTを施す。さらにウェイティン
グ処理及びスレッショルド処理を施し量子化した後、符
号化する。また局部復号ループ20では、量子化された第
1フィールドF1の信号を復号/再構成する。この再構成
された画像が次の第2フィールドF2,第3フィールドF3
の動き補償予測に用いられる。次に第2フィールドF2
を、第1フィールドF1を用いて動き補償予測し、得られ
た誤差ブロックをDCTした後、第1フィールドF1と同
様に符号化する。
ロックの電力よりも小さければ、誤差ブロックではなく
入力ブロックをDCTし、第1フィールドF1と同様に符
号化する。また第2フィールドF2は局部復号ループ20で
それぞれのブロックのモード信号に応じて復号/再構成
され、第4フィールドF4の動き補償予測に用いられる。
F2と同様に第1フィールドF1を用いて動き補償予測し符
号化される。第4フィールドF4は画像メモリ15で再構成
された第2フィールドF2を用いて動き補償予測を行い、
第3フィールドF3と同様に符号化する。第3フィールド
F3,第4フィールドF4においても入力ブロックの交流電
力の方が誤差ブロックの電力よりも小さければ誤差ブロ
ックではなく入力ブロックをDCTし、第1フィールド
F1と同様に符号化する。
ルVTRでは、高画質、高音質が期待されており、その
ためにはデータ圧縮、即ち高能率符号化装置の性能向上
が必須である。従って、上述したような従来の予測方法
では以下に述べるような難点がある。このような予測方
式では、1フィールド前または1フレーム前の映像デー
タを用いて動き補償予測を行なっているため、フィール
ドメモリまたはフレームメモリの量が増加しハードウェ
アが大きくなるという第1の問題点がある。
ンチェンジが生じると、シーンチェンジ後の映像の符号
化の際にシーンチェンジ以前の参照画像からの動き補償
予測による圧縮が困難になり、全体の符号量が増加する
という第2の問題点がある。全体を時間方向に順にフィ
ールド間動き補償予測を行なうと、シーンチェンジが生
じても符号量の増加は最小に抑えることが可能である
が、シーンチェンジ等の無い動きが少ないインターレー
ス映像の符号化の際には、全体的に符号量が増加する傾
向にある。また図5のような第3フィールドF3, 第4フ
ィールドF4を第1フィールドF1、第2フィールドF2、第
3フィールドF3から適応的に切り換える予測方式では、
フィールドメモリもしくはフレームメモリの量が増加し
ハードウェアが大きくなる欠点がある。
を図4のような予測方式で処理した場合と図5のような
予測方式で処理した場合の輝度信号の符号量とS/N比
とを示す。映像Aはシーンチェンジがフレーム単位で生
じている。またシーンチェンジがない映像Bを図4の予
測方式で処理した場合と図5の予測方式で処理した場合
の輝度信号の符号量とS/N比とも併せて示す。この場
合シーンチェンジがある映像Aでは図5の予測方式の方
が有利であり、シーンチェンジのない映像Bでは図4の
予測方式の方が有利である。
する場合、動き補償予測処理過程内でシーンチェンジが
生じた時にシーンチェンジ直後の映像の質が劣化すると
いう第3の問題点がある。。これはシーンチェンジが生
じたため時間的相関を多分に利用する動き補償予測をう
まく行うことができず、情報量の発生が大きくなるから
である。このときの発生情報量は通常のイントラフィー
ルド並の情報量に匹敵する。そしてこの発生した情報量
に対し、この情報量を持っているフィールドを予測フィ
ールドとしているので予測フィールド並の情報量にまで
圧縮されてしまう。
質はかなり劣化する。図7に従来の予測方法で符号化を
行った場合の映像の5秒間の情報量の推移を示す。これ
は5秒間の平均が20[Mbps]に収まるようにしている
が、Aの部分にシーンチェンジが存在し情報量が増えて
いる。またその時のS/N比の推移を図8に示す。この
時シーンチェンジ部分に大きな劣化はないが、情報量を
減少させようとするとS/N比は劣化する。
利用するのであれば画質が劣化して時間的相関が小さく
なった画像の動き補償予測を行わなければならず、再び
発生する情報量は増加する。そして次のリフレッシュフ
ィールドが処理されるまでこの悪循環は継続してしま
う。このようにたとえシーンチェンジ直後とはいえ映像
の質が劣化してしまうことは高画質を要求されているデ
ィジタル映像記録再生装置ではそのパフォーマンスを生
かしきれないことになる。例えばディジタル映像記録再
生装置の1つである家庭用ディジタルVTRでは特再や
編集等の機能が必要不可欠であり、その場合画質の著し
い劣化が目立ってしまう。
の家庭用VTRには、VHS,β,8ミリデビオなどが
ある。ここでは8ミリビデオを従来例として説明する。
図9は8ミリビデオ規格におけるテープフォーマットを
示す図であり、図10は1トラックのフォーマットを示し
た図である。
ヘッド・ドラムと磁気テープとの巻き付け状態を示した
図であり、図12は8ミリビデオ規格における各信号の周
波数アロケーションを示す図である。NTSCとPAL
方式用8ミリビデオの映像信号は、低域変換色信号記録
方式で記録されており、これは家庭用VTRの基本的な
記録方式である。輝度信号は4.2 〜 5.4MHzの搬送波
でFM変調し、色副搬送波は約 743KHzの低周波に変
換して、両者をともに周波数多重記録する。テープ上の
記録フォーマットは図9に示した通りである。映像信号
(輝度信号,色信号),音声信号,トラッキング信号と
いった、最小限必要なVTRの信号は、全て回転ビデオ
ヘッドで周波数多重記録をする。その周波数帯域を図12
に示す。
磁気トラック401,402 は映像信号のトラックであり、各
々1フィールドに相当する。音声信号トラック部411 の
斜線を施した磁気トラック403,404 は音声信号の磁気ト
ラックである。テープの両端には固定ヘッド用のキュー
・トラック405 と音声トラック406 とがある。8ミリビ
デオでは、テープ端のコントロール・トラックを使わな
いので、このトラックを頭出し, 記録内容の番地付けな
どを行うキュー・トラックに使用できる。1トラックの
幅(トラック・ピッチ)は20.5μmで、β方式,VHS
方式の長時間モードのピッチより若干広い(β-IIIは1
9.5μm、VHSの6時間モードは19.2μm)。トラッ
ク間に、クロストーク防止のためのガードバンドは設け
ていない。その代わり、2ヘッドによるアジマス記録を
採用してクロストークを抑制している。
な回路動作を説明する。図13、図14は従来例のブロック
回路図で、映像信号入力端子201 に与えられた映像信号
は映像信号処理回路203 および同期信号分離回路204 に
与えられる。映像信号処理回路203 の出力信号はゲート
回路205 および206 を経て加算器213 および214 に加え
られる。
垂直同期信号は遅延回路207 および208 に供給される。
同期信号分離回路204 とでヘッドスイッチパルス発生手
段を構成するところの遅延回路207 のQ出力は第1ゲー
ト回路205 および後述の第4ゲート回路212 にゲートパ
ルスとして供給され、Qバー出力は第2ゲート回路206
および後述の第3ゲート回路211 にゲートパルスとして
供給される。遅延回路208 の出力信号は時間軸圧縮回路
209 および消去電流発生器240 に供給される。
音声信号は、時間軸圧縮回路209,変調回路210 および記
録−消去切換用の切換スイッチ241 を経て、第3ゲート
回路211 および第4ゲート回路212 に供給される。ま
た、消去電流発生器240 の出力は、切換スイッチ241 を
経て、第3ゲート回線211 および第4ゲート回線212 に
供給される。第3ゲート回線211 および第4ゲート回線
212 の出力信号は、加算器213 および214 に供給され
る。加算器213 の出力信号は記録−再生切換用の切換ス
イッチ215 を経て回転トランス217 に与えられる。回転
トランス217 の出力信号は回転軸219,回転ヘッドバー22
0 を経て回転磁気ヘッド221 に与えられ、磁気テープ22
3 に記録電流あるいは消去電流が流れる。
チ215 と連動する記録−再生切換え用の切換スイッチ21
6 を経て回転トランス218 に与えられるようになってい
る。回転トランス218 の出力信号は回転軸219,回転ヘッ
ドバー220 を経て、もう1つの回転磁気ヘッド222 に与
えられ、磁気テープ223 に記録電流あるいは消去電流が
流れる。磁気テープ223 は、回転磁気ヘッド221,222 を
内蔵するテーブルガイドドラム226 の両側に位置するガ
イドポスト224 および225 に案内され、かつキャプスタ
ンおよびピンチローラよりなる周知の磁気テープ走行装
置(図示せず)によって矢印227 の方向へ定速走行され
る。なお、テーブルガイドドラム226 は周知のものを使
用し得るので、ここでの具体的な構造説明は省略する。
された信号は、回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トラ
ンス217 および切換スイッチ215 を経て、分離回路228
に供給される。一方、回転磁気ヘッド222 によって再生
された信号は、回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トラ
ンス218 および切換スイッチ216 を経て分離回路229に
供給される。分離回路228 の一方の出力と分離回路229
の一方の出力とが加算器230 に供給される。また、分離
回路228 の他方の出力と分離回路229 の他方の出力とが
加算器231 に供給される。加算器230 の出力信号は映像
信号処理回路232 を経て映像信号出力端子233 に供給さ
れる。他方、加算器231 の出力信号は時間軸補正回路23
4 、復調回路235 および時間軸伸長回路236 を経て音声
信号出力端子237 に供給される。
子201 に与えられた映像信号は、映像信号処理回路203
でFM信号に変換される。なお、搬送色信号を含む場合
においては、搬送色信号は約1.2 MHz以下の低域に変
換される。さらに、隣接カラー信号除去のための手段と
して、たとえば1H(水平走査期間)毎に上記搬送色信
号の位相を90°回転させても、あるいは反転させても何
らさしつかえない。これは、搬送色信号のライン相関を
利用したトラック間クロストーク除去の技術である。以
上のようにして処理された映像信号は第1ゲート回路20
5 および第2ゲート回路206 に供給される。
が加えられることにより、その出力端には垂直同期信号
が得られる。この垂直同期信号は遅延回路207,208 に供
給される。遅延回路207 は2分周機能と遅延機能とを有
しており、そのQ出力端とQバー出力端からは図15(b)
および(c) に示すようなヘッド切換え用のパルス信号Q
およびQバーを第1ゲート回路205 および第2ゲート回
路206 にそれぞれ供給する。これらのパルス信号Q、Q
バーと入力映像信号の位相関係を明らかにするために図
15(a) に入力映像信号の波形を示す。
206 の出力端には、図16(a) および(b) に示すように、
パルス信号QおよびQバーがHレベルの期間、処理され
た映像信号が出力される。それらの信号は加算器213,21
4 にて、後述する変調された圧縮音声信号あるいは消去
信号が加えられて、切換スイッチ215,216 に供給され
る。
変調[特にパルスコード変調(PCM)を、あるいはF
M, PM, AMなどを、または場合によっては無変調A
Cバイアス記録]を変調回路210 で受ける。特にPCM
は、高S/N比が期待でき、また、ドロップアウト等に
対しても周知の符号誤り訂正手段を用いることができる
などの点で有利である。このような変調された圧縮音声
信号は、切換スイッチ241 を経てパルス信号Qバーおよ
びQが供給されている第3ゲート回路211 および第4ゲ
ート回路212 に与えられる。これらのゲート回路211,21
2 は、パルス信号QバーおよびQがHレベルの期間、圧
縮音声信号を加算器213,214 に出力する。
信号を遅延回路208 で遅延させて得たトリガ信号Tによ
って発信開始時刻が制御された或る周波数(たとえば10
0 KHz)の消去電流を発生し、切換スイッチ241 を経
て、パルス信号QバーおよびQが供給されている第3ゲ
ート回路211 および第4ゲート回路212 に、圧縮音声信
号の記録と同様にパルス信号QバーおよびQがHレベル
期間、消去電流を加算器213,214 に出力する。図17(a)
および(b) に、加算器213,214 の出力信号すなわち、処
理された映像信号Aと処理された音声信号Bあるいは消
去信号の時間軸多重信号の波形図を示す。これらの信号
が前述した経路を経て回転磁気ヘッド221,222 に供給さ
れることにより、図9に示すようなテープ磁気パターン
が得られる。
接片を固定接点P側に切換える。このようにすると、回
転磁気ヘッド221,222 で再生された2チャンネルの再生
信号は、各々回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トラン
ス217 あるいは218,切換スイッチ215 あるいは216 を介
して伝達され、分離回路228,229 では、入力された信号
が時間軸上で映像信号と音声信号とに分離される。この
分離された映像信号は加算器230 で、時間的に連続した
1チャンネルの映像信号に変換されて映像信号処理回路
232 に供給される。映像信号処理回路232 では、入力さ
れた信号が元の映像信号に復元されて映像信号出力端子
233 に出力される。
チャンネルの信号に変換され、時間軸補正回路234 に供
給される。時間軸補正回路234 は、たとえばCCD(チ
ャージ・カプルド・デバイス)やBBD(バケット・ブ
リゲート・デバイス)などの半導体メモリで構成され、
ここでテープ・ヘッド系の時間軸変動(いわゆるジッタ
ーとスキュー歪)が除去される。時間軸補正回路234 の
出力信号は復調回路235 で元の圧縮音声信号に復調さ
れ、さらにCCDやBBDなどの半導体メモリで構成さ
れる時間軸伸長回路236 で元の音声信号に変換されて音
声出力端子237 に出力される。
ルドの映像信号及び音声信号が、テープ上の1トラック
として記録再生される。
構成を示すブロック図であり、業務用または放送用に使
用されているディジタル記録のD1方式、D2方式VT
Rを示す図である。101 はアナログ映像信号をディジタ
ル映像信号に変換するA/D変換器、102 は誤り訂正符
号を付加する誤り訂正エンコーダ、103 はディジタル信
号を磁気テープの記録に適した信号に変換する変調器、
104 は回転ヘッド・ドラム、105 は磁気テープ、106 は
記録再生用の磁気ヘッド、107 は再生信号を復調する復
調器、108 は伝送誤りを検出・訂正する誤り訂正デコー
ダ、109 はディジタル映像信号をアナログ映像信号に変
換するD/A変換器である。
す。両方式とも、映像信号と4チャンネルの音声信号と
を、同一トラックの異なる場所に記録している。ただ
し、D1方式においては、音声信号はトラックの中央部
に、D2方式においてはトラックの端部に記録する。映
像信号と音声信号とを同一トラックに記録すると、記録
再生に必要となる磁気ヘッド, 増幅回路などを映像信号
と音声信号とで共用化できる。さらに、後述するように
誤り訂正のために必要となるパリティ符号、これを生成
するための回路なども共用化できる。
テープフォーマット諸元、図22に走行系諸元を示す。こ
れより、ガードバンドも含めた面積記録密度は、D1方
式は21.5μm2 /bit 、D2 方式は16.6μm2 /bit と
なる。D1方式には記録トラックの間にガードバンドが
設けられているが、D2方式にはこれがない。この結
果、D2方式のトラック密度はD1方式より15%ほど高
く、これもD2方式の長時間記録に結び付いている。
クの信号のほかに隣のトラックの信号も合わせて再生し
やすい。この再生時のトラック間クロストークに対処す
るため、D2方式では、アジマス記録方式を採用してい
る。通常、記録用磁気ヘッドのヘッドギャップと再生用
磁気ヘッドのヘッドギャップとは磁気トラックに対して
同一の角度で取り付けられている。もし、両ヘッドギャ
ップの間に角度を与えると、再生信号レベルは減衰特性
を示す。
は、図21に示したように約±15度である。この結果、再
生時に隣接トラックからの信号が混入しても、その不要
成分は減衰する。これにより、ガードバンドがなくても
クロストークの影響が少ない。ただし、アジマス角度に
よる損失は、直流では期待できないので、記録する信号
としては直流成分がないことが必要となる。このため、
D2方式においては、直流成分がない変調方式を採用し
ている。
べての時間にわたって記録する必要はない。帰線期間は
映像の内容に無関係に一定の波形であり、再生後に合成
できるため、D1, D2方式ともに有効な映像期間のみ
を記録している。また、NTSC信号の帰線期間に含ま
れるカラーバースト信号も再生後に合成できる。これ
は、D2方式の標本化位相がI, Q軸と定められてお
り、再生された標本化クロックを用いてカラーバースト
の位相(Q軸より 180+33度遅れている)を決定できる
からである。
される画素範囲を示す。これらの有効画素は、いくつか
のセグメントに分割される。D1方式においては50走査
線分の画素、D2方式においては85走査線分の画素がセ
グメントを構成する。すなわち、1フィールド分の画素
はD1方式では5セグメント、D2方式では3セグメン
トからなる。
いては4チャンネルに、D2方式においては2チャンネ
ルに分割して記録される。この結果、1セグメントの1
チャンネル当たりの画素数は、D1方式では{(720 +
360×2)/4}×50=360× 50 = 18000,D2方式
では{768 /2}×85=384 ×85=32640 となる。分配
に際しては、各チャンネルが画面内にまんべんなく分散
するように配慮されている。この結果、どれか特定のチ
ャンネルの特性が劣化しても、それにより生じる符号誤
りが画面内で一箇所に集中せず、目立ちにくい。したが
って、訂正できなかった誤りに対しても修正の効果が大
きい。
呼ばれる2種の誤り訂正符号を併用している。内符号,
外符号を生成する過程で、実際には符号の順序を入れ替
える操作がなされる。これをシャフリングと呼ぶ。シャ
フリングは、符号誤りの影響を分散させ、訂正能力を向
上させたり、訂正されなかった誤りによる画面劣化を軽
減したりする。これには、外符号を生成する前の1走査
線分のシャフリングと、外符号を付加した後で内符号を
生成する前の1セクタ内のシャフリングからなる。以上
のようにD1 , D2方式VTRでは、1フィールドの映
像信号及び音声信号が、テープ上の複数のトラックにわ
たって記録される。
Lの標準テレビジョン信号の情報を余すところなく記録
するために、FM輝度信号の搬送周波数を上げ、帯域お
よびデビエーションを拡大し、解像度およびC/Nの改
善がはかられてきたが、S/N比,波形再現性などの面
で業務用VTRにはまだまだ追いついていない状態であ
る。
更なる高性能化と同時に軽量小型化の実現も求められて
おり、現行技術の改良だけでは難しい状態にある。一方
業務用・放送用VTRの分野では急速なディジタル化が
進み、機器の多機能・高性能化が実現され、放送分野で
はそのほとんどがディジタルVTRにおきかえられた。
しかしディジタルVTRのテープ消費量は非常に多く、
長時間化、小型化を阻害している。
記録情報を圧縮する研究が盛んになり、これをVTRに
も利用することが検討されている。ディジタルが持つ高
画質と高密度記録、情報圧縮によるテープ消費量の低減
によって、小型軽量、高画質、長時間VTRの実現が期
待できる。
の分野で用いられている高能率符号映像情報圧縮方式
(CCITT H.261などによる)の通信装置であ
る。101 はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変
換するA/D変換器、110 は映像信号を圧縮符号化する
高能率符号化器、112 は発生した圧縮符号を一定のスピ
ードで送出するのに用いるバッファメモリ、102 は誤り
訂正符号を付加する誤り訂正エンコーダ、103 はディジ
タル信号を通信用の送信信号に変換する変調器、114 は
通信路、107 は受信信号をディジタルに復調する復調
器、108 は伝送誤りを検出・訂正する誤り訂正デコー
ダ、113 は一定のスピードで受信した圧縮符号を次段の
要求に従って供給するのに用いるバッファメモリ、111
は圧縮された映像信号を元の信号に伸長する高能率復号
化器、109 はディジタル映像信号をアナログ映像信号に
変換するD/A変換器である。
し、このためこの冗長度を利用して圧縮符号化した符号
量も変動する。ところが通信路114 の伝送情報量は限ら
れており、最大の性能を発揮するために、バッファメモ
リ113 を用いて符号量の変動を吸収し、メモリのオーバ
ーフロー, アンダーフローを起さない範囲での情報量制
御を行う。図25に、受信側のバッファオペレーションを
示す。一定レートで受信したデータはバッファメモリに
蓄えられ、データ量がBOに達した時点で符号のデコー
ドを始める。第1画面の表示のためにd1のデータが消
費され、第2画面のデコードを開始する時点では、蓄積
データ量はB1になる。以下同様にデータの蓄積と消費
が繰り返される。データ消費量は表示画面によって異な
っているが、平均のデータ消費量と受信レートとは等し
い。ここでは受信側について説明したが、送信側では受
信側と全く逆の操作が行われている。
め、入力映像のフィールドと通信される符号との関係は
明確になっていない。しかし通信分野の応用とは異な
り、VTRにはスチル再生, スロー再生, 高速再生など
通常再生とは異なる特殊再生、アセンブル編集, インサ
ート編集などVTR特有の機能が求められており、明確
にフィールドとトラックとの関係が定まっていることが
好ましい。実用的なVTRとするには、これらの問題を
解決できる記録フォーマットを選択することが必須であ
る。
他のフィールド(またはフレーム)に関係せず単独のフ
ィールド(またはフレーム)で符号化が完結するイント
ラフィールド(またはイントラフレーム)と他のフィー
ルドやフレームの情報を利用して予測符号化する予測フ
ィールド(または予測フレーム)とを利用した圧縮方法
があり、一般にフィールド間(またはフレーム間)予測
を使用しないイントラフィールド(またはイントラフレ
ーム)の情報量は面間予測を利用して符号化した予測フ
ィールド(または予測フレーム)の符号量の2倍以上と
なる。
トラフレーム)と予測フィールド(または予測フレー
ム)とに同じサイズの記録エリア(トラック数)を割り
当てると、イントラフィールド(またはイントラフレー
ム)では充分な記録エリアが得られず、また予測フィー
ルド(または予測フレーム)では記録エリアを無駄に使
うことになるという第4の問題点がある。
(またはフレーム)の信号をまとめて1つの処理単位と
して所定数の記録セグメントに記録することにより、上
記第4の問題点を解決して、VTR等の映像情報記録再
生装置に要求される特殊再生,編集に対応することがで
きる映像情報記録装置及び映像情報再生装置を提供する
ことにある。
またはnフレーム(nは2以上の整数)の映像信号を処
理単位とし、該処理単位中の少なくとも1フィールドま
たは1フレームの映像信号がイントラモードで符号化さ
れたイントラフィールドまたはイントラフレームと、そ
の他のフィールドまたはフレームの映像信号が、前記イ
ントラフィールドまたはイントラフレームを参照画像と
する動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化さ
れた予測フィールドまたは予測フレームとが記録される
映像情報記録媒体であって、前記映像情報記録媒体は、
当該映像情報記録媒体上を一定の情報長に区切った複数
の記録セグメントから構成されるものであり、前記処理
単位として記録する情報量は可変であって、当該情報量
に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単位が記録
されることを特徴とする映像情報記録媒体である。
照しながら本発明の第1実施の形態について説明する。
図26は本発明の第1実施の形態におけるブロック図であ
る。図26において、1はディジタル映像入力端子、2は
ディジタル映像入力端子1より入力される、ディジタル
映像信号をブロック化するブロック化回路、30はブロッ
ク化回路2から出力されるブロックとイントラフィール
ドとの動き補償予測を行ない、入力ブロックと予測ブロ
ックとの誤差信号を出力する動き補償予測回路、31はブ
ロック化回路2から出力される入力信号と動き補償予測
回路30からの予測誤差信号との絶対値和の小さい方を選
択する判定器、32は決定されたモードに基づきブロック
化回路2と判定器31とから出力される符号化ブロックを
選択出力する第1スイッチ、33は第1スイッチ32から出
力される符号化ブロックに対して直交変換を施す直交変
換回路、34は直交変換回路33の出力を量子化する量子化
回路、11は伝送路である。
回路34から出力される量子化結果を選択し出力する第2
スイッチ、36は第2スイッチ35の出力を逆量子化する逆
量子化回路、37は逆量子化回路36の出力を逆直交変換す
る逆直交変換回路、38は逆直交変換回路37より出力され
るイントラフィールドの再生画像を1フィールド分蓄
え、予測フィールドに対する探索範囲の参照画像を動き
補償予測回路30に出力する画像メモリである。
方式として、例えば図27に示すようなものが考えられ
る。この方式では、4フィールド毎にイントラフィール
ドを挿入し、間の3つのフィールドを予測フィールドと
する。図27において第1フィールドF1はイントラフィー
ルド、第2, 3, 4フィールドF2, F3, F4は予測フィー
ルドである。この方式では、第1フィールドF1から第
2, 3, 4フィールドF2,F3, F4を予測する。まず、イ
ントラフィールドである第1フィールドF1をフィールド
内でブロック化し直交変換を施し、量子化した後、符号
化する。
1フィールドF1の信号を復号/再構成する。この再構成
された画像が次の第2フィールドF2, 第3フィールドF
3, 第4フィールドF4の動き補償予測に用いられる。次
に第2フィールドF2を、第1フィールドF1を用いて動き
補償予測し、得られた誤差ブロックを直交変換した後、
第1フィールドF1と同様に符号化する。この時、入力ブ
ロックの絶対値和が誤差ブロックの絶対値和よりも小さ
ければ、誤差ブロックではなく入力ブロックを直交変換
し、第1フィールドF1と同様に符号化する。
F4も、第2フィールドF2と同様に第1フィールドF1を用
いて動き補償予測し符号化される。第3フィールドF3,
第4フィールドF4においても入力ブロックの交流電力の
方が誤差ブロックの電力よりもその絶対値和が小さけれ
ば誤差ブロックではなく入力ブロックを直交変換し、第
1フィールドF1と同様に符号化する。
像入力端子1により入力された映像信号はイントラフィ
ールド, 予測フィールドに係わらずブロック化回路2に
よって例えば8画素×8ラインを1つの単位とするブロ
ック化が行なわれる。また動き補償予測回路30では、予
測フィールドの場合ブロック化回路2より出力される入
力ブロックに対して、画像メモリ38に蓄えられているイ
ントラフィールドの再生画像データを参照画像として動
き補償予測を行う。
囲ブロックを例えば16画素×16ラインの大きさで行い、
動きベクトルを求める。さらに動き検出によって得られ
た動きベクトルに従い、参照画像と入力画像との誤差信
号を求め、動きベクトルとともに判定器31に出力する。
判定器31ではブロック化回路2から出力される入力ブロ
ックと動き補償予測回路30から出力される誤差ブロック
とのそれぞれの各ブロックの各成分の絶対値和を求め
る。入力ブロックをI(i,j)(i,j=1〜8)、
その絶対値和をIs、誤差ブロックをP(i,j)
(i,j=1〜8)、その絶対値和をPsとすると、I
s,Psは以下の式で表される。
の方が入力信号ブロックより情報量が少ないと判断し、
誤差ブロックを動きベクトルと共に第1スイッチ32に出
力する。一方Ps≧Isの場合は入力信号ブロックの方
が誤差信号ブロックより情報量が少ないと判断し、入力
ブロックとそのブロックが強制イントラブロックである
ことを示す強制イントラ信号とを動きベクトルの代わり
に第1スイッチ32に出力する。
合はブロック化回路2の出力を選択し、予測モードの場
合は判定器31の出力を選択し直交変換回路33に出力す
る。直交変換回路33では入力される8×8の各ブロック
に対して、例えば2次元のDCTを施す。量子化回路34
では、直交変換回路33より出力される直交変換係数を可
変長符号化し量子化する。また量子化回路34では予測モ
ードの場合は、直交変換係数に加えて、動きベクトルま
たは強制イントラ信号を量子化し、直交変換係数に加え
て伝送路11に出力する。
照データとするために、イントラフィールドの場合のみ
量子化回路34によって量子化された直交変換係数を逆量
子化回路36に出力する。逆量子化回路36では量子化回路
34によって可変長符号化されたデータを逆量子化し可変
長復号を行ない、逆直交変換回路37に出力する。逆直交
変換回路37では、例えば2次元の逆DCTを施してイン
トラフィールドのブロックを復元する。逆直交変換回路
37によって復元されたイントラフィールドの各ブロック
は、画像メモリ38に蓄えられる。画像メモリ38では動き
補償予測の場合の参照用データとして、イントラフィー
ルドの復元画像1フィールド分を蓄える、さらに動き補
償予測回路30に対して動きベクトルの検出範囲の参照画
像を出力する。
ックサイズを8画素×8ラインの大きさにしているが、
必ずしも8画素×8ラインである必要はなくn画素×m
ラインのブロックサイズで行ってもよい。また同様に動
きベクトルの検出範囲も16画素×16ラインである必要は
なく、k画素×sライン(k≧n,s≧m)で行なって
もよい。また4フィールド毎に予測符号化が完結してい
るが必ずしも4フィールドである必要はなく任意のフィ
ールド毎に予測符号化が完結するようにしてもよい。
結しているが、必ずしもフィールド毎である必要はなく
任意のフレーム毎に予測符号化が完結するようにしても
よい。また上記実施の形態では、判定器31でブロック化
回路2の出力と動き補償予測回路30の出力との絶対値和
の小さい方を第1スイッチ32に出力していたが、動き補
償判定を行わずに動き補償予測回路30の出力のみを第1
スイッチ32に出力してもよい。
は、判定器31でブロック化回路2の出力と動き補償予測
回路30の出力との絶対値和の小さい方を第1スイッチ回
路32に出力していたが、判定器31の判定結果が予測モー
ドよりも強制イントラモードの方が多くなるようなフィ
ールドでは、シーンチェンジが生じたと判断し、このフ
ィールド全体をイントラモードとして、符号化してもよ
い。この様にして構成した例が第2実施の形態である。
ク図である。図において40はブロック化回路2から出力
される入力ブロックと動き補償予測回路30からの予測誤
差ブロックとの絶対値和の小さい方を選択し、さらにブ
ロック化回路2からの入力ブロックが選択される方が多
いようなフィールドは、イントラフィールドであると判
定する判定器、41はブロック化回路2から出力される入
力ブロックをイントラフィールドのデータとして蓄える
第1フィールドメモリ、42は判定器40から出力される予
測フィールドのブロックを蓄える第2フィールドメモ
リ、43はイントラモード及び判定器40において予測モー
ドより強制イントラモードの方が多いと判別された場合
に第1フィールドメモリ41の出力を選択し直交変換回路
33に出力し、それ以外の場合は第2フィールドメモリ42
の出力を選択する第1スイッチである。
像入力端子1から動き補償予測回路30までの動作は第1
実施の形態と同じであるため省略する。判定器40は、第
1実施の形態と同様にブロック化回路2から出力される
入力ブロックと動き補償予測回路30から出力される誤差
ブロックとのそれぞれのブロックの各成分の絶対値和の
小さい方を選択して出力する。ここで、動き補償予測回
路30の出力が選択された場合、判定器40は動きベクトル
と共に誤差信号のブロックを出力する。
場合は、強制イントラブロックであることを示す信号と
共に出力される。また判定器40では強制イントラブロッ
クが1フィールド内である値n個以上になった場合はシ
ーンチェンジが生じたと判断し、現在のフィールドをす
べてイントラモードで符号化するような制御信号を出力
する。
て第2フィールドメモリ42に蓄えられ、1フィールド分
のデータが蓄えられた後、第1スイッチ43に出力され
る。一方ブロック化回路2の出力は第1フィールドメモ
リ41にイントラモードのデータとして蓄えられ、1フィ
ールド分のデータが蓄えられた後、第1スイッチ43に出
力される。第1スイッチ43ではイントラモード及び判定
器40において強制的にイントラモードにすると判断され
た場合は、第1フィールドメモリ41の出力を選択し、そ
れ以外の場合は第2フィールドメモリ42の出力を選択し
て、直交変換回路33に出力する。以下直交変換回路33か
ら画像メモリ38までの動作は第1実施の形態と同じであ
るため省略する。但し、判定器40でシーンチェンジが生
じたと判断された場合は画像メモリ38の内容も更新する
必要があるので、第2スイッチ35においてもイントラモ
ードの場合と同様に量子化回路34の出力を逆量子化回路
36に出力する。
図4,図29の3種類の予測符号化を用いて、符号化、復
号化を行った例について説明する。図29に示す予測符号
化方式はフレーム内でそれぞれフィールド間予測を行
い、第3フィールドF3は第1フィールドF1から予測する
方式である。ここで、図27による符号化方式を方式1、
図4を方式2、図29を方式3としてシーンチェンジが存
在するサンプル画像5秒分に対してシミュレーションを
行った結果を図30に示す。
秒分に対してシミュレーションを行った結果を図31に示
す。サンプル画像としては4:2:2コンポーネント信
号(Y:720 × 240,Cb,Cr:360 × 240,60Fiel
d/sec )を用いている。図30, 図31の結果よりシーンチ
ェンジを含む映像の場合はS/N比から見て方式3が有
効である。
場合には方式1〜3では、あまり差が見られないことが
分かる。この結果シーンチェンジが生じた場合は、強制
的にイントラフィールドにすることにより、従来の予測
符号化装置よりもハードウェアサイズが小さな高能率符
号化装置を実現できる。
ド毎にイントラモードを作り、それに続くn−1フィー
ルドをイントラフィールドから予測符号化し、シーンチ
ェンジが生じた場合、強制的にイントラフィールドを作
り、残りのフィールドを強制イントラフィールドより予
測しているが、必ずしもnフィールド毎にイントラフィ
ールドがある必要はなく、強制イントラフィールドが発
生した場合は強制イントラフィールドを起点にして続く
n−1フィールドを予測符号化してもよい。また上記実
施の形態ではフィールド単位で予測符号化を行っている
が必ずしもフィールド単位で予測符号化を行う必要はな
く、フレーム単位で予測符号化を行ってもよい。
態の高能率符号化装置では、nフィールド毎にイントラ
フィールドを作り、その他のフィールドについては、こ
のイントラフィールドを参照画像として動き補償予測を
行っているので、動きベクトルを求めるための演算回路
等のハードウェアサイズを小さくすることができる。
高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。図32
において、1〜14、16〜20は図2における従来装置と同
じものである。50はイントラモードのブロックの個数を
カウントするモードカウンタ、51は所定のブロック数と
モードカウンタからのイントラモードのブロックの個数
とを比較し、次のフィールドの参照画像を決定する方向
切換回路、52は動き補償予測を行うために出力ブロック
を蓄え、次のフィールドの参照画像を探索範囲として出
力する画像メモリである。
ィジタル映像入力信号はイントラフィールド,予測フィ
ールドに係わらずブロック化回路2によってm[画素]
×n[ライン]を1つの単位とする入力ブロックに分け
られ切り出される。入力ブロックは誤差ブロックを得る
ために減算器3において予測ブロックとの画素単位の差
分が計算される。このようにして入力ブロックと誤差ブ
ロックとが第一スイッチ回路7にそれぞれ入力される。
また誤差ブロックはその電力を算出するため誤差電力算
出回路4に入力され誤差電力が計算される。
するために原画電力算出回路5に入力され原画電力が計
算される。誤差電力算出回路4と原画電力算出回路5と
の出力は判別回路6に入力され2つの電力のうち小さい
方を選択し、それをモード信号として第一スイッチ回路
7に入力される。この時誤差電力が原画交流電力よりも
小さければ予測モードとして第一スイッチ回路7で誤差
ブロックを符号化ブロックとして出力するように予測モ
ード信号を出力する。また原画電力の方が誤差電力より
も小さければイントラモードとして第一スイッチ回路7
で入力ブロックを符号化ブロックとして出力するように
イントラモード信号を出力する。
カウンタ50に入力される。入力されるモード信号は予測
フィールドのブロック毎に生成されるのでモードカウン
タ50では1フィールド分のブロックの個数のうちイント
ラモードまたは予測モードを選択したブロックの個数を
カウントする。そしてイントラモードまたは予測モード
を選択したブロックの個数を方向切換回路51に出力す
る。方向切換回路51では所定のブロックの個数(1フィ
ールド分のブロック数未満)とモードカウンタ50から入
力されたイントラモードを選択したブロックの個数とを
比較し、画像メモリ52に参照画像切換信号を出力する。
個数がイントラモード(または予測モード)を選択した
ブロックの個数より大きければ(小さければ)、参照画
像を切り換えないように参照画像切換信号が画像メモリ
52に出力される。また、方向切換回路51において所定の
ブロックの個数がイントラモード(または予測モード)
を選択したブロックの個数より小さければ(大きけれ
ば)、参照画像を切り換えるように参照画像切換信号が
画像メモリ52に出力される。
決定されたモード信号に基づいて入力ブロックもしくは
誤差ブロックを符号化ブロックとして出力する。この時
入力ブロックがイントラフィールドである場合は第一ス
イッチ回路7は必ず入力ブロックを符号化ブロックとし
て出力する。符号化ブロックはDCT回路8に入力され
DCT係数に変換される。DCT係数は量子化回路9に
よってウェイティング処理やスレッショルド処理を行い
それぞれに応じて所定のビット数に量子化される。それ
ぞれ所定のビット数に量子化されたDCT係数は第一符
号化回路10で伝送路11に適した符号に変換され、伝送路
11に出力される。
処理やスレッショルド処理及び量子化されたDCT係数
は局部復号ループ20に入り、逆量子化回路12によって逆
ウェイティング処理及び逆量子化される。局部復号ルー
プ20で逆ウェイティング処理及び逆量子化されたDCT
係数は逆DCT回路13によって復号化ブロックに変換さ
れる。次に復号化ブロックは加算器14によって予測ブロ
ックと画素単位で加算される。この予測ブロックは減算
器3で用いたものである。
ックとして画像メモリ52の所定の位置に書き込む。画像
メモリ52は方向切換回路51からの参照画像切換信号によ
って参照画像を切り換えて動き検出の探索範囲をMC回
路16に出力する。この動き検出の探索範囲ブロックは例
えばその大きさがi[画素]×j[ライン](i≧m,
j≧n)である。MC回路16には画像メモリ52から出力
された動き検出の探索範囲ブロックとブロック化回路2
から出力された入力ブロックとがそれぞれ入力される。
MC回路16では入力されたそれぞれのブロックから動き
検出を行い、その入力ブロックの動きベクトルを抽出す
る。
れた動きベクトルはMIX回路17に入力される。MIX
回路17はMC回路16から入力された動きベクトルと判別
回路6で決定されたモード信号とを合成する。このよう
にしてMIX回路17で合成された動きベクトルとモード
信号とは第二符号化回路18で伝送路11に適した符号に変
換され、対応する符号化されたブロックと共に伝送路11
に出力される。
ックはMC回路16にて動き検出の探索範囲から入力ブロ
ックと等しい大きさm[画素]×n[ライン]でブロッ
ク化されて出力される。この予測ブロックは第二スイッ
チ回路19に入力され、現在処理されている入力ブロック
のフィールド, 復号化ブロックのモード信号に応じてそ
れぞれの出力から出力される。第二スイッチ回路19の一
方の出力からは減算器3に処理フィールドに応じて予測
ブロックが出力される。他方の出力からはその時の復号
化ブロックのモード信号と処理フィールドとに応じて予
測ブロックが出力される。
な予測方式を用いている場合にフレーム単位でシーンチ
ェンジが生じるとシーンチェンジ直後の映像の符号化に
際しイントラモードを選択するブロックが増加し、その
後の参照画像を図29のように切り換えることが可能であ
る。
のフローチャートを使用してその動作をまとめてみる。
図33は第3実施の形態の全体の動作を示すフローチャー
ト、図34, 図35は図33におけるステップS103のイントラ
フィールド処理, S104の予測フィールド処理の内容をそ
れぞれ示すフローチャートである。
すフィールド番号fn を0にセットする(ステップS10
1)。このフィールド番号fn は図4で説明すると、動
き補償処理単位内の先頭のイントラフィールドF1をフィ
ールド番号fn =0とし、予測フィールドF2をフィール
ド番号fn =1、次の予測フィールドF3のフィールド番
号fn =2、動き補償処理単位内の最後の予測フィール
ドF4をフィールド番号fn =3とするものであり、今動
き補償処理が開始された直後であるから始めの処理フィ
ールドは必ず動き補償処理単位内の先頭フィールドであ
ってイントラフィールドであるので、ステップS101では
フィールド番号fn =0にセットされる。またシーンチ
ェンジの有無を判別するフラグとなる参照画像切換フラ
グRfn は後の予測フィールド処理時にセットされる
が、ここでは初期化のためRfn =0としておく。
即ち動き補償予測処理単位内の先頭フィールドでイント
ラフィールドであるかどうかを判定する(ステップS10
2)。この時fn =0であればこのフィールドはイント
ラフィールドとして処理される(ステップS103)。一
方、fn ≠0であればそのフィールドは予測フィールド
として処理される。これらの各処理は後に詳述する。各
々のフィールドが処理された後、フィールド番号fn が
次のフィールドを指し示すようにインクリメントされる
(ステップS105)。なおこのようなフィールド番号は実
際のハードウェアではマイコン等の信号で制御すること
が可能である。
ド番号fn が動き補償処理単位内のフィールドを指し示
すような数値であるかどうかが判定され(ステップS10
6)、動き補償処理単位内のフィールドを指し示さない
ような数字例えば図4の例では動き補償処理単位が4フ
ィールドで完結していて、イントラフィールドのフィー
ルド番号fn を0と設定しているのでfn =4というよ
うな数字であれば一連の動き補償予測単位が終了した事
になり、fn <4であれば次のフィールドはまだ動き補
償処理単位内であると判断し、処理がくり返される。
合は、これで所望の全てのフィールドの処理が終了した
かどうかが判定される(ステップS107)。これは例えば
この高能率符号化装置の終了スイッチが作動したかどう
か等で判定される。そして次のフィールドを処理するの
であれば次の動き補償予測処理単位の符号化のため、変
数を初期化し、処理がくり返される。また高能率符号化
装置の作動が終了ならば、符号化は終了する。
34のフローチャートで説明する。図33のステップS102に
てイントラフィールドとして処理されると決定したフィ
ールドは、まず、その処理フィールド内で所定の大きさ
m[画素]×n[ライン]にブロック化される(ステッ
プS201)。次に、そのブロック化された大きさで例えば
DCTのような直交変換が施される(ステップS202)。
直交変換されたデータは各々のシーケンスに設定された
所定のビット数に量子化される(ステップS203)。
交流の中でも低次のシーケンスにはビット数を多く割り
当て、交流の中でも高次のシーケンスにはビット数の割
り当てを少なくするような量子化が行われる。量子化さ
れたデータは伝送に適した符号に変換されて(ステップ
S204)、符号化されたデータが伝送される(ステップS2
05)。また処理ブロック数を数えるなどして1フィール
ドの処理が終了したかどうかを判定する(ステップS20
6)。1フィールド内の処理が終了していなければ再び
次のブロックの処理が行われる。そして1フィールド内
のブロックの処理が全て終了であればイントラフィール
ドの処理は終了する。
フローチャートで説明する。図33のステップS102にて予
測フィールドとして処理されると決定したフィールド
は、そのフィールドの前のフィールド処理時の参照画像
切換フラグRfn-1 =0かどうか、すなわち現在処理し
ようとしているフィールドの前のフィールドの処理時に
シーンチェンジを検出したかどうかを判定する(ステッ
プS301)。Rfn-1 =0であれば今までと同様の位置に
ある参照画像から動き補償予測を行い(ステップS30
2)、Rfn-1 =1であればフィールド番号fn-1 を処
理したときにシーンチェンジを検出しており、フィール
ド番号fn の動き補償予測には参照画像を切り換えて今
までの位置ではなく異なった位置にあるフィールドの画
像を参照画像として動き補償予測を行う(ステップS30
3)。
イントラモードを選択したブロックの個数を数える変数
COUNTを0にセットする(ステップS304)。この変
数COUNTについては後で詳しく述べる。そして入力
された画像はその処理フィールド内で所定の大きさm
[画素]×n[ライン]にブロック化される(ステップ
S305)。m×nの大きさに分割されたブロックについて
動き補償予測処理が施される(ステップS306)。この時
ステップS302, S303のいずれかで設定した参照画像を用
い、過去の画像の所定の領域と今分割したブロックとの
画素単位の差分が誤差ブロックとして誤差電力算出回路
4に入力され、その誤差電力P1が算出される(ステッ
プS307)。即ち、設定された参照画像を用いることで動
き補償予測により発生する情報量が少なくなる。また、
今分割したブロックが原画電力算出回路5に入力され、
原画交流電力P2が算出される(ステップS308)。
さが比較される(ステップS309)。もし誤差電力P1が
原画交流電力P2よりも小さければ、誤差ブロック(動
き補償予測されたブロックの差分値)を選択する(ステ
ップS310)。一方、誤差電力P1が原画交流電力P2よ
り大きければ、入力ブロック(ブロック化されたままの
原画)を選択し(ステップS311)、符号化ブロックとし
て入力ブロックが選択された回数、即ちイントラモード
として処理されるブロックが1フィールド内に幾つある
のかを数える(ステップS312)。この時のカウンタにな
る変数がステップS304で0にセットされたCOUNTで
ある。フィールド単位での処理が始まる時に必ず0にセ
ットされ、1フィールドの処理中にイントラモードを選
択したブロックの個数を数えていく。
され(ステップS313)、各々のシーケンスに設定された
所定のビット数に量子化される(ステップS314)。例え
ばDCTのような直交変換の場合普通直流や交流の中で
も低次のシーケンスにはビット数を多く割り当て、交流
の中でも高次のシーケンスにはビット数の割り当てを少
なくするような量子化が行われる。量子化されたデータ
は伝送に適した符号に変換され(ステップS315)、符号
化されたデータは伝送される(ステップS316)。処理ブ
ロック数を数えるなどして1フィールドの処理が終了し
たかどうかを判定する(ステップS317)。1フィールド
内の処理が終了していなければ再び次のブロックの処理
が行われる。
全て終了であればその1フィールドの処理内で符号化ブ
ロックとして処理した入力ブロックの個数、すなわちイ
ントラモードを選択したブロックの個数と予め設定して
ある閾値THとを比較する(ステップS318)。このTH
は1フィールド内のブロックの個数以下の所定の数であ
る。例えば1フィールド内の全ブロック数が2700個であ
り、THはその2700以下でTH=1000というように設定
される。符号化ブロックとして入力ブロックを選択した
回数COUNTが設定された閾値THよりも小さけれ
ば、今処理を行ったフィールド(フィールド番号fn )
とそのフィールドを動き補償予測するために使用した参
照画像との間にはシーンチェンジがなく次のフィールド
(フィールド番号fn+1)の動き補償用の参照画像は通常
通りの位置にある参照画像を使用するように参照画像切
換フラグRfn =0にセットされる(ステップS319)。
した回数COUNTが設定された閾値THよりも大きけ
れば、今処理を行ったフィールド(フィールド番号fn
)とそのフィールドを動き補償予測するために使用し
た参照画像との間にはシーンチェンジが存在し次のフィ
ールド(フィールド番号fn+1)の動き補償用の参照画像
は通常通りの位置にある参照画像ではなく、今までとは
異なった位置にあるフィールド、例えば今までは参照画
像になるべき位置にはなかった、今処理し終えたフィー
ルドを参照画像とするというように切り換える。そのた
めに参照画像切換フラグRfn =1にセットされる(ス
テップS320) 。このように参照画像切換フラグRfn が
セットされて、予測フィールド処理は終了する。
を行ったときの5秒間の情報量の推移を、図37に5秒間
のS/Nの推移を示す。B点にシーンチェンジが存在す
るが、情報量の増加が図7のA点の場合よりも抑えられ
ている。また目立ったS/N比の劣化もない。
おいて誤差ブロックと入力ブロックとから符号化ブロッ
クを選択する方法としてそれぞれの電力を算出し、比較
し、イントラモードを選択するブロックの個数を数え
た。
ックとから符号化ブロックを選択する方法としてそれぞ
れのブロック内でのエントロピーを算出し、第3実施の
形態と同様に判別回路6で誤差ブロックのエントロピー
と入力ブロックのエントロピーとを比較し、符号化ブロ
ックとして誤差ブロックを選択するのか入力ブロックを
選択するのかを決定するものである。
ックとから符号化ブロックを選択する方法としてそれぞ
れのブロック内で画素の絶対値を加算し、入力ブロック
と誤差ブロックとのそれぞれの絶対値和のr乗を算出
し、第3実施の形態と同様に判別回路6で誤差ブロック
の絶対値和のr乗と入力ブロックの絶対値和のr乗とを
比較し、符号化ブロックとして誤差ブロックを選択する
のか入力ブロックを選択するのかを決定するものであ
る。
判別回路6にてそれぞれ入力ブロックと誤差ブロックと
の電力を比較したが、第6実施の形態は入力ブロックの
電力と誤差ブロックの電力とを比較する際に入力ブロッ
クの電力もしくは誤差ブロックの電力の少なくとも一方
にオフセットを与えた後に、両者をを比較するものであ
る。例えば入力ブロックの電力に正のオフセットを与え
誤差ブロックの電力と比較する。このようにすると入力
ブロックの電力と誤差ブロックの電力とに大差がない場
合、差分電力を選択するブロックが増加し過度のイント
ラモードの発生を防ぐことが可能である。
理を表すフローチャートを図38に示す。図38において、
図35と同ステップ番号を付した部分は同一部分を示す。
まず、ステップS301からステップS308までは第3実施の
形態と同様である。誤差ブロックより算出された誤差電
力P1と、入力ブロック(原画ブロック)より算出され
た原画交流電力P2にαという所定のオフセットを加え
たものとが比較される(ステップS330)。このようにす
ることでP1<P2+αの成立が第3実施の形態よりも
難しくなり、イントラモードを選択するブロックの個数
が少なくなる。そして過剰なイントラモードの発生が抑
えられ、発生情報量も安定に保つことができる。その後
のステップS310からステップS320までの動作は第3実施
の形態と同様である。
は、第4実施の形態のように入力ブロックのエントロピ
ーと誤差ブロックのエントロピーとを比較する際に、入
力ブロックのエントロピーもしくは誤差ブロックのエン
トロピーの少なくとも一方にオフセットを与え、両者を
比較するものである。例えば入力ブロックのエントロピ
ーに正のオフセットを与え誤差ブロックのエントロピー
と比較する。このようにすると入力ブロックのエントロ
ピーと誤差ブロックのエントロピーとに大差がない場
合、誤差ブロックを選択するブロックが増加し過度のイ
ントラモードの発生を防ぐことが可能である。
に入力ブロックの絶対値和と誤差ブロックの絶対値和と
を比較する際に、入力ブロックの絶対値和のr乗もしく
は誤差ブロックの絶対値和のr乗の少なくとも一方にオ
フセットを与え、両者を比較するものである。例えば入
力ブロックの絶対値和のr乗に正のオフセットを与え誤
差ブロックの絶対値和のr乗と比較する。このようにす
ると入力ブロックの絶対値和のr乗と誤差ブロックの絶
対値和のr乗とに与えたオフセット以上の差がない場
合、誤差ブロックを選択するブロックが増加し過度のイ
ントラモードの発生を防ぐことが可能である。
モードカウンタ50で1フィールド分のブロックの個数の
うちイントラモードを選択したブロックの個数をすべて
数えたが、第9実施の形態は、1フィールド分のブロッ
クをカウントするのではなく、1フィールド期間中の所
定のブロック数のモード信号が決定された時点で全ブロ
ック数あるいはモード信号が決定されたブロック数に対
するイントラモードを選択したブロックの個数の割合を
方向切換回路51に出力し、方向切換回路51ではその割合
から参照画像切換信号を出力する。このようにすること
で1フィールド分の全てのブロックが符号化されなくて
も次のフィールドの参照画像を決定することが可能であ
る。
理を示すフローチャートである。図39において、図35と
同ステップ番号を付した部分は同一部分を示す。まず、
ステップS301からステップS303までは第3実施の形態と
同様である。次のフィールドの動き補償予測処理のため
の参照画像を設定した後(ステップS302, S303) 、例え
ば1フィールド処理するときにそのフィールド内で発生
したイントラモードの回数、すなわち符号化ブロックと
して入力ブロックを選択したブロックの個数を数える変
数COUNTとその1フィールド内の処理において現在
までに処理しているブロックの個数を数える変数Bとを
0にセットする(ステップS340)。
では第3実施の形態と同様である。符号化した後、変数
Bを1つずつインクリメントすることで現在までの処理
ブロックの個数を数える(ステップS341)。Bは0から
1フィールド内のブロックの個数の最大値まで変化す
る。次のフィールドの動き補償予測処理のための参照画
像を切り換えるかどうかを判定するための参照画像切換
判定処理が施される(ステップS342)。次のステップS3
17は第3実施の形態と同様である。
判定処理の内容を示すフローチャートであり、図40を参
照してその処理を説明する。参照画像切換フラグRfn
が0かどうかを判別し(ステップS351)、フラグRfn
が0でなければ処理は終了する。フラグRfn が0であ
れば、符号化ブロックとして入力ブロックを選択した回
数COUNT及び1フィールド内の現在までの処理ブロ
ックの個数を数える変数Bの比率と閾値THとを比較す
る(ステップS352)。その比率が閾値THより小さい場
合には処理を終了し、その比率が閾値THより大きい場
合にはそのフラグRfn が1にセットされ(ステップS3
53)、処理は終了する。
41を参照して第10実施の形態について説明する。図42に
おいて、1, 3〜6, 8〜16, 18, 20は図2示す従来装
置と同様である。60は入力される映像を蓄積する画像メ
モリ、61は映像のシーンチェンジを検出し、その旨の信
号を出力するSC検出回路、62は原画から切り出された
入力ブロックと動き補償予測による予測ブロックから生
成される誤差ブロックとを切り換える第一スイッチ回
路、63は動きベクトルと判別回路6からのブロックのモ
ード信号とSC検出回路51からのSC検出信号とを合成
するMIX回路、64は予測ブロックを切り換える第二ス
イッチ回路である。
はたとえば図4に示すような形で行うものとし4フィー
ルドで完結するものとする。入力端子1から入力された
ディジタル映像信号は、画像メモリ60に蓄積される。画
像メモリ60は少なくとも2フィールド分のメモリから構
成されており、一方にフィールドの映像信号を蓄積しな
がら他方からシーンチェンジ検出用あるいは処理用の映
像データを所定の大きさにブロッキングして出力する。
路61にディジタル映像信号が送られ、例えば映像の特徴
を設定したパラメータより求め、シーンチェンジの有無
を検出する。その後画像メモリ60のもう一方の出力から
ディジタル映像信号が例えばn[画素]×m[ライン]
(m, nは正の整数)の大きさでブロッキングされ出力
される。このm[画素]×n[ライン]の大きさは2次
元の直交変換を行うブロックサイズであり、動き補償予
測による予測ブロックのブロックサイズである。
キングしただけの入力ブロックと減算器3によって動き
補償予測された予測ブロックとの差分である誤差ブロッ
クとが第一スイッチ回路62に入力される。また入力ブロ
ックと誤差ブロックとはそれぞれのブロックの電力を求
めるため原画電力算出回路5と誤差電力算出回路4とに
入力される。原画電力算出回路5では入力ブロックの交
流電力が、そして誤差電力算出回路4では誤差ブロック
の電力が算出される。それぞれ算出された入力ブロック
の交流電力と誤差ブロックの電力とは判別回路6に入力
される。判別回路6では誤差ブロックの電力の方が入力
ブロックの電力より小さい場合には予測モード信号を、
また入力ブロックの電力の方が誤差ブロックの電力より
も小さい場合にはイントラモード信号を、それぞれモー
ド信号として第一スイッチ回路62, MIX回路63及び第
二スイッチ回路64に出力する。
た第一スイッチ回路62は符号化ブロックとしてどちらか
一方のブロックを出力する。そのため第一スイッチ回路
62はSC検出回路61からのシーンチェンジ検出信号と判
別回路6からのモード信号とを受けてスイッチのモード
を決定し、入力ブロック, 誤差ブロックのいずれか一方
を符号化ブロックとして出力する。この時の切換状態を
図42に示す。今動き補償予測の処理過程が図4に示すよ
うに4フィールド完結であるから、通常モードはイント
ラフィールドが第1フィールドであり、その後予測フィ
ールドが第2フィールドから第4フィールドまで3フィ
ールド続き、またイントラフィールドが第1フィールド
・・・というように続いていくモードのことである。
路61からのシーンチェンジ検出信号がシーンチェンジを
検出していれば有、シーンチェンジを検出していなけれ
ば無を信号とする。判別モードは判別回路6からの出力
で先に説明を付したモード信号のことである。なお図中
のXはSC検出有無に関係なく、判別モードに関係なく
ということである。この図42に示すように第一スイッチ
回路62は選択ブロックを決定し、その選択ブロックを符
号化ブロックとして出力する。
符号化ブロックはDCT回路8で2次元直交変換され
る。そして直交変換されたデータは量子化回路9でウェ
イティング処理(重み付け処理)やスレッショルド処理
(しきい値処理)等が行われ、それぞれのシーケンスで
所定のビット数に量子化される。量子化回路9で量子化
されたデータは第一符号化回路10で伝送路11に適した符
号に変換され、伝送路11へ出力される。また量子化回路
9で量子化されたデータは動き補償予測を行うために局
部復号ループ20にも入力される。局部複合ループ20に入
力されたデータは、まず逆量子化回路12で逆量子化さ
れ、逆ウェイティング処理等を施された後、逆DCT回
路13で逆直交変換を施される。逆DCT回路13出力であ
る復号化ブロックは加算器14において予測ブロックと画
素単位で加算され再生画像となる。この時用いた予測ブ
ロックは減算器3で用いたものと同一のものである。加
算器14で再生画像となったブロックは画像メモリ15の所
定の位置に書き込まれる。
メモリ量が異なる。いま複数枚のフィールドメモリで構
成されているとし、局部復号ループ20で復元された出力
ブロックを所定の位置に蓄積していく。この時蓄積され
る画像が動き補償予測の探索範囲のデータとして使用さ
れる。画像メモリ15からMC回路16へは、過去の出力ブ
ロックから再構成され、その再構成された画面から切り
出された動き検出の探索範囲であるブロックが出力され
る。この動き検出用の探索範囲ブロックの大きさは、i
[画素]×j[ライン](i≧m, j≧n:i、jは正
の整数)である。MC回路16には画像メモリ15から動き
補償予測の探索範囲のデータと画像メモリ60からの入力
ブロックとが参照データとして入力され、動きベクトル
が抽出される。
MIX回路63に入力され、判別回路6で決定されたモー
ド信号およびSC検出回路からのSC検出信号と合成さ
れる。合成された信号は、第二符号化回路18で伝送路11
に適した符号に変換され、対応する符号化されたブロッ
クと共に伝送路11へ出力される。またMC回路16からは
予測ブロックとして探索範囲から入力ブロックと等しい
大きさ(m[画素]×n[ライン])にブロック化され
た信号が出力される。MC回路16から出力される予測ブ
ロックは、過去の画像情報から生成されている。この予
測ブロックは第二スイッチ回路64に入力され、現在処理
しているフィールド, 復号化ブロックのモード信号, S
C検出回路51からのSC検出信号に応じて出力される。
第二スイッチ回路54の一方の出力からは減算器3に処理
フィールド, SC検出信号に応じて予測ブロックが出力
される。他方の出力からはその時の復号化ブロックのモ
ード信号とSC検出信号と処理フィールドとに応じて予
測ブロックが出力される。
では第2フィールドF2と第3フィールドF3との間にシー
ンチェンジがあるものとしている。第1フィールドF1か
ら第2フィールドF2はシーンチェンジがないので第2フ
ィールドF2は第1フィールドF1から予測される。第2,
第3フィールドF2, F3間のシーンチェンジが検出され
て、第3フィールドF3は第1フィールドF1と同様イント
ラフィールドとなる。そして第4フィールドF4は第3フ
ィールドF3から予測される。
ら予測を行うことはない。そして第4フィールドF4の動
き補償予測処理が終了すればまた次のフィールドをイン
トラフィールドとして動き補償予測処理を行っていく。
よって動き補償予測処理がスタートしてからは必ず4フ
ィールド毎にイントラフィールドが現れ、シーンチェン
ジが生じた場合にはその動き補償処理課程の間にもイン
トラフィールドが存在することになる。
ーチャートを使用してその動作をまとめてみる。図44は
第10実施の形態の全体の動作を示すフローチャート、図
45は図44におけるステップS406の予測フィールド処理の
内容を示すフローチャートである。
示すフィールド番号を0にセットする(ステップS40
1)。このフィールド番号の設定は第3実施の形態と同
じであり、今動き補償処理が開始された直後であるから
始めの処理フィールドは必ず動き補償処理単位内の先頭
フィールドであってイントラフィールドであるのでステ
ップS401ではフィールド番号fn =0にセットされる。
またシーンチェンジの有無を判別するためのフラグとな
るシーンチェンジ検出フラグCfn は、ステップS401で
は初期化のため0としておく。
の性質を例えばあるパラメータで比較し、シーンチェン
ジの有無を検出する(ステップS402)。例えば過去の画
像のいくつかの所定の領域の画素の値の分散と現処理画
像の所定の領域の画素の値の分散とを比較することでシ
ーンチェンジを検出する。シーンチェンジを検出すると
シーンチェンジ検出フラグCfn =1にセットし、シー
ンチェンジを検出しなければシーンチェンジ検出フラグ
Cfn =0にセットする。
即ち動き補償予測処理単位内の先頭フィールドでイント
ラフィールドであるかどうかを判定する(ステップS40
3)。この時fn =0であればこのフィールドはイント
ラフィールドとして処理され(ステップS405)、fn ≠
0であれば次のステップS404へ処理が進む。シーンチェ
ンジ検出フラグCfn =0かどうか、即ちその処理フィ
ールドとそのフィールドを動き補償予測で符号化するた
めに必要な参照画像との間にシーンチェンジが存在する
かどうかを判定する(ステップS404)。
せず、その現在処理使用としているフィールドは予測フ
ィールドとして処理され(ステップS406)、Cfn =1
であればシーンチェンジが存在するので新たに現在処理
しようとしているフィールドはイントラフィールドとし
て処理される(ステップS405)。従って動き補償予測処
理単位内であってfn =0でなくてもシーンチェンジが
検出され、Cfn =1であればそのフィールドの処理は
イントラフィールドとして処理される。
ルド番号fn が次のフィールドを指し示すようにフィー
ルド番号がインクリメントされる(ステップS407)。な
おこのようなフィールド番号は実際のハードウェアでは
マイコン等の信号で制御することが可能である。
ド番号が動き補償処理単位内のフィールドを指し示すよ
うな数値であるかどうかが判定される(ステップS40
8)。動き補償処理単位内のフィールドを指し示さない
ような数字例えば図4の例では、動き補償予測の処理単
位が4フィールドで完結であり、イントラフィールドの
フィールド番号fn が0に設定してあるのでfn =4と
いうような数字であれば一連の動き補償予測単位が終了
した事になり、fn <4であれば次のフィールドはまだ
動き補償処理単位内であると判断し、次のフィールド処
理のためシーンチェンジの検出から再び行われる。
合は、これで所望の全てのフィールドの処理が終了した
かどうかが判定され(ステップS409)。これは例えばこ
の高能率符号化装置の終了スイッチが作動したかどうか
等で判定される。そして次のフィールドを処理するので
あれば次の動き補償予測処理単位の符号化のため、変数
を初期化し、シーンチェンジ検出から再び行われる。ま
た高能率符号化装置の作動が終了ならば、符号化は終了
する。
ルド処理(図44のステップS406) について図45のフロー
チャートで説明する。図44のステップS404にて予測フィ
ールドとして処理されると決定したフィールドは、その
フィールド内でその処理フィールド内で所定の大きさm
[画素]×n[ライン]にブロック化される(ステップ
S451)。m×nの大きさに分割されたブロックが動き補
償予測され(ステップS452)、過去の画像の所定の領域
と今分割したブロックとの画素単位の差分である誤差ブ
ロックからその誤差電力P1を算出する(ステップS45
3)。またブロック化されたままのブロックの状態での
原画交流電力P2を算出する(ステップS454)。
さが比較される(ステップS455)。誤差電力P1が原画
交流電力P2よりも小さければ、誤差ブロック(動き補
償予測されたブロックの差分値)を選択し(ステップS4
56)、一方、誤差電力P1が原画交流電力P2より大き
ければ、入力ブロック(ブロック化されたままの原画)
を選択する(ステップS457)。各々選択されたブロック
は直交変換を施された後(ステップS458)、各々のシー
ケンスに設定された所定のビット数に量子化される(ス
テップS459)。
直流や交流の中でも低次のシーケンスにはビット数を多
く割り当て、交流の中でも高次のシーケンスにはビット
数の割当を少なくするような量子化が行われる。量子化
されたデータは伝送に適した符号に変換され(ステップ
S460)、符号化データは伝送される(ステップS461)。
また処理ブロック数を数えるなどして1フィールドの処
理が終了したかどうかを判定する(ステップS462)。1
フィールド内の処理が終了していなければ再びブロック
の処理が行われる。そして1フィールド内のブロックの
処理が全て終了であれば予測フィールドの処理を終了す
る。
き補償予測過程でシーンチェンジが生じたときにそのシ
ーンチェンジ直後のフィールドをイントラフィールドと
することでシーンチェンジ直後の画像の主観的評価を向
上させることができる。
図43に示すようにたとえ動き補償予測処理過程でシーン
チェンジが生じ、その直後のフィールドをイントラフィ
ールドにしても動き補償処理過程の時間的拘束長は4フ
ィールドで固定である。すなわち動き補償予測処理がス
タートしてからは必ず4フィールド毎にイントラフィー
ルドが現れ、シーンチェンジが生じた場合にはその動き
補償処理課程の間にもイントラフィールドが存在するこ
とになる。これは予測フィールドをイントラフィールド
に置き換えた構成である。
ンチェンジが生じ、その直後のフィールドをイントラフ
ィールドとするとそのイントラフィールドは新たな動き
補償処理過程の先頭フィールドとするものである。すな
わち動き補償処理過程の時間的拘束長が可変であるとい
うことである。通常は例えば図46に示すように動き補償
処理過程の時間的拘束長を4フィールドとしておき、そ
の動き補償処理過程でシーンチェンジが生じたときはそ
のシーンチェンジの直後のフィールドを新たなイントラ
フィールドとしてそのフィールドを先頭に4フィールド
単位の動き補償予測処理を行う。またその動き補償処理
過程内でシーンチェンジが生じれば同様にそのシーンチ
ェンジの直後のフィールドをイントラフィールドとして
そのフィールドを先頭に4フィールド単位の動き補償予
測処理を行う。
ートを示したものである。図47において、図44と同ステ
ップ番号を付した部分は同一部分を示す。まず、ステッ
プS401からステップS406までは第10実施の形態と同様で
ある。ステップS405, S406におけるイントラフィールド
処理, 予測フィールド処理は第10実施の形態と同様であ
る。ステップS405にてイントラフィールドとして処理さ
れたフィールドに対し、その処理されたフィールドを先
頭フィールドとする動き補償予測処理単位に切り換える
ためフィールド番号fn =0とする(ステップS490)。
よるとたとえイントラフィールドとして処理をされてい
てもフィールド番号fn は0→1→2→3→0→・・・
からと順番に変化したが、第11実施の形態の場合は動き
補償処理単位内の先頭フィールドでもないのにイントラ
フィールドとしてそのフィールドが処理された場合、強
引にそのフィールドのフィールド番号fn =0にセット
し、そのフィールドを新たな動き補償処理単位内の先頭
フィールドとする。このことによって動き補償処理単位
の時間的拘束長が可変になり、シーンチェンジがその時
設定している動き補償処理単位の時間的拘束長に比べ、
時間的に短い頻度で出現すればその動き補償処理単位の
時間的拘束長は短いものの連続となる。なお、次のステ
ップS407からステップS409までは第10実施の形態と同様
である。
チェンジ直後の画像をイントラフィールドとして主観的
評価を向上させることができる。またシーンチェンジの
起こる頻度が動き補償処理単位の時間的拘束長よりも長
くその絶対数が少なければ、イントラフィールドのフィ
ールド数が第3実施の形態の場合より少なくなり情報量
を削減することができる。
施の形態ではシーンチェンジを検出したフィールド(ま
たはフレーム)をイントラフィールド(またはイントラ
フレーム)として処理を行ったが、イントラフィールド
(またはイントラフレーム)とはせずにそのフィールド
(またはフレーム)の参照画像を次の動き補償予測処理
単位に属しているイントラフィールド(またはイントラ
フレーム)にしてもかまわない。
図48(a) に図4に示した方式で通常の場合の動き補償予
測処理を行っている様子を示す。この場合、イントラフ
ィールドはフィールドF10 とフィールドF14 である。こ
のフィールドF10 とフィールドF14 とを動き補償予測処
理単位の先頭フィールドとして動き補償予測が行われ
る。そして、図49(b) に示すように、今シーンチェンジ
がフィールドF11 とフィールドF12 との間で生じ、フィ
ールドF12 でシーンチェンジが検出されるとフィールド
F12 からそのフィールドF12 を含む動き補償予測処理単
位の最後のフィールド、この場合フィールドF13 までを
次の動き補償予測処理単位に結合し、フィールドF12 、
フィールドF13 は次の動き補償予測処理単位に属してい
るイントラフィールドを参照画像として動き補償予測を
行う。この時結合された次の動き補償予測処理単位にお
いては通常の動き補償予測処理と上記で付加されたフィ
ールドの動き補償予測処理を行う。
補償予測の処理単位が通常の場合より長くなることがあ
った。第13実施の形態ではシーンチェンジを検出したフ
ィールド(またはフレーム)から通常の動き補償予測処
理単位の長さであるPフィールド(またはPフレーム)
分を動き補償予測処理する。
図49(a) に図4に示した方式で通常の場合の動き補償予
測処理を行っている様子を示す。この場合イントラフィ
ールドはフィールドF10 とフィールドF14 とである。こ
のフィールドF10 とフィールドF14 とを動き補償予測処
理単位の先頭フィールドとして動き補償予測が行われ
る。図49(b) に示すように、今シーンチェンジがフィー
ルドF11 とフィールドF12 との間で生じ、フィールドF1
2 でシーンチェンジが検出されるとシーンチェンジが検
出されたフィールドF12 から4フィールド(動き補償予
測処理単位が4フィールドのため)を動き補償予測の処
理単位とし、通常であれば次の動き補償予測処理単位の
先頭フィールドでイントラフィールドであったフィール
ドF14 をその時の動き補償処理単位内のイントラフィー
ルドとし、動き補償予測処理を行う。そしてフィールド
F12 から4フィールド分、すなわちフィールドF15 まで
の動き補償予測処理が終了するとフィールドF16 からは
元の通常の動き補償予測処理を行う。
施の形態ではシーンチェンジについての切換を述べた
が、ブロックの強制的なイントラモードの発生の数に応
じて参照画像を切り換えているので、強制的なイントラ
モードが数多く出現するような映像、すなわち1フィー
ルド前までは存在しなかった物体または1フィールド前
までは存在していた物体が、突然フィールドに現れるか
または突然フィールドから消滅するような場合にも同様
な方法で参照画像を切り換える事が可能である。
施の形態までは例えば図4のような動き補償予測処理を
行っている場合から図29のような動き補償予測処理に切
り換えたが、例えば図50のように切り換える前はどのよ
うな動き補償予測処理を行っていてもよく、シーンチェ
ンジ等を検出後例えば図29のような切り換える前より発
生情報量の減少する動き補償予測処理に切り換える。
施の形態は4フィールド単位の動き補償予測処理につい
て述べたが、4フィールド単位でなくてもよく、動き補
償予測処理を行い得る任意のフールド数でも行うことが
可能である。
ハードウェアの追加によりメモリ量をあまり増加させず
に例えば図50に示すようにシーンチェンジが動き補償予
測の処理単位内に生じた場合でも初めに設定されている
参照画像からシーンチェンジ等の影響をできるだけ受け
ないように参照画像を切り換え、シーンチェンジ直後の
映像を動き補償予測の参照画像とし、そのシーンチェン
ジを検出以後その検出したシーンチェンジ以前のフィー
ルドを動き補償予測の参照画像としないことによって、
シーンチェンジによる符号量の増加を最小に抑えてかつ
映像の質を劣化させることなく伝送することが可能であ
る。
測を行うと予測画像の情報量が増加する。そこで、その
情報量と同等の情報量でイントラ画像としてそのフィー
ルドを処理すると画像の主観的評価が向上する。シーン
チェンジを検出することでそのシーンチェンジ直後の画
像をイントラ画像としてフィールド内符号化、フレーム
内符号化を行うことでシーンチェンジ直後の画像の主観
的評価を向上させることができる。またシーンチェンジ
が生じたときにその直後の画像をイントラ画像として扱
い、そのイントラ画像を先頭の画像として動き補償予測
を行うことで発生するイントラ画像の数を少なくするこ
とができ、発生情報量を削減することができる。
情報記録装置及び映像情報再生装置の構成を示すブロッ
ク図である。図51において、101 〜111 は図18または図
24における従来装置と同じものである。
101 に入力された映像信号は、ディジタル映像信号に変
換され、高能率符号化器110 へ出力される。高能率符号
化器110 では、映像情報の自己相関や人間の視覚特性、
データ発生頻度の偏りなどを利用した冗長度の削減を行
い、情報の圧縮(詳細は後述する)を行う。高能率符号
化器110 の出力は誤り訂正エンコーダ102 に入力され、
記録再生における伝送路誤りを訂正するための誤り訂正
符号が付加される。
情報は少しの誤りでも影響が広範囲におよぶため、誤り
訂正能力が高く、しかも付加する情報の少ない符号が選
ばれている。誤り訂正符号が付加されたデータは、変調
器103 で磁気ヘッド106 と磁気テープ105 とに適した記
録信号に変調される。アジマス記録のためのDC成分お
よび低域成分の抑圧や、磁気ヘッド106 のトレースを助
けるトラッキング信号の付加なども変調器103 で行われ
る。変調器103 で変調された記録信号は磁気ヘッド106
を通して磁気テープ105 に記録される。なお、磁気ヘッ
ド106 は回転ヘッド・ドラム104 に搭載されており、ド
ラム104 が回転することにより磁気ヘッド106 も回転
し、磁気テープ105 には、いわゆるヘリキャル・スキャ
ンで記録される。
ル・スキャンで磁気テープ105 に記録された信号は、回
転ヘッド・ドラム104 に搭載された磁気ヘッド106 にて
ピックアップされ復調器107 で復調される。復調された
信号は、誤り訂正デコーダ108 で誤りの検出および誤り
訂正が行われる。誤り訂正済みのデータは高能率復号化
器111 で伸長され圧縮符号から元のディジタル映像信号
になる。復元されたディジタル映像信号はD/A変換器
109 でアナログの映像信号に変換されて出力される。
プフォーマットの一例を示す。4フィールドの映像情報
({720 + 360×2}×480 ×4/2 =11.06Mビット)は
約1.3Mビットに圧縮符号化され、音声信号、誤り訂正符
号などと共に10本のトラックに分割して記録される。こ
の場合アジマス方式のガードバンドレス記録で、面積記
録密度は約 2.5μm2 /bit となる。
の内部構成を示すブロック図である。図54において、30
1 は入力原信号と予測信号との差分を出力する減算器、
302は入力原信号と減算器301 の出力とを選択する第一
スイッチ、303 はDCTの直交変換を行うDCT回路、
304 は符号化するデータを量子化する量子化器、305は
頻度が高いデータに短い符号を割当て統計的なデータの
冗長度を除く可変長符号化器である。
カル復号器を構成しており、306 は量子化データを元に
もどす逆量子化器、307 は逆DCTを施す逆DCT回
路、308 は予測信号と差分信号とを加算し元の信号を復
元する加算器、309 はローカル復号した映像データを蓄
えておく画像メモリ、310 は入力原信号の動きを検出し
次の予測データを出力する動き補償予測回路、311 は加
算器308 に入力するデータを切換える第二スイッチであ
る。
る。記録単位ブロックの最初のフィールドは、面間予測
を用いないイントラフィールドとして符号化する。第一
スイッチ302 は上側が選択されており、入力されたディ
ジタル映像信号は、DCT回路303 で直交変換される。
変換されたデータは量子化器304 で量子化され、可変長
符号化器305 でハフマン符号などの可変長符号に符号化
され出力される。また同時に量子化されたデータは逆量
子化器306 で逆量子化され、逆DCT回路307 に入力さ
れる。逆DCT回路307 では直交変換されたデータが元
の画像データに逆変換され、加算器308 へ出力される。
イントラフィールドでは、第二スイッチ311 も上側が選
択されており、従って加算器308 の一方の入力が零にな
るので、逆DCT回路307 の出力はそのまま画像メモリ
309 に入り記憶される。
用いる。面間予測では第一, 二スイッチ302,311 は下側
が選択されている。入力されたディジタル映像信号は、
減算器301 と動き補償予測回路310 とに入る。動き補償
予測回路310 では、記憶された画像と入力された画像と
を比較し、入力画像の動きベクトルと予測符号化に用い
る予測画像とを出力する。減算器301 では、入力画像と
予測画像との差分を計算し、予測誤差信号としてDCT
回路303 へ出力する。予測誤差信号は生の画像信号と比
較して、その予測精度が高いほど、情報量が減少してい
る。例えば、全くの静止画ならばその誤差信号は零にな
る。
のフィールドと同じように、DCT回路303,量子化器30
4 でそれぞれ直交変換, 量子化が行われ、更に可変長符
号化器305 で可変長符号に変換され出力される。一方、
量子化されたデータは逆量子化器306 を通して逆DCT
回路307 へ送られ、逆量子化と逆直交変換とを受けた
後、加算器308 に入る。加算器308 の他方の入力には、
予測誤差を求めたとき用いた予測画像が入力されてお
り、加算器308 の出力としては入力画像と同じものが得
られる。加算器308 の出力は画像メモリ309 に記憶され
る。以下同様にnフィールドまで符号化される。
化の一例を示す。この例では8フレーム毎に面間予測を
用いないイントラフレームが挿入され情報量が多くなっ
ていることが分かる。また、図56には、各フィールドの
記録情報とトラックへの書き込み関係の一例を示す。こ
の例では、4フィールドのデータを10本のトラックに記
録している。フィールド1つのデータ量は、トラックの
記録容量の整数倍でなくてよい。
フィールドのデータを10本のトラックに記録していた
が、毎回10本のトラックに記録する必要はなく、記録す
る情報量に応じて8本または6本のトラックに記録して
もよい。
は、複数のフィールドまたはフレームの信号をまとめて
1つの記録単位として所定の数のトラックに記録するた
め、所定の数のトラックを再生すれば、記録したフィー
ルドが全て再現できるので、VTRに要求される特殊再
生や編集に対応することができる。また、記録する情報
量に応じて、記録するトラックの数を選択するので、無
駄なトラックが発生せず、長時間の記録再生をすること
ができる。また、記録する情報を、各トラックの記録容
量に合わせる必要が無いので、各トラック毎に発生する
無駄がなく、効率の良い記録をすることができる。更
に、各記録単位の中には必ず面間予測を用いないイント
ラ画像があるので、スピードサーチなどの特殊再生時
に、容易に復元画像が得られる。また、面間予測を使用
した予測画像より、記録する情報量を低減することがで
きる。
報記録装置及び映像情報再生装置は、複数のフィールド
(またはフレーム)の信号をまとめて1つの処理単位と
して所定数の記録セグメントに記録し、またこれによ
り、VTR等の映像情報記録再生装置に要求される特殊
再生,編集に対応することができる効果を奏する。
ある。
構成図である。
ク選択の動作を示す図である。
示す図である。
示す図である。
と示す図である。
報量の推移を示す図である。
/Nの変化を示す図である。
トを示す図である。
ォーマットを示す図である。
ラムと磁気テープとの巻き付け状態を示す図である。
アロケーションを示す図である。
ブロック図である。
ブロック図である。
おけるヘッド切換え用パルス信号と入力映像信号との位
相関係を示すタイミング図である。
おけるゲート回路で処理された映像信号を示す波形図で
ある。
おける時間軸多重信号を示す波形図である。
示すブロック図である。
マットを示す図である。
す図である。
マット諸元を示す図である。
示す図である。
素範囲を示す図である。
構成を示すブロック図である。
ョンを説明する図である。
ロック図である。
を示す図である。
すブロック図である。
を示す図である。
ーション結果を示す図である。
レーション結果を示す図である。
を示すブロック図である。
ーチャートである。
ローチャートである。
チャートである。
報量の推移を示す図である。
/Nの変化を示す図である。
ローチャートである。
のフローチャートである。
ーチャートである。
を示すブロック図である。
ック選択の動作を示す図である。
画像とイントラフィールドとの切り換えを示す図であ
る。
ーチャートである。
チャートである。
画像とイントラフィールドとの他の切り換えを示す図で
ある。
フローチャートである。
を示す図である。
を示す図である。
生装置の構成を示すブロック図である。
示す図である。
示す図である。
示すブロック図である。
示す図である。
ラックへの書き込みとの関係を説明する図である。
電力算出回路、6 判別回路、7 第一スイッチ回路、
16 MC回路、19 第二スイッチ回路、30 動き補償予
測回路、31 判定器、32 第1スイッチ、33 直交変換
回路、34 量子化回路、35 第2スイッチ、36 逆量子
化回路、37 逆直交変換回路、40 判定器、50 モード
カウンタ、51 方向切換回路、52 画像メモリ、60 画
像メモリ、61 SC検出回路、62 第一スイッチ回路、
64 第二スイッチ回路、103 変調器、107 復調器、
110 高能率符号化器、111 高能率復号化器。
Claims (5)
- 【請求項1】 nフィールドまたはnフレーム(nは2
以上の整数)の映像信号を処理単位とし、該処理単位中
の少なくとも1フィールドまたは1フレームの映像信号
がイントラモードで符号化されたイントラフィールドま
たはイントラフレームと、 その他のフィールドまたはフレームの映像信号が、前記
イントラフィールドまたはイントラフレームを参照画像
とする動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化
された予測フィールドまたは予測フレームとが記録され
る映像情報記録媒体であって、 前記映像情報記録媒体は、当該映像情報記録媒体上を一
定の情報長に区切った複数の記録セグメントから構成さ
れるものであり、 前記処理単位として記録する情報量は可変であって、当
該情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単
位が記録されることを特徴とする映像情報記録媒体。 - 【請求項2】 nフィールドまたはnフレーム(nは2
以上の整数)の映像信号を処理単位とし、該処理単位中
の少なくとも1フィールドまたは1フレームの映像信号
をイントラモードで符号化し、参照画像として蓄積する
第1の符号化手段と、 その他のフィールドまたはフレームの映像信号を、前記
参照画像に対する動き補償予測を用いた予測符号化モー
ドで符号化する第2の符号化手段と、 前記処理単位として記録する情報量は可変であって、当
該情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単
位を記録する記録手段とを備え、 前記記録セグメントは、映像情報記録媒体上を一定の情
報長で複数個に区切ったものである ことを特徴とする映
像情報記録装置。 - 【請求項3】 nフィールドまたはnフレーム(nは2
以上の整数)の映像信号を処理単位とし、該処理単位中
の少なくとも1フィールドまたは1フレームの映像信号
をイントラモードで符号化し、参照画像として蓄積する
工程と、 その他のフィールドまたはフレームの映像信号を、前記
参照画像に対する動き補償予測を用いた予測符号化モー
ドで符号化する工程と、 前記処理単位として記録する情報量は可変であって、当
該情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単
位を記録する記録工程とを備え、 前記記録セグメントは、映像情報記録媒体上を一定の情
報長で複数個に区切ったものである ことを特徴とする映
像情報記録方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の映像情報記録媒体に記
録された映像情報を再生する映像情報再生装置であっ
て、 前記処理単位の先頭である記録セグメント先頭にアクセ
スすることにより、前記記録媒体から前記処理単位に相
当する符号化映像信号を読み出す手段と、 読み出した符号化映像信号のうち、イントラモードで符
号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を抽出
して復号化する第1の復号化手段と、 前記第1の復号化手段により復号化した映像信号に基づ
き、予測符号化モードで符号化されたフィールドまたは
フレームの映像信号を復号化する第2の復号化手段とを
備えたことを特徴とする映像情報再生装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の映像情報記録媒体に記
録された映像情報を再生する映像情報再生方法であっ
て、 前記処理単位の先頭である記録セグメント先頭にアクセ
スすることにより、前記記録媒体から前記処理単位に相
当する符号化映像信号を読み出す工程と、 読み出した符号化映像信号のうち、イントラモードで符
号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を抽出
して復号化する第1の復号化工程と、 前記第1の復号化工程により復号化した映像信号に基づ
き、予測符号化モードで符号化されたフィールドまたは
フレームの映像信号を復号化する第2の復号化工程とを
備えたことを特徴とする映像情報再生方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001150211A JP3440942B2 (ja) | 1992-01-29 | 2001-05-18 | 映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法 |
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1371992 | 1992-01-29 | ||
JP4307592 | 1992-02-25 | ||
JP3782192 | 1992-02-25 | ||
JP3759992 | 1992-02-25 | ||
JP4-13719 | 1992-02-28 | ||
JP4-37599 | 1992-02-28 | ||
JP4-37821 | 1992-02-28 | ||
JP4-43075 | 1992-02-28 | ||
JP2001150211A JP3440942B2 (ja) | 1992-01-29 | 2001-05-18 | 映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01144393A Division JP3699132B2 (ja) | 1992-01-29 | 1993-01-27 | 高能率符号化装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003060866A Division JP3627742B2 (ja) | 1992-01-29 | 2003-03-07 | 映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002034003A JP2002034003A (ja) | 2002-01-31 |
JP3440942B2 true JP3440942B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=27519546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2001150211A Expired - Lifetime JP3440942B2 (ja) | 1992-01-29 | 2001-05-18 | 映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに、映像情報再生装置及び再生方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3440942B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4574530B2 (ja) * | 2005-12-05 | 2010-11-04 | キヤノン株式会社 | 画像符号化装置及び画像符号化方法 |
-
2001
- 2001-05-18 JP JP2001150211A patent/JP3440942B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002034003A (ja) | 2002-01-31 |
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