CN1090421A

CN1090421A - 用于在数字盒式录相机中记录图象的方法

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Publication number: CN1090421A
Application number: CN93120649A
Authority: CN
Inventors: 朴求万
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-11-28
Filing date: 1993-11-27
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2013-11-27
Also published as: JPH06261287A; EP0600690B1; CN1052364C; JP2855067B2; DE69323280D1; US5587805A; DE69323280T2; EP0600690A3; EP0600690A2

Abstract

一种在数字盒式录相机中记录图象的方法，它利用在帧间编码法中有利的高压缩率，是一种用于规则且重复地记录对应于图象组(GOP)中的图象的轮廓的帧内的低频数据并在各GOP的端区中提供剩余数据记录区以解决数据量固定的问题并进行特技重放操作的方法。另外，该方法有规则或无规则地对图象的子图象进行分组并把属于同一组的所有子图象的低频数据记录在各子图象的低频数据记录区，以提高特技播放时的图象质量。

Description

本发明涉及盒式数字录相机（DVCR），更具体地说，涉及一种在数字盒式录相机中记录图象的方法，它能对数据量保持恒定的数据速率、进行特技播放、并提高特技播放时的再现图象质量，并同时采用了在帧间编码法中有利的高压缩率。

由于数字录相技术在八十年代的发展，在诸如视频会议、数字广播编码译码器和视频电话的各种电子应用和通信领域中，数字视频压缩技术已得到应用。特别地，一种已发展了若干年的DVCR信号频带压缩技术，主要采用了一种帧内编码方法，其中不考虑图象间的冗余。然而，由于采用帧内编码方法的数据压缩消除了数据图象内的冗余，数据的压缩效率不高。

这样，目前在DVCR数据压缩中试图用帧间编码法作为消除暂态冗余的运动视频压缩方法。由于帧间编码法可消除图象间的冗余，其信号压缩率高于帧内编码法。

例如，若用4∶2∶2的采样率对NTSC信号采样，则产生约158Mbps的数据。对于在带上记录这种数据，数据应被压缩到约25Mbps。根据实验结果，当比较相同量的压缩结果数据时，帧间编码法的压缩结果所显示的性能大大好于帧内编码法。这样，可作出结论，即帧间编码法应被用于DVCR的数据压缩。

然而，即使帧间编码法有这样的优点，由于带即记录介质的特性，它仍未被用于DVCR。换言之，当数据被记录到诸如带的记录介质上时，尽管要求恒定的数据速率，这种恒定的数据速率难以得到。

运动图象专家组（MPEG）的编码器是编码帧间视频信号的典型装置，它已被提出以解决恒定数据速率的问题。

图1是一般MPEG运动视频编码器的一个例子的框图。对MPEG运动视频编码器运行简要说明如下。

在图1所示的编码器中，帧记录器10接收源输入视频信号并进行彩色坐标转换、二次采样和块分割。

运动计算机12估算前一图象和后一图象间的相似部分，从而检测作为矢量数据和输出视频信号数据、矢量数据和模式数据I、B和P的位置移动结果。这里，模式数据I、B和P表示图象的级。I-图象是内编码图象，它是通过只消除空间冗余而得到的。P-图象或预计图象，是从I-图象预测的，并是通过仅对差别进行编码而得到的。这样，可以说P-图象消除了I-图象和P-图象之间的相似部分。另一方面，P-图象有在预测时产生的运动矢量数据，作为附加数据。B-图象处于I-图象和P-图象之间。通过从I-图象和P-图象双向地预测，通过对预测错误进行编码而得到B-图象。I-图象的数据量小于P-图象的数据量，后者又小于B图象的数据量。由于各图象（I、P、B）的数据量不同，因此提供了缓冲器32，以维持传送路径中的恒定数据传送速度，从而调节数据量。如上所述，运动计算机12产生模式数据I、B和P，并根据模式数据产生视频信号数据和运动矢量数据。

第一加法器14把帧存储/预测器28输出的视频信号数据加到运动计算机12输出的视频信号数据上。

分立余弦变换（DCT）电路16对第一加法器14提供的视频信号数据进行能量压缩、对一般分布的视频信号进行分立余弦变换操作并把如此操作的视频信号密集分布到一定的区域。

量化器18把DCT电路16输出的能量压缩视频信号量化成预定的量化电平（Q-电平或阶式），并对量化视频信号进行运行长度编码。

可变长度编码（VLC）电路20压缩量化器18提供的量化且运行长度编码的视频信号。即在有由八位表示的256个电平的信号中，高频数据用较少的位表示，而低频数据用较多的位表示。因此，表示视频信号的总位数减少了。另一方面，反量化器22接收量化器18输出的量化视频信号，并把接收信号恢复成量化前的信号。

反DCT（DCT^-1）电路24接收反量化器22的输出，并把接收信号恢复成进行分立余弦变换之前的信号。

第二加法器26把反DCT电路24的输出加到帧存储/预测器28的输出上。

帧存储/预测器28根据运动计算机12输出的运动矢量数据和模式数据，补偿在从第二加法器26输出后存储的前一图象的运动位置。

多路调制器30有选择地输出VLC电路20产生并压缩的视频信号数据、运动矢量数据和运动计算机12产生的模式数据I、B和P。

由于来自多路调制器30的数据长度不均匀，缓冲器32临时存储数据，并随后以固定速度输出存储的数据。这里，缓冲器32根据数据的完整性判定量化电平，并根据量化电平经调节器34控制量化器18。若缓冲器32的数据完整性高，量化电平增大以减小数据量。若数据完整性低，量化电平降低以增大数据量。

如上所述，其数据输出量一直被调整的视频信号最终被记录到记录介质（带）上。另外，对带上的记录，根据DVCR的特性，一帧的视频数据被分割并记录到四个视频道上。然而，由于视频信号以上述传统的记录方法分割并记录到多个道上，在诸如高速检索的特技重放运行中，图象再生是不可能的。

鉴于上述问题，为了能在这种数字VCR中进行高速检索，已提出了一种单独的方法，用于特技重放操作中把一帧的视频信号记录在头将走过的道上。然而，由于此方法要准确预测经过的道并在特技播放中精确地沿着经过的道，在应用中遇到了多种技术困难且有一定问题。另外，由于未完全实现恒定的数据速率，图象间的数据量不均匀。

另一方面，由于压缩且编码的信号不同于模拟信号，给定的图象区的数据量与原图象的预计大小不匹配。因此，在特技播放时，原图象的重建性能不高于模拟信号的重建性能，由于若压缩数字数据在特技播放时被恢复则可保留图象的未重建区，可在该区加上适当的信号，以防图象质量下降。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于在数字盒式录相机中记录图象的方法，它能通过对待记录在记录介质上的数据量保持固定数据速率并在特技播放中减小数据损失以改善再现图象的质量，同时利用帧间编码法的高压缩率的优点。

本发明的另一目的是通过把某些图象数据加到带上，提供一种在数字盒式录相机中记录图象的方法，以通过用压缩数字数据有效地填充图象而在特技播放时防止图象的空白部分。

为实现上述目的，提供了一种在数字盒式录相机中以GOP（图象组）为单位在带上记录图象的方法，它包括把只利用相应图象本身的信息编码的I-图象、利用以前和/或未来基准图象的运动补偿预测编码的B-图象以及利用以前的基准图象的运动补偿预测编码的P-图象随机组合，其特征在于I-图象的各同步块的低频数据被以一定间距记录在用于I-图象、B-图象和P-图象的各道上，I-图象的各同步块的高频数据被依次记录I-图象的道的非记录空白区，P-图象的数据被依次记录在把I-图象的低频数据记录在P-图象的道上后剩下的区域中，且B-图象数据被依次记录在在I-图象的低频数据被记录到B-图象的道上后剩下的区域中。

另外，为实现本发明的其他目的，提供了一种在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中被分成预定数目的子图象的图象的各子图象的压缩数字视频信号被分成低频和高频数据，从而把低频数据以一定间距录在带的道上，并把高频数据依次记录在道的其余的区，其特征在于按预定方法把预定数目子图象分成多个组，属于同一组的所有子图象的低频数据被一起录在记录属于同一组的各子图象的低频数据的区中。

本发明的的上述目的和其他优点，通过结合附图对其最佳实施例所作的详细描述，将变得更为明显。在附图中

图1是一般运动图象编码器的框图;

图2是显示根据本发明的带记录格式;

图3显示根据本发明的另一带记录格式;

图4A至4C显示由多个子图象构成的图象;以及

图5显示一种用于进行本发明的特技播放操作的同步块。

下面结合图1至3描述本发明。

图2显示了一带格式的例子，其中数据用根据本发明的图象记录法记录在DVCR中。

在图2中，一帧数字视频数据记录在记录介质100的四个道上。对用运动图象补偿法得到的图象，一种情况是由仅用作为内帧的相应图象本身的信息编码的I-图象、利用双向（即由从前和/或未来基准图象）运动补偿预测编码的B-图象和利用由从前基准图象即I-图象的运动补偿预测编码的P-图象组成。另一种情况是仅由I-图象和P-图象组成。本发明以前者为例。

当待记录图象包括I-图象、B-图象和P-图象时，尽管待记录到记录介质100的道上的图象的顺序有多种情况，以顺序〔I，B，B，P，B，B，P…I〕记录的情况在本说明书中将被作为例子来说明。当然，I-图象、B-图象和P-图象的数字数据分别被记录到记录介质100的四个道上。

这里，将先结合图2描述根据本发明的视频信号记录方法。在图2中，I-图象的代表图象轮廓的低频数据被记录在周期形成在组成I-图象的四个道上的低频数据记录区120中。另外，I-图象的低频数据被规则地记录在周期地形成在B-图象和P-图象的道上的低频数据记录区120中。I-图象的高频数据被记录在周期地形成在构成I-图象的四个道上的高频数据记录区110中。B-图象和P-图象的数据记录在未录有I-图象低频数据的区部分中。

另外，在根据本发明的把视频信号录入DVCR的方法中，数据量的固定是通过把N个图象归入一组来实现的。这里，N是任何大于1的整数。组被叫作图象组（GOP）。对每一GOP，道长度（及缓冲器大小或缓冲数据所占的最大容量）被作为剩余数据记录区130。这样，每完成一次GOP编码操作，缓冲器中剩余的数据就被记录在记录介质100的剩余数据记录区130上。由此，可固定数据量。实际上，损失的数据量减小了，因为在特技播放时，记录介质上足够大的区被用作剩余数据记录区。

如上所述，I-图象的低频数据被有规则地再记录到其他道上。这样，数据损失在任何倍速模式下都减小了。当然，由于只用了低频数据，图象质量下降了。但是，若图象质量仅略有下降，人眼在随机倍速模式下难以察觉此现象。因而在实际应用中没有问题。

若在运动图象法编码中消耗了约15Mbps的数据，约5Mbps的数据可有效地用于特技播放操作。即，若总数据量少于20Mbps，对诸如带的记录介质，这是个非常满意的数据速率。

如上所述，在图2中，帧内低频数据被作为GOP中的规则和重复设置而被记录。因而，尽管记录介质以随机信速模式运行，数据损失量很小，从而得到再现的图象。

下面描述本发明的另一实施例。

图3示出根据本发明另一实施例的带格式。由于图3所示的带格式或除下述的之外与图2的相同，将略去这些说明。

图3所示的实施例与图2所示的带格式的不同之处在于在GOP的最后部分未设缓冲器的剩余数据记录区。一般地，对编码和解码，编码以GOP为单位独立进行。因此，对应于图2的缓冲器的剩余数据记录区130不能通过适当调节缓冲器的位速率实现。

下面结合图4A至4C和图5描述实现本发明其他目的的视频信号记录方法。

如上述，本发明要加强压缩运动图象和把它记录在带上时的特技播放再现功能，从而在快进和快倒检索模式下精确地重建图象。

一般，由于压缩数字数据的特性，难以完好地形成图象，即使用一个同步块来表示图象的某一区。鉴于此问题，本发明提出了新的记录方法，其中磁头读出的数据量增大，以获得良好的图象重建。即根据以上方法-它把一个同步块分成低频和高频数据并记录分开的频率数据，本发明采用了一种方法，它不仅把图象的某一部分的低频数据而且把图象的多个部分的低频数据一起记录在低频数据记录区120。由此，由于磁头读取的信息量增大且信息均匀分布在整个图象上，特技再现图象的质量能得到改进。

为此，一图象先为分成多个子图象，后者用预定的方法再分组。即一个图象由多个组构成，而各组由多个子图象组成。

在两种子图象分组方法。一种是按规则分组，另一种是随机分组。

先描述前一种。

一个图象可分为多个子图象（或宏观块），如在图4A所示的每秒30帧的运动图象情况下。每个图象有L个子图象，如从方程（1）可知，它假设图象沿水平方向有H个象元且沿垂直方向有V个象元，且子图象沿水平方向有h个象元且沿垂直方向有v个象元。

L＝[ (H)/(h) ][ (V)/(v) ]…（1）

这里，符号〔β〕表示不超过β的最大整数。在图象分为L个子图象时，利用余数组的概念，把子图象如下地分组。即，如图4A、4B和4C所示，当把子图象从左至右和从上至下顺序标号且依次的子图象被除以预定大小的除数时，有同样系数的数即对应同一余数组的子图象，被分入同一组。

按上述方法，一图象被分成若干组，从而把同组的的其他子图象的低频数据及相应子图象本身的低频数据都记录在属于同一组的各子图象的低频数据记录区120中。子图象有代表子图象的同步块。因此，彼此相同的数据组被记录在属于同一余数组的各子图象的同步块的低频数据记录区120中，而各子图象的原有数据即彼此不同的数据组被记录在高频数据记录区110中。换言之，不仅本身的低频数据，而且包含在子图象本身所在的余数组中的其他子图象的低频数据，均被记录在属于某一余数组的各子图象的低频数据记录区120中。此时，在各子图象的高频信号记录区110中，只记录相应子图象自己的高频数据。

下面参见图4B和5给出其详细描述。假设一图象由16个子图象构成，如图4B所示。图4B假设被除数L即子图象个数为16。在MOD（L，16）的情况下，仅有其本身的低频数据被录到各同步块的低频数据记录区120中。在MOD（L，8）情况下，同步块1的低频数据记录区120的数据等于同步块9的数据。在MOD（L，4）情况下，同步块1、5、9和13的低频数据记录记录区120有同样的数据。

若上例被一般表示且给定为MOD（L，n）＝a，则在其顺次标号为a、n+a、2n+a…mn+a（其中mn≤L且m、n和a为正整数）的子图象的同步块的低频数据记录区120中录有相同的数据。这示于图5中，其中一个同步块由同步区、识别区、低频数据记录区120、高频数据记录区110和奇偶性区组成。这里，同步格式记录在同步区中，子图象的识别号记录在识别区，且错误修正码记录在奇偶性区。另外，当一子图象自己的高频数据被记录到高频数据记录区110时，不仅该子图象自己的低频数据而且分在同一子图象组中的其他子图象的低频数据都一起被记录在低频数据记录区120中。在以上描述中，低频数据可仅包含直流分量或直流分量和交流分量的低频数据成分。

另一方面，可用一变换表作为随机分组如图4C所示的子图象，而不靠上述用MOD（L，n）余数组概念的方法。用随机变换表的方法，在提高再现图象的质量上更有利和灵活，因为子图象可不规则或均匀地混合。即，若记录在一起的低频数据是均匀分布在整个图象上的子图象的信号，就可提高特技重放图象的质量。另外，根据带的记录密度，这种记录方法的效果是不同的。若记录密度因进一步的技术进展变得足够高，可在一个子图象的低频数据记录区120中记录更多的子图象的低频数据，从而大大改进特技播放再现的图象的质量。

如上所述，由于根据本发明的DVCR图象记录法能固定被记录到带上的数据的位速率，帧间编码法可有效地用于DVCR。另外，本发明能进行特技播放再现，因为即使记录介质以随机倍速行进，若恢复了一个同步块，与同步块分在同一组的其他子图象被同时恢复。另外，本发明可通过共同记录属于同一组的各子图象的低频数据，提高特技重放图象的质量。

Claims

1、一种在数字盒式录相机中以GOP(图象组)为单位在带上记录图象的方法，包括把仅用相应图象本身的信息编码的I-图象、用运动补偿预测从以前和/或未来基准图象编码的B-图象和用运动补偿预测从以前基准图象编码的P-图象随机地结合起来，

其特征在于I-图象的各同步块的低频数据被以一定间距记录在用于I-图象、B-图象和P-图象的各道上，I-图象的各同步块的高频数据被依次记录在用于I-图象的道的非记录区上，P-图象的数据被依次记录在当把I-图象的低频数据记录到用于P-图象的道上后剩下的区上，且B-图象的数据被依次记录在当把I-图象的低频数据记录到用于B-图象的道上后剩下的区上。

2、根据权利要求1的图象记录方法，其中所述数据被记录在有预定容量并被单独设在道上的各所述GOP单位的图象端部记录区中的数据记录区中，以固定各所述GOP单位的数据量。

3、根据权利要求2的图象记录方法，其中所述预定容量是对应用于控制压缩和编码数据的输出位速率的输出缓冲器的数据存储容量的带记录区。

4、用于在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中分成预定数目的子图象的图象的各子图象的压缩数字视频信号被分成低频数据和高频数据，从而把低频数据以一定间隔记录在一段带的道上并把高频数据依次记录在道的其余区域上，

其特征在于预定数目的子图象被按预定方法分成多个组，且属于同一组的所有子图象低频数据被一起记录在属于同一组的各子图象的低频数据记录区上。

5、如权利要求4的在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中当把所述预定数目的子图像分成所述多个组时，均匀分布在整个图象上的所述子图象被分类以被包含在同一组中。

6、如权利要求4的在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中当把所述预定数目的子图象分成所述多个组时，且当所述数目的子图象被从左到右和从上到下依次标号且各依次的子图象被除以预定大小的除数时，其依次赋予的标号有相同余数的子图象被分入同一组。

7、根据权利要求4的在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中所述低频数据仅包含直流分量。

8、如权利要求4的在数字盒式录相机中记录图象的方法，其中所述低频数据包含直流分量和交流分量的低频数据部分。