CN1705366A - 图像处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种信号处理装置，包括：变换部，对于第1帧速率的第1动图像数据，通过按预定的定时插入新的帧，而变换成第2帧速率的第2动图像数据；有选择地采用帧内编码和帧间预测编码，对上述第2动图像数据进行编码的编码部，将上述第2动图像数据的各帧，分类成在帧间预测编码中不被参照的第1帧类型和被参照的第2帧类型，并根据该分类结果，对上述第2动图像数据进行编码；以及控制部，控制上述编码部，使其将上述第2动图像数据中的、由上述变换部插入的帧，分类成特定的帧类型进行编码。

Description

图像处理装置
技术领域
本发明涉及信号处理装置和信号处理方法，特别是适合用于处理被压缩编码了的动图像流数据的信号处理装置和信号处理方法。
背景技术
近年来由于数字信号处理技术的进步，可以对动图像或静止影像、声音等大量的数字信息进行高效率编码，并向小型磁介质、小型光介质进行记录，或用通信媒体进行传输。并且，能够应用这样的技术，容易地拍摄高品位的影像，并立即输出到信息介质的摄像装置等的开发也在进行。
特别地，在近来的动图像的编码中使用了MPEG编码技术。MPEG编码使用利用画面内的相关性进行编码的帧内编码方式和利用前后画面间的相关性进行编码的帧间编码方式，能够大幅度减少码率，所以被广泛应用于以DVD视频播放机为代表的影像再现装置、摄像机等的摄像装置。
然而，在日本、美国等的电视标准中，规定视频信号的帧速率(frame rate)是1秒钟约30帧。
另一方面，在电影中所用的胶片资料的影像的帧速率，一般是1秒钟约24帧。
因此，为了用视频标准的影像设备处理胶片资料中的每秒24帧的影像，已知有将其变换成每秒约30帧的信号，并进行MPEG编码的技术(例如，参照日本特开2000-41244号)。
作为这样的将每秒约24帧的影像信号变换成30帧的技术，已知有被称为2-3 pull down的方式，是在将电影等的胶片资料变换成面向电视的影像时较多采用的技术。
图6是说明2-3pull down处理的图。
在图6中，601～610表示每秒约24帧的影像中的各场的情况，该601～610构成场序列600A。场序列600A的1帧由隔行扫描形式的两个场构成。将该场序列变换成每秒约30帧后的场序列是600B。
即，如将600A的场601、602变换成611、612，将场603、604变换成613、614、615这样，使得将输入影像的每2场变换成输出影像的2场和3场，如此反复进行变换。通过该反复变换，每输入4场，就生成5场的输出，实现了从24帧/秒向30帧/秒的变换。
此时，从2场变换成3场时的第1和第3场是同一数据。例如，场613和615均是基于场603生成的。同样，场618和620也是同一数据。
这样，在对速率变换后的影像信号进行MPEG编码并记录时，为了削除2-3pull down影像的冗长性，有时采用称为top field first、repeatfirst field的参数。
参数repeat first field为“0”时表示2场结构，为“1”时表示3场结构。如上述那样，在3场结构时第1和第3场相同，所以在进行MPEG编码时，实际上对于第3场不生成编码数据，而在解码时原样输出第1场的解码数据。
另一方面，参数top field first表示前场(TOP FIELD)、后场(BOTTOM FIELD)的任一个场在原来的24帧的影像信号中时间上是否在先，为0时表示后场在先，为1时表示前场在先。
在这样的以往的装置中，由于组合使用上述参数，因而存在流的复杂程度增加、给解码处理带来负担的问题。即，为了对所生成的流正常地进行解码，需要判断上述参数，必须在解码处理侧插入复制场。因此，在部分安装MPEG的解码装置或系统中，有时不能正常再现。
作为更简单的以往的方法，有将上述2-3pull down影像就此编码的方法。该方法将pull down后的30帧/秒的影像本身作为流，所以具有不对解码处理产生任何负担的优点。
但是，如上所述，在将2-3pull down后的30帧的影像信号就此进行MPEG编码并记录的情况下，再现时再变换成pull down前的无冗长性的24帧/秒的流是很困难的。
因为，通过利用MPEG特有的图像间的相关性进行编码，在插入的帧被其他的帧参照的情况下，如果就此去除该插入的帧，则参照该帧的帧的数据变得不能解码，因此不能去除所插入的帧。
因此，在2-3pull down后，为了从已经被MPEG编码了的影像信号得到已经被MPEG编码了的状态的24帧的影像信号，需要按30帧/秒暂时解码，解码后除去插入的帧，并再次编码。因此，不仅需要大量的处理时间，还存在无法避免由再编码而引起的画质劣化的问题。
发明内容
本发明的目的是解决这样的问题。
本发明的其他目的在于提供一种可以容易地将编码后的动图像数据，变换成帧速率不同的编码动图像数据。
为了达到这样的目的，在本发明中，作为1种实施方式，提供一种信号处理装置，其特征在于，包括：
变换装置，对于第1帧速率的第1动图像数据，通过按预定的定时插入新的帧，而变换成第2帧速率的第2动图像数据；
编码装置，有选择地采用帧内编码和帧间预测编码，来对上述第2动图像数据进行编码，
上述编码装置，将上述第2动图像数据的各帧，分类成在帧间预测编码中不被参照的第1帧类型和被参照的第2帧类型，并根据该分类结果，对上述第2动图像数据进行编码；以及
控制装置，控制上述编码装置，使其将上述第2动图像数据中的、由上述变换装置插入的帧，分类成特定的帧类型进行编码。
本发明的上述以外的目的及其特征，可以通过下面的参照附图详细说明的实施形式而得到明确。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的图像处理装置的框图。
图2是用于说明第1实施方式中的变换部的处理的图。
图3是用于说明第2实施方式中的变换部的处理的图。
图4是用于说明第3实施方式中的变换部的处理的图。
图5是表示使软件介入其中来进行处理时的装置结构的图。
图6是表示利用2-3pull down处理的帧结构和MPEG流的构造的图。
具体实施方式
以下，按照附图，对本发明的信号处理装置和信号处理方法的实施方式进行详细地说明。
<第1实施方式>
图1表示本实施方式的装置的框图。在图1中，101是影像信号输入端子，102是变换部，103是编码部，104是访问记录介质105进行读写的记录再现部，105是可写的盘或磁带等记录介质，106是向输出端子107输出流的输出部，107是IEEE1394、USB等的输出端子，108是控制各块的控制部。
从影像信号输入端子101输入的、具有每秒24帧的帧速率的影像信号被提供给变换部102。变换部102按每4帧插入1帧，使4帧的影像信号成为5帧的影像信号，从而变换成每秒30帧的影像信号。
图2是表示由变换部102进行变换处理的例子的图。在图2中，200A表示所输入的24帧/秒的动图像数据，200B表示将24帧/秒的动图像数据变换成30帧/秒后的动图像数据。
如图2所示，在帧201后插入与帧201是相同数据的帧202，在帧203后插入与帧203是相同数据的帧204，在帧205后插入与帧205是相同数据的帧206。以下，将在帧速率变换处理中插入的帧称为复制帧。
即，通过对所输入的24帧的影像信号按每4帧插入1个相同数据的帧，来将4帧的影像信号变换成5帧的影像信号。由控制部108指示插入相同帧的定时。
另外，作为影像输入部101，只要是输入24帧/秒的影像的装置即可，例如，可以是以24帧/秒拍摄影像的摄像装置，或者是顺次读取24帧/秒的电影资料的胶片的胶片扫描器。另外，如果成为资料的数据存在于网络上，则也可以看作是网络接口。
速率变换后的影像信号，从变换部102提供给编码部103。编码部103通过MPEG编码处理，将影像信号编码，生成压缩了其信息量的流，并提供给记录再现部104。
此时，编码部103基于由控制部108提供的参数进行压缩。例如，接收指定每个图像的编码方式的图像类型等的参数。图像类型中有：仅使用相同帧内的数据进行编码的I图像，对与前面的(过去的)帧的差分数据进行编码的P图像，对与前后的帧的差分数据进行编码的B图像。
另外，I图像和P图像会成为其他的P图像或B图像的参照帧，与此不同，B图像不会成为其他帧的参照帧。
控制部108进行指示，使得将由上述变换部102生成的复制帧，例如图2中的帧202、204、206作为B图像进行编码。
并且，通过像这样使作为复制帧的帧202、204、206成为不是其他帧的参照帧的图像类型，即使在从MPEG流中除去了这些复制帧202、204、206的情况下，除去后的MPEG流也可以正确地进行解码。
由编码部103生成的流，经由记录再现部104，被存储在记录介质105中。这样记录的流，同样经由记录再现部104被读出，并提供给输出部106。输出部106按照来自控制部108的指示，将30帧/秒的流变换成24帧/秒的流，输出到输出端子107。
输出部106，在由控制部108进行24帧输出的指示后，从由记录再现部104提供的30帧/秒的MPEG流中除去相当于上述复制帧202、204、206的数据，并改写时间标记等参数使得适合于24帧/秒，从而变换成24帧/秒的流。
此时，由于预先确定好了复制帧的插入定时，所以可以由控制部108计算并求出要除去的帧的定时，也可以是由上述编码部103预先将标记(flag)信息嵌入相应影像，由控制部108识别该标记信息。
另外，输出部106在由控制部108进行30帧输出的指示后，不进行上述帧除去的处理，将30帧/秒的MPEG流就此输出到输出端子。
图5表示在个人计算机等通用信息处理装置上实施本实施方式的影像处理时的结构。
在图5中，1是负责装置整体的控制的CPU，2是存储着BIOS、引导程序的ROM，3是作为工作区使用的RAM。4是存储装置(硬盘等)，存储并保持OS、实施方式的编码和变换所涉及的控制程序、以及各流。5是影像输入部，顺次读取在电影中使用的胶片资料。
作为影像输入部5，只要是输入24帧/秒的影像的装置即可，例如，可以是以24帧/秒拍摄影像的摄像装置，或顺次读取24帧/秒的电影资料的胶片的胶片扫描器。另外，如果成为资料的数据存在于网络上，则也可以将影像输入部5看作是网络接口。
6是变换部，7是编码部。另外，由于最近的PC处理能力变得非常高，所以可以用软件处理来实现相当于变换部6、编码部7的处理。8是输出流的输出部。如果输出部8的输出目标存在于网络上(例如文件服务器等)，则该输出部是网络接口。
在相关结构中，为本装置接通电源，OS被装载到RAM3，将实施方式中的应用程序装载到RAM3中，从而进行与先前说明的图1相应的处理，并存储于外部存储装置4(相当于图1中的记录介质105)中。另外，在图1中，是从影像信号输入端子101输入胶片资料的24帧/秒的影像信号的，但也可以存储在外部存储装置4中。
<第2实施方式>
下面，说明第2实施方式。第2实施方式中的图像处理装置的结构与图1相同。
在MPEG中，由1帧I图像和预定数量的P、B帧构成1个GOP，以该GOP为单位进行编码处理。此时，作为表示GOP的构成的变量，采用从I图像到下一个P图像的帧数，或采用表示P图像间的帧数的变量M。在第1实施方式中，假设I图像与P图像的间隔、以及P图像与P图像的间隔为5帧，因此M＝5。这是为了使将4帧变换成5帧时所插入的复制帧可靠地作为B图像进行编码。
但是，M＝5以外的GOP结构的情况，在第1实施方式中不能应对。因此，在本实施方式中，说明M＝5以外的情况，例如，说明一般使用较多的M＝3的情况。
图3是表示由本实施方式中的变换部1 02进行的变换处理的例子的图。
在图3中，300A是所输入的24帧/秒的动图像数据，300B是将300A变换而得到的30帧/秒的动图像数据。
在帧301后插入该帧301的复制帧302，在帧303后插入帧303的复制帧304，在帧305后插入帧305的复制帧306，从而将每4帧的输入数据变换成5帧的数据。插入复制帧302、304、306的定时，由控制部108指示。
变换后的影像信号，从变换部102提供给编码部103。编码部103通过MPEG编码处理，生成压缩了影像信号的流，提供给记录再现部104。
控制部108进行指示，使得将由上述变换部102生成的复制帧，或其之前紧邻的图像即原来的帧的任一个，作为B图像进行编码。
例如，指定图3中的复制帧302、304和复制帧306之前紧邻的帧305作为B图像进行编码。
即，可作为冗余帧除去的帧，不仅是复制帧本身，也可以是作为复制源的图像，因此，可以利用GOP结构等将适当的一方的图像指定为B图像。
由编码部103生成的流，经由记录再现部104，被存储在记录介质105中。这样记录的流，同样经由记录再现部104被读出，提供给输出部106。输出部106按照来自控制部108的指示，将30帧/秒的流变换成24帧/秒的流，输出到输出端子107。
输出部106，在由控制部108进行24帧变换的指示时，从由记录再现部104提供的30帧/秒的编码数据列中除去复制帧或其之前紧邻的帧的数据，并改写时间标记等的参数使得适合于24帧/秒，从而变换成24帧/秒的流。
如以上那样，不仅是插入的复制帧，将其之前紧邻的帧也包括在可删除的帧内，从而即使是将变换成30帧/秒的流作为M＝3的GOP结构进行MPEG编码的情况，也可以将变换成24帧/秒时删除的帧作为B图像。
<第3实施方式>
接着，说明第3实施方式。本实施方式中的图像处理装置的结构与图1相同。
在第1实施方式中，是将从30帧/秒变换成24帧/秒时可删除的冗余帧作为B图像的，但在本实施方式中，说明除去P图像的结构。
图4是表示由变换部102进行的变换处理的例子的图。通过在帧401后插入帧401的复制帧402，在帧403后插入帧403的复制帧404，在帧405后插入帧405的复制帧406，而将每4帧的输入数据变换成5帧的数据。插入复制帧的定时，由控制部108指示。
变换后的影像信号从变换部102被提供到编码部103。编码部103通过MPEG编码处理，生成压缩了影像信号的流，并提供给记录再现部104。
控制部108进行指示，使得将由上述变换部102生成的复制帧作为P图像进行编码，将复制帧之前紧邻的帧即原来的帧作为I图像或P图像进行编码。
例如，指示将图4中的复制帧402、404、406作为P图像进行编码，将复制帧之前紧邻的帧401、403、405作为I图像或P图像进行编码。
即，通过连续配置成为其他帧的参照帧的图像类型(I图像、P图像)，即使作为冗余帧而除去复制帧(P图像)，也可以用之前紧邻的帧(I图像或P图像)取代它而成为参照帧。
由编码部103生成的流，经由记录再现部104，被存储在记录介质105中。这样记录的流，同样经由记录再现部104被读出，提供给输出部106。输出部106，在由控制部108进行24帧的变换指示后，将所再现的30帧/秒的流变换成24帧/秒的流，输出到输出端子107。
输出部106，从30帧/秒的流中除去复制帧的数据，并改写时间标记等参数使得适合于24帧/秒，从而变换成24帧/秒的流。
如以上那样，将以后能除去的复制帧作成P图像的结构，也是本发明的应用范围。
<其他实施方式>
以上说明了第1～第3实施方式，但是正如先前说明的那样，实施方式中的功能实现装置，不限于具有影像输入装置的摄像装置，显然用个人计算机等的通用信息处理装置也能够实现。即，本发明将计算机用的实用应用程序也作为其范畴。另外，通常计算机程序被存储在CDROM等计算机可读记录介质中，通过将其安装在计算机中，并将计算机程序复制或安装到系统中，可以执行。因此，显然相关的计算机可读记录介质也作为其范畴。
进而，下述情况也包含在本发明中：在所提供的程序代码被存储在计算机的功能扩展板或连接在计算机上的功能扩展单元所具备的存储器中后，该功能扩展板或功能扩展单元所具备的CPU等，基于该程序代码的指示，进行实际处理的一部分或全部，通过该处理实现上述的实施方式的功能。
本发明可以有各种具体实施方式，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，本发明并不局限于其中特别指定的具体实施方式，应由所附加的权利要求书来限定。

Claims (11)

1.一种信号处理装置，其特征在于，包括：
变换装置，对于第1帧速率的第1动图像数据，通过按预定的定时插入新的帧，而变换成第2帧速率的第2动图像数据；
编码装置，有选择地采用帧内编码和帧间预测编码，来对上述第2动图像数据进行编码，
上述编码装置，将上述第2动图像数据的各帧，分类成在帧间预测编码中不被参照的第1帧类型和被参照的第2帧类型，并根据该分类结果，对上述第2动图像数据进行编码；以及
控制装置，控制上述编码装置，使其将上述第2动图像数据中的、由上述变换装置插入的帧，分类成特定的帧类型进行编码。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
上述控制装置控制上述编码装置，使其将上述插入的帧分类成上述第1帧类型进行编码。
3.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
上述变换装置，将与之前紧邻的帧的图像相同的图像作为上述新的帧而插入；上述控制装置控制上述编码装置，使其将上述新插入的帧或其之前紧邻的帧的至少1者，分类成上述第1帧类型进行编码。
4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
上述变换装置，将与之前紧邻的帧的图像相同的图像作为上述新的帧而插入；上述控制装置控制上述编码装置，使其将上述新插入的帧和其之前紧邻的帧两者，分类成上述第2帧类型进行编码。
5.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
上述变换装置，将与之前紧邻的帧的图像相同的图像作为上述新的帧而插入；上述控制装置控制上述编码装置，使其采用上述帧间预测编码对上述新插入的帧或其之前紧邻的帧的至少1者进行编码。
6.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
上述编码装置进行MPEG编码，将上述第1帧类型作为B图像，将上述第2帧类型作为I图像或P图像。
7.根据权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于：
上述编码装置，按作为上述变换装置的变换单位的帧数量的每整数倍的帧，生成GOP。
8.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于：
还包括记录再现装置，将上述编码装置输出的编码信号列记录到记录介质中，以及从记录介质再现；
输出装置，接收从上述记录介质再现出的编码信号列，并从上述编码信号列中，除去上述新插入的帧或其之前紧邻的帧的任一者，进行输出。
9.根据权利要求8所述的信号处理装置，其特征在于：
上述输出装置改写编码信号列中的时间标记信息，作为适合上述第1帧速率的编码信号列输出。
10.根据权利要求8所述的信号处理装置，其特征在于：
上述编码装置，将用于识别上述输出单元应除去的帧的标记信息，附加到编码信号列中。
11.一种信号处理方法，其特征在于，包括：
变换步骤，对于第1帧速率的第1动图像数据，通过按预定的定时插入新的帧，而变换成第2帧速率的第2动图像数据；
编码步骤，有选择地采用帧内编码和帧间预测编码，对上述第2动图像数据进行编码，
上述编码步骤，包括将上述第2动图像数据的各帧分类成在帧间预测编码中不被参照的第1帧类型和被参照的第2帧类型，并根据该分类结果，对上述第2动图像数据进行编码的步骤；以及
控制步骤，控制上述编码步骤，使其将上述第2动图像数据中的、在上述变换步骤插入的帧，分类成特定的帧类型进行编码。
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