JP2000209529A

JP2000209529A - ビデオサ―バ装置

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Publication number: JP2000209529A
Application number: JP11010637A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujita; 浩司藤田; Hideo Nishijima; 英男西島; Yuji Sato; 祐司佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP3964563B2

Abstract

(57)【要約】【課題】逆転再生等の特殊再生においても、高画質の再
生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現す
る。【解決手段】フレーム相関圧縮を用いて記録ディスク１
４ａに記録する。記録ディスク１４ａに記録したＭＰＥ
Ｇデータストリームを、データ転送部１３、ＭＰＥＧ伸
張装置１１、ＭＰＥＧ圧縮装置１０により、一旦、基の
ディジタルデータに伸張し、再度、画像圧縮パラメータ
をフレーム内圧縮方式あるいはフィールド内圧縮方式に
よりＭＰＥＧ圧縮を行い、この再圧縮されたＭＰＥＧデ
ータストリームをハードディスク１４ｂへ格納する。通
常再生時はディスク１４ａからのデータを再生し、逆転
再生等の特殊再生時には、ディスク１４ｂからのデータ
を再生することにより、フレーム単位（あるいはフィー
ルド単位）の特殊再生及び逆転再生が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＭＰＥＧ２
に代表される映像、音声圧縮伸張手段により、大容量の
記録メディアへ映像、音声の記録、再生を行いフレーム
（またはフィールド）単位での特殊再生を可能とするビ
デオストレージ或いは、監視用ビデオに用いられるビデ
オサーバ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ディスク状記録媒体（ハードディス
ク、光ディスク等）に圧縮符号化した映像情報信号、音
声情報信号を記録し、再生時には元の映像情報信号、音
声情報信号に伸張するビデオサーバ装置が実現段階に入
っている。

【０００３】ビデオサーバ装置は、テレビジョン放送番
組、あるいはオンライン回線を伝搬して圧縮符号化され
たディジタル信号等の記録再生を行うことができ、ユー
ザは自由な時間にタイムシフトして、これらテレビジョ
ン放送番組や、ディジタル配信されてくる映像情報を楽
しむことができる。

【０００４】以上のような、映像信号及び音声信号の圧
縮ディジタル情報を大容量記録メディアへ記録再生する
例としては、特開平８−２９２８４２号公報に開示され
たものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ビ
デオサーバ装置へ記録再生しているデータストリームの
符号圧縮及び復号手法は、国際標準ＭＰＥＧに準じたも
のが大半であり、フレーム（またはフィールド）単位で
の特殊再生ができないという問題がある。

【０００６】図９は、ＭＰＥＧ圧縮したフレーム（また
はフィールド）単位での画像データ列びを示す図であ
る。図９において、ＭＰＥＧでは、例えば、１５フレー
ムを１つのブロック（以下ＧＯＰとする）単位に区分け
して、圧縮を行い、そのうち、１枚だけがフレーム内符
号化された画像（以下Ｉピクチャとする）、１０枚が動
き補償フレーム間符号化された両方向予測符号化画像
（以下Ｂピクチャとする）、４枚が動き補償フレーム間
符号化された前方向予測符号化画像（以下Ｐピクチャ）
の構成となっている。

【０００７】各ピクチャの列びは、例えば、図９に示す
様に、先頭がＩピクチャ、２フレーム飛びにＰピクチ
ャ、その他がＢピクチャとなっている。毎フレームの画
像を復元するためには、Ｉピクチャから順に前方向のピ
クチャを読み込むことが必要となる。しかし、例えば、
逆転再生、或いは任意のフレームからの特殊再生を行っ
た場合は、毎フレーム画像が得られないことになる。し
たがって、従来の特殊再生は、Ｉピクチャのみを飛び飛
びに拾って再生を行う不連続な再生を行っており、低画
質の再生映像しか得ることができなかった。

【０００８】本発明の目的は、逆転等の特殊再生におい
ても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサー
バ装置を実現することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。（１）データストリームを記録媒体へ記録するストリー
ム記録手段と、上記記録媒体からデータストリームを再
生するストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置
において、少なくとも映像信号をディジタル信号に変換
する入力変換手段と、ディジタル信号を第１の圧縮パラ
メータまたは第２のパラメータで圧縮し、データストリ
ームを生成する符号化手段と、データストリームを上記
第１の圧縮パラメータまたは第２の圧縮パラメータに対
応する第１の伸張パラメータまたは第２の伸張パラメー
タで伸張する復号化手段とを備え、上記第１の圧縮パラ
メータで圧縮し、上記記録媒体に記録したデータストリ
ームを、上記ストリーム再生手段により再生し、上記復
号化手段により第１の伸張パラメータで伸張を行い、上
記符号化手段により第２の圧縮パラメータで圧縮し、再
度上記記録媒体に記録する。

【００１０】（２）また、データストリームを磁気テー
プ又は半導体メモリへ記録するストリーム記録手段と、
上記磁気テープ又は半導体メモリからデータストリーム
を再生するデータストリーム再生手段とを有するビデオ
サーバ装置において、少なくとも映像信号をディジタル
信号に変換する入力変換手段と、ディジタル信号を第１
の圧縮パラメータまたは第２の圧縮パラメータで圧縮
し、データストリームを生成する符号化手段と、データ
ストリームを上記第１の圧縮パラメータまたは第２の圧
縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータまたは第
２の伸張パラメータで伸張する復号化手段とを備え、上
記第１の圧縮パラメータで圧縮し、上記磁気テープまた
は半導体メモリの一方に記録したデータストリームを、
上記ストリーム再生手段により再生し、上記復号化手段
により第１の伸張パラメータで伸張を行い、上記符号化
手段により第２の圧縮パラメータで圧縮し、再度上記磁
気テープまたは半導体メモリの他方に記録する。

【００１１】（３）また、データストリームを記録媒体
へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデ
ータストリームを再生するストリーム再生手段とを有す
るビデオサーバ装置において、第１の圧縮パラメータで
圧縮されたデータストリームを入力するディジタル入力
端子と、ディジタル信号を上記第１の圧縮パラメータと
は異なる第２の圧縮パラメータで圧縮し、データストリ
ームを生成する符号化手段と、データストリームを第１
の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータで伸
張する復号化手段とを備え、上記ディジタル入力端子に
入力される上記データストリームを、上記複号化手段に
より伸張を行い、上記符号化手段により圧縮して、上記
記録媒体に記録する。

【００１２】（４）好ましくは、上記（１）乃至（３）
において、上記符号化手段及び復号化手段は、国際標準
ＭＰＥＧに準じて情報圧縮及び伸張を行う。

【００１３】（５）また、好ましくは、上記（１）乃至
（３）において、上記符号化手段における第２の圧縮パ
ラメータは、フレームまたはフィールド単位で映像を駒
落としする。

【００１４】（６）また、好ましくは、上記（４）にお
いて、上記符号化手段の圧縮パラメータを変更する符号
パラメータ変更手段をさらに備え、この符号パラメータ
変更手段は、フレーム間順方向予測符号化画像をフレー
ム内符号化画像に置き換える設定を行う。

【００１５】（７）また、好ましくは、上記（１）また
は（２）において、上記記録媒体の再生ポインタを変更
する毎に記録媒体から所定サイズのデータストリームの
先読み込みを行い、この先読み込みしたデータストリー
ムに対して上記復号化手段による伸張と上記符号化手段
による圧縮を行う。

【００１６】（８）また、データストリームを記録媒体
へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデ
ータストリームを再生するストリーム再生手段とを有す
るビデオサーバ装置において、国際標準ＭＰＥＧに準じ
て、少なくとも映像信号を圧縮し、同一サイズのＧＯＰ
ブロック化したデータストリームを生成する符号化手段
と、上記ＧＯＰブロック毎に上記データストリームを伸
張し、少なくとも映像信号に復元する復号化手段とを備
え、上記ＧＯＰブロックサイズを基にＧＯＰ毎から上記
データストリームを飛び越し再生する。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）まず、本発明
の第１の実施形態の説明に入る前に、画像圧縮の代表で
あるＭＰＥＧ画像圧縮方式について説明をする。映像デ
ータは、フレーム内符号化した情報（Ｉピクチャ）と、
過去からの予測によってフレーム間順方向予測符号化し
た情報（Ｐピクチャ）と、過去及び未来からの予測によ
ってフレーム間符号化した情報（Ｂピクチャ）との３つ
の画像情報から成る。そして、Ｉピクチャ、Ｐピクチ
ャ、Ｂピクチャ、それぞれ所定の画像枚数から成る１単
位をＧＯＰ（ＧｒｏｕｐＯｆＰｉｃｔｕｒｅ）と呼
ぶ。

【００１８】以上のＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチ
ャは、以下３つの圧縮手段を用いて生成を行う。（１）空間的相関関係を利用した情報圧縮。（２）時間的相関関係を利用した情報圧縮。（３）上記２つの圧縮手段で符号化する際の符号出現確
立の偏りを利用した情報圧縮。

【００１９】まず（１）の空間的相関関係を利用した情
報圧縮は、１枚の映像を所定の画素ブロックに分割し、
分割したブロック毎にＤＣＴ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ
ＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：離散コサイン変
換）を行い、１枚の映像を周波数成分へ分解する。

【００２０】そして、ＤＣＴ変換後、ＤＣＴ係数を所定
値で除算を行い余りを丸めて量子化する。上記除数が大
きいほど圧縮率を高くすることができるが、反面、映像
情報の高周波成分を削除することになり映像の品位は低
くなる。

【００２１】次に、（２）時間的相関関係を利用した情
報圧縮は、映像信号の前後の絵柄情報は、ほとんどの場
合、非常に似ており、絵柄の変化分（動きベクトル）だ
けを情報とすることで映像伝達情報量を大幅に削減する
ことができる。

【００２２】最後に（３）符号の出現率の偏りを利用し
た情報圧縮は、上述のＤＣＴ係数や動きベクトルに対し
て出現率の高い値に短い符号長を割り当て、出現率の低
い値に長い符号長を割り当てる符号体系であり、その結
果、平均情報量を減らすことができる。

【００２３】以上の様なＭＰＥＧ圧縮手段を用いたビデ
オサーバ装置について、本発明を適用した第１の実施形
態の構成及び動作の説明を行う。

【００２４】また、本発明の第１の実施形態における映
像信号、音声信号の処理についても図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明の第１の実施形態における
ビデオサーバ装置の概略構成を示す図である。図１にお
いて、１は入力端子であり、この入力端子１にアナログ
の映像信号、音声信号が入力される。２は出力端子であ
り、この出力端子２からアナログの映像信号、アナログ
の音声信号が出力される。また、４は入力ＡＶプロセス
であり、この入力ＡＶプロセスは４は、アナログの映像
信号及び音声信号をディジタル化するプロセスである。

【００２６】また、５出力ＡＶプロセスであり、この出
力ＡＶプロセス５は、ディジタル情報をアナログ映像信
号及び音声信号に変換するプロセスである。６、７はス
イッチ回路、８は圧縮パラメータ変更制御部であり、こ
の圧縮パラメータ変更制御部８は、ＭＰＥＧ圧縮パラメ
ータを変更制御する。

【００２７】さらに、９は伸張パラメータ変更制御部で
あり、この伸張パラメータ変更制御部９は、ＭＰＥＧ伸
張パラメータを変更制御する。また、１０はＭＰＥＧ圧
縮装置、１１はＭＰＥＧ伸張装置、１３はデータ転送制
御部、１４はハードディスクである。

【００２８】以下、第１の実施形態では、映像及び音声
信号の圧縮と伸張方式にＭＰＥＧ方式を用いたビデオサ
ーバ装置の動作説明を行うが、画像圧縮方式は、ＭＰＥ
Ｇ方式に限定されず、他の圧縮方式にも適用可能であ
る。

【００２９】また、ＭＰＥＧデータストリームの記録媒
体にハードディスクを例にあげて動作説明を行うが、ハ
ードディスクに限定することはなく、ディスク状記録媒
体、或いは半導体メモリ、或いは磁気テープであっても
よい。

【００３０】まず、入力端子１から入力される映像信号
及び音声信号は、ＡＶ入力プロセス部４によって、それ
ぞれディジタル信号に変換される。ここでは、図１の動
作説明をわかりやすくするために、映像信号及び音声信
号の入出力信号を１系統で記載している。なお、映像信
号と音声信号とは、それぞれ独立に入出力し、独立にＭ
ＰＥＧ圧縮伸張を行ってもよい。

【００３１】ＡＶ入力プロセサ部４でディジタル化され
た映像及び音声データは、スイッチ回路６（通常のビデ
オサーバ記録の時はｉｎ側に切り替わる）を介してＭＰ
ＥＧ圧縮装置１０へ入力される。

【００３２】ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、例えば１２８Ｍ
ｂｐｓのデータレートで入力されている情報を約１／２
０に圧縮を行い、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリー
ムとして出力する。

【００３３】また、圧縮パラメータ変更制御部８によ
り、ＭＰＥＧ圧縮装置１０の圧縮比率を任意に変更する
ことが可能である。ここでは、圧縮比率は、代表例とし
て実用的な１／２０圧縮率を取り上げる。

【００３４】ここで、図９を用いて、ＭＰＥＧ圧縮の映
像データの構成について説明する。映像データは１秒間
に３０フレームの連続した画像データからなる。ＭＰＥ
Ｇ圧縮されたフレーム構成は、例えば１５フレームを１
つのブロック（以下ＧＯＰとする）単位に区分けを行
う。そして、そのブロックのうち、１フレームだけがフ
レーム内符号化された画像（以下Ｉピクチャ）であり、
１０枚が動き補償フレーム間符号化された両方向予測符
号化画像（以下Ｂピクチャ）、４枚が動き補償フレーム
間符号化された前方向予測符号化画像（以下Ｐピクチ
ャ）という構成となっている。

【００３５】図９の例では、先頭フレームがＩピクチ
ャ、先頭フレームから２フレーム飛び毎にＰピクチャ、
その他がＢピクチャとなっている。上記３種類のＩピク
チャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの列び、枚数（構成）
は、圧縮パラメータ変更制御部８により任意に変更が可
能である。ここでは、実用的な構成を代表例として取り
上げる。

【００３６】上記ＭＰＥＧ圧縮装置１０から出力された
ＭＰＥＧデータストリームはデータ転送制御部１３に送
出され、大容量記録媒体（ここではハードディスク）１
４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａへ記録される。

【００３７】一方、再生動作は、ハードディスク１４の
ＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａから再生されたＭＰ
ＥＧストリームは、データ転送制御部１３を介してＭＰ
ＥＧ伸張装置１１に送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１
では、上記ＭＰＥＧ圧縮されたデータフレームをＧＯＰ
単位にＩピクチャから順に前方向のピクチャを順序正し
く読み込むことにより、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータス
トリームを１２８Ｍｂｐｓの基画像ディジタル信号に復
元する。

【００３８】したがって、ＧＯＰ単位を無視したＰピク
チャ或いはＢピクチャの断片的なアクセス、または逆方
向へのピクチャアクセスは不可能である。

【００３９】ＭＰＥＰ伸張装置１１により復元された基
画像ディジタル信号は、スイッチ回路７（通常の再生時
にはにはｏｕｔ側に設定される）を介して出力ＡＶプロ
セス５に供給される。そして、この出力ＡＶプロセス部
５にて、基画像ディジタル信号は、アナログ映像信号及
びアナログ音声信号に変換され、出力端子２より出力さ
れる。

【００４０】以上説明した動作が、従来のビデオホーム
サーバ装置の基本的な信号の流れである。しかし、本発
明の第１の実施形態に係るＭＰＥＧデータストリームを
扱うビデオサーバ装置は、連続的な記録と再生動作のみ
であり、従来のアナログＶＴＲ等の様なフレーム毎ある
いはフィールド毎のコマ送り動作、通常再生のｎ倍速に
よる再生、あるいは逆方向再生は不可能である。

【００４１】以下、本発明の第１の実施形態における最
も重要である上記ＭＰＥＧストリームを扱うビデオサー
バ装置における特殊再生方式について、主に図１を用い
て説明する。

【００４２】本発明の第１の実施形態は、ハードディス
ク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録され
ているＭＰＥＧデータストリームを、一旦伸張して、再
度ＭＰＥＧ圧縮装置１０によりフレーム内符号圧縮（あ
るいはフィールド内符号圧縮）を行い、ハードディスク
１４の再デコード／エンコードデータ記録ディスク１４
ｂに再度格納し、このデータ記録ディスク１４ｂから再
生することにより、特殊再生を実現するものである。

【００４３】図１において、ハードディスク１４のＭＰ
ＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録されているＭＰＥ
Ｇデータストリームは、データ転送制御部１３を介して
ＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置
１１は、上記ＭＰＥＧ圧縮されたデータフレームをＧＯ
Ｐ単位にＩピクチャから順に前方向にピクチャを順序正
しく読み込むことにより、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータ
ストリームを１２８Ｍｂｐｓの基画像ディジタル信号に
復元する。

【００４４】復元された基画像ディジタル信号は、スイ
ッチ７（この場合は、Ｌｏｏｐ１側に切換えられてい
る）及びスイッチ６（この場合は、Ｌｏｏｐ２側に切換
えられている）を介して、ＭＰＥＧ圧縮装置１０に入力
される。ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧縮パラメータ変更
制御部８により、圧縮パラメータを、例えば、図２に示
すようなＧＯＰ構造に変換して再圧縮動作を行う。

【００４５】ＭＰＥＧ圧縮装置１０によりＧＯＰ構造に
変換されたデータは、データ転送制御部１３を介してハ
ードディスク１４の再デコード/エンコードＭＰＥＧデ
ータ記録ディスク１４ｂに記録される。

【００４６】そして、通常の再生時には、ハードディス
ク１４の再デコード/エンコードＭＰＥＧデータ記録デ
ィスク１４ｂに記録されたデータが、データ転送装置１
３、ＭＰＥＧ伸張装置１１、スイッチ７、出力ＡＶプロ
セス５を介して出力端子２に供給される。

【００４７】また、逆転再生等の特殊再生時には、ハー
ドディスク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに
記録されたデータが、データ転送装置１３、ＭＰＥＧ伸
張装置１１、スイッチ７、出力ＡＶプロセス５を介して
出力端子２に供給される。

【００４８】ここで、図２に示すＧＯＰ構造について以
下説明を行う。図２は、上述したように、ＭＰＥＧデー
タストリームのＧＯＰ構成を示す図である。この図２に
おいて、１５フレーム毎の０．５秒間のフレーム画像は
すべてフレーム内圧縮されたＩピクチャで構成され、Ｇ
ＯＰの先頭にはフレーム構成、圧縮レート、ＧＯＰ内の
各ピクチャのサイズ等の情報信号を示すシーケンスヘッ
ダ（以下ＳＨと称す）２０が接続される。

【００４９】上記のように、全てＩピクチャで構成され
たＧＯＰ構造とされたデータ構成は、上記図９のＩピク
チャを先頭に４枚のＰピクチャ、１０枚のＢピクチャ構
成に比べてデータ容量がほぼ３倍程度に上昇する。これ
に対しては、上記全てＩピクチャで構成されたＧＯＰ構
造のデータの記憶手段として、大容量記録メディア、例
えばディジタルテープストリーマ、光ディスク装置等を
用いることにより解消される。

【００５０】また、ＧＯＰの構成を図３に示す構成にし
てもよい。図３に示したＧＯＰ構造は、図９のＧＯＰ構
造のＰピクチャをＩピクチャにおきかえた構成としてい
る。図３のＧＯＰ構成では、フレーム毎の再生は不可能
であるが、３フレーム毎の再生あるいはフレーム毎の逆
転再生が可能となる。

【００５１】図３のＧＯＰ構造のデータ構成であれ
ば、、上記図９に示したＩピクチャを先頭に４枚のＰピ
クチャ、１０枚のＢピクチャとする構成に比べて、デー
タ容量が１．３倍程度に抑えられる。

【００５２】また、ＧＯＰ構成は上記図２、図３に限定
することはなく、各ピクチャの組み合わせは、いずれで
あってもかわわない。このようなＭＰＥＧによるデータ
変換を用いた場合、例えば図９に示すようなＧＯＰの構
成で６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリーマを１時間記
録するためには、２．７Ｇｂｙｔｅの記録容量が必要と
なる。

【００５３】さらに、図２に示すような全てＩピクチャ
で構成されたＧＯＰ構造に変換すると、８．１Ｇｂｙｔ
ｅの記憶容量が必要である。また、図３に示すようなＩ
ピクチャとＢピクチャとで構成されたＧＯＰ構造に変換
すると、３．７Ｇｂｙｔｅの記憶容量が必要となる。

【００５４】上述した本発明の第１の実施形態において
は、記録媒体としてハードディスクを用いた例を説明し
ているが、これに限定することはなく、記録媒体とし
て、ディジタルテープストリーマ（ディジタルＶＨＳ
等）、光ディスク装置を用いて記録再生を行ってもよ
い。

【００５５】さらに、記録媒体の容量及び記録媒体の転
送速度が許すならば、ＭＰＥＧデータストリームを伸張
した基のディジタルデータそのものをハードディスクへ
記録してもよい。

【００５６】以上、本発明の第１の実施形態によれば、
フレーム相関圧縮を用いたＭＰＥＧデータストリーム
を、一旦、基のディジタルデータに伸張し、再度、画像
圧縮パラメータをフレーム内圧縮方式あるいはフィール
ド内圧縮方式によりＭＰＥＧ圧縮を行い、この再圧縮さ
れたＭＰＥＧデータストリームを再度ハードディスクへ
格納し、再生することにより、フレーム単位（あるいは
フィールド単位）の特殊再生及び逆転再生が可能とな
る。

【００５７】つまり、逆転再生等の特殊再生において
も、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ
装置を実現することができる。

【００５８】（第２の実施形態）上述した、本発明の第
１の実施形態では、通常再生を行うためのデータをＭＰ
ＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録し、特殊再生を行
うためにＭＰＥＧデータストリームをまとめてフレーム
内符号化或いはフレーム内符号化したＭＰＥＧデータス
トリームに変換してハードディスク１４ｂに記録するを
方法を述べたが、同一ソース（番組）を２系統のストリ
ームとしてハードディスク１４ａ及びディスク１４ｂへ
記録することは、ハードディスク１４の使用効率面から
ベストとはいえない。

【００５９】そこで、次にハードディスク１４の使用効
率を向上させた第２の実施形態について、以下説明す
る。

【００６０】通常再生時は、ハードディスク１４ａに記
録されたデータをデータ転送部１３、ＭＰＥＧ伸張装置
６０、出力ＡＶプロセス５を介して出力端子２に供給さ
れる。この場合、ハードディスク１４ａ上のＭＰＥＧデ
ータストリームを所定サイズ毎に逐次フレーム内圧縮或
いはフィールド内圧縮ＭＰＥＧデータストリームに変換
し、この変換されたＭＰＥＧデータストリームをキャッ
シュメモリ（ここではハードディスク１４ｂ）に記録を
行う。そして、ハードディスク１４ｂへの記録データ
は、次々に更新され、特殊再生時に、ディスク１４ｂへ
の記録動作と並行して上記伸張動作を行い、再生画像を
出力するものである。

【００６１】以下、第２の実施形態を図４及び図５を用
いて説明する。図４は、第２の実施の形態であるビデオ
サーバ装置の動作説明図であり、図５は第２の実施形態
であるビデオサーバ装置のブロック構成図である。

【００６２】図５において、図１と同一の機能ブロック
には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図
５の６０はＭＰＥＧ伸張装置である。

【００６３】図５に示したビデオサーバ装置において、
特殊再生を行う場合についての動作説明を行う。ハード
ディスク１４ａに格納されているＭＰＥＧデータストリ
ームは、ハードディスク１４ａ上の再生するポインタか
ら前後方向の所定サイズ（４個のＧＯＰ）がデータ転送
制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出され
る。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、ＧＯＰの先頭に位置する
ＳＨデータにより、伸張パラメータを認識し、伸張パラ
メータ制御部９により伸張パラメータが設定され、基の
ディジタル画像データの復元を行う。

【００６４】復元されたディジタル画像データは、スイ
ッチ６（Ｌｏｏｐ側へ切り替わる）を介してＭＰＥＧ圧
縮装置１０に送出される。

【００６５】ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧縮パラメータ
変更部８によりフレーム内（又はフィールド内）符号圧
縮の設定が成され、ＭＰＥＧデータストリームをデータ
転送制御部１３を介して、ハードディスク１４の再デコ
ード／エンコードＭＰＥＧデータ記録ハードディスク１
４ｂへ一時キャッシュ記録される。

【００６６】なお、キャッシュ記録される記録媒体１４
ｂは、ハードディスクに限らず、半導体メモリあるいは
光ディスク媒体等の高速ランダムアクセスが可能である
記録媒体であればよい。

【００６７】図４は、ＭＰＥＧデータストリームをキャ
ッシュ記録する場合の動作説明図である。図４におい
て、ハードディスク１４ｂ上のリードポインタより、前
後方向に例えば４個のＧＯＰのキャッシュ読み込み（フ
ォアードキャッシュ、バックキャッシュ）を行う。この
動作は読み込みポインタが変更される毎に逐次行われ
る。図４に示した例では、リードポインタ前後の６０フ
レームに対してのフレーム単位の特殊再生が可能であ
り、リードポインタを順次シフトすることにより、全て
の領域においてフレーム単位の特殊再生が可能となる。

【００６８】上記ハードディスク１４ｂにキャッシュ記
録されたＭＰＥＧデータストリームは、ハードディスク
１４ｂから読み出され、データ転送制御部１３を介して
ＭＰＥＧ伸張装置６０に送出される。

【００６９】ＭＰＥＧ伸張装置６０は、ＧＯＰの先頭に
位置するＳＨデータより、伸張パラメータを認識し、伸
張パラメータ制御部９により伸張パラメータが設定さ
れ、基のディジタル画像データに復元され、出力ＡＶプ
ロセスにより基の映像信号及び音声信号に変換されて出
力端子２から出力される。

【００７０】本発明の第１及び第２の実施の形態で述べ
ているＭＰＥＧデータストリームのフレーム内符号（ま
たはフィールド内符号）化による再ＭＰＥＧ圧縮動作
は、ＭＰＥＧ符号化に限定されず、例えば、モーション
ＪＰＥＧ圧縮動作であってもよい。

【００７１】図６にモーションＪＰＥＧ圧縮変換を適用
した実施形態を示す。図６において、５０はスイッチ、
５１はモーションＪＰＥＧ（以下ＭＪＰＥＧと称す）伸
張装置、５２はＭＪＰＥＧ圧縮装置、５３はバッファメ
モリ（ここではハードディスク）である。なお、図１と
同一のブロックには同一の符号を付し、その詳細な説明
は省略する。

【００７２】ハードディスク１４に格納されているＭＰ
ＥＧデータストリームは、再生するポインタから前後の
所定サイズ分がデータ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ
伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、
ＧＯＰの先頭に位置するＳＨデータより、伸張パラメー
タを認識し、伸張パラメータ制御部９により伸張パラメ
ータが設定され、基のディジタル画像データに復元され
る。

【００７３】復元されたディジタル画像データは、ＭＪ
ＰＥＧ圧縮装置５２に送出される。ＭＰＥＧ圧縮装置５
２はフレーム内符号圧縮（あるいはフィールド内圧縮）
されたＭＪＰＥＧデータストリームをバッファメモリ５
３へ、一時キャッシュ記録する。

【００７４】一旦、キャッシュ記録されたＭＪＰＥＧデ
ータストリームは、バッファメモリ５３から逐次読み出
され、ＭＪＰＥＧ伸張装置５１に送出される。ＭＪＰＥ
Ｇ伸張装置５１は、基のディジタル画像データに復元
し、スイッチ５０を介して、出力ＡＶプロセス５に供給
され、この出力ＡＶプロセス５により基の映像信号及び
音声信号に変換されて出力端子２から出力される。

【００７５】以上、本発明の第２の実施の形態では、ハ
ードディスク１４ａ上の再生ポインタ近傍のＭＰＥＧデ
ータストリームを所定サイズ毎に逐次読み込み、さらに
伸張動作を行い、再度フレーム内符号（あるいはフィー
ルド内符号）ＭＰＥＧ圧縮に変換して、メモリ（ここで
はハードディスク１４ｂ）へキャッシュ記録を行いなが
ら、フレーム内符号ＭＰＥＧ圧縮されたストリームを伸
張することにより、ＭＰＥＧデータストリームの特殊再
生を実施している。

【００７６】したがって、本発明の第２の実施形態によ
れば、第１の実施形態と同様に、逆転再生等の特殊再生
においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデ
オサーバ装置を実現することができる。さらに、本発明
の第２の実施形態によれば、ハードディスク等の記憶媒
体の使用効率を向上でき、必要な容量を削減することが
できる。

【００７７】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態を図７を用いて説明する。図７において、３は
ディジタル入力端子、１２はスイッチである。なお、図
７において、図１に示した機能ブロックと同一の機能ブ
ロックには、同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００７８】本発明の第３の実施形態は、例えばディジ
タル電話回線（ＩＳＤＮ）或いは専用ケーブル等を用い
て家庭内に配信されるデジタル情報（例えば、ディジタ
ル画像信号及び音声信号のＭＰＥＧデータストリーム）
を、フレーム内符号或いはフィールド内符号ＭＰＥＧデ
ータストリームに変換しながらハードディスク等の大容
量記録媒体へ格納するビデオサーバ装置である。

【００７９】また、ユーザの選択により受信される生の
ＭＰＥＧデータストリームをダイレクトに格納すること
もできる。

【００８０】図７のディジタル入力端子３から入力され
るＭＰＥＧデータストリームは、スイッチ１２（Ｒｅ−
Ｅｎｃｏｄｅ側に接続）を介してＭＰＥＧ伸張装置１１
へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、上記ＭＰＥＧ
圧縮されたフレームをＧＯＰ単位にＩピクチャから順に
前方向のピクチャを順序正しく読み込むことにより、Ｍ
ＰＥＧデータストリームを基画像ディジタル信号に復元
する。

【００８１】復元された基画像ディジタル信号は、スイ
ッチ７（Ｌｏｏｐ１側に切換え）を介して、ＭＰＥＧ圧
縮装置１０に入力される。ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧
縮パラメータ変更制御部８により、圧縮パラメータを例
えば図２に示すようなＧＯＰ構造に変換して再圧縮動作
を行う。

【００８２】ＭＰＥＧ圧縮装置１０により生成されたフ
レーム内符号化ＭＰＥＧデータストリームまたはフィー
ルド内符号化ＭＰＥＧデータストリームはスイッチ９０
（Ｌｏｏｐ２側に設定）及びデータ転送制御部１３を介
してハードディスク１４へ格納される。

【００８３】以上、本発明の第３の実施形態によれば、
比較的低速な通信回線を用いて得られるＭＰＥＧデータ
ストリームは、本発明のような大容量の記録媒体を持つ
ビデオホームサーバ装置へ記録する場合は、特殊再生が
可能であるフレーム内符号化圧縮データストリームに変
換した後、ハードディスクへ格納することで、フレーム
単位の特殊再生及び逆転再生が実現できる。

【００８４】なお、ユーザの選択により上記ＭＰＥＧデ
ータストリームを直接ハードディスクへ記録できること
もできる。

【００８５】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
を図８を用いて以下に説明する。なお、第４の実施形態
におけるビデオサーバ装置のブロック構成は、図１と同
一である。

【００８６】図８は、従来型のＭＰＥＧデータストリー
ム（通常ＧＯＰ）と、本発明の第４の実施形態における
ＭＰＥＧデータストリーム（固定サイズのＧＯＰ）のＧ
ＯＰデータ並びを示し、横軸はデータサイズを示してい
る。また、図８において、符号ａ〜ｉ及びｊ〜ｏは、各
ＧＯＰにおけるＩピクチャ位置を示す。

【００８７】ＭＰＥＧデータストリームは、圧縮前の現
画像データ条件により、圧縮後のデータサイズはそれぞ
れ異なる。例えば、図８に示す通常ＧＯＰのデータ並び
の様に例えば、各ＧＯＰのサイズ（以下説明ではサイズ
の単位は無とする）は、ＧＯＰ１は１．０、ＧＯＰ２は
０．７、ＧＯＰ３は０．４、ＧＯＰ４は０．７、ＧＯＰ
５は０．４、ＧＯＰ６は１．１、ＧＯＰ７は０．４、Ｇ
ＯＰ８は０．４、ＧＯＰ９は０．９で構成される。そし
て、それぞれサイズの異なるＧＯＰは、ビデオサーバ装
置のハードディスク内に記録される。

【００８８】また、各ＧＯＰ内のＩピクチャは、ＧＯＰ
内の先頭ＳＨに続くピクチャに位置（図８のａ〜ｉ、ｊ
〜ｏ）している。したがって、例えば高速な特殊再生に
おいては各ＧＯＰ内のＩピクチャだけを拾い読みする必
要がある。そのためには、ハードディスク上のどの場所
にＩピクチャが記録されているのかを即座に把握しなけ
ればならない。

【００８９】通常は、逐次ＧＯＰの先頭ＳＨを読み込む
ことにより、ＧＯＰのデータサイズ、ピクチャ構成を把
握し、Ｉピクチャの記録位置を算出してデータを再生し
ている。あるいは、あらかじめＩピクチャが記録されて
いる場所を示すアドレス表をハードディスク上に記録し
ておき、そのアドレス表を引用してＩピクチャを検索し
ている。

【００９０】しかし、従来の方法では、逐次各ＧＯＰの
先頭ＳＨ情報を読み込み、解読する動作あるいは、アド
レス表の引用動作は、Ｉピクチャ検索処理の複雑さと読
み出し遅延を発生する要因となる。

【００９１】本発明の第４の実施形態では、上記ＧＯＰ
サイズを統一化することで、先頭ＳＨを読み込み、解読
することなしに、ハードディスク上の各ＧＯＰにおける
Ｉピクチャ記録位置を検索できるものである。

【００９２】ＧＯＰサイズの統一化手段として、図１に
おけるＭＰＥＧ圧縮装置１０と圧縮パラメータ変更制御
部８により以下の動作を行うことにより実現される。

【００９３】例えば、図８の固定サイズＧＯＰに示すＧ
ＯＰ１〜ＧＯＰ６のサイズは全て１．０に統一化してい
る。ＧＯＰサイズを統一化する手段として、統一サイズ
（１．０）に満たないＧＯＰの場合は、無効データを追
加することによりＧＯＰサイズを統一する。

【００９４】また、統一サイズ（１．０）より大きくな
りそうなＧＯＰは、あらかじめＩピクチャの圧縮率を変
更（高める）することで、ＧＯＰサイズを統一する。な
お、Ｉピクチャ以外のＰピクチャ及びＢピクチャの圧縮
率を変更してもよい。

【００９５】ビデオサーバ装置のハードディスク内に記
録されたＧＯＰは、サイズが固定であることから、ハー
ドディスク内のＩピクチャが記録されている位置を推測
することは容易であり、従来のように先頭ＳＨの読み込
み、解読は不必要となる。

【００９６】すなわち、ハードディスク上のＩピクチャ
記録位置は、ＧＯＰサイズ（１．０）の倍数に当たるア
ドレスであることから容易にＩピクチャ検索を行うこと
ができる。

【００９７】以上、本発明の第４の実施形態によれば、
従来のＧＯＰのサイズを固定サイズにすることにより、
ハードディスク上のＩピクチャ記録位置を容易に検索す
ることが可能となり、ビデオサーバ装置の高速可視を行
う際のＩピクチャ検索処理が容易となる効果がある。

【００９８】なお、本発明は、ＶＴＲ装置にも適用可能
である。この場合には、ハードディスク１４ａが、ビデ
オテープとなり、ハードディスク１４ｂが、半導体メモ
リ等のメモリとなる。または、この逆の構成でも良い。

【００９９】

【発明の効果】本発明の第１の実施形態によれば、フレ
ーム相関圧縮を用いたＭＰＥＧデータストリームを一旦
基のディジタルデータに伸張し、ＭＰＥＧ圧縮装置の画
像圧縮パラメータをフレーム内圧縮方式あるいはフィー
ルド内符号圧縮方式に変更し、再度ＭＰＥＧ圧縮を行
い、該再圧縮されたＭＰＥＧデータストリームをハード
ディスクへ格納、またはハードディスクから再生するこ
とで、フレーム単位あるいはフィールド単位の特殊再生
及び逆転再生が可能となる。

【０１００】したがって、逆転再生等の特殊再生におい
ても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサー
バ装置を実現することができる。

【０１０１】また、第２の実施形態によれば、記録媒体
上の再生ポインタ近傍のＭＰＥＧデータストリームを所
定サイズ毎に逐次伸張し、再度フレーム内符号（あるい
はフィールド内符号）ＭＰＥＧ圧縮に変換して、メモリ
（ここではハードディスク）へキャッシュ記録を行いな
がら、再符号されたＭＰＥＧストリームを伸張すること
により、ＭＰＥＧデータストリームの特殊再生が実現で
きる。

【０１０２】したがって、逆転再生等の特殊再生におい
ても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサー
バ装置を実現することができるとともに、ハードディス
ク等の記憶媒体の使用効率を向上でき、必要な容量を削
減することができる。

【０１０３】また、本発明の第３の実施形態によれば、
比較的定速な通信回線を用いて得られるＭＰＥＧデータ
ストリームは、本発明のような大容量の記録媒体を持つ
ビデオホームサーバ装置へ記録する場合は、特殊再生が
可能であるフレーム内符号化あるいはフィールド内符号
化圧縮データストリームに変換した後、ハードディスク
へ格納することで、フレーム単位あるいはフィールド単
位の特殊再生及び逆転再生が実現できる。

【０１０４】なお、ユーザの選択により上記ＭＰＥＧデ
ータストリームを直接ハードディスクへ記録できること
もできる。

【０１０５】また、本発明の第４の実施形態によれば、
従来のＧＯＰのサイズを固定サイズに統一化することに
より、ハードディスク上の各ＧＯＰ内のＩピクチャ記録
位置を容易に算出することが可能となり、ビデオサーバ
装置の高速可視を行う際のＩピクチャ検索処理が容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるビデオサーバ
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】ＭＰＥＧデータストリームのＧＯＰ構成を示す
図である。

【図３】ＭＰＥＧデータストリームのＧＯＰ構成の他の
例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態におけるビデオサーバ
装置の動作を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態におけるビデオサーバ
装置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施形態をＭＪＰＥＧに適用し
たビデオサーバ装置の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第３実施形態におけるビデオサーバ装
置の構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第４実施形態におけるビデオサーバ装
置のＭＰＥＧフレーム構成を示す図である。

【図９】標準ＭＰＥＧフレーム構成を示す図である。

【符号の説明】

１、３映像・音声入力端子２映像・音声出力端子４入力ＡＶプロセス部５出力ＡＶプロセス部６、７スイッチ部８圧縮パラメータ変更部９伸長パラメータ変更部１０ＭＰＥＧ圧縮装置１１ＭＰＥＧ伸長装置１２スイッチ部１３データ転送制御部１４ハードディスク１４ａＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ｂ再デコード／エンコードデータ記録ディスク２０シーケンスヘッダ（ＳＨ）２１Ｉピクチャ２２Ｂピクチャ２３Ｐピクチャ２４ＧｒｏｕｐｅＯｆＰｉｃｔｕｒｅ（ＧＯ
Ｐ）５１Ｍ−ＪＰＥＧ伸張装置５２Ｍ−ＪＰＥＧ圧縮装置５３バッファメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤祐司茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所ＡＶ事業部内Ｆターム(参考） 5C052 AA01 AB03 AB04 AC08 CC11 DD04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データストリームを記録媒体へ記録するス
トリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリー
ムを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサー
バ装置において、少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変
換手段と、ディジタル信号を第１の圧縮パラメータまたは第２のパ
ラメータで圧縮し、データストリームを生成する符号化
手段と、データストリームを上記第１の圧縮パラメータまたは第
２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータま
たは第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、を
備え、上記第１の圧縮パラメータで圧縮し、上記記録媒体に記
録したデータストリームを、上記ストリーム再生手段に
より再生し、上記復号化手段により第１の伸張パラメー
タで伸張を行い、上記符号化手段により第２の圧縮パラ
メータで圧縮し、再度上記記録媒体に記録することを特
徴とするビデオサーバ装置。
【請求項２】データストリームを磁気テープ又は半導体
メモリへ記録するストリーム記録手段と、上記磁気テー
プ又は半導体メモリからデータストリームを再生するデ
ータストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置に
おいて、少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変
換手段と、ディジタル信号を第１の圧縮パラメータまたは第２の圧
縮パラメータで圧縮し、データストリームを生成する符
号化手段と、データストリームを上記第１の圧縮パラメータまたは第
２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータま
たは第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、を
備え、上記第１の圧縮パラメータで圧縮し、上記磁気テープま
たは半導体メモリの一方に記録したデータストリーム
を、上記ストリーム再生手段により再生し、上記復号化
手段により第１の伸張パラメータで伸張を行い、上記符
号化手段により第２の圧縮パラメータで圧縮し、再度上
記磁気テープまたは半導体メモリの他方に記録すること
を特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項３】データストリームを記録媒体へ記録するス
トリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリー
ムを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサー
バ装置において、第１の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを
入力するディジタル入力端子と、ディジタル信号を上記第１の圧縮パラメータとは異なる
第２の圧縮パラメータで圧縮し、データストリームを生
成する符号化手段と、データストリームを第１の圧縮パラメータに対応する第
１の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、を備え、上記ディジタル入力端子に入力される上記データストリ
ームを、上記複号化手段により伸張を行い、上記符号化
手段により圧縮して、上記記録媒体に記録することを特
徴とするビデオサーバ装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載のビ
デオサーバ装置において、上記符号化手段及び復号化手段は、国際標準ＭＰＥＧに
準じて情報圧縮及び伸張を行うことを特徴とするビデオ
サーバ装置。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか一項に記載のビ
デオサーバ装置において、上記符号化手段における第２の圧縮パラメータは、フレ
ームまたはフィールド単位で映像を駒落としすることを
特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項６】請求項４記載のビデオサーバ装置におい
て、上記符号化手段の圧縮パラメータを変更する符号パラメ
ータ変更手段をさらに備え、この符号パラメータ変更手段は、フレーム間順方向予測
符号化画像をフレーム内符号化画像に置き換える設定を
行うことを特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項７】請求項１または２記載のビデオサーバ装置
において、上記記録媒体の再生ポインタを変更する毎に記録媒体か
ら所定サイズのデータストリームの先読み込みを行い、
この先読み込みしたデータストリームに対して上記復号
化手段による伸張と上記符号化手段による圧縮を行うこ
とを特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項８】データストリームを記録媒体へ記録するス
トリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリー
ムを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサー
バ装置において、国際標準ＭＰＥＧに準じて、少なくとも映像信号を圧縮
し、同一サイズのＧＯＰブロック化したデータストリー
ムを生成する符号化手段と、上記ＧＯＰブロック毎に上記データストリームを伸張
し、少なくとも映像信号に復元する復号化手段と、を備
え、上記ＧＯＰブロックサイズを基にＧＯＰ毎から上記デー
タストリームを飛び越し再生することを特徴とするビデ
オサーバ装置。