JP2002051308A - リアルタイムコーディックデジタルビデオレコーダ及び該レコーダを備えたテレビジョン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりデータ量が少なくかつ劣化を押さえた圧
縮技術を用いて、簡易な構成で動画像の記録／再生を行
うことができるビデオレコーダ、及びそれを備えたテレ
ビジョン装置を提供する。 【解決手段】 入力されたデジタル動画像データはＡＣ
Ｔチップ１１に入力してＡＣＴ圧縮され、圧縮データが
メモリ１２に蓄えられる。メモリ１２に蓄えられた圧縮
データは、ＡＣＴチップ１１によってリアルタイムに伸
張され、伸張された動画像データが出力される。従っ
て、システムボード１０自体が、動画像の圧縮・記憶・
伸張手段を備えることになり、このシステムボード１０
を例えばテレビジョン装置に組み込むことにより、ビデ
オデッキとビデオテープを必要とすることなく、動画像
のリアルタイムな録画及び出力が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リアルタイムコー
ディックデジタルビデオレコーダ及び該レコーダを搭載
したテレビジョン装置、より詳細には、リアルタイムで
動画像データを圧縮／伸張できるチップを用いて、該チ
ップとメモリとをボード上に搭載することにより構成し
たボード型のビデオレコーダ、及び該ビデオレコーダを
備えたテレビジョン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオレコーダは、映像データや音声デ
ータをアナログデータとして磁気媒体に記録し、これを
再生するようにしたアナログビデオレコーダや、アナロ
グデータをデジタルデータに変換して半導体メモリやメ
モリカード等の記録媒体に記録するデジタルビデオレコ
ーダがある。一方、ＢＳデジタルやＣＡＴＶといったデ
ジタル放送も普及しつつあり、ユーザの選択肢が増える
とともに、ニーズも多様化している。このような多様化
するニーズに対して、放送する側、見る側の対応が急が
れるところである。

【０００３】デジタルビデオレコーダは、記録媒体に動
画像データを記録する際、入力する動画像データを圧縮
して記録する。そして動画像データを再生する際に、必
要なデータを伸張して出力し、再生表示を行う。画像デ
ータの圧縮においては、通常、ＭＰＥＧのような離散コ
サイン変換（ＤＣＴ変換）が用いられる。ＭＰＥＧは、
高能率なマルチメディア（音声、画像）符号化の規格化
を行う国際標準化組織である。ここで、記録、通信、放
送用符号化としてのＭＰＥＧ−１及びＭＰＥＧ−２が収
束したのを受けて、低ビットレートでの符号化をターゲ
ットとしたＭＰＥＧ−４が１９９３年に発足している。

【０００４】ＭＰＥＧ−４は、動画の符号化率の向上に
加えて、オブジェクト単位の符号化、高度な誤り耐性技
術、各種の階層性、自然画と合成画の統合、等を有する
高度で汎用的な次世代マルチメディア符号化方式として
まとめられようとしている。

【０００５】ＭＰＥＧ等のＤＣＴ変換符号化は、標本値
を交互に直交する座標系に変換することにより標本間の
相関を除去し、効率的な符号化を実現するものである。
ＤＣＴは、実際の画像の明るさをコサイン曲線に沿った
離散的なパターンに当てはめて、実際の明るさのパター
ンを個々の周波数成分に変換するもので、実際には、画
像をＮ画素×Ｍライン（例えば８×８の６４画素）から
なるブロック（モザイク）に分割し、このブロックを対
象に、画像情報を低い周波数成分から高い周波数成分に
かけて分解する。ここで、通常、低周波数成分にパワー
が集中するため、視覚特性を考慮したうえで、低周波数
成分に多くのビットを割り当て、高周波数成分は、少な
いビット数で粗く量子化したり、取り除いてしまったり
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとくのＤＣＴ
方式を含む従来の動画符号化方式においては、膨大なデ
ータ量の計算量を含むため、簡易な構成で低コストのデ
ジタルビデオレコーダを実現するのは困難であり、ま
た、ＤＣＴ符号化では高画質で高速の画像処理には限界
がある。

【０００７】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、よりデータ量が少なくかつ劣化を押さえた
圧縮技術を用いて、簡易な構成で動画像の記録／再生を
行うことができるリアルタイムコーディックデジタルビ
デオレコーダ及び該レコーダを備えたテレビジョン装置
を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、動画
像のデジタルデータを入力し、入力したデジタルデータ
を所定のアルゴリズムに基づいてリアルタイムで圧縮符
号化する圧縮符号化手段と、該圧縮符号化手段が圧縮符
号化した圧縮データを記憶するメモリと、該メモリが記
憶している圧縮データをリアルタイムで復号化する復号
化手段とを有し、該復号化手段が復号化したデータを出
力するリアルタイムコーディックデジタルビデオレコー
ダにおいて、前記圧縮符号化手段及び前記復号化手段
は、符号化及び復号化アルゴリズムを記憶し、該圧縮符
号化及び復号化を同時に実行可能なＩＣチップとして構
成され、前記圧縮符号化アルゴリズムは、画像データを
所定の画素ブロックごとに圧縮符号化し、該圧縮符号化
したデータを相関フィルタを用いてフィルタリングし、
該フィルタリングしたデータをハフマン符号化により可
変長符号に圧縮する処理を含むアルゴリズムであって、
前記復号化アルゴリズムは、前記圧縮符号化された圧縮
データを伸長して復号化することを特徴としたものであ
る。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記所定の画素ブロックは、２×４画素または２×
３画素によるブロックであることを特徴としたものであ
る。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記ＩＣチップ及び前記メモリをボード上
に搭載して構成したことを特徴としたものである。

【００１１】請求項４の発明は、デジタルレコーディン
グすべき放送チャンネルを選択する選択手段と、該選択
手段が選択した放送チャンネルのデジタルビデオ信号ま
たは前記選択した放送チャンネルのアナログ信号をＡ／
Ｄ変換したデジタルビデオ信号を入力する請求項１ない
し３のいずれか１に記載のリアルタイムコーディックデ
ジタルビデオレコーダと、該リアルタイムコーディック
デジタルビデオレコーダを操作する操作手段と、前記リ
アルタイムコーディックデジタルビデオレコーダが出力
したデジタルビデオ信号を表示画面に表示可能としたこ
とを特徴としたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるリアルタイ
ムコーディックデジタルビデオレコーダ（以下、ビデオ
レコーダとする）の構成及びその動作を説明するための
図である。本発明のビデオレコーダは、デジタル画像を
システムボード上で処理するものであり、このシステム
ボードを例えばテレビに組み込むことにより、ビデオデ
ッキやビデオテープを必要とせず、テレビ単体で動画の
記録や再生を行うことができるようになる。

【００１３】本発明のビデオレコーダによれば、従来の
圧縮技術に比して高効率で高品質のデータ圧縮をリアル
タイムに実現するアルゴリズムを記憶したチップ（以
下、本明細書中においては、上記本発明に係わるデータ
圧縮／伸張をＡＣＴ圧縮／伸張とし、ＡＣＴ圧縮／伸張
を実現するチップをＡＣＴチップとして記載する）を用
いることにより、データの圧縮及び伸長を同時にかつリ
アルタイムで行うことができるビデオレコーダを得るこ
とができる。

【００１４】本発明のビデオレコーダを組み込んだテレ
ビジョン装置は、従来のビデオレコーダが備え得るビデ
オ録画、再生、停止、ポーズ、及びその他のビデオ画像
の操作を行うための一般的な操作ボタンが設けられてお
り、ユーザは、録画する放送チャンネルを選択して、録
画操作をすることによりリアルタイムで良質の画像の録
画を行うことができ、かつ、再生、一時停止等上記の操
作ボタンを操作するだけでこれら機能を実行することが
できる。

【００１５】図１に示すシステムにおいて、入力された
デジタル動画像データはＡＣＴチップ１１に入力してＡ
ＣＴ圧縮され、圧縮データがメモリ１２に蓄えられる。
メモリ１２に蓄えられた圧縮データは、ＡＣＴチップ１
１によってリアルタイムに伸張され、伸張された動画像
データが出力される。従って、システムボード１０自体
が、動画像の圧縮・記憶・伸張手段を備えることにな
り、このシステムボード１０を例えばテレビに組み込ん
でデジタル放送されたデジタルデータまたはアナログ放
送されたアナログデータをＡ／Ｄ変換したデジタルデー
タを入力させることにより、ビデオデッキとビデオテー
プを必要とすることなく、動画像のリアルタイムな録画
及び出力が可能となる。

【００１６】本発明のビデオレコーダは、ＡＣＴチップ
によりリアルタイムな動画像の圧縮／伸張が可能である
ため、ユーザに対して非常に高い利便性を付与すること
ができる。本発明のビデオレコーダは、リアルタイムの
入力画像を圧縮・記憶しているときに、圧縮画像の伸張
及び伸張画像データの出力は、ユーザの都合に従って随
時一時停止することができる。そして、一時停止を解除
したあと表示を再開したときには、その時間的連続性を
途切れさせることなく画像データを出力することが可能
である。このときにも、入力画像の圧縮・記憶は続行さ
れる。すなわち、本発明によって、リアルタイムの動画
像処理における動画像表示のポーズを実行することがで
きるようになる。

【００１７】図２は、上述したごとくの本発明のビデオ
レコーダのポーズ機能の実行例について説明するための
図で、横方向を時間軸（ｔ）として入力動画像の圧縮・
記憶動作を上段２１に、記憶している圧縮データの伸張
・出力動作を下段２２に示すものである。本発明のビデ
オレコーダをテレビジョン装置に組み込んで動画像の記
録をリアルタイムで行っている場合を想定するとき、図
２に示すように、入力動画像の圧縮及び圧縮データのメ
モリへの記憶は、上段２１に示すように、ユーザによる
録画開始の指示入力から連続して実行される。

【００１８】圧縮画像の伸張及び伸張画像データの出力
は、ユーザの都合に従って随時一時停止することができ
る。図２に示すように、ｔ１からｔ２までは、動画像の
圧縮・記憶・伸張・出力がリアルタイムに行われ、ユー
ザは、表示画面上で入力画像をリアルタイムで見ること
ができる。

【００１９】そして、ｔ２で一時停止を実行してｔ３で
その一時停止を解除したときに、ユーザは一時停止した
ときの画像を続けてみることができる。すなわち、ｔ３
の時点で一時停止を解除したときに、ｔ２から始まる画
像をメモリから読み出して伸張して出力することが可能
である。同様に、ｔ５からｔ６まで一時停止をしたとき
にも、ｔ４から始まる続きの画像を出力することができ
る。このように、本発明によれば、動画像の圧縮及び伸
張をリアルタイムで同時に実行できるため、入力画像の
圧縮・記録を行いながら、メモリに記憶している画像デ
ータを伸張して出力することができるビデオレコーダを
得ることができる。

【００２０】本発明に適用されるＡＣＴチップは、従来
のＤＣＴ方式の圧縮技術とは、全く異なる技術思想によ
って圧縮／伸長処理を行うもので、ＤＣＴ方式における
複雑な離散変換処理のステップを必要とせず、その代わ
りに、冗長でない情報を見出し、特徴化し、効率的にコ
ード化する比較的簡単なロジックセットを用いるもので
ある。このＡＣＴによる圧縮では、ブロック間の冗長性
及びフレーム間の冗長性の両方を除去し、動画信号を表
すのに必要なデータを大幅に減少させることができるた
め、例えば携帯電話のごとくの低ビットレートの伝送路
においても自然な動画データの伝送を可能とし、またＤ
ＣＴのような多大な計算量を必要としないため、リアル
タイムな圧縮／伸長処理を可能とするものである。

【００２１】図３は、本発明のボード型リアルタイムコ
ーデックビデオレコーダに適用するＡＣＴアルゴリズム
について説明するための図である。ＡＣＴにおけるデジ
タル信号の圧縮（エンコード）のステップは、以下のご
とくである。まず、入力したＲＧＢデジタル信号の個々
のブロック（ピクセルのマトリックス）のブロック符号
化を行う（ステップＳ１）。このとき、２×４ピクセル
または２×３ピクセルを１ブロックとし、ブロック内を
２色の参照値を基に圧縮コード化を行う。

【００２２】上記のブロック符号化においては、１つの
ブロック内に有限の量の非冗長性、言い換えれば、カラ
ーＡとカラーＢに指定された二つの要素が存在すること
を前提としている。ブロック符号化において、デジタル
入力データは、デジタルの輝度値、及びカラーＡまたは
Ｂのいずれかを数字で指示するビットマップを有する２
色の画素に分割される。これらの情報の要素の大きさ
は、要求される色精度及びマトリックス中のピクセルの
数に依存する。

【００２３】各ピクセルの属性は、所定のフォーマット
の高さまたはデジタル長により表されるデジタルワード
にコード化される。これらのデジタルワードは、直前の
フレーム及び直前のブロックに対応するピクセルとの差
を含んでいる。また、ビットマップは、特定のマップパ
ターンの生起確率に対応して、マップパターンを指定す
る可変長のワード長をコード化するため、可変の長さを
有している。

【００２４】図３におけるブロック符号化（ステップＳ
１）のあと、ブロック毎及びフレーム毎のブロックデー
タは、メモリに送られてここで１フレーム分遅延されて
直前のフレームとして存在し、次いで、時間変数インパ
ルス応答フィルタであるテンポラルフィルタ（相関フィ
ルタ）を用いてフィルタリングされる（ステップＳ
２）。テンポラルフィルタは、イメージデータのエッジ
部のぼやけを起こすノイズを減少させ、エッジ効果を抑
制する。

【００２５】次いで、ハフマン符号化によるエントロピ
ー符号化が行われる（ステップＳ３）。ここでは、フレ
ーム間の冗長性を排除するためにフレーム間比較が行わ
れ、フレーム内及びブロック内の全ての冗長性を排除す
るために、ハフマンコード表を用いて可変長符号に圧縮
する。

【００２６】圧縮データの伸長は、基本的に圧縮ステッ
プを逆に行うことにより実現する。すなわち、圧縮デー
タを入力して、ランレングスを得るためのエントロピー
複合化を行い（ステップＳ４）、輝度及び／または色差
データを得るためのブロック複合化して（ステップＳ
５）、画素を生成して、アナログ信号に再変換するため
のデジタル信号フレームを再構築する（ステップＳ
６）。

【００２７】上記の圧縮コード化では、ブロックコード
化されたビデオ情報の各部ロックの各参照値をカウント
して蓄積し、新たにコード化されたブロックとこの蓄積
された値とを比較して差を取り、この差が設定された閾
値より大きい場合は新しいブロック値をそのまま現在の
ブロック値として蓄積するとともに、時間可変係数を０
からスタートさせ、また、この差が設定された閾値より
大きい場合にはフレーム値により係数Ｘ及び係数Ｙを表
から探しそれぞれ新しい値と蓄積された値とに乗じたの
ち加え合わせてフィルタされた値として蓄積し、その際
このカウント値が予め設定された最大値より小さいとき
は増加することによりノイズを減少させるようにする。

【００２８】また、上記のブロックコード化は、ビデオ
データをサンプリングしてこれを輝度値情報を加えたＡ
またはＢの２種類のピクセルからなるマトリックスのブ
ロックに形成し、ブロック内の各ピクセルＡに対しては
ビット０を、また、Ｂに対してはビット１をそれぞれ付
すことによりブロック内のピクセルＡ及びＢの一のマッ
プを形成する。

【００２９】上述のごとくのＡＣＴ圧縮技術は、２×４
ピクセルまたは２×３ピクセルを１ブロックとして、ブ
ロック符号化、及びハフマン符号化を基本とした非常に
シンプルなアルゴリズムで高品質な動画圧縮を実現でき
る。ＡＣＴによれば、ＤＣＴのように高周波成分を取り
除かないため多彩な色変化を詳細に再現でき、また再現
したときに画像をタイル化することがなく、エッジがシ
ャープな画像を提供できる。また６４０ピクセル×４８
０ピクセル×３０フレーム／秒の圧縮・伸張を実現で
き、圧縮時の画像劣化が非常に少なく、従来のＤＣＴの
ように、動画像の瞬間画像が流れず、１フレームを静止
画像として扱うことができる。上記のように、圧縮画像
データが非常に小さいため、全ての通信メディアに対応
可能で、応用製品化におけるパフォーマンスに優れてい
る。

【００３０】上記のように、ＡＣＴでは、アルゴリズム
がシンプルで圧縮・伸張の計算量が少ないため、エンコ
ード（圧縮）ＩＣチップのゲート数は、約３万ゲートで
すみ、また１チップＣＰＵ（８ｂｉｔ）にて、圧縮・伸
張を行うことができる特徴を有する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンパクトな構成で、よりデータ量が少なくかつ劣化を
押さえた圧縮技術を用いて動画像のリアルタイムな圧縮
／伸張処理を可能としたリアルタイムコーディックビデ
オレコーダと、このリアルタイムコーディックビデオレ
コーダを搭載して、ビデオのリアルタイムな録画／再生
を可能としたテレビジョン装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるボード型リアルタイムコーディ
ックデジタルビデオレコーダの構成及びその動作を説明
するための図である。

【図２】 本発明のビデオレコーダのポーズ機能の実行
例について説明するための図である。

【図３】 本発明のボード型リアルタイムコーデックビ
デオレコーダに適用するＡＣＴアルゴリズムについて説
明するための図である。

【符号の説明】

１０…システムボード、１１…ＡＣＴチップ、１２…メ
モリ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動画像のデジタルデータを入力し、入力
   したデジタルデータを所定のアルゴリズムに基づいてリ
   アルタイムで圧縮符号化する圧縮符号化手段と、該圧縮
   符号化手段が圧縮符号化した圧縮データを記憶するメモ
   リと、該メモリが記憶している圧縮データをリアルタイ
   ムで復号化する復号化手段とを有し、該復号化手段が復
   号化したデータを出力するリアルタイムコーディックデ
   ジタルビデオレコーダにおいて、前記圧縮符号化手段及
   び前記復号化手段は、符号化及び復号化アルゴリズムを
   記憶し、該圧縮符号化及び復号化を同時に実行可能なＩ
   Ｃチップとして構成され、前記圧縮符号化アルゴリズム
   は、画像データを所定の画素ブロックごとに圧縮符号化
   し、該圧縮符号化したデータを相関フィルタを用いてフ
   ィルタリングし、該フィルタリングしたデータをハフマ
   ン符号化により可変長符号に圧縮する処理を含むアルゴ
   リズムであって、前記復号化アルゴリズムは、前記圧縮
   符号化された圧縮データを伸長して復号化することを特
   徴とするリアルタイムコーディックデジタルビデオレコ
   ーダ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のリアルタイムコーディ
   ックデジタルビデオレコーダにおいて、前記所定の画素
   ブロックは、２×４画素または２×３画素によるブロッ
   クであることを特徴とするリアルタイムコーディックデ
   ジタルビデオレコーダ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のリアルタイム
   コーディックデジタルビデオレコーダにおいて、前記Ｉ
   Ｃチップ及び前記メモリをボード上に搭載して構成した
   ことを特徴とするリアルタイムコーディックデジタルビ
   デオレコーダ。
4. 【請求項４】 デジタルレコーディングすべき放送チャ
   ンネルを選択する選択手段と、該選択手段が選択した放
   送チャンネルのデジタルビデオ信号または前記選択した
   放送チャンネルのアナログ信号をＡ／Ｄ変換したデジタ
   ルビデオ信号を入力する請求項１ないし３のいずれか１
   に記載のリアルタイムコーディックデジタルビデオレコ
   ーダと、該リアルタイムコーディックデジタルビデオレ
   コーダを操作する操作手段と、前記リアルタイムコーデ
   ィックデジタルビデオレコーダが出力したデジタルビデ
   オ信号を表示画面に表示可能としたことを特徴とするテ
   レビジョン装置。