JP2004282780A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でＡＦ制御等の光学系の調整を良好に行えるようにする。
【解決手段】 ＨＤＴＶカメラ２５から出力された高周波成分を含む映像信号は、合焦制御回路１１と、方式変換回路２７と、撮像モード選択回路２６とに出力される。すなわち、合焦制御回路１１には、ＨＤ−ＮＴＳＣダウンコンバータ等の方式変換回路２７により高周波成分が除去されていない映像信号がそのまま入力されるので、合焦制御回路１１により合焦制御を行うに当たり、各撮影モード（テレビ信号規格）毎に各種のパラメータを最適化するという複雑に構成を採らずに、高周波成分をそのまま利用するという簡単な構成で高精度の合焦制御が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特にＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式等の複数のテレビジョン方式に対応して自動合焦制御等の光学系の調整を行うのに好適な撮像装置に関する。

世界のテレビジョン方式は、現在でもＮＴＳＣ、ＰＡＬを代表として多数有り、それぞれの地域にて用いられてきた。近年これらの方式に加え、更に精細度の高いＨＤＴＶ規格が各国で提案、試作、検討が行われ始めている。これら各方式の映像信号等の空間周波数特性は、それぞれ異なっており、例えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式の場合は、図２２のようになっている。

一方、民生用ビデオカメラにおける自動合焦方式としては、撮像された映像信号中の高調波成分の増減に基づいて合焦か否かを判断して合焦制御を行う、いわゆるＴＶＡＦ方式が主流となっている。
特開平０５−０３０４７１号公報 特開平０５−０９１４６０号公報 特開平０５−１９１７０７号公報 特開平０２−２１０３１２号公報 特開平０５−１３６３１０号公報 特開平０４−３６３９８８号公報

しかし、このように多様なテレビジョン方式の内の幾つか複数種類に対応可能なビデオカメラを構成した場合において、上記のＴＶＡＦ方式により合焦制御を行ったとき、上記のように各テレビジョン方式の空間周波数が異なるため、各撮影モード（規格：テレビジョン方式）毎に各種のパラメータを最適化する調整が必要となり全体が複雑な構成になるという問題点を有していた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、簡単な構成で光学系の調整を良好に行い得る撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された所定の信号規格の映像信号を他の信号規格の映像信号に変換する変換手段とを有する撮像装置において、前記変換手段により変換される前の信号規格の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けている。

上記目的を達成するため、第２の発明は、被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された映像信号を画像処理すべく記憶する記憶手段とを有する撮像装置において、前記記憶手段に記憶される前の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けている。

上記目的を達成するため、第３の発明は、被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された映像信号を画像処理すべく当該映像信号の空間周波数特性を変更する変更手段とを有する撮像装置において、前記変更手段により空間周波数特性が変更される前の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けている。

本発明によれば、簡単な構成で光学系の調整を良好に行い得る撮像装置を提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔カムコーダ全体の説明〕
図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置を適用したカメラ一体型ＶＴＲ（以下、カムコーダという）の概略構成図である。本カムコーダは、現行テレビジョン方式及び将来の高精細テレビを対象とした、複数のテレビ規格でのカメラ撮影、圧縮信号処理、ＶＴＲ記録を一括して取り扱える、マルチモード対応のカムコーダである。

本カムコーダにおける複数のモードは下記に詳説する通り、撮像モード、圧縮モード、記録モードの３つの主要部分からなっている。

撮像モードの選択
ＨＤＴＶカメラ２５に内蔵されたＣＣＤによって被写体像が光電変換されて、高精細度な情報量の多いＨＤ信号として出力される。

このＨＤ信号は、例えばスタジオ規格では、撮像有効画素数１９２０Ｈ×１０３５Ｖ画素でサンプリング周波数は７５．３ＭＨｚとしたものであり、２分配されて、一方はＨＤ信号がそのまま撮像モード選択回路２６に入力され、他方はダウンコンバータ等の方式変換回路２７に入力される。

この方式変換回路２７は、例えば「昭和６０．９ ＮＨＫ技研月報 ｐｐ．３５９〜３６４」に記載されているように、ＨＤ信号を標準放送方式（以下、ＳＤと称す）であるＮＴＳＣ，ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ等に変換するために、情報量を減少させるものである。

しかしながら、現在、撮像系の焦点調節（ピント合わせ）としては、ＴＶＡＦ方式と称する、撮像した映像信号の高周波成分を検出することにより合焦あるいは非合焦の判断を行うＡＦ（オートフォーカス）技術が主流であり、本カムコーダにおいてもＴＶＡＦ方式を採用している。

そこで、撮像した映像信号（ＨＤ信号）中の高周波成分を効率良く利用してＡＦ制御を行うべく、本発明では、前記方式変換処理にて高周波成分が減少する以前の信号をそのまま合焦制御回路１１に供給するようにしている。

ここで、ＨＤＴＶ−ＮＴＳＣの方式変換装置（通称ダウンコンバータ）を例にとると、図２に示すような構成となる。

アスペクト比の変換
図３に代表的な変換のモードを３種類示す。

モードＡ：サイドパネル方式と呼ばれ、１６：９のハイビジョン画像の両側を削除して、アスペクト比を４：３とするものである。従来方式のＮＴＳＣ信号を希望する場合には、本モードを選択すると良い。

モードＢ：スクイーズ方式又はフルモードと呼ばれ、ハイビジョン画像を横方向に圧縮しアスペクト比を４：３とするもので、変換画像は縦長となる。ワイド画面対応のＮＴＳＣ信号に変換する場合には、本モードを選択すると良い。

モードＣ：レターボックス方式と呼ばれ、アスペクト比４：３の画面の中に１６：９の画像を表示するように変換するもので、ＮＴＳＣ画像では上下両端では画像がなく黒となる。ＨＤＴＶカメラで撮像した画角を活かした絵作りをしたい場合には、本モードを選択すると良い。

走査線数の変換
走査線数の変換処理は垂直内挿フィルタにおいて行われ、７サイクルを１周期とするライン順位に応じて切替わる加重平均回路を構成している。

フィールド周波数の変換
フィールド周波数の変換処理は走査線数変換の後、バッファメモリを用いて行われ、フレームシンクロナイザと同様の機能を持つ時間軸補正器にて実時間処理が可能である。一般に使用されているフレームシンクロナイザでは、１フレームメモリの容量で約３３秒に一回の割合でフレームスキップを引き起こすが、このフレームスキップが動画で起こると不自然なとびになる。これに対して、動き適応型フィールド周波数変換では、フレーム差信号を用いて動き検出、シーンチェンジ検出を行い、次の４条件のいずれかが満たされた時にフレームスキップを行う。

1) 数字静止画像であるとき
2) シーンチェンジが発生したとき
3) 動画領域が比較的小さいとき
4) フレームバッファメモリの残余がなくなったとき
なお、フィールド周波数はハイビジョンが６０Ｈｚ，ＮＴＳＣ方式が５９．９Ｈｚで１０００／１００１の相違がある。

ＨＤ−ＮＴＳＣ方式変換装置の例
以上のような構成により、図２に示すＨＤ−ＮＴＳＣ方式変換装置を例にとると、ＨＤ信号は、アスペクト比変換回線４０で１６：９から４：３に変換し、次いで走査線数変換回路４１で走査線数を１１２５本から５２５本に変換し、フィールド周波数変換回路４２でフィールド周波数を６０Ｈｚから５９．９４Ｈｚに変換し、ＮＴＳＣエンコーダ４３を経てＮＴＳＣ信号として出力する。

操作パネル２９では、ＨＤ，ＳＤ−Ｈｉ（業務用の高画質で水平解像度４５０本程度）、ＳＤ−Ｌｏｗ（一般家庭用の標準画質で水平解像度２３０本程度）が選択できるようになっており、ＨＤモードを選択した場合には、その選択信号は、システムコントローラ２８を経て撮像モード選択回路２６に入力され、撮像モード選択回路２６は、スルーで入力されたＨＤ信号を選択して出力する。

一方、ＳＤ−Ｈｉ又はＳＤ−Ｌｏｗを選択した場合には、撮像モード選択回路２６は、方式変換回路２７によりダウンコンバート変換されたＮＴＳＣ信号を選択して出力する。

圧縮モードの選択
撮像モード選択回路２６によって出力された映像信号は、映像情報として圧縮回路２９に入力される。この圧縮回路２９は、複数の圧縮モードを有しており、圧縮モードに応じて圧縮率と圧縮方式が変えられるようになっている。圧縮率は１／４，１／８，１／１６，１／３２等が挙げられる。圧縮方式としてはＤＣＴ，ＤＰＣＭ，アダマール変換，ＡＤＲＣ等が挙げられ、これらの組み合わせ、例えば、圧縮モード１をＤＣＴとし、圧縮モード２をＤＰＣＭとすることができる。また、同一圧縮方式で圧縮率のみを選択可能としてもよい。圧縮処理された信号は、圧縮モード選択回路３０に入力され、所望の圧縮モードを選択し、圧縮処理信号を出力する。

これらのモード選択は、ＶＴＲ側の記録時間や画質の選択あるいはカメラの撮像画質やモード設定と密接な関係があり、前記ＶＴＲ又はカメラのモード設定に応じて自動的に選択設定される。

画像圧縮後のデータレートは、後述の記録系との関連で例えば、ＨＤで５０Ｍｂｐｓ，ＳＤ−Ｈｉで２５Ｍｂｐｓ，ＳＤ−Ｌｏｗで１２．５Ｍｂｐｓ等の整数比となることが望ましい。

記録モードの選択
圧縮モード選択回路３０により出力された圧縮信号は、記録処理回路３１に入力され、２組のヘッド対のＨａ，ＨｂとＨｃ，Ｈｄに対応したチャネル別の信号に２分配し、それぞれ記録アンプ３２によって増幅されて、ドラム３３に設けられた２組のヘッド対の磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄにて磁気テープ３４上にデジタル記録される。トラック幅は各記録モード共に同一で、圧縮モード選択回路３０の選択結果に応じ、記録モードが適宜選択され、データレートに見合ったデータ記録トラックを磁気テープ３４上に形成する。

サーボ制御回路３５により、回転ドラム３３とキャプスタン３７は各々ドラムモータ３９とキャプスタンモータ３８により駆動制御され、回転ドラム３３の回転数及びテープ走行速度を所定目標値に保つ。

このサーボ制御回路３５の所定目標値は、操作パネル２４からの動作指示に応じて、システムコントローラ２８の制御の下に各種モードに応じて設定される。 操作パネル２４に設けられたモード選択スイッチの状態に応じ、前記各種モード選択は下記の通り行われる。

〔ＨＤＴＶカメラの説明〕
図４は、ＨＤＴＶカメラ２５の概略構成を示す図である。

被写体１からの入射光は、焦点位置を可変するフォーカスレンズ２、倍率（焦点距離）を可変するズームレンズ３、光量を調節するアイリス４からなる撮像光学系を通り、カラーフィルタ５とＣＣＤ（固体撮像素子）６からなる光電変換部に入射して、ＣＣＤ６によりカラー映像信号に変換される。

フォーカスレンズ２、ズームレンズ３、アイリス４には、例えばステッピングモータ等の駆動部材９ａ，９ｂ，９ｃがそれぞれ備えられており、ＡＦ（自動合焦制御）回路１１、ＡＥ（自動測距）回路１０あるいはキー入力部１６からの信号に応じ、接続されたカメラシステムコントローラ（以下、カメラシスコンという）１３を介して駆動制御されることで適正画面が撮影できるように構成されている。

ＣＣＤ６では、その受光部で発生した光電荷が転送部に転送されて、出力信号として取出される。この信号は、ＣＤＳ回路７により雑音が低減され、ＡＧＣ回路８によってゲインが制御される。このときＡＥ回路１０からの情報も参考にし、カメラシスコン１３を経てゲインが調整され、その後、色処理回路１４を経て信号処理回路１５へ信号が供給される。

カメラシスコン１３は、キー入力部１６によって設定された焦点位置、倍率（焦点距離）、露出等の値に応じて、前記撮像光学系の駆動部材９ａ〜９ｃを適宜制御する。又、ＣＣＤ６の駆動パルスが各種動作と同期するようにクロック発生回路１７で発生すべきクロックを制御している。

ゲイン調整後、ＡＷＢ回路１２により、ホワイトバランス調整用の制御信号が生成され、色処理回路１４にて色差信号のゲインが調節される。次に、信号処理回路１５によってＲＧＢの３原色に分離されたカラー映像信号をコンポジット信号に変調して出力する。

コンポジット出力信号は、カメラシスコン１３からの情報が得られるように、加算器２１にて、表示情報発生回路１９の出力信号と加算され、ビューファインダ２０に入力されるので、ユーザは被写体１の様子と共に各種の情報を見ることができる。

コンポーネット出力信号は、前段のＲＧＢ原色信号から取り出しても良いし、前々段のＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ色差信号から取り出しても良い。

もちろん、本エンコーダ１８のＹ／Ｃ分離型（例えばＳ端子形式）の（２つの色信号Ｉ，Ｑ若しくはＲ−Ｙ，Ｂ−Ｙが直交変調された）形態でも良い。

なお、例示していないが、上記の各信号処理をデジタルデータの状態で処理する場合には、ＤＡＣ（ディジタルアナログ変換器）を通す前のデジタルデータの状態で出力しても構わない。

前記の輝度（Ｙ）と色（Ｃ）の情報を２分配して一方は直接、方式選択回路２２へ、他方は方式変換回路２３の処理を経由して方式選択回路２２へ各々供給する。そこで方式選択回路２２は、方式変換前と変換後の２つの画像情報を選択的に出力する。この選択は、カメラシスコン１３を介してキー入力部１６から指示する。方式変換回路２３は、ダウンコンバータ形式でも、ＰＡＬ−ＮＴＳＣ等のＳＤ同士での変換であっても良い。

ここで、方式変換とＴＶＡＦの関係を説明すると、ＨＤＴＶ信号は現行方式のおよそ５倍の情報量を有すると言われており、高周波スペクトル成分に関しても当然ＨＤＴＶ信号の方がＳＤ信号よりも多量に含有している。

撮像光学系の焦点位置を至近から無限遠まで変化させたときの上記２方式の高周波成分含有量のレベル変化を図２１に示す。

図２１において、カーブＡがＨＤＴＶ信号の変化曲線であり、カーブＢは現行ＴＶ信号の変化曲線を示している。双方とも合焦点でカーブの山が頂点に達しており、合焦点の高さはＡ＞Ｂである。ＡＦ再起動をかける場合の合焦領域ａ及びｂはａ＜ｂでカーブの急な方が合焦領域が狭く頻繁に再起動演算処理を行うことになり、結果として合焦精度の点だけで言うとカーブＡが良い合焦特性を示すことになる。つまり情報量の多いＨＤ−ＴＶの映像情報を用いた方がＴＶＡＦの性能が良いということが言える。そこで、ダウンコンバータを用いた撮像系においては、ＴＶＡＦのための情報はダウンコンバータで処理される前の映像情報を用いると良い。

ちなみに、ＮＴＳＣ方式とＰＡＬ方式という現行方式間でも図２２に示した通り、信号周波数成分が大きく異なるので、被写体や撮影条件（周囲の照度等）に応じて最良の周波数成分を選択的に用いるようにして、検出精度を向上させることが望まれる。

図２２に示した通り、３種類の周波数軸による座標平面で、水平周波数を同一として各々の軸で、ＮＴＳＣ方式は、時間軸で６０画面／秒、垂直は５２５走査線ゆえ、各々６０／２と５２５／２にて規定された周波数領域内に映像信号成分が存在する。また、ＰＡＬ方式は、時間軸で５０画面／秒、垂直は６２５走査線ゆえ、各々５０／２と６２５／２にて規定された周波数領域内に映像信号成分が存在する。

これらの特性の違いをうまく使い分けることによって、ＴＶＡＦの性能を更に向上させることが可能になる。

また、方式変換手段中には、前述のごとく、例えば、フィールド周波数変換回路４２等のフィールドメモリなどによる画像情報の１画面以上の遅延が発生する。

この情報遅延に基づいて、ＴＶＡＦ制御信号を生成すると、ピント合わせの動作として不安定で応答の遅いテレビＡＦシステムとなってしまう。

本発明によれば、この様なメモリによる遅延に起因するＡＦシステムの応答劣化が回避可能となる。

〔動画像圧縮技術〕
圧縮の原理は、画像の有する冗長性を取り除くことによりデータ量を削減することである。静止画像においては画像の空間的冗長性に着目した処理を行う。一方、動画像においては画像の時間的冗長性に着目した処理を行うが、基本原理は、静止画像圧縮技術に基づいている。動画像圧縮の要素技術は、次の４点である。

1) ＤＣＴ処理
2) 量子化処理
3) 符号化処理
4) 動き適応化処理
なお、伸張過程は、上記圧縮過程の逆操作と考えれば良い。

上記1)〜3)が静止画と動画に共通の項目である。

詳細は、「エレクトロニクス１９９２年５月号マルチメディアと情報圧縮」を参照。

以下、順を追って概要を説明する。

1) ＤＣＴ（discrete cosine Transform：離散コサイン変換）処理
☆定義：空間座標の値を周波数に変換することをいう。

圧縮の前処理として８×８画素程度の画素の集まりに入力画面をブロック化する。

次に、ＤＣＴ係数の乗算処理を行うことで、空間データを周波数データに変換する。このＤＣＴ処理だけでは何らデータ量の削減にはならないが、画面内に広く分散していたデータを他の座標系でみると、データが集中配置されるように座標変換できる。つまり、画像の一般的な特性として、空間周波数の低い側により多くの情報エネルギーが集中するという傾向を利用して、ＤＣＴ処理以降の圧縮処理を効果的に実行するという役割をこの処理ステップが果たすのである。

2) 量子化処理
☆定義：周波数成分に変換された係数の語長をまるめることで、データ量を削減する。

ＤＣＴ処理により生成した各周波数成分毎のデータ係数の集合に適当な数値にて割り算を施し小数点以下を切り捨てる。その結果、各係数データを表現するのに要するビット数が低減でき、全体の量子化データ量が圧縮されることになる。この除数を各周波数成分毎にきめ細かく設定することで、必要な画質を保ちながら圧縮率を向上させることができる。

3) 符号化処理
☆定義：データ発生頻度に応じた長さの符号を割り当てることを特徴とする符号化。以下の三つの処理から成っている。

ａ．ジグザグスキャン
２次元配列されている周波数係数データを１次元データ列に変換するためにＤＣ成分から水平と垂直の高周波成分へジグザグ状に移動しながら、データの並び替え動作を行う。

ｂ．ランレングス符号化
同一数値（主にゼロ）の連続発生を一括して表現する符号で置き換える。例えば「ゼロが８連続している」等である。この様に複数データに１つの符号を割り当てることで、符号化ビット数を削減する。また、ある位置以降のデータが全てゼロの場合には、エンドコードを割り当てる。これは、「本データをもって、当ブロック内のデータ伝送を終了する」と定義されたもので、大きなデータ削減効果を有する。

ｃ．ＶＬＣ（Variable Length Coding：可変長符号化）
出現頻度の高い数値に、ビット数の少ない符号を割り当てることで、実質的な総符号化ビット数の削減を行う。

4) 動き適応化処理
☆定義：静止画圧縮に、「動きを検出し予測」する技術を付加することが基本原理。以下に、テレビ放送規格の動画像情報圧縮技術の３つの要点を説明する。

ａ．動き検出
フレームメモリ等の画像データのバッファにフィールドまたはフレームの整数倍の時間に相当する画像データを蓄積し、時間遅延を発生させる。このメモリの入出力端の時間差において、対応する画素のデータがどれくらい生じたかにより動きを判別する。最も単純な例では、フィールド間の輝度データの差異を演算し、この差分値の絶対量をもって動き量とする。この例の他に、相関マッチング法などの画素データの相関度の高い位置の２次元座標の移動を算出することにより、動きベクトルを検出する手法も確立されている。

ｂ．動き予測補償
画像の動きを動きベクトルから予測して、新たな画像を演算により生成し、この画面と実際の画面との差異分のみを補償データとして送信することで、データ量が削減できる。つまり、動きの少ない静止部分の多い画面や動きが緩やかな画面、或いは直線的で予測誤差の発生の少ない動画面ほど圧縮効果が高くなる。

ｃ．インターレース符号化
ＮＴＳＣ等のテレビ信号は、走査線（以下、ラインと称す）が１本毎に飛び越し配置されるインターレースという構造になっている。各々奇数ライン２６２．５本から構成される奇数フィールドと偶数ライン２６２．５本から構成される偶数フィールドが一対となり、一つのフレーム画面（５２５ライン）が成り立っている。

ところが、画面内の被写体の動き量が大きい場合には、奇数・偶数フィールドを単純に合成すると、ブレた画像となり見づらいものになる。このブレの部分では画面内の空間的相関度が垂直方向にて低下しており、圧縮符号化処理においては、上記の空間的冗長度が減少してしまう。

そこで、動き量の少ないときには、垂直相関が高いフレーム画を用いて圧縮処理画素ブロックを形成するが、動き検出の結果、所定量以上の動きが発生していると認められた場合には、垂直相関が極端に低下するフレーム画を避け、画面内相関を適度に有するフィールド画のみを奇数・偶数各々用いて圧縮処理画素ブロックを形成する。

上記フィールド／フレームの切替処理を行わず、常にフレーム処理をしていると、大半の画像に対しては満足のいく圧縮結果が得られるが、大きな動き部分では背景と人物が櫛の歯状に組み合わされて、１ライン交互に異なるデータが発生し、本来、最も発生頻度が低いと想定していた垂直最高周波数成分を、大量に発生させてしまうことになる。

この様に、最悪のケースを回避する手段を設け、いわゆる苦手被写体による圧縮システムの破綻を防止している。

以上説明したように、動きに応じて符号化処理を適宜切り替えるようにすることで、動画像全体としてより良い効率と画質を両立した圧縮処理が実現できる。

次に、上記した動画像圧縮基本技術を一部利用した装置の一実施例を図５を参照して以下に説明する。

撮像モード選択後、入力バッファメモリ７０に映像信号としてのＳＤ又はＨＤ信号が供給される。そして、入力バッファメモリ７０から出力された映像信号は、ブロック化処理回路７１にて各々８×８画素から成るブロックに分割される。

そして、ＤＣＴ（離散コサイン変換）処理回路７２により直交変換が行われ、周波数成分の変換座標面に変換する。その結果、画像一般の傾向として、ＤＣ係数と低減周波数成分のＡＣ係数のみが大きな値をもち、高周波成分のＡＣ係数は０に近い小さな値をもつ。

一方、入力バッファメモリ７０から出力された信号の内、画面間の相関性の高い場合は奇数フィールドと偶数フィールドが一体となってフレーム処理され、逆に相関性の低い場合は、奇数・偶数各々独立にフィールド処理される。

これは動き検出回路７３で判断され、入力バッファメモリ７０の入出力端の時間差において、対応する画素データがどれ位の差異を生じたかによって、画像の動き量及び方向の判別情報が圧縮系システムコントローラ（以下、圧縮系シスコンと称す）７４に入力される。

動き検出回路７３の検出結果に応じて、圧縮系シスコン７４からブロック化処理回路７１へフレーム又はフィールド処理の命令を行う。すると、ブロック化処理回路７１は、前記命令に応じてブロック化処理を行う。

ＤＣＴ処理回路７２から出力された周波数係数データは、量子化処理回路７５に入力される。この量子化処理回路７５は、各周波数成分毎のデータ係数の集合を適当な数値にて除算し、小数点以下を切り捨て、ビット数を低減させて全体の量子化データ量を圧縮する。

なお、各周波数成分毎に除数を任意設定することにより、必要な画質を保ちながら圧縮率を向上させることができる。

そして、このような圧縮された量子化データを符号化回路７６に入力する。この符号化回路７６では、１次元データ列に変換するためにＤＣ成分から水平と垂直の高周波成分へジグザグスキャンし、データを並び替え、このデータを、例えば同一数値となったゼロの連続発生を一括して表現する符号に置き換えて、ランレングス符号化を行う。

また、ブロック内のある位置以降のデータが全てゼロの場合には、上記のエンドコードを割り当てることにより、大幅なデータ削減を行うことができる。そしてＶＬＣにより、出現頻度の高い数値にビット数の少ない符号を割り当て、実質的な総符号化ビット数の削減を行う。

このようにして可変長符号化されたデータは、データ量算出回路７７に入力され、そのデータ量を圧縮系シスコン７４に入力する。圧縮系シスコン７４と係数設定回路７８とはデータ量に応じて、水平と垂直の周波数成分毎の係数が設定されるように接続した構成になっている。

係数設定回路７８によって係数が所定値となり、その出力結果を量子化処理回路４５に入力することにより、上記の順序で量子化データを圧縮する。

符号化回路７６によって、総ビット数が削減され、所定の圧縮がなされたデータは、出力バッファメモリ７９に入力される。

出力バッファメモリ７９から一定のデータレートにて、符号化データが出力されるが、該出力バッファメモリ７９がアンダフロー又はオーバフローにならない様に、データの占有率が圧縮系シスコン７４により制御される。

例えば、オーバフローに近い状態（占有率が大きい場合）のときは、係数設定を大きくし、伝送されるデータ量が小さくなる様に調整される。一方、アンダフローに近い状態のときは、前記の逆の動作が行われる。

さらに動画像の圧縮率と圧縮方式等の切替えは、モード選択部８０の操作に応じ、圧縮系シスコン７４の制御にて行われる。

以上説明してきた様に、画像の動き検出結果とモード選択部８０より入力された各種モード設定等に応じ、圧縮系シスコン７４によりＤＣＴ，量子化、符号化処理の内容を適宜切り替えることによって、動画像圧縮器の圧縮率、圧縮方式等の適応的な制御が可能となり、その結果として動画像の効率の良い圧縮処理が実現できる。なお、係数設定回路７８により、除数の設定を変えることにより、任意に圧縮率を変えることができることは勿論である。

〔デジタル記録式ＶＴＲの説明〕
〔記録動作〕
次に、図６に示した記録系構成図を用いて、デジタル記録式ＶＴＲの構成及び記録動作を説明する。

映像入力
入力された映像の輝度信号（Ｙ）と色信号（Ｃ）は、各々ＡＤ変換器３１Ｙ，３１ＣにてデジタルデータＤｙ，Ｄｃに変換されて本システムに取り込まれる。

ビデオデータ処理回路（３２）
上記デジタルデータＤｙ，Ｄｃは、データ・マルチプレクサ（ＭＰＸ：３２１）にて多重化され、記録再生系シスコン１６１からのモード情報に応じて、情報量圧縮回路３２２にて該画像情報のデータ量が圧縮される。場合によってはＹＣ独立に圧縮処理回路を備えても良い。

次に、前記画像データを伝送路誤りに強くするために、シャッフル回路３２３にてシャッフリング処理を施す。なお、画像の平面内の粗密による情報量の発生の偏りを均一化する場合には、前記圧縮処理の前に本シャッフリング処理工程を持ってくれば、ランレングス等の可変長符号を用いた場合でも都合が良い。これを受けて、ＩＤ付加回路３２４は、データ・シャッフリングの復元のためのデータ識別（ＩＤ）情報を付加する。このＩＤ付加回路３２４には、本システムのモード情報等も同時に記録しておき、再生時の逆圧縮処理（情報量伸張処理）の際の補助情報とする。次に、再生するためのエラー訂正信号（ＥＣＣ）をＥＣＣ付加回路３２５にて付加する。この様な冗長信号の付加処理までを、映像と音声の夫々の情報毎に処理する。

音声入力
すなわち、ステレオ音声信号Ｌ，ＲはＡＤ変換器３０Ｌ，３０Ｒに取り込まれ、圧縮手法こそ異なるがビデオデータ処理回路３２と同様の回路構成を有するオーディオデータ処理回路３６にて処理される。ビデオデータの記録レートが大きい場合、例えばＨＤ信号の場合には、音声情報には圧縮処理を施さずに記録処理に移っても良い。

データ分配
この様にして生成されたビデオデータ（Ｖ）とオーディオデータ（Ａ）は、それぞれ、伝送路（ここでは記録再生用の個々の磁気ヘッド系）の容量に見合ったデータレートになる様にデータ分配回路４７，４８にてデータ分配を行う。

付加情報
上記Ａ，Ｖ信号（データ）の他に、トラッキングサーボのためにパイロット信号発生回路３３から出力されるパイロット信号（Ｐ）と、記録再生系シスコン１６１からの情報に基づきサブコード発生回路４３にて生成する補助データ（Ｓ）とを、データ・マルチプレクサ（ＭＰＸ：３８，３７）にて記録・伝送路毎に多重化する。例えば、これが時間軸多重化処理であれば、前記パイロット信号は、デジタル・オーディオ・テープ（以下ＤＡＴ）等で周知のエリア分割ＡＴＦ等の形態を採るのが適当である。

デジタル変調
ＭＰＸ出力の２値信号に対応して記録するためのデジタル変調処理を、デジタル変調回路３４，３５にて施す。一例を挙げると、８−１０変換とＮＲＺＩ等の変換処理である。

各伝送路は、本実施例において２チャンネルずつの磁気ヘッド系を備えているので、各ヘッドに対応した記録アンプ３９と４０，４１と４２を、回転ドラム３３の回転状況に応じ、サーボ制御回路３５の指示の下で、ヘッド切換回路４５，４６にて選択的に適宜切換処理を実行している。

その結果、所定の記録タイミングで情報信号に応じた記録電流を回転ドラム３３上の複数ヘッドＨａ〜Ｈｄに供給できる。

この様に、所定期間毎にＡ，Ｐ，Ｓ，Ｖの信号を切り換えて順次磁気記録系へ信号供給してテープ３４へ記録形成しのが図７のトラックパターン図である。

システム制御系
上記テープの走行を制御するサーボ、シスコン部分を説明する。

図１の操作パネル２４から入力される指示情報への応対や、本記録システムの各種の状態遷移等を管理するのが記録再生系シスコン１６１であり、回転ドラム３３やキャプスタン３７駆動の定常的維持を主に受け持っているのが、サーボ制御回路３５である。これら２つの回路および図４のカメラシスコン１３、図５の圧縮系シスコン７４を１つのマイコン・ブロックＭＢとして捉えることもできる。

サーボ制御回路３５には、テープ送り速度制御のためのキャプスタンモータ３８及びその回転状況を把握するためのキャプスタンＦＧ１０と、回転ドラム３３の回転駆動のためのドラムモータ３９及び回転速度と回転位相の確認のための各々の検出器ＦＧ７とＰＧ６とが接続され、各々が制御されている。

〔再生動作〕
次に、図８に示した再生系構成図を用いて、デジタル記録式ＶＴＲの構成及び再生動作を説明する。

図１の操作パネル２４より入力された動作モード切り換え指示に応じて、記録系と同一のサーボ制御回路３５及び記録再生系シスコン１６１により、磁気テープ３４の走行に関する方向と速度及び回転ドラム３３の回転制御を行う。

前記回転制御された回転ドラム３３上の複数磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄにより読取られた記録データ（再生信号）は、各々再生ヘッドアンプ６１，６２，６３，６４にて信号増幅され、凡そ１８０度対向した２組のアジマス角度の異なるヘッド同士に対してヘッド切換回路５６，５９により供給され、サーボ制御回路３５に基づいて適宜信号出力が選択され、次段のデジタル復調回路５５，５８に各々供給される。

デジタル復調回路５５，５８は、微分検出、積分検出、ビタビ復号等の冗長検出等々の手法を利用して、再生信号から「０．１」の２値信号に再変換する。

デジタル復調回路５５，５８の出力信号は各々信号分配回路５４，５７に供給され、ビデオ信号Ｖ、オーディオ信号Ａ、トラッキングサーボ用パイロット信号Ｐ、サブコード情報Ｓ等に分離、分配される（図１０参照）。

Ｖ：ビデオ信号
複数の磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄに分散されていたビデオ信号が信号分配回路５４，５７から出力され、データ統合回路６５にて統合処理され、ビデオデータプロセス回路５２にて元の映像信号に復元される。このビデオデータプロセス回路５２の各構成要素は、それぞれ次のような処理を行う。

エラー修正回路５２５は、記録再生系で発生したデータの伝送誤りを検出し、訂正可能な範囲のエラーを訂正し、訂正不可能な場合には補間修正を行う。

ＩＤ検出回路５２５は、ビデオデータ中に挿入してある各種ＩＤ信号やビデオ信号従属のサブコードデータを抽出し、記録再生系シスコン１６１に情報を供給する。

デシャッフリング回路５２３は、データの連続欠落による修復不可能エラーの及ぼす画質劣化を防止するため、記録時に施されたシャッフリング処理を前記ＩＤ信号等に基づきデータ配列を復元する。

情報量伸張回路５２２は、記録時のデータ量削減のための情報量圧縮処理とは逆の手順にて情報の復元を行う。この際、記録時に、記録モードの設定を行う様に成されている場合には、該記録モード毎に情報量の圧縮手法や圧縮率が異なる可能性があるので、前記再生ＩＤ信号に基づき、記録再生系シスコン１６１を介して記録時のモード設定に対応した復元処理を行うようにする。

データ分離回路５２１は、Ｙ・Ｃ各々の情報毎にＤＡ変換器５１Ｙ、５１Ｃへ出力する。このようにして、記録時に入力された信号とほぼ同等の画像が再構築される。

Ａ：オーディオ信号
複数の磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄに分散されていたオーディオ信号が前記信号分配器５４，５７から出力され、データ統合回路６６にて統合処理され、オーディオデータプロセス回路６０にて元の音声信号に復元される。このオーディオプロセス回路６０の各構成要素は、それぞれ次のような処理を行う。

エラー修正回路６０５は、記録再生系で発生したデータの伝送誤りを検出し、訂正可能な範囲のエラーを訂正し、訂正不可能な場合には補間修正する。

ＩＤ検出回路６０４は、オーディオデータ中に挿入してある各種ＩＤ信号やオーディオ信号従属のサブコードデータを抽出し、記録再生系シスコン１６１に情報を供給する。

デシャフリング回路６０３は、データの連続欠落による修復不可能エラーの及ぼす音質劣化を防止するために記録時に施されたシャッフリング処理を、前記ＩＤ信号等に基づきデータ配列を復元するものである。

情報量伸張回路６０２は、記録時のデータ量削減のための情報量圧縮処理とは逆の手順にて情報の復元を行う。この際、記録時に記録モードの設定を行う様に成されている場合には、該記録モード毎に情報量の圧縮手法や圧縮率が異なる可能性があるので、前記の再生ＩＤ信号に基づき、記録再生系シスコン１６１を介して記録時のモード設定に対応した復元処理を行うようにする。

データ分離回路６０１は、ＬＲ各々の情報毎にＤＡ変換器５０Ｌ，５０Ｒへ出力する。このようにして、記録時に入力された信号とほぼ同等の音声が再生される。

Ｐ：パイロット信号
エリア分割ＡＴＦ方式のトラッキング・パイロット信号が信号分配回路５４，５７から出力され、パイロット信号検出回路５３に入力される。

ここでＤＡＴ同様の処理を行うとすれば、左右のトラックからのオフトラック量に見合ったタイミング基準信号との時間差がエラー信号として検出される。このエラー信号は、サーボ制御回路３５へ供給されてテープ送り速度等を制御するのに用いられたり、記録モードの判別の補助情報としても用いられたりする。

Ｓ：サブコード情報
前記ビデオ信号Ｖ、オーディオ信号Ａを主情報とすると、これに対して補助的な位置付けの容量的にも小さいデータ群をサブコードと称し、別エリアに記録再生可能にしている。特にＩＤ信号との違いは、該ビデオ信号Ｖ、オーディオ信号Ａと独立して記録再生ができるように、該サブコードエリアの前後にガードスペースが設けられている点である。これにより、サブコードのアフターレコードが可能になっている。用途の違いとしては、前記ＩＤ信号は主データ固有の記録モード等、正常な再生に不可欠な情報で、本サブコードはテープの位置検索等のアドレスコード、プログラムのインデックス記録等に適している。これらの情報は、記録再生系シスコン１６１にて判定処理され、必要に応じて各部を制御する。

〔記録モード制御〕
本実施例のＶＴＲには、前記の通り３つの記録再生モードを有している。

任意に選択された記録モードの設定に応じて、各々記録トラックパターンが異なるので、これに応じた再生が可能な様にサブコードエリアに該判別ＩＤ情報を記録しておく（図１０参照）。以下、３通りの記録トラックパターンと再生時のモード判別手順を説明する。

ＳＤ−ｌｏｗ
図１１〜図１３を用いてＳＤの長時間記録モードを説明する。

図１１に示す回転ドラム３３上に取り付けられた４つの磁気ヘッドの内ＨａとＨｂを用いて、図１２に示すように、１画面当たり５本のトラックを形成する（図９参照）。毎秒１５０回転とした場合は回転位相を示すドラムＰＧは、図１３の１５０ｒｐｓの欄に示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じて、磁気ヘッドＨａとＨｂに記録電流が供給されている。

ＳＤ−ｈｉｇｈ
図１４〜図１６を用いてＳＤの高画質記録モードを説明する。

図１４に示す回転ドラム３３上に取り付けられた４つの磁気ヘッドの内ＨａとＨｃを用いて、図１５に示すように、１画面当たり１０本のトラックを形成する（図９参照）。毎秒１５０回転とした場合は、回転位相を示すドラムＰＧは、図１６の１５０ｒｐｓの欄に示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じて、前記磁気ヘッドＨａとＨｃに記録電流が供給されている。

ＨＤ
図１７〜図１９を用いてＨＤの高精細画質記録モードを説明する。

図１７に示す回転ドラム３３上に取り付けられた４つの磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄの全てを用いて、図１８に示すように、１画面当たり２０本のトラックを形成する（図９参照）。毎秒１５０回転とした場合は、回転位相を示すドラムＰＧは、図１９の１５０ｒｐｓの欄に示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じて、前記磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄに記録電流が供給されている。

次に、再生時のモード判別とその制御手順を図２０のフローチャートに従って説明する。

まず、現在の再生走行モードを確認する（ステップＳ１）。そして、その再生走行モードがＳＤ−ｌｏｗモード、ＳＤ−ｈｉｇｈモード、ＨＤモードのいずれであるかを判別し（ステップＳ２）、ＳＤ−ｌｏｗモードであれば５、ＳＤ−ｈｉｇｈモードであれば１０、ＨＤモードであれば２０を、それぞれレジスタＮにセットする（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）。

次に、再生デジタル信号からサブコードを検出し（ステップＳ６）、このサブコードの中から記録時のモードを判別する（ステップＳ７）。その結果、ＳＤ−ｌｏｗモードであれば５、ＳＤ−ｈｉｇｈモードであれば１０、ＨＤモードであれば２０を、それぞれ単位時間当たりの所要トラック本数用のレジスタＭにセットする（ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０）。

そして、レジスタＮ，Ｍの内容を比較する（ステップＳ１１）。その結果、Ｎ＞Ｍであれば、現在のテープ走行速度の方が記録時のテープ走行速度より速いことを意味するので、速度を下げるべく、キャプスタン３７の速度制御目標値をレジスタＭの値に対応するようセットし直す（ステップＳ１２）。また、Ｎ＝Ｍであれば、現在のテープ走行速度と記録時のテープ走行速度とが等しいことを意味するので、現在の速度を維持すべく、キャプスタン３７の速度制御目標値を現在のままとする（ステップＳ１３）。また、Ｎ＜Ｍであれば、現在のテープ走行速度の方が記録時のテープ走行速度より遅いことを意味するので、速度を上げるべく、キャプスタン３７の速度制御目標値をレジスタＭの値に対応するようセットし直す（ステップＳ１４）。そして、再度ステップＳ１に戻り、上記の処理を繰り返す。

以上説明したように、各種撮影モード（テレビ方式：信号規格）毎に各種のパラメータを最適化するというような複雑な構成を採ることなく、単に信号規格が変換される前の高周波成分を含む映像信号をそのまま利用したり、単に画像メモリ等の記憶手段に記憶される前の映像信号をそのまま利用したり、或いは、単に空間周波数特性が変更される前の広い周波数帯域の映像信号をそのまま利用するという簡単な構成でＡＦ制御等の光学系の調整を良好に行うことが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る撮像装置を適用したカムコーダの概略構成図である。 ＨＤＴＶ−ＮＴＳＣ方式変換装置の概略構成図である。 アスペクト比の変換モードの種類例を説明するための説明図である。 ＨＤＴＶカメラの概略構成図である。 動画像圧縮技術を利用した画素処理装置例を示す図である。 カムコーダの記録系の構成図である。 磁気テープのトラックパターンを示す図である。 カムコーダの再生系の構成図である。 各記録モードに対応するパラメータ値を示す図である。 磁気テープのトラックフォーマットを示す図である。 ＳＤの長時間記録モード時に使用する磁気ヘッドを説明するための図である。 ＳＤの長時間記録モード時に形成されるトラックを示す図である。 ＳＤの長時間記録モード時に各磁気ヘッドに供給される記録電流を示すタイムチャートである。 ＳＤの高画質記録モード時に使用する磁気ヘッドを説明するための図である。 ＳＤの高画質記録モード時に形成されるトラックを示す図である。 ＳＤの高画質記録モード時に各磁気ヘッドに供給される記録電流を示すタイムチャートである。 ＨＤの高精細画質記録モード時に使用する磁気ヘッドを説明するための図である。 ＨＤの高精細画質記録モード時に形成されるトラックを示す図である。 ＨＤの高精細画質記録モード時に各磁気ヘッドに供給される記録電流を示すタイムチャートである。 再生時のモード別テープ走行速度制御を示すフローチャートである。 撮像光学系の焦点位置を至近から無限遠まで変化させたときのＨＤＴＶ信号とＮＴＳＣ信号との高周波成分含有量のレベルの変化を示す図である。 ＮＴＳＣ方式とＰＡＬ方式の映像信号の空間周波数特性を示す図である。

符号の説明

６…ＣＣＤ
１３…カメラシスコン
１１…合焦制御（ＡＦ）回路
２３，２７…方式変換回路
２４…操作パネル
２５…ＨＤＴＶカメラ
２８…システムコントローラ
４０…アスペクト比変換部
４１…走査線数変換部
４２…フィールド周波数変換部
４３…ＮＴＳＣエンコーダ

Claims (3)

1. 被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された所定の信号規格の映像信号を他の信号規格の映像信号に変換する変換手段とを有する撮像装置において、
   前記変換手段により変換される前の信号規格の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
2. 被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された映像信号を画像処理すべく記憶する記憶手段とを有する撮像装置において、
   前記記憶手段に記憶される前の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
3. 被写体の光学像を形成する光学系と、該光学系にて形成された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、該光電変換手段から出力された映像信号を画像処理すべく当該映像信号の空間周波数特性を変更する変更手段とを有する撮像装置において、
   前記変更手段により空間周波数特性が変更される前の映像信号に基づいて前記光学系の調整を行う調整手段を設けたことを特徴とする撮像装置。

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