JP2006108739A

JP2006108739A - 記録再生装置

Info

Publication number: JP2006108739A
Application number: JP2004288440A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Otomo; 仁大友
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】本発明は、最適な圧縮レートの決定を簡易な構成でできる記録再生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の記録再生装置は、第1の圧縮手段による画像信号から圧縮情報を抽出する抽出手段と、圧縮情報に基づいて、第2の圧縮手段を制御して前記画像情報を圧縮し、この圧縮された画像情報を記録させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号を記録，再生可能な記録再生装置に関し、特に映像信号を圧縮する圧縮部を複数備えた記録再生装置に関する。

従来、光記録媒体への記録時に、第１の一時記憶手段に１パス目の入力信号を間欠的に格納している段階で、その空き時間に、仮記録したデータを光記録媒体から読み出して、２パス目のデータの圧縮処理を行なって本書き込みを行なうようにした記録再生装置が知られている。
特開2000-149429号公報

しかしながら、従来の装置においては、第１の一時記憶部に１パス目の圧縮データを記憶し、第１の一時記憶部の１パス目の圧縮データをディスクに仮記録する。その後ディスクからデータを読み出して、第２の一時記憶部に２パス目の再圧縮データを記憶し、この再圧縮データをディスクに記録するものである。要は、一時記憶部へデータを格納している間に記録媒体から１パス目の圧縮データを読み出し、２パス目の再圧縮後一時記憶部に記憶し、その２パス目の再圧縮データを記録媒体へ書き込みを行うものである。従って、2パス目での最適な圧縮レートを決定するためには、入力信号の転送レートが高い場合は、一時記憶部の容量を大きくするか、または記録媒体への転送レートを速くし、設定時間内に一連の圧縮作業を完了させる必要があるという問題点があった。また、最適な圧縮レートを決定するために、一時記憶部と記録媒体間のデータのやり取りを管理する必要があるため、複雑な圧縮シーケンスを必要とするという問題点があった。

本発明は、最適な圧縮レートの決定を簡易な構成でできる記録再生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の記録再生装置は、画像信号を圧縮する第1の圧縮手段と、
前記画像信号を遅延し、この遅延された画像信号を圧縮する第2の圧縮手段と、
前記第1の圧縮手段による画像信号から圧縮情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段による前記圧縮情報を記憶する圧縮情報記憶手段と、
前記圧縮情報記憶手段の前記圧縮情報に基づいて、前記第2の圧縮手段を制御して前記画像情報を圧縮し、この圧縮された画像情報を前記圧縮情報記憶手段とは異なる記録手段に記録させるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

そして、第1の圧縮手段から抽出した圧縮情報に基づいて第2の圧縮手段による圧縮を行うので、最適な圧縮レートで画像信号の圧縮を行うことができる。また、遅延させただけの画像信号を用いて第2の圧縮を行うので、簡易な構成にすることができる。

また、前記圧縮情報は、前記画像信号の分散，前記画像信号のフレーム間の相関，前記画像信号の符号量の少なくとも1つを含むことを特徴とする。

また、前記第1の圧縮手段による圧縮は、常時9.6Mbps以上となるように行われることをとともに、
前記第2の圧縮手段による圧縮は、前記第1の圧縮手段による圧縮より低い転送レートとなるように行われることを特徴とする。

また、前記第2の圧縮手段をN個(Nは自然数，但しN=0，1は除く)の圧縮部で構成するとともに、
前記第2の圧縮手段により圧縮された前記画像情報を1つの画像信号に変換するパラレル/シリアル変換手段を備えたことを特徴とする。

そして、第2の圧縮手段をN個の圧縮部で構成することにより、N個を別々動かすことができ、同時にN個の異なる入力信号をエンコードすることも可能となる。

また、前記第2の圧縮手段のN個の圧縮部と、前記第1の圧縮手段とを同じ圧縮部で構成することを特徴とする。

そして、第1の圧縮手段と第2の圧縮手段(N個の圧縮部からなる)とを同じ圧縮部を複数用いることで構成することにより、第1の圧縮処理ができる程度の処理能力の低い安価な圧縮部を用いつつ、最適な圧縮レートの決定，圧縮処理を行うことができるので、安価な装置を提供することができる。

本発明によれば、簡易な構成で最適な圧縮レートの決定を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るによる記録再生装置を示す概略構成図である。図１では、マルチエンコード機能を達成するために、2つの圧縮部(第１圧縮部12，第２圧縮部17)を備えている。

図１に示すように、この実施形態のマルチエンコード機能付き記録再生装置は、入力切換部11、第１圧縮部12、システム制御部13、第１圧縮情報記憶部14、信号遅延部16、第２圧縮部17、MPX(多重化)部18、記憶部19、伸長部20、およびキー入力部22とで構成される。

システム制御部13は、第１圧縮部12を制御する第１圧縮制御部13a、１次ビットストリームの圧縮情報を抽出する第１圧縮情報抽出部13b、第２圧縮部17の最適レートを決定する第２圧縮レート設定部13c、および第２圧縮部17を制御する第２圧縮制御部13dからなる。なお、各部間の指示及び画像信号のやり取りは制御バスを介して行われる。なお、各部の動作は後述する。

次に各部の動作について説明する。通常の記録再生は、映像入力端子1，2より、異なる信号が入力し、２つのストリームを独立にエンコード処理する第１の圧縮部11と第２の圧縮部17により圧縮される。第１の圧縮部11と第２の圧縮部17により、それぞれエンコードされた２つのストリームは、MPX(Multiplex)部18により記憶部19に同時記録される。なお、記憶部19は、HDDやDVD-RAMで実現できる。

記録再生動作は、キー入力部22からの録画操作，再生操作指示により、この指示に基づいてシステム制御部13で装置全体を制御する。

次にこの実施形態の動作手順を、図２にフローチャートで示す。この実施形態は、１次圧縮（仮圧縮）（ステップS101）、１次圧縮情報取得（ステップS102）、２次圧縮最適レート設定（ステップS103）、２次圧縮（本圧縮）（ステップS104）の４段階処理により、動画像の性質を反映して最適化された動画像圧縮を実現する。図３は、図２に示した各段階での図１の各ブロックの動作を示す。

まず、２系統の入力端子1，2から入力された画像信号を、入力切換部11を通して第１圧縮部12に供給する。この実施形態では、入力切換部11は、入力端子1から入力された画像信号を選択する。第１圧縮部12では、第１圧縮制御部13aの制御の元に、１次ビットストリームの仕様で圧縮し（ステップS101）、圧縮の結果得られた１次ビットストリームの圧縮情報を第１圧縮情報抽出部13bで抽出し、第１圧縮情報記憶部14に記憶する（ステップS102）。この期間、映像入力端子1からの入力切換部11に供給されるとともに信号遅延部16に入力されている画像信号は、信号遅延部16により遅延されている。

上記第１圧縮部12による１次圧縮の仕様としては、動画中のどのフレームにおいても、最終的に得ようとする画質よりも良い画質が得られるように圧縮する。例えば、近年開発されたデジタルビデオディスクでは、平均4.7Mbps、最大9.6Mbpsのビットレートで圧縮を行うが、これと同等の画質を最終的に得ようとする場合は、１次圧縮ストリームとして、常時9.6Mbps以上のレートに圧縮されるように制御する。または、どのフレームでも画質が均一となるように符号化パラメータを制御する。例えば、MPEGの例では、量子化係数を一定にして１次ビットストリームを生成する。その際、２次ストリーム生成のために必要な画像性質を第１圧縮情報抽出部13bにて抽出し、第１圧縮情報記憶部14に記憶する。

また、１次ビットストリームの圧縮率などの圧縮情報の性質を第１圧縮情報抽出部13bにて抽出し、第１圧縮情報記憶部14に記憶しておく。これらの情報は、各フレームの画像情報を全て記憶するのではなく、性質情報の統計情報を逐次算出し、統計情報のみを記憶する。

次に、さきに記録した１次圧縮情報をもとに２次圧縮最適レートを設定する（ステップS103）。この設定は、第２圧縮レート設定部13cが行う。２次圧縮では、上記第１圧縮情報記憶部14に記憶されているパラメータを元に、１次ビットストリームを２次ビットストリームに変換する。第２圧縮部12では、第２圧縮制御部13dからの指示に基づいて、信号遅延部16で遅延させていた映像入力端子1からの画像信号を２次ビットストリームに変換する。第２圧縮制御部13dは、ステップS103により第２圧縮レート設定部13cから得られたレートを用いて、各再生画像を最適に圧縮するための制御を行う（ステップS104）。なお、第１圧縮情報記憶部14に、事前に代表的な入力画像信号毎の情報(例えば、画面の種類毎に設計者があらかじめ想定したレート)を記憶しておき、第２圧縮レート設定部13cが、ステップS102で収集した情報に加え、該情報も加味してレートを設定してもよい。

このような変換の結果得られた２次ビットストリームを、ランダムアクセス可能な記憶手段である記憶部18に供給する。そして、再生時には、記憶部19に蓄えられた２次ビットストリームを伸長部20に入力し、画像情報に伸長して映像出力端子3より出力する。

ここで、上記圧縮情報とは、画像性質情報のことであり、その中での画像性質情報の一つとしては、例えば、入力画像の分散がある。MPEGによる動画像圧縮では、２次元DCT変換とハフマン符号化を組み合わせて圧縮するため、空間周波数の高い成分を多く含む画像では、圧縮効率が悪化する。このような画像では、画像振幅の分散が大きい。このような区間を含む動画像でも、動画像全体を通して均一な画質を保つためには、分散の大きい画像はより多い符号量になるように圧縮し、分散の小さい画像はより少ない符号量になるように圧縮するように、制御する必要がある。そのためには、まず、動画像全体を通して、各フレームの分散を求めてそれらの平均値を算出し、平均値より大きい分散を持つフレームは平均符号量よりも多い符号量を割り当て、平均値より小さい分散を持つフレームは平均符号量よりも少ない符号量を割り当てる必要がある。また、画像性質情報の二つ目の性質情報としては、フレーム間の相関がある。MPEGによる動画像圧縮では、隣接するフレーム間で輝度分布が似ている参照領域を探索し、この参照領域の空間的方位（動きベクトル）と、参照領域との輝度差（予測差分）を算出し、動きベクトルと予測差分を効能率圧縮することにより、圧縮効率を上げている。フレーム間相関が高い場合は、予測差分はほとんど発生しないため、より少ない符号量に圧縮することが可能であり、予測差分が大きい場合は、より多くの符号量が発生する。予測差分量を反映した符号量制御を行なうことにより、均一な画質を保つ圧縮情報を得ることができる。

また、画像性質情報の三つ目の性質情報としては、１次ビットストリームを画質が一定となるように圧縮し、その符号量を指標とする方法がある。MPEGによる画像圧縮では、DCT変換の結果得られるDCT係数を量子化係数と呼ばれる数値で除算して小数部を切り捨て、より小さい値に変換して圧縮する。量子化係数が大きい程圧縮によるひずみが大きくなるが、より高い圧縮率で圧縮することが可能である。量子化係数を一定に保って圧縮することにより、画質を均一に保った圧縮が可能となる。この場合、圧縮の結果得られるビットストリームの量は、入力画像の性質に依存し、空間周波数の高い成分を多く含む画像や、フレーム間相関の少ない画像では、大きなビットストリーム量に圧縮される。１次圧縮で必要とした各フレームの符号量と全体の符号量から、全体の符号量を目的の量に納めるための各フレームの割り当て符号量を算出し、２次ビットストリーム生成の際は、この値になるように符号量を制御する。なお、第１の圧縮部12で抽出する圧縮情報としては、上記3つ全てでもよいし、いずれか1つだけでもよい。また、3つ全てを抽出後、いずれか1つを適宜選択するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、複数（ここでは２個）のエンコーダプロセッサ(第１圧縮部12，第２圧縮部17)が並列に設置され、映像入力端子1からの同一の画像信号が入力される構成としたが、この場合、片方（第１圧縮部12）は入力信号のエンコードレートを決定するための副プロセス的働きをし、これにより本来のエンコード動作を行う主プロセス（第２圧縮部17）のエンコードレートの制御を行う。このため、第１圧縮部12は、転送レートの制御を行うためだけのエンコード動作なので、主プロセッサである所の第２圧縮部17よりも劣った処理能力のプロセッサであっても構わない。

図４は、この発明の他の実施形態に係るによるマルチエンコード機能付き記録再生装置を示す概略構成図である。なお、図１と同じ構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４で図１と異なる点は、第２圧縮部17に代えて第２圧縮部23として第２圧縮部-1(23a)、第２圧縮部-2(23b)、第２圧縮部-3(23c)で構成されている点と、第２圧縮部23に対応させてP/S(パレレル/シリアル)変換部24を設けた点である。なお、第２圧縮部23は3つの圧縮部で構成したが、特に３個に限定するものではなく、N個(Nは自然数，但し、N=0，1は除く)でかまわない。

図４では、映像入力端子1から入力され信号遅延部16で遅延された画像信号が第２圧縮部23に入力される。第２圧縮部23への入力は、システム制御部13の制御により、例えば、1秒毎に図示しない切換部により、第２圧縮部-1(23a)，第２圧縮部-2(23b)，第２圧縮部-3(23c)に順次切り換えて入力するように構成してもよいし、所定のデータ量毎(例えば、10画面分)に切り換えてもよい。第２圧縮部-1(23a)，第２圧縮部-2(23b)，第２圧縮部-3(23c)で圧縮された画像信号をP/S変換部24により第２圧縮部23に入力した順に並べ替えてMPX(多重化)部18に出力する。

なお、図１の説明において、２つのエンコードプロセッサの処理能力に優劣があると記したが、この優劣が同一能力のプロセッサの並列動作個数により規定するのが図４である。図４において、第１圧縮部12と第２圧縮部23の３個は、すべて同一のものであるが、第２圧縮部23の３個が並列で動作を行うことにより、仮想的にひとつの圧縮部として働くことにより、高転送レートの入力信号に対応する。これにより仮想的な第２の圧縮部の能力は、第１の圧縮部より勝る構成となっている。

本発明の一実施の形態による記録再生装置を示す概略構成図。同実施の形態にかかわる記録再生装置における最適圧縮処理の動作手順を示すフローチャート。同実施の形態にかかわる記録再生装置における最適圧縮処理の各部動作を示す説明図。本発明の他の実施の形態による記録再生装置を示す概略構成図。

符号の説明

1，2 映像入力端子
3 映像出力端子
11 入力切換部
12 第１圧縮部
13 システム制御部
13a 第１圧縮制御部
13b 第１圧縮情報抽出部
13c 第２圧縮レート設定部
13d 第２圧縮制御部
14 第１圧縮情報記憶部
16 信号遅延部
17 第２圧縮部
18 MPX(多重化)部
19 記憶部
20 伸長部
22 キー入力部
23 第２圧縮部
23a 第２圧縮部-1
23b 第２圧縮部-2
23c 第２圧縮部-3
24 P/S(パレレル/シリアル)変換部

Claims

画像信号を圧縮する第1の圧縮手段と、
前記画像信号を遅延し、この遅延された画像信号を圧縮する第2の圧縮手段と、
前記第1の圧縮手段による画像信号から圧縮情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段による前記圧縮情報を記憶する圧縮情報記憶手段と、
前記圧縮情報記憶手段の前記圧縮情報に基づいて、前記第2の圧縮手段を制御して前記画像情報を圧縮し、この圧縮された画像情報を前記圧縮情報記憶手段とは異なる記録手段に記録させるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする記録再生装置。
前記圧縮情報は、前記画像信号の分散，前記画像信号のフレーム間の相関，前記画像信号の符号量の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項１記載の記録再生装置。
前記第1の圧縮手段による圧縮は、常時9.6Mbps以上となるように行われることをとともに、
前記第2の圧縮手段による圧縮は、前記第1の圧縮手段による圧縮より低い転送レートとなるように行われることを特徴とする請求項１記載の記録再生装置。
前記第2の圧縮手段をN個(Nは自然数，但しN=0，1は除く)の圧縮部で構成するとともに、
前記第2の圧縮手段により圧縮された前記画像情報を1つの画像信号に変換するパラレル/シリアル変換手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の記録再生装置。
前記第2の圧縮手段のN個の圧縮部と、前記第1の圧縮手段とを同じ圧縮部で構成することを特徴とする請求項４記載の記録再生装置。