JP2011119921A - 符号変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の技術では、画像圧縮符号化方式が異なり、かつシステムストリームの構成が異なる方式間の符号変換を行ってDVDビデオを効率的に作成することができない。
【解決手段】符号変換装置は、第1の画像符号化方式によって符号化されたビデオストリーム異なる第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号変換する装置であって、第2の画像符号化方式のビデオストリームにおけるグループピクチャー単位の符号化データの発生量をその符号化の実施前に決定する再符号化制御部105と、第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号化する際に発生するビット量が所定のビット量を超える場合に、所定のビット量を超えないように符号化を繰り返す第2の符号化部106とを有し、グループピクチャー単位の符号化データを送信する前にグループピクチャーのアドレスマップを確定して送信する。
【選択図】図1
【解決手段】符号変換装置は、第1の画像符号化方式によって符号化されたビデオストリーム異なる第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号変換する装置であって、第2の画像符号化方式のビデオストリームにおけるグループピクチャー単位の符号化データの発生量をその符号化の実施前に決定する再符号化制御部105と、第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号化する際に発生するビット量が所定のビット量を超える場合に、所定のビット量を超えないように符号化を繰り返す第2の符号化部106とを有し、グループピクチャー単位の符号化データを送信する前にグループピクチャーのアドレスマップを確定して送信する。
【選択図】図1
Description
本発明は、MPEG等の第1の高能率符号化方式により画像圧縮された第1のビデオストリームを第1の高能率符号化方式とは異なる第2の高能率符号化方式の第2のビデオストリームに符号変換してDVD等の記録ドライブにデータ転送する記録機器、特にカムコーダなどのモバイル機器に好適な符号変換装置に関するものである。
ハイビジョン画質でH.264の符号化方式による画像圧縮を行ってTSストリームを生成し、内蔵のHDDドライブやSDカードへ記録するカムコーダの普及が進んでいる。このようなハイビジョンカムコーダで一度記録されたTSストリームをDVDの記録方式でバックアップすると広く普及したDVDプレーヤで再生可能となる。DVDプレーヤで再生するために、TSストリームをDVD方式のPSストリームへ変換することに対する需要は高いが、カムコーダの添付アプリケーションを使ってPCで変換を実行するため、変換に多くの時間を費やす必要があり課題が多いのが現状である。
この課題を解決するためにAV機器でTSストリームをPSストリームに符号変換する方法が特許文献1で開示されている。
また、PSストリームをDVDメディアに記録する方法として、ビデオストリームの配置情報であるINFOファイルが記録開始時点で不確定であるため、効率的な記録ができない課題に対して、INFOの記録領域を最適に算出して確保する方法が特許文献2で開示されている。
従来の特許文献1で開示する方法においては符号化方式が異なるストリーム間の符号変換には適応できないという課題がある。
また、従来の特許文献2で開示する方法においてはINFO情報のサイズは確定するものの、INFO情報そのものが確定しないためビデオストリームの実体となるVOBファイルに先行してINFOファイルを送信できないため、記録メディアの書き込み制御手順が複雑になり、符号変換されたDVDディスクを高速に作成することができなという課題があった。
そこで本発明は、H.264とMPEG2という画像圧縮符号化方式が異なり、かつTSストリームとPSストリームというシステムストリームの構成が異なる方式間の符号変換を行ってDVDビデオを効率的に作成することが可能となる符号変換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、本発明の符号変換装置は、第1の画像符号化方式によって符号化されたビデオストリームを第1の画像符号化方式と異なる第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号変換する装置であって、第2の画像符号化方式のビデオストリームにおけるグループピクチャー単位の符号化データの目標ビット量をその符号化の実施前に決定する手段と、第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号化する際に発生するビット量が目標ビット量を超える場合に、目標ビット量を超えないように符号化を繰り返す手段とを有し、グループピクチャー単位の符号化データを送信する前に、目標ビット量に基づいてグループピクチャーのアドレスマップを確定して送信する。
本発明の符号変換装置によれば、H.264とMPEG2という画像圧縮符号化方式が異なり、かつTSストリームとPSストリームというシステムストリームの構成が異なる方式間の符号変換を行ってDVDビデオを効率的に作成することが可能となる。
本発明の第1実施例の符号変換装置の構成を図1に示す。図1はビデオカメラのビデオ符号化および符号変換を行う符号変換装置の基本構成図である。
CMOSセンサーで電気信号に変換されたデータから変換された映像信号が第1の符号化部101に入力される。第1の符号化部101は映像信号をH.264の符号化方式で高能率符号圧縮した後にTSストリームに多重化する。TSストリームには、映像データとともにMPEGオーディオ符号化方式で圧縮された音声データが含まれる。第1の符号化部101で符号化および多重化されたTSストリームは記録媒体102にファイル保存される。ビデオカメラの記録媒体102は内蔵HDDやFLASHメモリ、外付けのSDメモリなどである。記録媒体102に記録されたTSストリームは第1の復号化部103でH.264符号化方式の復号処理を行って、図示しない映像出力部を経由して外部モニターに表示される。
記録媒体102に記録されたTSストリームをDVD−Videoフォーマットに符号変換してDVDメディアに記録する手順を以下説明する。まず、第1の復号化部103は、記録媒体102に記録されたTSストリームをDeMuxしてビデオESと音声ESに分離する。分離されたビデオESデータはH.264符号化方式の復号処理が行われてデコードされたYUVデータに復号される。同時に音声ESはMPEGオーディオ符号化方式に従ってPCMデータに復号処理される。
第1の符号化方式で記録された映像信号はフルHDの1920画素×1080画素の画像サイズで1フレームを構成する。それに対して第2の符号化方式で符号化する場合は第2の符号化方式の画像がSD画像であってそのサイズは720画素×480画素の画像サイズなので画像サイズ変換を行うためにリスケール&色変換部104でリサイズ変換される。リスケール&色変換部104のリスケール部は水平および垂直のフィルタで構成されている。リスケール&色変換部104では画像のリスケールと同時にHD映像の色空間(ITU−R BT.709)からSD映像の色空間(ITU−R BT.601)へ色変換処理が行われる。色変換はITU−R BT.709からRGBへの変換式(式1)およびRGBからITU−R BT.601への変換式(式2)を用いて行われる。
リスケール&色変換部104でSD画像にサイズ変換された画像データをメモリ107に書き込む。第1の復号化部103で復号された音声データもメモリ107に直接書き込まれる。音声はPCMデータに復号化されるので画像の場合のリスケールに相当する変換処理は不要である。
復号化されて第2の符号化方式に適した画像サイズに変換された映像データは第2の符号化部106でMPEG2ビデオ符号化方式で符号化される。同時に音声はAC3符号化方式で符号化される。第2の符号化方式で符号化されたビデオESと音声ESはVOBU生成部110でDVD規格に準拠するVOBU構成を持つPSストリームへ多重化が行われる。
ここで映像データの符号化方法について詳細に説明する。第2の符号化方式の映像データはMPEG2ビデオ符号化方式である。MPEG2ビデオ符号化方式は符号化されたビデオフレームデータの15枚を1組として管理される。その1組をGOP(Group Of Picture)と呼ぶ。PSストリームへ多重化する場合に映像のESデータと音声のESデータを2048バイトのPACKに分割すると共にGOPの先頭に特殊再生を効率化するためのNAV(Navigation)情報を付加する。
このGOP構成とPACKおよびNAV_PACK(Navigation Pack)の関係を図2に示す。このNAV_PACKの開始から次のNAV_PACKの直前までのPACKの集合をDVD規格ではVOBU(Video Object Unit)と呼んでいる。GOPが15枚のビデオフレームで構成される場合はIBBPBBPBBPBBPBBのピクチャー構造に従って符号化される。I、P、BはそれぞれIntraPicture、PredicitivePicture,BiDirectionalPictureと呼ばれ、画像を効率的に圧縮するために画像間の前後の参照関係を有効に使って効率的な画像圧縮を実現している。
この中でIntraPictureは他のピクチャーを参照しないで自フレームだけの情報で符号化を行うので、特殊再生の時にサーチをして再生を開始する基点となるピクチャーである。そのためVOB(VIDEO OBJECT)のアドレス位置をINFヘッダーのVOBUアドレスリストに記録しておき、これを頼りにGOPの先頭に位置するIntraPictureを最初に復号化することで特殊再生を実現する。これは図3のVTSI(Video Title Information)データの中のVOBUポインタとして示されている。
VOBUアドレスはPACKのインデックスで示される値であるが、GOPのデータサイズが確定しないとVOBUアドレスマップも確定しない。本実施例では第2の符号化方式に符号変換を行う前にGOPサイズの決定を行う。一例として、GOPサイズが常に一定になるように符号化を制御する。ピクチャータイプによってピクチャーサイズは大きく異なる。第2の符号化方式であるMPEG2ビデオ符号化の場合、符号量は、“Iピクチャー>Pピクチャー>Bピクチャー”となる。
符号化のモードはVBVバッファがオーバーフローしないように一定に保つCBR方式とオーバーフローを許容してVBVバッファが一杯なるようにレート制御を行うVBR方式がある。ビデオの符号化レートを8Mbps、ビデオフレームを30Hzと想定すると、8Mbit/8(Byte)/30*15frame=500Kバイトが1GOPのビデオESのデータサイズとなる。
符号化する画像は空間方向および時間方向のダイナミックな変化を伴うので、CBR方式であってもVBR方式であっても、GOPの符号量を500Kバイトぴったりにするのは困難である。そこで図1の再符号化制御部105で符号量の制御を行う必要がある。1回目は特別な条件を設定しないで第2の符号化部106で第2の映像符号化へ符号化する。1GOPの発生符号が500Kを超えない場合は符号変換は1回で完了とする。500Kより少ない場合はダミーPACKを挿入して1GOPのPACK数が常に一定になるように再符号化制御部105は制御する。
しかし1GOPの発生符号量が500Kバイトを超えた場合は2回目の符号化を行う。この時、期待する発生符号量と超えた符号量の比率を考慮して、符号化するときの符号化パラメータを制御する。具体的には符号化の量子化スケールQp値を符号量の超過比率に応じて大きく設定して符号化を行い、発生符号量が1回目より小さくなるように条件設定する。2回目の符号化でも目標の500Kバイトを超過する場合はさらにQp値を大きくして3回目、あるいは何度か繰り返して符号化を行い、500Kを超えないようになるまで符号化を繰り返す。
図2のA_PACKは音声のESを音声形式のPACKにVOBU生成部110で変換したデータ構造である。AC3などの音声符号化データは記録レートが指定されると1音声フレームの圧縮データサイズも常に固定となるので、記録レートに応じて多重化するタイミングは常に一定である。そのため、1GOPを構成する総データに占めるA_PACKの多重化数は確定するので1GOPのビデオのPACK数が決まれば1GOPの総PACK数も確定できる。
一方、INFO生成部108は1GOPのPACK数が第2の符号化を実施する前に確定しているので図3に示すVTSIのVOBUアドレスマップをすべて確定させることができる。上記の例では500Kバイト/2048バイト=250PACKがVOBUポインタの増加量である。第1の符号化方式で記録したストリームの記録時間はわかっているので第2の符号化で発生するストリームのGOP総数も前もって算出できる。
このためVTSIのVOBUアドレスマップの数も算出できるためVTSIのサイズも確定する。VTSIとVTSTT_VOBS(Video Object Set For Titles In a VTS)の配置が確定するとVMGI(Video Manager Information)の情報も確定する。VMGI、VTSI、VTSTT_VOBSはDVDメディアに記録する場合、この順に配置するのが最適であるが、本実施例のINFO生成部108でVMGIとVTSIを先行して生成できるので、生成したVMGIとVTSIをこの順序で送信部109から送信することができる。
DVD記録するドライブはUSBインターフェース、IEEE1394インターフェース、EtherNetで送信部109と接続される。送信部109はインターフェースの方式によって各インターフェース回路を経由してDVDドライブに接続される。VMGIとVTSIを送信した後に第2の符号化部106で第2の符号化方式で期待するPACK数に適合するよう符号化されメモリ107に書き出される。
メモリ107に書き出された映像ESはフォーマット部でビデオ形式のPACKにフォーマットされる。第2の符号化部106で符号化された音声ESも音声形式のPACKにフォーマットされる。GOP単位で映像PACKと音声PACKが多重化され、この先頭にNAVI_PACKが付加される。これを送信部109を経由してDVDドライブに転送する。
上記に説明した再符号化の処理フローを図4に示す。
第1実施例の符号変換装置は、ビットレートを設定し(S1)、1GOPの目標符号量を設定する(S2)。次に、符号変換装置は、VTSIのアドレスマップを作成し(S3)、VTSIを作成し(S4)、VMGIを作成する(S5)。次に、符号変換装置は、VMGIとVTSIを転送し(S6)、符号化パラメータを設定する(S7)。次に、符号変換装置は、1GOPを符号化し(S8)、符号量が目標符号量に達成しているか否かを判定する(S9)。符号量が目標符号量に達成していなければ(S9でNo)、符号変換装置の処理は、ステップS7に移行する。他方、符号量が目標符号量に達成していれば(S9でYes)、符号変換装置は、VOBUを生成し(S10)、VOBUを転送する(S11)。処理が終了していなければ(S12でNo)、符号変換装置の処理は、ステップS7に移行する。他方、処理が終了していれば(S12でYes)、符号変換装置は動作を終了する。
本発明の第2実施例を説明する。第2実施例の符号変換装置の構成を図5に示す。
第1の符号化部201は映像信号をH.264の符号化方式で高能率符号圧縮した後にTSストリームに多重化する。H.264の符号化を行う時に、画像の複雑度(アクティビティ)をアクティビティ算出部202で算出し、複雑度をピクチャー毎の符号量配分やピクチャー内のマクロブロック毎の符号量配分の決定に用いる。アクティビティを算出する際、下記の式(3)を用いて、まずピクチャー全体の輝度値Yの平均Aveを求める。そして、下記の式(4)を用いて、ピクチャーの各輝度値Yと平均値Aveとの差分の2乗値をピクチャー全画素について算出して加算し、得られた値Actをピクチャーのアクティビティとする。
ピクチャーの輝度値Yがピクチャー内で大きく変化する画像は複雑度が高く符号化が困難である。それに対して輝度値Yの変化が少ない場合は符号化は容易である。ピクチャー間のアクティビティの変化をみながらピクチャータイプやマクロブロックの符号化タイプ(Intra、Predictive、BiPredictive)の決定を行う。
第1の符号化方式で符号化されTSストリームとして多重化されたストリームは記録媒体203で記憶される。同時にアクティビティ算出部202で算出したアクティビティを記録媒体203に記憶する。1ピクチャーのアクティビティを2バイト精度で記憶した場合、1時間の記録で200Kバイト程度のデータ量となり少ない記録領域でアクティビティの保存が可能である。
第2の符号化部208で再符号化する時に、まず目標符号量算出部206は記録媒体203に記憶したアクティビティを読み出して第2の符号化部208で、下記の式(5)を用いて、符号化するピクチャーのすべてのアクティビティを加算する(Actall)。
1GOP=15フレームの場合、1GOPの総符号量(GOPBitVal)は、下記の式(6)を用いて、アクティビティ総和(Actall)に対する1GOPのアクティビティ和の比率に、1秒間の平均ビットレート×(15フレーム/30フレーム)を乗じて算出される。算出されたGOPBitVal値を第2の符号化における1GOPあたりの目標符号量として算出する。算出された目標符号量は再符号化制御部207へ通知される。
第1の復号化部204で復号化された画像データをリスケール&色変換部205で第2の符号化の画像サイズに変換した画像を第2の符号化方式で符号化する時に、再符号化制御部207は上記算出した1GOPあたりの目標符号量に基づいて、第2の符号化部208の符号化パラメータを1GOP毎に設定して符号化の実行指示を出す。1回目の符号化で発生した1GOPの符号量が目標符号量を超えた場合は、量子化パラメータQpを大きくして発生符号量が小さくなるように符号化パラメータを再設定し、2回目の符号化を行う。以下、必要に応じて何回か符号化を繰り返して目標符号量以下になるよう符号化を繰り返す。
式(6)に従って算出するGOP毎の目標符号量は第2の符号化を実際に行う前に記録するすべてのGOPについて目標符号量算出部206で算出を行う。算出したすべてのGOPの目標符号量はINFO生成部210へ通知される。INFO生成部210はGOP毎の発生符号量がすべてわかるのでこの情報に従ってVTSIのVOBUアドレスマップを確定させる。これによってVMGI、VTSIの順序で送信部211に送信し、DVDメディアに書き込む順番に情報を転送する。
VMGI、VTSIが送信された後に第2の符号化部208でGOP単位の符号化を行い、目標符号量を達成した符号化データはVOBU生成部212でNAV_PACKを付加されてV_PACKとA_PACKにパック化されてVOBOU構成となり、転送部を経由してDVDに記録される。
上記に説明した第2実施例の処理フローチャートを図6に示す。
第2実施例の符号変換装置は、ビットレートを設定し(S21)、アクティビティを読み出し(S22)、アクティビティの総加算和を算出する(S23)。次に、符号変換装置は、1GOPのアクティビティ和を算出し(S24)、1GOPの目標符号量を算出し(S25)、全部のGOPの目標符号量の算出を終了していなければ(S26でNo)、符号変換装置の処理は、ステップS24に移行する。他方、全部のGOPの目標符号量の算出を終了していれば(S26でYes)、符号変換装置は、VTSIのアドレスマップを作成し(S27)、VTSIを作成し(S28)、VMGIを作成する(S29)。次に、符号変換装置は、VMGIとVTSIを転送し(S30)、1GOPの目標符号量を設定する(S31)。
次に、符号変換装置は、符号化パラメータを設定し(S32)、1GOPを符号化し(S33)、符号量が目標符号量に達成しているか否かを判定する(S34)。符号量が目標符号量に達成していなければ(S34でNo)、符号変換装置の処理は、ステップS32に移行する。他方、符号量が目標符号量に達成していれば(S34でYes)、符号変換装置は、VOBUを生成し(S35)、VOBUを転送する(S36)。処理が終了していなければ(S37でNo)、符号変換装置の処理は、ステップS31に移行する。他方、処理が終了していれば(S37でYes)、符号変換装置は動作を終了する。
101:第1の実施例の第1の符号化部
102:第1の実施例の記録媒体
103:第1の実施例の第1の復号化部
104:第1の実施例のリスケール&色変換部
105:第1の実施例の再符号化制御部
106:第1の実施例の第2の符号化部
107:第1の実施例のメモリ部
108:第1の実施例のINFO生成部
109:第1の実施例の送信部
110:第1の実施例のVOBU生成部
201:第2の実施例の第1の符号化部
202:第2の実施例のアクティビティ算出部
203:第2の実施例の記録媒体
204:第2の実施例の第1の復号化部
205:第2の実施例のリスケール&色変換部
206:第2の実施例の目標符号量算出部
207:第2の実施例の再符号化制御部
208:第2の実施例の第2の符号化部
209:第2の実施例のメモリ
210:第2の実施例のINFO生成部
211:第2の実施例の送信部
212:第2の実施例のVOBU生成部
102:第1の実施例の記録媒体
103:第1の実施例の第1の復号化部
104:第1の実施例のリスケール&色変換部
105:第1の実施例の再符号化制御部
106:第1の実施例の第2の符号化部
107:第1の実施例のメモリ部
108:第1の実施例のINFO生成部
109:第1の実施例の送信部
110:第1の実施例のVOBU生成部
201:第2の実施例の第1の符号化部
202:第2の実施例のアクティビティ算出部
203:第2の実施例の記録媒体
204:第2の実施例の第1の復号化部
205:第2の実施例のリスケール&色変換部
206:第2の実施例の目標符号量算出部
207:第2の実施例の再符号化制御部
208:第2の実施例の第2の符号化部
209:第2の実施例のメモリ
210:第2の実施例のINFO生成部
211:第2の実施例の送信部
212:第2の実施例のVOBU生成部
Claims (2)
- 第1の画像符号化方式によって符号化されたビデオストリームを第1の画像符号化方式と異なる第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号変換する符号変換装置であって、
第2の画像符号化方式のビデオストリームにおけるグループピクチャー単位の符号化データの目標ビット量をその符号化の実施前に決定する手段と、
第2の画像符号化方式のビデオストリームに符号化する際に発生するビット量が目標ビット量を超える場合に、目標ビット量を超えないように符号化を繰り返す手段とを有し、
グループピクチャー単位の符号化データを送信する前に、目標ビット量に基づいてグループピクチャーのアドレスマップを確定して送信することを特徴とする符号変換装置。 - 更に、
第1の画像符号化方式によってビデオ画像を符号化する時に符号化するビデオ画像の複雑度を算出する手段を有し、
目標ビット量をその符号化の実施前に決定する手段は、複雑度を算出する手段によって算出された複雑度に基づいて目標ビット量を算出する、
請求項1に記載の符号変換装置。
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