JP2663627B2 - 画像信号の記録／再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、動き画像を高能率符号化で圧縮して線速
度一定で回転されるディスク状記録媒体に記録／再生す
るための画像信号の記録／再生装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明では、線速度一定で回転するディスク状記録
媒体上に画像信号を記録するための画像信号の記録装置
において、画像信号の周期的な１枚の画像をフレーム内
符号化手段で符号化すると共に、フレーム内符号化され
る画像以外の画像をフレーム間符号化で符号化するよう
に、符号化方法が切り替えられ、このフレーム内符号化
がなされる周期がディスク状記録媒体の内周側の記録位
置に比して外周側の記録位置でより長くするように制御
される。

この発明では、線速度一定で回転するディスク状記録
媒体から画像信号を再生するための画像信号の再生装置
において、再生信号に含まれる識別信号により、又はデ
ィスク状記憶媒体の再生位置に応じて、フレーム内復号
とフレーム間復号とが切り替えられることにより、サー
チ等の特殊再生動作が良好になされる。

〔従来の技術〕

線速度一定で回転するディスク状の記録媒体として
は、ディジタルオーディオディスク（所謂、コンパクト
ディスク、CDと略称する）が良く知られている。CDで
は、ディジタル記録の利点を生かし、記録データ量を多
くするために、CLV（線速度一定）方式が採用される。C
Dにディジタルオーディオ信号以外に画像信号を記録す
ることが考えられている。しかし、画像信号の情報量
は、オーディオ信号に比して極めて多く、静止画像のみ
ならず、動き画像に対しても有利なデータ圧縮技術が必
要である。画像データの圧縮のためには、高能率符号が
用いられる。

符号化される画像信号の次元に注目した時に、高能率
符号化は、フレーム内（１次元、２次元）符号化とフレ
ーム間符号化とに分類できる。フレーム内符号化は、走
査線（１次元）、フィールド或いはフレーム内（２次
元）の処理を行うもので、フレーム間符号化は、３次元
的なフレーム間処理を行うものである。フレーム内符号
化は、圧縮率が低い反面、動きがある時でも高品質の復
元画像が得られ、フレーム間符号化では、圧縮率が高い
反面、復元画像の画質がフレーム内符号化に比して劣
り、また、伝播エラーが発生する問題点を持つことが知
られている。

かかる高能率符号化は、テレビ会議、テレビ電話等の
高圧縮率が要求される通信形で使用されている。伝播エ
ラーの発生を防止するために、これらの通信系では、最
初の画像を必ずフレーム内処理し、後はフレーム間処理
（正確にはフレーム内処理とフレーム間処理との適応的
選択）を行っている。しかし、CDの場合には、ランダム
アクセス、サーチ、リバース等の特殊再生等に、間欠的
にCDからデータが得られるので、上述のように、フレー
ム間処理でフレーム差分を符号化した時には、復元画像
が得られない問題が発生する。

この問題を解決するために、周期的に１枚の画像を完
全にフレーム内処理し、残りの画像を効率が良いフレー
ム間処理で符号化する方式が提案されている。この方式
であれば、上述の特殊再生時に、CDからフレーム内符号
化された画像データを再生することで、復元画像を間欠
的に得ることができ、特殊再生動作が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の特殊再生を考慮した符号化方式では、フレーム
内処理がされる周期が固定されていた。例えば、時間的
に連続する７フレームの画像信号の最初の１フレームが
フレーム内符号化され、他の６フレームがフレーム間符
号化されていた。しかしながら、CLV方式のCDの場合に
は、１周のトラックに記録できるフレーム数がCDの半径
方向の位置に関連して異なっている。このために、サー
チ再生等の特殊再生を行った時に、CDの再生位置によっ
て、再生画像が得られる周期、再生画像が表示される時
間が大きく変動する問題があった。

従って、この発明の目的は、特殊再生時に、ディスク
の再生位置によって、再生画像が得られる周期、再生画
像の表示時間が大きく変動する問題点が解決された画像
信号の記録／再生装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、線速度一定で回転するディスク状記録
媒体上に画像信号を記録するための画像信号の記録装置
において、 画像信号をフレーム内符号化する第１の符号化手段６
と、 画像信号をフレーム間符号化する第２の符号化手段5,
6,17と、 画像信号の周期的な１枚の画像を第１の符号化手段６
で符号化すると共に、第１の符号化手段６で符号化され
る画像以外の画像を第２の符号化手段5,6で符号化する
ように、符号化方法を切り替える手段３と、 ディスク状記録媒体の内周側の記録位置に比して外周
側の記録位置では、上記周期をより長くするように制御
する手段７と が備えられている。

また、この発明では、線速度一定で回転するディスク
状記録媒体から画像信号を再生するための画像信号の再
生装置において、 再生信号のフレーム内複合を行う第１の複合手段26
と、 再生信号のフレーム間復号を行う第２の復号手段26,2
9,30と、 再生信号に含まれる識別信号により、又はディスク状
記録媒体の再生位置に応じて、第１の復号手段26による
復号と第２の復号手段26,29,30による復号を切り替える
ための手段27,31と が備えられている。

〔作用〕

２次元DCTを高能率符号として使用した時には、フレ
ーム内の２次元ブロックをDCT変換するフレーム内符号
化とフレーム間差分をDCT変換するフレーム間符号化と
が使用される。ディスクの現在の記録位置に応じてフレ
ーム内符号化がされる周期が制御される。つまり、CLV
方式のディスクの場合には、内周側のトラックの１周に
記録できるデータ量より外周側のトラックの１周に記録
できるデータ量が多いので、内周側の周期に比して外周
側の周期が長くされる。この処理により、特殊再生時に
ディスクの再生位置によって再生画像の変化する周期、
１枚の再生画像の表示時間を略々一定とすることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について、図面を参照して
説明する。第１図は、記録回路を示す。この記録回路
は、CDROM（書き替え不可能なCD）の場合には、マスタ
ーディスク作製システムに適用される。この一実施例
は、高能率符号化として、DCT（Discrete Cosine Trans
form）を使用した例である。但し、この発明は、DCTに
限定されるものでなく、他の変換符号を使用でき、ま
た、変換符号化以外のサンプリング方式、ブロック毎の
データの最大値及び最少値の差であるダイナミックレン
ジに適応して符号化を行うADRC等の高能率符号を使用し
ても良い。

第１図において、１で示す入力端子に画像データが供
給される。この画像データは、１枚の画像が１フレーム
とされたノンインターレスのデータである。画像データ
は、モノクロ、カラーの何れでも良い。入力画像データ
がブロック化回路２に供給され、１フレームを細分化し
てなる（ｎ×ｎ）のブロック構造にデータの順序が変換
される。ブロック化回路２の出力信号がスイッチ回路３
の一方の入力端子4aと減算回路５に供給される。減算回
路５には、後述のように形成された前フレームのデータ
が供給され、演算回路５からフレーム差分が得られる。
このフレーム差分がスイッチ回路３の他方の入力端子4b
に供給される。スイッチ回路３の出力信号がDCTのトラ
ンスフォーマー６に供給される。

スイッチ回路３は、パルス発生回路７からの制御パル
スで周期的に切り替えられる。パルス発生回路７には、
入力端子８からディスクの半径方向における現在の記録
位置を示す信号が供給され、発生する制御パルスの周期
が記録位置に応じて制御される。記録位置を示す制御信
号としては、ディスクをCLV方式で回転させるための制
御信号等を利用できる。このスイッチ回路３が入力端子
4aからの画像信号を選択する時にフレーム内符号化がさ
れ、また、スイッチ回路３が入力端子4bからの画像信号
を選択する時にフレーム間符号化がなされる。

トランスフォーマー６では、２次元コサイン変換の処
理がされ、トランスフォーマー６から係数データが発生
する。この係数データが量子化回路９に供給され、所定
の量子化ステップでもって、係数データの量子化がなさ
れる。量子化回路９の出力信号が可変長符号化回路10に
供給され、ランレングス符号化及びハフマン符号化の処
理がなされる。可変長符号化回路10の出力信号がマルチ
プレクサ11に供給される。マルチプレクサ11には、量子
化回路９からの量子化ステップ９のデータが供給され、
動き補償回路19から動きベクトルが供給され、これらの
サイド情報と係数データとがマルチプレクサ11におい
て、伝送データに変換される。量子化ステップの情報
は、可変長符号化回路10に対しても供給される。

マルチプレクサ11の出力信号がバッファメモリ12に供
給される。バッファメモリ12から読み出された伝送デー
タが変調回路13に供給され、EFM（８ビットのデータを1
4ビットのデータに変換する変調方式）等のディジタル
変調処理を受ける。変調回路13の出力端子14に取り出さ
れた伝送データがディスクに記録される。図示せずも、
出力端子14には、エラー検出／訂正のためのエンコーダ
が接続されており、エラー訂正符号化がされた伝送デー
タが記録用ピックアップに供給される。

バッファメモリ12は、伝送データのデータレートが伝
送路の容量を超えないように、制御するために設けられ
ている。バッファメモリ12から量子化回路９に対して、
量子化ステップを制御するためのコントロール信号が供
給され、伝送データが多すぎる時には、量子化ステップ
を粗くし、伝送データが少ない時には、量子化ステップ
を密にするように制御する制御がなされる。

量子化回路９の出力信号が逆トランスフォーマー15に
供給され、逆トランスフォーマー15の出力信号（フレー
ム差分）が加算回路16に供給される。加算回路16の出力
信号がフレームメモリ17に供給される。フレームメモリ
17には、復元画像が再現され、フレームメモリ17の出力
信号がループフィルタ18を介して減算回路５及び加算回
路16に供給される。ループフィルタ18は、量子化回路９
における係数データの量子化で発生するランダムノイズ
とブロック歪みを目立たなくするために設けられてい
る。

更に、動き補償回路19が設けられ、動き補償回路19
に、現フレームの画像データ（ブロック化回路２の出力
信号）と前フレームの画像データ（フレームメモリ17の
出力信号）とが供給される。動き補償回路19では、ブロ
ックマッチングにより、フレーム間の動きを示す動きベ
クトルが検出され、この動きベクトルがフレームメモリ
17及びマルチプレクサ11に供給される。また、パルス発
生回路７からのスイッチ回路３を制御するパルス信号
は、フレーム内符号化とフレーム間符号化とを識別する
ためのID信号として、マルチプレクサ11に供給され、伝
送データに付加される。

上述のフレーム間符号化は、DCTとDPCMのハイブリッ
ド符号であって、DPCMで得られたフレーム差分をコサイ
ン変換しているので、高い圧縮率を実現できる。

この一実施例では、ディスクの最内周側の記録位置で
は、時間的に連続する例えば７フレームを周期としてフ
レーム内符号買がされ、残りの６フレームがフレーム間
フレームの処理を受ける。この結果、第２図に示すよう
に、７フレームの期間の３フレーム期間にフレーム内符
号化で発生した第１フレームの画像データと対応する符
号化データF1（ハッチング領域で示す）が位置し、残り
の４フレームの期間に第２フレームから第７フレームの
各画像データと対応する符号化データF2〜F7が位置する
符号化データが発生する。このフレーム内符号化の周期
（第２図の例では、７フレーム）がディスクの半径方向
の記録位置で変化させられる。この周期の制御について
は、後で詳述するが、ディスクの内周側より外周側の方
が長い周期とされる。

第３図は、第１図の構成で記録されたディスクを再生
するための再生系の構成を示す。入力端子21から供給さ
れた受信データが図示せすも、エラー訂正の処理を受け
てから復調回路22に供給され、復号回路22の出力データ
がバッファメモリ23に貯えられる。バッファメモリ23の
出力信号がデマルチプレクサ24に供給され、係数データ
とサイド情報とが分離される。

係数データがサイド情報中の量子化ステップを用いて
可変長復号化回路25で復号される。可変長復号化回路25
からの係数データが逆コサイン変換のための逆トランス
フォーマー26に供給される。逆トランスフォーマー26の
出力信号がスイッチ回路27の一方の入力端子28a及び加
算回路29に供給される。加算回路29には、フレームメモ
リ30から前フレームのデータがスイッチ回路32を介して
供給され、加算回路29から復元データが得られる。加算
回路29の出力データがスイッチ回路27の他方の入力端子
28b及びフレームメモリ30に供給される。フレームメモ
リ30には、受信された動きベクトルが供給される。

スイッチ回路31の一方の入力端子32bには、フレーム
メモリ30の出力データが供給され、その他方の入力端子
32aには、ゼロデータが供給されている。スイッチ回路2
7及び31は、デマルチプレクサ24で分離されたID信号で
制御され、フレーム内符号化の場合には、スイッチ回路
27及び31が入力端子28a及び32aを選択し、フレーム間符
号化の場合には、これらが入力端子28b及び32bを選択す
る。即ちフレーム内符号化の復元データは、逆トランス
フォーマー26からスイッチ回路27の出力側に取り出さ
れ、フレーム間符号化の復元データは、加算回路29から
スイッチ回路27の出力側に取り出される。フレーム内符
号化の復号がされる時には、加算回路29で前のフレーム
のデータを加算する必要がないので、ゼロデータを選択
的に加算回路29に供給するためのスイッチ回路31が設け
られている。スイッチ回路27からの復元データがブロッ
ク分解回路33に供給され、ブロック分解回路33により元
の順序に戻された復元データが出力端子34に取り出され
る。

上述の記録回路におけるパルス発生回路によるフレー
ム内符号化の周期の制御について、以下に説明する。

CDの線速度は、（1.2m/sec〜1.4m/sec）と規格化され
ている。線速度が1.2m/secの場合には、最内周トラック
に記録されるデータの時間は、0.131secであり、最外周
トラックに記録されるデータの時間は、0.303secであ
る。１フレーム９は、1/30secであるから、最内周トラ
ック及び最外周トラックには、夫々 0.131÷1/30＝3.93フレーム 0.303÷1/30＝9.09フレーム 時間のデータが記録される。第４図は、CDの渦巻状ト
ラックの最内周側の一部を示している。第４図で黒ドッ
トは、平均的なフレームの区切りを示し、ディスクの半
径方向のｘ−ｘ′線でトラックを直線に展開した状態の
記録データが第５図Ａに示されている。この例では、最
内周側では、フレーム内符号化の周期が７フレームとさ
れ、フレーム内符号化で発生したデータ（ハッチング領
域で示す）が３フレーム期間にわたって挿入される。第
４図に示すディスクの一部における第１番目のフレーム
に対応するデータF1から７フレーム毎にフレーム内符号
化されたデータが記録されている。

特殊再生動作例えばディスクの径方向のピックアップ
の送り速度がノーマル再生動作に比して高速とされ、ト
ラックジャンプが生じるサーチ動作時には、第５図Ａに
おいて矢印で示すように、フレーム内符号化がされたタ
のみが順次再生される。この第５図Ａと対応する再生デ
ータは、第６図Ａに示される。第６図Ａにおいて、ハッ
チング領域は、頭出し時間（即ち、ピックアップのトラ
ックジャンプ及びフレーム内符号化データを次に再生す
るまでの要する時間の合計）を表している。また、第６
図Ａには、再生データと対応する再生画像の表示動作が
示されている。つまり、再生データF1がフレーム内復号
されて得られる復号画像P1が次の第８フレームの復号画
像P8が得られる迄、繰り返してモニター装置に表示され
る。この第６図Ａから理解されるように、フレーム内符
号化がされたフレームを全て取り出すことができ、ま
た、３フレーム時間或いは４フレーム時間毎に７フレー
ムの後の画像が得られる。つまり、ディスクの最内周側
では、フレーム内符号化の周期が７フレームが適切であ
る。

第５図Ｂは、ディスクの最内周より外側で、トラック
の１周に4.1フレームが記録できる場合の記録データを
示す。第５図Ｂでは、フレーム内符号化の周期が７フレ
ームの場合とこれが８フレームの場合との両者が示され
ている。

周期を変化させるこの発明と異なり、７フレーム一定
としている時には、第５図Ｂにおいて、破線矢印のよう
に、最初のデータF1を再生してからより外側の隣接トラ
ックにジャンプした時に、途中からデータF8を再生する
ために、このデータF8から１枚の画像を復元できない。
従って、約７フレームの頭出し時間後に次のフレーム内
符号化がされたデータF15が再生されることで、再生画
像が得られる。従って、周期が７フレームの時には、第
６図Ｂに示すように、再生データF1と対応する再生画像
P1が10フレーム期間、表示されてから、次の14フレーム
後の再生データF15と対応する再生画像P15が同様に10フ
レームの期間にわたって表示される。このように、最内
周側と比してサーチ時に再生される画像の間隔がより長
くなり、また、１枚の画像の表示時間がより長くなる。
このように、ディスクの再生位置によって、表示の周期
或いは表示時間が大幅に変動することは、好ましくな
い。

そこで、この発明の一実施例では、トラックの１周に
4.1フレーム時間で記録できる場合には、フレーム内符
号化の周期が７フレームより長い８フレームに変更され
る。この制御により第５図Ｂにおいて破線矢印で示すよ
うに、隣のトラックにジャンプした時に、フレーム内符
号化がされたデータを再生できる迄の時間が少なくな
る。つまり、第６図Ｃに示すように、データF1、F9、F1
7、・・・が比較的小さい頭出し時間（ハッチング領域
で示す）でもって順次再生され、最内周側と同様の周期
で再生画像が表示される。

更に、ディスクの最外周側の領域であって、トラック
の１周に9.9フレーム９の時間のデータが記録される状
態が第５図Ｃに示されている。この時には、フレーム内
符号化の周期が12フレームとされる。第５図Ｃと対応す
る第６図Ｃから理解されるように、データF1と対応する
再生画像P1、データF9と対応する再生画像P9、・・・・
が順次表示される。この表示画像の変化の周期は、３フ
レーム或いは４フレームであって上述のディスクの内周
側における周期と同様である。

このように、ディスクの再生位置によって、サーチ動
作の時の表示される再生画像の変化の周期、１枚の画像
の表示時間が略々一定とすることができる。フレーム内
符号化の周期をｉとする時、ｉは次式で関係を満足すべ
きである。

ｉ＝（ｗ＋ｃ＋ｔ） w:フレーム内符号化データの最大長（フレーム数） c:現在記録しているトラックの１周に記録できるデータ
の最大の長さ（フレーム数） t:トラックジャンプしてから新たな再生データを得るの
に必要なシーク時間（フレーム数） 上式の計算結果の小数は、切り上げで整数に変換され
る。

ここで、ｗは、符号化方式に応じて所定の値に定ま
り、ｔは、再生装置によって所定の値に定まる。従っ
て、ディスクの現在の記録位置に応じて周期ｉを制御す
れば良い、前述の記録回路におけるパルス発生回路７
は、周期ｉに対応した制御パルスを発生する。

以上の説明では、順方向（ディスクの内側から外側へ
向かう方向）のサーチ動作について説明した。この発明
は、逆方向のサーチ動作においても、同様に有効であ
る。

また、再生時に、再生データに含まれるID信号により
フレーム内復号とフレーム間復号とを切り替える代わり
に、ディスクの再生位置に応じてこの切り替えを行うよ
うにすれば、ID信号をデータ中に挿入しなくても良い。

〔発明の効果〕

この発明では、CLV方式のディスクの記録位置に応じ
てフレーム内符号化の周期を制御するので、トラックジ
ャンプがされる特殊再生時に、１枚の再生画像の表示時
間が再生位置によって大幅に変動することを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例（記録回路）のブロック
図、第２図は符号化の説明に用いる略線図、第３図はこ
の発明の一実施例（再生回路）のブロック図、第４図、
第５図及び第６図はこの発明の一実施例の動作説明に用
いる略線図である。 図面における主要な符号の説明 1:画像信号の入力端子、 3:スイッチ回路、 5:減算回路、 6:DCTのためのトランスフォーマー、 7:パルス発生回路、 17:フレームメモリ、 21:再生データの入力端子、 26:逆トランスフォーマー、 27,31:スイッチ回路、 30:フレームメモリ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線速度一定で回転するディスク状記録媒体
   上に画像信号を記録するための画像信号の記録装置にお
   いて、 上記画像信号をフレーム内符号化する第１の符号化手段
   と、 上記画像信号をフレーム間符号化する第２の符号化手段
   と、 上記画像信号の周期的な１枚の画像を上記第１の符号化
   手段で符号化すると共に、上記第１の符号化手段で符号
   化される画像以外の画像を上記第２の符号化手段で符号
   化するように、符号化方法を切り替える手段と、 上記ディスク状記録媒体の内周側の記録位置に比して外
   周側の記録位置では、上記周期をより長くするように制
   御する手段と を備えたことを特徴とする画像信号の記録装置。
2. 【請求項２】線速度一定で回転するディスク状記録媒体
   から画像信号を再生するための画像信号の再生装置にお
   いて、 再生信号のフレーム内復号を行う第１の復号手段と、 上記再生信号のフレーム間復号を行う第２の復号手段
   と、 上記再生信号に含まれる識別信号により、又は上記ディ
   スク状記録媒体の再生位置に応じて、上記第１の復号手
   段による復号と第２の復号手段による復号を切り替える
   ための手段と を備えたことを特徴とする画像信号の再生装置。