JP3034283B2 - 映像符号化装置 - Google Patents

映像符号化装置

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、ディジタル映像信号の記録再生系または
伝送系において、複数のブロックに分割されたディジタ
ル映像信号をブロック単位で圧縮符号化する映像符号化
装置に係り、特に誤り訂正符号の構成法に関する。
(従来の技術) 音声信号をディジタル信号に変換して記録または再生
するシステムは種々実用化されており、例えば民生用の
分野においてはコンパクトディスク(CD)、回転ヘッド
式ディジタルオーディオテープ(R−DAT)などがあ
る。CDにはサンプリング周波数44.1kHz、量子化ビット
数16bitのディジタル音声信号が2チャンネル記録され
ている。このときのデータレートは、 44.1×103×16×2=1.41×106bps =1.41Mbps となる。
一方、映像信号をディジタル化して記録あるいは再生
するシステムは、放送用または業務用のビデオテープレ
コーダ(VTR)で商品化されている。従来の例えばD1規
格のディジタルVTRでは、映像信号を輝度信号(Y)と
2つの色差信号(Cr,Cb)に分け、輝度信号をサンプリ
ング周波数13.5MHz、量子化ビット数8bit、色差信号を
サンプリング周波数6.75MHz、量子化ビット数8bitで記
録している。このときのデータレートは 13.5×106×8+6.75×106×8×2 =216×106bps=216Mbps となる。
このように映像信号をディジタル記録するためには、
音声信号の100倍以上の記録速度が要求されると同時
に、記録容量、記録密度も非常に大きくなってしまう。
そこで、ディジタル映像信号の冗長成分を削減すること
により、画質劣化が視覚的な検知限以下の範囲内で圧縮
符号化を行い、記録する符号量を削減することが行われ
ている。
ディジタル映像信号を圧縮符号化して記録するディジ
タルVTRの公知例として、テレビジョン学会技術報告VR8
8−59「1/2インチ民生用ディジタルVTRの実験」があ
る。この公知例においてはディジタル映像信号をブロッ
ク化し、各ブロックに適応して圧縮符号化のモードを切
り替え、記録時に圧縮後の映像データに各ブロックの圧
縮符号化のモードを示すモードデータを付加している。
また、ディジタル映像信号にブロック毎に圧縮後の符
号の大きさが異なるような圧縮符号化を施す場合、上記
のようなモードデータを付加する代わりに、復号時に必
要なブロックの位置を示すブロックポインタおよびブロ
ックアドレスからなるヘッダ符号を付加することが考え
られる。
一方、ディジタル記録再生系では、一般に記録媒体の
傷など種々の要因により発生するランダム状やバースト
状の誤りを検出・訂正するために、誤り訂正符号が用い
られる。例えば先のCDやR−DATではリードソロモン符
号による誤り訂正が行われている。
リードソロモン符号は極めて強力な誤り訂正符号であ
るが、このような符号を用いてもその訂正能力以上の誤
りが発生した場合には、誤訂正を行う可能性が高くな
る。このため、1つの誤り訂正符号系列に訂正不可能な
誤りが存在すると判断した場合に、その誤り訂正符号系
列の全ての情報に対して誤りを検出したことを意味する
符号を付加し、その情報を全て誤りとして扱うことが行
われている。このとき、上記のようなヘッダ符号を圧縮
符号に付加する方式において、多数のヘッダ符号が含ま
れている誤り訂正符号系列上に訂正不可能になるような
誤りが発生すると、同時に多くのヘッダ符号が誤りに扱
われてしまう。
例えば、第3図においてヘッダ符号が配置されたヘッ
ダデータの誤り訂正符号系列Q1が訂正不能になってしま
い、この系列Q1に属する全てのシンボルが誤りであると
処理されてしまうと、全てのヘッダ符号が誤りとなる。
その結果、誤り訂正マトリクス内に含まれる全ての映像
データが復号化できなくなってしまう。
(発明が解決しようとする課題) 上述したように、従来の技術では多数のヘッダ符号が
含まれている部分に訂正不可能な誤りが発生すると、記
録再生あるいは伝送における同期ブロック内に含まれる
大量の圧縮符号ブロックが復号化不能になってしまうと
いう問題があった。
本発明は、このような問題点を解決するために、同時
に多くのヘッダ符号が誤りにより復号化の不可能な状態
にならないようにすることができる映像符号化装置を提
供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために、本発明ではディジタル映
像信号を複数のブロックに分割しブロック単位で圧縮符
号化して圧縮符号ブロックを生成し、この圧縮符号ブロ
ックを誤り訂正符号化のためにマトリクス上の行方向に
並べ、マトリクス上の各行に含まれる最初の圧縮符号ブ
ロックのその行の先頭からの距離を示す符号(ブロック
ポインタ)とそのブロックの映像内の位置を示す符号
(ブロックアドレス)とを含むヘッダ符号をその行の特
定に位置に付加し、さらに該マトリクスに検査符号を付
加して誤り訂正符号を得る映像符号化装置において、マ
トリクス上のヘッダ符号の並びに対して斜めの誤り訂正
符号系列が少なくとも1つ以上存在するように誤り訂正
符号を生成することを特徴とする。また、誤り訂正符号
の各系列はサブデータと圧縮符号ブロックが配置された
映像データおよび検査符号を含み、サブデータはさらに
ヘッダ符号と該ヘッダ符号の誤り訂正のための検査符号
からなり、サブデータ内のヘッダ符号の各符号に対応す
るシンボル数の最小シンボル数との差がサブデータ内の
検査符号に対応するシンボル数の最小シンボル数との差
より少ないことが望ましい。
(作用) ヘッダ符号の並びに対して斜めに設定された誤り訂正
符号系列上では、1つの誤り訂正符号系列に含まれるヘ
ッダ符号が少なくなるため、訂正不可能になるような誤
りが発生した場合に誤りとなるヘッダ符号の数が最小限
に抑えられる。従って、このようなヘッダ符号の並びに
対して斜めの誤り訂正符号系列を少なくとも1つ以上設
けると、訂正不可能な誤りが発生した場合に復号化が不
可能となるような圧縮符号ブロックの数も少なくなる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
1図は、本発明を映像信号を圧縮符号化して記録再生す
るディジタルVTRに適用した一実施例を示すブロック図
である。
まず、本発明による映像符号化装置を含む記録系につ
いて説明する。
入力端子11には、図示しないA/D変換器によりディジ
タル化された映像信号が入力される。このディジタル映
像信号は、フレームメモリを用いたブロック分割回路12
に入力され、圧縮符号化を行うために適当なサイズの複
数のブロックに分割される。例えば1フレーム分のディ
ジタル映像信号のデータが768×488個であり、これをブ
ロック分割回路12で8×8個のデータからなるブロック
に分割すると、96×61個のブロックが発生する。
ブロック分割回路12で得られた各ブロックのディジタ
ル映像信号は、圧縮符号化回路であるDCT(離散コサイ
ン変換)回路13に導かれ、ブロック毎にDCTが施され
て、符号化結果としてブロック毎のDCT係数が出力され
る。これによって、各ブロックの持つ冗長成分が効率良
く取り除かれ、圧縮符号化が行われる。圧縮符号化の方
式としては、他にアダマール変換などを用いてもよい。
DCT回路13から出力されるDCT係数は、量子化回路14に
より量子化され、さらにハフマン符号化回路15において
ハフマン符号化が施されることによって、ブロック単位
の最終的な圧縮符号(以下、これを圧縮符号ブロックと
いう)となる。これらの圧縮符号化ブロックは、ブロッ
ク毎に情報量に応じた異なる大きさを持つ可変長データ
となっている。
ハフマン符号化回路15から出力される圧縮符号ブロッ
クはインタリーブ回路16に入力され、誤り訂正符号化を
行うための一定の大きさのマトリクス上に行方向に沿っ
て並べられる。この際、ハフマン符号化回路15から出力
される可変長データである圧縮符号ブロックは、固定長
データとなる。一方、ヘッダ生成回路17ではインタリー
ブ回路16においてマトリクス上に並べられたデータか
ら、マトリクス上の各行に含まれる最初の圧縮符号ブロ
ックの、その行の先頭からの距離を示す符号(ブロック
ポインタ)と、その圧縮符号ブロックの映像(フレー
ム)内の位置(ブロックアドレス)を示す符号をヘッダ
符号として生成する。
そして、インタリーブ回路16からの出力データと、ヘ
ッダ生成回路17から出力されるヘッダ符号とが加算器18
で合成される。この際、ヘッダ符号はそれに対応する圧
縮符号ブロックが並べられる行の特定の位置に付加され
る。加算器18から出力されるマトリクスは誤り訂正エン
コーダ19に入力され、誤り訂正符号化される。誤り訂正
エンコーダ19は固定長データについての処理が可能であ
れば良く、一定の大きさのマトリクスに対して、再生側
で誤り訂正および誤り検出を行うための検査符号を付加
することによって誤り訂正符号を生成する。こうして得
られた誤り訂正符号のデータは、記録回路20において記
録再生系の特性に適合した変調方式で変調および増幅さ
れた後、記録ヘッド21によって磁気テープ22に記録され
る。
次に、映像復号化装置を含む再生系について説明す
る。
磁気テープ22に記録された信号は、再生ヘッド23によ
って再生される。再生ヘッド23は記録ヘッド21と兼用で
もよい。再生ヘッド23からの再生信号は再生回路24にお
いて増幅および復調される。再生回路24で得られた復調
データは、誤り訂正デコーダ25に入力される。誤り訂正
デコーダ25においては検査符号を基にして記録再生時に
発生した誤りを検出し、訂正可能なデータに対しては誤
り訂正を行い、訂正不可能なデータに対しては誤りフラ
グを付加する。
誤り訂正デコーダ25の出力は、デインタリーブ回路26
およびヘッダ再生回路27に入力される。デインタリーブ
回路26では、ヘッダ再生回路27によって再生されたヘッ
ダ符号を基にして、インタリーブ回路16と逆の処理を行
う。デインタリーブ回路26の出力データは、ハフマン復
号化回路28、逆量子化回路29、逆DCT回路30、フレーム
再生回路31においてそれぞれ記録系のハフマン符号化回
路15、量子化回路14、DCT回路13、ブロック分割回路12
と逆の処理が施されることによって、基のディジタル映
像信号が復元され、出力端子32より出力される。ディジ
タル映像信号は、最終的に図示しないD/A変換器により
アナログ信号に戻され、表示などに用いられる。
第2図は、誤り訂正エンコーダ19及び誤り訂正デコー
ダ25によって行われる誤り訂正の方式を説明するための
誤り訂正マトリクスを示す図であり、一つ一つの升目は
シンボル(記録単位)を表わしている。インタリーブ回
路16から出力される圧縮符号ブロックの各シンボルは、
マトリクス内の映像ブロックに水平方向に並べられ、こ
の順で記録される。
ヘッダ生成回路17から出力されるヘッダ符号(ブロッ
クポインタとブロックアドレス)は、マトリクス上の水
平方向の先頭にあるヘッダデータブロックに配置され、
順に記録される。そして、加算器18から得られる映像デ
ータブロックとヘッダデータブロックとを合わせたデー
タに対して、誤り訂正エンコーダ19において検査符号が
付加され、誤り訂正符号が生成される。
誤り訂正符号としては2重の誤り訂正符号が用いら
れ、特にリードソロモン符号が好適である。誤り訂正符
号系列の取り方は、次の通りである。すなわち、誤り訂
正符号系列のうち内符号系列はP1に示されるように映像
データが記録されていく方向と同じ水平方向に取られ、
検査符号がPパリティブロックに配置される。一方、外
符号はQ1に示されるように内符号に対して斜めに取ら
れ、検査符号がQパリティブロックに配置される。ここ
で、外符号系列を設定するときの留意点は、 (a)1つの外符号系列内に、同一の内符号系列に属す
るシンボルが1つのみしか存在しないこと、 (b)1つの外符号系列内に含まれるヘッダ符号が最小
になるようにすること、 である。このような条件を満たすために、本実施例では
外符号系列を内符号系列とヘッダ符号の並びの両者に対
して45゜の角度に設定している。この場合、1つの外符
号系列に含まれるヘッダ符号の数を最小の3シンボルと
なる。
このようにすると、外符号系列である例えばQ1の誤り
符号系列が訂正不能となるような誤りが生じ、この系列
Q1に属する全てのシンボルが誤りであると処理された場
合でも、誤りとなるヘッダ符号は高々3シンボルである
から、誤り訂正マトリクス内に含まれる映像データの圧
縮符号ブロックのシンボルのうち再生不能となるシンボ
ル数は最小限に抑えられることになる。
次に、誤り訂正符号系列における各情報のシンボルへ
の割り当てについて説明する。
リードソロモン符号では固定長の単位、つまりシンボ
ル単位でしか誤り訂正を行うことができない。このた
め、従来では記録するディジタル情報の大きさをシンボ
ルの大きさの整数倍とすることが一般的であった。
これに対して、1シンボルの大きさの整数倍と異なっ
た大きさを持つ情報を記録する場合、例えば情報の大き
さが1シンボルの大きさより大きい場合は、第7図
(a)に示すように1つの情報を複数のシンボルに割り
当て、逆に情報の大きさが1シンボルの大きさより小さ
い場合は、第7図(b)に示すように1つの情報を1つ
のシンボルに割り当てることが行われている。このた
め、割り当てた1ないし複数のシンボルの大きさから情
報の大きさを差し引いた端数分が有効に利用されないこ
とになり、記録媒体の有効利用という観点から問題とな
る。
この問題を避けるために端数部分を詰めて記録する
と、第7図(c)に示すように1つの情報が必要以上に
多くのシンボルにまたがってしまい、誤り訂正を行う上
で情報に対する誤り訂正能力が低下してしまう。すなわ
ち、誤り訂正はシンボル単位で行われるため、その誤り
訂正能力は情報がまたがるシンボルの数が多くなるほど
悪くなる。
このような問題を解決するため、本発明では記録する
情報の大きさと、その情報が持っている重要度に着目
し、シンボルと異なる大きさを持つ情報を詰めて記録す
る場合に発生する1つの情報がまたがるシンボルの数
が、重要度の高い情報ほど優先的に少なくなるように、
例えばインタリーブ回路16において情報の並べ替えを行
うか、もしくは重要度の低い情報の幾つかを分割する。
このように情報を記録するときのシンボルの大きさ
と、その情報を記録するために必要な領域の大きさが異
なる情報が発生した場合、それぞれをシンボル単位で区
切らずに、複数個をまとめてシンボルの整数倍の大きさ
に記録することは、1つの情報をそれぞれシンボルの整
数倍の大きさに記録するよりも、記録媒体の記録容量を
有効に利用するという点で有利である。一方、重要度の
高い情報がまたがるシンボルの数が少ないことは、シン
ボル単位の誤り訂正を行う上で訂正能力を有効に使用す
ることを可能とする。
第4図は、本発明における1つの誤り訂正符号系列の
構成例を示す図である。この誤り訂正符号系列はサブデ
ータ41、映像データ42および検査符号43から構成されて
いる。サブデータ41はシンボルとは異なる大きさの情報
を少なくとも1つ含んでおり、その情報の大きさはシン
ボルの大きさの整数倍である。
サブデータ41の内部構成は、例えば第5図に示すよう
な構成が考えられる。第5図の例では3つの情報A,B,C
がシンボルの大きさの3倍の領域に配置されており、情
報A,B,Cのまたがる最少のシンボル数はそれぞれ“1",
“2",“1"となっている。第5図(a)では情報Aが2
シンボルにまたがっており、また第5図(b)では情報
Bが3シンボル、第5図(c)では情報Cが2シンボル
にそれぞれまたがっている。
検査符号43による誤り検出および誤り訂正は、シンボ
ル単位でしか行われないため、情報に対する訂正能力
は、情報の大きさではなく、その情報がまたがるシンボ
ルの数に比例して悪くなってしまう。従って、1つの情
報がまたがるシンボルの数が少ない方が訂正能力が高く
なる。しかし、情報A,B,Cの全てについて、またがるシ
ンボルの数を最小にするためには、第5図(e)に示す
ようにシンボルの大きさの4倍の領域が必要となり、情
報の記録効率が低下してしまう。
そこで、本発明では情報A,B,Cの重要度IA,IB,ICが IA>IB>IC の関係にある時、誤り訂正符号系列上での情報の最適な
配置方法を選択するために、次の処理を行う。
基本的に、重要度の最も高い情報ほどまたがるシンボ
ルの数が少なくなるように並べ換えを行う。
その結果、情報全体の占有するシンボルの数が、第5
図(e)のように情報を全て詰めたときに占有するシン
ボルの数(この場合、“4")より大きくなってしまう場
合には、重要度が最も低い情報から順にまたがるシンボ
ルの数を多くする。
以下、同様の処理を繰り返す。第5図(a)(b)
(c)に示す3種類の中では、(c)が最適な配置とな
る。また、1つの情報が2カ所に離れて記録することを
許せば、第5図(d)も有効な配置と言える。
第6図は、本発明における1つの誤り訂正符号系列の
他の構成例を示す図である。この例では第4図のサブデ
ータ41内に、誤り訂正符号を構成するための検査符号41
Cを含む構成になっている。サブデータ41の残りの二つ
の情報41Aと41Bは、例えば先に説明したブロックポイン
タとブロックアドレスである。検査符号41Cはサブデー
タ41内の他の情報41A,41Bに発生した誤りを検出・訂正
するための符号で、1ビット単位で誤り訂正を行うこと
が可能である。誤り訂正方式としては、例えばCRCCがあ
る。
また、この例ではシンボルと異なる大きさを持つ情報
を組み合わせてもシンボルの整数倍の大きさと等しくな
らない時、検査符号41Cの大きさを適当に選ぶことによ
って、サブデータ41の大きさをシンボルの大きさの整数
倍にすることが容易になる。さらに、検査符号41Cを利
用してサブデータ41の誤り訂正を行うことで、サブデー
タ41に対する誤り訂正能力を上げることが可能となる特
徴を持っている。その結果、1つの情報が複数シンボル
にまたがったことによる検査符号43による誤り訂正能力
の低下を、サブデータ41内の検査符号41Cによる誤り訂
正能力で補う働きを持たせることができる。
このとき、サブデータ41のうち誤り訂正符号41Cを最
も重要度の低い情報(C)として扱い、またブロックポ
インタ41A,ブロックアドレス41Bは、それぞれ最も重要
度の高い情報(A)および次に重要度の高い情報(B)
として扱うことによって、第4図のサブデータ41と同様
な方法で情報を配置すればよい。
なお、以上の実施例ではディジタルVTRのようなディ
ジタル映像信号の記録再生装置について説明したが、デ
ィジタル映像信号を伝送する装置にも本発明を適用でき
る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によればディジタル映像
信号をブロック単位で圧縮符号化した圧縮符号ブロック
をその圧縮符号ブロックについてのヘッダ符号と共に誤
り訂正符号化した誤り訂正符号系列上に、誤り訂正が不
可能になるような誤りが発生してその誤り訂正符号系列
上の全てのシンボルが誤りとして扱われてしまった場合
でも、復号化に必要なヘッダ符号が大量に誤ってしまう
ことがなく、復号化不可能となる圧縮符号ブロックの数
を最小に抑えることが可能となる。
また、本発明によればディジタル映像信号などのディ
ジタル記録再生装置や伝送装置において、シンボルと異
なる大きさを持つ情報を詰めて記録する場合に発生する
1つの情報がまたがるシンボルの数を、重要度の高い情
報ほど優先的に少なくなるように情報の並べ替え、もし
くは重要度の低い情報の幾つかについて分割を行うこと
によって、1つの情報がまたがるシンボル(記録単位ま
たは伝送単位)の数を最少にすることができ、かつ情報
全体が占有するシンボルの数を小さくできるので、シン
ボル単位の誤り訂正と組み合わせる場合に情報の記録ま
たは伝送効率と誤り訂正効率の向上を同時に達成するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るディジタルVTRの要部
を示すブロック図、第2図は同実施例における誤り訂正
マトリクス上の誤り訂正符号系列を説明するための図、
第3図は本発明の効果を説明するための誤り訂正マトリ
クスを示す図、第4図は同実施例における1つの誤り訂
正符号系列の構成例を示す図、第5図は第4図における
サブデータの内部情報の配置例を示す図、第6図は同実
施例における1つの誤り訂正符号系列の他の構成例を示
す図、第7図は従来の誤り訂正符号系列におけるデータ
構成を説明するための図である。 11……入力端子 12……ブロック分割回路 13……DCT回路 14……量子化回路 15……ハフマン符号化回路 16……インタリーブ回路 17……ヘッダ生成回路 19……誤り訂正エンコーダ 25……誤り訂正デコーダ 26……デインタリーブ回路 27……ヘッダ再生回路 28……ハフマン復号化回路 29……逆量子化回路 30……逆DCT回路 31……フレーム再生回路 32……出力端子 41……サブデータ 42……映像データ 43……検査符号 41A……ブロックポインタ 41B……ブロックアドレス 41C……検査符号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 直樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 柴岡 秀一 東京都港区新橋3丁目3番9号 東芝オ ーディオ・ビデオエンジニアリング株式 会社内 (56)参考文献 特開 昭50−7439(JP,A) 特開 昭64−76465(JP,A) 特開 平2−30240(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 7/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル映像信号を複数のブロックに分
    割する手段と、 前記ディジタル映像信号を前記ブロック単位で圧縮符号
    化して圧縮符号ブロックを得る手段と、 前記圧縮符号ブロックを所定の大きさのマトリクス上の
    行方向に並べる手段と、 前記マトリクス上の各行に含まれる最初の圧縮符号ブロ
    ックのその行の先頭からの距離を示す符号と、その圧縮
    符号ブロックの映像内の位置を示す符号とを含むヘッダ
    符号をその行の特定の位置に付加する手段と、 前記マトリクス上の前記ヘッダ符号の並びに対して斜め
    方向の誤り訂正符号系列が少なくとも1つ以上存在する
    ように前記マトリクスに検査符号を付加して誤り訂正符
    号を得る手段と を具備することを特徴とする映像符号化装置。
  2. 【請求項2】ディジタル映像信号を複数のブロックに分
    割する手段と、 前記ディジタル映像信号を前記ブロック単位で圧縮符号
    化して圧縮符号ブロックを得る手段と、 前記圧縮符号ブロックを所定の大きさのマトリクス上の
    行方向に並べる手段と、 前記マトリクス上の各行に含まれる最初の圧縮符号ブロ
    ックのその行の先頭からの距離を示す符号と、その圧縮
    符号ブロックの映像内の位置を示す符号とを含むヘッダ
    符号をその行の特定の位置に付加する手段と、 前記マトリクスに検査符号を付加してシンボル単位で誤
    り訂正を行うための誤り訂正符号を得る手段とを具備
    し、 前記誤り訂正符号の各系列のサブデータと前記圧縮符号
    ブロックが配置された映像データおよび検査符号を含
    み、前記サブデータはさらに前記ヘッダ符号と該ヘッダ
    符号の誤り訂正のための検査符号からなり、ヘッダ符号
    の各符号にそれぞれ対応するシンボル数の最小シンボル
    数との差が、サブデータ内の検査符号に対応するシンボ
    ル数の最小シンボル数との差より小さいことを特徴とす
    る映像符号化装置。
  3. 【請求項3】ディジタル映像信号を符号化する手段と、 この手段により符号化されたディジタル映像信号から固
    定長のシンボル単位で誤り訂正を行うための誤り訂正符
    号を得る手段と、 前記誤り訂正符号を前記シンボル単位で記録または伝送
    する手段とを具備し、 前記誤り訂正符号は該符号の各系列を構成する前記シン
    ボルとは大きさの異なる複数個の情報のうち、重要度の
    高い情報ほど対応するシンボル数の最小シンボル数との
    差が小さいことを特徴とする映像符号化装置。
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