JP3381725B2 - データ記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はデータ記録装置に係
り、特に、記録すべき符号化データの特殊再生のための
特殊再生用情報データを生成し記録すると共に、記録す
べき符号化データをリアルタイムで記録することを可能
とするデータ記録装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】動画像のビデオ信号やこれに関連するオ
ーディオ信号を圧縮符号化する方式の国際標準規格とし
てＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）によるも
のがある。このＭＰＥＧは１９８８年、ＩＳＯ／ＩＥＣ
ＪＴＣ１／ＳＣ２（国際標準化機構／国際電気標準化
会合同技術委員会１／専門部会２、現在のＳＣ２９）に
設立された動画像符号化標準を検討する組織の名称の略
称である。 【０００３】ＭＰＥＧ１（ＭＰＥＧフェーズ１）は、
１．５Ｍｂｐｓ程度の蓄積メディアを対象とした標準
で、静止画符号化を目的としたＪＰＥＧと、ＩＳＤＮ
（サービス統合ディジタル網）のテレビ会議やテレビ電
話の低転送レート用の動画像圧縮を目的としたＨ．２６
１（ＣＣＩＴＴ ＳＧＸＶ、現在のＩＴＵ−Ｔ ＳＧ１
５で標準化）の基本的な技術を受け継ぎ、蓄積メディア
用に新しい技術を導入したものである。これらは１９９
３年８月、ＩＳＯ／ＩＥＣ １１１７２として成立して
いる。ＭＰＥＧ２（ＭＰＥＧフェーズ２）は、通信や放
送などの多様なアプリケーションに対応できるように汎
用標準を目的として、１９９４年１１月ＩＳＯ／ＩＥＣ
１３８１８、Ｈ．２６２として成立している。 【０００４】かかるＭＰＥＧによる従来の符号化装置の
一例のブロック図を図４に、また復号化装置の一例のブ
ロック図を図５に示す。まず、図４の符号化装置につい
て説明するに、輝度信号と色差信号で構成されたビデオ
信号はディジタル化された後、ピクチャタイプに合わせ
て並べ替えが行われ、入力画像データとして入力端子１
０に入力される。この入力画像データは、減算器１１で
動き補償予測器１２からの動き補償予測化した画像デー
タと減算され、時間冗長分が削減された差分画像データ
とされる。 【０００５】上記の予測の方向は、過去と未来とそれら
の両方の３モード存在する。また、これらは縦方向１６
画素、横方向１６画素である１６×１６のマクロブロッ
ク（ＭＢ）単位で切り換えて使用できる。予測方向は入
力画像データに与えられたピクチャタイプによって決定
される。過去からの予測と、予測をしないでそのＭＢを
独立で符号化する２モード存在するのがＰピクチャであ
る。また、未来からの予測、過去からの予測、両方から
の予測、独立で符号化する４モード存在するのがＢピク
チャである。そして、すべてのＭＢを独立で符号化する
のがＩピクチャである。 【０００６】上記の動き補償は、動き領域をＭＢ毎にパ
ターンマッチングを行って、ハーフペル精度で動きベク
トルを検出し、動き分だけシフトしてから予測する。動
きベクトルは水平方向と垂直方向が存在し、何処からの
予測かを示すＭＣ（Motion Compensation）モードと共
にＭＢの付加情報として伝送される。Ｉピクチャから次
のＩピクチャの前のピクチャまでをグループオブピクチ
ャ（ＧＯＰ）といい、蓄積メディアなどで使用される場
合には、一般に約１５ピクチャ（フレーム）程度が使用
される。 【０００７】上記の減算器１１からはＩピクチャの場合
は入力画像データがそのまま取り出され、Ｐピクチャや
Ｂピクチャの場合には動き補償された差分画像データが
取り出されてＤＣＴ器１３に供給され、ここで離散コサ
イン変換（ＤＣＴ：DiscreteCosine Transform）され
る。このＤＣＴは、余弦関数を積分核とした積分変換を
有限空間へ離散変換する直交変換である。ＭＰＥＧでは
ＭＢを４分割し、縦方向８画素、横方向８画素である８
×８のＤＣＴブロックに対して、２次元ＤＣＴを行う。
一般にビデオ信号は低域成分が多く、高域成分が少ない
ため、ＤＣＴを行うと、得られる係数が低域に集中す
る。 【０００８】ＤＣＴされた画像データ（ＤＣＴ係数）
は、量子化器１４に供給され、ここで量子化される。こ
の量子化は、量子化マトリクスという８×８の２次元周
波数を視覚特性で重み付けした値と、その全体をスカラ
ー倍する量子化スケールという値で乗算した値を量子化
幅として、ＤＣＴ係数をその量子化幅で除算することで
行われる。 【０００９】量子化されたＤＣＴ係数は、動き補償予測
器１２からの動きベクトルやどこからの予測かを示す予
測モードとともに可変長符号化器（ＶＬＣ器）１９に供
給されて可変長符号化される。この可変長符号化に際し
て、ＤＣＴ係数の直流（ＤＣ）成分は予測符号化の一つ
であるＤＰＣＭ（Differencial Pulse Code Modulatio
n）を使用し、ＤＣＴ係数の交流（ＡＣ）成分は低域か
ら高域にかけてジグザグスキャンを行い、ゼロの連続出
現回数及び有効係数値を１つの事象とし、出現確率の高
いものから符号長の短い符号を割り当てていくハフマン
符号化が行われる。 【００１０】可変長符号化されたデータは、一時バッフ
ァメモリ２０に蓄えられた後、所定の転送レートで符号
化データとして出力される。また、その出力される符号
化データのマクロブロック毎の発生符号量は、符号量制
御器２１に供給され、目標符号量に対する発生符号量と
の誤差符号量を量子化器１４にフィードバックして量子
化スケールを調整することで符号量制御される。 【００１１】一方、Ｐピクチャ（フレーム間順方向予測
符号化画像）とＢピクチャ（双方向予測符号化画像）
は、後で動き補償予測の参照画面として用いる必要があ
るため、量子化器１４により量子化された情報は逆量子
化器１５に供給され、量子化値と乗算することにより逆
量子化され、更に逆ＤＣＴ器１６により逆ＤＣＴされる
ことにより局部復号化が行われ、加算器１７で動き補償
予測器１２からの予測画像データと加算されて復号器と
同じ画像が復元されて画像メモリ１８に蓄積される。こ
の画像メモリ１８から取り出されたデータは動き補償予
測器１２に供給されて次の動き補償予測の参照画像とさ
れる。 【００１２】次に、従来の復号化器について図５のブロ
ック図と共に説明する。同図中、入力端子２３を介して
入力された符号化データは、ＶＬＤ器２４により可変長
復号化されてから逆量子化器２５に供給され、ここで量
子化幅と乗算されることにより元のＤＣＴ係数に近似し
た値とされた後、逆ＤＣＴ器２６に供給されて逆ＤＣＴ
されることにより局部復号化が行われる。 【００１３】また、逆量子化器２５より取り出された動
きベクトルと予測モードは、動き補償予測器２７に画像
メモリ２９よりの復号化データと共に供給され、これよ
り動き補償予測化した画像データを出力させる。加算器
２８は逆ＤＣＴ器２６からのデータと動き補償予測器２
７よりの動き補償予測化した画像データとを加算するこ
とにより、符号化器に入力された画像データと等価なデ
ータを復号し、復号化データとして画像メモリ２７に供
給する一方、外部へ出力する。 【００１４】ところで、上述のようなＭＰＥＧによるデ
ータ符号化、復号化方式を使用して、ビデオ信号及びオ
ーディオ信号の符号化データを記録した光ディスクなど
から、記録符号化データの早送りや巻き戻し再生等の特
殊再生を可能ならしめるように、特殊再生用データをナ
ビゲートするナビゲーションデータを記録し、これを再
生する装置が提案されている（特開平８−２７３３０４
号公報）。 【００１５】すなわち、この公報記載の従来の符号化方
法、復号化方法及び装置では、ビデオ信号やオーディオ
信号などの再生データをＭＰＥＧ方式により圧縮してパ
ケット化した複数のデータパックを生成し、一定時間範
囲内で再生されるべきデータパック列を単位としてデー
タユニットを構成し、そのデータユニット内の先頭にそ
のデータパックの再生情報及び他のデータユニットとの
関係を記述したナビゲーション情報が格納されているナ
ビゲーションパックを設けたデータユニットを複数用意
し、それらデータユニットを時系列的に再生可能に記録
媒体に記録し、また、再生時は記録媒体の再生データの
ナビゲーション情報を参照し、データユニットを再生信
号に変換して再生信号を得るものである。 【００１６】 【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の符号化方法、復号化方法及び装置では、データパック
の再生情報及び他のデータユニットとの関係を記述した
ナビゲーション情報の生成は、ＭＰＥＧの符号化が終了
した後に、その符号化データを観測して符号量などの所
望の特殊再生情報を算出してから行う必要がある。すな
わち、上記の従来の符号化方法、復号化方法及び装置で
は、基本的にはＭＰＥＧによる符号化データは可変長符
号であるため、全部の符号化データが揃ってから、その
データを観測してデータユニットのアドレスを算出して
おり、全部の符号化データが揃ってからでないとデータ
ユニットのアドレスを算出することができず、リアルタ
イムで符号化データを記録することができないという問
題がある。 【００１７】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
記録すべき符号化データの特殊再生のための特殊再生用
情報データを生成し記録すると共に、記録すべき符号化
データをリアルタイムで記録することを可能とするデー
タ記録装置を提供することを目的とする。 【００１８】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、ピクチャ単位で構成された画像データを
ＭＰＥＧ方式により符号化して得るビデオ符号化データ
を少なくとも含む符号化データを生成しつつ、その符号
化データを、前記ビデオ符号化データにおける１つまた
は複数のＧＯＰを単位としてその単位毎に順次ユニット
化する論理ユニット化手段と、この論理ユニット化手段
によりユニットが生成される毎に、その生成されたユニ
ットのユニットサイズ、ユニット再生時間、及びユニッ
トの先頭から第Ｎ（Ｎは１ユニット内の前記ピクチャの
枚数以下の自然数）番目のピクチャの最後までのデータ
サイズ情報の３つの情報を、それぞれ該ユニットに相当
する前記符号化データから算出して、各ユニット毎の前
記３つの情報を備えた特殊再生用情報データを生成する
特殊再生用情報データ生成手段と、生成される前記符号
化データを順次記録媒体に記録すると共に、前記特殊再
生用情報データを前記記録媒体の前記符号化データの記
録領域とは異なる領域に記録する記録手段と、を有する
ことを特徴とするデータ記録装置、を提供するものであ
る。 【００１９】 【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になるデータ記録
装置の一実施の形態である符号化装置のブロック図、図
２はその符号化装置で生成され記録されたデータを記録
媒体から再生するための復号化装置の一形態のブロック
図を示す。図１中、図４と同一構成部分には同一符号を
付し、その説明を省略する。 【００２０】まず、データ符号化方法及び符号化装置に
ついて説明するに、図１において、画像データは入力端
子１０に入力され、図４と共に説明したように、Ｉピク
チャの場合は入力画像データが、ＰピクチャやＢピクチ
ャの場合には動き補償された差分画像データが、それぞ
れＤＣＴ、量子化及び可変長符号化され、ビデオ符号化
データとしてバッファメモリ２０に一時蓄積され、ビデ
オ符号化データのマクロブロック毎の発生符号量は、符
号量制御器２１に供給される。 【００２１】この符号量制御器２１での処理について更
に詳細に説明する。マクロブロック毎の発生符号量は、
バッファメモリ２０から符号量制御器２１内の比較器に
供給され、ここで目標符号量と比較されてそれらの誤差
符号量が符号量制御器２１内のフィードバック量子化決
定器に入力される。フィードバック量子化決定器は、入
力誤差符号量を例えば所定の間蓄積し、発生符号量の方
が大きい場合、誤差量に比例して量子化値を大きく設定
し、目標符号量の方が大きい場合、誤差量に比例して量
子化値を小さく設定して量子化器１４を制御する。これ
により、各ピクチャは発生符号量が決定された目標符号
量になるように制御される。 【００２２】一方、オーディオ信号をディジタル化して
得られたオーディオデータ（音声データ）は、入力端子
３０を介してオーディオ符号化器３１に供給されてＭＰ
ＥＧやＡＣ−３、若しくは圧縮を行わずリニアパルス符
号変調（ＰＣＭ）により固定長符号化される。バッファ
メモリ２０に一時蓄積されたビデオ符号化データと、オ
ーディオ符号化器３１より取り出されたオーディオ符号
化データは、それぞれ多重化器３２に供給されてＭＰＥ
Ｇ２で公知の規格（ISO/IEC 13818-1）に基づきパック
化され、データ識別のためのＩＤや表示時間を示すタイ
ムスタンプなどの情報が更に付加された後、時系列的に
合成された多重符号化データとされる。 【００２３】多重化器３２から取り出された多重化され
た符号化データは、図示しない公知の記録機構により光
ディスクなどの記録媒体３８にリアルタイムで記録され
る。また、多重化器３２から取り出された多重化された
符号化データは、論理ユニット化器３３にも供給されて
論理ユニット化される。例えば、ＭＰＥＧで符号化され
たビデオデータを１５ピクチャで１ＧＯＰを構成し、１
ＧＯＰ単位でユニット化するものとすると、論理ユニッ
ト化器３３では多重符号化データ中のビデオ符号化デー
タの１ＧＯＰを構成するピクチャの数をカウントしてＧ
ＯＰ境界を検出し、その検出時点でリセット信号をユニ
ット再生時間算出器３４及びデータサイズ算出器３５に
それぞれ供給する。なお、ユニットは１ＧＯＰに限定さ
れず、一定再生時間単位（一定ピクチャ数）であればよ
いが、その先頭はＩピクチャに設定される。 【００２４】ユニット再生時間算出器３４は、多重化さ
れた符号化データから論理ユニットが再生される時間を
算出する。このユニット再生時間は、ビデオ符号化デー
タのディスプレイピクチャの枚数を入力符号化データを
観測することでカウントし、論理ユニット化器３３から
リセット信号が入力されるまでのピクチャの枚数を１／
２９．９７秒で乗算することで算出できる。このユニッ
ト再生時間算出器３４で算出されたユニット再生時間
は、情報メモリ３６に記憶される。なお、予めユニット
の再生時間を固定としておくことも考えられる。その場
合には再生時間は算出する必要はなく、所定の固定再生
時間情報を情報メモリ３６に記憶する。 【００２５】また、データサイズ算出器３５は、論理ユ
ニット化器３３からのリセット信号の時間間隔からデー
タサイズを算出すると共に、多重化された符号化データ
から論理ユニット毎にその論理ユニットを構成するＩピ
クチャ及びＰピクチャの終了アドレス（ＥＡ）を算出す
る。例えば、図３に示すように、データサイズ算出器３
５は、リセット信号入力時点からＩピクチャの終了アド
レス（１ＥＡ）と、次に入力されるＰピクチャの終了ア
ドレス（２ＥＡ）と、以下、同様にして論理ユニット内
のすべてのあるいは、予め定めた数のＰピクチャが入力
される毎に、その終了アドレス３ＥＡ，．．．，ＴＥＡ
がそれぞれ算出される。このようにしてデータサイズ算
出器３５により算出されたデータサイズ及び終了アドレ
スも情報メモリ３６に供給されて一時記憶される。 【００２６】情報メモリ３６に記憶されたユニット再生
時間と終了アドレスとユニットサイズは、表１に示すよ
うなフォーマットに変換されて特殊再生用情報データと
して図示しない公知の記録機構により記録媒体３８に、
上記の多重化された符号化データの記録領域とは別の領
域に記録される。 【００２７】 【表１】 表１に示すように、特殊再生用情報データは、各ユニッ
ト毎にユニットサイズ、ユニット再生時間、第１ＲＥＦ
（リファレンス）画像ＥＡ、第２ＲＥＦ画像ＥＡ及び第
３ＲＥＦ画像ＥＡを一組とする情報データからなり、こ
れらがすべてのユニット分だけ順次時系列的に合成され
たデータである。ここで、図３に示すように、第１ＲＥ
Ｆ画像ＥＡは、Ｉピクチャの終了アドレス（１ＥＡ）で
あり、第２ＲＥＦ画像ＥＡはＩピクチャの次のＰピクチ
ャの終了アドレス（２ＥＡ）であり、第３ＲＥＦ画像Ｅ
Ａは更に次のＰピクチャの終了アドレス（３ＥＡ）であ
る。表１では第３ＲＥＦ画像ＥＡまでの情報しかない
が、これ以上あるいはこれ以下であっても差し支えない
ことは勿論である。ユニットアドレスを加算すれば、次
のユニットの先頭アドレスを算出できることとなる。 【００２８】次に、データ復号化方法及び復号化装置の
一形態について図２と共に説明する。図２において、図
１の符号化装置により符号化データと特殊再生用情報デ
ータとがそれぞれの領域に分けて記録された記録媒体３
８から、図示しない再生機構により特殊再生用情報デー
タをまず再生して情報メモリ４１に蓄積しておく。 【００２９】次に、図示しないインタフェースによって
特殊再生用指示信号が入力端子４０を介してピックアッ
プアクセスアドレス算出器４２に入力されると、ピック
アップアクセスアドレス算出器４２は情報メモリ４１を
アクセスして特殊再生用情報データを取り込み、特殊再
生用指示信号が指示した倍速比に応じて各ユニットの終
了アドレスを選択し、選択した終了アドレスやユニット
サイズに基づいて、読み出し開始アドレスと読み出し終
了アドレスを算出し、それらのアドレスをオプティカル
ディスクコントローラ４３に供給する。 【００３０】オプティカルディスクコントローラ４３
は、入力された読み出し開始アドレスと読み出し終了ア
ドレスに基づいて、ピックアップ４４の読み取り制御を
行う。この読み取り制御はユニット毎に行われる。ピッ
クアップ４４は記録媒体３８の多重化された符号化デー
タの記録領域から多重化された符号化データとアドレス
を公知の方法で再生し、再生アドレスがオプティカルデ
ィスクコントローラ４３から入力された読み出し開始ア
ドレスと読み出し終了アドレスとなるように再生トラッ
ク位置を選択して再生を行う。 【００３１】ピックアップ４４により再生された多重化
された符号化データは、分離化器４５に供給されてビデ
オ符号化データとオーディオ符号化データとに分離さ
れ、ビデオ符号化データは図５に示した構成のビデオ復
号器４７に供給されて従来と同様にして復号され、また
オーディオ符号化データはオーディオ復号器４６に供給
されて復号される。 【００３２】これにより、例えば特殊再生用指示信号が
１５倍速の早送り再生を指示している場合は、ピックア
ップアクセスアドレス算出器４２は表１の特殊再生用情
報データのユニットサイズを見て次のユニットの先頭ア
ドレス（読み出し開始アドレス）を算出すると同時に、
ここでは１ＧＯＰが１５枚のピクチャで構成されている
ので、そのユニットの第１ＲＥＦ画像ＥＡを検出してそ
の終了アドレスを読み出し終了アドレスとして算出して
オプティカルディスクコントローラ４３に出力すること
を各ユニット毎に行う。これにより、ピックアップ４４
により各ユニットの、ここでは各ＧＯＰの先頭のＩピク
チャのみが順番に記録媒体３８から再生されるため、１
５倍速再生ができる。 【００３３】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば、情報メモリ３６は特殊再生
用情報データフォーマット器３７により逐次生成した各
ユニットの特殊再生用情報データを記憶するようにして
もよく、さらには記録媒体３８に記録できるデータレー
トが、記録する符号化データのデータレートよりも高い
場合は、情報メモリ３６自体を設けずに、符号化データ
を記録しない空いている時間に特殊再生用情報データを
タイムシェアリングで記録することも可能である。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピクチャ単位で構成された画像データをＭＰＥＧ方式に
より符号化して得るビデオ符号化データを少なくとも含
む記録すべき符号化データを、記録媒体に記録すると共
に、前記記録すべき符号化データを、前記ビデオ符号化
データにおける１つまたは複数のＧＯＰを単位としてそ
の単位毎に順次ユニット化し、特殊再生用情報データを
ユニット毎に、それぞれ該当ユニットに相当する前記記
録すべき符号化データから生成し、その生成した特殊再
生用情報データを前記記録媒体の前記記録すべき符号化
データの記録領域とは異なる領域に記録する。これによ
って、本発明は、記録すべき符号化データをリアルタイ
ムで記録媒体に記録しながら、特殊再生用情報データも
同じ記録媒体に記録することを可能とする。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明になるデータ記録装置の一実施の形態で
ある符号化装置のブロック図である。 【図２】図１に示す符号化装置で生成され記録されたデ
ータを記録媒体から再生するための復号化装置の一形態
のブロック図である。 【図３】特殊再生用情報データ中のリファレンス画像終
了アドレスの説明図である。 【図４】従来の符号化装置の一例のブロック図である。 【図５】従来の復号化装置の一例のブロック図である。 【符号の説明】 １０ 画像データ入力端子 １４ 量子化器（符号化手段） １９ 可変長符号化（ＶＬＣ）器（符号化手段） ２０ バッファメモリ（符号化手段） ２１ 符号量制御器（符号化手段） ３０ 音声データ入力端子 ３１ オーディオ符号化器（符号化手段） ３２ 多重化器 ３３ 論理ユニット化器（特殊再生用情報データ生成手
段） ３４ ユニット再生時間算出器（特殊再生用情報データ
生成手段） ３５ データサイズ算出器（特殊再生用情報データ生成
手段） ３６ 情報メモリ（特殊再生用情報データ生成手段） ３７ 特殊再生用情報データフォーマット器（特殊再生
用情報データ生成手段） ３８ 記録媒体 ４０ 特殊再生用指示信号入力端子 ４１ 情報メモリ ４２ ピックアップアクセスアドレス算出器（アクセス
アドレス生成手段） ４３ オプティカルディスクコントローラ（ピックアッ
プ制御手段） ４４ ピックアップ ４５ 分離化器（復号手段） ４６ オーディオ復号器 ４７ ビデオ復号器（復号手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−170488（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325553（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−261962（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268969（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−273304（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−74380（ＪＰ，Ａ) 特開2000−109860（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／13361（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/85 - 5/956 H04N 7/24 G11B 20/10

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ピクチャ単位で構成された画像データをＭ
   ＰＥＧ方式により符号化して得るビデオ符号化データを
   少なくとも含む符号化データを生成しつつ、その符号化
   データを、前記ビデオ符号化データにおける１つまたは
   複数のＧＯＰを単位としてその単位毎に順次ユニット化
   する論理ユニット化手段と、 この論理ユニット化手段によりユニットが生成される毎
   に、その生成されたユニットのユニットサイズ、ユニッ
   ト再生時間、及びユニットの先頭から第Ｎ（Ｎは１ユニ
   ット内の前記ピクチャの枚数以下の自然数）番目のピク
   チャの最後までのデータサイズ情報の３つの情報を、そ
   れぞれ該ユニットに相当する前記符号化データから算出
   して、各ユニット毎の前記３つの情報を備えた特殊再生
   用情報データを生成する特殊再生用情報データ生成手段
   と、 生成される前記符号化データを順次記録媒体に記録する
   と共に、前記特殊再生用情報データを前記記録媒体の前
   記符号化データの記録領域とは異なる領域に記録する記
   録手段と、 を有することを特徴とするデータ記録装置。