JP3470335B2 - 復号化方法及び装置 - Google Patents

復号化方法及び装置

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JP3470335B2 JP50446795A JP50446795A JP3470335B2 JP 3470335 B2 JP3470335 B2 JP 3470335B2 JP 50446795 A JP50446795 A JP 50446795A JP 50446795 A JP50446795 A JP 50446795A JP 3470335 B2 JP3470335 B2 JP 3470335B2
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signal
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勝己 田原
陽一 矢ヶ崎
靖 藤波
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光ディスクやハードディスク、磁気テープ
等の記録媒体に、ディジタル動画像信号が符号化されて
記録され、これを再生して復号化する動画像信号の復号
化方法及び装置に関し、特に高速再生に関する。
背景技術 動画像データは情報量が極めて多いため、これを記録
・再生するには、連続的な伝送速度が極めて高い記録媒
体を使用しなくてはならない。また伝送するには、伝送
容量の大きな通信路を使用しなくてはならない。現在、
NTSCテレビジヨン方式のディジタルビデオ信号を記録す
るには、テープ幅の大きな磁気テープを使用したVTR、
又は直径30センチ程度の光ディスクを使用する光ディス
ク記録・再生装置が必要である。
これに対して、ディジタルビデオ信号をより小型で記
録情報量の少ない記録媒体に長時間記録しようとするこ
とが考えられ、そのためにディジタルビデオ信号を高能
率に符号化し、所定の記録媒体に記録するとともに、そ
の読み出し信号を能率良く復号化することが提案されて
いる。その１つに、MPEG（Moving Picture Experts Gro
up）方式がある。
このMPEG方式においては、まずビデオ信号の画像フレ
ーム間の差分を取ることにより、時間軸方向の冗長度を
落とす。さらに、離散コサイン変換（DCT（discrete co
sine transform））等の直交変換手法を用いて、空間軸
方向の冗長度を落とす。このようにしてビデオ信号を能
率良く符号化し、所定の記録媒体に記録するようになさ
れている。また、このような方法により高能率符号化ビ
デオ信号が記録された記録媒体を再生する場合、記録媒
体からの読み出し信号を逆離散コサイン変換し、効率良
く復号化して、ビデオ信号を再生する。
以上のMPEG方式は、既に商品として販売されており、
また多くの刊行物にて公知であるから、詳細な説明は省
略する。ここでMPEG方式のシンタクスを説明する。MPEG
は本出願時において、MPEG2と呼ばれるさらに高品質な
規格内容が検討されており、以下のシンタクスは規格途
上のものである。
図18から図25に示すテーブルは、シンタクスを定義し
たテーブルである。このシンタクスは、所定のビット・
ストリームが提供された時、互いにそのビット・ストリ
ームの解析を可能にし、元の信号を復元するための手続
きを記述したものである。図18はビデオ・シーケンスを
定義し、プログラマブル言語にて記述されているが、こ
れをフローチヤートとして読み替えることができる。ま
た少なくとも、MPEGの規格を検討している当業者には容
易にその技術内容が理解できる形式で記述されている。
図19は、シーケンスヘッダの例を示す。シーケンスヘ
ッダは、表示される動画像の形式を定義するためのもの
で、例えば走査線の数、アスペクト比等が定義される。
以下、その例を説明する。
horizontal_sizeは、12ビットのLSB（horizontal_siz
e_value）と２ビットのMSB（sequence_extension内のho
rizontal_size_extension）とからなり、合計14ビット
で画像の輝度成分での表示可能な横幅を示す。
vertical_sizeは、12ビットのLSB（vertial_size_val
ue）と２ビットのMSB（sequence_extension内のvertica
l_size_extension）とからなり、14ビットで画像の輝度
成分での表示可能な縦幅を示す frame_rateは４ビットのフラグで、図26にフラグの内
容を詳細に示す。non_interlaced_sequenceが０の場合
（インターレース画像）、frame_rateは１秒間のフレー
ム数を表している。non_interlaced_sequenceが１の場
合（プログレッシブ画像）、frame_rateは１秒間のプロ
グレッシブ画像の数を示す。
bit_rateは、LSB側の18ビットはsequence header内の
bit_rateを、MSB側の12ビットはsequence_extension内
のbit_rate_extensionを表わす合計30ビットの整数で表
される。30ビットの整数は、400bit/secondを単位とし
てビットストリームのビットレートを表したものであ
り、端数は切上げで示される。ゼロは禁止である。また
可変レートの場合は、“3FFFFFFF"が指定される。
vbv_buffer_sizeは10ビットのフラグでvbv_buffer_si
zeのLSB側10ビットを表している。VBVバッファサイズは
18ビットの整数で表される。1sb（最下位ビット）側の1
0ビットはvbv_buffer_sizeで、MSB側の８ビットはseque
nce_extension内のvbv_buffer_size_extensionで表され
る。この18ビットの整数はシーケンスをデコードするた
めに必要なVBVバッファサイズを示している。VBVは、デ
コーダの持つバッファをオーバーフロー又はアンダーフ
ローさせないための仮想バッファ制御の方式であるが、
その詳細はMPEG2 Working DraftまたはTest ModelのAnn
ex Cに記載されている。
これは以下の式で定義される。
Ｂ＝16＊1024＊vbv_buffer_size Ｂは、シーケンスをデコードするために最低限必要なVB
Vバッファサイズをビット単位で表したものである。
図20は量子化マトリクスのテーブルの例を示す。
load_intra_quantizer_matrixは１ビットのフラグ
で、intra_quantizer_matrixをダウンロードする場合、
このビットが“1"に設定される。“0"に設定された場
合、図27に示すデフオルト値が用いられる。intra_quan
tizer_matrixは８ビット×64個のデータである。これを
ダウンロードする場合は、ジグザグスキャンの順に伝送
され、前の値にオーバーライトされる。ダウンロードさ
れた値は、次にダウンロードされるまで有効である。
load_non_intra_quantizer_matrixは１ビットのフラ
グで、non_intra_quantizer_matrixをダウンロードする
場合、このビットが“1"に設定される。“0"に設定され
た場合、図28に示すデフオルト値が用いられる。non_in
tra_quantizer_matrixは８ビット×64個のデータであ
る。これをダウンロードする場合は、ジグザグスキャン
の順に伝送され、前の値にオーバーライトされる。ダウ
ンロードされた値は次にダウンロードされるまで有効で
ある。
chroma_formatは２ビットのフラグで、以下のテーブ
ルに示す通り３種類の色差信号のフォーマットを示すこ
とができる。
sequence_start_code_identifierは４ビットのフラグ
でextension_dataのタイプを示す識別子である。これに
ついては図29に示す。
図21、図22はピクチャヘッダを示す。temporal_refer
enceは10ビットのフラグで、ピクチャの表示順番を表
す。これはピクチャのカウンタで画像が入力される度に
１づつ増加する値を、1024で割った余りで表される。そ
れぞれのGOPで、画像の表示順番で１番最初の画像でtem
poral_referenceは０にリセットされる。またフレーム
がField codingによって２枚に分割されている場合、２
枚のフィールドに対するtemporal_referenceは同じ値で
ある。
picture_coding_typeは３ビットのフラグで画像符号
化タイプの識別子であり、画像内符号化（Ｉピクチ
ャ）、前方予測（Ｐピクチャ）、両方向予測（Ｂピクチ
ャ）、画像内符号化のDC成分のみ（Ｄピクチャ）があ
り、これについては図30に示す。Ｄピクチャは他のタイ
プの画像と共存してビデオシーケンス内に出現してはな
らない。
vbv_delayは16ビットのフラグで、固定レート符号化
の場合、vbv_delayはデコーダの復号開始の場合におけ
るバッファ占有率の初期値を設定するために用いられ
る。これによって、デコーダバッファのオーバーフロー
やアンダーフローを回避することができる。vbv_delay
は、目標ビットレートＲにおいて、VBVバッファが空の
状態から、正しいバッファ占有率になるまでの遅延時間
で指定される。この後VBVバッファから最初の画像デー
タが取り出される。
vbv_delayはVBVが最初のpicture_start_codeの最後の
１バイトを受けとったところから、90Hzのシステムクロ
ツクを単位として計った遅延量である。これは以下の式
で表される。
vbv_delay＝90000＊B_n/R ｎ〉0, B_n:ピクチャｎの前についたGOPヘッダおよびシーケ
ンスヘッダを除いて、ピクチャｎがバッファ内にある状
態でのVBVバッファ占有率。従って、固定レート符号化
の場合、vbv_delayはそのピクチャを読み出す際のバッ
ファ占有量を表している。
R:シーケンスヘッダ内のbit_rateで示されるビットレ
ート。
intra_dc_precisionは２ビットのフラグで、イントラ
マクロブロックのDC成分の精度を規定する。この識別子
によって、イントラDC係数の量子化／逆量子化における
ステツプサイズは変更される。
intra_dc_precisionの規定を次のテーブルに示す。
picture_structureは２ビットのフラグでFrame struc
tureとField structureを切替えるための識別子であ
る。
次のテーブルにその内容を示す。
qscale_typeは１ビットのフラグで、量子化特性を線
形量子化特性のものを使うか、非線形量子化特性のもの
を使うかを示す識別子である。
次のテーブルにその内容を示す。
intra_vlc_formatは１ビットのフラグで、イントラマ
クロブロック用のVLCテーブルを使うかどうかの切替え
用の識別子である。
次のテーブルにその内容を示す。
alternate_scanは１ビットのフラグで、これが“0"に
設定された場合、通常のジグザグスキャンを用いる。ま
た“1"に設定された場合、異なる径路のジグザグスキャ
ンを用いる。
図23にスライスヘッダを示す。slice_start_codeは32
ビットのスタートコードで、最初の24ビットは16進法で
“000001"であり、これに８ビットのslice_vertical_po
sitionが続く。このslice_vertical_positionは“01"か
ら“AF"の範囲の値である。
slice_vertical_positionは、スライス内の先頭のマ
クロブロックの垂直位置を表している。マクロブロック
の第１列のslice_vertical_positionは１である。slice
_vertical_positionは、スライスがオーバーラップせ
ず、また間にギャップを持たないように設定しなければ
ならない。slice_vertical_positionの最大値は175であ
る。
図24はマクロブロックヘッダである。macroblock_add
ress_incrementは前のマクロブロックのアドレスと現在
のマクロブロックのアドレスの差分をVLCで表したもの
である。macroblock_address_incrementの最大値は33で
あり、これより大きい値はmacroblock_escapeとの組合
せによって表現する。マクロブロックアドレス（macrob
lock_address）は現在のマクロブロックの絶対アドレス
を定義するための変数である。
macroblock_addressは画枠の左上のマクロブロックで
０となる。前のマクロブロックアドレス（previous_mac
roblock_address）は、スライスの先頭のマクロブロッ
クを除いてスキップされなかった直前のマクロブロック
の絶対アドレスを定義するための変数である。スライス
の先頭でのprevious_macroblock_addressは次の式でリ
セットされる。
previous_macroblock_address＝（slice_vertical_po
sition−１）＊mb_width−１マクロブロックを単位とす
る空間的な位置（mb_row,mb_column）は、macroblock_a
ddressから以下の式によって計算される。
mb_row＝macroblock_address/mb_width mb_column＝macroblock_address ％ mb_width ここでmb_widthはピクチャ内のマクロブロックの列の
数である。macroblock_typeはマクロブロックの符号化
方法のタイプを示すVLCコードである。図31、図32にマ
クロブロックタイプを示す。
ところで上述のMPEG方式により高能率符号化されたビ
デオ信号が記録された記録媒体を高速再生する場合、MP
EG方式による符号化では、フレーム間の動き予測を利用
して符号化を行なっていることが問題となる。即ち、現
在のフレームに対して過去又は未来のフレームの復号化
画像無しでは復号化が不可能であることから、任意のフ
レームを選択しては、高速に再生することはできない。
実際上、直接アクセスして復号化が可能なフレーム
は、フレーム内符号化フレーム（以下これをイントラフ
レームと呼ぶ）のみであり、また通常十数フレームに１
フレーム存在するイントラフレームのみを再生しても、
動きの粗い高速再生しかできない。高速再生を行なう場
合、記録媒体に記録されている符号化ビデオ信号の一部
を再生することになる。すなわち、イントラフレームの
全て又はその一部を再生することになる。その結果、画
像信号復号化装置に復号化に必要な情報が一部欠落した
不十分な符号化画像信号が伝送されてくる。尚、フレー
ムに対して、フィールドにて処理する場合がある。以下
の説明では、イントラフレーム、イントラフィールドを
まとめてイントラピクチャ（Ｉピクチャという）として
説明する。
例えば、Ｉピクチャのみを高速再生時に表示する場合
を考える。ヘッダ情報を含めたＩピクチャのデータを全
て読み出すことが出来た場合においても、temporal_ref
erenceが不連続になるという問題が生じる。MPEG方式は
現在、temporal_referenceが不連続な場合、スキップピ
クチャとして扱われる。即ちその直前のフレームが繰り
返し表示される。このため、高速再生が出来なくなる。
また１フレームの１部分しか高速再生時に読み出すこ
とが出来ない場合、ピクチャヘッダなどのヘッダ情報を
読み出すことが出来た場合においても、スライスにギャ
ップが存在することが許されていないために、そのよう
な符号化信号を画像信号復号化装置は復号することがで
きなくなる。またヘッダ情報が一部欠落した場合、画像
信号復号化装置は符号化画像信号を復号できなくなる。
また、どちらの場合においても、高速再生時には、vbv
が正しい動作をしなくなる。これは、vbvが通常再生を
過程して設定されているからである。これらの問題を解
決することが、MPEG方式における高速再生の課題となっ
ている。
発明の開示 本発明の復号化方法は、MPEG方式又はMPEG2方式で符
号化された符号化信号の復号化方法において、上記MPEG
方式又はMPEG2方式で符号化された符号化信号を高速再
生する際、上記MPEG方式又は上記MPEG2方式に準拠した
少なくともイントラ符号化された画像データ及びヘッダ
情報と、高速再生によってMPEG方式又はMPEG2方式に準
拠しないものとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を
受信し、再生速度に基づいて、上記MPEG方式又はMPEG2
方式に準拠しないものとなったヘッダ情報をMPEG方式又
はMPEG2方式に準拠したヘッダ情報に変更し、上記変更
して得たヘッダ情報を含む上記受信した符号化信号を上
記MPEG方式又はMPEG2方式に従って復号化することを特
徴とする。
また、本発明では、MPEG方式又はMPEG2方式で符号化
された符号化信号が記録された記録媒体から特殊再生に
より、上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画像デー
タ及びヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠
しないものとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を再
生する。
また、本発明の復号化方法では、上記受信した符号化
信号中のtemporal_referenceを変更したり、vbv_delay
を上記受信した符号化信号のビット量に応じた値に変更
する。さらに、本発明では、受信した符号化信号中の所
定の符号化単位毎にsequence_start_code及びsequence_
end_codeを挿入する、また、受信した符号化信号中のvb
v_delayを、可変レートを表す値に変更する。
ここで、上記受信した符号化信号は、上記MPEG方式又
はMPEG2方式におけるピクチャ単位より小さい単位の符
号化信号であって、上記受信した符号化信号が上記MPEG
方式又はMPEG2方式に準拠するか否かを判定し、上記受
信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠
しない部分のヘッダ情報に、sequence_error_codeを挿
入する、或いは、上記受信した符号化信号の上記MPEG方
式又はMPEG2方式に準拠しない部分をスキップマクロブ
ロックとして処理する。
また、上記受信した符号化信号を上記MPEG方式又はMP
EG2方式に従って復号化する際、上記MPEG方式又は上記M
PEG2方式に準拠した少なくともイントラ符号化された画
像データの一部を復号化する。
本発明の符号化方法では、MPEG方式又はMPEG2方式で
符号化された符号化信号が記録された記録媒体から特殊
再生により、上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画
像データ及びヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式
に準拠しないものとなったヘッダ情報とを含む符号化信
号を再生する。
ここで、本発明の復号化方法では、VBV及びtemporal_
referenceを無視して上記復号化を行ったり、次のピク
チャが復号化されるまで、すでに復号化されたピクチャ
を表示画像として出力したりする。さらに、本発明の符
号化方法では、受信した符号化信号は、少なくともスラ
イス単位の画像符号化信号を含み、上記受信した符号化
信号中のslice_vertical_positionに従って復号化を行
う。また、本発明の復号化方法では、最後に表示画像と
して出力した画像を用いてスライスギャップを埋めるこ
とを特徴とする。
さらにまた、本発明の符号化方法では、シーケンスヘ
ッダに挿入された特殊再生を示すフラグに基づいて、上
記MPEG方式又はMPEG2方式に従った復号化と上記MPEG方
式又はMPEG2方式に一部のみ従った復号化とを切り換え
る、或いは、スライス単位の画像符号化信号を復号化す
るために必要なピクチャヘッダ及び／又はシーケンスヘ
ッダのデータをスライスヘッダに付加し、上記付加され
たデータに基づいて復号化を行う。
また、本発明の復号化装置はMPEG方式又はMPEG2方式
で符号化された符号化信号の復号化装置において、上記
MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符号化信号を高
速再生する際、上記MPEG方式又は上記MPEG2方式に準拠
した少なくともイントラ符号化された画像データ及びヘ
ッダ情報と、高速再生によってMPEG方式又はMPEG2方式
に準拠しないものとなったヘッダ情報とを含む符号化信
号を受信し、再生速度に基づいて、再生速度に基づい
て、上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しないものとな
ったヘッダ情報をMPEG方式又はMPEG2方式に準拠したヘ
ッダ情報に変更する変更手段と、上記変換して得たヘッ
ダ情報を含む上記受信した符号化信号を上記MPEG方式又
はMPEG2方式に従って復号化する復号化手段とを有する
ことを特徴とする。
また、本発明の復号化装置は、MPEG方式又はMPEG2方
式で符号化された符号化信号が記録された記録媒体から
特殊再生により、上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠し
た画像データ及びヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2
方式に準拠しないものとなったヘッダ情報とを含む符号
化信号を再生する再生手段を有する。
また、本発明の復号化装置は、上記受信した符号化信
号中のtemporal_referenceを変更する変更手段、また、
上記受信した符号化信号中のvbv_delayを上記受信した
符号化信号のビット量に応じた値に変更する変更手段を
有する。本発明の復号化装置は、さらに、上記受信した
符号化信号中のMPEG符号化単位毎にsequence_start_cod
e及びsequence_end_codeを挿入する挿入手段や、上記受
信した符号化信号中のvbv_delayを可変レートを表す値
に変更する変更手段を有する。
ここで、受信した符号化信号は、上記MPEG方式又はMP
EG2方式におけるピクチャ単位より小さい単位の符号化
信号であって、受信した符号化信号が上記MPEG方式又は
MPEG2方式に準拠するか否かを判定する判定手段と、上
記受信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2方式に
準拠しない部分のヘッダ情報に、sequence_error_code
を挿入する挿入手段とを有することを特徴とする。
さらに、本発明の符号化装置では、上記受信した符号
化信号は、上記MPEG方式又はMPEG2方式におけるピクチ
ャ単位より小さい単位の符号化信号であって、上記受信
した符号化信号が上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠す
るか否かを判定する判定手段を有し、上記復号化手段
は、上記受信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2
方式に準拠しない部分をスキップマクロブロックとして
処理する。
また、上記受信した符号化信号を上記MPEG方式又はMP
EG2方式に従って復号化する際、上記MPEG方式又は上記M
PEG2方式に準拠した少なくともイントラ符号化された画
像データの一部を復号化する復号化手段を有する。
更に、MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符号化
信号が記録された記録媒体から特殊再生により、上記MP
EG方式又はMPEG2方式に準拠した画像データ及びヘッダ
情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しないものと
なったヘッダ情報とを含む符号化信号を再生する再生手
段を有する。
ここで、復号化手段は、VBV及びtemporal_reference
を無視して上記復号化を行ったり、次のピクチャが復号
化されるまで、すでに復号化されたピクチャを表示画像
として出力したりする。
また、本発明の復号化装置において、上記受信した符
号化信号は、少なくともスライス単位の画像符号化信号
を含み、上記復号化手段は、上記受信した符号化信号中
のslice_vertical_positionに従って上記復号化を行
い、さらに、復号化手段は、最後に表示画像として出力
した画像を用いてスライスギャップを埋める。また、本
発明の復号化装置の復号化手段は、シーケンスヘッダに
挿入された特殊再生を示すフラグに基づいて上記MPEG方
式又はMPEG2方式に従った復号化と上記MPEG方式又はMPE
G2方式に一部のみ従った復号化とを切り換える。また、
本発明の復号化装置は、スライスヘッダにスライス単位
の画像符号化信号を符号化するために必要なピクチャヘ
ッダ及び／又はシーケンスヘッダのデータを付加する付
加手段を有し、復号化手段は、上記付加されたデータに
基づいて上記復号化を行う。
このようなことから、本発明によれば、高速再生時に
おいてもMPEG規格に準拠する信号を復号化装置に入力す
るか、または特殊再生に移ったことを示す信号を復号化
装置に入力し、特殊再生に必要なフラグを伝送すること
により、高速再生などの特殊再生を実現することができ
る。またこれらにより、復号化装置をTVまたはHDTVモニ
タにのみ持たせ、各種画像信号記録装置、例えばVTR、
ビデオディスク・プレーヤに画像信号の復号化装置を持
つ必要がなくなり、回路が簡略化されるという利点があ
る。
図面の簡単な説明 図１は本発明が適用される画像信号符号化・復号化装
置、及び画像信号記録装置の構成例である。
図２は画像信号符号化装置の構成例である。
図３は画像信号復号化装置の一構成例である。
図４は画像信号復号化装置の他の構成例である。
図５は本発明の符号化装置を構成を示す図である。
図６はディジタル・ビデオディスク・プレーヤの構成
を示す図である。
図７は記録再生部604を詳細に説明するためのブロッ
ク図である 図８はピクチャと高速再生の関係を説明するための図
である。
図９は第１の実施例における画像信号記録装置の構成
を示す図である。
図10は不完全なＩピクチャを説明するための図であ
る。
図11はビットストリームを模式的に示した図である。
図12は第１、第２の遷移方法によるシステム構成のブ
ロック図である。
図13は１ビットのff_sequenceが加えられたシーケン
スヘッダの例を示す。
図14はビットストリームの構成を示す図である。
図15は高速再生時のスライスヘッダの例を示すフロー
チャートである。
図16はビデオディスク・プレーヤのトラッキング状態
を説明するための図である。
図17はVTRのトラッキング状態を説明するための図で
ある。
図18はビデオ・シーケンスを定義するテーブルであ
る。
図19はシーケンス・ヘッダのテーブルである。
図20は量子化マトリクスのテーブルである。
図21はピクチャ・ヘッダのテーブルである。
図22はピクチャ・ヘッダのテーブルである。
図23はスライスヘッダ・ヘッダのテーブルである。
図24はマクロブロック・ヘッダのテーブルである。
図25は動きベクトルのテーブルである。
図26はフレーム・レートのテーブルである。
図27は量子化マトリクスのデフォルト値テーブルであ
る。
図28は量子化マトリクスのデフォルト値テーブルであ
る。
図29はextension_dataを示す識別子テーブルである。
図30はpicture_coding_typeを示す識別子テーブルで
ある。
図31はmacroblock_typeを示すVLCコードのテーブルで
ある。
図32はmacroblock_typeを示すVLCコードのテーブルで
ある。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳述する。
本発明の実施例における画像信号符号化装置及び画像信
号復号化装置および画像信号記録再生装置のブロック図
を図１に示す。画像信号符号化装置101、画像信号復号
化装置102、画像信号記録再生装置103はそれぞれディジ
タル信号伝送路104により接続されている。また原画像
信号は標準TV信号（NTSC、PAL、SECAM）、またはHDTV信
号である。
次に画像信号記録再生装置103について説明する。画
像信号記録再生装置103は、磁気テープに画像信号を記
録再生するディジタルVTRであり、または、光ディスク
に画像信号を記録再生するディジタルビデオディスクで
あり、または、ハードディスクやCDーROMに記録するコ
ンピュータシステムのことをいう。
図５は、画像信号記録再生装置103の一例としてのビ
デオディスク装置500の例である。ディスク状媒体501に
記録されている信号を再生するためには、まずピックア
ップ502により信号を読みとり、復調回路503により出力
データを復調する。セクタ・バッファ504において１セ
クタ分のデータが蓄積されると、誤り訂正器505により
誤り訂正が行なわれる。誤り訂正された信号はリングバ
ッファ506に入力される。
駆動制御器507は読み込んだデータのセクタアドレス
を読みとり、トラックジャンプが必要な場合、トツキン
グサーボ回路508に制御信号を送り、指定したトラック
までピックアップ502を移動し、所定のセクタを読みと
る。リングバッファ506のビットストリームは、画像信
号復号化装置102により、動画像データとされる。
ところでビデオディスク装置における高速再生は、図
16のように、光ピックアップはディスク150のあるトラ
ック151上の複数のセクタを読み出しした後、トラック
ジャンプ（TJ）を行ない、次の所定のトラック15上の所
定のセクタを読み出す。以下これを繰り返すことによ
り、動画像の高速再生を行う。尚、高速再生は時間進行
方向での再生だけでなく、逆方向、即ち逆高速再生も含
むものである。
同様に、VTRにおける高速再生は、図17のように、磁
気テープ160を高速送りすることにより、回転ヘツドは
テープ上の複数のトラックを横切り、その軌跡上の複数
個のセクタを読み出す。以下これを繰り返すことによ
り、動画像の高速再生を行う。尚、逆高速再生時には、
テープを高速戻しすることとなる。
ディスク上媒体の場合の最も簡単な高速再生の方法
は、Ｉピクチャのデータのみを再生する方法である。Ｉ
ピクチャは、それ自身で画像の復号が可能だからであ
る。この場合、Ｉピクチャのデータを含むトラックにピ
ックアップを移動し、データを読みだし、Ｉピクチャの
ピクチャスタートコードを検出し、Ｉピクチャのデータ
を復号し、出力する。ディスク状媒体の場合、高速再生
用のデータを付加して記録しなくとも、ピクチャヘッダ
を高速再生時に読み出すことが可能である。磁気テープ
に画像信号を記録する画像信号記録再生装置についてそ
の一例を説明する。
図６はディジタルVTRシステムの一例である。図６に
おいて、601はチャンネルデモジュレータである。チャ
ンネルデモジュレータ601には入力端子から符号化画像
信号が入力される。チャンネルデモジュレータ601では
伝送データが復調される。チャンネルデモジュレータ60
1から出力される信号は、ディジタルVTR602に入力され
る。ディジタルVTR602はインターフェイス及びフォーマ
ット変換部603と記録再生部604とを備えている。チャン
ネルデモジュレータ601からの信号は、インターフェイ
ス及びフォーマット変換部603を介して、トランスポー
タに供給されるとともに、記録再生部604に供給され
る。
インターフェイス及びフォーマット変換部603を介し
て記録再生部604に転送されてきたデータは、記録再生
部604で磁気テープに記録される。またインターフェイ
ス及びフォーマット変換部603は、記録再生部604で記録
した記録データを高速再生した時に、再生画面が良好に
なるように、記録再生部604に送られるデータをフォー
マットする。
図７は上記記録再生部604を詳細に説明するためのブ
ロック図である。記録再生部604は記録部は、フレーム
化回路605、チャンネル・エンコーダ606、回転ヘツド60
7よりなる。インターフェイス及びフォーマット変換部6
03により所定のフォーマットとされたビデオ信号は、フ
レーム化回路605により、フレーム構成とされ、チャン
ネル・エンコーダ606により複数のチャンネルに振り分
けられる。各チャンネルの信号は、夫々回転ヘツド607
により図示せぬ磁気テープに記録される。記録再生部60
4の再生部は、逆フレーム化回路609及びチャンネルデコ
ーダ608より成り、それぞれフレーム化回路605とチャン
ネルエンコーダ606と逆の動作を行う。高速再生時に
は、ヘツド607は複数のトラックを斜めに横切りなが
ら、記録されているデータを再生するので、全てのセク
タのデータは再生出来ず、いくつかのセクタのデータの
みが再生される。磁気テープに記録されたデータを高速
再生する場合、上述のようなことから１フレームのデー
タが不完全になる。すなわち、Ｉピクチャを復号するよ
うな場合においても、Ｉピクチャの全てを復号すること
ができない。またピクチャヘッダは必ずしも再生されな
い。このようにディスク状媒体および磁気テープのどち
らの場合においても高速再生時においてはすべてのデー
タは再生されず、不連続なデータが再生される。またデ
ィスク媒体及びテープ媒体のどちらの場合においても、
高速再生用データを付加して記録し、高速再生の際には
そのデータを読み出すようにすることが可能である。こ
の場合、高速再生時においてもピクチャヘッダなどを読
み出すことが可能となり、また１つのＩピクチャの全て
のマクロブロックのデータを再生することも可能とな
る。
画像信号符号化装置101は、例えば図２に示すように
構成される。入力画像信号300は、ブロック化回路301に
入力され、例えばNTSC方式などの標準フォーマットか
ら、例えば16×16画素のマクロブロック単位のブロック
フォーマットに変換される。このブロックフォーマット
に変換されたデータは、動き予測回路302に入力され、
さらにそこから、差分検出器303に伝送される。差分検
出器303には、フレームメモリ321,322を構成するフィー
ルドメモリ群311〜314からの動き補償された画像データ
が、予測器317を介して供給される。差分検出器303は両
入力の差分を検出し、出力する。
差分検出器303の出力は、直交変換の一種である、DCT
処理を行うDCT回路304に送られる。DCT回路304でDCT処
理されて得られたDCT係数データは、量子化器305に送ら
れ、量子化される。量子化器305からの量子化データ
は、いわゆるハフマン符号化やランレングス符号化等の
可変長符号化処理を行う可変長符号化器306により、可
変長符号とされる。可変長符号化器306は、量子化デー
タの他に、予測モード、動きベクトル、temporal_refer
ence、frame_rate、vbv_delay等の各種ヘッダも符号化
する。レジスタ319内には、固定長符号データを可変長
符号データとするためのコード変換体系がテーブルとし
て格納される。さらに可変長符号データは、バッファ30
7を介して、符号化データとして、ディジタル伝送路320
に出力される。
なお、バッファ307からは、そのオーバフローやアン
ダフローを防止するために、バッファ307内のデータ蓄
積量に対応した信号が、量子化器305にフイードバツク
されるようになっている。量子化器305は、この信号に
対応して、データ蓄積量がオーバフローしそうな場合
は、量子化ステツプを荒くすることにより、情報量を減
少させる。一方、データ蓄積量がアンダーフローしそう
な場合は、量子化ステツプを細かくすることにより、情
報量を増加させる。
また、量子化器305から出力される量子化データは、
逆量子化器308に入力され、そこで量子化器305における
量子化処理と相補的な逆量子化処理が行なわれる。この
逆量子化器308の出力は、IDCT回路309により、DCT回路3
04でのDCT処理と相補的なIDCT処理が行なわれる。このI
DCT回路309の出力は、加算器310に供給される。加算器3
10では、IDCT回路309の出力が、フィールドメモリ群311
〜314の出力を、予測器317で動き予測したデータと加算
される。この加算器310の出力が、セレクタ315を介して
フィールドメモリ群311〜314のいずれかに供給され、記
憶される。
一方、動き予測回路302は、マクロブロック単位で、
画像（フレーム）間の動きベクトルと、各画素の絶対値
差分和を検出し、これらのデータ（画像間の動きベクト
ルのデータと絶対値差分和のデータ）を動き予測モード
決定回路318に出力する。動き予測モード決定回路318
は、例えば、次のいずれかの動き予測モードを決定す
る。
（１）時間的に先行する前フレームからの前方予測モー
ド （２）時間的に先行する前フレームと、時間的に後行す
る後フレームの２つのフレームからの両方向予測モード
（前フレームからの参照マクロブロックと後フレームか
らの参照マクロブロックを、１画素毎に線形演算（たと
えば平均値計算）する） （３）後フレームからの後方予測モード （４）イントラ符号化（フレーム内符号化モード） すなわち、Ｉピクチャは、それ自身がフレーム内で完
結する、フレーム内符号化が行なわれる。Ｐピクチャ
は、時間的に後ろ（過去）のフレーム（Ｉピクチャ又は
Ｐピクチャ）よりの予測により形成される。また、Ｂピ
クチャは、時間的に前（過去）のフレーム（Ｉピクチャ
又はＰピクチャ）と、時間的に後ろ（未来）のフレーム
（Ｉピクチャ又はＰピクチャ）とよりの予測により形成
される。
メモリコントローラ316には、予測モード決定回路318
からの予測モードデータと動きベクトルが供給されてい
る。また、予測器317には、予測モードデータが供給さ
れている。メモリコントローラ316は、これらのデータ
に対応して、フィールドメモリ群311〜314の読み出しア
ドレスを変化させる。予測器317は、予測モードデータ
に対応して、読み出されたデータをそのまま出力した
り、加算を行ったりする。これにより、予測器317か
ら、動き補償されたデータが出力される。
次に、実施例１及び２における画像信号復号化装置10
2について説明する。画像信号復号化装置102は、例えば
図３に示すように構成される。符号化ビットストリーム
400は、バッファ401に一時蓄積される。このデータはバ
ッファ401から読み出され、逆可変長符号化器（IVLC）4
02によって逆可変長符号化（可変長復号化）される。逆
可変長符号化器402は、バッファ401から、vbv_delayの
示すタイミングに応じてデータを読み出す。また、逆可
変長符号化器402は、予測モード、動きベクトル、tempo
ral_reference、frame_rate等の各種ヘッダの分離も行
う。復号されたデータは、逆量子化器403に入力され、
ビットストリームから取り出した情報（量子化ステツ
プ）に従って、ブロック毎に逆量子化され、さらにIDCT
回路404において逆DCT（IDCT）される。逆量子化器403
とIDCT回路404は、図２の量子化器305とDCT回路304と、
それぞれ相補的に動作する。
メモリコントローラ410は、逆可変長符号化器402が、
入力されたデータから分離した予測モードと動きベクト
ルとに対応して、フレームメモリ416,417を構成するフ
ィールドメモリ411〜414の読み出しアドレスを変化させ
る。予測器415は、予測モードデータに対応して読み出
されたデータをそのまま出力したり、加算を行ったりす
る。これにより、予測器415より動き補償されたデータ
が、加算器405に入力される。加算器405は、IDCT回路40
4の出力に予測器415の出力を加算し、元の画像を復号す
る。この復号画像は、次の予測画像としてフィールドメ
モリ411〜414に記憶される。ディスプレイアドレス発生
器409は、temporal_referenceが示す表示順番に画像が
読み出されるように、フィールドメモリ411〜414の読み
出しアドレスを制御する。セレクタ406は、temporal_re
ferenceに応じて、加算器405の出力画像又はフィールド
メモリ411〜414の出力画像の中から、出力すべき画像を
選択する。
このようにして、フィールドメモリ411〜414に記憶さ
れた画像信号は、ディスプレイアドレス発生器409が発
生するアドレスに対応するものが読み出され、セレクタ
406を介して、図示しないスキャンコンバータに供給さ
れる。スキャンコンバータとは、入力されたデータのラ
イン数などを変換し、CRTなどのディスプレイに出力す
るための装置である。このようにして、ビットストリー
ムは、動画像として、ディスプレイに表示される。
なお、周期信号発生器408は、例えばディスプレイよ
り出力される外部周期信号に同期し、frame_rateに対応
した間隔のフレームパルスを発生し、これをディスプレ
イアドレス発生器409に出力している。ディスプレイア
ドレス発生器409は、このフレームパルスに同期してデ
ィスプレイアドレスを発生する。
次に本発明を適用した第１の実施例について、詳細に
説明する。第１の実施例は画像信号記録再生装置からＩ
ピクチャの全て、及び、各ヘッダが高速再生時において
も読み出し可能な場合である。第１の実施例では画像信
号記録再生装置103は通常再生および高速再生の両方の
場合において、MPEG方式に準拠した画像信号を画像信号
復号化装置102に出力する。この場合、画像信号復号化
装置102は高速再生時においても通常再生と同様に復号
していく。即ち、シーケンスヘッダ、GOPヘッダ、ピク
チャヘッダなど全てのヘッダ情報が高速再生時において
も伝送される。
この場合の高速再生の方法について説明する。最も簡
単な高速再生の方法は、高速再生時に画像内符号化デー
タすなわちイントラデータを伝送し復号する方法であ
る。すなわちＩピクチャのみを復号し、出力することで
ある。例えば15フレームに１フレームの割合でＩピクチ
ャが存在する場合を考える。この場合、例えば５倍速で
再生する場合Ｉピクチャを復号し、３フレームだけ同一
のＩピクチャを出力し、次のＩピクチャを同様に復号し
て、出力する。この場合、次の２つのことからMPEG方式
に準拠しない信号となってしまう。
一つは、ピクチャヘッダに記録されているtemporal_r
eferenceが、高速再生の場合には、記録されている値と
異なるという問題であり、またもう一つは、通常再生を
仮定して、設定されているvbv_delayが、高速再生時に
は正しい値を示していない、という問題である。
本発明の第１の実施例では、画像信号再生装置は高速
再生時にtemporal_referenceを書き換えて出力すること
とした。このことを、図８により詳細に説明する。図８
はGOPが15フレームよりなり、Ｉピクチャが15フレーム
に１フレーム存在する場合である。図中、斜め線にてＩ
ピクチャを示す。これを例えば５倍速で再生する場合、
Ｉピクチャはそれぞれ３フレームだけ出力される。した
がって本実施例では、temporal_referenceを図８のよう
に３づつ増加させることになる。同様に15倍速の場合、
temporal_referenceを１づつ増加させる。
図９に第１の実施例における画像信号再生装置を示
す。再生装置81は、図６に示すディジタルVTR602であっ
てもよいし、また図５に示すディジタルディスク装置50
0であっても良い。通常再生時においては、再生装置81
から読み出される画像信号をそのまま画像信号復号化装
置102に出力する。高速再生を行なう場合、外部から入
力される高速再生コントロール信号によりスイッチ83が
切替えられ、再生装置81から読み出される信号は、VLD
（IVLC）84及びヘッダ変換器86に入力される。高速再生
コントロール信号は再生装置81およびスイッチ83および
カウンタ85に入力される。再生装置81は高速再生コント
ロール信号に従い、所定のデータを再生し出力する。
ここで高速再生コントロール信号は、高速再生モード
に移ることを示す信号及び再生速度を示す信号である。
VLD（IVLC）84ではMPEGの可変長符号化が解かれ、構文
解析が行なわれる。カウンタ85は伝送するフレームの数
をカウントする。また高速再生コントロール信号によっ
て示される再生速度に従い、書き換えのためのtemporal
_referenceを出力する。ヘッダ変換器86はカウンタ85か
ら出力されるtemporal_referenceに従い、スイッチ83か
ら供給された高速再生データ中のピクチャヘッダ中のte
mporal_referenceを書き換える。なお、VLD84からヘッ
ダ変換回路86に供給される信号は、各種ヘッダの位置を
表す信号である。
次にVBVについて説明する。ピクチャヘッダに記録さ
れているvbv_delayは通常再生時における復号化装置102
のILVC402がバッファ401からそのピクチャを読み出すタ
イミング、即ちVBVのバッファ占有率を示している。高
速再生時においてはＩピクチャのみが読み出されるた
め、このvbv_delayは高速再生時においては正しい値を
示していない。これには次の３つの解決方法がある。
第１の方法は、vbv_delayを書き換えて出力する方法
である。この場合、ビットカウンタ87は、VLD84による
構文解析の際のそのピクチャのビット量を加算し、ヘッ
ダ変換器86はその値からvbv_delayを書き換える。すな
わち、再生時にヘッダ変換器86はvbv_delayを高速再生
時の値に書き換える。
第２の方法は、スイッチ83から供給された高速再生デ
ータの各ピクチャの先頭にsequence_start_code（seque
nce_header）を挿入し、また各ピクチャの末尾にsequen
ce_end_codeを挿入する方法である。この挿入は、ヘッ
ダ変換器86で行われる。これにより、画像信号復号化装
置102において各ピクチャの先頭でVBVがリセットされ
る。
第３の方法は高速再生時にvbv_delayを“3FFFFFFF"に
変換する方法である。この場合、vbv_delayは可変レー
トであることを示す。この変換はヘッダ変換器86で行わ
れる。これにより、画像信号復号化装置102における復
号時にVBVは無視される。
上記のように第1,第２、又は第３の方法により、VBV
の変更を行なっても、Ｉピクチャのみが読み出される場
合、復号化装置102のバッファ401がアンダーフローを起
こす可能性がある。この場合、これを防ぐため、各ピク
チャデータの間にスタッフイングデータが挿入される。
これはビットカウンタ87により求められたビット量か
ら、ヘッダ変換器86において行なわれる。これは符号化
時におけるVBV制御と同様にして行われる。ヘッダが書
き換えられたフレームは、復号化装置102に出力され
る。復号化装置102は、高速再生データについてもMPEG
方式に準拠したデータとして、通常再生と同様に復号化
を行う。
次に、本発明の第２の実施例について図９を用いて説
明する。第２の実施例では、第１の実施例と同様に画像
信号再生装置は通常再生および高速再生の両方の場合に
おいて、MPEG方式に準拠した画像信号を画像信号復号化
装置102に出力する。この場合、画像信号復号化装置102
は高速再生時においても通常再生と同様に復号してい
く。第１の実施例と異なる点は、Ｉピクチャが完全には
読み出せないことである。再生装置81の読みだし速度が
充分でない場合、高速再生時にＩピクチャの全てのデー
タを読み出すことができない。この場合、Ｉピクチャの
一部分のみを高速再生時に出力することになる。
図10に不完全なＩピクチャの例を示す。高速再生時に
は、図中、ＩピクチャのＢ部のデータが読み出され復号
化された後、１フレーム前に表示されたフレームのイン
トラデータの部分だけ変更される。即ち、復号化装置10
2においては、データが存在しない部分、例えば図中
Ａ、Ｃについては、図３のフレームメモリ416又は417に
記憶された前フレームのデータをコピーして用いる。こ
の場合の問題点は、第１の実施例の場合の問題に加え
て、スライスのギャップが許されていないことである。
この「スライスのギャップが許されていない」とは、図
中、フレームの中央の一部のイントラデータＢのみが読
み出された場合、フレーム中のＡおよびＣの部分にはデ
ータが存在しない。このような状態では、図中の縦方向
ではデータの整合がとれていない状態となる。この状態
を、スライスのギャップがあるという。
このような異常なフレームについて、復号側での対応
は各種の方法が考えられる。しかしながら、互換性を保
つために、例えばMPEG規格では、このような状態となる
ことを禁止している。MPEG方式に準拠させるためにはデ
ータの存在しない部分、即ち図中ＡおよびＣの部分にMP
EG方式準拠となるようなデータを挿入して、MPEG方式を
充足する必要がある。
図11はビットストリームを模式的に示したものであ
る。
（ａ）のビットストリームは、何の処理も行っていな
いため、スライスにギャップが存在し、MPEG方式に準拠
したデータとなっていない。そこで図10のＡ及びＣの部
分に対応して、データが存在しないことを示すデータを
付加する。この処理を行った場合のビットストリームを
図11の（ｂ）に示す。
これには、２つの方法がある。第１の方法について説
明すると、ピクチャヘッダを伝送した後、構文解析器88
によって所定のデータが存在しないと判定された場合、
データが存在しない部分にはヘッダ変換器86において、
MPEGのシンタクスで規定された所定のerror_start_code
（sequence_error_code）を挿入する。データの存在す
る部分についてはMPEGのシンタクスに従い、スライスデ
ータが伝送される。復号化装置102は、図４に示すエラ
ースタートコード検出器418において復号時にerror_sta
rt_codeを検出すると、次のスタートコードを検索し、
そのスタートコードから復号を開始する。スライスヘッ
ダはスタートコードを有するので、この場合、error_st
art_codeを検出した後、イントラデータから構成される
スライスから復号される。error_start_codeを検出した
部分はフレームメモリ416又は417に記憶された前フレー
ムの同一部分からコピーされる。
次に第２の方法について説明する。第２の方法では、
データの存在しない部分はすべてスキップマクロブロッ
クとする。この場合、Ｉピクチャにはスキップマクロブ
ロックは存在しないため、ヘッダ変換器86はpicture_co
ding_typeをＰピクチャに書き換える。また、ヘッダ変
換器86は、全ての可変長符号化コードをＰピクチャにお
ける可変長符号化に書き換える。またスライスの先頭と
末尾のマクロブロックにデータが存在しないことは許さ
れないので、データの存在しないスライスの先頭および
末尾のマクロブロックはそのマクロブロックのマクロブ
ロックタイプはNon−Intra、Not−codedとされる。この
場合のマクロブロックタイプはmacroblock_motion_forw
ardのみが１である。即ち、VLCコードは“001"となる。
次に、本発明の第３の実施例について図４を用いて説
明する。第３の実施例は、ピクチャヘッダが高速再生時
においても読み出しが可能な場合である。第３の実施例
においては、第１及び第２の実施例とは異なり、高速再
生時に画像信号復号化装置112は、通常再生とは異なる
モードで画像信号を復号する。高速再生モードについて
説明すると、高速再生時においてはVBVは無視される。
イントラデータのみが伝送される場合、画像信号復号化
装置112のバッファ401はオーバーフローまたはアンダー
フローを起こす可能性がある。この場合、復号化装置11
2は、これを無視し、復号可能なデータのみを復号す
る。すなわち、逆可変長符号化器（可変長復号化器）40
2は、vbv_delayによらず、デコードが終了したら、次の
データをバッファ401から読み出すという動作を行う。
高速再生時においてはtemporal_referenceは無視され
る。またスライス間のギャップが存在することが許され
る。
画像信号再生装置が高速再生コントロール信号によっ
て高速再生モードに移行した場合、高速再生モードの画
像信号が伝送されることを示す信号を、画像信号復号化
装置112に伝送する必要がある。これには２つの方法が
ある。図12により、これらの方法について説明する。
まず、第１のモード遷移方法について説明する。図12
の（ａ）は、第１の遷移方法によるシステム構成の一例
を示す。第１のモード遷移方法では、MPEGのビデオビッ
トストリームとは別にコントロール信号が画像信号復号
化装置112に入力される。この信号は外部から入力さ
れ、再生装置111に入力される高速再生コントロール信
号が画像信号復号器112にも入力される。なお、再生装
置111は、図６に示すディジタルVTR602であってもよい
し、また、図５に示すディジタルディスク装置500であ
ってもよい。
次に第２のモード遷移方法について説明する。第２の
モード遷移方法では、MPEGのビットストリーム中に高速
再生データが伝送されることを示すフラグを書き込む方
法である。この方法では画像信号符号化装置101側でシ
ーケンスヘッダ中にフラグff_sequenceを記録する。図1
3に、１ビットのff_sequenceが加えられたシーケンスヘ
ッダの例を示す。ff_sequenceが“0"の場合、その伝送
データは通常再生モードの画像信号であることを示すこ
ととする。ff_sequenceが“1"の場合、その伝送データ
は高速再生モードであることを示すこととする。記録媒
体に記録される際には、このff_sequenceは“0"に設定
されて記録される。
図12の（ｂ）は、第２の遷移方法による画像信号再生
装置の一例を示す。最初、通常再生モードで再生装置11
3から画像データを読み出し、スイッチ118を介して画像
信号復号化装置112に伝送する場合を考える。この場
合、まずシーケンスヘッダが読み出され、画像信号復号
化装置112のパラメータがリセットされる。この場合、
シーケンスヘッダに記録されている各フラグに従い、画
像信号復号化装置112は伝送データを復号する。このと
き、シーケンスヘッダの各パラメータ値はレジスタ115
にも記録される。通常再生モードにおいてもシーケンス
ヘッダが読み出される度に画像信号復号化装置112はシ
ーケンスヘッダ中のフラグに従い、パラメータがリセッ
トされる。またこのときシーケンスヘッダに記録されて
いる各パラメータ値はレジスタ115に記録される。これ
らはVLD116により構文解析されたのちヘッダ情報がレジ
スタ115に記録される。また、ヘッダ情報、特にシーケ
ンスヘッダは高速再生時においても、読み出されレジス
タ115に記録される。これにより高速再生時においても
常に、そのフレームを復号する際に用いられるパラメー
タ値に設定されることになる。
通常再生から高速再生に遷移する場合、再びシーケン
スヘッダがフォーマッタ117及びスイッチ118を介して伝
送され、その後に高速再生時の画像データが伝送され
る。この場合のシーケンスヘッダについて説明する。通
常再生から高速再生に遷移する場合、直前のシーケンス
ヘッダのフラグの値はレジスタ115に記録されている。
高速再生に遷移して最初に伝送されるシーケンスヘッダ
にはこのフラグの値が記録される。ただし、フォーマッ
タ117はレジスタ115から読み出されたシーケンスヘッダ
のff_sequenceを“1"に設定する。また高速再生時にお
いてもシーケンスヘッダが読み出された場合、そのシー
ケンスヘッダのフラグの値はレジスタ115に記録され
る。またその際、画像信号記録装置113から供給される
シーケンスヘッダのff_sequenceは“0"に設定されてい
るため、ff_sequenceを“1"に書き換える。またその他
のフラグはレジスタ115に記録されている値を用いる。
これらはフォーマッタ117により行なわれる。フォーマ
ッタは高速再生時の所定の方式に変換する。この場合、
ビットストリームは図14のように構成される。復号化装
置112の逆可変長符号化器402は、ff_sequenceを検出
し、“1"の場合、復号化装置112の各ブロックに高速再
生モードであることを指示する。
次に読み出されるデータについて説明する。第３の実
施例では、ピクチャヘッダが高速再生時においても読み
だし可能な場合の実施例である。ピクチャヘッダが読み
だし可能な場合について、次の２通りの場合が存在す
る。即ち、Ｉピクチャの全てのマクロブロックのデータ
が読みだし可能な場合、又はＩピクチャの一部のマクロ
ブロック、すなわち一部のスライスのみが読みだし可能
な場合である。
高速再生の中でも比較的低速度、例えば２倍速程度の
高速再生では、Ｉピクチャの全てのマクロブロックが読
みだし可能な場合がある。この場合、画像信号復号化装
置112はtemporal_referenceを無視して復号し、復号が
終り次第フレームメモリ416又は417に記憶された復号画
像を出力する。そして、次のＩピクチャの復号が完了す
るまでは、同一の画像を出力する。この再生では、常に
ピクチャとして完全なＩピクチャのみが表示される。
一方、高速再生の中でも比較的高速度、例えば10倍速
程度の高速再生では、Ｉピクチャの一部のスライスのみ
が読み出し可能となる。この場合、画像信号記録装置は
第２の実施例とは異なり、データの存在しない部分には
スライスデータを挿入しない。画像信号復号化装置112
はスライス間のギャップの存在を許し、データが存在す
る部分のみ復号し、１フレーム前に出力されたフレーム
に復号された部分スライスを更新し、出力する。表示可
能なあるスライスが読み出された場合、スライスの先頭
のマクロブロックの絶対アドレスは次の様にして求めら
れる。ただし、絶対アドレスとはピクチャの左上で０で
ある。スライスヘッダの最後の８ビットはスライス内の
先頭のマクロブロックの垂直位置（slice_vertical_pos
ition）を表している。
またスライスの先頭で、previous_macroblock_addres
sは以下の式でリセットされる。
previous_macroblock_address ＝（slice_vertical_position−１）＊mb_width−１ すなわち、そのスライスの先頭のマクロブロックが存
在する行の左端のマクロブロックのアドレスである。こ
れにマクロブロックヘッダに記録されている、macroblo
ck_address_incrementを加算することにより、スライス
内の先頭のマクロブロックの絶対アドレスを知ることが
出来る。
よって、現在表示されているピクチャについて、次に
更新すべきスライスが、絶対アドレスとして識別でき
る。このようにしてメモリコントローラ410は、逆可変
長符号化器402からのslice_vertical_positionに基づい
て、更新すべきスライスの絶対アドレスを求め、フレー
ムメモリ416及び417の書き込みアドレスを制御する。即
ち画像信号復号化装置112において、復号されたスライ
スデータはフレームメモリに書き込まれる。フレームメ
モリに書き込む場合、更に次の２つの書き込み方法があ
る。
第１の書き込み方法では、フレームメモリを１フレー
ム分すなわちフレームメモリ416、417のどちらか一方の
み用いる。前に出力したピクチャが書き込まれているフ
レームメモリに、復号されたスライスのデータを、その
絶対アドレスから直接上書きしていく。出力は常にこの
フレームメモリのデータを使用する。
第２の書き込み方法では２フレーム分のフレームメモ
リすなわちフレームメモリ416、417の両方を用いる。前
に出力したピクチャが書き込まれているフレームメモリ
とは異なるフレームメモリに、復号されたスライスのデ
ータを書き込む。データが伝送されなかったマクロブロ
ックは、もう一方のフレームメモリより同一のマクロブ
ロックのデータをコピーする。これにより、読み出され
たスライスの分だけ画面が更新されていくことになる。
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
第４の実施例は第３の実施例と同様に、高速再生時に
は通常再生と異なるモードで再生を行なう。通常再生モ
ードと高速再生モードの遷移方法は第３の実施例と同様
である。第４の実施例はピクチャヘッダが復号または伝
送不可能な場合である。この場合、ピクチャヘッダに存
在して復号に必要なフラグは、スライスヘッダに記録し
て伝送する必要がある。復号の際、逆可変長符号化に最
低限必要なフラグは、picture_coding_type、intra_dc_
precision、picture_structure、q_scale_type、intra_
vlc_format、alternate_scanである。また画質を向上さ
せるためにはシーケンスヘッダに記録されている、quan
tizer_matrixを伝送する必要がある。
図15に高速再生時のスライスヘッダの１例を示す。sl
ice_typeは、そのスライスがイントラマクロブロックか
ら構成されていることを示すフラグである。“1"の場
合、そのスライスはイントラマクロブロックで構成され
ていることを示す。“0"の場合、スライスはフレーム間
符号化マクロブロック（インターマクロブロック）を含
むことを示す。picture_coding_type、intra_dc_precis
ion、picture_structure、q_scale_type、intra_vlc_fo
rmat、alternate_scanはピクチャヘッダと同様である。
図15はquantizer_matrixを伝送しない場合の実施例であ
るが、これを伝送しても良い。またquantizer_matrixを
伝送しない場合、デフオルトマトリクスが用いられる。
これらのフラグは、符号化装置102において符号化時に
スライスヘッダに付加され、記録媒体に記録される。こ
の場合、符号化装置102においてVLC306により付加され
たピクチャヘッダ情報は、レジスタ319に記録される。
スライスヘッダを伝送する際に、VLC306はレジスタに記
録されているヘッダ情報を各スライスヘッダに書き込
む。通常再生においては、上述のフラグは冗長であるの
で復号する必要がない。また、符号化装置側で処理を行
わず、図12（ｂ）に示すような構成を用いて、復号化装
置112に入力される前に、再生されたデータをVLD116に
よって、逆可変長符号化し、得られたピクチャヘッダを
レジスタ115に一旦記憶し、フォーマッタ117でスライス
ヘッダの位置にそれを書き込むようにしてもよい。
第４の実施例における高速再生モードについて説明す
る。第４の実施例における高速再生モードは、第３の実
施例と同様であるが、ピクチャヘッダが再生出来ない場
合においても、スライスヘッダに記録されているフラグ
を用いて復号する。読み出されたスライスの絶対アドレ
スは、第３の実施例と同様にして求められる。またピク
チャヘッダが存在しないため、復号後表示するタイミン
グは、復号化装置112によって決定される。即ち、復号
化の終了したデータは、常に同一のフレームメモリすな
わちフレームメモリ416又は417のうちの一つに書き込ま
れ、このフレームメモリを用いて復号化とは独立なタイ
ミングで、frame_rateに規定されている時間毎に表示す
る。この復号化方法では、フレームメモリに常にピクチ
ャが存在するため、高速再生時に復号化器に入力され
る、イントラマクロブロックの画像データの全ての復号
化（上書き）が済んでいない場合にもこのフレームメモ
リの内容を表示すれば違和感のない画像を表示できる。
この場合、残りのイントラマクロブロックの画像データ
は、ディスプレイのタイミングとは関係なく復号化を進
め、次のディスプレイタイミングで表示される。
以上のように、本発明によれば、このように、高速再
生時においてもMPEG規格に準拠する信号を復号化装置に
入力するか、または特殊再生に移ったことを示す信号を
画像信号復号化装置に入力し、特殊再生に必要なフラグ
を伝送することにより、高速再生などの特殊再生を実現
することができる。またこれらにより、画像信号復号化
装置をTVまたはHDTVモニタにのみ持たせ、各種画像信号
記録装置、例えばディジタルVTRまたはディジタルビデ
オディスクまたはコンピュータに画像信号復号化装置を
持つ必要がなくなり、不要な回路がなくなるという利点
がある。
フロントページの続き (72)発明者 藤波 靖 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 米満 潤 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−83685（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167981（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/00 - 7/68 H04N 5/91 - 5/95

Claims (32)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符
    号化信号の復号化方法において、 上記MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符号化信号
    を高速再生する際、 上記MPEG方式又は上記MPEG2方式に準拠した少なくとも
    イントラ符号化された画像データ及びヘッダ情報と、高
    速再生によってMPEG方式又はMPEG2方式に準拠しないも
    のとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を受信し、 再生速度に基づいて、上記MPEG方式又はMPEG2方式に準
    拠しないものとなったヘッダ情報をMPEG方式又はMPEG2
    方式に準拠したヘッダ情報に変更し、 上記変更して得たヘッダ情報を含む上記受信した符号化
    信号を上記MPEG方式又はMPEG2方式に従って復号化する ことを特徴とする復号化方法。
  2. 【請求項２】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符
    号化信号が記録された記録媒体から特殊再生により、上
    記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画像データ及びヘ
    ッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しないも
    のとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を再生する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  3. 【請求項３】上記受信した符号化信号中のtemporal_ref
    erenceを変更する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  4. 【請求項４】上記受信した符号化信号中のvbv_delay
    を、上記受信した符号化信号のビット量に応じた値に変
    更する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  5. 【請求項５】上記受信した符号化信号中の所定の符号化
    単位毎にsequence_start_code及びsequence_end_codeを
    挿入する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  6. 【請求項６】上記受信した符号化信号中のvbv_delay
    を、可変レートを表す値に変更する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  7. 【請求項７】上記受信した符号化信号は、上記MPEG方式
    又はMPEG2方式におけるピクチャ単位より小さい単位の
    符号化信号であって、 上記受信した符号化信号が上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠するか否かを判定し、 上記受信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠しない部分のヘッダ情報に、sequence_error_cod
    eを挿入する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  8. 【請求項８】上記受信した符号化信号は、上記MPEG方式
    又はMPEG2方式におけるピクチャ単位より小さい符号化
    信号であって、 上記受信した符号化信号が上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠するか否かを判定し、 上記受信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠しない部分をスキップマクロブロックとして処理
    する ことを特徴とする請求項１に記載の復号化方法。
  9. 【請求項９】上記受信した符号化信号を上記MPEG方式又
    はMPEG2方式に従って復号化する際、上記MPEG方式又は
    上記MPEG2方式に準拠した少なくともイントラ符号化さ
    れた画像データの一部を復号化する ことを特徴とする復号化方法。
  10. 【請求項１０】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された
    符号化信号が記録された記録媒体から特殊再生により、
    上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画像データ及び
    ヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しない
    ものとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を再生する ことを特徴とする請求項９に記載の復号化方法。
  11. 【請求項１１】VBV及びtemporal_referenceを無視して
    上記復号化を行う ことを特徴とする請求項９に記載の復号化方法。
  12. 【請求項１２】次のピクチャが復号化されるまで、すで
    に復号化されたピクチャを表示画像として出力する ことを特徴とする請求項11に記載の復号化方法。
  13. 【請求項１３】上記受信した符号化信号は、少なくとも
    スライス単位の画像符号化信号を含み、 上記受信した符号化信号中のslice_vertical_position
    に従って上記復号化を行う ことを特徴とする請求項９に記載の復号化方法。
  14. 【請求項１４】最後に表示画像として出力した画像を用
    いて、スライスギャップを埋める ことを特徴とする請求項13に記載の復号化方法。
  15. 【請求項１５】シーケンスヘッダに挿入された特殊再生
    を示すフラグに基づいて、上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に従った復号化と上記MPEG方式又はMPEG2方式に一部の
    み従った復号化とを切り換える ことを特徴とする請求項９に記載の復号化方法。
  16. 【請求項１６】スライス単位の画像符号化信号を復号化
    するために必要なピクチャヘッダ及び／又はシーケンス
    ヘッダのデータをスライスヘッダに付加し、上記付加さ
    れたデータに基づいて上記復号化を行う ことを特徴とする請求項９に記載の復号化方法。
  17. 【請求項１７】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された
    符号化信号の復号化装置において、 上記MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された符号化信号
    を高速再生する際、 上記MPEG方式又は上記MPEG2方式に準拠した少なくとも
    イントラ符号化された画像データ及びヘッダ情報と、高
    速再生によってMPEG方式又はMPEG2方式に準拠しないも
    のとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を受信し、再
    生速度に基づいて、再生速度に基づいて、上記MPEG方式
    又はMPEG2方式に準拠しないものとなったヘッダ情報をM
    PEG方式又はMPEG2方式に準拠したヘッダ情報に変更する
    変更手段と、 上記変更して得たヘッダ情報を含む上記受信した符号化
    信号を上記MPEG方式又はMPEG2方式に従って復号化する
    復号化手段とを有する ことを特徴とする復号化装置。
  18. 【請求項１８】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された
    符号化信号が記録された記録媒体から特殊再生により、
    上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画像データ及び
    ヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しない
    ものとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を再生する
    再生手段を有する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  19. 【請求項１９】上記受信した符号化信号中のtemporal_r
    eferenceを変更する変更手段と有する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  20. 【請求項２０】上記受信した符号化信号中のvbv_delay
    を上記受信した符号化信号のビット量に応じた値に変更
    する変更手段と有する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  21. 【請求項２１】上記受信した符号化信号中のMPEG符号化
    単位毎にsequence_start_code及びsequence_end_codeを
    挿入する挿入手段を有する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  22. 【請求項２２】上記受信した符号化信号中のvbv_delay
    を可変レートを表す値に変更する変更手段を有する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  23. 【請求項２３】上記受信した符号化信号は、上記MPEG方
    式又はMPEG2方式におけるピクチャ単位より小さい単位
    の符号化信号であって、 上記受信した符号化信号が上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠するか否かを判定する判定手段と、 上記受信した符号化信号の上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠しない部分のヘッダ情報に、sequence_error_cod
    eを挿入する挿入手段とを 有することを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  24. 【請求項２４】上記受信した符号化信号は、上記MPEG方
    式又はMPEG2方式におけるピクチャ単位より小さい単位
    の符号化信号であって、 上記受信した符号化信号が上記MPEG方式又はMPEG2方式
    に準拠するか否かを判定する判定手段を有し、 上記復号化手段は、上記受信した符号化信号の上記MPEG
    方式又はMPEG2方式に準拠しない部分をスキップマクロ
    ブロックとして処理する ことを特徴とする請求項17に記載の復号化装置。
  25. 【請求項２５】上記受信した符号化信号を上記MPEG方式
    又はMPEG2方式に従って復号化する際、上記MPEG方式又
    は上記MPEG2方式に準拠した少なくともイントラ符号化
    された画像データの一部を復号化する復号化手段を有す
    る ことを特徴とする復号化装置。
  26. 【請求項２６】MPEG方式又はMPEG2方式で符号化された
    符号化信号が記録された記録媒体から特殊再生により、
    上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠した画像データ及び
    ヘッダ情報と上記MPEG方式又はMPEG2方式に準拠しない
    ものとなったヘッダ情報とを含む符号化信号を再生する
    再生手段を有する ことを特徴とする請求項25に記載の復号化装置。
  27. 【請求項２７】上記復号化手段は、VBV及びtemporal_re
    ferenceを無視して上記復号化を行う ことを特徴とする請求項25に記載の復号化装置。
  28. 【請求項２８】上記復号化手段は、次のピクチャが復号
    化されるまで、すでに復号化されたピクチャを表示画像
    として出力する ことを特徴とする請求項27に記載の復号化装置。
  29. 【請求項２９】上記受信した符号化信号は、少なくとも
    スライス単位の画像符号化信号を含み、 上記復号化手段は、上記受信した符号化信号中のslice_
    vertical_positionに従って上記復号化を行う ことを特徴とする請求項25に記載の復号化装置。
  30. 【請求項３０】上記復号化手段は、最後に表示画像とし
    て出力した画像を用いて、スライスギャップを埋める ことを特徴とする請求項29に記載の復号化装置。
  31. 【請求項３１】上記復号化手段は、シーケンスヘッダに
    挿入された特殊再生を示すフラグに基づいて上記MPEG方
    式又はMPEG2方式に従った復号化と上記MPEG方式又はMPE
    G2方式に一部のみ従った復号化とを切り換える ことを特徴とする請求項25に記載の復号化装置。
  32. 【請求項３２】スライスヘッダにスライス単位の画像符
    号化信号を符号化するために必要なピクチャヘッダ及び
    ／又はシーケンスヘッダのデータを付加する付加手段を
    有し、 上記復号化手段は、上記付加されたデータに基づいて上
    記復号化を行うことを特徴とする請求項25に記載の復号
    化装置。
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