JP3679802B2

JP3679802B2 - 撮像装置

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Publication number: JP3679802B2
Application number: JP2004303040A
Authority: JP
Inventors: 宏爾高橋; 賢治川合
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2005020793A

Description

本発明は、例えば複数のテレビ規格でのカメラ撮影、圧縮信号処理、ＶＴＲ記録を一括して行えるマルチモード対応のカメラ一体型ＶＴＲ等に適用し得る撮像装置に関する。

従来、カメラ一体型ＶＴＲ（以下、カムコーダという）は、各テレビ放送方式（ＮＴＳＣ、ＰＡＬ等）専用のものであって、モード選択としてはテープ速度が切替えられるものが知られている程度である。図２０に特許文献１に記載されたカムコーダの一構成例を示す。

図２０において、光学系１６１、撮像素子１６２、カメラ信号処理回路１６３などからなる周知の回路より出力される映像信号には、加算器１６４においてタイムコード発生器１６６で発生されたタイムコードに基づいてキャラクタ発生器１６５で発生されたキャラクタ信号が多重される。この映像信号は、音声信号（Ａｕｄｉｏ）と４周波数方式のトラッキング制御に用いる４種のパイロット信号（４ｆ）と共に、レコーダ信号処理回路１６７において記録に適した信号形態の記録信号に変換された後、アンプ１６８、３０ＨｚのＰＧパルスで切替えられるヘッドスイッチ１６９を経て、回転ヘッド１７０ａ、１７０ｂにより磁気テープ１７１に交互に記録される。尚、上記４周波数のパイロット信号を用いて、標準モードと長時間記録モードとの判別を行う技術は、例えば特許文献２、３等に記載されている。

特開平２−４０１６５号公報特開昭６０−８９８５４号公報特開昭５９−１４２７６４号公報

しかしながら、従来のカムコーダでは１台で複数のテレビ規格に対応していないため、用途に応じて複数のカムコーダを用意し、それらを使い分けなければならない。

また、放送方式が多様化してくるに従って、他国間の番組ソフトテープ交換や、多方式共通ソフトの製作などの要求が高まり、現行の各テレビ放送方式専用のＶＴＲでは複数台必要となるなど、運用面での不便さ、不都合が表面化してくることになる。従って、多放送方式に対応した単体のＶＴＲが望まれていた。

本発明は、上記課題を解決し、多放送方式に対応可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、ＨＤ方式に対応した映像信号又はＮＴＳＣ方式に対応した映像信号を出力する撮像手段と、音声信号を入力する音声入力手段と、前記映像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化するデジタル変換手段と、離散コサイン変換、量子化および符号化処理を組み合わせて前記映像信号を圧縮する圧縮手段と、撮像された映像信号を表示する表示手段と、前記映像信号に対応した撮像モードを予め使用者の指示により選択設定可能な選択設定手段と、前記圧縮手段により圧縮された映像信号及び前記音声信号を記録媒体にデジタル記録する記録手段と、前記選択設定手段の設定に従って、前記撮像手段から出力する映像信号を前記圧縮手段の圧縮処理と前記記録手段の記録動作とに関連付けて記録媒体に記録する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、多放送方式に対応可能な撮像装置を提供することができる。

図１は、現行の放送方式及び将来の高精細テレビ（ＨＤＴＶ）を対象とした、複数のテレビ規格でのカメラ撮影、圧縮信号処理、ＶＴＲ記録を一括して取り扱える、マルチモード対応のカメラ一体型ディジタルＶＴＲ（以下、カムコーダという）の構成を示す。マルチモードとしては、１．撮像モード、２．圧縮モード及び３．記録モードの３つの主要モードがあり、以下、各モードについて図１を参照しながら詳細に説明する。

１．撮像モードの選択
図１において、ＨＤＴＶカメラ（以下、ＨＤカメラと称す）１に内蔵された固体撮像素子としてのＣＣＤにより被写体像が光電変換され、高精細な情報量の多いＨＤ信号として出力される。このＨＤ信号は、例えばスタジオ規格では、撮像有効画素数１９２０Ｈ×１０３５Ｖ画素でサンプリング周波数は７５．３ＭＨｚである。このＨＤ信号は２分配され、一方はＨＤ信号をそのまま撮像モード選択回路２に入力し、もう一方をダウンコンバータ等の方式変換器３に入力する。

この方式変換器３は、例えば「昭和６０．９ＮＨＫ技研月報ｐｐ．３５９〜３６４」に記載されているように、ＨＤ信号を標準放送方式（以下、ＳＤと称す）であるＮＴＳＣ，ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ等に変換するために、情報量を減少させるものである。

ここで、ＨＤ−ＮＴＳＣ方式変換器３を例にとると、図２に示すような構成となり、アスペクト比変換部３１、走査線数変換部３２、フィールド周波数変換部３３及びＮＴＳＣエンコーダ３４により構成されている。以下、各部について説明する。

＊アスペクト比変換部３１
図３に代表的なアスペクト比変換のモードを３種類示す。
モードＡ：サイドパネル方式と呼ばれ、１６：９のハイビジョン画像の両側を削除して、アスペクト比を４：３とするものである。従来方式のＮＴＳＣ信号を希望する場合には、本モードを選択すると良い。
モードＢ：スクイーズ方式又はフルモードと呼ばれ、ハイビジョン画像を横方向に圧縮し、アスペクト比を４：３とするもので、変換画像は縦長となる。ワイド画面対応のＮＴＳＣ信号に変換する場合には、本モードを選択すると良い。
モードＣ：レターボックス方式と呼ばれ、アスペクト比４：３の画面の中に１６：９の画像を表示するように変換するもので、ＮＴＳＣ画像では上下両端では画像がなく黒となる。ＨＤカメラで撮像した画角を活かした絵作りをしたい場合には、本モードを選択すると良い。

＊走査線数変換部３２
走査線数の変換処理は垂直内挿フィルタにおいて行われ、７サイクルを１周期とするライン順位に応じて切り替わる加重平均回路を構成している。

＊フィールド周波数変換部３３
フィールド周波数の変換処理は走査線数変換の後、バッファメモリを用いて行われ、フレームシンクロナイザと同様の機能を持つ時間軸補正器にて実時間処理が可能である。一般に使用されているフレームシンクロナイザでは、１フレームメモリの容量で約３３秒に一回フレームスキップを引き起こすが、動画で起こると不自然なとびになる。これに対し、動き適応型フィールド数変換では、フレーム差信号を用いて動き検出、シーンチェンジ検出を行い、次の４条件のいずれかが満たされた時フレームスキップを行う。
（１）静止画像であるとき
（２）シーンチェンジが発生したとき
（３）動画領域が比較的小さいとき
（４）フレームバッファメモリの残余がなくなったとき
尚、フィールド周波数はハイビジョンが６０Ｈｚ、ＮＴＳＣ方式が５９．９４Ｈｚで１０００／１００１の相違がある。

次に、ＨＤ−ＮＴＳＣ方式変換器３の全体的な動作について説明する。

図２において、ＨＤ信号は、アスペクト比変換部３１で１６：９から４：３に変換され、次いで走査線数変換部３２及びフィールド周波数変換部３３で１１２５本から５２５本、６０Ｈｚから５９．９４Ｈｚに変換され、ＮＴＳＣエンコーダ３４を経てＮＴＳＣコンポジット信号として出力される。

次に、図１において、操作パネル４では、ＨＤ，ＳＤ−Ｈｉ（業務用の高画質で水平解像度４５０本程度），ＳＤ−Ｌｏｗ（一般家庭用の標準画質で水平解像度２３０本程度）が選択できるようになっており、ＨＤモードを選択すれば、システムコントローラ５を経て撮像モード選択回路２に入力され、入力されたＨＤ信号を選択しスルーで出力する。また、ＳＤ−Ｈｉ又はＳＤ−Ｌｏｗを選択した場合には、上記方式変換器３によりダウンコンバート変換されたＮＴＳＣ信号を選択して出力する。

２．圧縮モードの選択
撮像モード選択回路２から出力された映像信号は、映像情報として圧縮回路６に入力される。この圧縮回路６は、複数の圧縮モード１、２を有しており、圧縮モード１、２に応じて圧縮率と圧縮方式とが変えられるようになっている。圧縮率は１／４，１／８，１／１６，１／３２等が挙げられる。圧縮方式はＤＣＴ，ＤＰＣＭ，アダマール変換，ＡＤＲＣ等が挙げられ、これらの組み合わせ、例えば、圧縮モード１をＤＣＴとし、圧縮モード２をＤＰＣＭとすることができる。また、同一圧縮方式で圧縮率のみを選択可能としても構わない。

圧縮処理された信号は、圧縮モード選択回路７に入力され、所望の圧縮モードを選択し、圧縮処理信号を出力する。これらのモード選択は、ＶＴＲ側の記録時間や画質の選択あるいはカメラの撮像画質やモード設定と密接な関係があり、ＶＴＲまたはカメラのモード設定に応じて自動的に選択設定される。また、画像圧縮後のデータレートは、後述の記録系との関連で、例えばＨＤで５０Ｍｂｐｓ，ＳＤ−Ｈｉで２５Ｍｂｐｓ，ＳＤ−Ｌｏｗで１２．５Ｍｂｐｓ等の整数比となることが望ましい。

３．記録モードの選択
圧縮モード選択回路７より出力された圧縮信号は、記録処理回路８に入力され、２組のヘッド対Ｈａ，ＨｂとＨｃ，Ｈｄとに対応したチャネル別の信号に２分配し、それぞれ記録アンプ９により増幅されて、ドラム１０に設けられた２組のヘッド対の磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄにてテープ１１上のトラックにディジタル記録される。トラック幅は各記録モード共に同一で、圧縮モード選択回路７の選択結果に応じ、記録モードが適宜選択され、データレートに見合ったデータ記録トラックを記録テープ１１上に形成する。

一方、サーボ制御回路１２により、ドラム１０とキャプスタン１３は各々ドラムモータ１４とキャプスタンモータ１５により駆動制御され、ドラム１０の回転数及びテープ走行速度を所定目標値に保つ。また、テープ１１はキャプスタン１３とピンチローラ１６とにより挾持されて走行する。

このサーボ制御回路１２の所定目標値は、操作パネル４からの動作指示に応じシステムコントローラ５を介して各種モードに応じて設定される。この操作パネル４に設けられたモード選択スイッチの状態に応じて上記各種モード選択は表１の通り行われる。

次に、本発明によるＨＤカメラ１の一実施例を図４を参照して説明する。

被写体１０１からの入射光は、焦点位置（以下、フォーカスと称す）、倍率（焦点距離）（以下、ズームと称す）を可変するフォーカスレンズ１０２、ズームレンズ１０３と光量を調節するアイリス１０４とからなる撮像光学系を通り、カラーフィルター１０５とＣＣＤ（固体撮像素子）１０６とからなる光電変換部に入射し、カラー映像信号に変換される。

フォーカスレンズ１０２、ズームレンズ１０３、アイリス１０４には、例えばステッピングモータ等を用いた駆動部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃがそれぞれ備えられており、ＡＦ回路１１１、ＡＥ回路１１０あるいはキー入力部１１６からの信号に応じてシステムコントローラ１１３を介して制御されることにより、適性画面が撮像できるように成されている。

ＣＣＤ１０６は、受光部で発生した光電荷が転送部に転送され、出力信号として取り出される。この信号はＣＤＳ回路１０７により雑音が低減され、ＡＧＣ回路１０８によってゲインが制御される。このときＡＥ回路１１０からの情報も参考にし、システムコントローラ１１３を経てゲインが調整され、その後、色処理回路１１４とプロセス回路１１５とに信号が供給されるように成されている。

システムコントローラ１１３は、フォーカス、ズーム、露出等のキー入力部１１６によって設定された値に応じて、上記撮像光学系の駆動部１０９ａ〜１０９ｃを適宜制御する。また、ＣＣＤ１０６の駆動パルスが各種動作と同期するようにクロック発生回路１１７を制御している。

ゲイン調整後、ＡＷＢ回路１１２により、ホワイトバランス調整用の制御信号が生成され、色処理回路１１４にて色差信号のゲインが調節される。次に、プロセス回路１１５によってＲＧＢの３原色に分離されたカラー映像信号がエンコーダ１１８に入力される。

エンコーダ１１８は、カラー映像信号をコンポジット信号に変調出力する。このコンポジット出力信号は、システムコントローラ１１３からの情報が得られるように表示情報発生回路１１９の出力信号と加算器１２１で加算されて、ビューファインダー１２０に入力されることにより、被写体１０１の様子と共に各種の情報を見ることができる。

尚、コンポジット出力信号は、前段のＲＧＢ原色信号から取り出しても良いし、前々段のＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号から取り出しても良い。また、エンコーダ１１８のＹ／Ｃ分離型（例えばＳ端子形式）の２つの色信号Ｉ，Ｑ若しくはＲ−Ｙ，Ｂ−Ｙが直交変調された形態で取り出しても良い。
尚、例示していないが、上記の各信号処理をディジタルデータの状態で処理する場合には、ＤＡＣ（ディジタルアナログ変換器）を通す前のディジタルデータの状態で出力しても構わない。

次に、動画像圧縮技術について説明する。

ディジタルデータ圧縮の目的は、画像の有する冗長性を取り除くことにより、データ量を削減することである。静止画像においては、画像の空間的冗長性に着目した処理を行う。また、動画像の場合においては、画像の時間的冗長性に着目した処理を行うが、基本原理は静止画像圧縮技術に基づいている。動画像圧縮の技術要素は次の４点である。
（１）ＤＣＴ処理
（２）量子化処理
（３）符号化処理
（４）動き適応化処理

なお、伸張過程は、上記圧縮過程の逆操作と考えれば良い。また、上記（１）〜（４）が静止画と動画に共通の項目である。詳細は、例えば「エレクトロニクス 1992年５月号マルチメディアと情報圧縮を追う（２）」等に記載されている。
以下、順を追って（１）〜（４）について概要を説明する。

（１）ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform ：離散コサイン変換）処理
定義：空間座標の値を周波数に変換することをいう。
圧縮の前処理として８×８画素程度の画素の集まりに入力画面をブロック化する。次に、ＤＣＴ係数の乗算処理を行うことで、空間データを周波数データに変換する。このＤＣＴだけでは何らデータ量の削減にはならないが、画面内に広く分散していたデータを他の座標系でみると、データが集中配置されるように座標変換できる。つまり、画像の一般的な特性として、空間周波数の低い側により多くの情報エネルギーが集中するという傾向を利用して、ＤＣＴ以降の圧縮処理を効果的に実行するという役割をこの処理ステップが果たすのである。

（２）量子化処理
定義：周波数成分に変換された係数の語長をまるめることで、データ量を削減する。
ＤＣＴにより生成した各周波数成分毎のデータ係数の集合に適当な数値にて割り算を施し少数点以下を切り捨てる。その結果、各係数データを表現するのに要するビット数が低減でき、全体の量子化データ量が圧縮されることになる。この除数を各周波数成分毎にきめ細かく設定することで、必要な画質を保ちながら圧縮率を向上させることができる。

（３）符号化処理
定義：データ発生頻度に応じた長さの符号を割り当てることを特徴とする符号化であり、以下の三つの処理から成っている。

ａ．ジグザグスキャン
２次元配列されている周波数係数データを１次元データ列に変換するためにＤＣ成分から水平と垂直の高周波成分へジグザグ状に移動しながら、データの並び替え動作を行う。

ｂ．ランレングス符号化
同一数値（主にゼロ）の連続発生を一括して表現する符号で置き換える。例えば「ゼロが８連続している」等である。このように複数データに１つの符号を割り当てることで、符号化ビット数を削減する。また、ある位置以降のデータが全てゼロの場合には、エンドコードを割り当てる。これは、「本データをもって、当ブロック内のデータ伝送を終了する」と定義されたもので、大きなデータ削減効果を有する。

ｃ．ＶＬＣ（Variable Length Coding: 可変長符号化）
出現頻度の高い数値に、ビット数の少ない符号を割り当てることで、実質的な総符号化ビット数の削減を行う。

（４）動き適応化処理
定義：静止画圧縮に「動きを検出し予測」する技術を付加したのが基本原理である。
以下に、テレビ放送規格の動画像情報圧縮技術の３つの要点を説明する。

ａ．動き検出
フレームメモリ等の画像データのバッファにフィールドまたはフレームの整数倍の時間に相当する画像データを蓄積し、時間遅延を発生させる。このメモリの入出力端の時間差において、対応する画素のデータがどれくらいの差異を生じたかにより動きを判別する。
最も単純な例では、フィールド間の輝度データの差異を演算し、この差分値の絶対量をもって動き量とする。
この他に、相関マッチング法などの画素データの相関度の高い位置の２次元座標の移動を算出することにより、動きベクトルを検出する手法も確立されている。

ｂ．動き予測補償
画像の動きを動きベクトルから予測して、新たな画像を演算により生成する。この画面と実際の画面との差異分のみを補償データとして送信することでデータ量が削減できる。つまり、動きの少ない静止部分の多い画面や動きがゆるやかであったり、直線的であったりして予測誤差の発生の少ない動画面ほど圧縮効果が高くなる。

ｃ．インターレース符号化
ＮＴＳＣ等のテレビ信号は、図５に示すように走査線（以下、ラインと称す）が１本毎に飛び越し配置されるインターレースという構造になっている。奇数ライン２６２．５本から構成される奇数フィールドと偶数ライン２６２．５本から構成される偶数フィールドとが一対となり、一つのフレーム画面（５２５ライン）が成り立っている。

ところが、画面内の被写体の動きが大きい場合には、奇数・偶数フィールドを単純に合成すると、ブレた画像となり見づらいものになる。このブレの部分では画面内の空間的相関度が垂直方向に低下しており、圧縮符号化処理においては、上記の空間的冗長度が減少してしまう。

そこで、動き量の少ないときには、垂直相関が高いフレーム画を用いて圧縮処理画素ブロックを形成するが、動き検出の結果、所定量以上の動きが発生していると認められた場合には、垂直相関が極端に低下するフレーム画を避け、画面内相関を適度に有するフィールド画のみを奇数・偶数各々用いて、圧縮処理画素ブロックを形成する。

上記フィールド・フレームの切り替え処理を行わず、常にフレーム処理をしていると、大半の画像に対しては満足のいく圧縮結果が得られるが、大きな動き部分では背景と人物とが櫛の歯状に組み合わされて、１ライン交互に異なるデータが発生し、本来最も発生頻度が低いと想定していた垂直最高周波数成分を大量に発生させてしまうことになる。このように、最悪のケースを回避する手段を設け、いわゆる苦手被写体による圧縮システムの破綻を防止している。
以上説明したように、動きに応じて符号化処理を適宜切り替えるようにすることで、動画像全体としてより良い効率と画質とを両立した圧縮処理が実現できる。

次に、上記した動画像圧縮基本技術を一部利用した圧縮回路６の一実施例を図６を参照して以下に説明する。

撮像モード選択後、入力バッファメモリ６６０に映像信号としてのＳＤ又はＨＤ信号が供給される。そして、入力バッファメモリ６６０から出力された映像信号は、ブロック化処理回路６６１にて各々８×８画素から成るブロックに分割される。
そして、ＤＣＴ（離散コサイン変換）処理回路６６２により直交変換が行われ、周波数成分の変換座標面に変換する。その結果、画像一般の傾向として、ＤＣ係数と低域周波数成分のＡＣ係数のみが大きな値をもち、高周波成分のＡＣ係数は０に近い小さな値をもつ。

一方、入力バッファメモリ６６０から出力された信号の内、画面間の相関性の高い場合は、奇数フィールドと偶数フィールドとが一体となってフレーム処理され、逆に相関性の低い場合は、奇数・偶数各々独立にフィールド処理される。これは動き検出回路６６３で判断され、入力バッファメモリ６６０の入出力端の時間差において、対応する画素データがどれくらいの差異を生じたかによって、画像の動き量及び方向の判別情報がシステムコントローラ６６４に入力される。

動き検出回路６６３の結果に応じて、システムコントローラ６６４からブロック化処理回路６６１にフレーム又はフィールド処理の命令を行う。ブロック化処理回路６６１では、前記命令に応じてブロック化処理を行う。ＤＣＴ処理回路６６２から出力された周波数係数データは、量子化処理回路６６５に入力される。そして、各周波数成分毎のデータ係数の集合を適当な数値にて除算し、少数点以下を四捨五入して、ビット数を低減させて全体の量子化データ量を圧縮させる。さらに、各周波数成分毎に除数を任意設定することにより、必要な画質を保ちながら圧縮率を向上させることができる。

次に、このように圧縮された量子化データを符号化回路６６６に入力する。ここでは、１次元データ列に変換するためにＤＣ成分から水平と垂直の高周波数成分へジグザクスキャンしてデータを並び替える。このデータを、例えば同一数値となったゼロの連続発生を一括して表現する符号に置き換え、ランレングス符号化を行う。また、ブロック内のある位置以降のデータが全てゼロの場合には、上記のエンドコードを割り当てることにより、大幅なデータ削減を行うことができる。そしてＶＬＣにより、出現頻度の高い数値にビット数の少ない符号を割り当て、実質的な総符号化ビット数の削減を行う。

可変長符号化されたデータは、データ量算出回路６６７に入力され、そのデータ量をシステムコントローラ６６４に入力する。データ量に応じて、水平と垂直の周波数成分毎の係数が設定されるように、システムコントローラ６６４と係数設定回路６６８とを接続した構成になっている。この係数設定回路６６８によって係数が所定値となり、その出力結果を量子化処理回路６６５に入力する。この次は、上記の順序で量子化データを圧縮する。

符号化回路６６６によって総ビット数が削減され、所定の圧縮がなされたデータは、出力バッファメモリ６６９に入力される。出力バッファメモリ６６９から一定のデータレートで符号化データが出力されるが、出力バッファメモリ６６９がアンダーフロー又はオーバーフローにならないように、データの点有率をシステムコントローラ６６４により制御される。例えば、オーバーフローに近い状態（占有率が大きい場合）の時は、係数設定を大きくし、伝送されるデータ量が小さくなるように調整される。また、アンダーフローに近い状態の時は上記と逆の動作が行われる。さらに動画像の圧縮率と圧縮方式等の切り替えは、モード選択部６７０の操作に応じてシステムコントローラ６６４の制御により行われる。

以上説明してきたように、画像の動き検出結果とモード選択部６７０より入力された各種モード設定等に応じて、システムコントローラ６６４によりＤＣＴ、量子化、符号化処理の内容を適宜切り替えることによって、動画像圧縮回路の圧縮率、圧縮方式等の適応的な制御が可能となる。これによって、動画像の効率の良い圧縮処理が実現できる。なお、係数設定回路６６８で除数の設定を変えることにより、任意に圧縮率を変えることができることは勿論である。

次に図７の記録系構成図を用いてディジタルＶＴＲの構成及び記録動作の説明を行う。

＊映像入力
入力された映像の輝度信号Ｙと色信号Ｃとは各々ＡＤ変換器８１Ｙ、８１ＣでディジタルデータＤ_y、Ｄ_cに変換されて本システムに取り込まれる。

＊ビデオデータ処理回路８２
上記データＤ_y、Ｄ_cはデータマルチプレクサ８２１で多重化され、システムコントローラ５からのモード情報に応じて情報量圧縮回路８２２により前述した圧縮回路を用いて画像情報のデータ量を圧縮する。場合によってはＹＣ独立に圧縮処理回路を備えても良い。次に画像データを伝送路誤りに強くする意味でシャッフル回路８２３によりシャッフリング処理を施す。また、画像の平面内の粗密による情報量の発生の偏りを均一化するための目的であれば、上記圧縮処理の前にシャッフリング処理工程を持ってくると、ランレングス等の可変長符号を用いた場合でも都合が良い。

これを受けてＩＤ付加回路８２４はデータ・シャフリングの復元のためのデータ識別（ＩＤ）情報を付加する。このＩＤには、前記システムのモード情報等も同時に記録しておき、再生時の逆圧縮処理（情報量伸張処理）の際の補助情報とする。次にＥＣＣ付加回路８２５においてこれらのデータを誤り無く再生するためのエラー訂正信号（ＥＣＣ）を付加する。このような冗長信号の付加までを映像と音声の夫々の情報毎に処理する。

＊音声入力
ステレオ音声信号Ｌ、ＲはＡＤ変換器８０Ｌ、８０Ｒに取り込まれ、圧縮手法は画像の場合と異なるが、同様の回路構成を有するオーディオデータ処理回路８６により処理される。ビデオデータの記録レートが大きい場合、例えばＨＤ信号の場合には、音声情報には圧縮処理を施さずに記録処理に移っても良い。

＊データ分配
このようにして生成されたビデオデータＶとオーディオデータＡとは、伝送路（ここでは記録再生用の個々の磁気ヘッド系）の容量に見合ったデータレートになるようにデータ分配をデータ分配器８３、８４により行う。

＊付加情報
上記Ａ、Ｖ信号の他にトラッキングサーボのためにパイロット信号発生器８５から出力されるパイロット信号Ｐと、システムコントローラ５からの情報に基づきサブコード発生器８７より生成する補助データＳとをデータ・マルチプレクサ８８、８９により記録・伝送路毎に多重化する。例えば、これが時間軸多重化処理であれば、上記パイロット信号Ｐはディジタル・オーディオ・テープレコーダ（以下ＤＡＴ）等で周知のエリア分割ＡＴＦ等の形態を取るのが適当である。

＊ディジタル変調
ＭＰＸ出力の２値信号に対応して記録するためのディジタル変調処理をディジタル変調回路９０、９１にて施す。一例を挙げると、８−１０変換とＮＲＺＩ等の変換処理である。
各伝送路は本実施例において２チャンネルずつの磁気ヘッド系を備えているので、ヘッド切換回路９２、９３にて各ヘッドＨａ〜Ｈｄに対応した記録アンプ９ａ〜９ｄをドラム１０の回転状況に応じてサーボ制御回路１２の指示の下に選択的に適宜切換処理を実行している。

その結果、所定の記録タイミングで情報信号に応じた記録電流を回転ドラム１０上の複数ヘッドＨａ〜Ｈｄに供給できる。
このように所定期間毎にＡ、Ｐ、Ｓ、Ｖの各信号を切り換えて順次磁気記録系へ信号供給してテープ１１に記録形成したトラックパターンを図８に示す。

＊システム制御系
上記テープ１１の走行を制御するサーボ、システムコントロール部分を説明する。
図１の操作パネル４から入力される指示情報への対応や、本ディジタルＶＴＲのシステム全体の動作モード、及び各種の状態遷移を管理するのがシステムコントローラ５で、回転ドラム１０やキャプスタン駆動の定常維持を主に受け持っているのが、サーボ制御回路１２である。これら２つの回路を１つのマイコン・ブロック９４として捉えることもできる。

このサーボ制御回路１２には、テープ送り速度制御のためのキャプスタンモータ１５及びその回転状況を把握するためのキャプスタンＦＧ９５と、回転ドラム１０の回転駆動のためのドラムモータ１４及び回転速度と回転位相の確認のための各々の検出器ＦＧ９６とＰＧ９７とが接続され、各々が制御されている。

次に図９の再生系構成図に用いてディジタル記録式ＶＴＲの構成及び再生動作の説明を行う。

図１の操作パネル４よりシステムコントローラ５に入力された動作モード切り換え指示に応じて、記録系と同一のサーボ制御回路１２及びシステムコントローラ５の回路により、テープ１１の走行に関する方向と速度及びドラム１０の回転制御を行う。

回転制御されたドラム１０上の複数の磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄより得られたデータは各々再生ヘッドアンプ６１、６２、６３、６４にて信号増幅され、凡そ１８０度対向した２組のアジマス角度の異なるヘッド同士をヘッド切り換え回路５６、５９に供給しサーボ制御回路１２に基づいた適宜信号出力を選択し、次段のディジタル復調回路５５、５８に各々供給する。

ディジタル復調回路５５、５８は微分検出、積分検出、ビタビ復号等の冗長検出等々の手法を利用し上記再生信号から「０、１」の２値信号に再変換する。
ディジタル復調回路５５、５８の出力信号は各々信号分配回路５４、５７に供給され、ビデオ信号Ｖ、オーディオ信号Ａ、トラッキングサーボ用パイロット信号Ｐ、サブコード情報Ｓ等に分離、分配される。

Ｖ：ビデオ信号
複数ヘッドに分散されていたビデオ信号Ｖが前記信号分配器５４、５７から出力され、データ統合回路６５にて統合処理され、ビデオデータプロセス回路５２にて元の映像信号に復元される。

先ず、エラー修整回路５２５で記録再生系で発生したデータの伝送誤りを検出し、訂正可能な範囲のエラーは訂正し、訂正不能な場合には補間修正する。次に、ＩＤ検出回路５２４にてビデオデータ中に挿入してある各種ＩＤ信号やＶ信号従属のサブコードデータを抽出しシステムコントローラ５に情報を供給する。

デシャフリング回路５２３は、データの連続欠落による修復不可能エラーの及ぼす画質劣化を防止するために記録時に施されたシャフリング処理を、上記ＩＤ情報等に基づきデータ配列を復元する。また、情報量伸張回路５２２は、記録時のデータ量削減のための情報量圧縮処理とは逆の手順で情報の復元を行う。記録時に記録モードの設定を行うように成されている時には、記録モード毎に情報量の圧縮手法や圧縮率が異なる可能性があるので、上記の再生ＩＤ情報に基づきシステムコントローラ５を介して記録時のモード設定に対応した復元処理を行うようにする。最後にデータ分離回路５２１にてＹＣ各々の情報毎にＤＡ変換器５１Ｙ、５１Ｃへ出力する。以上のようにして、記録時に入力された信号とほぼ同等の画像が再構築される。

Ａ：オーディオ信号
複数ヘッドに分散されていたオーディオ信号Ａが前記信号分配器５４、５７から出力され、データ統合回路６６により統合処理され、オーディオデータプロセス回路６０において元の音声信号に復元される。

先ず、エラー修正回路６０５により記録再生系で再生したデータの伝送誤りを検出し、訂正可能な範囲のエラーは訂正し、訂正不可能な場合には補間修正する。次にＩＤ検出回路６０４でオーディオデータ中に挿入してある各種ＩＤ信号やＡ信号従属のサブコードデータを抽出し、システムコントローラ５に情報を供給する。

デシャフリング回路６０３はデータの連続欠落による修復不可能エラーの及ぼす音質劣化を防止するために記録時に施されたシャフリング処理を、上記ＩＤ情報等に基づきデータ配列を復元するものである。
情報量伸張回路６０２は、記録時のデータ量削減のための情報量圧縮処理とは逆の手順で情報の復元を行う。記録時に記録モードの設定を行うように成されている時には、記録モード毎に情報量の圧縮手法や圧縮率が異なる可能性があるので、上記の再生ＩＤ情報に基づきシステムコントローラ５を介して記録時のモード設定に対応した復元処理を行うようにする。
次にデータ分離回路６０１によりＬ，Ｒ各々の情報毎にＤＡ変換器５０Ｌ、５０Ｒへ出力する。以上のようにして、記録時に入力された信号とほぼ同等の音声が再生される。

Ｐ：パイロット信号
エリア分割ＡＴＦ方式のトラッキング・パイロット信号が、信号分配器５４、５７から出力されパイロット信号検出器５３に入力される。ここで、ＤＡＴ同様の処理を行うとすれば、左右トラックからのオフトラック量に見合ったタイミング基準信号との時間差がエラー信号として検出される。このエラー信号はサーボ制御回路１２へ供給されて、テープ送り速度等を制御するのに用いられたり、記録モードの判別の補助情報としても用いられる。

Ｓ：サブコード情報
前記Ｖ、Ａを主情報とすると、これに対して補助的な位置付けの容量的にも小さいデータ群をサブコードと称し、別エリアに記録再生可能にしている。特に、上記ＩＤデータとの違いは、Ａ、Ｖデータと独立して記録再生ができるようにサブコードエリアの前後にガードスペースを設けてある。これによりサブコードのアフレコが可能になっている。用途の違いとしては、上記ＩＤデータは主データ固有の記録モード等正常な再生に不可欠な情報で、本サブコードはテープの位置検索等のアドレスコード、プログラムのインデックス記録等に適している。これらの情報はシステムコントローラ５により判定処理され、必要に応じて各部を制御する。

サブコードは図１０に示すように、いわゆる頭出し機能を実現するためのサーチマーク部とサブデータ部とより構成される。サブデータ部は、本例では４ブロック（ Block0 〜Block3 ）で構成される。このブロックは更に８個のデータワード（word0 〜word7 ）と同期用のシンクワードと誤り訂正用のＣＲＣＣ部とから成る。さらに各データワードが８ビットから成り、この部分に各放送方式、テープ速度、オーディオチャンネルモード、圧縮率等々がモード判別情報として記録される。

本実施例のＶＴＲには、前記の通り３つの記録再生モードを有している。
任意に選択された記録モードの設定に応じて、各々記録トラックパターンが異なるので、これに応じた再生が可能なようにサブコードエリアに判別ＩＤ情報を記録しておく。以下、３通りの記録トラックパターンと再生時のモード判別手順を説明する。

１．ＳＤ−ｌｏｗ
図１１、図１２を用いてＳＤの長時間記録モードを説明する。
図１１（ａ）に示す回転ドラム１０上に取り付けられた４つの磁気ヘッドの内ＨａとＨｂを用いて図１１（ｂ）に示すように、１画面当たり５本のトラックを形成する。毎秒１５０回転とした場合は、回転位相を示すドラムＰＧは図１２の１５０ｒｐｓで示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じてヘッドＨａとＨｂとに記録電流が供給されている。

２．ＳＤ−ｈｉｇｈ
図１３、図１４を用いてＳＤの高画質記録モードを説明する。
図１３（ａ）に示す回転ドラム１０上に取り付けられた４つの磁気ヘッドの内ＨａとＨｃとを用いて図１３（ｂ）に示すように１画面当たり１０本のトラックを形成する。毎秒１５０回転とした場合は、回転位相を示すドラムＰＧは図１４の１５０ｒｐｓで示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じてヘッドＨａとＨｃとに記録電流が供給されている。

３．ＨＤ
図１５、図１６に用いてＨＤの高精細画質記録モードを説明する。
図１５（ａ）に示す回転ドラム１０上に取り付けられた４つの磁気ヘッドＨａ〜Ｈｄの全てを用い図１５（ｂ）に示すように１画面当たり２０本のトラックを形成する。毎秒１５０回転とした場合は、回転位相を示すドラムＰＧは図１６の１５０ｒｐｓで示す矩形パルスのハイとローのタイミングに応じて、ヘッドＨａ〜Ｈｄに記録電流が供給されている。

表２は上記の３つのモードに対するテープスピード、フィールド当たりトラック本数、圧縮率等の各パラメータを示す。

図１７に再生時のモード判別とその制御の手順を示す。

ステップＳ１では現在のＶＴＲの再生走行モードを確認する。ステップＳ２では３つのモードに応じてステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５のＮ＝５、Ｎ＝１０、Ｎ＝２０の何れかに分岐する。次にステップＳ６で再生ディジタル信号からサブコードを検出し、このサブコード中から記録時のモードを判別して再生するべきモードを決定する。ステップＳ７でも再生ＩＤの前記３種のモードの内の１つに応じてステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０の単位時間当たりの所要トラック本数Ｍ＝５、Ｍ＝１０、Ｍ＝２０の何れかに分岐する。ステップＳ１１では上記ＮとＭの大小を比較した結果に応じてキャプスタンの速度制御の目標値を再設定する。ここでも３つの場合に応じてステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の何れかに分岐する。Ｎ＞Ｍの場合には、現状の速度の方が記録時よりも大なので、速度を下げる。Ｎ＜Ｍの場合には、現状の速度の方が記録時よりも小なので、速度を上げる。Ｎ＝Ｍの場合には、現状の速度をそのまま維持する。そして再び、現状モードの確認に戻り、以下上記のルーチンを繰り返す。

上述した実施例では、複数のＴＶ規格の映像信号を得るために、主たる撮像手段と、ＴＶ規格変換手段との組み合わせにより説明してきたが、光電変換手段を含む撮像系をＴＶ規格毎に複数設け、各々独立して複数の映像信号を取り出すように構成してもよい。さらに、ＨＤ−ＴＶ系とＳＤ−ＴＶ系に各々別の撮像手段を設け、各撮像手段出力を各々異なるＨＤ−ＴＶ規格とＳＤ−ＴＶ規格（ＮＴＳＣ、ＰＡＬ）とで走査線（１０５０本／１１２５本／１２５０本）方式変換手段を設けるという、上記の複合構成でもよい。

次に前述した図２に示すようなダウンコンバータとしての方式変換器、図１８に示すようなアップコンバータとしての方式変換器を用いた場合の映像記録再生装置の実施例について図１９と共に説明する。

図１８はアップコンバータとしてのＮＴＳＣ−ＨＤ方式変換器の一例を示す。図１８においてＮＴＳＣ信号は、動き適応型ＮＴＳＣデコーダ７０を経て復調され、アスペクト比変換部７１で４：３から１６：９に変換し、次いで走査線数変換部７２及びフィールド周波数変換部７３で５２５本から１１２５本、５９．９４Ｈｚから６０Ｈｚにそれぞれ変換し、ＨＤ信号として出力する。

図１９に本発明の映像記録再生装置のブロック図を示す。操作パネル２００では、記録／再生及びＨＤ／ＳＤ等が選択できるようになされている。以下、４通りの記録再生系の動作を説明する。なお、本実施例では入力信号をＨＤ信号とする。

（１）ＳＤで記録する場合（長時間記録モード）
操作パネル２００で「記録」及び「ＳＤ」を選択し、システムコントローラ２０１を経てスイッチ２０６の端子を（１）又は（２）に接続させる。そして、ＨＤ入力信号はダウンコンバータ２０３によりダウンコンバート変換され、ＳＤ（例えばＮＴＳＣ）信号とする。さらに、スイッチ２０２の端子を（１）に接続するようにシステムコントローラ２０１で制御し、ＳＤ信号を記録系２０９を通じてテープ２１０に記録する。この時のモニタはＳＤモニタ２０４を使用する。

（２）ＨＤで記録する場合（高画質モード）
操作パネル２００で「記録」及び「ＨＤ」を選択し、システムコントローラ２０１を経てスイッチ２０２の端子を（２）に接続させ、スルーでＨＤを記録する。この時のモニタはＨＤモニタ２０５又はＳＤモニタ２０４のどちらか一方を選択することができる。

ＨＤモニタ２０５を使用する場合は、スイッチ２０６の端子を（１）又は（２）に接続させ、スルーでＨＤ信号を出力させる。
ＳＤモニタ２０４を使用する場合は、上記と同ようにスイッチ２０６の端子を（１）又は（２）に接続させ、ダウンコンバータ２０３でＳＤに変換し、スイッチ２０７の端子（１）、（２）、（４）のいずれか１つを選択して接続すればＳＤモニタが可能となる。カメラ一体型ＶＴＲを以上のような構成とすることにより小型化が計れる。

（３）ＳＤで再生する場合
操作パネル２００で「再生」及び「ＳＤ」を選択し、システムコントローラ２０１を経てスイッチ２０７の端子を（３）に接続させる。再生ＳＤ信号は、テープ２１０、再生系２１１を通じて、ＳＤモニタ２０４で再生出力される。また、ＨＤモニタ２０５で出力させる場合は、アップコンバータ２０８でＨＤ信号に変換し、スイッチ２０６の端子を（３）に接続させればよい。

（４）ＨＤで再生する場合
操作パネル２００で「再生」及び「ＨＤ」を選択し、システムコントローラ２０１を経てスイッチ２０６の端子を（４）に接続させる。再生ＨＤ信号は、スルーでＨＤモニタ２０５で再生出力される。一方、ＳＤモニタ２０４に再生出力させる場合は、上記と同ようにスイッチ２０６の端子（４）に接続させ、ダウンコンバータ２０３によってＳＤ変換し、スイッチ２０７の端子（１）に接続させれば、ＳＤモニタが可能となる。表３はスイッチ２０２、２０６、２０７のＳＤ、ＨＤに対応する端子（１）〜（４）の接続を示す。

以上述べたように、映像信号の入力に対し、その記録及び再生においてダウンコンバータ２０３を共用しているので、回路規模の縮小が計れると共に、ＨＤ信号及びＳＤ信号に応じて選択的に記録又は再生が可能となる。また、ＨＤ入力信号であっても、出力モニタとしてＳＤモニタを用いることができる。さらに、カメラ一体型ＶＴＲとして用いた場合、モニタとしてＳＤモニタを使用することができるため、従来よりも小型化が可能となる。

なお、本実施例ではアップコンバータ２０８を用いたが、ＨＤモニタ２０５の代わりにマルチスキャンモニタを用いれば、ＳＤ（例えばＮＴＳＣ）信号が入力された場合、走査線が５２５本でスキャンされるので、アップコンバータ２０８は不要となる。さらに、ＳＤ信号として一般家庭用の標準画質で水平解像度２３０本程度のものをＳＤ−Ｌｏｗモードとして付加しても構わない。

本発明の実施例を示す構成図である。ダウンコンバータとしての方式変換器の実施例を示すブロック図である。アスペクト比変換のモードを示す画面の構成図である。ＨＤカメラの実施例を示す構成図である。テレビ画面の構成図である。圧縮回路の実施例を示す構成図である。記録系の実施例を示す構成図である。磁気テープの記録フォーマットを示す構成図である。再生系の実施例を示す構成図である。サブコードのデータフォーマットを示す構成図である。ヘッドの構成及びテープの記録フォーマットの一例を示す構成図である。各ヘッドの動作を示すタイミングチャートである。ヘッドの構成及びテープの記録フォーマットの他の例を示す構成図である。上記他の例による各ヘッドの動作を示すタイミングチャートである。ヘッドの構成及びテープの記録フォーマットのさらに他の例を示す構成図である。上記のさらに他の例による各ヘッドの動作を示す構成図である。再生時の制御動作を示すフローチャートである。アップコンバータとしての方式変換器の実施例を示すブロック図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。従来のカメラ一体型ＶＴＲを示す構成図である。

符号の説明

１カメラ
２撮像モード選択回路
３方式変換器
５システムコントローラ
６圧縮回路
８記録処理回路
１１磁気テープ
Ｈａ〜Ｈｄヘッド
２０２、２０６、２０７スイッチ
２０３ダウンコンバータ
２０９記録系
２１１再生系

Claims

ＨＤ方式に対応した映像信号又はＮＴＳＣ方式に対応した映像信号を出力する撮像手段と、
音声信号を入力する音声入力手段と、
前記映像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化するデジタル変換手段と、
離散コサイン変換、量子化および符号化処理を組み合わせて前記映像信号を圧縮する圧縮手段と、
撮像された映像信号を表示する表示手段と、
前記映像信号に対応した撮像モードを予め使用者の指示により選択設定可能な選択設定手段と、
前記圧縮手段により圧縮された映像信号及び前記音声信号を記録媒体にデジタル記録する記録手段と、
前記選択設定手段の設定に従って、前記撮像手段から出力する映像信号を前記圧縮手段の圧縮処理と前記記録手段の記録動作とに関連付けて記録媒体に記録する制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
前記撮像手段はＨＤ方式に対応した映像信号を出力する撮像素子と、出力された映像信号をＮＴＳＣ方式に対応した映像信号に変換する信号変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記圧縮手段は、量子化の設定を変更して映像信号の圧縮率を変更する圧縮率選択手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記選択設定手段の設定に従って、前記音声信号の圧縮処理または非圧縮処理が関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記記録手段は、更に前記映像信号に対する映像識別データと、前記音声信号に対する音声識別データとを記録することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。