JP3769910B2 - ディジタル画像信号記録装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交変換により圧縮されたディジタル画像信号を記録する装置に関し、特に特殊再生用のデータを記録媒体の所定位置に記録するディジタル画像信号記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
MPEGなどの規格に準拠したディジタル画像信号のように直交変換によって情報量が圧縮されるとともに、イントラフレーム(フレーム内符号化されたフレーム)及びインターフレーム(フレーム間予測符号化されたフレーム)に対応するデータからなるディジタル画像信号を、磁気テープに記録するディジタルVTR(ビデオテープレコーダ)において、テープ送り速度を記録時より速めて順方向または逆方向に再生する特殊再生時に再生する特殊再生用データを、記録すべき画像信号とは別に磁気テープ上の所定位置に記録するものが従来より知られている(例えば特開平8−98139号公報)。
【0003】
この場合特殊再生用データは、イントラフレームの各直交変換係数のうち、低域成分の符号語のみを取り出すことによって作成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のVTRでは、低域成分の符号語を取り出す場合、各直交変換ブロックに対応して、予め定められた数の直交変換係数に対応する符号語、または予め定められた数の符号語が取り出される。このため、画像によっては、特殊再生用データが記録可能なデータ容量を越えてしまう可能性があった。
【0005】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、入力画像信号から特殊再生用データを取り出す符号語の数を適切に制御することにより、特殊再生用データとして記録可能なデータ容量を過不足なく使用し、特殊再生時の画質を向上させることができるディジタル画像信号記録装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、直交変換を用いて圧縮されたディジタル画像信号を記録媒体に記録する記録手段と、特殊再生用のデータを前記記録媒体上の所定位置に記録する特殊再生用データ記録手段とを備えるディジタル画像信号記録装置において、前記特殊再生用データ記録手段は、前記ディジタル画像信号に含まれるイントラフレームの前記直交変換によって得られる、所定データブロックに対応する係数のうち、(符号語数Nv+1)番目の符号語から前記所定データブロックに対応する係数の末尾を示すEOB符号の直前の符号語までを削除することにより特殊再生用データを作成し、該作成した特殊再生用データを前記記録媒体上の所定位置に記録するものであって、前記イントラフレームを構成するn(nは1以上の整数)番目のスライスから取り出す特殊再生用データの目標符号量Ts(n)と、(n−1)番目のスライスから取り出した特殊再生用データの符号量Ls(n−1)との差分に応じて、n番目のスライスにおける前記符号語数Nvの値を設定することを特徴とする。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のディジタル画像信号記録装置において、先頭から(n−1)番目までのスライスから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLS(n−1)とし、前記イントラフレームに対応した目標符号量をTpとしたとき、前記特殊再生用データ記録手段は、前記n番目のスライスの目標符号量Ts(n)を、符号量(Tp−SLS(n−1))と、前記n番目のスライスの前記イントラフレーム内における位置に応じて定められるウエイト係数とに応じて設定することを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のディジタル画像信号記録装置において、前記ウエイト係数は、前記イントラフレームの中央付近のスライスに対応する値を最大とし、対応するスライスの位置が前記イントラフレームの端部に近づくほど小さくなるように設定されることを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のディジタル画像信号記録装置において、前記特殊再生用データ記録手段は、前記スライスを構成するk(kは1以上の整数)番目のマクロブロックから取り出す特殊再生用データの目標符号量Tb(k)と、(k−1)番目のマクロブロックから取り出した特殊再生用データの符号量Lb(k−1)との差分に応じて、k番目のマクロブロックにおける前記符号語数Nvの値を設定することを特徴とする。
【0010】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のディジタル画像信号記録装置において、先頭から(k−1)番目までのマクロブロックから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLB(k−1)としたとき、前記特殊再生用データ記録手段は、前記k番目のマクロブロックの目標符号量Tb(k)を、符号量(Ts(n)−SLB(k−1))を当該スライス内の残りのマクロブロック数で除算した値に設定することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかるディジタルVTR(ビデオテープレコーダ)の要部の構成を示す図である。このVTRは、MPEGに準拠して圧縮されたディジタル画像信号、例えばMPEGデータストリーム(イントラフレーム及びインターフレームに対応するデータを含む。なお、MPEGでは1枚の画面を表す「フレーム」に対応する用語として「ピクチャ」を使用するので、以下の説明ではイントラフレームをイントラピクチャともいう。)をパケット化したMPEGトランスポート・ストリーム・パケットを入力信号とし、その入力信号をフォーマット変換して磁気テープ7の通常再生領域に記録するとともに、入力信号に基づいて特殊再生用データを作成し、その特殊再生用データを磁気テープ7の特殊再生領域に記録するものである。
【0012】
図1において入力信号は、イントラデータ分離部1及び記録フォーマット変換部6に供給される。イントラデータ分離部1は、入力された画像信号中のイントラピクチャ(フレーム内符号化されたピクチャ)のデータのみを分離し、メモリ部2に入力する。メモリ部2は、入力されるイントラピクチャデータを格納する。
【0013】
符号量制御部3、DCT係数削除部4及びパケット再合成部5は、メモリ部2に格納されたイントラピクチャデータから、DCT係数(直交変換の一つである離散コサイン変換により生成される係数)の高次成分(高周波成分)を削除して、特殊再生用データを作成するものである。これらのブロックの機能を説明する前に、図3を参照してDCT係数の可変長符号化の方法及びDCT係数の削除方法について説明する。
【0014】
各DCTブロックにおいてDCT係数は、図3(a)に示すようないわゆるジグザクスキャンの順序、すなわち同図に示す番号1、2、…、64の順序に並べ替えられる。番号1が直流成分のデータで、番号2以降が交流成分であって低周波成分から順に並べられている。これを符号化するときには、値が0の係数の連続個数(ラン)と、それに続く値が非0の係数のレベル(レベル)の組み合わせに対して、符号語が割り当てられる。
【0015】
例えば、図3(b)に示すようなDCT係数の場合、(ラン,レベル)の組み合わせは以下のようになり、それぞれに対して1つの符号語が割り当てられる。
【0016】
(0,d2),(0,d3),(1,d5),(0,d6),(0,d7),(2,d10),(7,d18),(4,d23),(4,d28),(12,d41)
なお、直流成分d1は別途符号化される。また最後の非0係数(図3(b)の例ではd41)の後には、当該DCTブロックに対応する係数の末尾を示すEOB符号が付加される。
【0017】
入力信号のフレームレートをF(フレーム/秒)、特殊再生用データの記録レートをR(ビット/秒)、特殊再生用イントラピクチャの周期をNi(フレーム)とすると、特殊再生用イントラピクチャ1枚当たりのデータの記録容量Lは、L=R×Ni/Fとなるので、特殊再生用イントラピクチャ1枚当たりの目標符号量Tp=Lとする。以下Tpを「ピクチャ目標符号量」と呼ぶ。
【0018】
ここで、特殊再生用イントラピクチャの周期Niは、入力信号のイントラピクチャ周期をN0とすると、Ni=αN0(αは、任意の正の整数)と表すことができる。整数αの値は、再生倍速数(記録時のテープ速度に対する再生時のテープ速度の比)Sに応じて、再生倍速数Sが大きいほど大きな値に設定される。
【0019】
特殊再生用イントラピクチャ1枚当たりの符号量が目標符号量Tpより大きいときは、そのイントラピクチャの各DCTブロックにおいて次数の低い(周波数に低い成分に対応する)DCT係数の符号語から順にNv個の符号語を抽出し、(Nv+1)番目の符号語からEOB符号の直前の符号語までを削除する。その際、符号語数Nvが小さすぎると再生画像の劣化が大きくなるので、図1の符号量制御部3は、符号語数Nvの設定を行い、DCT係数削除部4は、その符号語数NvとなるようにDCTブロック毎に符号語の削除を行う。図4は、符号量制御部3及びDCT係数削除部4における処理を説明するためのフローチャートである。
【0020】
図4(a)は、ピクチャレイヤを処理単位とするピクチャレイヤ処理のフローチャートを示し、同図(b)は、同図(a)のステップS3において実行され、ピクチャに含まれるスライスを処理単位とするスライスレイヤ処理のフローチャートを示す。ピクチャレイヤ処理は、イントラピクチャ毎に実行される。
【0021】
先ずステップS1では、ピクチャ内の何番目のスライスかを示すスライス番号nを初期値「0」に設定するとともに、符号語数Nvを予め定めた初期値に設定する。次いで、ピクチャ内の先頭のスライスに対応する目標符号量Ts(0)を下記数式1により算出する。
【0022】
【数1】
ここで、Tpはピクチャ目標符号量、Lphはピクチャのヘッダ情報の符号量、Lofは直前のピクチャ(イントラピクチャ)に対応する符号語の内、そのピクチャに対応するピクチャ目標符号量をオーバフローした分の符号量、W(i)は第i番目のスライスのウエイト係数、Nsはピクチャ内のスライス数である。
【0023】
続くステップS3では、図4(b)のスライスレイヤ処理を実行し、ステップS4では、スライス番号nを「1」だけインクリメントする。次いで、スライス番号nがスライス数Nsより小さいか否かを判別し(ステップS5)、n=Nsであれば処理を終了し、n<Nsであれば、下記数式2により第n番目(n=1〜Ns−1)のスライスの目標符号量Ts(n)を算出する(ステップS6)。
【0024】
【数2】
ここで、Ls(i)は、第i番目のスライスから抽出した符号量である。ウエイト係数W(i)は、画面の中央付近のスライスに対応する値を最大とし、画面の端に近いスライスほど小さくなるように設定される。このようにウエイト係数W(i)を設定することにより、画面の中央付近のスライスに符号量が多く割り当てられるので、その部分の画質を向上させることができる。
【0025】
続くステップS7では、第n番目のスライスの目標符号量Ts(n)と、第(n−1)番目のスライスの符号量Ls(n−1)との差分ΔTs(=Ts(n)−Ls(n−1))を下記数式3に適用して、符号語数Nvの更新を行う。
【0026】
【数3】
ここでC1は、定数である。ステップS7実行後はステップS3の戻る。
次に図4(b)のスライスレイヤ処理を説明する。
【0027】
ステップS11では、スライス内の何番目のマクロブロック(所定数のDCTブロックで構成されるブロック)かを示すマクロブロック番号kを初期値「0」に設定する。次いで、下記数式4により第k番目のマクロブロックに対応する目標符号量(以下「マクロブロック目標符号量」という)Tm(k)の初期値Tm(0)を算出する(ステップS12)。
【0028】
【数4】
ここで、Lshはスライスのヘッダ情報の符号量、Nmbはスライス内のマクロブロック数である。
【0029】
続くステップS13では、マクロブロックレイヤ処理、具体的には、設定された符号語数Nvにしたがって、メモリ部2から読み出したイントラフレームデータから、今回処理対象となっている第k番目のマクロブロックに含まれるDCTブロックに対応する符号語から符号語数Nv分のデータを抽出する、すなわちNv+1番目の符号語からEOB符号の直前の符号語までを削除する処理を行う。
【0030】
次いでマクロブロック番号kを「1」だけインクリメントし(ステップS14)、マクロブロック番号kがマクロブロック数Nmbより小さいか否かを判別する(ステップS15)。そして、k=Nmbとなったときは処理を終了し、k<Nmbであるときは、下記数式5により第k番目(k=1〜Nmb−1)のマクロブロックに対応するマクロブロック目標符号量Tm(k)を算出する(ステップS16)。
【0031】
【数5】
ここで、Lm(i)は第i番目のマクロブロックから抽出した符号量である。
【0032】
次いで、第k番目のマクロブロックの目標符号量Tm(k)と、第(k−1)番目のマクロブロックの符号量Lm(k−1)との差分ΔTm(=Tm(k)−Lm(k−1))を下記数式6に適用して、符号語数Nvの更新を行う(ステップS17)。
【0033】
【数6】
ここでC2は、定数である。ステップS17実行後は、ステップS13に戻る。
【0034】
DCT係数削除部4は、上記ステップS13の処理により抽出したデータをパケット再合成部5に入力する。パケット再合成部5は、入力されるデータを入力信号と同様のMPEGトランスポート・ストリーム・パケットの形式に再合成し、記録フォーマット変換部6に入力する。
【0035】
図2は、記録フォーマット変換部6の構成を示す図であり、記録フォーマット変換部6は、シンクブロック構成部61及びチャネル符号化部62からなる。シンクブロック構成部61は、パケット再合成部5からの特殊再生用データ及び、通常再生用データ(すなわち入力信号そのもの)に、シンクブロックを識別するためのシンクパターン、トラック番号などの情報からなるIDコード及び誤り訂正符号を付加して所定のシンクブロックを構成する。チャネル符号化部62は、入力データを、磁気テープを用いたディジタル信号の記録再生系に適合した記録データ列に変換し、記録アンプ7及び磁気ヘッド8を介して、磁気テープ9への記録を行う。本実施形態のVTRは、2つの回転ヘッド(ヘッドギャップのアジマスが互いに異なる)によるヘリカルスキャン型のVTRである。このようにして記録された磁気テープを特殊再生する場合には、特殊再生用のデータを選択的に再生して再生画像信号を構成する。
【0036】
図4は、2つの磁気ヘッドを30回転/秒で回転させて、磁気テープ上に記録された特殊再生用データの配置例を示す図であり、2つ磁気ヘッド8−及び8+のアジマスをθH−及びθH+とすると、アジマスθH−の磁気ヘッド8−により、トラック番号TNが偶数のトラックが記録再生され、アジマスθH+の磁気ヘッド8+により、トラック番号TNが奇数のトラックが記録再生される。同図中の矢線Hが、記録時及び通常再生時の磁気ヘッド8−,8+の走査方向を示す。右下がりの粗いハッチングを付して示す領域4Xが、4倍速再生用データの記録領域であり、右下がりの細かいハッチングを付して示す領域24Xが、24倍速再生用データの記録領域であり、右上がりのハッチングを付して示す領域12Xが、12倍速再生用データの記録領域である。
【0037】
本実施形態では、アジマスθH−の磁気ヘッド8−により特殊再生用データの記録再生を行う。すなわち、矢線A−が4倍速再生時の、磁気ヘッド8−の走査軌跡を示し、4倍速再生用データが記録されている領域を走査するように制御される。矢線A+は、4倍速再生時の、磁気ヘッド8+の走査軌跡を示し、4倍速再生用データの再生は行わない。同様に、矢線B−が12倍速再生時の、磁気ヘッド8−の走査軌跡を示し、12倍速再生用データが記録されている領域を走査するように制御される。さらに、矢線C−が24倍速再生時の、磁気ヘッド8−の走査軌跡を示し、24倍速再生用データが記録されている領域を走査するように制御される。なお矢線B+及びC+は、それぞれ12倍速再生時及び24倍速再生時の磁気ヘッド8+の走査軌跡を示す。
【0038】
以上のように本実施形態では、イントラピクチャの各DCTブロックに対応するDCT係数のうち、(符号語数Nv+1)番目の符号語からEOB符号の直前の符号語までを削除することにより特殊再生用データを作成し、イントラピクチャを構成するn番目のスライスから取り出す特殊再生用データの目標符号量Ts(n)と、(n−1)番目のスライスから取り出した特殊再生用データの符号量Ls(n−1)との差分に応じて、n番目のスライスにおける符号語数Nvの値を設定するようにしたので、スライス単位で符号語数Nvを、実際の符号量と目標符号量とに応じて適応的に設定することができ、特殊再生用データの符号量を容易に制御することができる。
【0039】
また、ピクチャの先頭から(n−1)番目までのスライスから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLS(n−1)とし、イントラピクチャに対応した目標符号量をTpとしたとき、n番目のスライスの目標符号量Ts(n)を、符号量(Tp−SLS(n−1))と、n番目のスライスのイントラピクチャ内における位置に応じて定められるウエイト係数W(n)とに応じて設定するようしたので、画面内の位置に応じた適切な符号量制御を行うことができる。
【0040】
また、ウエイト係数W(n)は、イントラピクチャの中央付近のスライスに対応する値を最大とし、対応するスライスの位置がイントラピクチャの端部に近づくほど小さくなるように設定することにより、画面の中央付近の画質を向上させることができる。
【0041】
さらに、マクロブロック単位で符号語数Nvを更新することにより、よりきめの細かい符号量制御が可能となる。
なお、図4(b)に示すマクロブロック単位の符号語数Nvの更新は行わずに、スライス単位の符号語数Nvの更新のみを行うようにしてよい。
【0042】
また、スライス単位でイントラモードにして画像をリフレッシュさせるイントラスライス方式の入力信号の場合には、画面の最上部のイントラスライスから最下部のイントラスライスまでの各イントラスライスのデータを時系列順に集めたものを1枚のイントラフレームのデータとみなして同様の処理を行えばよい。
【0043】
また、記録媒体は、磁気テープに限らず、磁気ディスク等であってもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項1に記載のディジタル画像信号記録装置によれば、入力ディジタル画像信号に含まれるイントラフレームの直交変換によって得られる、所定データブロックに対応する係数のうち、(符号語数Nv+1)番目の符号語から所定データブロックに対応する係数の末尾を示すEOB符号の直前の符号語までを削除することにより特殊再生用データが作成され、イントラフレームを構成するn(nは1以上の整数)番目のスライスから取り出す特殊再生用データの目標符号量Ts(n)と、(n−1)番目のスライスから取り出した特殊再生用データの符号量Ls(n−1)との差分に応じて、n番目のスライスにおける符号語数Nvの値が設定されるので、スライス単位で符号語数Nvを、実際の符号量と目標符号量とに応じて適応的に設定することができ、特殊再生用データの符号量を容易に制御することができる。
【0045】
請求項2に記載のディジタル画像信号記録装置によれば、先頭から(n−1)番目までのスライスから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLS(n−1)とし、イントラフレームに対応した目標符号量をTpとしたとき、n番目のスライスの目標符号量Ts(n)が、符号量(Tp−SLS(n−1))と、n番目のスライスのイントラフレーム内における位置に応じて定められるウエイト係数とに応じて設定されるので、画面内の位置に応じた適切な符号量制御を行うことができる。
【0046】
請求項3に記載のディジタル画像信号記録装置によれば、ウエイト係数は、イントラフレームの中央付近のスライスに対応する値を最大とし、対応するスライスの位置がイントラフレームの端部に近づくほど小さくなるように設定されるので、、画面の中央付近の画質を向上させることができる。
【0047】
請求項4に記載のディジタル画像信号記録装置によれば、スライスを構成するk(kは1以上の整数)番目のマクロブロックから取り出す特殊再生用データの目標符号量Tb(k)と、(k−1)番目のマクロブロックから取り出した特殊再生用データの符号量Lb(k−1)との差分に応じて、k番目のマクロブロックにおける符号語数Nvの値が設定されるので、よりきめの細かい符号量制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるディジタルVTRの構成を示す図である。
【図2】図1の記録フォーマット変換部の構成を示す図である。
【図3】DCT係数の可変長符号化を説明するための図である。
【図4】図1の符号量制御部で実行される処理のフローチャートである。
【図5】磁気テープ上の特殊再生用データの配置例を示す図である。
【符号の説明】
1 イントラデータ分離部(特殊再生用データ記録手段)
2 メモリ部(特殊再生用データ記録手段)
3 符号量制御部(特殊再生用データ記録手段)
4 DCT係数削除部(特殊再生用データ記録手段)
5 パケット再合成部(特殊再生用データ記録手段)
6 記録フォーマット変換部(記録手段、特殊再生用データ記録手段)
7 記録アンプ(記録手段、特殊再生用データ記録手段)
8 磁気ヘッド(記録手段、特殊再生用データ記録手段)
Claims (5)
- 直交変換を用いて圧縮されたディジタル画像信号を記録媒体に記録する記録手段と、特殊再生用のデータを前記記録媒体上の所定位置に記録する特殊再生用データ記録手段とを備えるディジタル画像信号記録装置において、
前記特殊再生用データ記録手段は、前記ディジタル画像信号に含まれるイントラフレームの前記直交変換によって得られる、所定データブロックに対応する係数のうち、(符号語数Nv+1)番目の符号語から前記所定データブロックに対応する係数の末尾を示すEOB符号の直前の符号語までを削除することにより特殊再生用データを作成し、該作成した特殊再生用データを前記記録媒体上の所定位置に記録するものであって、前記イントラフレームを構成するn(nは1以上の整数)番目のスライスから取り出す特殊再生用データの目標符号量Ts(n)と、(n−1)番目のスライスから取り出した特殊再生用データの符号量Ls(n−1)との差分に応じて、n番目のスライスにおける前記符号語数Nvの値を設定することを特徴とするディジタル画像信号記録装置。 - 先頭から(n−1)番目までのスライスから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLS(n−1)とし、前記イントラフレームに対応した目標符号量をTpとしたとき、前記特殊再生用データ記録手段は、前記n番目のスライスの目標符号量Ts(n)を、符号量(Tp−SLS(n−1))と、前記n番目のスライスの前記イントラフレーム内における位置に応じて定められるウエイト係数とに応じて設定することを特徴とする請求項1に記載のディジタル画像信号記録装置。
- 前記ウエイト係数は、前記イントラフレームの中央付近のスライスに対応する値を最大とし、対応するスライスの位置が前記イントラフレームの端部に近づくほど小さくなるように設定されることを特徴とする請求項2に記載のディジタル画像信号記録装置。
- 前記特殊再生用データ記録手段は、前記スライスを構成するk(kは1以上の整数)番目のマクロブロックから取り出す特殊再生用データの目標符号量Tb(k)と、(k−1)番目のマクロブロックから取り出した特殊再生用データの符号量Lb(k−1)との差分に応じて、k番目のマクロブロックにおける前記符号語数Nvの値を設定することを特徴とする請求項1に記載のディジタル画像信号記録装置。
- 先頭から(k−1)番目までのマクロブロックから取り出した特殊再生用データの符号量の和をSLB(k−1)としたとき、前記特殊再生用データ記録手段は、前記k番目のマクロブロックの目標符号量Tb(k)を、符号量(Ts(n)−SLB(k−1))を当該スライス内の残りのマクロブロック数で除算した値に設定することを特徴とする請求項4に記載のディジタル画像信号記録装置。
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