JP3787468B2

JP3787468B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JP3787468B2
Application number: JP25762899A
Authority: JP
Inventors: 秀典星
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001086450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル動画像記録を行うカメラ一体型動画像記録装置に用いて好適な画像記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、映像信号を記録媒体に記録する画像記録装置として、アナログ方式の映像信号を磁気テープに記録するビデオテープレコーダがある。しかしながらディジタル信号処理技術の急速な進歩により、今日においてはアナログ映像信号をディジタル化して記録媒体に記録するディジタル方式の画像記録装置が普及しつつある。
【０００３】
このようなディジタル方式の画像記録装置としては、ディジタルＶＴＲ、固体ディスクや光磁気ディスクに記録するディジタルビデオディスク装置、フラッシュメモリやＳＲＡＭ等の固体メモリに記録する固体メモリビデオ装置がある。
【０００４】
これらのディジタル方式の画像記録装置の入力部には、通常、撮像素子としてＣＣＤが搭載されており、そのＣＣＤに蓄積された電荷を読み出すことにより映像信号を取り込む仕組みになっている。この取り込まれた映像信号は、Ａ／Ｄ変換によりディジタル信号に変換される。画像記録装置は、上記ディジタル映像信号を圧縮符号化して情報量の削減を行い、少ない記録容量に多くの画像情報を記録できるようにしている。
【０００５】
圧縮符号化方式としては、例えば、直交変換の中でも特に圧縮効率の良い離散コサイン変換（以下、ＤＣＴ変換と記す）、及び可変長符号化方式が用いられている。圧縮符号化を行うう場合は、まず一枚の画像を水平ｘ画素、垂直ｙ画素の複数ブロックに分割し、ブロック毎にＤＣＴ変換を行う。次に、その変換後のＤＣＴ係数をある除数で割り算し余りを丸めることで量子化する。そして、量子化後の画像は低周波成分に偏るという特性を利用して高周波成分のビット数を減らすことにより、情報量を大幅に削減する。
【０００６】
また、量子化後のデータにそのデータの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化、例えば、ハフマン符号化等を行うことにより、さらに情報量の圧縮が可能となる。
【０００７】
さらに、動画像はフレーム間での相関が強いという特性を利用して、フレーム間の差分を取るフレーム間予測符号化を組み合わせることにより、さらに大きな圧縮が可能になる。
【０００８】
従って、上述のような圧縮技術を組み合わせてディジタル映像信号を圧縮し、情報量を削減した上で記録媒体に記録するような画像記録装置においては、可変長符号化を用いているためにその情報量が画像によって変動するので、情報量を一定にするためのレート制御手段を設けて画像の記録レートを均一化することにより、定められた記録媒体の容量の中に画像を一定時間内に納めるように記録するようにしている。
【０００９】
このレート制御は、変動のある圧縮されたデータをある一定のバッファ内に書き込み、そのバッファから一定レートで読み出すことで定レート化している。即ち、もしデータがバッファの規定値を超えそうな場合は、前述の量子化レベルを大きくして圧縮率を上げる制御を行い、バッファが規定値を満たさない場合は、量子化レベルを下げて圧縮率を下げるようにバッファ制御を行っている。
【００１０】
このような固定レート記録（ＣＢＲ記録）を用いた場合は記録時間が一定となるために、撮像用のモニタとなるディスプレイやビューファインダ（ＥＶＦ）内に記録媒体の記録残り時間を示す残量表示を行うようにしている。
【００１１】
上記ＣＢＲ記録では、記録媒体に記録する目標時間を優先し、記録レートを一定にするため、入力される画像の動きが速かったり、色の帯域が広い場合には量子化が粗くなってしまい、フレーム毎に均一でない画像となったりするという問題があった。そこで、画質を重視し、記録する量子化レベルを大略一定値に保ち画質を優先する符号化を行い、記録レートの変動を許す可変ビットレート記録（ＶＢＲ記録）を行う画像記録装置が提案されている。
【００１２】
また、記録媒体に光磁気ディスク等を用いた従来の画像記録装置においては、ディスクの内周付近にＴＯＣ（ＴａｌｂｅＯｆＣｏｎｔｅｎｔｓ）と呼ばれるテーブルが設けられ、記録された全てのシーン（ここでは、連続した一つの撮影をシーンと呼ぶ）の記録媒体上の記録位置、属性、リンク情報等の管理情報をＴＯＣで一括管理するようにしている。
【００１３】
例えば、一つのシーンが記録媒体上に不連続に記録されたデータをリンクしつつ連続再生する場合や、一度撮影したシーンを削除したり、削除して空いた場所に新たに撮影したシーンを記録した場合等の管理は、全てＴＯＣを用いて行われる。
【００１４】
以上述べたように、ＴＯＣは記録／再生に必須の重要な情報であるために、ディスクの内周付近の別々の領域に例えば３度書きされており、信頼性を向上させる工夫がなされている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、内周付近の別々の領域に３度書き等によりＴＯＣデータの信頼性を向上させるようになされているとしても、ユーザの不注意な取り扱いや、バッテリ切れ、バッテリの急激な放電、記録媒体の欠陥や外的要因等により、シーンの途中で異常に記録が終了した場合等では、実際に撮影された画像・音声、その他のデータと、ＴＯＣの内容とに不一致が生じる場合があり、このため再生時にそのシーンをＴＯＣに基づいて再生することが不可能になるという問題があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による画像記録装置においては、入力された動画像信号と記録媒体上での上記動画像信号の記録位置を示す記録位置情報を含む管理情報とを記録媒体に記録する記録処理手段と、静止画像信号の記録を指示する指示手段と、上記動画像信号の記録時における上記指示手段の指示に基づいて上記入力された動画像信号から静止画像信号を取り出す静止画符号化手段と、上記記録媒体に記録された管理情報を更新する更新手段とを備え、上記更新手段は、上記動画像信号の記録時における上記指示手段による静止画像信号の記録の指示に応じて、上記静止画像信号の記録の指示の時点で上記記録媒体に記録されている動画像信号に関して上記管理情報を更新することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態による画像記録装置としてのカメラ一体型動画像記録装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１０１はレンズ、１０２は撮像素子（以下、ＣＣＤと記す）、１０３はカメラ信号処理回路、１０４は画面並び替え回路である。
【００２０】
１０５は撮影モード指示スイッチ、１０６はシステム制御回路、１０７はスイッチ、１０８は減算器、１０９はＤＣＴ回路、１１０は量子化回路、１１１は可変長符号化回路、１１２は逆量子化回路、１１３はＩＤＣＴ回路、１１４は加算器、１１５は動き補償予測回路、１１６はバッファ、１１７はレート制御回路、１１８は音声データ入力端子、１１９は音声符号化回路である。
【００２１】
１２０はバッファ、１２１はスイッチ、１２２は記録処理部、１３２はディスク等の記録媒体、１２３はスイッチ、１２５は静止画符号化回路、１２７はバッファ、１２９はＴＯＣメモリ、１３１はバッファである。
【００２２】
次に動作について説明する。
レンズ１０１から入力された光画像は、ＣＣＤ１０２で光電変換されて撮像画像信号としてカメラ信号処理回路１０３に入力される。カメラ信号処理回路１０３では、入力された撮像画像信号からノイズを低減して画像信号を取り出し、補正した後に色差信号と輝度信号を生成し、１フレーム単位に画面並び替え回路１０４に入力する。
【００２３】
また、撮影モード指示スイッチ１０５の操作により出力された撮影モード信号は、システム制御回路１０６に入力される。システム制御回路１０６は、入力された撮影モード信号により通常撮影モードか高画質撮影モードかを判定し、画面並び替え回路１０４に対して画面並び替え順序を指示する。さらにシステム制御回路１０６は、上記撮影モード信号に基づいてフレームに同期した符号化切り換え信号でスイッチ１０７を制御し、フレーム内符号化（以下、イントラ符号化と記す）とフレーム間予測符号化（以下、インター符号化と記す）とを切り替える。
【００２４】
画面並び替え回路１０４は、複数フレームを記憶できるメモリを持っており、システム制御回路１０６から指示された画面並び替え順序に応じて入力されたフレームの順番を入れ替えて出力する。
【００２５】
まず、イントラ符号化時の動作を説明する。
イントラ符号化する場合は、スイッチ１０７はＡ側に接続される。画面並び替え回路１０４から出力された画像データは、スイッチ１０７を介してＤＣＴ回路１０９に入力されて直交変換される。直交変換された画像データは量子化回路１１０で量子化され、量子化された画像データは、逆量子化回路１１２と可変長符号化回路１１１に入力される。
また、画面並び替え回路１０４から出力された画像データは動き補償予測回路１１５にも入力される。
【００２６】
上記量子化されたデータは逆量子化回路１１２で逆量子化され、ＩＤＣＴ回路１１３でＩＤＣＴされて量子化誤差を含む変換前の画像データに戻された後、加算器１１４に供給される。このときスイッチ１２３はＯＦＦにされている。従って、加算器１１４の出力データは入力データと同一のデータであり、このデータは動き補償回路１１５に入力される。動き補償予測回路１１５は、次のインター符号化のために予測画像を生成して出力する。
【００２７】
一方、量子化回路１１０で量子化された画像データは、可変長符号化回路１１１に入力されて可変長符号化され、バッファ１１６に入力される。バッファ１１６内の画像データはスイッチ１２１の入力端Ａに供給される。
【００２８】
次に、インター符号化時の動作を説明する。
インター符号化する場合は、スイッチ１０７はＢ側に接続され、スイッチ１２３は常時ＯＮになる。画面並び替え回路１０４から出力された画像データは、動き補償予測回路１１３からの予測画像と減算器１０６で減算される。この減算器１０６での減算は、時間軸方向の冗長度を落とすために行われる。
【００２９】
上記時間軸方向の冗長度を落とした画像データの差分値は、スイッチ１０７を介してＤＣＴ回路１０９に入力され、直交変換される。直交変換された画像データの差分値は量子作回路１１０で量子化され、量子化された画像データの差分値は、逆量子化回路１１２と可変長符号化回路１１１に入力される。また、画面並び替え回路１０４から出力された画像データは動き補償予測回路１１５にも入力される。
【００３０】
上記量子化された画像データの差分値は逆量子化回路１１２で逆量子化され、ＩＤＣＴ回路１１３でＩＤＣＴされ、ＩＤＣＴされた画像データの差分値は動き補償回路１１５に入力される。この時、スイッチ１２３はＯＮされているため、加算回路１１４では動き補償予測回路１１３から出力される前フレームの予測画像データと入力された画像データの差分値とが加算されて現在のフレームの画像データが復号される。
【００３１】
この復号画像は、次の画像符号化のために動き補償予測回路１１５に入力され蓄積される。動き補償予測回路１１５は、予測画像データと動きベクトルを出力する。予測画像データは、インター符号化のために減算器１０８及びスイッチ１２３に入力され、動きベクトルは可変長符号化回路１１１に入力される。
【００３２】
また、上記量子化されたデータは、可変長符号化回路１１１で可変長符号化され、バッファ１１６に入力される。このバッファ１１６内の画像データはスイッチ１２１の入力端Ａに供給される。
【００３３】
レート制御回路１１７は、バッファ１１６の容量を見て量子化回路１１０を制御し、バッファ容量が目標容量より多い場合は次の量子化を粗くし、容量が目標容量も又はそれ以上の場合は、初期値で与えられている通常の量子化を行うことにより、Ｉピクチャ間（以下、ＧＯＰと記す）で情報量がおよそ一定になるように記録レートを制御する。
【００３４】
次に、静止画像記録時の動作について説明する。
静止画像の記録は、上述した動画像の記録時に撮影モード指示スイッチ１０５を操作することにより行う。
撮影モード指示スイッチ１０５により静止画の指示があると、静止画像記録モードを示す信号がシステム制御回路１０６に入力される。この信号に基づいてシステム制御回路１０６は、画面並び替え回路１０４から出力される画像データに対して、何番目の画像データが静止画像取り込みモードかを判断し、静止画像を取り込むべきタイミングを画像データの出力に同期して静止画符号化回路１２５に指示する。
【００３５】
静止画符号化回路１２５は、上記取り込みタイミングに同期して画像データを取り込み、例えば、静止画符号化用のＪＥＰＧ規格による符号化等を行い、その符号化データをバッファ１２７に蓄積する。尚、当然のことながら、静止画像符号化回路１２５においては、上記符号化に限定されるものではなく、例えば、ベースバンドでの記録も可能である。静止画符号化回路１２５においては、例えば４Ｍビット毎秒のスピードでリアルタイム処理がなされる。符号化された静止画像データはバッファ１２７に蓄積される。
【００３６】
次に、本発明における管理情報としてのＴＯＣデータの更新について概要を説明する。詳細については後述する。
ＴＯＣメモリ１２９には、電源投入時に記録媒体上のＴＯＣ記録領域からＴＯＣデータのみが再生されてロードされる。システム制御回路１０６は、上記ロードされたＴＯＣデータを読み出すことで、現時点で記録媒体上のどこの領域に何のデータが格納されているかを瞬時に知ることができる。従って、上述した動画像及び静止画像を記録する際には、ＴＯＣに基づいて空いている領域を指定して新たな記録を行うよう制御する。
【００３７】
本実施の形態においては、撮影モード指示スイッチ１０５による静止画記録指示に応じて静止画像記録モードになる度毎に、システム制御回路１０６は、ＴＯＣメモリ１２９にその時点での記録情報を全て上書きして更新するようにしている。また、撮影モード指示スイッチ１０５により通常の動画記録開始及び終了の指示の度にＴＯＣデータを更新する。更新後は、そのＴＯＣデータはＴＯＣメモリ１２９からバッファ１３１に供給される。
【００３８】
スイッチ１２１はシステム制御回路１０６により入力端Ｄ側に接続され、バッファ１３１のＴＯＣデータが記録媒体１３２上の所定のＴＯＣ記録領域に記録される。ここでスイッチ１２１は、リアルタイム処理が破綻しないようにシステム制御回路１０６により制御される。
【００３９】
また、音声データは音声データ入力端子１１８から入力され、音声符号化回路１１９に供給される。音声符号化回路１１９では、ＭＰＥＧ等で用いられているような符号化処理がなされ、バッファ１２０供給される。
【００４０】
スイッチ１２１はシステム制御回路１０６により制御され、バッファ１１６及びバッファ１２０の各出力を時分割多重して記録処理部１２２を介して記録媒体１３２に供給する。これによって図６に示すように、ＧＯＰ単位の可変長画像データと固定長のオーディオデータとが時系列に記録媒体上の動画像記録領域に記録される。ＭＰＥＧ２では、通常、１ＧＯＰは１５フレームで構成される。バッファ１２７に蓄積された静止画像データは、同様に時分割処理されて記録媒体上の動画像とは別の領域である静止画像記録領域に記録される。また、バッファ１３１に蓄積されたＴＯＣデータは、上述したように所定のＴＯＣ記録領域に記録される。
【００４１】
次に、通常モード時の画像並び替え、及び符号化順序について、図２、図３を用いて説明する。
図２は画面並び替え回路１０４で並び替える順番の例を示している。
画面並び替え回路１０４に第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、…と１／３０秒毎に入力され、それと同時にシステム制御回路１０６から画面並び替え順序の指示が入力される。通常モードの場合には、図２のように画面並び替えを行い、第３フレーム、第１フレーム、第２フレーム、…と出力される。
【００４２】
このような画面入れ替えは、図３に示す符号化のように、イントラ符号化及びインター符号化を行うために必要な並び替えである。イントラ符号化とは、フレーム内のデータのみで符号化するものであり、図３のＩピクチャを生成する符号化である。またインター符号化とは、フレーム問予測も含めて符号化するものであり、図３のＰピクチャ及びＢピクチャを生成する符号化である。
【００４３】
図３において、例えばフレーム６のＰピクチャは、フレーム３のＩピクチャとの差分、又は動きベクトル情報により生成され、例えばフレーム１及びフレーム２のＢピクチャは、フレーム３のＩピクチャとフレーム６の差分、又は動きベクトル情報により生成する。
【００４４】
次に、各記録領域とＴＯＣデータ構成について図４、図５を用いて説明する。
図４は本実施の形態による記録媒体１３２上のＴＯＣと動画像・音声と静止画像の記録エリアを示す。
図４において、ＴＯＣデータは、最内周部分のＴＯＣ記録領域４００に記録される。静止画像データは、ＴＯＣ記録領域４００の外周部分の静止画像記録領域４０２に記録される。動画像・音声データは、静止画像記録領域４０２のの外周部分の動画像・音声記録領域４０４に記録される。
【００４５】
静止画像記録領域４０２及び動画像・音声記録領域４０４は、外周に向かってセクタに分割され順次セクタ番号が付けられており、ＴＯＣデータ内のスタートアドレス、エンドアドレス等で参照される。
【００４６】
図５は本実施の形態によるＴＯＣデータの内容を示した図である。
ＴＯＣは、シーンテーブル５００とコンテンツテーブル５０２から構成されている。シーンテーブル５００は、シーンの順番にそれぞれのシーンがコンテンツテーブル５２０上のどの欄に対応するかを指し示すテーブルである。再生時には、通常このシーンテーブル５００のシーン順に再生される。
【００４７】
またシーンテーブル５００は、４０９５個のシーンを管理することができ、それぞれがコンテンツテーブル５０２の特定の欄を指し示す１２ビットのポインタを持つ。シーンテーブル５００は１から順に使われ、対応するシーンの無くなるポインタは終わりを示す‘０’の値を持つ。
【００４８】
コンテンツテーブル５０２は、４０９５個の欄を持ちそれぞれの欄がスタートアドレス５０４、エンドアドレス５０６、リンクポインタ５０８、属性５１０の各値を持つ。スタートアドレス５０４とエンドアドレス５０６は各２０ビットで構成され、それぞれ対応するシーンのスタートアドレス及びエンドアドレスを持っている。
【００４９】
リンクポインタ５０８は、あるシーンと違うシーンを一つのシーンにつないだ場合や、空き領域の関係で一つのシーンが不連続な領域に分散して記録される場合に、コンテンツテーブル５０２上の続きのシーンの欄を指し示すためのポインタを持つ。図５の矢印で示すように、コンテンツテーブル５０２の１の欄で指し示されたシーンの続きが３の欄に指し示されている場合、１の欄のリンクポインタ５０８には‘３’という値が格納されて、シーンの連続性が保持される。
【００５０】
属性５１０には、動画像、静止画像、コピー禁止等の属性を示すデータが格納される。
ここで当然のことながら、扱われるデータは動画像・音声、静止画像に限らず、スクリプトデータ等であっても何ら問題は無い。そのデータの種類は、上記ＴＯＣデータの属性５１０に明記すればよい。
【００５１】
本実施の形態によれば、一つのシーンの撮影中において異常事態が発生しても、撮影中において、少なくとも１回シャッタが押されていれば、シャッタを押した時点でのＴＯＣは既に全てが更新されているために、ＴＯＣの破損を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の他の実施の形態としての記憶媒体について説明する。
上述した図１のシステムはハードウェアで構成することもできるが、ＣＰＵとメモリを有するコンピュータシステムで構成することもできる。コンピュータシステムで構成する場合は、上記メモリは本発明による記憶媒体を構成する。この記憶媒体には、上記実施の形態で説明した処理を実行するためのプログラムが記憶される。
【００５３】
また、この記憶媒体としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気記憶媒体等を用いてよく、これらをＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ、磁気カード、磁気テープ、不揮発性メモリカード等に構成して用いてよい。
【００５４】
従って、この記憶媒体を図１によるシステム以外の他のシステムあるいは装置で用い、そのシステムあるいはコンピュータがこの記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し、実行することによっても、上記実施の形態と同等の機能を実現できると共に、同等の効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００５５】
また、コンピュータ上で稼働しているＯＳ等が処理の一部又は全部を行う場合、あるいは記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された拡張機能ボードやコンピュータに接続された拡張機能ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づいて、上記拡張機能ボードや拡張機能ユニットに備わるＣＰＵ等が処理の一部又は全部を行う場合にも、上記実施の形態と同等の機能を実現できると共に、同等の効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一つのシーンの動画像記録中に異常事態が発生して記録が終了しても、その記録中に少なくとも１回シャッタが押される等による静止画像記録の指示がなされていれば、指示がなされた時点でのＴＯＣ等の管理情報は既に更新されているので、管理情報に欠陥が生じることを防止することができる。このため、再生時に当該シーンの管理情報に基づく再生を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による画像記録装置を示すブロック図である。
【図２】通常モード時の画面並び替えの入出力タイミンクを示す構成図である。
【図３】通常モード時の符号化順序を示す構成図である。
【図４】記録媒体上の画像・音声、ＴＯＣの各記録領域を示す構成図である。
【図５】ＴＯＣデータの内容を示す構成図である。
【図６】動画像データ及び音声データの記録順序を示す構成図である。
【符号の説明】
１０４画面並び替え回路
１０６システム制御回路
１０７、１２１、１２３スイッチ
１０８減算器
１０９ＤＣＴ回路
１１０量子化回路
１１１可変長符号化回路
１１２逆量子化回路
１１３ＩＤＣＴ回路
１１４加算器
１１５動き補償予測回路
１１６、１２０、１２７、１３１バッファ
１１７レート制御回路
１２２記録処理部
１２５静止画符号化回路
１２９ＴＯＣメモリ
１３２記録媒体

Claims

入力された動画像信号と記録媒体上での上記動画像信号の記録位置を示す記録位置情報を含む管理情報とを記録媒体に記録する記録処理手段と、
静止画像信号の記録を指示する指示手段と、
上記動画像信号の記録時における上記指示手段の指示に基づいて上記入力された動画像信号から静止画像信号を取り出す静止画符号化手段と、
上記記録媒体に記録された管理情報を更新する更新手段とを備え、
上記更新手段は、上記動画像信号の記録時における上記指示手段による静止画像信号の記録の指示に応じて、上記静止画像信号の記録の指示の時点で上記記録媒体に記録されている動画像信号に関して上記管理情報を更新することを特徴とする画像記録装置。
上記更新手段は、上記管理情報を記憶するメモリと、上記静止画記録の指示に応じて上記メモリに記憶されている上記管理情報の内容を更新すると共に上記記録処理部を制御してこの更新された管理情報と上記静止画符号化手段により取り出された静止画像信号とを上記記録媒体に記録するシステム制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
上記更新手段は更に、上記動画像信号の記録開始もしくは終了の指示に応じて上記管理情報を更新することを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。