JP3807053B2 - 映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像と音声の同期化の技術分野で用いられる映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
映像と音声の同期化方法としては、例えばいわゆるMPEG(Moving Picture Image Coding Experts Group)で用いられているような映像、音声それぞれの信号の同期タイミングの時刻情報をタイムスタンプとして多重化する方法が、符号化した信号においては有名である。なお、MPEGとは、ISO/IEC JTC1/SC29(International Organization for Stan-dardization/International Electrotechnical Commission, Joint Technical Commitee 1/Sub Commitee 29:国際標準化機構/国際電機標準会議 合同技術委員会1/専門部会 29)の蓄積用動画像符号化の検討組織の略称であり、MPEG1標準としてISO11172が、MPEG2標準としてISO13818がある。これらの国際標準において、システム多重化の項目でISO11172−1及びISO13818−1が、映像符号化(MPEGビデオ)の項目でISO11172−2及びISO13818−2が、音声符号化(MPEGオーディオ)の項目でISO11172−3及びISO13818−3が、それぞれ標準化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の同期化方法では、入力した信号の同期信号のタイミングで基準カウンタの時刻を取得するため、フレームシンクロナイザなどの可変の遅延要素が信号に狭まれた場合には、映像の時刻情報を完全に入力信号に合わせると音声との同期をとるのが難しく、符号化または復号化時に複雑な処理をしなくてはならない。
【0004】
しかし、今後、MPEG等の符号化器を搭載した民生機器が登場すると、外部入力としての非標準信号が入力される状況も必然となり、フレームシンクロナイザなどの同期化手段は必須となってくるはずである。
【0005】
そこで、本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、フレームシンクロナイザなどの可変遅延要素がある場合において、映像と音声の遅延を視聴覚上問題ない範囲に規定することにより、簡単に映像と音声の同期化を実現する映像音声同期化方法と、簡単な構成で映像と音声の同期化を実現でき、更にフレームシンクロナイザの情報を符号化の画質や復号化時の変速再生に応用可能な映像音声信号記録再生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】
本発明の映像音声同期化方法は、入力された映像信号を基準同期信号に同期化させる可変遅延処理を有する映像音声同期化方法において、上記可変遅延処理による映像の遅延時間を1フレーム以内に制御し、上記映像信号の基準同期信号のタイミングで基準時刻をラッチして映像の時刻情報を算出し、入力された音声信号の符号化に用いる符号化用同期信号のタイミングで基準時刻をラッチした時刻情報に基準同期の1フレーム分の時間を加算して音声の時刻情報を算出し、上記算出した時刻情報を映像,音声信号と共に多重化した多重化信号を生成し、記録或いは伝送された上記多重化信号から上記映像,音声信号及び時刻情報を分離し、上記分離した時刻情報に基づいて映像と音声の同期をとることにより、上述した課題を解決するものである。
【0007】
また、本発明の映像音声信号記録再生装置は、入力された映像信号を基準同期信号に同期化させる可変遅延手段を有する映像音声信号記録再生装置において、上記可変遅延手段による映像信号の遅延時間を1フレーム以内に制御する遅延時間制御手段と、上記映像信号の基準同期信号のタイミングで基準時刻をラッチして映像の時刻情報を算出する映像時刻情報算出手段と、入力された音声信号の符号化に用いる符号化用同期信号のタイミングで基準時刻をラッチした時刻情報に基準同期の1フレーム分の時間を加算して音声の時刻情報を算出する音声時刻情報算出手段と、上記映像時刻情報算出手段及び音声時刻情報算出手段にて算出した時刻情報を映像,音声信号と共に多重化する多重化手段と、上記多重化手段からの多重化信号を記録媒体に記録し、当該記録媒体に記録された多重化信号を再生する記録再生手段と、上記記録媒体から再生された多重化信号から上記映像,音声信号及び時刻情報を分離する分離手段と、上記分離した時刻情報に基づいて映像信号と音声信号の同期をとる同期化手段とを有することにより、上述した課題を解決するものである。
【0008】
すなわち、本発明の映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置によれば、映像の可変遅延処理を行う手段(フレームシンクロナイザ)による遅延時間が0〜1フレームと任意に変化したときでも、音声系に回路の追加無しに、映像の基準同期タイミングと音声の基準同期タイミングから一義的に算出した時刻情報のみで、視聴覚上問題ない範囲での映像と音声の同期化を簡易に図ることができる。
【0009】
また、本発明の映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置においては、多重化前に例えばMPEGのような時間軸上の圧縮(前後のフレーム間差分)を用いるような符号化を行う場合に、映像の可変遅延処理を行う手段(フレームシンクロナイザ)によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出し、この情報により符号化のパラメータをリアルタイムに変化させることで、画質の改善を図るようにしている。
【0010】
さらに、本発明の映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置においては、映像の可変遅延処理を行う手段(フレームシンクロナイザ)によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出し、この情報も映像,音声信号等と同様に多重化することにより、変速再生時の付加情報としてこれらフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を用い、スロウ再生やフレーム送り再生などの品質を上げ得るようにしている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0012】
図1には、本発明の映像音声同期化方法及び映像音声信号記録再生装置が適用される一実施の形態として、ディスクレコーダの構成を示す。
【0013】
この図1において、指示符号10にて示す構成要素は、当該ディスクレコーダの操作パネル上に設けられた各種キー(Key)と、これら各種キーの何れかを操作者が指にて押圧したときに当該押圧されたキーに対応した電圧を出力する抵抗ラダー回路とからなる(以下、当該構成をキー回路と呼ぶ)。このキー回路10からのキー押圧に応じた出力データは、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと略称する)11へ供給される。ここで、上記各種キーのうち、例えば記録のキーが押圧されると、マイコン11は、そのキーの押圧に対応する電圧から記録開始の指示がなされたとの判断をして、記録動作を開始させる。なお、マイコン11は、以下の記録時の一連のデバイス制御を全て行っている。
【0014】
S映像入力端子12から入力されたS映像信号は、V−A/D回路13で同期分離やNTSCクロマデコードなどのアナログ処理を施された後、YUVディジタル信号にそれぞれA/D(アナログ/ディジタル)変換され、フレームシンクロナイザ14に入力される。また、上記V−A/D回路13で同期分離された同期信号(VFR−ext)21は入力に同期した信号であり、フレームシンクロナイザ14の入力側の制御信号となる。
【0015】
一方、タイミングジェネレータ(TG)24で27MHzの水晶発振子からフリーランに作られた同期信号(VFR−int)22は、映像信号用の内部の基準同期信号であり、フレームシンクロナイザ14の出力側の制御信号となる。上記同期信号(VFR−int)22に同期してフレームシンクロナイザ14から出力されたYUV信号は、MPEG−Vエンコーダ15に入力されて、MPEGビデオの信号に符号化され、内部のコードバッファ内に蓄積される。
【0016】
また、L(左),R(右)のステレオ音声信号は、音声信号入力端子16L、16Rから入力されて、A−A/D回路17でフィルタリング後、A/D変換されてMPEG−Aエンコーダ18に供給される。MPEG−Aエンコーダ18では、タイミングジェネレータ(TG)24で44.1KHzから作られた音声符号化用の同期信号(AFR−int)23に同期して、MPEGオーディオの信号に符号化され、内部のコードバッファ内に蓄積される。
【0017】
そして映像、音声それぞれの符号化コードは、マルチプレクサ(MUX)19において、MPEGシステムのプログラムストリーム(Program Stream:PS)に準拠してヘッダ付加と多重化の処理が施され、記録用バッファ(WBUF)20へ蓄積される。またこの時のマルチプレクサ19では、基準時刻カウンタ(RecSTC)25にて上記同期信号(VFR−int)22と同期信号(AFR−int)23のタイミングでラッチされた時刻にフレームシンクロナイザ用処理を行った時刻情報も、それぞれPES(Packetized Elementary Stream)ヘッダの中に表示時刻PTS(Presentation Time Stamp)とデコード時刻DTS(Decoding Time Stamp)として多重化する。この処理の詳細は、後ほど説明する。
【0018】
最後に記録用バッファ(WBUF)20に蓄積されたMPEGビットストリームは、ディスクドライブ26の要求に応じて転送され記録媒体としてのディスクに記録される。なお、ディスクとしては、光ディスクやハードディスクなどが考えられる。
【0019】
次に、再生動作を説明する。
【0020】
記録時同様、前記各種キーのうち、例えば再生のキーが押圧されると、マイコン11は、その再生のキーの押圧に対応する電圧から再生開始が指示されたと判断して再生動作を開始する。なお、マイコン11は、以下の再生時の一連のデバイス制御をも全て行っている。
【0021】
この再生動作が開始すると、ディスクに記録されたMPEGビットストリームは、ディスクドライブ26の準備が整い次第、再生されて再生用バッファ(RBUF)27に順次蓄積されていく。
【0022】
上記再生用バッファ(RBUF)27に蓄積されたビットストリームは、MPEGシステムに準じてデマルチプレクサ(DMUX)28に入力され、ここでヘッダの解析後、映像、音声に分離されてそれぞれのデコーダすなわち映像用のMPEG−Vデコーダ29と、音声用のMPEG−Aデコーダ33内のコードバッファへと蓄積される。各コードバッファ内の符号化コードは、上記ヘッダ解析で得られた上記デコード時刻DTS,表示時刻PTSとの位相管理が行われ、再生用の基準時刻カウンタ(PbSTC)37の時刻と一致したときにそれぞれのMPEGデコーダで符号化が行われる。実際は、デコード時刻DTS,表示時刻PTSの各時刻に、基準時刻カウンタ(PbSTC)37が映像/音声それぞれの同期信号(VFR−pb)30,(AFR−pb)34を発生させて処理のタイミングを図る事になる。
【0023】
MPEG−Vデコーダ29は、内部同期信号(VFR−pb)30に同期して動作し、復号化されたYUVデータはV−D/A回路31に入力される。V−D/A回路31では、YUVデータそれぞれをD/A(ディジタル/アナログ)変換処理してアナログ信号に変換した後、NTSCクロマエンコードや同期付加等のアナログ処理を施し、得られたS映像信号がS映像出力端子32から出力される。
【0024】
また、MPEG−Aデコーダ33は、内部同期信号(AFR−pb)34に同期して動作し、復号化された音声信号はA−D/A回路35に入力される。A−D/A回路35では、ステレオのL(左),R(右)それぞれの信号をD/A変換処理してアナログ信号に変換し、これらアナログ信号はその後、フィルタリングなどのアナログ処理が施されてステレオ音声信号として音声信号出力端子36L、36Rから出力される。
【0025】
次に、上述した一実施の形態の構成におけるフレームシンクロナイザ14の制御について、図1のフレームシンクロナイザ14を抜き出して示す図2と、図3に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、図3のタイミングチャートは、説明を分かり易くするために、通常ではあり得ないかなり大きな周波数変動で描いてある。また、図3中の番号1,2,3,4,・・・は、それぞれフレームを示している。
【0026】
図2に示すフレームシンクロナイザ14は、通常、フレームメモリを利用してクロック及び同期タイミングの乗り換えを行う回路であり、非標準信号やジッタのある信号を標準信号に変換して、更に所望のフレーム同期タイミングに合わせるために使用する。よって、フレームシンクロナイザ14の入力と出力は完全に非同期でクロックも位相が異なるため、ある周期で出力の1フレームを抜いたり繰り返したりして時間調整をする必要がでてくる。この図2の例では、映像入力信号と同期している外部同期信号(VFR−ext)21と、フレームシンクロナイザ14の出力信号と同期している基準内部同期信号(VFR−int)22とが完全に非同期であり、また、外部クロック(CLK)と内部クロックも位相が異なっている。
【0027】
図3において、OUT1に示すタイミングは入力された外部同期信号(VFR−ext)21よりも内部基準同期信号(VFR−int)22の方が周波数が微妙に高い場合を示しており、この場合は入力された外部同期信号(VFR−ext)21と内部の同期信号(VFR−int)22の位相差が0フレーム以下に短くなったら、1フレームを繰り返す処理を行う。図3の例では、番号5のフレームを繰り返した様子を示している。
【0028】
また、図3のOUT2に示すタイミングは、入力された外部同期信号(VFR−ext)21よりも内部基準同期信号(VFR−int)22の方が周波数が微妙に低い場合を示しており、この場合は入力の外部同期信号(VFR−ext)21と内部の同期信号(VFR−int)22の位相差が1フレーム以上長くなったら、1フレームを抜く処理を行う。図3の例では、番号6のフレームを抜いた様子を示している。
【0029】
以上のような制御により、入力信号と出力信号の位相関係は必ず0〜1フレームの遅延となる。
【0030】
次に、上述した一実施の形態の構成において多重化する時刻情報の生成方法について、図1の一部を抜き出して示す図4のブロック図を参照して説明する。
【0031】
フレームシンクロナイザ14の入力から出力への映像信号の遅延時間が上述のように0〜1フレームという事は、入力された音声信号とフレームシンクロナイザ14から出力された映像信号との遅延時間も0〜1フレームという事になる。そこで、音声の時刻情報(A−PTS)をマルチプレクサ19にて多重化する前に、マイコン11内部の加算器30によって、下記式(1)のように、上記音声の時刻情報(A−PTS)に内部基準同期の1フレーム分の時間(dVFR−int)を予め加算しておくようにする。こうすることにより、入力された音声信号とフレームシンクロナイザ14から出力された映像信号との遅延時間が、タイムスタンプ上では−1〜0フレームとなる。
【0032】
A−PTS’=A−PTS+dVFR−int (1)
これは、映像に対して音声が時間的に進んでいるより遅れている方が視聴覚上目立たないためであり、映像1フレーム(33.3ms)以内の音声の遅延ならば十分許容できるはずである。
【0033】
上述のように、予め多重化時にこの処理をすることで、再生分離時は通常時と同様に単に時刻情報だけを見て復号化/出力すればよい。
【0034】
なお、本発明は上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、例えば、図5、図6のような応用が考えられる。なお、図5,図6は、図1の構成の必要な部分のみを抜き出して示している。
【0035】
図5は、MPEG−Vエンコーダ15のパラメータ制御への応用を示すブロック図である。この図5において、フレームシンクロナイザ14で出力の1フレームを抜いたり、繰り返したりした情報はリアルタイムにマイコン11に送られる。マイコン11では、その情報を元にMPEG−Vエンコーダ15の符号化パラメータをダイナミックに制御する。
【0036】
例えば、フレームシンクロナイザ14において、フレームが繰り返されたときには、その繰り返されたフレームの映像が全く前回のフレームと同じ映像なので、マイコン11はこのフレームを例えばMPEGにおけるPピクチャにして動きベクトルを0に固定するような制御をする。一方で、フレームシンクロナイザ14において、フレームが抜かれたときには、このフレームが抜かれた直後のフレームと前のフレームとの間で時間的距離が倍になっているため、マイコン11は、それに応じて動きベクトルの探索範囲などを増やすような制御を行う。
【0037】
この図5の例の場合、上述のようなパラメータ制御を行うことにより、画質の向上を図ることができる。
【0038】
図6は、変速再生の表示制御への応用を示すブロック図である。この図6の構成では、表示コントローラ40が新たに設けられている。
【0039】
この図6において、先ず記録系では、フレームシンクロナイザ14で出力の1フレームを抜いたり、繰り返したりした情報をマイコン11に送り、また映像信号との位相を合わせて時刻情報と一緒にマルチプレクサ19にて多重化する。再生系では、多重化されているフレーム抜け/繰り返し情報を分離してマイコン11に送り、マイコン11はその情報に応じてMPEG−Vデコーダ29と表示コントローラ40を制御することで、変速再生の制御方法をダイナミックに変化させる。
【0040】
例えば、スロー再生や、フレーム送り再生の時に、フレーム繰り返しポイントがあった場合、マイコン11は、繰り返しフレームをスキップさせて表示させるように、MPEG−Vデコーダ29と表示コントローラ40を制御する。一方で、フレーム抜かれたポイントがあった場合、マイコン11は、前後のフレームから補間してフレームを作成して表示するように、MPEG−Vデコーダ29と表示コントローラ40を制御する。
【0041】
なお、上記変速再生時は音声の再生を行わない場合がほとんどなので、映像と音声の同期を考える必要がないため、このような純粋に原映像信号に忠実な制御を行うことにより、変速再生の品質向上を図ることができる。
【0042】
以上説明したようなことから、本発明の実施の形態によれば、以下のような効果が得られる。
【0043】
1.簡単な手段で映像入力にフレームシンクロナイザを入れたときの映像と音声を視聴覚上問題のない範囲で同期再生させる時刻情報を生成できる。
【0044】
2.音声系、及び再生系には特別な回路を必要としないで、フレームシンクロナイザを入れたときの映像と音声の同期化が実現できる。
【0045】
3.最小限の追加手段で、符号化の画質改善や、変速再生時の品質向上が図れる。
【0046】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明においては、映像の可変遅延処理を行う手段(フレームシンクロナイザ)による遅延時間が0〜1フレームと任意に変化したときでも、映像の基準同期タイミングと音声の基準同期タイミングから一義的に算出した時刻情報のみを用いることで、簡単な方法及び構成で(音声系に回路の追加無しに)、視聴覚上問題ない範囲での映像と音声の同期化を簡易に図ることができる。また、本発明においては、映像の可変遅延処理を行う手段(フレームシンクロナイザ)の情報を符号化の画質向上や、復号化時の変速再生の制御にも応用可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態としてのディスクレコーダの概略構成を示すブロック回路図である。
【図2】本発明実施の形態の構成のフレームシンクロナイザ部分を抜き出して示す図である。
【図3】本発明実施の形態の構成におけるフレームシンクロナイザの制御を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明実施の形態の構成において多重化する時刻情報の生成方法の説明に用いる図である。
【図5】本発明実施の形態のMPEGエンコーダのパラメータ制御への応用を示すブロック回路図である。
【図6】本発明実施の形態のディスクレコーダにおいて変速再生の表示制御への応用を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
10 キー回路、 11 マイコン、 12 S映像信号入力端子、 13 V−A/D回路、 14 フレームシンクロナイザ、 15 MPEG−Vエンコーダ、 16L、16R ステレオ音声信号入力端子、 17 A−A/D回路、 18 MPEG−Aエンコーダ、 19 マルチプレクサ(MUX)、 20 記録用バッファ(WBUF)、 21 外部映像同期信号(VFR−ext)、 22 内部映像同期信号(VFR−int)、 23 内部音声同期信号(AFR−int)、 24 タイミングジェネレータ(TG)、 25 記録用基準時刻カウンタ(RecSTC)、 26 ディスクドライブ、 27 再生用バッファ(RBUF)、 28 デマルチプレクサ(DMUX)、 29MPEG−Vデコーダ、 30 再生映像同期信号(VFR−pb)、 31V−D/A回路、 32 S映像信号出力端子、 33 MPEG−Aデコーダ、 34 再生音声同期信号(AFR−pb)、 35 A−D/A回路、 36L、36R ステレオ音声信号出力端子、 37 再生用基準時刻カウンタ(PbSTC)
Claims (6)
- 入力された映像信号を基準同期信号に同期化させる可変遅延処理を有する映像音声同期化方法において、
上記可変遅延処理による映像の遅延時間を1フレーム以内に制御し、
上記映像信号の基準同期信号のタイミングで基準時刻をラッチして映像の時刻情報を算出し、
入力された音声信号の符号化に用いる符号化用同期信号のタイミングで基準時刻をラッチした時刻情報に基準同期の1フレーム分の時間を加算して音声の時刻情報を算出し、
上記算出した時刻情報を映像,音声信号と共に多重化した多重化信号を生成し、
記録或いは伝送された上記多重化信号から上記映像,音声信号及び時刻情報を分離し、
上記分離した時刻情報に基づいて映像と音声の同期をとることを特徴とする映像音声同期化方法。 - 上記多重化前の映像,音声信号を時間軸上で圧縮して符号化し、
上記可変遅延処理によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出し、
上記検出したフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報に基づいてフレームの動きベクトルを制御することを特徴とする請求項1記載の映像音声同期化方法。 - 上記可変遅延処理によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出し、
上記フレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報をも多重化し、
記録或いは伝送された上記多重化信号から上記フレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報をも分離し、
この分離したフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報に基づいて前後のフレームから補間してフレームを作成して表示する又は繰り返しフレームをスキップさせて表示させるように変速再生時の制御を行うことを特徴とする請求項1記載の映像音声同期化方法。 - 入力された映像信号を基準同期信号に同期化させる可変遅延手段を有する映像音声信号記録再生装置において、
上記可変遅延手段による映像信号の遅延時間を1フレーム以内に制御する遅延時間制御手段と、
上記映像信号の基準同期信号のタイミングで基準時刻をラッチして映像の時刻情報を算出する映像時刻情報算出手段と、
入力された音声信号の符号化に用いる符号化用同期信号のタイミングで基準時刻をラッチした時刻情報に基準同期の1フレーム分の時間を加算して音声の時刻情報を算出する音声時刻情報算出手段と、
上記映像時刻情報算出手段及び音声時刻情報算出手段にて算出した時刻情報を映像,音声信号と共に多重化する多重化手段と、
上記多重化手段からの多重化信号を記録媒体に記録し、当該記録媒体に記録された多重化信号を再生する記録再生手段と、
上記記録媒体から再生された多重化信号から上記映像,音声信号及び時刻情報を分離する分離手段と、
上記分離した時刻情報に基づいて映像信号と音声信号の同期をとる同期化手段とを有することを特徴とする映像音声信号記録再生装置。 - 上記多重化前の映像,音声信号を時間軸上で圧縮して符号化する圧縮符号化手段と、
上記可変遅延手段によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出する検出手段と、
上記検出されたフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報に基づいてフレームの動きベクトルを制御する符号化制御手段とを設けることを特徴とする請求項4記載の映像音声信号記録再生装置。 - 上記可変遅延手段によるフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を検出する検出手段と、
フレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報に基づいて前後のフレームから補間してフレームを作成して表示する又は繰り返しフレームをスキップさせて表示させるように変速再生時の制御を行う再生制御手段とを設け、
上記多重化手段では、上記検出したフレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報をも多重化し、
上記分離手段では、記録媒体から再生された多重化信号から上記フレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報をも分離し、
上記再生制御手段では、上記分離手段が分離した上記フレーム飛び情報又はフレーム繰り返し情報を用いて上記変速再生時の制御を行うことを特徴とする請求項4記載の映像音声信号記録再生装置。
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