JP3887901B2 - ディジタル信号記録装置、ディジタル信号記録方法及び記録媒体 - Google Patents
ディジタル信号記録装置、ディジタル信号記録方法及び記録媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録可能領域が離散的に存在する記録媒体にディジタル信号を記録するディジタル信号記録装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、画像データやオーディオ信号等を記録する記録媒体として光ディスク，磁気ディスク等の記録媒体が提供されている。このような記録媒体に対してデータを記録／再生する記録再生装置は、連続的にデータを記録する場合おいて、既に記録済みの領域が所々にあってこの領域が上書き禁止であるとき、かかる上書き禁止領域を避けて次の記録可能領域を探してからデータを書き込まなければならない。
【０００３】
例えば図７に示すように、歌番組を記録した記録媒体があり、利用者はこの番組で歌を歌っている場面の記録領域のみを残し、ＣＭやおしゃべり等をしている場面の記録領域に新たに上書きして歌を歌っている場面を記録する場合について考えてみる。この場合において、記録可能領域（ＣＭ等の場面の記録領域）は、上書き禁止領域（歌を歌っている場面の記録領域）を挟んで、記録媒体上に離散的に配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記記録再生装置がこのような記録媒体に対して符号化したデータを記録すると、図７に示すように、ピックアップは上書き禁止領域を跳ぶことにより一時的にデータの書き込みができなくなり、書き込みレートが低下する。このとき、符号化されたデータのレートが最大に達すると、オーバーフローが発生する可能性も有り得る。
【０００５】
また再生時では、記録再生ヘッドが上書き禁止領域を跳ぶことにより一時的にデータを読み取ることができなくなる。このために、読出しレートが低下してアンダーフローが発生する可能性がある。
【０００６】
このようなオーバーフロー、アンダーフローが発生すると、一時的に画像表示が途切れることになり、途切れることなくデータを記録再生するいわゆるシームレス記録再生ができないことになる。
【０００７】
したがって、シームレス記録再生を可能にするには、このような離散的な記録領域の存在を認めないで連続的な領域にそのままデータを記録するか、又は、最大記録レートを大きくしたり、処理速度を速くし、さらには記録バッファを大容量化するしかない。しかしこれらは実現できなかったり、生産コストの増大の要因となる。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、記録領域が離散的であっても、生産コストを上げること無く、シームレスな記録再生が可能なディジタル信号記録装置、ディジタル信号記録方法及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録装置において、所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定する検出手段と、上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化する符号化手段と、符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録する記録手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録方法において、所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定し、上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化し、符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、符号化された一連のディジタル信号が上書き禁止領域を挟んで記録された記録媒体において、第一の符号化レートと、上記第一の符合化レートよりも低い第二の符号化レートで上記ディジタル信号が記録された記録領域を有し、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方に上記第二の符号化レートでディジタル信号が記録された記録領域を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、例えば図１に示す構成の動画像符号化装置に適用される。
【００１３】
上記動画像符号化装置は、画像データをＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式で圧縮符号化して記録する記録部１０と、この圧縮符号化のレートを制御等する制御部２０を備え、記録可能領域が離散的に存在する光ディスク３０に対して再生画像が途切れ途切れにならないように（シームレスに）上記画像データを記録するものである。
【００１４】
ここで、上記記録部１０は、フレームメモリ１１を介して入力される画像データを圧縮符号化するビデオエンコーダ１２と、画像データが符号化されることによって得られたビットストリームを一時蓄積するエンコーダバッファ１３と、圧縮された画像データやオーディオデータの多重化処理を行うマルチプレクサ１４と、誤り訂正符号を付加するＥＣＣエンコーダ１５と、ビットストリームに変調処理を施す変調回路１６と、変調されたビットストリームを記録する記録ヘッド１７とを有する。
【００１５】
ビデオエンコーダ１２は、後述するレートコントローラ２４の目標符号化ビット量ＡＡ(i) に従って、フレームメモリ１１からのｉ番目のピクチャ（画像データ）をＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式によって圧縮符号化してビットストリームを生成する。ビデオエンコーダ１２は、このビットストリームをエンコーダバッファ１３に供給するとともに、このｉ番目のピクチャを圧縮符号化したとき実際に発生したビット量Ａ(i) のデータをレートコントローラ２４に供給する。以下、Ａ(i) とＡ(i+1) の平均値をビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートとしてＲenc で表す。
ビデオエンコーダ１２は、レートコントローラ２４のモードの切換に応じて画像データの符号化ビットレートＲenc を変えて出力する。ビデオエンコーダ１２は、通常モードでは通常の符号化ビットレートＲenc でエンコードを行い、上書き禁止領域が接近すると跳び越しモードになって、上書き禁止領域を跳び越すのに適切な符号化ビットレートＲenc でエンコードを行う。ここで、跳び越しモードとは、ビデオエンコーダ１２が以下に示す１つの又は２以上の手法を組み合わせた状態でエンコードすることをいう。
【００１６】
１. 上書き禁止領域の直前又は直後において符号化レートを低下させる。なお、符号化すべきデータ量が多いときは、上書き禁止領域の直前及び直後において符号化レートを低下させる。
２. 上書き禁止領域の直前にＧＯＰが終了するように符号化ビットレートＲenc を低下させるとともに、当該ＧＯＰと上書き禁止領域を挟んで最初に存在するＧＯＰとのリンクを禁止する。
３. 上書き禁止領域の直前において、１ＧＯＰを書き込むに充分な記録可能領域がない場合、ＧＯＰを構成するピクチャ枚数のシーケンスを切り替える。すなわち、１ＧＯＰのピクチャ枚数を少なくし、速くＧＯＰを終了させる。なお、符号化すべきデータ量が多いときは、手法１と組み合わせるとよい。又は、Ｉピクチャ、Ｐピクチャを発生し、上書き禁止領域に至るまで、その符号化を継続する。この場合、Ｉピクチャはデータレートを増加させる要因なので、増加しそうな場合はＰピクチャを使用する。
【００１７】
マルチプレクサ１４は、エンコーダバッファ１３に記憶されているビットストリームを所定のレート（以下、「多重化ビットレートＲmux」という。）で読み出す。なお、多重化ビットストリームＲmuxは、符号化ビットレートＲenc の最大値よりも大きい値である。マルチプレクサ１４は、あるときは所定時間毎に当該エンコーダバッファ１３からビットストリームを多重化ビットレートＲmuxで読み込み、またあるときは所定時間毎にエンコーダバッファ１３からのデータ読み出しを停止して図示しないオーディオエンコーダ等からのビットストリームを読み込んで多重化処理を行う。このように、エンコーダバッファ１３からのビットストリームの読み込みは、多重化ビットレートＲmuxを所定値にしたり零にしたりすることを切り換えて行われる。なお、通常時では、このようなビットストリームを切り換えて読み込むときの多重化ビットレートＲmuxの平均値は、その時の符号化ビットレートＲenc に等しくなる。そして、マルチプレクサ１４は、上述のように画像のビットストリームとオーディオ等のビットストリームとを時分割で多重化して一つのビットストリームを生成し、ＥＣＣエンコーダ１５に供給する。
【００１８】
ＥＣＣエンコーダ１５は、ビットストリームにエラーコレクションコードを付加して変調回路１６に供給する。変調回路１６は、上記ＥＣＣエンコーダ１５の出力に対して、所定の変調処理、例えばＥＦＭ変調等の処理を施して、変調されたビットストリームを記録ヘッド１７に供給する。こうして、記録ヘッド１７は、かかるビットストリームを光ディスク３０に記録する。
【００１９】
また、制御部２０は、符号化難易度計算回路２１と、符号化難易度に基づいてビットレートを指定するビットレート指定回路２２と、エンコーダバッファ１３に蓄積されたビットストリームの量を管理するバッファ管理回路２３と、ビデオエンコーダ１２の符号化レートを制御するレートコントローラ２４と、トラックコントローラ２５と、残量検出回路２６とを有する。
【００２０】
符号化難易度計算回路２１は、フレームメモリ１１に記憶される画像データの所定時間毎の符号化難易度を計算する。具体的には、符号化難易度計算回路２１は、入力画像データの統計的性質あるいは画像特性を符号化難易度として求める。この符号化難易度計算回路２１は、フレーム内情報解析部とフレーム間情報解析部とを有してなり、フレーム内情報解析部では、入力画像の画像特性として、例えば輝度，色度，平坦度の統計情報を計算し、フレーム間情報解析部では、入力画像の画像特性として、例えば動画像の動き量の統計情報を計算する。上記画像特性情報の具体例を挙げると、入力画像の輝度についての統計情報としては、例えば輝度情報の所定時間毎の平均値を計算し、また入力画像の色度についての統計情報としては、例えば色度信号の所定時間毎の平均値を計算し、また入力画像の平坦度の統計情報としては、例えば輝度信号の所定時間毎の分散値を計算し、入力画像の動き量の統計情報としては、例えば動きベクトル量の所定時間毎の平均値を計算する。なお、この符号化難易度の計算方法の例は、本件出願人により、特願平７−３１１４１８号にて既に提案されているものと同様のものである。
【００２１】
ビットレート指定回路２２は、上記符号化難易度計算回路２１からの所定時間毎の符号化難易度及びバッファ管理回路２３からのオーバーフローする危険度を表すパラメータ（以下、「オーバーフローパラメータ」という。）に基づいて、所定時間毎の指定レートを算出する。上記所定時間は、例えば０．５秒程度が良い。具体的には、ビットレート指定回路２２は、ビデオエンコーダ１２により得られた可変長符号データの所定時間毎のデータ量と、上記符号化難易度として求められた入力画像データの輝度信号の所定時間毎の平均値及び分散，色度信号の所定時間毎の平均値と、動きベクトル量の所定時間毎の平均値と、例えば使用する記録媒体のデータ容量、あるいは伝送路のビットレート等により定まる使用可能なデータ総量とに基づいて、所定時間毎の指定レートを求めている。なお、この指定レートの計算方法の例も、本件出願人により、特願平７−３１１４１８号にて既に提案されているものと同様のものである。
【００２２】
例えば、ビットレート指定回路２２は、エンコーダバッファ１３からのオーバーフローパラメータに基づいてオーバーフローする危険度が大きくなる判定するしたときは、通常時に算出される指定レートに比べて、その値を小さく抑えるように指定レートを算出する。さらに、ビットレート指定回路２２は、上述のようにエンコーダバッファ１３がオーバーフローしそうになったときだけでなく、光ディスク３０に対する記録を停止したときも上記指定レートを小さく抑えている。
【００２３】
バッファ管理回路２３は、エンコーダバッファ１３がオーバーフローする危険度を表すオーバーフローパラメータＸ(i) と、レートコントロールに使う仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢとを計算し、オーバーフローパラメータＸ(i) のデータをビットレート指定回路２２へ供給し、仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢのデータをレートコントローラ２４へ供給する。なお、この仮想的なコードバッファは、エンコーダバッファ１３に含まれ、その大きさは一般にはデコーダ側の受信バッファサイズ（デコーダバッファサイズ）に等しい。また、バッファ管理回路２３は、１ＧＯＰ毎の総ビット数のデータを残量検出回路２６に供給する。
【００２４】
なお、バッファ管理回路２３は、残量検出回路２６による通常モード又は跳び越しモードの切換えの制御に応じてオーバーフローパラメータＸ(i) を生成することができる。
【００２５】
バッファ管理回路２３は、例えば通常モードから跳び越しモードに切り換えられると、オーバーフローの可能性が高くなることを示すオーバーフローパラメータＸ(i) を生成し、このオーバーフローパラメータＸ(i) をビットレート指定回路２２に供給することによってビットレート指定回路２２に対して指定レートを低下させる制御を行う。なお、バッファ管理回路２３は、跳び越しモードから通常モードに切り換えられると、逆にビットレート指定回路２３に対して指定レートを増大させる制御を行う。
【００２６】
このように、バッファ管理回路２３は、オーバーフローパラメータＸ(i) のデータをビットレート指定回路２２に供給し、仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢ(i) のデータをレートコントローラ２４に供給する。
【００２７】
レートコントローラ２４は、ビットレート指定回路２２からの指定レート及びバッファ管理回路２３からの仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢ(i) に基づいてビデオエンコーダ１２に対して符号化レート及びＧＯＰシーケンスを変更するように制御することによって、フレームメモリ１１からの画像データを目標符号化ビット量ＡＡ(i) になるようにビデオエンコーダ１２を制御する。
【００２８】
トラックコントローラ２５は、上記記録ヘッド１７が光ディスク３０上の何れのトラック上をトレースすべきか、及び何れのトラック上をトレースしているのかを管理する。また、トラックコントローラ２５は、記録ヘッド１７が現在記録しているセクタアドレスを残量検出回路２６に供給する。
【００２９】
残量検出回路２６には、上述のフレームメモリ１１に供給される画像データのＴＯＣ（Table Of Contents）データと、トラックコントローラ２５からの現在のセクタアドレスとが供給される。残量検出回路２６は、上記ＴＯＣデータと上記セクタアドレスとに基づいて光ディスク３０における記録可能領域の残量データを逐次検出する。
【００３０】
具体的には、残量検出回路２６は、図示しないビットカウンタを備え、バッファ管理回路２３からの１ＧＯＰ毎の総ビット数と記録可能領域の残量とを比較して、記録可能領域が今までの符号化レートに従って１ＧＯＰで記録できるか否かを検出する。残量検出回路２６は、記録可能領域のデータ量がＧＯＰ０の総ビット数より充分大きくない（例えば１．５倍以内）と判定したときは、ＧＯＰ１が書き込めない可能性があるので、バッファ管理回路２３に対して跳び越しモードになるように切換制御する。なお、残量検出回路２６は、記録可能領域がＧＯＰ０の総ビット数より充分大きいときと判定したときは、そのまま通常モードを維持する。
【００３１】
かかる構成された動画像符号化装置は、離散的に存在する記録可能領域に対して、ビットストリームを構成するＧＯＰ０，１，２・・・を以下のようにシームレスに記録することができる。
【００３２】
残量検出回路２６は、ＧＯＰ０の記録終了時において、上書き禁止領域まで残りＸ［Ｍｂｙｔｅ］のデータの記録が可能であることがセクタアドレスから判定できる。ここで、ＧＯＰ０のデータ量がｎ［Ｍｂｙｔｅ］であったとすると、次のＧＯＰ１もｎ［Ｍｂｙｔｅ］である可能性が高い。このとき、ｎ＞Ｘの場合やｎとＸの値が近似しているならば、次のＧＯＰ１のビットストリームが書き込められない可能性が高い。このとき、残量検出回路２６は、バッファ管理回路２３に通常モードから跳び越しモードへの切換を指示する。
【００３３】
バッファ管理回路２３は、跳び越しモードになると、上書き禁止領域の大きさにより記録ヘッド１７が次の記録可能領域にシークするまでの時間から想定される記録バッファのデータ量の増加を計算し、そのデータ量に応じてＧＯＰ１の符号化レートを落とす。これにより、書込み禁止領域に到達するまでＧＯＰ１が完結するようにさせる。
【００３４】
例えば、ＧＯＰ０までの符号化ビットレートＲenc が８Ｍｂｐｓだとすると、ＧＯＰ１用の記録可能領域の大きさ及びＧＯＰ２の記録可能領域までのシーク時間を計算して、ビデオエンコーダ１２によるＧＯＰ１の符号化ビットレートＲenc は４Ｍｂｐｓになる。よって、通常の１ＧＯＰを書き込むには少ない容量の領域しか残っていなくても、記録ヘッド１７はかかるＧＯＰ１を短時間で書き込むことができる。したがって、記録ヘッド１７上書き禁止領域をまたいで次の記録可能領域に速くシークができる。
【００３５】
なお、このように符号化レートを落とす処理を行うと、ＧＯＰ１の画質は多少劣化する。しかしながら、１ＧＯＰの表示時間は約０．５秒程度であるから、画質の劣化は極めて短時間であり知覚されにくいので、特に問題は生じない。
【００３６】
上書き禁止領域が大きい場合は、ＧＯＰ２のエンコードを開始する前にオーバーフローが生じる可能性がある。この場合、ビデオエンコーダ１２は、ＧＯＰ１の符号化ビットレートＲenc の低下処理に加えて、さらにＧＯＰ２の符号化ビットレートＲenc を小さくしてエンコードすることによって、データ量が特に多いときでもエンコーダバッファ１３のオーバーフローを防止することができる。また、これにより、図示しないデコーダは、かかるＧＯＰ２を速くデコードすることできるので、図示しないデコーダバッファのアンダーフローを防止することができる。
【００３７】
また、ビデオエンコーダ１２は、上書き禁止領域を挟んで存在するそれぞれの記録可能領域に対してＧＯＰのリンクをなくしてデータを記録することができる。
【００３８】
通常では、ＧＯＰ１とＧＯＰ２にはリンクが存在する。ここで、リンクとは、ピクチャをエンコード／デコードするときの参照関係があることをいう。例えば図２に示すように、ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャは、ＧＯＰ２の最初のＩピクチャを参照してエンコード／デコードされる。したがって、図示しないデコーダは、通常、ＧＯＰ２のＩピクチャをデコードするまでＧＯＰ１のＢピクチャをデコードすることができない。
【００３９】
これに対して、上記ビデオエンコーダ１２は、跳び越しモードになると、図３に示すように、ＧＯＰ１とＧＯＰ２のリンクをなくして、ＧＯＰ１とＧＯＰ２とをそれぞれ独立にエンコードしている。このとき、ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャは後方予測のない前方予測だけのピクチャ（Ｐピクチャ）となる。これにより、多少の画質劣化が発生するが、上記ビデオデコーダ１２は、ＧＯＰ１は次のＧＯＰ２がなくてもデコードできるので、再生時にはＧＯＰ２の復号を待たなくても良い。このため、上書き禁止領域をまたがっての処理が不要になり、離散的に存在する記録可能領域にデータを記録しても、編集や消去を容易にすることができる。
【００４０】
また、ビデオエンコーダ１２は、符号化レートを低下しても１ＧＯＰを書き込むにはあまりに領域が小さい場合には、シーケンスを切り替えて１ＧＯＰを構成するピクチャの枚数を少なくすることによって符号化レートを小さくすることもできる。
【００４１】
例えば図４に示すように、通常では、１つのＧＯＰは、１５枚のピクチャによって構成されている。ここでは、ビデオエンコーダ１２は、ＧＯＰ１を例えば７枚のピクチャによって構成したり、Ｂピクチャの全部をＰピクチャとしてエンコードする。これにより、上書き禁止領域の近傍で符号化レートを充分小さくすることができ、かつ上書き禁止領域をまたがってのＧＯＰのリンクをする必要もなくなる。特にＢピクチャの全部をＰピクチャとしてエンコードした場合、符号化レートを小さくしたまま、上書き禁止領域に至るまで書き込めることが可能となる。
【００４２】
つぎに、上述の符号化ビットレートＲenc 及びＧＯＰのシーケンスの変更等の制御について、エンコーダバッファ１３のビットストリームの蓄積量を考慮しながら説明する。
【００４３】
図５において、横軸ｔは時間の経過を表し、また、縦軸はエンコーダバッファ１３へ入力されるビットストリームの各時刻におけるビット量の累計値を表下ものである。折れ線ｅ−ｆ−ｇ−ｈの時刻ｔでの傾きは、エンコーダバッファ１３から出力されるビットストリームの出力ビットレートＲout である。なお、出力ビットレートＲout は、前述したようにマルチプレクサ１４が所定時間毎にエンコーダバッファ１３から読み出すデータのビットレートの平均値である。
【００４４】
また、折れ線ｅ−ｆ−ｇ−ｈと折れ線ａ−ｂ−ｃ−ｄの縦軸方向の幅は、エンコーダバッファ１３のサイズＢＢを表し、サイズＢＢは一定である。直線ｅ−ｆ−ｕ−ｈと直線ｐ−ｑ−ｒ−ｓの縦軸方向の幅は、レートコントロールに使う仮想的なコードバッファサイズＢを表し、サイズＢとＢＢとの関係は、Ｂ＜ＢＢである。コードバッファサイズＢは、一般にデコーダ側の受信バッファサイズ（デコーダバッファサイズ）に等しい。
【００４５】
時刻ｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)において、ビデオエンコーダ１２は、通常の符号化レートでＧＯＰ０のエンコード処理を行う。このとき、エンコードバッファ１３の出力ビットレートＲout はＲenc と等しい。よって、このときの符号化ビットレートＲenc をＲ１とすると、出力ビットレートＲout 、すなわち直線ｊ−ｅの傾きも同様にＲ１となる。
【００４６】
時刻ｔ＝Ｅ(0) になると、残量検出回路２６は、上書き禁止領域までの記録可能領域が今までの符号化レートでは１ＧＯＰ記録できないことを検出し、バッファ管理回路２３に対してモードの切換えを指示する。バッファ管理回路２３は、そのモード切換えの指示に基づき、ビットレート指定回路２２に対してビットレートの低下を指示する。したがって、ビットレート指定回路２２は現在の（ＧＯＰ０の）ビットレートを参照し、レートコントローラ２４に対して適切な指定ビットレートのデータを供給する。また、レートコントローラ２４は、上記指定ビットレートのデータとバッファ管理回路２３からの仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢに基づき、ビデオエンコーダ１２に対して符号化レート及びＧＯＰシーケンスを変更するように制御する。
【００４７】
したがって、時刻ｔ＝Ｅ(0)からｔ＝Ｅ(n)において（ＧＯＰ１として示す時間）、ビデオエンコーダ１２は、符号化ビットレートＲenc を落とすとともに、１ＧＯＰ内のピクチャ数を例えば４枚にする。この場合、通常のＧＯＰを形成するにはピクチャ数が少ないが、ビデオエンコーダ１２は、Ｉ−Ｂ−Ｂ−ＰのピクチャからなるＧＯＰ２を形成する。
【００４８】
ここでの直線の傾きｅ−ｆは直線ｊ−ｅの傾きに比べて極端に小さく変化していない。これは符号化レートがもともと低く、また上書き禁止領域が小さいため、シーク時間が短い場合を例示しているからである。
【００４９】
もし、ＧＯＰ０の符号化ビットレートＲｎがもっと大きければ、直線ｊ−ｅの傾きはもっと急になる。またＧＯＰ１が書ける領域（ＧＯＰ０の領域と上書き禁止領域との間の領域）がもっと小さい場合、ＧＯＰ１を記録するには、 ｔ＝Ｅ(0)からｔ＝Ｅ(n)の符号化レートを下げ（直線の傾きｅ−ｆを小さくし）なければならない。
【００５０】
時刻ｔ＝Ｅ(n)からｔ＝Ｅ(m)において、記録ヘッド１７は、上書き禁止領域を跳び越して、次の記録可能領域までシークする。したがって、エンコーダバッファ１３からのビットストリームの読み出しが停止している。しかし、エンコーダバッファ１３にはビデオエンコーダ１２からビットストリームが供給され続けるため、当該エンコーダバッファ１３のビット占有量は増加する。このとき、オーバーフローは発生する危険を避けるために、画像データの所定時間毎の符号化難易度が前述のｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)の区間の符号化難易度と同じである時でも、符号化ビットレートＲenc をＲｎよりも小さく抑えるように制御し、Ｒenc ＝Ｒ１としている。
【００５１】
時刻ｔ＝Ｅ(m)以降において、記録ヘッド１７は、光ディスク３０にビットストリームを記録できる状態になり、これに応じてエンコーダバッファ１３からビットストリームの読み出しが開始される。この時点で、エンコーダバッファ１３のビット占有量は大きいので、オーバーフローが発生するのを回避するために、画像データの所定時間毎の符号化難易度がｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)の区間の符号化難易度と同じである場合であっても、ビデオエンコーダ１２はＲｎよりも小さい値の符号化ビットレートＲenc でビットストリームを生成する。
【００５２】
また、ビデオエンコーダ１２は、通常のＧＯＰよりも少ないピクチャ数（例えば５枚）でＧＯＰ２を形成する。これは、ＧＯＰ１とＧＯＰ２とのリンクをなくして、ＧＯＰ１，ＧＯＰ２をそれぞれ独立してエンコード／デコード処理することを可能としている。
【００５３】
また、ビデオエンコーダ１２は、エンコーダバッファ１２がオーバーフローする危険性があるので、ＧＯＰ２のＩピクチャを大きな符号化レートでエンコードすることができない。したがって、オーバーフローする危険がなくなるまで、上述のように通常に比べてピクチャ枚数の少ないＧＯＰを形成する必要がある。このＧＯＰ２のシーケンスとしては、Ｉ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂが適当である。なお、エンコーダバッファ１３の占有量がそれほど大きくなければ、Ｉ−Ｐ−Ｐ−Ｐ−Ｐとしても良い。
【００５４】
ここで、エンコーダバッファ１３からのデータ読み出しのレートＲout ＝ＲｘはＲ３より大きい。よって、時間がたつにつれてエンコーダバッファ１３のビット占有量は当該エンコーダバッファ１３がオーバーフローする危険のない安全状態に戻る（点ｈの時刻で安全状態に戻る）ことになる。なお、この時、エンコーダバッファ１３からの出力ビットレートＲout がビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc よりも大きくなるのは、マルチプレクサ１４の多重化ビットレートＲmuxがビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc よりも大きいためである。
【００５５】
そして、オーバーフローを回避して安全状態に戻った以降（点ｈ以降）は、ビデオエンコーダ１２は符号化ビットレートＲenc ＝Ｒｎでビットストリームを生成し、記録ヘッド１７はエンコーダバッファ１３等を介して供給されるビットストリームを光ディスク３０に記録する。
【００５６】
ここで、入力される画像データ，ビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc ，エンコーダバッファ１３の蓄積量の関係を図６に示す。なお、図６では、ＧＯＰ４を記録した後、上書き禁止領域を跳び越してからＧＯＰ５を記録する場合を示したものである。
【００５７】
図６（ａ）は、フレームメモリ１１に入力される画像データのデータ量を示したものである。これによると、ＧＯＰ４及びＧＯＰ５の画像データのデータ量は他のＧＯＰに比べて多くなっている。従来のエンコーダは、上記画像データをエンコードすると、図６（ｂ）に示すような符号化ビットレートでビットストリームを出力する。
【００５８】
これに対して、本願発明のビデオエンコーダ１２は、上記画像データを符号化すると、ＧＯＰを構成するピクチャの枚数を少なくするとともに、図６（ｃ）に示すように、ＧＯＰ４及びＧＯＰ５の間で符号化ビットレートＲenc を低下させ、ビットストリームを出力している。
【００５９】
したがって、エンコーダバッファ１３は、従来のエンコーダからのビットストリームが供給される場合はオーバーフローを生じるが、本願発明のビデオエンコーダ１２からのビットストリームが供給される場合はオーバーフローを生じない。
【００６０】
以上のように、本発明を適用した動画像符号化装置は、上述したように上書き禁止領域の直前直後において符号化レートを低下させることによって、エンコーダバッファ１３がオーバーフローするのを回避して、ビットストリームを光ディスク３０に記録することができる。これにより、図示しない復号装置は、上記光ディスク３０における上書き禁止領域の直前直後にあるデータストリームを短時間で容易に復号することができるので、オーバーフローを回避してシームレスに画像を再生することができる。
【００６１】
また、上記動画像符号化装置は、符号化レートが低下させるだけでは小さな記録可能領域への記録ができないときは、ＧＯＰを構成するピクチャのシーケンスを変更して通常よりの枚数の少ないピクチャでＧＯＰを構成することによって、符号化ビットレートＲenc をさらに下げることができ、上書き禁止領域を挟んで１ＧＯＰを記録するのを防止することができる。
【００６２】
このとき、さらに上書き禁止領域を挟んで存在するＧＯＰ間のリンクをなくすことができるので、離散的に存在する記録可能領域に記録されたデータの編集，削除等を容易に行うことができる。
【００６３】
また、上述の動画像符号化装置によってビットストリームが記録された光ディスク３０には、符号化された一連のビットストリームが上書き禁止領域を挟んで記録され、さらに、上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方に符号化レートの低いビットストリームが記録されている記録領域が形成されている。また、データ量が多いときは、かかる記録領域には、上記符号化単位を構成するピクチャ数を減らして符号化されたビットストリームが記録されている。したがって、再生装置は、光ディスク３０に離散的に存在する記録領域をシークする間に、アンダーフローが生じること無く、この光ディスク３０に記録されたビットストリームを再生することができる。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば取り扱うディジタル信号はビデオ信号に限定されず、オーディオ信号等を再生する場合にも適用できる。
【００６５】
また、図１の例では、記録媒体として光ディスク３０を例に挙げたが、ハードディスクやフレキシブルディスク等の磁気ディスクや、いわゆるＩＣカードや各種メモリ素子等の半導体記憶媒体等の記録媒体を用いてもよい。また、光ディスクとしては、ピットによる記録がなされるディスクや、光磁気ディスクの他に、相変化型光ディスクや有機色素型光ディスク、紫外線レーザ光により記録がなされる光ディスク、多層記録膜を有する光ディスク等の各種のディスクを用いることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係るディジタル信号記録装置及びディジタル信号記録方法によれば、記録媒体の記録可能領域にディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レート落としてディジタル信号を符号化することによって、上書き禁止領域を跳び越して他の記録可能領域をシークしている最中にオーバーフローが発生することを防止することができる。
【００６７】
また、本発明に係る記録媒体によれば、離散的に記録された符号化処理済みのディジタル信号が読み出されて復号される際に、離散された記録領域をシークする間にアンダーフローが発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した動画像符号化装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図２】ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャとＧＯＰ２の最初のＩピクチャとの参照関係を示す図である。
【図３】ＧＯＰ１とＧＯＰ２のリンクがないことを説明するための図である。
【図４】ＧＯＰ１のシーケンスを変更して、ＧＯＰ１を７枚のピクチャによって構成したことを示す図である。
【図５】上記動画像符号化装置のエンコーダバッファのビット占有量の変化例を説明するための図である。
【図６】入力される画像データ，ビデオエンコーダの符号化ビットレートＲenc ，エンコーダバッファの蓄積量の関係を示す図である。
【図７】記録可能領域が離散的にディスク上に配置された例を示す図である。
【符号の説明】
１２ ビデオエンコーダ、１７ 記録ヘッド、２３ バッファ管理回路、２４
レートコントローラ、２６ 残量検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録可能領域が離散的に存在する記録媒体にディジタル信号を記録するディジタル信号記録装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、画像データやオーディオ信号等を記録する記録媒体として光ディスク，磁気ディスク等の記録媒体が提供されている。このような記録媒体に対してデータを記録／再生する記録再生装置は、連続的にデータを記録する場合おいて、既に記録済みの領域が所々にあってこの領域が上書き禁止であるとき、かかる上書き禁止領域を避けて次の記録可能領域を探してからデータを書き込まなければならない。
【０００３】
例えば図７に示すように、歌番組を記録した記録媒体があり、利用者はこの番組で歌を歌っている場面の記録領域のみを残し、ＣＭやおしゃべり等をしている場面の記録領域に新たに上書きして歌を歌っている場面を記録する場合について考えてみる。この場合において、記録可能領域（ＣＭ等の場面の記録領域）は、上書き禁止領域（歌を歌っている場面の記録領域）を挟んで、記録媒体上に離散的に配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記記録再生装置がこのような記録媒体に対して符号化したデータを記録すると、図７に示すように、ピックアップは上書き禁止領域を跳ぶことにより一時的にデータの書き込みができなくなり、書き込みレートが低下する。このとき、符号化されたデータのレートが最大に達すると、オーバーフローが発生する可能性も有り得る。
【０００５】
また再生時では、記録再生ヘッドが上書き禁止領域を跳ぶことにより一時的にデータを読み取ることができなくなる。このために、読出しレートが低下してアンダーフローが発生する可能性がある。
【０００６】
このようなオーバーフロー、アンダーフローが発生すると、一時的に画像表示が途切れることになり、途切れることなくデータを記録再生するいわゆるシームレス記録再生ができないことになる。
【０００７】
したがって、シームレス記録再生を可能にするには、このような離散的な記録領域の存在を認めないで連続的な領域にそのままデータを記録するか、又は、最大記録レートを大きくしたり、処理速度を速くし、さらには記録バッファを大容量化するしかない。しかしこれらは実現できなかったり、生産コストの増大の要因となる。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、記録領域が離散的であっても、生産コストを上げること無く、シームレスな記録再生が可能なディジタル信号記録装置、ディジタル信号記録方法及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録装置において、所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定する検出手段と、上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化する符号化手段と、符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録する記録手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録方法において、所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定し、上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化し、符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、符号化された一連のディジタル信号が上書き禁止領域を挟んで記録された記録媒体において、第一の符号化レートと、上記第一の符合化レートよりも低い第二の符号化レートで上記ディジタル信号が記録された記録領域を有し、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方に上記第二の符号化レートでディジタル信号が記録された記録領域を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、例えば図１に示す構成の動画像符号化装置に適用される。
【００１３】
上記動画像符号化装置は、画像データをＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式で圧縮符号化して記録する記録部１０と、この圧縮符号化のレートを制御等する制御部２０を備え、記録可能領域が離散的に存在する光ディスク３０に対して再生画像が途切れ途切れにならないように（シームレスに）上記画像データを記録するものである。
【００１４】
ここで、上記記録部１０は、フレームメモリ１１を介して入力される画像データを圧縮符号化するビデオエンコーダ１２と、画像データが符号化されることによって得られたビットストリームを一時蓄積するエンコーダバッファ１３と、圧縮された画像データやオーディオデータの多重化処理を行うマルチプレクサ１４と、誤り訂正符号を付加するＥＣＣエンコーダ１５と、ビットストリームに変調処理を施す変調回路１６と、変調されたビットストリームを記録する記録ヘッド１７とを有する。
【００１５】
ビデオエンコーダ１２は、後述するレートコントローラ２４の目標符号化ビット量ＡＡ(i) に従って、フレームメモリ１１からのｉ番目のピクチャ（画像データ）をＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式によって圧縮符号化してビットストリームを生成する。ビデオエンコーダ１２は、このビットストリームをエンコーダバッファ１３に供給するとともに、このｉ番目のピクチャを圧縮符号化したとき実際に発生したビット量Ａ(i) のデータをレートコントローラ２４に供給する。以下、Ａ(i) とＡ(i+1) の平均値をビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートとしてＲenc で表す。
ビデオエンコーダ１２は、レートコントローラ２４のモードの切換に応じて画像データの符号化ビットレートＲenc を変えて出力する。ビデオエンコーダ１２は、通常モードでは通常の符号化ビットレートＲenc でエンコードを行い、上書き禁止領域が接近すると跳び越しモードになって、上書き禁止領域を跳び越すのに適切な符号化ビットレートＲenc でエンコードを行う。ここで、跳び越しモードとは、ビデオエンコーダ１２が以下に示す１つの又は２以上の手法を組み合わせた状態でエンコードすることをいう。
【００１６】
１. 上書き禁止領域の直前又は直後において符号化レートを低下させる。なお、符号化すべきデータ量が多いときは、上書き禁止領域の直前及び直後において符号化レートを低下させる。
２. 上書き禁止領域の直前にＧＯＰが終了するように符号化ビットレートＲenc を低下させるとともに、当該ＧＯＰと上書き禁止領域を挟んで最初に存在するＧＯＰとのリンクを禁止する。
３. 上書き禁止領域の直前において、１ＧＯＰを書き込むに充分な記録可能領域がない場合、ＧＯＰを構成するピクチャ枚数のシーケンスを切り替える。すなわち、１ＧＯＰのピクチャ枚数を少なくし、速くＧＯＰを終了させる。なお、符号化すべきデータ量が多いときは、手法１と組み合わせるとよい。又は、Ｉピクチャ、Ｐピクチャを発生し、上書き禁止領域に至るまで、その符号化を継続する。この場合、Ｉピクチャはデータレートを増加させる要因なので、増加しそうな場合はＰピクチャを使用する。
【００１７】
マルチプレクサ１４は、エンコーダバッファ１３に記憶されているビットストリームを所定のレート（以下、「多重化ビットレートＲmux」という。）で読み出す。なお、多重化ビットストリームＲmuxは、符号化ビットレートＲenc の最大値よりも大きい値である。マルチプレクサ１４は、あるときは所定時間毎に当該エンコーダバッファ１３からビットストリームを多重化ビットレートＲmuxで読み込み、またあるときは所定時間毎にエンコーダバッファ１３からのデータ読み出しを停止して図示しないオーディオエンコーダ等からのビットストリームを読み込んで多重化処理を行う。このように、エンコーダバッファ１３からのビットストリームの読み込みは、多重化ビットレートＲmuxを所定値にしたり零にしたりすることを切り換えて行われる。なお、通常時では、このようなビットストリームを切り換えて読み込むときの多重化ビットレートＲmuxの平均値は、その時の符号化ビットレートＲenc に等しくなる。そして、マルチプレクサ１４は、上述のように画像のビットストリームとオーディオ等のビットストリームとを時分割で多重化して一つのビットストリームを生成し、ＥＣＣエンコーダ１５に供給する。
【００１８】
ＥＣＣエンコーダ１５は、ビットストリームにエラーコレクションコードを付加して変調回路１６に供給する。変調回路１６は、上記ＥＣＣエンコーダ１５の出力に対して、所定の変調処理、例えばＥＦＭ変調等の処理を施して、変調されたビットストリームを記録ヘッド１７に供給する。こうして、記録ヘッド１７は、かかるビットストリームを光ディスク３０に記録する。
【００１９】
また、制御部２０は、符号化難易度計算回路２１と、符号化難易度に基づいてビットレートを指定するビットレート指定回路２２と、エンコーダバッファ１３に蓄積されたビットストリームの量を管理するバッファ管理回路２３と、ビデオエンコーダ１２の符号化レートを制御するレートコントローラ２４と、トラックコントローラ２５と、残量検出回路２６とを有する。
【００２０】
符号化難易度計算回路２１は、フレームメモリ１１に記憶される画像データの所定時間毎の符号化難易度を計算する。具体的には、符号化難易度計算回路２１は、入力画像データの統計的性質あるいは画像特性を符号化難易度として求める。この符号化難易度計算回路２１は、フレーム内情報解析部とフレーム間情報解析部とを有してなり、フレーム内情報解析部では、入力画像の画像特性として、例えば輝度，色度，平坦度の統計情報を計算し、フレーム間情報解析部では、入力画像の画像特性として、例えば動画像の動き量の統計情報を計算する。上記画像特性情報の具体例を挙げると、入力画像の輝度についての統計情報としては、例えば輝度情報の所定時間毎の平均値を計算し、また入力画像の色度についての統計情報としては、例えば色度信号の所定時間毎の平均値を計算し、また入力画像の平坦度の統計情報としては、例えば輝度信号の所定時間毎の分散値を計算し、入力画像の動き量の統計情報としては、例えば動きベクトル量の所定時間毎の平均値を計算する。なお、この符号化難易度の計算方法の例は、本件出願人により、特願平７−３１１４１８号にて既に提案されているものと同様のものである。
【００２１】
ビットレート指定回路２２は、上記符号化難易度計算回路２１からの所定時間毎の符号化難易度及びバッファ管理回路２３からのオーバーフローする危険度を表すパラメータ（以下、「オーバーフローパラメータ」という。）に基づいて、所定時間毎の指定レートを算出する。上記所定時間は、例えば０．５秒程度が良い。具体的には、ビットレート指定回路２２は、ビデオエンコーダ１２により得られた可変長符号データの所定時間毎のデータ量と、上記符号化難易度として求められた入力画像データの輝度信号の所定時間毎の平均値及び分散，色度信号の所定時間毎の平均値と、動きベクトル量の所定時間毎の平均値と、例えば使用する記録媒体のデータ容量、あるいは伝送路のビットレート等により定まる使用可能なデータ総量とに基づいて、所定時間毎の指定レートを求めている。なお、この指定レートの計算方法の例も、本件出願人により、特願平７−３１１４１８号にて既に提案されているものと同様のものである。
【００２２】
例えば、ビットレート指定回路２２は、エンコーダバッファ１３からのオーバーフローパラメータに基づいてオーバーフローする危険度が大きくなる判定するしたときは、通常時に算出される指定レートに比べて、その値を小さく抑えるように指定レートを算出する。さらに、ビットレート指定回路２２は、上述のようにエンコーダバッファ１３がオーバーフローしそうになったときだけでなく、光ディスク３０に対する記録を停止したときも上記指定レートを小さく抑えている。
【００２３】
バッファ管理回路２３は、エンコーダバッファ１３がオーバーフローする危険度を表すオーバーフローパラメータＸ(i) と、レートコントロールに使う仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢとを計算し、オーバーフローパラメータＸ(i) のデータをビットレート指定回路２２へ供給し、仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢのデータをレートコントローラ２４へ供給する。なお、この仮想的なコードバッファは、エンコーダバッファ１３に含まれ、その大きさは一般にはデコーダ側の受信バッファサイズ（デコーダバッファサイズ）に等しい。また、バッファ管理回路２３は、１ＧＯＰ毎の総ビット数のデータを残量検出回路２６に供給する。
【００２４】
なお、バッファ管理回路２３は、残量検出回路２６による通常モード又は跳び越しモードの切換えの制御に応じてオーバーフローパラメータＸ(i) を生成することができる。
【００２５】
バッファ管理回路２３は、例えば通常モードから跳び越しモードに切り換えられると、オーバーフローの可能性が高くなることを示すオーバーフローパラメータＸ(i) を生成し、このオーバーフローパラメータＸ(i) をビットレート指定回路２２に供給することによってビットレート指定回路２２に対して指定レートを低下させる制御を行う。なお、バッファ管理回路２３は、跳び越しモードから通常モードに切り換えられると、逆にビットレート指定回路２３に対して指定レートを増大させる制御を行う。
【００２６】
このように、バッファ管理回路２３は、オーバーフローパラメータＸ(i) のデータをビットレート指定回路２２に供給し、仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢ(i) のデータをレートコントローラ２４に供給する。
【００２７】
レートコントローラ２４は、ビットレート指定回路２２からの指定レート及びバッファ管理回路２３からの仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢ(i) に基づいてビデオエンコーダ１２に対して符号化レート及びＧＯＰシーケンスを変更するように制御することによって、フレームメモリ１１からの画像データを目標符号化ビット量ＡＡ(i) になるようにビデオエンコーダ１２を制御する。
【００２８】
トラックコントローラ２５は、上記記録ヘッド１７が光ディスク３０上の何れのトラック上をトレースすべきか、及び何れのトラック上をトレースしているのかを管理する。また、トラックコントローラ２５は、記録ヘッド１７が現在記録しているセクタアドレスを残量検出回路２６に供給する。
【００２９】
残量検出回路２６には、上述のフレームメモリ１１に供給される画像データのＴＯＣ（Table Of Contents）データと、トラックコントローラ２５からの現在のセクタアドレスとが供給される。残量検出回路２６は、上記ＴＯＣデータと上記セクタアドレスとに基づいて光ディスク３０における記録可能領域の残量データを逐次検出する。
【００３０】
具体的には、残量検出回路２６は、図示しないビットカウンタを備え、バッファ管理回路２３からの１ＧＯＰ毎の総ビット数と記録可能領域の残量とを比較して、記録可能領域が今までの符号化レートに従って１ＧＯＰで記録できるか否かを検出する。残量検出回路２６は、記録可能領域のデータ量がＧＯＰ０の総ビット数より充分大きくない（例えば１．５倍以内）と判定したときは、ＧＯＰ１が書き込めない可能性があるので、バッファ管理回路２３に対して跳び越しモードになるように切換制御する。なお、残量検出回路２６は、記録可能領域がＧＯＰ０の総ビット数より充分大きいときと判定したときは、そのまま通常モードを維持する。
【００３１】
かかる構成された動画像符号化装置は、離散的に存在する記録可能領域に対して、ビットストリームを構成するＧＯＰ０，１，２・・・を以下のようにシームレスに記録することができる。
【００３２】
残量検出回路２６は、ＧＯＰ０の記録終了時において、上書き禁止領域まで残りＸ［Ｍｂｙｔｅ］のデータの記録が可能であることがセクタアドレスから判定できる。ここで、ＧＯＰ０のデータ量がｎ［Ｍｂｙｔｅ］であったとすると、次のＧＯＰ１もｎ［Ｍｂｙｔｅ］である可能性が高い。このとき、ｎ＞Ｘの場合やｎとＸの値が近似しているならば、次のＧＯＰ１のビットストリームが書き込められない可能性が高い。このとき、残量検出回路２６は、バッファ管理回路２３に通常モードから跳び越しモードへの切換を指示する。
【００３３】
バッファ管理回路２３は、跳び越しモードになると、上書き禁止領域の大きさにより記録ヘッド１７が次の記録可能領域にシークするまでの時間から想定される記録バッファのデータ量の増加を計算し、そのデータ量に応じてＧＯＰ１の符号化レートを落とす。これにより、書込み禁止領域に到達するまでＧＯＰ１が完結するようにさせる。
【００３４】
例えば、ＧＯＰ０までの符号化ビットレートＲenc が８Ｍｂｐｓだとすると、ＧＯＰ１用の記録可能領域の大きさ及びＧＯＰ２の記録可能領域までのシーク時間を計算して、ビデオエンコーダ１２によるＧＯＰ１の符号化ビットレートＲenc は４Ｍｂｐｓになる。よって、通常の１ＧＯＰを書き込むには少ない容量の領域しか残っていなくても、記録ヘッド１７はかかるＧＯＰ１を短時間で書き込むことができる。したがって、記録ヘッド１７上書き禁止領域をまたいで次の記録可能領域に速くシークができる。
【００３５】
なお、このように符号化レートを落とす処理を行うと、ＧＯＰ１の画質は多少劣化する。しかしながら、１ＧＯＰの表示時間は約０．５秒程度であるから、画質の劣化は極めて短時間であり知覚されにくいので、特に問題は生じない。
【００３６】
上書き禁止領域が大きい場合は、ＧＯＰ２のエンコードを開始する前にオーバーフローが生じる可能性がある。この場合、ビデオエンコーダ１２は、ＧＯＰ１の符号化ビットレートＲenc の低下処理に加えて、さらにＧＯＰ２の符号化ビットレートＲenc を小さくしてエンコードすることによって、データ量が特に多いときでもエンコーダバッファ１３のオーバーフローを防止することができる。また、これにより、図示しないデコーダは、かかるＧＯＰ２を速くデコードすることできるので、図示しないデコーダバッファのアンダーフローを防止することができる。
【００３７】
また、ビデオエンコーダ１２は、上書き禁止領域を挟んで存在するそれぞれの記録可能領域に対してＧＯＰのリンクをなくしてデータを記録することができる。
【００３８】
通常では、ＧＯＰ１とＧＯＰ２にはリンクが存在する。ここで、リンクとは、ピクチャをエンコード／デコードするときの参照関係があることをいう。例えば図２に示すように、ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャは、ＧＯＰ２の最初のＩピクチャを参照してエンコード／デコードされる。したがって、図示しないデコーダは、通常、ＧＯＰ２のＩピクチャをデコードするまでＧＯＰ１のＢピクチャをデコードすることができない。
【００３９】
これに対して、上記ビデオエンコーダ１２は、跳び越しモードになると、図３に示すように、ＧＯＰ１とＧＯＰ２のリンクをなくして、ＧＯＰ１とＧＯＰ２とをそれぞれ独立にエンコードしている。このとき、ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャは後方予測のない前方予測だけのピクチャ（Ｐピクチャ）となる。これにより、多少の画質劣化が発生するが、上記ビデオデコーダ１２は、ＧＯＰ１は次のＧＯＰ２がなくてもデコードできるので、再生時にはＧＯＰ２の復号を待たなくても良い。このため、上書き禁止領域をまたがっての処理が不要になり、離散的に存在する記録可能領域にデータを記録しても、編集や消去を容易にすることができる。
【００４０】
また、ビデオエンコーダ１２は、符号化レートを低下しても１ＧＯＰを書き込むにはあまりに領域が小さい場合には、シーケンスを切り替えて１ＧＯＰを構成するピクチャの枚数を少なくすることによって符号化レートを小さくすることもできる。
【００４１】
例えば図４に示すように、通常では、１つのＧＯＰは、１５枚のピクチャによって構成されている。ここでは、ビデオエンコーダ１２は、ＧＯＰ１を例えば７枚のピクチャによって構成したり、Ｂピクチャの全部をＰピクチャとしてエンコードする。これにより、上書き禁止領域の近傍で符号化レートを充分小さくすることができ、かつ上書き禁止領域をまたがってのＧＯＰのリンクをする必要もなくなる。特にＢピクチャの全部をＰピクチャとしてエンコードした場合、符号化レートを小さくしたまま、上書き禁止領域に至るまで書き込めることが可能となる。
【００４２】
つぎに、上述の符号化ビットレートＲenc 及びＧＯＰのシーケンスの変更等の制御について、エンコーダバッファ１３のビットストリームの蓄積量を考慮しながら説明する。
【００４３】
図５において、横軸ｔは時間の経過を表し、また、縦軸はエンコーダバッファ１３へ入力されるビットストリームの各時刻におけるビット量の累計値を表下ものである。折れ線ｅ−ｆ−ｇ−ｈの時刻ｔでの傾きは、エンコーダバッファ１３から出力されるビットストリームの出力ビットレートＲout である。なお、出力ビットレートＲout は、前述したようにマルチプレクサ１４が所定時間毎にエンコーダバッファ１３から読み出すデータのビットレートの平均値である。
【００４４】
また、折れ線ｅ−ｆ−ｇ−ｈと折れ線ａ−ｂ−ｃ−ｄの縦軸方向の幅は、エンコーダバッファ１３のサイズＢＢを表し、サイズＢＢは一定である。直線ｅ−ｆ−ｕ−ｈと直線ｐ−ｑ−ｒ−ｓの縦軸方向の幅は、レートコントロールに使う仮想的なコードバッファサイズＢを表し、サイズＢとＢＢとの関係は、Ｂ＜ＢＢである。コードバッファサイズＢは、一般にデコーダ側の受信バッファサイズ（デコーダバッファサイズ）に等しい。
【００４５】
時刻ｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)において、ビデオエンコーダ１２は、通常の符号化レートでＧＯＰ０のエンコード処理を行う。このとき、エンコードバッファ１３の出力ビットレートＲout はＲenc と等しい。よって、このときの符号化ビットレートＲenc をＲ１とすると、出力ビットレートＲout 、すなわち直線ｊ−ｅの傾きも同様にＲ１となる。
【００４６】
時刻ｔ＝Ｅ(0) になると、残量検出回路２６は、上書き禁止領域までの記録可能領域が今までの符号化レートでは１ＧＯＰ記録できないことを検出し、バッファ管理回路２３に対してモードの切換えを指示する。バッファ管理回路２３は、そのモード切換えの指示に基づき、ビットレート指定回路２２に対してビットレートの低下を指示する。したがって、ビットレート指定回路２２は現在の（ＧＯＰ０の）ビットレートを参照し、レートコントローラ２４に対して適切な指定ビットレートのデータを供給する。また、レートコントローラ２４は、上記指定ビットレートのデータとバッファ管理回路２３からの仮想的なコードバッファのビット占有量ＯＢに基づき、ビデオエンコーダ１２に対して符号化レート及びＧＯＰシーケンスを変更するように制御する。
【００４７】
したがって、時刻ｔ＝Ｅ(0)からｔ＝Ｅ(n)において（ＧＯＰ１として示す時間）、ビデオエンコーダ１２は、符号化ビットレートＲenc を落とすとともに、１ＧＯＰ内のピクチャ数を例えば４枚にする。この場合、通常のＧＯＰを形成するにはピクチャ数が少ないが、ビデオエンコーダ１２は、Ｉ−Ｂ−Ｂ−ＰのピクチャからなるＧＯＰ２を形成する。
【００４８】
ここでの直線の傾きｅ−ｆは直線ｊ−ｅの傾きに比べて極端に小さく変化していない。これは符号化レートがもともと低く、また上書き禁止領域が小さいため、シーク時間が短い場合を例示しているからである。
【００４９】
もし、ＧＯＰ０の符号化ビットレートＲｎがもっと大きければ、直線ｊ−ｅの傾きはもっと急になる。またＧＯＰ１が書ける領域（ＧＯＰ０の領域と上書き禁止領域との間の領域）がもっと小さい場合、ＧＯＰ１を記録するには、 ｔ＝Ｅ(0)からｔ＝Ｅ(n)の符号化レートを下げ（直線の傾きｅ−ｆを小さくし）なければならない。
【００５０】
時刻ｔ＝Ｅ(n)からｔ＝Ｅ(m)において、記録ヘッド１７は、上書き禁止領域を跳び越して、次の記録可能領域までシークする。したがって、エンコーダバッファ１３からのビットストリームの読み出しが停止している。しかし、エンコーダバッファ１３にはビデオエンコーダ１２からビットストリームが供給され続けるため、当該エンコーダバッファ１３のビット占有量は増加する。このとき、オーバーフローは発生する危険を避けるために、画像データの所定時間毎の符号化難易度が前述のｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)の区間の符号化難易度と同じである時でも、符号化ビットレートＲenc をＲｎよりも小さく抑えるように制御し、Ｒenc ＝Ｒ１としている。
【００５１】
時刻ｔ＝Ｅ(m)以降において、記録ヘッド１７は、光ディスク３０にビットストリームを記録できる状態になり、これに応じてエンコーダバッファ１３からビットストリームの読み出しが開始される。この時点で、エンコーダバッファ１３のビット占有量は大きいので、オーバーフローが発生するのを回避するために、画像データの所定時間毎の符号化難易度がｔ＝Ｅ(-n)からｔ＝Ｅ(0)の区間の符号化難易度と同じである場合であっても、ビデオエンコーダ１２はＲｎよりも小さい値の符号化ビットレートＲenc でビットストリームを生成する。
【００５２】
また、ビデオエンコーダ１２は、通常のＧＯＰよりも少ないピクチャ数（例えば５枚）でＧＯＰ２を形成する。これは、ＧＯＰ１とＧＯＰ２とのリンクをなくして、ＧＯＰ１，ＧＯＰ２をそれぞれ独立してエンコード／デコード処理することを可能としている。
【００５３】
また、ビデオエンコーダ１２は、エンコーダバッファ１２がオーバーフローする危険性があるので、ＧＯＰ２のＩピクチャを大きな符号化レートでエンコードすることができない。したがって、オーバーフローする危険がなくなるまで、上述のように通常に比べてピクチャ枚数の少ないＧＯＰを形成する必要がある。このＧＯＰ２のシーケンスとしては、Ｉ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂが適当である。なお、エンコーダバッファ１３の占有量がそれほど大きくなければ、Ｉ−Ｐ−Ｐ−Ｐ−Ｐとしても良い。
【００５４】
ここで、エンコーダバッファ１３からのデータ読み出しのレートＲout ＝ＲｘはＲ３より大きい。よって、時間がたつにつれてエンコーダバッファ１３のビット占有量は当該エンコーダバッファ１３がオーバーフローする危険のない安全状態に戻る（点ｈの時刻で安全状態に戻る）ことになる。なお、この時、エンコーダバッファ１３からの出力ビットレートＲout がビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc よりも大きくなるのは、マルチプレクサ１４の多重化ビットレートＲmuxがビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc よりも大きいためである。
【００５５】
そして、オーバーフローを回避して安全状態に戻った以降（点ｈ以降）は、ビデオエンコーダ１２は符号化ビットレートＲenc ＝Ｒｎでビットストリームを生成し、記録ヘッド１７はエンコーダバッファ１３等を介して供給されるビットストリームを光ディスク３０に記録する。
【００５６】
ここで、入力される画像データ，ビデオエンコーダ１２の符号化ビットレートＲenc ，エンコーダバッファ１３の蓄積量の関係を図６に示す。なお、図６では、ＧＯＰ４を記録した後、上書き禁止領域を跳び越してからＧＯＰ５を記録する場合を示したものである。
【００５７】
図６（ａ）は、フレームメモリ１１に入力される画像データのデータ量を示したものである。これによると、ＧＯＰ４及びＧＯＰ５の画像データのデータ量は他のＧＯＰに比べて多くなっている。従来のエンコーダは、上記画像データをエンコードすると、図６（ｂ）に示すような符号化ビットレートでビットストリームを出力する。
【００５８】
これに対して、本願発明のビデオエンコーダ１２は、上記画像データを符号化すると、ＧＯＰを構成するピクチャの枚数を少なくするとともに、図６（ｃ）に示すように、ＧＯＰ４及びＧＯＰ５の間で符号化ビットレートＲenc を低下させ、ビットストリームを出力している。
【００５９】
したがって、エンコーダバッファ１３は、従来のエンコーダからのビットストリームが供給される場合はオーバーフローを生じるが、本願発明のビデオエンコーダ１２からのビットストリームが供給される場合はオーバーフローを生じない。
【００６０】
以上のように、本発明を適用した動画像符号化装置は、上述したように上書き禁止領域の直前直後において符号化レートを低下させることによって、エンコーダバッファ１３がオーバーフローするのを回避して、ビットストリームを光ディスク３０に記録することができる。これにより、図示しない復号装置は、上記光ディスク３０における上書き禁止領域の直前直後にあるデータストリームを短時間で容易に復号することができるので、オーバーフローを回避してシームレスに画像を再生することができる。
【００６１】
また、上記動画像符号化装置は、符号化レートが低下させるだけでは小さな記録可能領域への記録ができないときは、ＧＯＰを構成するピクチャのシーケンスを変更して通常よりの枚数の少ないピクチャでＧＯＰを構成することによって、符号化ビットレートＲenc をさらに下げることができ、上書き禁止領域を挟んで１ＧＯＰを記録するのを防止することができる。
【００６２】
このとき、さらに上書き禁止領域を挟んで存在するＧＯＰ間のリンクをなくすことができるので、離散的に存在する記録可能領域に記録されたデータの編集，削除等を容易に行うことができる。
【００６３】
また、上述の動画像符号化装置によってビットストリームが記録された光ディスク３０には、符号化された一連のビットストリームが上書き禁止領域を挟んで記録され、さらに、上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方に符号化レートの低いビットストリームが記録されている記録領域が形成されている。また、データ量が多いときは、かかる記録領域には、上記符号化単位を構成するピクチャ数を減らして符号化されたビットストリームが記録されている。したがって、再生装置は、光ディスク３０に離散的に存在する記録領域をシークする間に、アンダーフローが生じること無く、この光ディスク３０に記録されたビットストリームを再生することができる。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば取り扱うディジタル信号はビデオ信号に限定されず、オーディオ信号等を再生する場合にも適用できる。
【００６５】
また、図１の例では、記録媒体として光ディスク３０を例に挙げたが、ハードディスクやフレキシブルディスク等の磁気ディスクや、いわゆるＩＣカードや各種メモリ素子等の半導体記憶媒体等の記録媒体を用いてもよい。また、光ディスクとしては、ピットによる記録がなされるディスクや、光磁気ディスクの他に、相変化型光ディスクや有機色素型光ディスク、紫外線レーザ光により記録がなされる光ディスク、多層記録膜を有する光ディスク等の各種のディスクを用いることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係るディジタル信号記録装置及びディジタル信号記録方法によれば、記録媒体の記録可能領域にディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レート落としてディジタル信号を符号化することによって、上書き禁止領域を跳び越して他の記録可能領域をシークしている最中にオーバーフローが発生することを防止することができる。
【００６７】
また、本発明に係る記録媒体によれば、離散的に記録された符号化処理済みのディジタル信号が読み出されて復号される際に、離散された記録領域をシークする間にアンダーフローが発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した動画像符号化装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図２】ＧＯＰ１の最後の２つのＢピクチャとＧＯＰ２の最初のＩピクチャとの参照関係を示す図である。
【図３】ＧＯＰ１とＧＯＰ２のリンクがないことを説明するための図である。
【図４】ＧＯＰ１のシーケンスを変更して、ＧＯＰ１を７枚のピクチャによって構成したことを示す図である。
【図５】上記動画像符号化装置のエンコーダバッファのビット占有量の変化例を説明するための図である。
【図６】入力される画像データ，ビデオエンコーダの符号化ビットレートＲenc ，エンコーダバッファの蓄積量の関係を示す図である。
【図７】記録可能領域が離散的にディスク上に配置された例を示す図である。
【符号の説明】
１２ ビデオエンコーダ、１７ 記録ヘッド、２３ バッファ管理回路、２４
レートコントローラ、２６ 残量検出回路
Claims (14)
- 上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録装置において、
所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定する検出手段と、
上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化する符号化手段と、
符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録する記録手段と
を備えるディジタル信号記録装置。 - 上記符号化手段は、上記検出手段が上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を所定数のピクチャからなる符号化単位毎に符号化し、
上記記録手段は、上記符号化単位毎に上記記録媒体に記録すること
を特徴とする請求項１記載のディジタル信号記録装置。 - 上記符号化手段は、上記検出手段が上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落とすとともに、上記符号化単位を構成するピクチャ数を減らして符号化すること
を特徴とする請求項２記載のディジタル信号記録装置。 - 上記符号化手段は、上記上書き禁止領域が所定の大きさよりも大きいときに上記上書き禁止領域の直前直後において符号化レートを落として、所定数のピクチャからなる符号化単位毎にディジタル信号を符号化すること
を特徴とする請求項２記載のディジタル信号記録装置。 - 上記検出手段は、上記ディジタル信号の管理情報と上記記録媒体に記録しているセクタアドレスとに基づいて、ある記録可能領域におけるディジタル信号の記録可能量を逐次検出すること
を特徴とする請求項１記載のディジタル信号記録装置。 - 上書き禁止領域を挟んで記録可能領域が離散的に存在する記録媒体に一連のディジタル信号を符号化して記録するディジタル信号記録方法において、
所定の符号化レートにおける１ＧＯＰ毎の総ビット数と、ある記録可能領域における上書き禁止領域までの記録可能領域の残量とを比較することにより、上記記録可能領域に前記符号化レートに従って上記ディジタル信号を記録することができるかを判定し、
上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記記録可能領域に続く上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を符号化し、
符号化されたディジタル信号を上記記録媒体に記録すること
を特徴とするディジタル信号記録方法。 - 上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落としてディジタル信号を所定数のピクチャからなる符号化単位毎に符号化し、
上記符号化単位毎に上記記録媒体に記録すること
を特徴とする請求項６記載のディジタル信号符号化方法。 - 上記記録可能領域に上記ディジタル信号を記録することができないと判定したときは、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で符号化レートを落とすとともに、上記符号化単位を構成するピクチャ数を減らして符号化すること
を特徴とする請求項７記載のディジタル信号符号化方法。 - 上記上書き禁止領域が所定の大きさよりも大きいときに上記上書き禁止領域の直前直後において符号化レートを落として、所定数のピクチャからなる符号化単位毎にディジタル信号を符号化すること
を特徴とする請求項７記載のディジタル信号符号化方法。 - 上記ディジタル信号の管理情報と上記記録媒体に記録しているセクタアドレスとに基づいて、ある記録可能領域におけるディジタル信号の記録可能量を逐次検出すること
を特徴とする請求項６記載のディジタル信号記録方法。 - 符号化された一連のディジタル信号が上書き禁止領域を挟んで記録された記録媒体において、
第一の符号化レートと、上記第一の符合化レートよりも低い第二の符号化レートで上記ディジタル信号が記録された記録領域を有し、上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方に上記第二の符号化レートでディジタル信号が記録された記録領域を有することを特徴とする記録媒体。 - 上記記録領域に所定数のピクチャからなる符号化単位毎に符号化したディジタル信号が記録されたことを特徴とする請求項１１記載の記録媒体。
- 上記上書き禁止領域の直前直後の少なくとも一方で、上記第二の符号化レートで、上記符号化単位を構成するピクチャ数を減らして符号化されたディジタル信号が記録されたことを特徴とする請求項１２記載の記録媒体。
- 上記上書き禁止領域の直前直後に、上記第二の符号化レートでディジタル信号が記録されることを特徴とする請求項１１記載の記録媒体。
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