JP4382679B2 - 映像記録装置および映像再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクなどの記録媒体に映像を記録し、記録媒体から映像を再生する技術に関する。

ＮＴＳＣ（National Television System Commitee）方式などの既存の伝送方式ではＳＤ（Standard Definition）フォーマットの映像（以下、ＳＤ映像と称する。）が提供されているが、衛星デジタル放送や地上波デジタル放送などの伝送方式では高精細のＨＤ（High Definition）フォーマットの映像（以下、ＨＤ映像と称する。）が提供されている。ＨＤ映像はＳＤ映像と比べて約２倍の垂直解像度を有している。通常、ＨＤ映像のアスペクト比は１６：９であり、ＳＤ映像のアスペクト比は４：３である。よって、既存の方式で撮像されたＳＤ映像をデジタル放送で配信する場合、放送事業者はＳＤ映像をＨＤ映像に変換して配信する必要があった。

一方、近年のテレビ受像機の中には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの大容量の記憶装置を内蔵し、受信したテレビ映像を記憶装置に蓄積すなわち録画する機能を持つものが存在する。デジタル放送で配信される高精細のＨＤ映像のデータ量はＳＤ映像のそれと比べると非常に大きい。よって、将来、長時間録画を可能にするために、ＨＤ映像をＳＤ映像にダウンコンバートして蓄積する録画機能が要求されるであろうことが予想される。また、車両などの移動体に搭載されるモバイル機器で、受信した高精細のＨＤ映像をＳＤ映像にダウンコンバートしてＨＤＤに記録する機能が要求されるであろうことも予想される。

他方、記憶装置に蓄積した映像をＨＤＴＶ（High-Definition Television）規格に対応したディスプレイで表示しようとするとき、記憶装置からＳＤ映像を読み出してＨＤ映像へアップコンバートする必要があるが、このアップコンバートにより画質が劣化することが知られている。ＳＤ映像のアップコンバートにより得られるＨＤ映像の画質劣化を防止する技術は、たとえば、特許文献１（特開平１０−６６０３１号公報）に開示されている。
特開平１０−６６０３１号公報

上記に鑑みて本発明の目的は、ＨＤ映像をＳＤ映像にダウンコンバートした後に、そのＳＤ映像をアップコンバートして得たＨＤ映像の画質を大幅に向上し得る映像記録装置および映像再生装置を提供することである。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の発明は、高解像度の原映像信号を低解像度映像信号に変換しこれを記録媒体に記録する映像記録装置であって、前記原映像信号を低解像度映像信号に変換するダウンコンバータと、前記低解像度映像信号の解像度を前記原映像信号の解像度に変換して高解像度映像信号を生成するアップコンバータと、複数の画像処理の中から選択した画像処理を前記高解像度映像信号に施す処理を少なくとも１回行って、当該選択した画像処理毎に補正映像信号を生成する補正部と、前記補正映像信号の各々と前記原映像信号とを比較する信号比較部と、前記信号比較部による比較結果に応じて、前記補正部で選択された画像処理のうちの１つに対応する画像処理識別情報を前記低解像度映像信号とともに前記記録媒体に記録する記録部と、を備えることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、記録媒体から映像信号を再生する映像再生装置であって、前記記録媒体から読み出された低解像度映像信号を高解像度映像信号に変換するアップコンバータと、複数の画像処理の中から、前記記録媒体から読み出された画像処理識別情報に対応した画像処理を選択し、当該選択した画像処理を前記高解像度映像信号に施す補正部と、を備えることを特徴としている。

図１は、本発明に係る一実施例である映像記録再生装置１を概略的に示すブロック図である。この映像記録再生装置１は、デジタル放送の伝送方式によるＲＦ信号（無線信号）１０を取得するアンテナ１１と、ＲＦ信号１０を受信しこれを復調して復調信号Ｄ１を生成する受信部１２と、復調信号Ｄ１にデコードなどの信号処理を施して復号化信号を生成する信号処理部１３とを備えている。

ＲＦ信号１０は、たとえば、ＭＰＥＧ−２（Moving Picture Experts Group phase 2）方式で圧縮符号化等を施された信号を、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）方式などのデジタル変調方式で変調しこれを周波数変換するなどして生成され送信されたものである。受信部１２は、受信したＲＦ信号１０を周波数変換し、ＯＦＤＭ方式などのデジタル復調方式で復調することで復調信号Ｄ１を生成する。信号処理部１３は、復調信号Ｄ１をデコードするなどして復号化信号を生成する。復号化信号は、システムコントローラ２５の制御により、データバス１４を介して記憶部１５，第１画像処理部１７またはシステムコントローラ（制御部）２５に転送され得る。

システムコントローラ２５は、図示されない制御バスを通じて制御信号を供給することにより、映像記録再生装置１のシステム全体の動作を制御するものである。記憶部１５は、大容量のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１６を含み、データバス１４を介して信号処理部１３から転送されたデータ信号すなわちＨＤ映像信号をハードディスクドライブ１６に格納し得る。

第１画像処理部１７は、信号処理部１３または記憶部１５からデータバス１４を介して転送されたＨＤ映像信号（原映像信号）を受信し、これをＳＤ映像信号（低解像度映像信号）にダウンコンバートして光ディスク駆動部２６に供給できる。図１に示されるように、第１画像処理部１７は、入力部１８，ダウンコンバータ１９，アップコンバータ２０，フィルタ部（補正部）２１，係数メモリ２１ａ，エンコーダ２２，信号比較部２３およびマルチプレクサ２４を備えている。入力部１８は、データバス１４を介して転送されたＨＤ映像信号を受信してダウンコンバータ１９と信号比較部２３とに供給する。ダウンコンバータ１９は、ＨＤ映像信号の解像度を変換して（すなわち、ＨＤ映像信号をダウンコンバートして）ＳＤ映像信号を生成し、これをアップコンバータ２０とエンコーダ２２とに与える。エンコーダ２２は、たとえばＭＰＥＧ方式でＳＤ映像信号を圧縮符号化し、その符号化信号Ｄ２をマルチプレクサ２４に与える。

アップコンバータ２０は、ダウンコンバータ１９から入力したＳＤ映像信号の解像度を変換して（すなわち、ＳＤ映像信号をアップコンバートして）ＨＤ映像信号（高解像度映像信号）を生成し、これをフィルタ部２１に供給する。フィルタ部２１は、複数のフィルタの中から一のフィルタを選択的に使用して、アップコンバータ２０から入力するＨＤ映像信号に画質補正処理を施し、補正映像信号を生成することができる。具体的には、フィルタ部２１には、有限長のインパルス応答を有する１次元のＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response filter）回路、無限長のインパルス応答を有するＩＩＲ（Infinite Impulse Response filter）フィルタ回路、もしくは、Ｍ×Ｎ画素（Ｍ，Ｎは２以上の整数）の単位で入力信号をフィルタ処理する２次元の空間フィルタ回路が組み込まれればよい。フィルタ部２１は、係数メモリ２１ａに記憶されているフィルタ係数を使用して複数の画像処理を実行し得る。すなわち、係数メモリ２１ａは、たとえば、平滑化用のフィルタ係数の組、エッジ強調すなわち微分処理用のフィルタ係数の組、特徴抽出用のフィルタ係数の組といった複数組のフィルタ係数を記憶している。フィルタ部２１は、それら複数組の中からいずれか一の組を選択することにより、複数の画像処理の中から一の画像処理を選択的に実行することができる。なお、平滑化は、入力映像の低域成分を抽出する処理、微分処理は、入力映像のエッジ部分を強調する処理、そして特徴抽出は、入力映像に含まれる、たとえば字幕などの特徴パターンを強調する処理である。また、フィルタ部２１は、フィルタ処理で選択されている画像処理を示す識別信号Ｄ３をマルチプレクサ２４に供給する。

信号比較部２３は、前記補正映像信号と、入力部１８から入力するＨＤ映像信号すなわち原映像信号とを比較し、その比較結果である比較信号Ｄｄをシステムコントローラ（制御部）２５に供給する。信号比較部２３は、たとえば、フレーム単位またはフィールド単位で、補正映像信号と原映像信号との差分を生成しこれを比較信号Ｄｄとして供給すればよい。システムコントローラ２５は、比較信号Ｄｄに基づいて、補正映像信号と原映像信号との差分それ自体、または、当該差分の積分値もしくは平均値を比較データとして算出しこれを記憶する。補正映像信号の劣化が大きい程、補正映像信号と原映像信号との差分は大きくなり、補正映像信号の劣化が小さい程に、補正映像信号と原映像信号との差分は小さくなる。よって、システムコントローラ２５は、比較データに基づいて、補正映像信号の劣化の程度を測定することができる。

マルチプレクサ２４は、システムコントローラ２５の制御により、ＳＤ映像信号の符号化信号Ｄ２と識別信号Ｄ３とのいずれか一方を選択し、選択した信号を記録信号Ｄｉｎとして光ディスク駆動部２６に与える。光ディスク駆動部２６は、記録信号Ｄｉｎを光ディスク２７に記録する。

なお、本実施例では、第１画像処理部１７はハードウェアのみで構成されている。このハードウェアの代わりに、第１画像処理部１７の機能をソフトウェアを用いて実現してもよい。後述する第２画像処理部３０についても同様である。

以下、図２および図３を参照しつつ、システムコントローラ２５による映像記録処理を説明する。図２は、第１の映像記録処理の一手順を概略的に示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１では、システムコントローラ２５はフィルタ係数の組番号ｉを初期値「１」に設定する。次いで、フィルタ部２１は、第ｉ組のフィルタ係数を係数メモリ２１ａから読み出させ内蔵レジスタに設定させる（ステップＳ２）。この結果、フィルタ部２１は、第ｉ組のフィルタ係数によって定まるフィルタ特性を有することとなる。

次のステップＳ３において、システムコントローラ２５は、記憶部１５に記憶されているＨＤ映像信号（原映像信号）を読み出し、データバス１４を介して第１画像処理部１７に転送する。転送された原映像信号は、ダウンコンバータ１９でＳＤ映像信号に変換され、アップコンバータ２０でＨＤ映像信号に変換され、さらにフィルタ部２１でフィルタ処理される。そして、信号比較部２３は、補正映像信号と原映像信号との間の比較信号Ｄｄをシステムコントローラ２５に供給する。次に、システムコントローラ２５は、両信号間の比較結果すなわち比較データをフィルタ係数の第ｉ組と関連付けて記憶する（ステップＳ４）。

次のステップＳ５においては、システムコントローラ２５は、フィルタ係数の第ｉ組が最後の組か否かを判定し、第ｉ組が最後の組でないと判定した場合は、フィルタ係数の組番号ｉをインクリメントする一方（ステップＳ６）、第ｉ組が最後の組であると判定した場合は、比較データに基づいて、補正映像信号と原映像信号との間の差分を最小にするフィルタ係数の組を探索する（ステップＳ７）。この結果、補正映像信号の劣化を最小にし得る第ｋ組（ｋは１以上の整数）のフィルタ係数が決定される。

ステップＳ８では、フィルタ部２１は、第ｋ組のフィルタ係数を係数メモリ２１ａから読み出して内蔵レジスタに設定する（ステップＳ２）。この結果、フィルタ部２１は、第ｋ組のフィルタ係数によって定まるフィルタ特性を有することとなる。

次のステップＳ９では、システムコントローラ２５は、記憶部１５からＨＤ映像信号を読み出し、データバス１４を介して第１画像処理部１７に転送する。転送されたＨＤ映像信号は、ダウンコンバータ１９でＳＤ映像信号に変換され、さらにエンコーダ２２でエンコードされた後、マルチプレクサ２４に供給される。マルチプレクサ２４は、システムコントローラ２５の制御により、エンコーダ２２から入力する符号化信号Ｄ２を選択しこれを記録信号Ｄｉｎとして光ディスク駆動部２６に与える。この結果、光ディスク駆動部２６は、符号化信号Ｄ２を光ディスク２７の所定領域に記録する。

続くステップＳ１０では、マルチプレクサ２４は、システムコントローラ２５の制御により、フィルタ部２１に設定されている画像処理を示す識別信号Ｄ３を選択しこれを記録信号Ｄｉｎとして光ディスク駆動部２６に与える。この結果、光ディスク駆動部２６は、識別信号Ｄ３を光ディスク２７の所定領域に記録する。ここで、本実施例では、ステップＳ９の後にステップＳ１０を実行する手順が採用されているが、この手順の代わりに、ステップＳ１０の後にステップＳ９を実行する手順を採用してもよいし、あるいは、ステップＳ９，Ｓ１０を時分割で実行する手順を採用してもよい。また、識別信号Ｄ３を、ダウンコンバータ１９から供給されるＳＤ映像信号の中に埋め込み、光ディスク２７に記録することも可能である。以上で第１の映像記録処理は終了する。

上記第１の映像記録処理によれば、第１画像処理部１７は、ＳＤ映像信号をＨＤ映像信号にアップコンバートする際に生ずる劣化を最小にする画像処理の識別情報（以下、画像処理識別情報とも称する）を得ることができる。映像記録再生装置１は、この識別情報を示す識別信号Ｄ３を光ディスク２７記録する。よって、後に詳述する通り、光ディスク２７からＳＤ映像信号と識別信号Ｄ３を読み出し、ＳＤ映像信号をＨＤ映像信号にアップコンバートした後に、識別信号Ｄ３が示す識別情報に基づいて、劣化が最小になるようにＨＤ映像信号に画像処理を施すことができる。したがって、光ディスク２７から読み出されたＳＤ映像から、高画質のＨＤ映像を再生することが可能である。

次に、図３を参照しつつ、第２の映像記録処理について説明する。図３は、第２の映像記録処理の一手順を概略的に示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１０では、システムコントローラ２５は、フィルタ係数の組番号ｉを初期値「１」に設定する。次いで、システムコントローラ２５は、フィルタ部２１に対し、第ｉ組のフィルタ係数を係数メモリ２１ａから読み出させ内蔵レジスタに設定させる（ステップＳ１１）。

次のステップＳ１２において、システムコントローラ２５は、記憶部１５に記憶されているＨＤ映像信号（原映像信号）を読み出し、データバス１４を介して第１画像処理部１７に転送する。転送された原映像信号は、ダウンコンバータ１９でＳＤ映像信号に変換され、アップコンバータ２０でＨＤ映像信号に変換され、さらにフィルタ部２１でフィルタ処理される。そして、信号比較部２３は、補正映像信号と原映像信号との間の比較信号Ｄｄをシステムコントローラ２５に供給する。

次に、システムコントローラ２５は、両信号間の比較結果すなわち比較データを算出する（ステップＳ１３）。そして、原映像信号と補正映像信号との間の差分が所定範囲（許容範囲）内か否かを判定し（ステップＳ１４）、当該差分が所定範囲内にないと判定すれば、フィルタ係数の組番号ｉをインクリメントし（ステップＳ１５）、その後、ステップＳ１１と後続するステップの手順を繰り返し実行する。かかる場合、フィルタ部２１は、前回と異なるフィルタ係数の組を内蔵レジスタに設定し、前回と異なるフィルタ特性を有することとなる（ステップＳ１１）。

一方、ステップＳ１４で、システムコントローラ２５は、原映像信号と補正映像信号との差分が所定範囲内にある、言い換えれば、補正映像信号の劣化が許容範囲内にあると判定すれば、ＳＤ映像信号を光ディスク２７に記録させる（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の処理手順は、上記ステップＳ９のそれと同じであり、その詳細な説明は省略する。

続いて、ステップＳ１１で設定されたフィルタ係数の組で定められる画像処理の識別情報が、光ディスク２７に記録される（ステップＳ１７）。このステップＳ１７の処理手順は、上記ステップＳ１０のそれと同じであり、その詳細な説明は省略する。以上で第２の映像記録処理は終了する。

上記第２の映像記録処理によれば、ＳＤ映像信号をＨＤ映像信号にアップコンバートする際に生ずる劣化が許容範囲内になければ、フィルタ部２１における画像処理が他の画像処理に切り換えられる一方、その劣化が許容範囲内にあれば、フィルタ部２１で選択されている画像処理の識別情報が、光ディスク２７に記録される。よって、後に詳述する通り、光ディスク２７からＳＤ映像信号と識別情報を読み出し、ＳＤ映像信号をＨＤ映像信号にアップコンバートした後に、識別情報に基づいて、劣化が許容範囲内に抑制されるようにＨＤ映像信号を画像処理できる。したがって、光ディスク２７から読み出されたＳＤ映像から、高画質のＨＤ映像を再生することが可能である。

次に、光ディスク２７から映像信号を再生する映像再生処理について説明する。図１を参照すると、映像記録再生装置１は、第２画像処理部３０を有している。第２画像処理部３０は、デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）３１、デコーダ３２、アップコンバータ３３、フィルタ部（補正部）３４および係数メモリ３４ａを有する。光ディスク駆動部２６は、光ディスク２７から読み出した再生信号Ｄｏｕｔを第２画像処理部３０に供給する。再生信号Ｄｏｕｔは、上述の符号化信号Ｄ２と識別信号Ｄ３とを含む。第２画像処理部３０において、デマルチプレクサ３１は、システムコントローラ２５の制御により、再生信号Ｄｏｕｔを符号化信号Ｄ２と識別信号Ｄ３とに分離し、符号化信号Ｄ２をデコーダ３２に供給する一方、識別信号Ｄ３をフィルタ部３４に供給する。

フィルタ部３４は、上記第１画像処理部１７のフィルタ部２１と同一のフィルタ機能を有している。すなわち、フィルタ部３４は、ＦＩＲフィルタ回路、ＩＩＲフィルタ回路もしくは空間フィルタ回路で構成され、係数メモリ３４ａに記憶されているフィルタ係数の組を選択的に使用して各種画像処理を実行し得る。係数メモリ３４ａには、係数メモリ２１ａに記憶されているのと同じ複数組のフィルタ係数が記憶されている。

フィルタ部３４は、識別信号Ｄ３に応じて、当該識別信号Ｄ３に対応するフィルタ係数の組を係数メモリ３４ａから読み出しこれを内蔵レジスタ（図示せず）に設定する。たとえば、識別信号Ｄ３がエッジ強調用のフィルタ係数の組を示す場合は、フィルタ部３４は、そのフィルタ係数の組を係数メモリ３４ａから選択的に読み出し、エッジ強調を実行することとなる。一方、デコーダ３２は、符号化信号Ｄ２をデコードすることでＳＤ映像信号を生成しこれをアップコンバータ３３に供給する。アップコンバータ３３は、ＳＤ映像信号をＨＤ映像信号に変換して（すなわち、アップコンバートして）これをフィルタ部３４に供給する。フィルタ部３４は、ＨＤ映像信号をフィルタ処理して補正映像信号を生成しこれを映像出力部３７に出力する。そして、映像出力部３７は、ＨＤフォーマットの補正映像信号をビデオ信号に変換してディスプレイ（図示せず）に転送する。

上記映像再生処理によれば、フィルタ部３４は、識別情報に応じて自己のフィルタ特性を切り換えることで画像処理を選択できるため、原映像の画像特性に応じたフィルタを選択して画像処理を行うことが可能である。よって、劣化が最小になるように、または劣化が許容範囲内に抑えられるような画像処理が可能となる。したがって、光ディスク２７から読み出されたＳＤ映像から、高画質のＨＤ映像を再生することができる。

なお、ユーザーは、設定部３６を操作することで、フィルタ部３４に設定されるフィルタを切り換えることができる。設定部３６は、複数の入力キーや押しボタンなどの入力装置を有している。したがって、ユーザーは、ディスプレイに表示されるＨＤ映像を視認しつつ、設定部３６を操作することで最適なフィルタを設定し、高画質のＨＤ映像を視ることが可能である。

本発明に係る一実施例である映像記録再生装置を概略的に示すブロック図である。 第１の映像記録処理の一手順を概略的に示すフローチャートである。 第２の映像記録処理の一手順を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１ 映像記録再生装置
１２ 受信部
１３ 信号処理部
１４ データバス
１５ 記憶部
１７ 第１画像処理部
１９ ダウンコンバータ
２０ アップコンバータ
２１ フィルタ部（補正部）
２２ エンコーダ
２３ 信号比較部
２５ システムコントローラ（制御部）
２７ 光ディスク
３０ 第２画像処理部
３２ デコーダ
３３ アップコンバータ
３４ フィルタ部（補正部）

Claims (7)

1. 高解像度の原映像信号を低解像度映像信号に変換しこれを記録媒体に記録する映像記録装置であって、
   前記原映像信号を低解像度映像信号に変換するダウンコンバータと、
   前記低解像度映像信号の解像度を前記原映像信号の解像度に変換して高解像度映像信号を生成するアップコンバータと、
   複数の画像処理の中から選択した画像処理を前記高解像度映像信号に施す処理を少なくとも１回行って、当該選択した画像処理毎に補正映像信号を生成する補正部と、
   前記補正映像信号の各々と前記原映像信号とを比較する信号比較部と、
   前記信号比較部による比較結果に応じて、前記補正部で選択された画像処理のうちの１つに対応する画像処理識別情報を前記低解像度映像信号とともに前記記録媒体に記録する記録部と、
   を備えることを特徴とする映像記録装置。
   
2. 請求項１記載の映像記録装置であって、
   前記補正部は、前記高解像度映像信号に前記複数の画像処理を施し、
   前記信号比較部は、前記複数の画像処理の各々について前記補正映像信号と前記原映像信号とを比較し、
   前記記録部は、前記信号比較部による比較結果に基づいて、前記複数の画像処理の中から、前記補正映像信号と前記原映像信号との差分を最小にする画像処理を選択しこれの識別情報を前記低解像度映像信号とともに前記記録媒体に記録する、ことを特徴とする映像記録装置。
3. 請求項１記載の映像記録装置であって、
   前記信号比較部による比較結果に基づいて前記補正映像信号と前記原映像信号との差分が所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
   前記補正部は、前記差分が所定範囲内にないと判定された場合は、現在選択されている画像処理を他の画像処理に切り換える一方、前記記録部は、前記差分が所定範囲内にあると判定された場合は、現在選択されている画像処理の識別情報を前記低解像度映像信号とともに前記記録媒体に記録する、ことを特徴とする映像記録装置。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の映像記録装置であって、前記原映像信号はＨＤ（High Definition）フォーマットに準拠し、前記低解像度映像信号はＳＤ（Standard Definition）フォーマットに準拠していることを特徴とする映像記録装置。
5. 請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の映像記録装置であって、
   受信電波を復調して復調信号を生成する受信部と、
   前記復調信号を復号化して前記原映像信号を生成するデコーダと、
   をさらに備えることを特徴とする映像記録装置。
6. 記録媒体から映像信号を再生する映像再生装置であって、
   前記記録媒体から読み出された低解像度映像信号を高解像度映像信号に変換するアップコンバータと、
   複数の画像処理の中から、前記記録媒体から読み出された画像処理識別情報に対応した画像処理を選択し、当該選択した画像処理を前記高解像度映像信号に施す補正部と、
   を備えることを特徴とする映像再生装置。
   
7. 請求項６記載の映像再生装置であって、前記低解像度映像信号はＳＤ（Standard Definition）フォーマットに準拠し、前記高解像度映像信号はＨＤ（High Definition）フォーマットに準拠していることを特徴とする映像再生装置。

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