JPH04337989A - 画像信号処理装置および画像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるビデオテープ
レコーダ等の画像記録再生装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、画像のディジタル処理が各方面で
熱心に検討されている。特に画像データを圧縮するため
の高能率符号化については、標準化に向けて各種方式が
提案されている。高能率符号化技術は、ディジタル伝送
および記録などの効率を向上させるために、画像データ
をより小さいビットレートで符号化するものである。例
えば、ＣＣＩＴＴ（Ｃｏｍｉｔｅ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｆ
ｉｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｇｒａｐ
ｈｉｑｕｅ　ｅｔＴｅｌｅｐｈｏｎｉｑｕｅ）は、テレ
ビ会議／テレビ電話用の標準化勧告案Ｈ．２６１、カラ
ー静止画用のＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａ
ｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐｅ　）方式及び
動画用のＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅ
ｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐｅ　）方式をこのような高能
率符号化方式として提案している（日経エレクトロニク
ス１９９０．１０．１５号（ＮＯ．５１１）「画像の高
能率符号化方式が一本化」に詳述）。

【０００４】また、動画用の符号化方式としては、上述
したＭＰＥＧ方式以外にも画像内符号化のみを採用する
方式もある。「ＡＮ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ　ＳＴ
ＵＤＹ　ＦＯＲ　Ａ　ＨＯＭＥ−ＵＳＥ　ＤＩＧＩＴＡ
Ｌ　ＶＴＲ」　（ＩＥＥＥ　ｖｏｌ．３５．　Ｎｏ．３
．　Ａｕｇ　１９８９　）は、その一例である。この方
式では、例えば輝度信号が１３．５　ＭＨｚ、色差信号
が１３．５／４　ＭＨｚでサンプリングされる。このサ
ンプリングにより得られる画像データのビットレートは
、　１６２　Ｍｂｐｓ　である。この画像データは、２
次元ＤＣＴ（離散コサイン変換）、適応量子化、可変長
符号化等により、ビットレート１９Ｍｂｐｓにまで伝送
量の削減が行われて記録される。記録時には、符号化さ
れた画像データを固定長のシンクブロックに変換して記
録媒体に記録する。これにより特殊再生もある程度可能
とされている。

【０００５】また、１９８９年電気通信学会春期全国大
会　Ｄ−１５９で提案された「固定電子スチールカメラ
用レート適応型ＤＣＴ符号化方式」においては、単位記
録時間の符号料を一定範囲に制限して記録を行う例が開
示されている。

【０００６】さらに、本出願人は、特願平２−４０４８
１１号明細書「画像符号化方式」において、画像データ
を固定長化する方式を提案している。

【０００７】ところで、画像データの記録再生には、上
述したような画像データを圧縮処理して行う方式のほか
に、無圧縮のまま記録再生を行う方式も考えられる。こ
の場合、無圧縮のままでは画像データの情報量が大変大
きく、従って、ビットレートが高すぎるため記録媒体へ
の記録再生が困難である。そこで、画像データを部分的
に間引いて情報量の削減を計り、これにより圧縮処理を
行った場合とほぼ同等のビットレートで記録再生を行う
。

【０００８】しかしながら、これら圧縮方式と無圧縮方
式とでは、信号の処理や記録フォーマットが異なるため
、両方式で記録再生を行える画像記録再生装置を実現す
るには、それぞれに対応した別個のシステムを構築しな
ければならなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は、圧縮記録と無圧縮記録の双方が行える画像記録再生
装置を構築しようとすると、それぞれ別個のシステムを
必要とし、回路規模が増大するという問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、このような点に対処す
べくなされたもので、比較的小さな回路規模で圧縮記録
と無圧縮記録の双方が行える画像記録再生装置を提供す
るものである。

【００１１】［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力される画
像信号を圧縮する圧縮手段と、前記画像信号の所定の部
分を抜取る間引き手段と、これら圧縮手段または間引き
手段により生成される画像データを所定の大きさのブロ
ックに分割ならびに配分するブロック化手段と、前記ブ
ロックに前記圧縮手段または間引き手段のいずれの手段
により生成された画像データであるかを示すＩＤを付加
するＩＤ付加手段と、このＩＤ付加手段によりＩＤの付
加された画像データを記録媒体に書込む書込み手段と、
前記記録媒体に記録される画像データを読出す読出し手
段と、読出した画像データに付加されるＩＤから該画像
データが前記圧縮手段または間引き手段のいずれの手段
により生成された画像データであるかを識別する識別手
段と、この識別手段の識別結果に応じて前記画像データ
から画像信号を再生する再生手段とを具備するものであ
る。

【００１３】

【作用】本発明では、圧縮手段または間引き手段により
生成される画像データを所定の大きさのブロックに分割
ならびに配分し、このブロックに圧縮手段または間引き
手段のいずれの手段により生成された画像データである
かを示すＩＤを付加して書込む。画像データのフォーマ
ットが共通化されるので、回路規模を最小限で済ませる
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１５】図１は、本発明の一実施例の画像記録再生
装置の記録系の構成を、図２は、再生系の構成を示すブ
ロック図である。

【００１６】記録系１０は、図１に示すように、入力処
理回路１１０、Ａ／Ｄコンバータ１２０、圧縮回路１３
０、無圧縮回路１４０、ヘッダ作成回路１５０、１６０
、多重回路１７０、１８０，マルチプレクサ１９０、符
号化回路２００、記録ヘッド２１０、記録テープ２２０
からその主要部が構成されている。

【００１７】また、再生系３０は、記録テープ３１０、
再生ヘッド３２０、復号化回路３３０、ヘッダ抽出回路
３４０、マルチプレクサ３５０、３６０、伸長回路３７
０、合成回路３８０、Ｄ／Ａコンバータ３９０、出力処
理回路４００からその主要部が構成されている。

【００１８】記録系１０には、例えばＮＴＳＣ方式の映
像信号が入力される。入力処理回路１１０は、入力され
る映像信号を例えば輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂに
分離する。

【００１９】Ａ／Ｄコンバータ１２０は、輝度信号Ｙを
４ｆｓｃ、色差信号Ｃｒ、Ｃｂをそれぞれ２ｆｓｃでサ
ンプリングし、例えば８ビットで量子化を行う（ｆｓｃ
は、色副搬送波の周波数でほぼ３．５７ＭＨ）。これに
より図３に示すように、水平方向は　９１０画素で量子
化される。このうち有効画素は、例えば７６８Ｈ×４８
８Ｖである（Ｈは、水平方向の画素、Ｖ　は垂直方向の
画素を示す）。従って、無圧縮時の１フレームのデータ
量は、７６８Ｈ×４８８Ｖ×８ｂｉｔ　×２　Ｙ／Ｃ＝
５，９９６，５４４　ビット／フレームである。量子化
された画像データは、一旦、メモリに格納され、インタ
レース信号をフレーム構造に変換するとともに、８Ｈ　
×８Ｖ　のブロック単位で圧縮回路１３０、無圧縮回路
１４０に出力される。

【００２０】圧縮回路１３０は、Ａ／Ｄコンバータ１２
０で量子化された画像データの情報量の圧縮処理を行う
。例えば記録時のビットレートを８９８，５６０　ビッ
ト／フレームとすると、約１／６．６７に圧縮すること
になる。

【００２１】無圧縮回路１４０は、画像データを間引く
ことでビットレートを低減する。データの間引きには、
■フレーム単位に間引く（こま送り画）、■１フレーム
の一部だけ取出す（部分画）、■サブサンプルを行う（
画素おとし画）など考えられる。

【００２２】ヘッダ作成回路１５０、１６０は、圧縮回
路１３０、無圧縮回路１４０で処理される画像データに
関わる情報を含むヘッダを作成する。多重回路１７０、
１８０は，圧縮回路１３０、無圧縮回路１４０から出力
される画像データとヘッダ作成回路１５０、１６０から
出力されるヘッダとを多重化する。

【００２３】マルチプレクサ１９０は、例えばこの画像
記録再生装置の使用者の操作によって切替えられるスイ
ッチであり、多重回路１７０、１８０のいずれかの出力
信号を選択し符号化回路２００に出力する。

【００２４】符号化回路２００は、マルチプレクサ１９
０で選択された信号にエラー訂正用のパリティ信号、同
期をとるための同期信号、圧縮、無圧縮を識別するため
のＩＤ信号を付加した後、記録変調を行う。記録ヘッド
２１０は、記録変調された信号を記録テープ２２０に記
録する。

【００２５】圧縮回路１３０の詳細な構成を図４に示す
。同図に示す圧縮回路１３０は、ＤＣＴ回路１３１、ス
キャン回路１３２、量子化回路１３３、可変長符号化回
路１３４、リミット回路１３５、Ｑテーブル１３６、乗
算器１３７から構成されている。

【００２６】ＤＣＴ回路１３１は、Ａ／Ｄコンバータ１
２０から入力される８Ｈ　×８Ｖ　のブロックで構成さ
れる信号を２次元ＤＣＴ（離散コサイン変換）によって
周波数成分に変換する。即ち、図５に示すように水平お
よび垂直方向の低域成分から高域成分の順に配列されて
出力される。これにより空間的な相関成分が削減される
。このとき、輝度信号Ｙを２ブロック、色差信号Ｃｒ、
Ｃｂを各１ブロック、計４ブロックを１マクロブロック
として処理する。

【００２７】スキャン回路１３２は、図５の各画素に付
した番号の順に走査してＤＣＴ変換係数を量子化回路１
３３に出力する。これは、ＤＣＴ変換では、低域成分に
情報が集中することによる。なお、番号０は、入力され
た画像データのＤＣ成分を示し、その値は全変換係数の
平均値となる。他の部分はＡＣ成分である。

【００２８】量子化回路１３３は、スキャン回路１３２
から入力されるＤＣＴ変換係数の量子化を行う。このと
き、リミット回路１３５の出力により周波数成分ごとに
量子化幅が修正されて、量子化が行われる。即ち、ＤＣ
Ｔ変換係数ごとにＱテーブル１３６から予め設定された
基本量子化幅の情報が、乗算器１３７に出力される。乗
算器１３７は、入力画像の情報量を示すパラメータαと
Ｑテーブル１３６のデータとを乗算し、リミット回路１
３５に出力する。リミット回路１３５は、符号化効率と
Ｑテーブル１３６のデータに基づいて最小量子化幅を制
限している。

【００２９】可変長符号化回路１３４は、量子化回路１
３３から入力される信号を統計的出現確率に応じて、ビ
ット長の異なるコードを与える。さらに１マクロブロッ
クごとに圧縮された画像データに、そのマクロブロック
の符号長を示すデータが付加される。

【００３０】次に、無圧縮回路１４０の詳細な構成を図
６、図７に示す。図６は、画像データをフレーム単位に
間引く（こま送り画）または１フレームの一部だけ取出
す（部分画）伝送を実現する無圧縮回路の構成例である
。図７は、画素おとし画伝送を実現する無圧縮回路の構
成例である。なお、各図共通する部分には、同符号を付
した。

【００３１】図６に示す無圧縮回路１４０を説明する。 同図に示す無圧縮回路１４０は、フレームメモリ１４１
、同期分離回路１４２、書込み信号作成回路１４３、読
出し信号作成回路１４４からその主要部が構成されてい
る。なお、説明を簡略化するため無圧縮回路１４０は、
Ｙ信号のみ扱うものとする。

【００３２】フレームメモリ１４１は、書込み信号作成
回路１４３からの信号に基づいて入力される画像データ
を格納し、読出し信号作成回路１４４からの信号に基づ
いて読出す。同期分離回路１４２は、入力される映像信
号から垂直同期信号、水平同期信号を分離するとともに
、各同期信号に基づく基本クロックを作成し、書込み信
号作成回路１４３、読出し信号作成回路１４４に出力す
る。書込み信号作成回路１４３は、同期分離回路１４２
から入力される基本クロックに基づいて、例えばこま送
り画伝送ならば８フレーム毎にフレームメモリ１４１に
画像データを書込むよう書込み信号を作成する。また、
部分画伝送時には、毎フレームごとに画像データを書込
むよう書込み信号を作成する。読出し信号作成回路１４
４は、同期分離回路１４２から入力される基本クロック
に基づいて、例えばこま送り画伝送ならば８フレーム期
間をかけてフレームメモリ１４１に格納された１フレー
ム分の画像データを読出すよう読出し信号を作成する。 また、部分画伝送時には、毎フレームごとにフレームメ
モリ１４１に格納された１フレーム分の画像データの一
部を読出すよう読出し信号を作成する。例えば図８に示
すように画面を複数の区画に分割し、１区画内の画像デ
ータを順次読出す。

【００３３】このようにしてフレームメモリ１４１から
読出されたＹ信号画像データは、多重回路１８０により
、Ｙ信号同様に処理されたＣｒ、Ｃｂ信号および固定値
と多重化されマクロブロックが構成される。このマクロ
ブロックは、図９に示すように、さらに、ヘッダ作成回
路１６０により作成されたヘッダとともに後述する所定
のフォーマットで多重化される。

【００３４】次に、図７に示す無圧縮回路１４０を説明
する。同図に示す無圧縮回路１４０は、フレームメモリ
１４１、同期分離回路１４２、書込み信号作成回路１４
３、読出し信号作成回路１４４、サブサンプル回路１４
５からその主要部が構成されている。フレームメモリ１
４１、同期分離回路１４２は、前述の無圧縮回路１４０
と同様である。書込み信号作成回路１４３、読出し信号
作成回路１４４は、毎フレームの画像データを書込み読
出すよう各信号を作成する。サブサンプル回路１４５は
、フレームメモリ１４１から読出した画像データをサブ
サンプルの手法で間引く。

【００３５】さらに、多重回路１７０、１８０で作成さ
れる伝送フォーマットについて詳述する。伝送フォーマ
ットの構成を図１０に示す。画像データは、圧縮、無圧
縮にかかわらず、この構成で伝送記録される。同図にお
いて、同期ＩＤ４１０は、例えば同期信号ならびに画像
データの圧縮・無圧縮や無圧縮時の処理形態を判別する
データから構成されている。ヘッダ４２０は、画像デー
タに関わる情報が書込まれている。画像符号化データセ
クタ４３０は、符号化された画像データが格納される。

【００３６】図１１は、圧縮の場合のヘッダ４２０及び
画像データセクタ４３０の構成を示す図である。ヘッダ
４２０の３バイトには、マクロブロックアドレス（ＭＢ
Ａ）４２１、マクロブロックポインタ（ＭＢＰ）４２２
、誤り検出符号（ＣＲＣ）４２３が割当てられている。 また、画像データセクタ４３０の５４バイトには、圧縮
符号化されたマクロブロック４３１、４３１…が割当て
られている。なお、ＭＢＡ４２１は、マクロブロック４
３１の画面上の位置を示すデータであり、水平方向４８
アドレス（７６８Ｈ／８Ｈ／　２）、垂直方向６１アド
レス（４８８Ｈ／８Ｈ）を表すため１２ビットが確保さ
れている。ＭＢＰ４２２は、画像データセクタ４３０中
のマクロブロックの位置を示すデータであり、５４アド
レスを表すため６ビットが確保されている。

【００３７】図１２は、無圧縮の場合のヘッダ４２０及
び画像データセクタ４３０の構成を示す図である。ヘッ
ダ４２０の３バイトには、マクロブロックアドレス（Ｍ
ＢＡ）４２５、誤り検出符号（ＣＲＣ）４２６が割当て
られている。また、画像データセクタ４３０の５４バイ
トには、図９で示される間引き処理されたマクロブロッ
ク４３２、４３２…が６ブロック（４８バイト）割当て
られている。余った６バイトは用いずに空白（固定値）
としている。ＭＢＡ４２５は、水平方向として６４アド
レス（６ビット）、垂直方向　２４４アドレス（８ビッ
ト）、計１２ビットが確保されている。水平方向として
６４アドレス必要なのは、１マクロブロックが水平方向
の２画素から構成され、１つの画像データセクタに６マ
クロブロックが割当てられることから、７６８Ｈ／２　
／６　＝６４アドレスとなるからである。

【００３８】このように、圧縮、無圧縮に関わらず同じ
シンク系列で構成して記録テープ２２０に記録される。

【００３９】次に、再生系３０について説明する。再生
ヘッド３２０は、記録テープ３１０から記録されている
信号を読出す。復号化回路３３０は、再生ヘッド３２０
から入力される再生信号の再生等化、同期、復調、ＴＢ
Ｃ、エラー訂正などの復号化処理を行う。ヘッダ抽出回
路３４０は、復号化回路３３０により復号か処理された
信号からＩＤ、ヘッダを抽出する。また、抽出したＩＤ
、ヘッダから再生される画像データの圧縮・無圧縮を判
別し、再生系３０の各部を制御する信号を作成する。 マルチプレクサ３５０、３６０は、ヘッダ抽出回路３４
０からの信号に基づいて、画像データの圧縮・無圧縮に
応じて再生信号を伸長回路３７０、合成回路３８０のい
ずれで処理するかの切替えを行う。伸長回路３７０は、
ヘッダやＩＤの情報に基づいて、圧縮処理された画像デ
ータの伸長処理を行う。合成回路３８０は、ヘッダやＩ
Ｄの情報に基づいて、間引き処理された無圧縮信号の再
合成を行う。Ｄ／Ａコンバータ３９０は、マルチプレク
サ３６０により選択された再生信号をアナログ信号に変
換する。出力処理回路４００は、フィルタリング処理や
Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂ信号の合成等を行ない、復号映像信号と
して出力する。

【００４０】このように、圧縮・無圧縮とも同じシンク
系列のフォーマットとするので、回路規模を最小限で済
ませることができる。

【００４１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形
が可能である。例えば、以下のようないくつかの変形例
が考えられる。

【００４２】■無圧縮記録の１マクロブロックを、圧縮
記録の１マクロブロックと同じ８Ｈ×８Ｖ　×４ブロッ
クで構成する。 ■Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂ信号をそれぞれ別々に伝送記録する。 ■１マクロブロックを画像データセクタと同じ５４バイ
トで構成する。 ■１画素づつ伝送記録する。 ■Ａ／Ｄコンバータでの量子化ビット数を変化させて、
情報量を制御する。 ■ｏｄｄフィールドのデータを全て伝送した後、ｅｖｅ
ｎフィールドのデータを伝送する。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮・無圧縮にかかわ
らず画像データのフォーマットが共通化されるので、回
路規模を最小限で済ませることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の画像記録再生装置の記録系の
構成を示すブロック図である。

【図２】この画像記録再生装置の再生系の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】画面の画素構成を示す図である。

【図４】圧縮回路の詳細な構成を示すブロック図である
。

【図５】８Ｈ　×８Ｖ　のブロックで構成される信号の
２次元ＤＣＴによって変換した結果を示す図である。

【図６】こま送り画または部分画伝送を実現する無圧縮
回路の構成を示すブロック図である。

【図７】画素おとし画伝送を実現する無圧縮回路の構成
を示すブロック図である。

【図８】部分画伝送における画面分割の例を示す図であ
る。

【図９】無圧縮記録時のマクロブロックの構成を示す図
である。

【図１０】伝送フォーマットの構成を示す図である。

【図１１】圧縮の場合のヘッダ及び画像データセクタの
構成を示す図である。

【図１２】無圧縮の場合のヘッダ及び画像データセクタ
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０………記録系 ３０………再生系 １３０……圧縮回路 １４０……無圧縮回路 １５０、１６０…ヘッダ作成回路 １７０、１８０…多重回路 １９０……マルチプレクサ ２００……符号化回路 ２１０……記録ヘッド ２２０、３１０…記録テープ ３２０……再生ヘッド ３３０……復号化回路 ３４０……ヘッダ抽出回路 ３５０、３６０…マルチプレクサ ３７０……伸長回路 ３８０……合成回路 ４１０……同期ＩＤ ４２０……ヘッダ ４３０……画像符号化データセクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力される画像信号を圧縮する圧縮手
   段と、前記画像信号の所定の部分を抜取る間引き手段と
   、これら圧縮手段または間引き手段により生成される画
   像データを所定の大きさのブロックに分割ならびに配分
   するブロック化手段と、前記ブロックに前記圧縮手段ま
   たは間引き手段のいずれの手段により生成された画像デ
   ータであるかを示すＩＤを付加するＩＤ付加手段と、こ
   のＩＤ付加手段によりＩＤの付加された画像データを記
   録媒体に書込む書込み手段と、前記記録媒体に記録され
   る画像データを読出す読出し手段と、読出した画像デー
   タに付加されるＩＤから該画像データが前記圧縮手段ま
   たは間引き手段のいずれの手段により生成された画像デ
   ータであるかを識別する識別手段と、この識別手段の識
   別結果に応じて前記画像データから画像信号を再生する
   再生手段とを具備することを特徴とする画像記録再生装
   置。