JPH08130713A - ディジタル動画像復号方法と装置 - Google Patents

ディジタル動画像復号方法と装置

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JPH08130713A
JPH08130713A JP6293723A JP29372394A JPH08130713A JP H08130713 A JPH08130713 A JP H08130713A JP 6293723 A JP6293723 A JP 6293723A JP 29372394 A JP29372394 A JP 29372394A JP H08130713 A JPH08130713 A JP H08130713A
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Takayuki Kobayashi
孝之 小林
Ryuji Saito
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MPEG規格により記録された動画像を高速
再生すること。 【構成】 記録装置からのビット・ストリーム51を受
けて、モード設定コマンド52によるモード信号56に
より早送り指示を受けたバッファ制御部11,バッファ
・メモリ12と可変長復号器13は、それのみで部分画
像を構成し得るイントラ・スライスをビット・ストリー
ム51中から抽出し、スキャン変換器14,…,ベクト
ル復号部22を経てフレーム・メモリ読み書き制御部2
3に印加される。そこには抽出されたイントラ・スライ
スの位置情報53も印加されており、フレーム・メモリ
17Iの対応する位置にオーバー・ライトする。 【効果】 オーバー・ライトにより全体画像を得るか
ら、MPEG規格準拠の早送りが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は記録媒体に蓄積された圧
縮ディジタル動画像データの高速サーチに適した動画像
復号方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディジタル表現された画像データを伝送
または蓄積する場合、データ量を削減するために符号化
が行われる。符号化の方法としては、画像情報(画像デ
ータ)の時間的または空間的相関性を利用して冗長度を
少なくする方法がある。
【0003】時間的相関性を利用する方法として、連続
する2画面(フレーム)の差分を符号化したり、画像の
動きを検出して、動き補償を行ったりするものがある。
また、空間的相関性を利用する方法として、画像を所定
の大きさのブロック(例えば縦方向、横方向とも8画素
ずつ)に分けて、ブロック内のデータを直交変換し、例
えば低周波成分から高周波成分の順に並べ替えて、変換
係数をスキャン変換し、可変長符号化を行うものがあ
る。MPEG(Moving Picture Expert Group )が標準
化を進めている画像符号化方式(以下、MPEG2と略
す)は、上記2つの方法を併用するものとなっている。
MPEG2の暫定勧告は、“音声をともなう動画像の符
号化”と題するISO/IEC1381−2に記載され
ている。
【0004】図3は、画像の復号処理装置を備えた符号
化データ蓄積再生装置の構成例である。情報記録装置
6、復号処理装置7と表示処理装置8から成る。情報記
録装置6は、VTR、光ディスク等の情報記録装置であ
る。情報記録装置6から復号処理装置7には符号化され
た蓄積データのビット列であるビット・ストリーム51
と図示を省略してある制御コマンドが入力される。復号
処理装置7で復号の後、再生画像57が出力される。表
示処理装置8は再生画像57を表示モニタに適するよう
に変換処理を行うもので表示処理装置8からは画像出力
59が出力される。MPEG2では、ビット・ストリー
ム51および制御コマンドの文法と意味、すなわち復号
処理装置7で行うべき処理内容を規定してはいるが、デ
ータ蓄積処理をする情報記録装置6および表示処理装置
8については定めていない。
【0005】図4は、図3の画像の復号処理装置7内部
の回路構成例である。図4において、バッファ制御部1
1、可変長復号器13、スキャン変換器14、逆量子化
器15、逆DCT部16、動き補償再生部20Bにより
復号処理が実行される。12はバッファ・メモリ、17
はフレーム・メモリであり、3つのI,P,Bフレーム
の画像を記憶する。なお、Iフレームとは当該フレーム
内の情報のみを用いて符号化したフレーム、Pフレーム
とは時間的に前のフレームの情報も利用して符号化した
フレーム、Bフレームとは時間的に前と後の両方のフレ
ームの情報も利用して符号化したフレームである。ま
た、51は符号化された画像データである入力されるビ
ット・ストリーム、55は予測誤差、57は再生画像を
示す。
【0006】次に、復号処理装置7の動作について説明
する。入力されたビット・ストリーム51は、バッファ
制御部11の制御により、バッファ・メモリ12に蓄積
される。バッファ・メモリ12から読み出されたデータ
は、可変長復号器13によって、可変復号される。それ
と同時に、可変長復号器13では8×8画素のブロック
と呼ばれる単位で、現在復号中のデータが表示されるべ
き画面上の位置を位置情報53を介して動き補償再生部
20Bに伝える。
【0007】次に、スキャン変換器14によりデータの
順序を並び変えた後、逆量子化器15により逆量子化さ
れ、逆DCT部16により逆離散コサイン変換される。
動き補償再生部20Bでは、画像の動きを考慮した再生
を行う。MPEG2では、時間的に前のフレーム(ここ
ではIフレーム)と時間的に後のフレーム(ここではP
フレーム)の両方から時間的に中間のフレーム(ここで
はBフレーム)の予測を行う。そのため、Bフレームの
再生には、予め復号されているIフレームとPフレーム
の予測フレーム・データをフレーム・メモリ17Iと1
7Pから読み出す必要がある。ここに、MPEG2で
は、時間的に後のPフレームはBフレームに先立って復
号される。
【0008】また、予測方式には、前述のフレーム予測
の他にフィールド予測があり、フレーム予測と同様に、
フィールド予測は時間的に前のフィールド(ここではI
フィルド)と時間的に後のフィールド(ここではPフィ
ールド)の両方から時間的に中間のフィールド(ここで
はBフィールド)の予測を行う。予測フレーム・データ
または予測フィールド・データと逆DCT部16の出力
である予測誤差55によりBフレームまたはBフィール
ドを動き補償再生部20Bで再生し、再生画素データと
してフレーム・メモリ17Bに書き込まれる。フレーム
・メモリ17I,17P,17B中にあるI,P,Bの
フレームは、所定の順で読み出され、再生画像57が出
力される。
【0009】表示処理装置8では、再生画像57の雑音
除去、フレーム・レート変換などの処理がなされる。
【0010】また、図5は情報記録装置6の一例である
ヘリカス・スキャン方式VTRテープの磁気記録の様子
と、高速サーチの際のヘッドの軌跡の一例を模式的に示
したものである。
【0011】画像再生装置において情報記録装置6がV
TRやDATのようなヘリカル・スキャン方式で記録・
再生を行う場合、高速サーチを行おうとしても、図5に
示したように、矢印95の方向へ移動する破線で示した
ヘッドの軌跡75は矢印96の方向へ移動するVTRテ
ープ70のトラック71と72を部分的にしか横切らな
い上、隣接するトラック71Aと72A,72Aと71
B,…,71Dと72Dは相互の漏れ込みを押さえるた
め、トラック71と72は異なるアジマス角で記録して
いる。そのため、右下りの斜線により示した信号検出可
能領域78A,78B,78Cは断片的かつ間欠的にし
か存在し得ない。
【0012】さらに、PフレームやBフレームはそれ単
独では復号画像を再構築することはできないので、断片
的なデータを間欠的にしか拾うことができないヘリカル
・スキャンの場合、元のフレームを、とびとびにせよ、
再構築することをいっそう難しくしていた。これに対
し、例えば特開平6−86215、同6−86218等
のようにIフレームのみを集めたチャネルを多重化記録
する第1の従来方法や、特開平5−211643のよう
にIフレームを固定長サイズのスライスに分割し、拾い
易い形で記録する第2の従来方法等が提案されていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】第1および第2の従来
方法では、記録する際に特別なデータの追加や加工、お
よび並べ替え等の制御を必要とするために、高速サーチ
の際に情報記録装置6から間欠的に送られてくるIフレ
ーム・データの一部を基に、復号処理装置7側でサーチ
画像を再生するためのMPEG規格を活かしたフレーム
・メモリ制御方法にはなっていないという解決されなけ
ればならない課題が残されていた。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明による動画像復号
方法と装置では、情報記録装置6から復号処理装置7に
対し、高速サーチ・モードを指示するモード指示手段
と、情報記録装置6に装着されたテープ等にヘリカル・
スキャン記録されたI,P,B各フレームを含む動画像
符号化ビット・ストリームから、高速サーチ・モード時
にMPEGで規定されたイントラ・スライス(前後のフ
レームまたはフィールドの情報を用いず符号化した16
×16画素単位のマクロブロックが同一行内で複数個連
続した部分画像)を抽出し、復号処理をするイントラ・
スライス抽出手段と、イントラ・スライス・データを表
示中のフレーム・メモリへ逐次重ね書きするフレーム・
メモリ制御手段を備える。
【0015】
【作用】モード指示手段により高速サーチ・モードが指
示された場合、イントラ・スライス抽出手段は、間欠的
に読み取れたビット・ストリーム中から、スライス・ヘ
ッダ内のフラグ等を判別し、イントラ・スライスであれ
ば、それを復号し、復号されたスライス・データをフレ
ーム・メモリ読み書き制御手段でスライス・ヘッダ等の
中の位置情報から算出したフレーム・メモリ・アドレス
へ直ちに書き込む。
【0016】このフレーム・メモリは高速サーチ・モー
ド開始時に表示に使用していたもので、そこに間欠的に
得られたスライス・データを逐次オーバー・ライトす
る。この時、表示は高速サーチ・モードが解除されるま
で、他のフレーム・メモリには切り替えない。また、高
速サーチ・モードが解除された後も、フレーム・メモリ
読み書き制御手段は次の表示可能なフレームが復号され
るまでフリーズ状態で高速サーチ時の最終画像を出力し
続ける。
【0017】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例による復号処
理装置7の回路構成を示したものである。図1におい
て、図4で説明した構成要素と同一の構成要素には同一
の名称および記号を付した。図4から新たに追加した構
成要素は動き補償再生部20内のモード・レジスタ2
1、ベクトル復号部22、フレーム・メモリ読み書き制
御部23およびモード信号56、モード設定コマンド5
2の2本の信号線である。
【0018】図2は、復号処理装置7での高速サーチを
含む処理動作を示したタイミング図である。同図におい
て、B0,B1,B2はBフレーム、P0,P1はPフ
レーム、IはIフレームを意味する。また、RW,R
R,DRはフレーム・メモリ17I,17P,17Bの
各タイム・スロット(1/2フレーム周期)におけるア
クセス処理の内容を示しており、RWは復号結果を書き
込む処理、RRはB,Pフレームを構築するためのI,
Pフレームからの参照用の再生読み出し処理、DRは再
生画像200として表示するための表示読み出し処理、
HSはシーケンス・ヘッダ又はGOPヘッダ・サーチ、
FFは早送り、FRは巻戻しサーチである。
【0019】同図(a)は復号の内容を、(b)は表示
の内容を、(c)はフレーム・メモリ17Iの処理状況
を、(d)はフレーム・メモリ17Pの処理状況を、
(e)はフレーム・メモリ17Bの処理状況を、(f)
は再生モードの内容を、(g)は表示モードの内容を表
わしている。
【0020】次に、図1および図2を用いて本実施例の
動作を説明する。通常再生モード時(図2の時間t1以
前)は入力ビット・ストリーム51はバッファ制御部1
1を経て、一旦バッファ・メモリ12に蓄えられた後、
所定の時間経過後に読み出され復号される(図2
(a))。
【0021】すなわち、可変長復号器13、スキャン変
換器14、逆量子化器15、逆DCT部16を経て動き
補償再生部20でフレーム画像B0,P1,B1を再構
築され、フレーム・メモリ17I,17P,17Bに図
2(c),(d),(e)のI−RW((c)ではすで
に図外の左側にて書き込みずみ),P1−RW,B0−
RWとして書き込まれる。それをフレーム周期でP0−
RR,P1−RRとして読み出しP0−RR−DR,B
0−RW−DR,DR,B1−RW−DRのように表示
読み出しをして再生画像57を図2(b)の時間t1以
前のB0,P0,B1のように得る。
【0022】ここで、時間t1において情報記録装置6
からモード設定コマンド52によりモード・レジスタ2
1に早送り(FF)が設定された場合について説明す
る。時間t1においてはモード・レジスタ21の出力
は、図2(f)のそれまでの通常再生を示す状態から、
早送りモードを示す特殊再生モード状態となり、モード
信号56としてバッファ制御部11とフレーム・メモリ
読み書き制御部23に伝えられる。バッファ制御部11
は早送りモードに切り替わると、その時間t1において
入力中のビット・ストリーム51のバッファ・メモリ1
2への書き込みアドレスを一時退避し、その時復号中の
フレームの復号が終わり次第、上記退避したアドレスか
らバッファの内容(情報記録装置6から送られてくる断
片的な符号化データ)を読み出し、可変長復号器13に
送り出す。
【0023】可変長復号器13は可変長復号しながら、
スライスの先頭を示すスライス・スタート・コードを探
し、さらにそれが、イントラ・スライス(イントラ・マ
クロブロックのみで構成されているスライス)か否かを
フラグで判定し、イントラ・スライスであれば図2
(a)の時間t1とt4の間の期間のようにイントラ・
スライスのみをスキャン変換器14に送り込む。ピクチ
ャー・ヘッダ等のイントラ・スライス以外ののデータは
廃棄する。
【0024】それと同時に可変長復号器13はスキャン
変換器14に送り込んだデータが表示されるべき画面上
の位置情報53をスライス・ヘッダとマクロブロック中
から抜き出し、動き補償再生部20に伝える。すなわ
ち、モード信号56により早送りまたは巻戻しサーチを
指示されると、バッファ制御部11,バッファ・メモリ
12および可変長復号器13はイントラ・スライスとそ
の位置情報53のみを抽出するイントラ・スライス抽出
手段として動作することになる。
【0025】一方フレーム・メモリ読み書き制御部23
はモード信号56が時間t1において早送りモードに替
わると、現在表示読み出し中のフレーム・メモリ17B
に表示読み出し対象および復号データ書き込み対象を固
定して図2(e)のRW−DRの動作にすると共に、逆
DCT部16から送られてきた復号画像データを書き込
むべきフレーム・メモリ17のアドレスを可変長復号器
13から位置情報53として与えられたブロック・アド
レスより計算し、書き込み処理を行う。
【0026】この結果、間欠的に復号されたイントラ・
スライス単位のデータが1つのフレーム・メモリ17
(図2の例示では17B)に、次々にオーバー・ライト
(RW)されるため、それを表示読み出し(DR)して
(図2(e))、図2(b)のFF/FRで示した期間
高速サーチ画像の表示を得ることができる。
【0027】次に、高速サーチ・モードから通常再生に
もどる際の動作について説明する。時間t2において情
報記録装置6からモード設定コマンド52によりモード
・レジスタ21に通常再生モードが設定されると、バッ
ファ制御部11はバッファ12をクリアし、シーケンス
・ヘッダまたはGOP(Group of Pictures )ヘッダを
待つ。
【0028】この時間t2〜t4までのヘッダ・サーチ
(HS)により、どちらかを見つけると、バッファ・メ
モリ12への蓄積を開始し、Iフレーム(図2(c))
を待って時間t4からIフレームの再生書き込み(I−
RW)をして復号を開始する。この間、すなわち、時間
t3からt5の間はフレーム・メモリ17Bから図2
(e)のように表示読み出し(DR)をして、(b)の
表示および(g)の表示モードはフリーズの状態とな
る。
【0029】このフリーズの期間中は、フレーム・メモ
リ読み書き制御部23は、表示中のフレーム・メモリ1
7Bを切り替えることなく、かつ新たに復号画像データ
を書き込むことなく表示し続けてフリーズ状態を維持す
る。表示すべき最初のフレームが時間t4以後のフレー
ム・メモリ17I(図2(c))および17P(図2
(d))への書き込みおよび読み出し(I−RW,I−
RR,B2−RW)により再構築できた時間t5で初め
てフリーズを解除する。
【0030】フリーズを解除した時間t5の状態で、
(b)の表示はフレームI又はB2を表示し、(g)の
表示モードは通常モードに戻る。このとき、フレーム・
メモリ17Iおよび17Pは、(c)および(d)に示
すようにIフレームの再生読み出しおよび表示読み出し
(I−RR−DR)をし、B2フレームの再生書き込み
(B2−RW)をしている。
【0031】以上の説明は、早送りモードについて説明
したが、巻戻しサーチ(FR)についてもVTRテープ
70からの読み出し方向が異なるだけで復号処理装置7
としては同様の処理で対処できることは明白である。な
お、本実施例ではGOP構造をIフレームのほかにB、
P両フレームを同時に含むことを前提で説明したが、I
またはPのみ、またはIとBのみ、またはIのみのビッ
ト・ストリームにも対応できることは以上の説明から明
らかである。
【0032】次に、第2の実施例について説明する。大
まかな構成、動作は図1による第1の実施例と同じであ
るため、相違点のみ説明する。第1の実施例では、高速
サーチの際の入力ビット・ストリーム51はVTRテー
プ70から読み取った断片的なビット・ストリームのま
まである。
【0033】第2の実施例では、情報記録装置6におい
て、上記断片的なビット・ストリーム51を予め成形
し、トラックとトラックの切り替わりにおける雑音や、
途中から始まったり、途切れているといった中途半端な
スライスは除去し、除去した部分は画像には影響のない
固定データで埋めるスタッフィングで置き換える等の処
理を施している。この結果、図1のバッファ制御部11
の動作はイントラ・スライスの抽出に絞ることができ、
復号処理装置は標準的なデコーダLSIを用いて構成す
ることが容易となる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるディ
ジタル動画像復合方法と装置は、ヘリカル・スキャン方
式で記録したP,Bフレームを含むMPEG準拠のビッ
ト・ストリームに対し、なんら特別のストリームを付加
したり、加工したりすることなく、高速サーチが可能と
なるので、処理が単純で、コストおよび回路規模の増加
を最小限に押さえることができる。また、冗長な情報を
含まないので、その分ビット・レートを押さえるか、同
一ビット・レートならばより高品質の画像を記録・再生
できる。
【0035】また、高速サーチ解除時に通常再生の画像
が準備できるまでフリーズすることにより、操作時の違
和感や不快感を軽減し、使い勝手の向上を図れる。した
がって本発明の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路構成図である。
【図2】図1に示した装置のタイム・チャートである。
【図3】従来の復号処理装置を含む符号化データ蓄積再
生装置の構成図である。
【図4】従来の復号処理装置の回路構成図である。
【図5】従来の情報記録装置であるVTRテープの磁気
記録の様子と高速サーチのヘッドの軌跡を示した模式図
である。
【符号の説明】
6 情報記録装置 7 復号処理装置 8 表示処理装置 11 バッファ制御部 12 バッファ・メモリ 13 可変長復号器 14 スキャン変換器 15 逆量子化器 16 逆DCT部 17 フレーム・メモリ 20 動き補償再生部 21 モード・レジスタ 22 ベクトル復号部 23 フレーム・メモリ読み書き制御部 51 ビット・ストリーム 52 モード設定コマンド 53 位置情報 55 予測誤差 56 モード信号 57 再生画像 59 画像出力 70 VTRテープ 71,72 トラック 75 ヘッドの軌跡 78 信号検出可能領域 95,96 矢印 B0〜B2 Bフレーム DR 表示読み出し FF 早送り FR 巻戻しサーチ HS ヘッダ・サーチ I Iフレーム P0,P1 Pフレーム RR 再生読み出し RW 再生書き込み t1〜t5 時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 嘉郁 東京都渋谷区代々木4丁目36番19号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 永井 律彦 東京都渋谷区代々木4丁目36番19号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 小林 孝之 東京都渋谷区代々木4丁目36番19号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 西塔 隆二 東京都渋谷区代々木4丁目36番19号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 後藤 勝巳 東京都渋谷区代々木4丁目36番19号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・ラボラトリーズ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄積されたディジタル動画像データの高
    速サーチ状態において、前記高速サーチにより得られる
    動画像データのビット・ストリーム(51)から、それ
    のみで部分画像を構成し得るイントラ・スライスを抽出
    し、前記部分画像の位置情報(53)を得るためのイン
    トラ・スライス抽出処理(11,12,13)をし、 フレーム画像データを書き込み読み出すためのフレーム
    ・メモリ(17)の前記位置情報(53)により示され
    た位置に前記イントラ・スライスの画像データをオーバ
    ー・ライトして読み出し、再生画像(57)を得るよう
    に制御するフレーム・メモリ読み書き制御処理(23)
    をするディジタル動画像復号方法。
  2. 【請求項2】 前記フレーム・メモリ読み書き制御処理
    (23)において、 前記高速サーチ状態が解除されて通常速度での再生状態
    に入ったとき、前記通常速度での再生画像の最初の1フ
    レームの復号が完了するまでは、前記高速サーチ状態の
    解除される直前の前記再生画像(57)を得るように動
    作する請求項1のディジタル動画像復号方法。
  3. 【請求項3】 蓄積されたディジタル動画像データの高
    速サーチ状態において、前記高速サーチにより得られる
    動画像データのビット・ストリーム(51)から、それ
    のみで部分画像を構成し得るイントラ・スライスを抽出
    し、前記部分画像の位置情報(53)を得るためのイン
    トラ・スライス抽出手段(11,12,13)と、 フレーム画像データを書き込み読み出すためのフレーム
    ・メモリ(17)の前記位置情報(53)により示され
    た位置に前記イントラ・スライスの画像データをオーバ
    ー・ライトして読み出し、再生画像(57)を得るよう
    に制御するフレーム・メモリ読み書き制御手段(23)
    とを含むディジタル動画像復号装置。
  4. 【請求項4】 前記フレーム・メモリ読み書き制御手段
    (23)が、 前記高速サーチ状態が解除されて通常速度での再生状態
    に入ったとき、前記通常速度での再生画像の最初の1フ
    レームの復号が完了するまでは、前記高速サーチ状態の
    解除される直前の前記再生画像(57)を得るように動
    作する請求項3のディジタル動画像復号装置。
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