JPH10285548A - 符号化装置及び方法、復号装置及び方法、編集方法 - Google Patents

符号化装置及び方法、復号装置及び方法、編集方法

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JPH10285548A
JPH10285548A JP8531997A JP8531997A JPH10285548A JP H10285548 A JPH10285548 A JP H10285548A JP 8531997 A JP8531997 A JP 8531997A JP 8531997 A JP8531997 A JP 8531997A JP H10285548 A JPH10285548 A JP H10285548A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動画像信号をＧＯＰ構造で符号化して書き込
み可能なディスクメディア等へ記録し、その後ユーザが
データを編集して自由に画像再生の経路を選択して、そ
の再生経路で動画像を復号する時にシームレスな画像再
生を可能にする。 【解決手段】 入力動画像信号をＭＰＥＧのＧＯＰ構造
で符号化するものであり、デコーダのバッファメモリの
ビット占有量を想定して、入力動画像信号の符号化ビッ
ト量を制御する符号化難易度計算回路２０９，ビットレ
ート指定器２１０及びレートコントローラ２１１と、上
記符号化ビット量に基づいて入力動画像信号を符号化す
るビデオエンコーダ２０２と、符号化された入力動画像
信号と他の符号化された信号とから出力ビットストリー
ムを生成する多重化器２０４とを有し、各信号の符号化
ビットレートの最大値の総和が、デコーダのバッファメ
モリへの入力ビットストリームよりも小さくなるように
符号化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディジタル
ビデオ信号及びディジタルオーディオ信号を高能率符号
化し、例えば光磁気ディスク等の記録媒体に記録し、そ
の内容を編集し、これを復号し、表示する場合等に用い
て好適な符号化装置及び方法、復号装置及び方法、編集
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ディジタルビデオ信号はデータ
量が極めて多いため、これを小型で記憶容量の少ない記
録媒体に長時間記録したい場合、または、これを限られ
た容量の通信路の中で多くのチャネル数で伝送したい場
合には、このディジタルビデオ信号を高能率符号化する
ことが不可欠となる。このような要求に応えるべく、ビ
デオ信号の相関を利用した高能率符号化方式が提案され
ており、その一つにいわゆるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ
Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）方式があ
る。
【０００３】ＭＰＥＧ方式は、先ずビデオ信号のフレー
ム間の差分を取ることにより時間軸方向の冗長度を落
し、その後、離散コサイン変換｛ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅ
ｔｅＣｏｓｉｎｅ Ｔｒａｓｆｏｒｍ）｝等の直交変換
手法を用いて空間軸方向の冗長度を落し、このようにし
てビデオ信号を能率良く符号化する。
【０００４】ＭＰＥＧの符号化では、各フレームの画像
を、Ｉピクチャ、ＰピクチャまたはＢピクチャの３種類
のピクチャのいずれかのピクチャとし、画像信号を圧縮
符号化する。また、ＭＰＥＧでは動画像シーケンスの中
でＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）単位のランダム
アクセス再生（途中からの再生）を可能とするために、
各ＧＯＰには識別子としてＧＯＰスタートコードが付加
される。
【０００５】一方、ＭＰＥＧの復号では、復号器におい
て、符号化情報（ビットストリーム）の中から指定され
たＧＯＰのＧＯＰスタートコードを検出し、そのＧＯＰ
から復号を開始することにより、動画像シーケンスの途
中からの再生を可能としている。
【０００６】例えば図５に示すように、フレームＦ０乃
至Ｆ８までの９フレームの画像信号をＧＯＰとし、それ
ぞれＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャで符号化され
るフレームを表すとする。Ｉピクチャのフレームは、そ
の画像情報だけで符号化して伝送する（イントラ符号
化）。これに対して、Ｐピクチャのフレームは、基本的
には、図５の（Ａ）に示すように、それより時間的に過
去にあるＩピクチャまたはＰピクチャのフレームを予測
画像として、予測残差信号を符号化して伝送する（順方
向予測符号化）。さらにＢピクチャのフレームは、基本
的には図５の（Ｂ）に示すように、時間的に過去及び未
来にある参照フレームの両方を予測画像として、予測残
差信号を符号化して伝送する（双方向予測符号化）。た
だし、フレームＦ０とＦ１については、時間的に過去に
ある参照フレームが存在しないので、未来の参照フレー
ムだけを予測画像として、予測残差信号を符号化して伝
送する（逆方向予測符号化）。
【０００７】このようにＧＯＰ構造で符号化されている
動画像信号をランダムアクセスが可能な光ディスク等の
記録媒体に記録すれば、ユーザは画像再生のスタート点
をＧＯＰ単位で選択できる。例えば、図６に示すような
０番目からｎ＋１番目までのＧＯＰ（GOP-0〜GOP-(n+
1)）からなる符号化情報のビットストリームがあったと
した場合に、例えば図中random_accessとして示すアク
セスポイントのｎ番目のＧＯＰ（GOP-n）ヘラングムア
クセスして、そこから再生開始できる。この代表的なア
プリケーションとしては、例えば圧縮したビデオ信号を
いわゆるコンパクト・ディスク（商標）に記録するビデ
オＣＤや、例えば読み出し専用のディジタル・ビデオ・
ディスク（商標、ＤＶＤ−ｖｉｄｅｏ）がある。
【０００８】最近は、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書き込み可
能な大容量のディスクメディアが注目されている。これ
に動画像信号を記録できるようにすれば、従来ある磁気
テープメディアに記録するアプリケーションに比べて、
ランダムアクセス再生やスキップ再生や編集を簡単に行
なえる可能性がある。ここで、上記スキップ再生とは、
図７に示すように、例えば０番目からｍ番目までのＧＯ
Ｐ（GOP-0〜GOP-m）からなる符号化情報のビットストリ
ームがあったとした場合において、例えば図中out-1に
て示すアウト点から図中in-1にて示すイン点まで再生を
飛び越し、また図中out-2にて示すアウト点から図中in-
2にて示すイン点まで再生を飛び越す、というような経
路をとる再生方法である。
【０００９】このスキップ再生は、例えばオーディオ用
のいわゆるＭＤ（商標：ＭｉｎｉＤｉｓｃ）で実用化さ
れており、これによればユーザがディスクに記録したオ
ーディオ信号からフレーム（一定数の標本化データをま
とめたもの）単位で再生経路を自由に選択することがで
きる。そして、その経路で再生した時に、ユーザに再生
信号の途切れを感じさせないように連続して（シームレ
スに）再生できる。オーディオ用のＭＤの場合、シーム
レスなスキップ再生を実現するために、オーディオデコ
ーダの前段にトラックバッファメモリを用意して、光学
ピックアップがアウト点からイン点までサーチしている
間、すなわち、ディスクからのデータの読み出しが停止
している間に、再生が途切れないために必要なデータ量
をディスクから先読みしてトラックバッファメモリに記
憶している。ＭＤでは、高能率符号化されたオーディオ
信号の全てのフレームは、同じビット量で符号化されて
いるので、どのような再生経路をとってもトラックバッ
ファメモリが破綻、すなわちアンダーフロウまたはオー
バーフロウすることはなく、シームレスな再生ができ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】一方、動画像信号をＧ
ＯＰ構造で符号化して、それを光ディスクメディア等に
記録する時、シームレスなスキップ再生を実現するため
の方法については、十分な検討がされていない。
【００１１】すなわち、高能率符号化された動画像信号
のフレーム毎の符号化ビット量はＩ，Ｐ，Ｂのピクチャ
タイプや絵柄によって変化するものであり、したがっ
て、動画像信号を符号化する時は、デコーダ側の入力バ
ッファメモリがアンダーフロウやオーバーフロウしてし
まわないように、順次入力されるフレームの符号化ビッ
ト量を制御しなければならないが、この時、スキップ再
生をして再生経路を変更してデコーダ側の入力バッファ
メモリへの入力フレームの順序を変更したりすると、当
該デコーダ側の入力バッファメモリがアンダーフロウま
たはオーバーフロウする可能性がある。
【００１２】そのため、従来はスキップ再生をする時に
は、スキップ先のＧＯＰの読み出し開始に先だって、デ
コーダ側の入力バッファメモリの中身をクリヤし、その
後にそのスキップ先のＧＯＰを読み出すようにしている
が、この方法だと、スキップ先のＧＯＰの復号を開始す
るまでに遅延（スタートアップの遅延）が発生するの
で、スキップ前の最後のフレームとスキップ先の最初の
フレームの間でシームレスな画像再生ができない。
【００１３】また、別の例として、上記ＤＶＤ−ｖｉｄ
ｅｏでは、再生経路を変更できるポイントを予めそのデ
ィスクの作成者（ディレクター）が決めており、その限
定された再生経路内であればスキップ再生をシームレス
にできるように、論理的にデータを光ディスクに記録し
ている。したがって、ディレクターから提供される再生
経路以外では、シームレスな画像再生の保証はない。
【００１４】そこで、本発明はこのような実情に鑑みて
なされたものであり、動画像信号をＧＯＰ構造で符号化
して、書き込み可能なディスクメディア等へ記録し、そ
の後で、ユーザがデータを編集して自由に画像再生の経
路を選択して、その再生経路で動画像を復号する時に、
シームレスな画像再生を可能にする符号化装置及び方
法、復号装置及び方法、編集方法を提供することを目的
とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の符号化装置及び
方法は、入力ディジタル信号を複数フレームからなる所
定の符号化グループ構造で符号化するとき、復号時の仮
想バッファメモリのビット占有量を想定し、その想定値
に基づいて入力ディジタル信号の符号化ビット量を決定
し、この決定した符号化ビット量に基づいて入力ディジ
タル信号を符号化し、符号化した入力ディジタル信号と
他の符号化されたディジタル信号とから出力ビットスト
リームを生成する。符号化ビット量の決定の際には、復
号時に使用されるバッファメモリへの入力ビットレート
よりも、符号化された各ディジタル信号のビットレート
の最大値の総和が小さくなるように符号化ビット量を決
定することにより、上述した課題を解決する。
【００１６】また、本発明の復号装置及び方法は、ディ
ジタル信号が複数フレームからなる所定の符号化グルー
プ構造で符号化された符号化ビットストリームを復号す
るとき、符号化されたディジタル信号を蓄積する際の蓄
積量を検査し、その蓄積量と符号化されたディジタル信
号に付加されている入力タイミング情報とに基づいて蓄
積を制御するとともに、符号化されたディジタル信号に
付加された編集に関連する再生制御信号が飛び越し再生
を指示する場合に蓄積量に空きがあれば、符号化された
ディジタル信号に付加されている入力タイミング情報を
無視して蓄積することにより、上述した課題を解決す
る。
【００１７】さらに、本発明の編集方法は、ディジタル
信号が複数フレームからなる所定の符号化グループ構造
で符号化された符号化ビットストリームが記録された記
録媒体を再生して編集するとき、飛び越し再生する場合
には、符号化グループの先頭のフレームを飛び越し再生
の跳躍到達点とし、跳躍到達点から次の飛び越し再生の
跳躍開始点までの長さの最低値を所定値に規定すること
により、上述した課題を解決する。
【００１８】すなわち、本発明においては、例えば、記
録媒体に記録された動画像などのディジタル信号をＧＯ
Ｐなどの符号化グループ単位でシームレスにスキップ再
生できるようにするために、符号化時には符号化ビット
レートの最大値をデコーダ側への入力ビットレートより
も小さくし、編集時には編集のイン点から次のアウト点
までのシーケンス長さの最低値を規定し、編集ストリー
ムを復号する時には入力タイミング情報を無視してデコ
ーダ側のバッファに空きがあればいつでも入力するよう
に制御する。
【００１９】
【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説明する。
【００２０】先ず、本発明の符号化装置及び方法を実現
する実施の形態について、図１に示す動画像信号記録装
置を参照して説明する。
【００２１】この図１において、端子２００から入力さ
れた動画像信号Ｓ３１は、フレームメモリ２０１に記憶
される。符号化難易度計算回路２０９は、フレームメモ
リ２０１に記憶された画像データＳ３７の所定時間毎の
符号化難易度Ｓ３８を計算する。ビットレート指定器２
１０は、所定時間毎の符号化難易度Ｓ３８に基づいて、
所定時間毎の符号化ビットレートＲｅｎｃを計算し、こ
の符号化ビットレートＲｅｎｃをレートコントローラ２
１１に指定する。なお、上記所定時間は、例えば、１Ｇ
ＯＰの長さとすると良く、０．５秒程度が良い。上述の
符号化難易度とＲｅｎｃの計算方法の例は、本件出願人
による特願平７−１０８８６０号、特願平７−３１１４
１８号の明細書及び図面にて既に提案している。
【００２２】符号化難易度計算回路２０９の内容につい
て簡単に説明する。該符号化難易度計算回路２０９は、
入力画像信号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２０９
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。
【００２３】上記ビットレート指定器２１０は、上記符
号化難易度計算回路２０９からの符号化難易度Ｓ３８に
基づいて符号化ビットレートＲｅｎｃを求める。具体的
に言うと、当該ビットレート指定器２１０は、端子２１
２から指定される符号化ビットレートＲｅｎｃの最大値
ＲＥｍａｘと、上記符号化難易度Ｓ３８とに基づいて、
所定時間毎の符号化ビットレートＲｅｎｃを求めてい
る。なお、ビットレート指定器２１０が指定する符号化
ビットレートＲｅｎｃは、最大値ＲＥｍａｘ以下であ
る。この最大値ＲＥｍａｘの決め方については、後述す
る。
【００２４】レートコントローラ２１１は、符号化ビッ
トレートＲｅｎｃに基づいて、フレームメモリ２０１か
らビデオエンコーダ２０２に入力されるピクチャＳ３１
の目標符号化ビット量Ｓ３５を指定する。したがって、
ビデオエンコーダ２０２は、ピクチャＳ３１を目標符号
化ビット量Ｓ３５になるようにエンコードする。また、
この時、ビデオエンコーダ２０２にて実際に発生したビ
ット量Ｓ３６は、レートコントローラ２１１へ入力され
る。レートコントローラ２１１は、ピクチャＳ３１の目
標符号化ビット量Ｓ３５を計算する時、デコーダ側の入
力バッファメモリのビット占有量を想定して、当該デコ
ーダ側の入力バッファメモリをアンダーフロウおよびオ
ーバーフロウさせないように、上記ビデオエンコーダ２
０２に順次入力されるフレームの符号化ビット量を制御
する。
【００２５】上記ビデオエンコーダ２０２からの符号化
ビットストリームＳ３２はバッファメモリ２０３へ入力
される。
【００２６】多重化器２０４は、多重化ビットレートＲ
ｍｕｘでビットストリームＳ３３をバッファメモリ２０
３から読み込む。多重化ビットレートＲｍｕｘは、符号
化ビットレートＲｅｎｃの最大値ＲＥｍａｘよりも大き
い値である。多重化器２０４は、ある時間間隔では、バ
ッファメモリ２０３にビットストリームがある場合、多
重化ビットレートＲｍｕｘでこのバッファメモリ２０３
からビットストリームＳ３３を読み込み、またある時間
間隔では、バッファメモリ２０３からのデータ読み出し
を停止して、図示していないオーディオ等の別のビット
ストリームを読み込む。したがって、バッファメモリ２
０３が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とゼロで断続的に行なわれることにな
る。バッファメモリ２０３からの断続的な読み込みのビ
ットレートの所定時間毎の平均値は、その時の動画像の
符号化ビットレートＲｅｎｃに等しくなる。
【００２７】多重化器２０４は、ビットストリームＳ３
３と図示していない他のオーディオ等の入力ビットスト
リームを時分割で多重化し、一つのビットストリームに
する。
【００２８】このビットストリームは、ＥＣＣエンコー
ダ２０５によってエラー・コレクション・コード（ＥＣ
Ｃ）が付加され、変調回路２０６に送られる。この変調
回路２０６では、上記ＥＣＣエンコーダ２０５の出力に
対して、所定の変調処理、例えば８−１４変調等の処理
を施す。
【００２９】この変調回路２０６の出力は、記録ヘッド
２０７に送られ、この記録ヘッド２０７にて信号Ｓ３４
が光ディスク２０８に記録される。
【００３０】次に、本発明の復号装置及び方法を実現す
る実施の形態について、図２に示す再生装置を参照して
説明する。
【００３１】図２において、ディスク３００には、図１
で説明した記録装置を使って記録された動画像符号化信
号が記録されている。再生ヘッド３０２は、ディスク３
００からデータＳ２０を読み込む。このデータは、復調
回路３０３に送られ、復調回路３０３では、図１の変調
回路２０６に対応する復調処理を施す。この復調回路３
０３の出力は、ＥＣＣデコーダ３０４に送られ、図１の
ＥＣＣエンコーダ２０５に対応するデコード処理を行な
う。このＥＣＣデコーダ３０４の出力ビットストリーム
Ｓ２１は、ソースデコーダ３０５へ入力される。このソ
ースデコーダ３０５にて復号された各再生信号（後述す
る各データＳ５３，Ｓ５６，Ｓ５９）は端子３０６から
出力される。
【００３２】ここで、ディスク３００がらのデータＳ２
０の読み込みは、再生コントローラ３０１が制御する。
再生ヘッド３０２がデータＳ２０を読み込んでいる時、
ＥＣＣデコーダ３０４からソースデコーダ３０５へのビ
ットストリームＳ２１の入力ビットレートはＲＢｉｎで
あり、また再生ヘッド３０２がデータの読み込みを停止
している時、ＥＣＣデコーダ３０４からはデータが出力
されない。
【００３３】図２のソースデコーダ３０５の構成につい
て、図３を参照して説明する。
【００３４】図３において、端子４００から入力された
ビットストリームＳ２１は、トラックバッファメモリ４
０１ヘビットレートＲＢｉｎで入力される。そして、ト
ラックバッファメモリ４０１からビットレートＲＢｉｎ
でビットストリームＳ２２が分離器４０２へ入力され
る。
【００３５】ここで、ビットストリームＳ２２には、符
号化されたビデオ信号、符号化されたオーディオ信号、
システム信号、及び再生制御情報が時分割で多重化され
ている。ここでシステム信号とは、ビデオ信号とオーデ
ィオ信号のＡＶ同期再生情報などであり、また再生制御
情報とは、ディスク上に記録されるビデオプログラムの
再生経路を表す情報であり、この再生経路はユーザが編
集作業を行なうなどして指示するものである。
【００３６】分離器４０２は、多重化ビットストリーム
Ｓ２２を符号化ビデオ信号Ｓ５１と、符号化オーディオ
信号Ｓ５４と、システム信号Ｓ５７と、再生制御情報Ｓ
６０とに分離して、それぞれビデオバッファメモリ４０
３、オーディオバッファメモリ４０６、システムバッフ
ァメモリ４０９、再生制御情報バッファメモリ４１２へ
供給する。
【００３７】ビデオデコーダ４０４は、ビデオバッファ
メモリ４０３からデータＳ５２を読み出し、それを復号
して再生ビデオ信号Ｓ５３を出力する。オーディオデコ
ーダ４０７は、オーディオバッファメモリ４０６からデ
ータＳ５５を読み出し、それを復号して再生オーディオ
信号Ｓ５６を出力する。システムデコーダ４１０は、シ
ステムバッファメモリ４０９からデータＳ５８を読み出
し、それを復号してシステム情報Ｓ５９を出力する。再
生制御情報デコーダ４１３は、再生制御情報バッファメ
モリ４１２からデータＳ６１を読み出し、それを復号し
て再生制御情報Ｓ６６を出力する。再生制御情報Ｓ６６
は、図２の再生装置の再生コントローラ３０１へ供給さ
れる。
【００３８】バッファ占有量検査器４１６は、ビデオバ
ッファメモリ４０３のビット占有量を検査し、ビデオバ
ッファメモリ４０３が一杯（フル）になると、それを表
す指示信号Ｓ７０を分離器４０２へ指示して、分離器４
０２の分離動作を停止させる。その結果、ビデオバッフ
ァメモリ４０３へのビットストリームＳ５１の入力は停
止する。
【００３９】バッファ占有量検査器４１５は、トラック
バッファメモリ４０１のビット占有量を検査し、トラッ
クバッファメモリ４０１が一杯（フル）になると、それ
を表す指示信号Ｓ６７を出力する。この指示信号Ｓ６７
は、図２の再生装置の再生ヘッド３０２へ指示され、デ
ィスク３００からのデータ読み出しを停止させる。その
結果、トラックバッファメモリ４０１へのビットストリ
ームＳ２１の入力は停止する。
【００４０】上述の図１の記録装置で示したビデオデー
タの符号化ビットレートの最大値ＲＥｍａｘは、図３の
トラックバッファメモリ４０１へ入力される多重化ビッ
トストリームＳ２１のビットレートＲＢｉｎに関係する
値となる。ビットレートＲＢｉｎは、上記符号化ビデオ
信号Ｓ５１、符号化オーディオ信号Ｓ５４、システム信
号Ｓ５７、再生制御情報Ｓ６０のそれぞれの最大ビット
レートの総和よりも大きい必要がある。
【００４１】ここで、例えば前記最大値ＲＥｍａｘは次
のようにして決定される。符号化オーディオ信号Ｓ５
４、システム信号Ｓ５７、再生制御情報Ｓ６０は、一般
に一定ビットレートであるので、これら３つのビットレ
ートの総和をビットレートＲＢｉｎから差し引いた残り
のビットレートから所定のマージンを差し引いたビット
レートを、ビデオ符号化ビデオレートの最大値ＲＥｍａ
ｘとする。
【００４２】図２の再生装置でスキップ再生をする時の
ソースデコーダ３０５の動作について、具体的に前述し
た図７と、図５を用いて説明する。
【００４３】前記図７の例では、０番目からｍ番目まで
のＧＯＰ（GOP-0〜GOP-m）の連続した動画像の符号化ビ
ットストリームがディスク上に記録されている時に、１
番目のＧＯＰ（GOP-1）の最後のアウト点（out-1）から
ｎ番目のＧＯＰ（GOP-n）の先頭のイン点（in-1）へ再
生をスキップする例を挙げている。この時、図１のビデ
オエンコーダ２０２がｍ番目のＧＯＰ（GOP-m）とｎ番
目のＧＯＰ（GOP-n）を符号化した時に想定したデコー
ダ側の入力デコーダバッファメモリ（以下、仮想デコー
ダバッファと呼ぶ。このバッファメモリは、ＭＰＥＧに
おけるｖｂｖバッファに対応する）のビット占有量の軌
跡を、それぞれ図５の（ａ）と図５の（ｂ）に示す。
【００４４】図５の（ａ）の図の見方について説明す
る。図中ＢＶの大きさは、仮想デコーダバッファの大き
さを示す。例えばＭＰＥＧ２のＭＰ＠ＭＬ（Ｍａｉｎ
Ｐｒｏｆｉｌｅ ａｔ Ｍａｉｎ Ｌｅｖｅｌ）では、
ＢＶの大きさは１．７５Ｍｂｉｔである。仮想デコーダ
バッファのビット占有量は図中の斜線の部分が表す。右
上がりの直線の傾斜は仮想デコーダバッファへの入力ビ
ットレートを表し、ここではその値は前記ビットレート
ＲＢｉnである。仮想デコーダバッファヘのビットスト
リーム入力は、ビット占有量が一杯（＝ＢＶ）になると
停止する。図中垂直に上から下へ書かれた線分の長さは
符号化フレームのビット量を表し、（１／Ｐ）秒毎に各
フレームがデコードされることによって、ビット占有量
が瞬間的に減少する。ここでＰは、テレビジョン標準方
式のＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）では２９．９７
Ｈｚであり、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎ ｂｙ Ｌｉｎｅ）では２５Ｈｚである。エンコー
ドされた各フレームが仮想デコーダバッファへ入力され
る時刻は、ビデオビットストリームが多重化される時に
ＭＰＥＧ多重化ビットストリームのＳＣＲ（Ｓｙｓｔｅ
ｍ Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｒｅｒｅｎｃｅ）またはＰＣＲ
（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）
に符号化される。
【００４５】図５の例は、スキップ再生をする時のデコ
ーダにとってのワーストケースを示している。すなわ
ち、１番目のＧＯＰ（GOP-1）からｎ番目のＧＯＰ（GOP
-n）へスキッブ再生する時に、その接続点における画像
を再生する時のデコーダバッファメモリのビットストリ
ーム入出力量が最大になるケースを示している。図５の
（ａ）の１番目のＧＯＰ（GOP-1）の中のスキップ再生
のアウト点（out-1）にあたる符号化フレームは、図中a
_outにて示す位置のフレームであり、そのビット量はＢ
Ｖである。また図５の（ｂ）のｎ番目のＧＯＰ（GOP-
n）の中のスキップ再生のイン点（in-1）点にあたる符
号化フレームは、図中a_inにて示す位置のフレームであ
り、そのビット量はＢＶである。
【００４６】図５の（ｃ）の実線のノコギリ状の軌跡
は、１番目のＧＯＰ（GOP-1）からｎ番目のＧＯＰ（GOP
-n）ヘスキップ再生する時の仮想デコーダバッファのビ
ット占有量の軌跡を示す。図５の（ｃ）について、図３
のソースデコーダ３０５の動作と関係づけて説明する。
なお、この例では簡単のために、ビデオデータだけのビ
ットストリームをデコードする場合を説明する。図５の
（ｃ）の図中ＢＢの大きさは、図３のトラックバッファ
メモリ４０１とビデオバッファメモリ４０３の大きさを
合わせた大きさである。この２つのバッファメモリ４０
１と４０３の大きさを合わせたものがデコーダ側のバッ
ファメモリに相当し、以下の説明ではデコーダバッファ
と呼ぶ。
【００４７】このデコーダバッファのビット占有量を一
杯の状態にしてから、１番目のＧＯＰ（GOP-1）のデコ
ードをはじめて、時刻ｔｊにデコーダバッファへの１番
目のＧＯＰ（GOP-1）の読み込みを終了し、そしてディ
スク上のｎ番目のＧＯＰ（GOP-n）のアドレスのサーチ
を開始する。
【００４８】次に、時刻ｔｓからｎ番目のＧＯＰ（GOP-
n）のデコーダバッファへの入力が始まる。時刻ｔｊか
ら時刻ｔｓまでは、ディスクからデコーダバッファへの
入力は停止するので、この区間ではバッファヘの入力ビ
ットレートはゼロである。ｎ番目のＧＯＰ（GOP-n）の
先頭のフレームa_inをデコードした直後には、デコーダ
バッファのビット占有量はゼロになる。
【００４９】その後は、（１／Ｐ）秒毎にｎ番目のＧＯ
Ｐ（GOP-n）の各フレームがデコードされる。またデコ
ーダバッファヘは、ビットレートＲＢｉｎで当該バッフ
ァが一杯になるまでビットストリームが入力され、バッ
ファが一杯になると停止する。この場合、デコーダバッ
ファへの各符号化されたフレームの入力タイミングは、
元々の多重化ビットストリームの各符号化されたフレー
ムに付加されている入力タイミング、すなわちＳＣＲま
たはＰＣＲを無視して、デコーダバッファに空きがあれ
ばいつでも入力するように制御される。この時、符号化
ビデオデータのビットレートの最大値ＲＥｍａｘは、バ
ッファヘの入力ビットレートＲＢｉｎよりも小さいの
で、遅くとも時間τｘの後に再びデコーダバッファのビ
ット占有量は一杯になることが保証される。
【００５０】図５の（ｃ）で、デコーダバッファ、すな
わちトラックバッファメモリ４０１（ＢＴ）とビデオバ
ッファメモリ４０３（ＢＤ）に最低必要な大きさＢＢ
は、次式 ＢＴ＝ＲＢｉn＊seek_time ＢＤ＝２＊ＢＶ−ＲＢｉｎ／Ｐ ＢＢ＝ＢＴ＋ＢＤ にて表される。ここで、式中のseek_timeはスキップ再
生する時のイン点からアウト点をサーチするまでの時間
の最大値である。なお、図５の（ｃ）の時刻ｔｊからの
図中一点鎖線のノコギリ状の軌跡は、上記サーチ時間se
ek_timeがゼロの時のデコーダバファのビット占有量の
軌跡を表している。サーチ時間seek_timeが大きくなる
ほど、ＢＴは大きくなる。また、上記時間τｘは、次式 τｘ＝（ＢＶ＋ＢＴ）／（ＲＢｉｎ−ＲＥｍａｘ） にて表される。
【００５１】ところで、図５ではビデオ信号だけをデコ
ードする場合について説明したが、オーディオ信号につ
いても、図３のデコーダシステムの分離器４０２にて、
１番目のＧＯＰ（GOP-1）とｎ番目のＧＯＰ（GOP-n）の
時間に対応するオーディオ信号のビットストリームが分
離されて、オーディオバッファメモリ４０６へ入力され
る。ここでは、ビデオのシームレス再生を優先するため
にビデオバッファメモリ４０３が一杯になるまで分離器
４０２は動作するので、ビデオバッファメモリ４０３が
一杯になる前にオーディオバッファメモリ４０６オーバ
ーフロウするかもしれない。その場合は、オーディオバ
ッファメモリ４０６にある最も古いデータを当該バッフ
ァから読み捨てる。このようにオーディオデータを読み
捨ててしまったとしても、聴感上の悪影響は少ない。
【００５２】ビデオデコーダ４０４で再生されたビデオ
信号Ｓ５３とオーディオデコーダ４０７で再生されたオ
ーディオ信号Ｓ５６は、システムデコーダ４１０で再生
したシステム情報Ｓ５９のＡＶ同期情報に基づいて同期
して出力される。ここで、ＡＶ同期情報とは、例えば、
ＭＰＥＧ多重化ストリーム中のＰＴＳ（Ｐｒｅｓｅｎｔ
ａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｓｔａｍｐ）のことである。
【００５３】次に、図１の記録装置で作られるディスク
上に記録されているビデオ信号を編集してスキップ再生
を指示する時の制限について説明する。
【００５４】スキップ再生をすると、スキップ先のＧＯ
Ｐをサーチしている間は、デコーダバッファへのビット
ストリーム供給が停止するが、この間もデコード動作は
シームレスにできる必要がある。そのため、デコーダバ
ッファがアンダーフロウしないように編集の自由度を制
限する。これについて前記図７を用いて説明する。
【００５５】図７のアウト点（out-1）点からイン点（i
n-1）へ一度スキップすると、上述したように再びデコ
ーダバッファのビット占有量が一杯になるまでに最大で
前記τｘの時間がかかる。そのため、イン点（in-1）点
から次のスキップ点であるアウト点（out-2）までのシ
ーケンス時間はτｘ以上に設定しておく。
【００５６】以上のようにして、ビデオ信号を符号化し
て、それを編集して、復号するようにすれば、ＧＯＰ単
位でのシームレスなスキップ再生が実現できる。すなわ
ち、ユーザが動画像再生の経路をＧＯＰ単位で編集し
て、それをシームレスに再生することが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の符号化装置及び方法においては、入力ディジタル信
号を複数フレームからなる所定の符号化グループ構造で
符号化するとき、各ディジタル信号の符号化ビットレー
トの最大値の総和が、復号時に使用されるバッファメモ
リへの入力ビットストリームよりも小さくなるように符
号化することにより、後にユーザがこの符号化ビットス
トリームを編集して自由に画像再生の経路を選択したと
しても、その再生経路で信号が復号された時に、シーム
レスな信号像再生が可能である。
【００５８】また、本発明の復号装置及び方法において
は、ディジタル信号が複数フレームからなる所定の符号
化グループ構造で符号化された符号化ビットストリーム
を復号するとき、符号化されたディジタル信号を復号の
前段で蓄積するようにし、飛び越し再生が指示された場
合には、蓄積量に空きがあれば、符号化されたディジタ
ル信号に付加されている入力タイミング情報を無視して
蓄積することにより、符号化ビットストリームが編集さ
れたものであったとしても、シームレスな信号の復号が
可能である。
【００５９】さらに、本発明の編集方法においては、デ
ィジタル信号が複数フレームからなる所定の符号化グル
ープ構造で符号化された符号化ビットストリームを記録
媒体から再生して編集するとき、飛び越し再生する場合
は、符号化グループの先頭のフレームを跳躍到達点と
し、跳躍到達点から次の跳躍開始点までの長さの最低値
を所定値に規定することにより、この編集がなされた信
号が後に復号されたとしてもシームレスな再生が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の記録装置の概略構成を示
すブロック回路図である。
【図２】本発明の実施の形態の再生装置の概略構成を示
すブロック回路図である。
【図３】ソースデコーダの具体的構成を示すブロック回
路図である。
【図４】スキップ再生時のデコーダバッファのビット占
有量の軌跡を示す図である。
【図５】ＧＯＰの説明に用いる図である。
【図６】ＧＯＰ単位のランダムアクセス再生の説明に用
いる図である。
【図７】ＧＯＰ単位のスキップ再生をする時の編集の制
限の説明に用いる図である。
【符号の説明】
２０１ フレームメモリ、 ２０２ ビデオエンコー
ダ、 ２０３ バッファメモリ、 ２０４ 多重化器、
ＥＣＣエンコーダ、 ２０６ 変調器、 ２０７ 記
録ヘッド、 ２０８ ディスク、 ２０９ 符号化難易
度計算回路、 ２１０ ビットレート指定器、 ２１１
レートコントローラ、３００ ディスク、 ３０１
再生コントローラ、 ３０２ 再生ヘッド、３０３ 復
調器、 ３０４ ＥＣＣデコーダ、 ３０５ ソースデ
コーダ、４０１ トラックバッファメモリ、 ４０２
分離器、 ４０３ ビデオバッファメモリ、 ４０４
ビデオデコーダ、 ４０６ オーディオバッファメモ
リ、 ４０９ システムバッファメモリ、 ４１０ シ
ステムデコーダ、 ４１２再生制御情報バッファメモ
リ、 ４１３ 再生制御情報デコーダ、 ４１５，４６
１ バッファ占有量検査器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力ディジタル信号を複数フレームから
    なる所定の符号化グループ構造で符号化する符号化装置
    において、 復号時に使用されるバッファメモリのビット占有量を想
    定して、上記入力ディジタル信号の符号化ビット量を制
    御する符号化ビット量制御手段と、 上記符号化ビット量制御手段からの符号化ビット量制御
    信号に基づいて上記入力ディジタル信号を符号化する符
    号化手段と、 上記符号化された入力ディジタル信号と他の符号化され
    たディジタル信号とから出力ビットストリームを生成す
    る出力ビットストリーム生成手段とを有し、 上記符号化ビット量制御手段では、上記復号時に使用さ
    れるバッファメモリへの入力ビットレートよりも、上記
    符号化された各ディジタル信号のビットレートの最大値
    の総和が小さくなる符号化ビット量制御信号を行うこと
    を特徴とする符号化装置。
  2. 【請求項２】 上記符号化ビット量制御手段には、上記
    他の符号化されたディジタル信号のビットレートの最大
    値の総和を上記出力ビットストリームのビットレートよ
    り差し引いた残りのビットレートから、所定のマージン
    を差し引いたビットレートを、上記符号化された入力デ
    ィジタル信号のビットレートの最大値として設定するこ
    とを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
  3. 【請求項３】 入力ディジタル信号を複数フレームから
    なる所定の符号化グループ構造で符号化する符号化方法
    において、 復号時に使用されるバッファメモリのビット占有量を想
    定し、 上記ビット占有量の想定値に基づいて入力ディジタル信
    号の符号化ビット量を決定し、 上記決定した符号化ビット量に基づいて上記入力ディジ
    タル信号を符号化し、 上記符号化した入力ディジタル信号と他の符号化された
    ディジタル信号とから出力ビットストリームを生成し、 上記符号化ビット量の決定の際には、上記復号時に使用
    されるバッファメモリへの入力ビットレートよりも、上
    記符号化された各ディジタル信号のビットレートの最大
    値の総和が小さくなる符号化ビット量を決定することを
    特徴とする符号化方法。
  4. 【請求項４】 上記他の符号化されたディジタル信号の
    ビットレートの最大値の総和を上記出力ビットストリー
    ムのビットレートより差し引いた残りのビットレートか
    ら、所定のマージンを差し引いたビットレートを、上記
    符号化された入力ディジタル信号のビットレートの最大
    値として設定することを特徴とする請求項３記載の符号
    化方法。
  5. 【請求項５】 ディジタル信号が複数フレームからなる
    所定の符号化グループ構造で符号化された符号化ビット
    ストリームを復号する復号装置において、 上記符号化されたディジタル信号を蓄積する蓄積手段
    と、 上記蓄積手段のビット占有量を検査するビット占有量検
    査手段と、 上記蓄積手段のビット占有量と上記符号化されたディジ
    タル信号に付加されている入力タイミング情報とに基づ
    いて、当該符号化されたディジタル信号の上記蓄積手段
    への入力を制御する入力制御手段と、 上記蓄積手段から読み出された上記符号化されたディジ
    タル信号を復号する復号手段と、 上記符号化されたディジタル信号に付加された編集に関
    連する再生制御信号を取り出す再生制御信号取り出し手
    段とを有し、 上記入力制御手段は、上記再生制御信号が跳躍開始点か
    ら跳躍到達点までの間を飛び越し再生することを指示す
    るとき、上記蓄積手段のビット占有量に空きがあれば、
    上記符号化されたディジタル信号に付加されている入力
    タイミング情報を無視して上記蓄積手段へ上記符号化さ
    れたディジタル信号を入力することを特徴とする復号装
    置。
  6. 【請求項６】 ディジタル信号が複数フレームからなる
    所定の符号化グループ構造で符号化された符号化ビット
    ストリームを復号する復号方法において、 上記符号化されたディジタル信号を蓄積する際に当該符
    号化されたディジタル信号の蓄積量を検査し、 上記蓄積量と上記符号化されたディジタル信号に付加さ
    れている入力タイミング情報とに基づいて、当該符号化
    されたディジタル信号の上記蓄積を制御するとともに、
    上記符号化されたディジタル信号に付加された編集に関
    連する再生制御信号が跳躍開始点から跳躍到達点までの
    間を飛び越し再生することを指示するとき、上記蓄積量
    に空きがあれば、上記符号化されたディジタル信号に付
    加されている入力タイミング情報を無視して上記符号化
    されたディジタル信号を蓄積することを特徴とする復号
    方法。
  7. 【請求項７】 ディジタル信号が複数フレームからなる
    所定の符号化グループ構造で符号化された符号化ビット
    ストリームが記録された記録媒体を再生して編集する編
    集方法において、 上記記録媒体から上記符号化ビットストリームを再生す
    る際に、跳躍開始点から跳躍到達点までの間を飛び越し
    て再生するときには、上記符号化グループの先頭のフレ
    ームを上記跳躍到達点とし、跳躍到達点から次の跳躍開
    始点までの長さの最低値を所定値に規定することを特徴
    とする編集方法。
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