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トリックプレイモードで高精細度表示を有するデジタル高精細度ビデオレコーダ - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 トリックプレイモードで高精細度表示を有するデジタル高精細度ビデオレコーダ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−38847
公開日 平成7年(1995)2月7日
出願番号 特願平6−113189
出願日 平成6年(1994)5月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
発明者 サイプラサド ブイ. ナインパリ / ヒー−ヨン キム
要約 目的
動き補償され圧縮された高精細度テレビ信号を記録するためのビデオテープレコーダにおいて、トリックプレイモードにおいても高精細度表示を可能とする。

構成
内部符号化されたフレームと予測符号化されたフレームとを識別し、各々を異なるデータストリームに分離する識別手段と、内部符号化されたフレームと予測符号化されたフレームとの相対的順序を変えることによって、テープヘッドが通常再生モードでもトリックプレイモードでも内部符号化されたフレームのブロックのうち少なくとも半分の上を通過するように、テープ上にフレーム内符号化ブロックを配置するシャフリング手段と、を備えており、トリックプレイモードにおいても高精細度表示を可能とする。
特許請求の範囲
【請求項1】 ビデオデータをテープ上に記録するための少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダであって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該デジタルビデオテープレコーダは、ビデオ画像の連続するフレームの符号化されたスライスを表す一連の該ビデオデータを受信する手段であって、該連続するフレームのうちいくつかのスライスがフレーム内符号化法を用いて符号化され、該連続するフレームの他のスライスは動き補償符号化法を用いて符号化されている、手段と、該ビデオ画像の該連続するフレームの各々の該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスの各々を別個に識別し、かつ該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスをそれぞれ異なるデータストリームに分離する識別手段と、該動き補償符号化データストリームを実質的に固定された大きさを有するブロックに再フォーマットする手段と、該フレーム内符号化データストリームを実質的に固定された大きさを有するブロックに再フォーマットする手段と、該フレーム内符号化ブロックおよび該動き補償符号化ブロックを該テープ上に記録する記録手段と、該識別手段と該記録手段との間に接続されたシャフリング手段であって、該一連のビデオデータに、該フレーム内符号化データストリームの該ブロックおよび該動き補償符号化データストリームの該ブロックが現れる相対的順序を変えることによって、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックの少なくとも半分の上を通過するように、該テープ上に該フレーム内符号化ブロックを配置するシャフリング手段、とを有するデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項2】 前記受信手段によって受信された前記符号化データは、フレーム内符号化法を用いて符号化される第一の連続的なスライス群と、動き補償符号化法を用いて符号化される前記連続するフレームのそれぞれの第二の連続的なスライス群とを有しており、前記シャフリング手段は、前記一つのフレームの前記フレーム内符号化ブロックのスライスを前記動き補償符号化ブロックのスライスの間にインターリーブする手段であって、インターリーブされた該ブロックが前記テープ上に記録された時、前記テープヘッドが、前記通常の再生モードにおいても前記トリックプレイモードにおいても、該一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックの少なくとも半分の上を通過するようにインターリーブする手段を有する請求項1に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項3】 前記デジタルビデオテープレコーダは二つのヘッドを有しており、前記トリックプレイモードは三倍速早送り再生モードであって、かつ該トリックプレイモードにおいても前記通常の再生モードにおいても該テープヘッドが前記一つのフレームの前記フレーム内符号化ブロックの実質上すべての上を通過するように、前記シャフリング手段が、該一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックを前記動き補償符号化ブロックの間にインターリーブする請求項2に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項4】 前記記録手段が、前記テープヘッドが前記テープを横切る所望の経路に位置合わせするためにトリックプレイモードで用いられるタイミングトラックを記録し、該所望の経路が、前記一つのフレームの記録された前記フレーム内符号化画像ブロックを含む請求項3に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項5】 記録された前記データを前記テープから復元するデータ復元手段と、復元された該データの中から、前記一つのフレームのインターリーブされた前記フレーム内符号化ブロックを識別し、かつ識別された該ブロックおよび前記動き補償符号化ブロックを再配置して、該一つのフレームの識別された該フレーム内符号化ブロックおよび該一つのフレームの該動き補償符号化ブロックが、前記受信手段によって受信された前記符号化データの順序と等しい順序に配置された出力信号を通常の再生モード中に生成する出力シャフリング手段とをさらに有する請求項4に記載のビデオテープレコーダ。
【請求項6】 ビデオデータをテープ上に記録するための少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダであって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該デジタルビデオテープレコーダは、連続するフレームからなる群中の個々のフレームの符号化されたスライスを表す一連の該ビデオデータを受信する手段であって、該フレーム群が、各スライスがフレーム内符号化法を用いて符号化された少なくとも一つのフレームを含み、該フレーム群の他のフレームは動き補償符号化法を用いて符号化されているように、一連の該ビデオデータを受信する手段と、前記ビデオ画像の該連続するフレームのそれぞれの、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを別個に識別する識別手段と、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを該テープ上に記録する記録手段と、該識別手段と該記録手段との間に接続されたシャフリング手段であって、該一つのフレームからの該フレーム内符号化スライスを、該フレーム群中のそれ以外のフレームのそれぞれの該スライスの間にインターリーブする手段であって、インターリーブされた該スライスが該記録手段によって記録される時、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても該一つのフレームからの該フレーム内符号化スライスの少なくとも半分の上を通過するようにインターリーブする手段とを有するデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項7】 前記デジタルビデオテープレコーダは二つのテープヘッドを有しており、前記トリックプレイモードは三倍速早送り再生モードであって、かつ該トリックプレイモードにおいても前記通常の再生モードにおいても該テープヘッドが前記フレーム内符号化スライスの実質上すべての上を通過するように、前記シャフリング手段が、該フレーム内符号化スライスを前記動き補償符号化スライスの間にインターリーブする請求項6に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項8】 前記記録手段が、前記テープヘッドが前記テープを横切る所望の経路に位置合わせするためにトリックプレイモードで用いられるタイミングトラックを記録し、該所望の経路が、前記一つのフレームからの記録された前記フレーム内符号化画像スライスを含む請求項7に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項9】 記録された前記データを前記テープから復元するデータ復元手段と、復元された該データの中から、インターリーブされた前記フレーム内符号化スライスを識別し、かつ前記一つのフレーム以外の前記フレーム群中のフレームを表す、識別された該スライスおよび符号化された該スライスを再配置して、前記受信手段によって受信された前記符号化データの順序と実質的に等しい順序にある、該フレーム群の符号化された該スライスを有する出力信号を、通常の再生モード中に生成する出力シャフリング手段とをさらに有する請求項8に記載のビデオテープレコーダ。
【請求項10】 識別された前記フレーム内符号化スライスを、他のスライスは比較的除外し、前記出力信号として前記トリックプレイモード中に与える手段を、前記出力シャフリング手段が含む請求項9に記載のデジタルビデオテープレコーダ。
【請求項11】 少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダを用いて画像データをテープ上に記録するための方法であって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該方法は、該ビデオ画像の該連続するフレームの符号化されたスライスを表す一連の該画像データを受信するステップであって、ビデオ画像の連続するフレームの少なくとも一つのフレームがフレーム内符号化法を用いて符号化され、かつ該ビデオ画像の該連続するフレームの他のフレームは動き補償符号化法を用いて符号化されるステップと、受信された一連の該データ値中の、それぞれの前記フレーム内符号化スライスおよび前記動き補償符号化スライスを別個に識別するステップと、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを該テープ上に記録するステップと、記録する前の一連の該画像データ中の識別された該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスの順番を変えることによって、該一つのフレームの該フレーム内符号化スライスを、それ以外のフレームの該動き補償符号化スライスの間にインターリーブし、並び替えられた一連のデータが該テープ上に記録された時、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても該フレーム内符号化スライスの少なくとも半分の上を通過するように、並び替えられた一連の該データを生成するステップとを含む方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高精細度テレビ(HDTV)信号を記録するためのビデオテープレコーダに関し、特に動き補償され圧縮された高精細度テレビ信号を記録し、かつトリックプレイモード(trick-play mode)においても高精細度表示の生成を可能とするレコーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】デジタル高精細度テレビ生成スキームは、この数年来、発展を続けている。これらのスキームによれば、典型的には従来のテレビシステムよりも高品位のテレビ画像および音声が生成される。このことを実現するため、これらのシステムは、従来のテレビ信号で伝えられる情報よりも多くの情報を伝える。
【0003】しかしながら、米国連邦通信委員会(FCC)が近年定めた規格によれば、より大量のこの情報は、従来のテレビ信号と同じ周波帯内で送られる必要がある。高精細度テレビ(HDTV)信号の比較的広い帯域幅を標準的テレビのチャンネルに適合させるために、HDTV信号の情報内容を圧縮する必要がある。
【0004】HDTV信号においては空間的冗長性および時間的冗長性が比較的大きいので、ほとんどのテレビ信号においては比較的高レベルのデータ圧縮が達成されうる。
【0005】テレビ信号から空間的冗長性を除去する一つの方法は、画像の離散コサイン変換表現を形成することである。この表現によって、画像フレームは、各種空間周波数成分を表す係数値に分解される。画素と画素とが同じであるか、または繰り返しパターンをもつ画像の部分は、多くの画素値であっても比較的少数の周波数係数値へと分解される。さらに、比較的低い空間周波数を有する画像成分の場合に比べて、高い空間周波数を有する画像成分の場合には、人間の目は量子化誤差にそれほど敏感でないので、画像を表すために用いられるデータの量をさらに減らすために、高い空間周波数係数は粗く量子化されうる。
【0006】画像の時間的冗長性は、既知のフレームにおいて、以前に符号化されたフレームの対応する領域とは異なる領域だけを符号化することによって除去される。これは、予測符号化として周知である。時間的冗長性をさらに活用して、動き補償を行うことによりさらに高レベルのデータ圧縮が実現できる。このスキームを用いて、画像ブロックが符号化される以前に、予め符号化されたフレームにおいてそのブロックを取り囲む複数のブロックのうち現在のフレーム中のブロックに最も密接に一致する一つのブロックが探索される。次に、現在のブロックが以前のフレーム中の一致するブロックから減算される。二つの画像ブロック間の差に基づいて空間周波数係数値が生成される。動き補償予測符号化法を用いたビデオ画像圧縮システムの例としては、1)Motion Picture Experts Group (MPEG)が提案する"Coded Representation of Picture and Audio Information"(1990年7月25日付 ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11 N0010 MPEG 90/41)という文献に記載されているもの、および 2)K.B.Bensonらによる"Television Engineers Handbook" のセクション25.5(McGraw Hill、1992年、2532〜2543頁)に記載されたDigiCipherTMシステムがある。
【0007】MPEGシステムおよびDigiCipherシステムにおいては、同一の値のストリングがより少数の値として符号化されるランレングス符号化、および頻繁に発生しないデータにはビット数の多いコードを割り当て、頻繁に発生するデータにはビット数の少ないコードを割り当てる可変長符号化などの他の符号化法もまた用いられる。
【0008】符号化技術が何であっても、符号化されたHDTV信号は表示される前に復号化されなければならない。予測符号化されたHDTV信号あるいは動き補償予測符号化されたHDTV信号については、復号化装置は、既に復号化された画像を保持する一つ以上のフレームメモリを備えることができる。これらのメモリによって保持される画素値は、現在のフレーム中の予測符号化されたデータを復元するために用いられる。
【0009】MPEG符号化法あるいはDigiCipher符号化法のいずれを用いても、600〜1200メガビット/秒(以下Mbpsとする)のデータレートを有するHDTV信号は、20Mbps未満のデータレートを有する信号を生成するように圧縮することができる。他の地上放送信号の場合と同様に、消費者は、解像度の損失のほとんどない高解像度のビデオ画像を表す信号を受信し、表示し、および記録することを望むだろう。
【0010】まず考えられることは、HDTV信号の圧縮は、家庭用ビデオテープレコーダ(VTR)に信号を記録するために有益であるべきである。なぜなら一般に、このようなユニットは、ビデオ信号記録用には限られた帯域幅しか使えないからである。例えば、C.Yamamitsuらの"A Study on Trick-plays ForDigital VCR" (IEEE Transactions on Consumer Electronics 第37巻、No.31991年8月 261〜266頁)という論文は、27メガビット/秒(Mbps)の記録レートをもつ家庭用VCRを開示している。符号化する前の典型的なHDTV信号は、600Mbpsのビットレートをもつ。MPEGあるいはDigiCipherなどの圧縮方法を用いれば、圧縮された信号が復元されたときの画像の質を著しく低下させることなく、これらのHDTV信号のビットレートをおよそ18Mbpsにまで低減できる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】予測符号化されたHDTV信号にともなう問題は、録画モードあるいは通常の再生モードにおいては生じず、ビデオ画像が録画された時よりも高速で表示される、早送り再生および巻戻し再生などのトリックプレイモードにおいて生じる。この問題を図1および図2に示す。図1は、通常の再生中における予め記録されたビデオ情報のトラック走査順序を示している。図1に示すように、ビデオ画像のスライス110、112および116はテープヘッドがトラック115に沿って動くにつれて順次走査される。これらのスライスのそれぞれは、再生された画像において同数の画素を表す。しかしながら、図に示すように、一つのスライス中のデータ量はスライス毎に変動しうる。スライス中のデータ量に変動が生じるのは、元々のHDTV信号中のスライスの相対的な符号化効率のためである。多重フレーム画像の静止部分を表すスライス、あるいは比較的わずかな変化しかない部分を表すスライスは、比較的少数のデータ値を用いて符号化される。精細度の高い画像部分、および以前に符号化されたフレーム中に全く対応する部分のない画像部分は、符号化される際に著しく多数のデータ値が必要とされる。
【0012】通常の再生中にテープから画像信号が読み出されるとき、各フレームの各スライスは、矢印118および120で示したようにテープから順次読み出される。HDTV信号を生成した符号化方法に予測符号化法を用いた場合、記録されたデータには、図1に示す斜線のトラックのようなフレーム内符号化データおよび図1に示す斜線のないトラックのような予測符号化データの両方が含まれる。通常の再生時には、データがテープから取り出されるにつれて、フレーム内符号化データから生成される画素値はメモリに記憶され、予測されたフレームの復元に利用されうる。
【0013】図1は、早送りトリックプレイモード中のトラック走査順序を示している。このモードにおいては、スライス110、112および116を順次走査していくのではなく、復元されたスライスは、110、112、122および124の順序となる。この図に示したように、いくつかのスライス、例えばスライス116および120はテープから全く復元されない。これらのスライスのいくつか(例えば116)が内部符号化データ(intra-coded data)を含んでいる場合、その内部符号化フレームに基づく予測化フレーム(predicted frame)の対応するスライス(例えば130および132)がテープから読み出される時、それらの対応する画素値は利用できなくなる。その結果、表示用に予測化フレームを適正に復元することが不可能なこともある。
【0014】トリックプレイモードにおいては、予測化されたフレームを復元することが困難であるため、デジタル的に圧縮された(ビットレートの低減された)信号を記録する方法についての提案ではたいていの場合、予測化されたフレームを排除するために、VTRへの記録用データの符号化に用いられる符号化技術が制限されている。このタイプのシステムの例としては、C. Yamamitsuらの"An Experimental Study for a Home-Use Digital VTR" (IEEE Transactions on Consumer Electronics 第35巻 No.3 1989年8月 450〜457頁)と題する論文、およびJ.Leeらの"A Study on New DCT-Based Bit Rate Reduction Algorithm and Var-iable Speed Playback For A Home-Use Digital VCR"(IEEE Transactions on ConsumerElectronics 第38巻 No.3 1992年8月 236〜242頁)と題する論文に記載されている。前述したように、これらのシステムは予測化されたフレームを用いないため、予測化されたフレームを用いるシステムの効率ではデータを圧縮することができない。その結果、同じ圧縮データレートの場合には、再生された画像において、MPEGなどの動き補償予測符号化法を用いるシステムと同レベルの精細度を実現することができない。
【0015】本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部符号化されたフレームおよび予測符号化されたフレームの両方を有する高精細度テレビ信号を記録するデジタルビデオテープレコーダにおいて、トリックプレイモードにおいても高精細度表示を可能とするレコーダおよび方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、ビデオデータをテープ上に記録するための少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダであって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該デジタルビデオテープレコーダは、ビデオ画像の連続するフレームの符号化されたスライスを表す一連の該ビデオデータを受信する手段であって、該連続するフレームのうちいくつかのスライスはフレーム内符号化法を用いて符号化され、該連続するフレームの他のスライスは動き補償符号化法を用いて符号化されている、受信する手段と、該ビデオ画像の該連続するフレームの各々の該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスの各々を別個に識別し、かつ該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスをそれぞれ異なるデータストリームに分離する識別手段と、該動き補償符号化データストリームを実質的に固定された大きさを有するブロックに再フォーマットする手段と、該フレーム内符号化データストリームを実質的に固定された大きさを有するブロックに再フォーマットする手段と、該フレーム内符号化ブロックおよび該動き補償符号化ブロックを該テープ上に記録する記録手段と、該識別手段と該記録手段との間に接続されたシャフリング手段であって、該一連のビデオデータに、該フレーム内符号化データストリームの該ブロックおよび該動き補償符号化データストリームの該ブロックが現れる相対的順序を変えることによって、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックの少なくとも半分の上を通過するように、該テープ上に該フレーム内符号化ブロックを配置するシャフリング手段、とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【0017】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また前記受信手段によって受信された前記符号化データは、フレーム内符号化法を用いて符号化される第一の連続的なスライス群と、動き補償符号化法を用いて符号化される前記連続するフレームのそれぞれの第二の連続的なスライス群とを有しており、前記シャフリング手段は、前記一つのフレームの前記フレーム内符号化ブロックのスライスを前記動き補償符号化ブロックのスライスの間にインターリーブする手段であって、インターリーブされた該ブロックが前記テープ上に記録された時、前記テープヘッドが、前記通常の再生モードにおいても前記トリックプレイモードにおいても、該一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックの少なくとも半分の上を通過するようにインターリーブする手段を有することもできる。
【0018】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また前記デジタルビデオテープレコーダは二つのヘッドを有しており、前記トリックプレイモードは三倍速早送り再生モードであって、かつ該トリックプレイモードにおいても前記通常の再生モードにおいても該テープヘッドが前記一つのフレームの前記フレーム内符号化ブロックの実質上すべての上を通過するように、前記シャフリング手段が、該一つのフレームの該フレーム内符号化ブロックを前記動き補償符号化ブロックの間にインターリーブすることもできる。
【0019】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また前記記録手段が、前記テープヘッドが前記テープを横切る所望の経路に位置合わせするためにトリックプレイモードで用いられるタイミングトラックを記録し、該所望の経路が、前記一つのフレームの記録された前記フレーム内符号化画像ブロックを含むこともできる。本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また記録された前記データを前記テープから復元するデータ復元手段と、復元された該データの中から、前記一つのフレームのインターリーブされた前記フレーム内符号化ブロックを識別し、かつ識別された該ブロックおよび前記動き補償符号化ブロックを再配置して、該一つのフレームの識別された該フレーム内符号化ブロックおよび該一つのフレームの該動き補償符号化ブロックが、前記受信手段によって受信された前記符号化データの順序と等しい順序に配置された出力信号を通常の再生モード中に生成する出力シャフリング手段とをさらに有することもできる。
【0020】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、ビデオデータをテープ上に記録するための少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダであって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該デジタルビデオテープレコーダは、連続するフレームからなる群中の個々のフレームの符号化されたスライスを表す一連の該ビデオデータを受信する手段であって、該フレーム群が、各スライスがフレーム内符号化法を用いて符号化された少なくとも一つのフレームを含み、該フレーム群の他のフレームは動き補償符号化法を用いて符号化されているように、一連の該ビデオデータを受信する手段と、前記ビデオ画像の該連続するフレームのそれぞれの、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを別個に識別する識別手段と、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを該テープ上に記録する記録手段と、該識別手段と該記録手段との間に接続されたシャフリング手段であって、該一つのフレームからの該フレーム内符号化スライスを、該フレーム群中のそれ以外のフレームのそれぞれの該スライスの間にインターリーブする手段であって、インターリーブされた該スライスが該記録手段によって記録される時、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても該一つのフレームからの該フレーム内符号化スライスの少なくとも半分の上を通過するようにインターリーブする手段とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【0021】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また前記デジタルビデオテープレコーダは二つのテープヘッドを有しており、前記トリックプレイモードは三倍速早送り再生モードであって、かつ該トリックプレイモードにおいても前記通常の再生モードにおいても該テープヘッドが前記フレーム内符号化スライスの実質上すべての上を通過するように、前記シャフリング手段が、該フレーム内符号化スライスを前記動き補償符号化スライスの間にインターリーブすることもできる。本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また前記記録手段が、前記テープヘッドが前記テープを横切る所望の経路に位置合わせするためにトリックプレイモードで用いられるタイミングトラックを記録し、該所望の経路が、前記一つのフレームからの記録された前記フレーム内符号化画像スライスを含むこともできる。
【0022】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また記録された前記データを前記テープから復元するデータ復元手段と、復元された該データの中から、インターリーブされた前記フレーム内符号化スライスを識別し、かつ前記一つのフレーム以外の前記フレーム群中のフレームを表す、識別された該スライスおよび符号化された該スライスを再配置して、前記受信手段によって受信された前記符号化データの順序と実質的に等しい順序にある、該フレーム群の符号化された該スライスを有する出力信号を、通常の再生モード中に生成する出力シャフリング手段とをさらに有することもできる。
【0023】本発明のデジタルビデオテープレコーダは、また識別された前記フレーム内符号化スライスを、他のスライスは比較的除外し、前記出力信号として前記トリックプレイモード中に与える手段を、前記出力シャフリング手段が含むこともできる。
【0024】本発明の方法は、少なくとも一つのテープヘッドを有するデジタルビデオテープレコーダを用いて画像データをテープ上に記録するための方法であって、該ビデオテープレコーダは、通常の再生モードおよびトリックプレイモードを有し、該テープヘッドは、該通常の再生モードでは該テープを横切る第一のトラックに従い、該トリックプレイモードでは該テープを横切る第二の異なるトラックに従うものであって、該方法は、該ビデオ画像の該連続するフレームの符号化されたスライスを表す一連の該画像データを受信するステップであって、ビデオ画像の連続するフレームの少なくとも一つのフレームがフレーム内符号化法を用いて符号化され、かつ該ビデオ画像の該連続するフレームの他のフレームは動き補償符号化法を用いて符号化されるステップと、受信された一連の該データ値中の、それぞれの前記フレーム内符号化スライスおよび前記動き補償符号化スライスを別個に識別するステップと、該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスを該テープ上に記録するステップと、記録する前の一連の該画像データ中の識別された該フレーム内符号化スライスおよび該動き補償符号化スライスの順番を変えることによって、該一つのフレームの該フレーム内符号化スライスを、それ以外のフレームの該動き補償符号化スライスの間にインターリーブし、並び替えられた一連のデータが該テープ上に記録された時、該テープヘッドが該通常の再生モードにおいても該トリックプレイモードにおいても該フレーム内符号化スライスの少なくとも半分の上を通過するように、並び替えられた一連の該データを生成するステップとを含んでおり、そのことにより上記目的を達成できる。
【0025】
【作用】本発明は、動き補償符号化高精細度テレビ信号を記録するデジタルビデオテープレコーダ(DVTR)の形で具体化される。記録時において、識別手段はフレーム内符号化データと動き補償符号化データとを識別し、かつ分離する。識別手段と記録手段の間に接続された、入力シャフリング手段は、分離された各々のデータの順序を変えて、テープ上に配置する。それによってテープヘッドは、通常の再生モードでもトリックプレイモードでも、一つのフレームのフレーム内符号化ブロックの少なくとも半分の上を通過することができる。
【0026】再生時において、出力シャフリング手段は、テープから復元されたデータの中から、フレーム内符号化データと動き補償符号化データとを識別し、各々のデータを再配置する。したがって、本発明によればトリックプレイモードにおいても、少なくとも半分の内部符号化画像が復元され、高精細度表示が可能となる。
【0027】
【実施例】本発明は、トリックプレイモードにおいて高解像度表示を可能にするように、圧縮されたビデオ信号を記録するための方法に関する。DigiCipher符号化法およびMPEG符号化法に限定するものではないが、本発明はこれらのシステムにおいて説明される。本発明を十分に理解するためには、データがこれらの規格にしたがってどのように符号化されるかをまず理解するのがよいだろう。
【0028】DigiCipherシステムは、フレーム内符号化および動き補償予測符号化の両方を用いてビデオ信号を符号化する。各フレームでは、画像の一部分はフレーム内符号化され、残りの部分は動き適応化法を用いて符号化される。フレーム内符号化部分および予測符号化部分の両方とも、圧縮された画像データを生成するために、離散コサイン変換および可変長符号を利用する。画像全体が周期的にリフレッシュされるように、画像のフレーム内符号化部分はフレーム毎に変化する。このため、フレームの予測符号化部分中の誤差の望ましくない伝播を抑えることができる。
【0029】図1は、DigiCipher信号の四つのフレームを記録するためのテープフォーマットの一例を示す図である。便宜上、各フレームが九つのトラックをもち、トラック毎に一つの画像スライスがあり、かつ各フレーム中の一つのスライス(斜線で示したトラック)のみがフレーム内符号化データを有するように、この図では示されている。このテープフォーマットの例においては、テープの各トラックは画像の水平なスライスに対応する。図1に示したように、フレーム内符号化スライスは、フレーム毎に一つの画像スライスずつ先に進んでいく。
【0030】実際の記録された信号においては、圧縮効率は画像の空間周波数成分に応じて変化する。したがって、個々のフレームは九つより多くのトラックを用いることも、九つより少ないトラックを用いることもできる。さらに、九つのトラックが必要な場合において、画像フレームのフレーム内符号化部分は一つより多いトラックを占めることも、一つより少ないトラックを占めることもできる。
【0031】DigiCipher規格を用いて符号化された、記録されたビデオ情報を復元し、表示するときの問題は、トリックプレイモードで発生する。これらのモード、例えば早送り再生および巻戻し再生モードにおいては、テープヘッドは、図1の矢印118および120で示すトラックに沿うのではなく、矢印119および121で示すように、いくつかのトラックを横切る経路に沿う。前述したように、トリックプレイモードにおいては内部符号化データのみが表示用に復元される。図1に示すように、三倍速(3x)早送り再生モードにおいては、矢印119および121に示すごく少量のビデオデータしか復元されないことになる。
【0032】図2は、DigiCipher符号化法と共に用いるのに適した他のテープフォーマット方法を示すブロック図であり、その方法によれば特定のトリックプレイモード中に高解像度の画像が表示されうる。図2に示したように、各フレーム内符号化ブロックは複数のより小さいブロックに分割され、それらのブロックは、特定のトリックプレイモードにおいてヘッドがテープを横切るときに順次復元されるように、テープ上の特定の位置に記録される。このテープフォーマットの例においては、三倍速(3x)早送り再生のトリックプレイモードは矢印119および120で示し、六倍速(6x)巻戻し再生のモードは矢印122および124で示している。
【0033】図2に示すように、三倍速早送り再生モードにおいては実質上すべての内部符号化データが復元され、六倍速巻戻し再生モードにおいては半分の内部符号化データが復元される。しかしながら、どのフレームを取ってみても、内部符号化データは、そのフレームのほんの一部、本実施例では画像の9分の1に相当するスライスまたはセグメントを表すにすぎないことを忘れてはならない。したがって、三倍速早送り再生の場合、一フレーム期間の間に、画像の九分の三すなわち三分の一(すなわち、三つのそれぞれ異なるフレームから三つのスライス)が復元されることになる。画像の残りの三分の二は、以前のフレームから表示されることになる。したがって、三倍速早送り再生でのトリックプレイ表示は、九つのそれぞれ異なるフレームからの九つのスライスまたはセグメントから成ることになる。しかしながら、この表示は、高精細度画像の解像度が最高となる。
【0034】前述したように、フレーム内符号化セグメント110、112および116はそれぞれ異なる長さのものでもよい。これらのセグメントは、最終的な画像において特定の大きさの画素ブロックを再生するように符号化される。あるブロックによって表される画像領域に、高い空間周波数の画像成分が比較的大量に含まれる場合には、そのブロックを表すために用いられるフレーム内符号化データは、精細度が低い部分を有する領域を表すブロックの場合よりも大きくなりうる。あるブロックがトリックプレイモードにおいてヘッドが走査しきれないほど大きい場合、ブロック110に付加した領域110aで示したように、そのブロックの開始部がトリックプレイモードにおいて復元されるようにそのブロックは記録される。復元できないデータによって表された画素は、以前のフレームから得られてもよいし、あるいはその代わりに、中間色、例えば灰色などで満たされてもよい。
【0035】図3は、データブロックがどのようにして復元されるかを示すために、トリックプレイモードにおけるヘッドの経路を示している。図3では、ヘッドトラックがほぼ水平になるように、テープは回転される。三角形320、322および324によって、ヘッドがトラックを横切るためにテープから画像データが復元可能な時間および復元不可能な時間が示される。三角形のうち斜線で示した領域310は、画像データが復元不可能な時間を表す。なぜなら、データは二つのトラックから同時に、しかも低レベルでしか得られないからである。いっぽう領域312は、比較的高レベルのデータが一つのトラックからだけ得られる時間を表す。点線330で示したように、セグメント110、112および116の位置は、3倍速早送り再生トリックプレイモードにおいてテープヘッドがデータを復元できる時間320、322および324と一致する。
【0036】フレーム内符号化セグメントおよび動き補償符号化セグメントを、受信されるまま単純に再配置するのが望ましいが、セグメントを完全な状態で維持し、かつ内部符号化データをテープ上の所望の位置に記録するのは難しいだろう。したがって、データをテープ上に記録するときには、動き補償符号化法を用いて符号化されたセグメントを分割し、かつその分割されたセグメントの各部分の間に一つのフレーム内符号化セグメントを挿入してもよいと考えられる。もちろん、データがテープから復元された後で表示用に処理される時には、セグメントのこの分割は反対にする必要がある。
【0037】あるいは、デジタル信号用に利用できる比較的広い帯域幅(例えば25MHz)および符号化されたデジタル信号の比較的狭い帯域幅(例えば18MHz)を考慮すると、テープ上の適当な位置に内部符号化セグメントを記録する場所をつくるためには、画像データをこの広い帯域幅で符号化するのが好ましい。この余分の帯域幅のために、符号化された画像セグメントをテープ上で「移動する」ことによって、所望の位置にフレーム内符号化セグメントを配置するスペースをつくることが可能になる。
【0038】図2に戻ると、タイミングトラック210を用いることで、トリックプレイモード中のテープヘッドは適切に位置が合わされ続けて、データを復元する。される。一例であるタイミングトラック210には、一連の印210aが与えられている。この印は、テープヘッドが特定のトリックプレイモードにおいて最大量のデータを復元できるようなヘッド走査開始位置を示す。この特定のテープフォーマットには、特定のトリックプレイ速度のみが使用可能なことに注意されたい。しかしこれは問題にはならない。なぜなら従来の家庭用ビデオテープレコーダの大半には、早送り速度および巻戻し速度では、ただ一つのトリックプレイ再生モードしか許されていないからである。
【0039】図4は、MPEG規格に従って符号化された八つのフレーム群からどのようにして画像データがテープ上に記録されうるかを示すテープフォーマット図である。この特定のフレーム群(group of frames; GOF)は、一つの内部符号化フレーム(Iフレーム)、つまりフレーム1と、六つの双方向符号化フレーム(Bフレーム)、つまりフレーム2〜7と、一つの予測符号化フレーム(Pフレーム)、つまりフレーム8とから成る。これらのフレームのうち、フレーム1の中のデータのみがトリックプレイモードにおけるVTRにより信頼性よく復元されうる。フレーム2〜8は、動き補償予測符号化データを含むが、このデータは、前述したように、その予測化の基礎となるデータがないため、トリックプレイモードにおいて信頼性よく復元されえない。
【0040】受信され記録された時の順番のように、フレームが並んでいないことに注意すべきである。フレーム1の後にフレーム8が続き、その後順番にフレーム2、7、3、6、4および5が続く。これは、MPEGフレーム群(GOF)には典型的な発信順序である。典型的なMPEG受信機の場合、図4に示したフレームは次のように復号される。まず、フレーム1が受信され、復号され、メモリに記憶される。フレーム1が復号化されている間に、フレーム8が受信され一時的に記憶される。フレーム1が復号された後で、フレーム8は記憶されたフレーム1に基づいて、予測されたデータとして処理される。次に、フレーム2、7、3、6、4および5のそれぞれが、記憶されたフレーム1および2の中のデータを用いて双方向的に復号化される。
【0041】このスキームによれば、フレーム1は、フレーム1〜8のすべてが復号化されるまで、受信機のメモリに残ることに注意されたい。この実施例においては、フレームは復号化されながら、表示用にも利用できるようになる。しかしフレーム1が最初に表示され、フレーム8が最後に表示されるというように、フレームは順番通り表示される。
【0042】図5は、MPEG符号化データが、トリックプレイモードにおいて高解像度を可能にするように、どのようにして再配置されうるかを示すテープフォーマット図である。このスキームによれば、一つの内部符号化フレームからのデータは、ブロック510に分割される。これらのブロックは、規定されたトリックプレイモードにおいてテープヘッドによって走査されるような位置に、テープに沿って配置される。図5に示したように、三倍速早送り再生トリックプレイモードにおいては、実質的にすべての内部符号化画像が復元され、六倍速巻戻し再生モードにおいては、およそ半分の画像が復元されることになる。
【0043】図6は、図2および図5に示したテープ符号化スキームを実行するために用いられる回路の例を示すブロック図である。フレーム内符号化データ(IDATA)および動き補償予測符号化データ(MCDATA)の両方を含む圧縮ビデオ信号が、端子608を介して、マルチプレクサ612および回路610に印加される。この回路610は、各フレームの開始位置および長さ、およびフレーム内のいずれかのIDATAの位置を検出する。DigiCipher符号化法においては、IDATAによって表される画像スライスは、データの順序において識別される。これは例えば、それらのそれぞれのスライスヘッダレコード中の値により可能となる。
【0044】回路610により復元された情報は、入力データシャフリングコントローラ620に印加される。このコントローラ620は、マルチプレクサ612への制御信号を発信し、マルチプレクサ612が圧縮ビデオデータを二つのメモリ614あるいは616のいずれかに送るようにする。DigiCipher規格に従って符号化されるデータを処理するのに適したものである本発明の第一の実施例においては、メモリ614および616のそれぞれは、単一の圧縮フレームを保持できる大きさである。しかし前に述べたように、圧縮フレームは長さが異なることもある。圧縮フレームの平均の長さを9トラックと仮定すると、27トラックのデータを保持するのに十分な記憶量をもつメモリなら、メモリ614および616のいずれにも十分である。
【0045】メモリ614および616は、デマルチプレクサ618のデータ入力に接続される。デマルチプレクサ618は、入力データシャフリングコントローラ620によって制御され、二つのメモリ614および616のうち一方から読み出されたデータを出力する。メモリ614および616から読み出されたデータは、コントローラ620によって与えられたアドレス値によって決定される。コントローラ620はまた、レコーダ626によって与えられるトラック/セグメントアドレスにも応答する。これらのアドレスによって、データが記録されることになるテープ上の位置が識別される。またこれらのアドレスによって、IDATAセグメントが図2に示したテープ上の特定の位置に記録されるように、そのコントローラがそれらのセグメントを適当なメモリ614または616から読み出すことができるようになる。
【0046】本発明の実施例では、コントローラ620は各々の入力フレームのためのテーブルを生成する。このテーブルは、符号化されたセグメントまたはスライスがメモリに記憶されているときに、これらのセグメントまたはスライスを認識するためのものである。ここで、このテーブルはコントローラ620内部にあるメモリ(図示せず)に記憶される。コントローラ620はこのテーブルと、レコーダ626からのトラック/セグメントアドレスとを使い、適切な時に記憶されたフレームからIDATAセグメント、MCDATAスライスを与えることにより、図2に示すような記録画像フォーマットを生成する。
【0047】本発明の本実施例においては、メモリ614および616は、ピンポンランダムアクセスバッファとして動作する。データはマルチプレクサ612を介して、メモリ614および616のいずれか一つの中に順次受信され、一方で、デマルチプレクサ618を介して、もう一方のメモリ616あるいは614から、データは特定されてアクセスされたブロックとして与えられる。メモリ614および616のそれぞれが一つの圧縮フレームを保持するため、デマルチプレクサ618により出力される出力信号は、図2に示したように、フレーム内符号化データが、動き補償予測符号化データの間に配置されるセグメント順列となる。
【0048】デマルチプレクサ618によって出力されたデータは、そのデータをセグメントに分割し、ヘッダを挿入する回路622に与えられる。これらのヘッダは、各データセグメントがIDATAであるかMCDATAであるかを識別し、かつそのデータセグメントの長さ、および結果として生ずるフレーム内の復号化された画素の位置を表示する。
【0049】回路622は、データ入力シャフリングコントローラ620によって提供された情報を基にして、これらのヘッダを発生する。図2に示したテープフォーマットに従って、コントローラ620がメモリ614および616から連続するセグメントを読み出すとき、コントローラ620は、供給されているデータセグメントのタイプおよび長さを表示する回路622に信号を与える。回路622はセグメントに対する適正なヘッダ情報を生成し、結果として生ずるデータストリームを、データを記録用にフォーマットする回路624へ与える。回路624は例えば、誤り訂正コード(ECC)符号器(図示せず)、チャンネル符号器(図示せず)および記録用アンプ(図示せず)を備えていてもよい。回路624によって与えられた信号は、レコーダ626によってテープ上に記録され、図2に示したテープフォーマットを実現する。
【0050】通常の再生およびトリックプレイモード中の再生中に、データはレコーダ626によってテープから読み出され、回路628に印加される。この回路628がテープから読み出された信号から記録されたデータを復元する。この回路628は例えば、ヘッドアンプ(図示せず)、検波器(図示せず)およびECC復号器(図示せず)を備えていてもよい。回路628の出力信号は、回路630に印加されるデジタルデータストリームであって、この回路630がセグメントを検出し、かつ回路622によって挿入されたヘッダ情報を削除する。回路630はまた、新しいセグメントがいつ処理されているかを表示する信号を発生する。この信号は、出力データシャフリングコントローラ640に加えられる。
【0051】回路630によって提供された出力データストリーム、つまりヘッダ情報のない符号化データは、マルチプレクサ632に与えられる。マルチプレクサ632は、出力データシャフリングコントローラ640によって与えられた信号で制御され、入力信号をメモリ634および636のいずれか一つに加える。コントローラ640もまた、メモリ634および636に接続され、データが記憶されるアドレスおよびデータが読み出されるアドレスを制御する。メモリ634および636から読み出されたデータは、データ出力シャフリングコントローラ640によってやはり制御されるデマルチプレクサ638に与えられる。
【0052】通常の再生モード中にデマルチプレクサ638によって与えられる出力データストリームは、図1に示したものである。フレーム内符号化データはDigiCipher符号化法の規定しているように、データストリーム中の固有の位置に再現される。この信号は、三つの信号、つまりデータレディ信号(D−RDY)、データ信号(DATA)、およびクロック信号(CLK)を発生する出力フォーマッタ642に加えられる。これらの信号は、受信した放送ビデオ信号であるかのように、テレビ受信装置に加えられる。そのデータは、出力シャフリングコントローラ640によって、図2に示した記録されたフォーマットから図1に示した標準的DigiCipherフォーマットに、再フォーマットされる。本発明の実施例においては、コントローラ640は、図1に示したフォーマットにデータを復元するために、メモリ634および636のいずれか一つの中にデータを順次記憶し、セグメント毎にもう一つのメモリからデータを読み出す。
【0053】メモリ634および636は、前述のメモリ614および616と同じでよい。これらのメモリはそれぞれ、一つの圧縮フレームビデオ信号を保持するのに充分な大きさをもつ。これらのメモリは、コントローラ回路640によって制御され、ピンポンランダムアクセスバッファとして動作する。メモリ634および636のいずれか一つがデータを受信している間に、もう一つのメモリ636あるいは634は、デマルチプレクサ638を介して、出力フォーマッタ642にデータを出力するのに用いられる。
【0054】出力データシャフリングコントローラ640もまた、三倍速早送り再生あるいは六倍速巻戻し再生が要求されていることを表示する信号641に応答する。この信号に応答して、コントローラ640は、レコーダ626によって与えられたトラック/セグメントアドレス、および回路628によって与えられたデータを監視し、フレーム内符号化データがテープによって与えられているかどうかを決定する。このトリックプレイモードにおいては、このフレーム内符号化データのみがメモリ636あるいは634に記憶される。このデータは、テレビ受信装置に間欠的に与えられればよいため、有効なフレーム内符号化データがテレビ受信装置に提供されている時のみ、出力フォーマッタ642はそのD−RDY信号をhighとする。
【0055】図4および図5に示したようなMPEG規格に従って符号化されたデータを処理するには、小さい変更が施された同様の回路を用いてもよい。MPEGデータ処理回路と、DigiCipherデータ処理回路との主な相違点は、メモリ614、616、634および636の大きさ、および入力データシャフリングコントローラ620および出力データシャフリングコントローラ640の動作である。本発明のこの第二の実施例においては、メモリ614、616、634および636のそれぞれは、MPEG符号化データのフレーム群全体を保持するのに十分な数の記憶セルを有している。図4および図5に示した例においては、平均的フレーム群は72のテープトラックに記憶されることになる。与えられたフレーム群を表すために必要なトラック数は、もとになる画像が圧縮されるときの効率によって異なる。しかし150のテープトラックを保持するのに充分な数の記憶セルをもつメモリなら、メモリ614、616、634および636のいずれにも充分だと考えられる。
【0056】本発明のこの実施例で用いられる入力データシャフリングコントローラ620は、図4に示したフォーマットから、図5に示したフォーマットへとデータを再配置する。フレーム群の最初に符号化されたIフレームは、ブロックに分割され、さらにそれらのブロックは、フレーム群の残りの部分の符号化ブロック間に配置される。通常の再生中に、出力データシャフリングコントローラ640は、図5に示したフォーマットに記憶されているようにデータを再配置し、図4に示したフォーマットに合う信号を生成する。これらの再フォーマット動作はいずれも、データが受信される時に、そのデータをピンポンメモリの一つに順次記憶していくことにより実行され、その一方では、メモリ中のそれぞれの位置へと個々のセグメントを割り付けるテーブルを監視し作成していく。データが読み出される時には、フレーム内符号化情報が異なる位置にあるようにデータは再配置される。この位置は、データがメモリの中に記憶されるときにつくられたテーブルから決まる。
【0057】本発明は、DigiCipherシステムおよびMPEG符号化規格に関連して記載されたが、他のシステム、例えばZenith/AT&Tによって提案されたDSC−HDTVシステムなどによっても本発明は適用されると考えられる。
【0058】本発明は、実施例によって記載されたが、請求項の精神およびその範囲内で、以上に概略を示したように本発明は実施されうる。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、内部符号化されたフレームおよび予測符号化されたフレームの両方を有する高精細度テレビ信号を記録するデジタルビデオテープレコーダにおいて、トリックプレイモードにおいても高精細度表示を可能とするレコーダおよび方法を提供することができる。




 

 


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