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発明の名称 動画像記録装置と動画像再生装置とビデオディスク
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7−107491
公開日 平成7年(1995)4月21日
出願番号 特願平5−247899
出願日 平成5年(1993)10月4日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 山口 良二 / 竹村 佳也 / 井上 貴司
要約 目的


構成
動画像記録装置は、符号化回路2で動画像信号を一定間隔でフレーム内符号化と前方予測フレーム間符号化と双方向予測フレーム間符号化を行い、メモリ4に入力された符号化データをアドレス制御回路5によってフレーム内符号化データに続けて少なくとも1つ以上の前方予測フレーム間符号化データが連続するように並べ換え、蓄積媒体記録装置6に記録し、再生時には、動画像再生装置は、蓄積媒体記録装置7から読み出したフレームデータの順序を、メモリ8のアドレス制御回路11によって並べ換え、復号化回路12で復号化する。
特許請求の範囲
【請求項1】動画像信号を所定の間隔でフレーム内符号化と前方予測フレーム間符号化と双方向予測フレーム間符号化とを行う動画像の符号化回路と、前記符号化回路からの出力を記憶するバッファメモリと、前記バッファメモリからの出力である符号化データを書き込むメモリと、前記メモリから読み出す際に、所定間隔でフレーム内符号化データに続いて前方予測符号化データを少なくとも1つ以上連続して読み出すアドレス制御回路とを具備し、前記動画像信号の符号化データを蓄積記録媒体に記録することを特徴とする動画像記録装置。
【請求項2】蓄積記録媒体が光ディスクであることを特徴とする請求項1記載の動画像記録装置。
【請求項3】動画像信号を所定の間隔でフレーム内符号化と、前方予測フレーム間符号化と双方向予測符号化とを行ったものを、所定の間隔でフレーム内符号化データに続いて前方予測符号化データが少なくとも1つ以上連続するように順序を変えて記録されていることを特徴とするビデオディスク。
【請求項4】蓄積記録媒体からフレーム内符号化データと前方予測フレーム間符号化データと双方向予測フレーム間符号化データを読み出す蓄積記録媒体再生装置と、前記フレーム内符号化データと前記フレーム間符号化データを記憶するメモリと、前記メモリから所定の順序で前記フレーム内符号化データと前記フレーム間符号化データを出力させるアドレス制御回路と、前記フレーム内符号化データと前記フレーム間符号化データを復号化する復号化回路とを備えたことを特徴とする動画像再生装置。
【請求項5】蓄積記録媒体再生装置は、一つのフレーム内符号化データに続けて、少なくとも1つ以上の前方予測フレーム間符号化データを再生し、アドレス制御回路はフレーム内符号化データと前方予測フレーム間符号化データの間に双方向予測フレーム間予測データを挿入するように動画像を符号化した順番で符号化データをメモリから出力させる請求項4記載の動画像再生装置。
【請求項6】蓄積記録媒体再生装置は、一つのフレーム内符号化データと前方予測フレーム間符号化データが少なくとも1つ以上連続しているデータのみを連続して出力する請求項4記載の動画像再生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はテレビジョン等の画像情報を高能率符号化したデータを光ディスク等の記録媒体に記録する動画像記録装置と、蓄積記録媒体から動画像を再生する動画像再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、動画像の高能率圧縮符号化技術を利用した光ディスク等の蓄積記録媒体への記録を目的とした動画像記録装置と、このように記録された蓄積記録媒体から動画像を再生するための動画像再生装置の開発が行われている。蓄積記録媒体からの再生時には通常再生に加えて、特殊再生として、高速再生やランダムアクセス等の機能が必要になってくる。
【0003】動画像の符号化にあたっては、フレーム内符号化、及びフレーム間符号化を行う。フレーム内符号化は単一フレーム内のデータのみで符号化を行う方法である(この符号化で得られるデータを以下Iフレームデータと呼ぶ。)。画像信号は動きを伝送するために毎秒数十フレームに標本化されており、この標本間の冗長度を除去する手法が有効である。フレーム間符号化は予めわかっている画像信号から次に入力される画像信号を予測し、予想がはずれた分だけを符号化するものである。1フレーム前の画面中の同一位置の画素を参照画像として予測すれば、画面に動きがなく静止している場合は、最も理想的な予測が行える。画面中に動きがある場合はフレーム間の相関は低くなり、符号化の効率は低下してしまう。
【0004】そこで、画像に動きがある場合でも効率よく符号化できるフレーム間符号化方式として、動き補償フレーム間符号化の手法が提案されている。これは画面中の動いている部分に対して、その動き量(移動方向と移動距離、以下動きベクトルと呼ぶ。)を検出し、動きベクトルに応じて前の画面中で予測に用いる位置を補正するものである。フレーム間符号化には、前方予測フレーム間符号化と双方向予測符号化がある。
【0005】前方予測フレーム間符号化(この符号化によって得られるデータを以下Pフレームデータと呼ぶ。)には2つの方法がある。1つはIフレームデータを参照して前方予測を行う方法で、もう1つは時間的に1つ前のPフレームデータを参照して前方予測を行う方法である。
【0006】双方向予測符号化(この符号化で得られるデータを以下Bフレームデータと呼ぶ。)には2つの方法がある。一つはIフレームデータとPフレームデータを参照して予測を行う方法で、もう一つは時間的に前と後の前方予測フレーム間符号化データから予測を行う方法である。符号化の効率はBフレームデータ、Pフレームデータ、Iフレームデータの順で良い。高速再生やランダムアクセスを行う場合、符号化効率は劣るがフレーム内符号化をある一定の間隔で行わなければならない。
【0007】以下で図面を参照しながら、上述した従来例の動画記録装置と動画再生装置とビデオディスクの一例について説明する。ここでは理解を容易にするため、動画像信号を12フレームに1回フレーム内符号化、12フレームに3回前方予測フレーム間符号化、12フレームに8回双方向予測フレーム間符号化を行うものとする。
【0008】図3(a)に動画像のフレーム順序を、(b)に前記符号化を行った時のフレーム順序を示す。Inはフレーム内符号化を行うフレーム、Bn1,Bn2,Bn3,Bn4,Bn5,Bn6,Bn7,Bn8は双方向予測符号化を行うフレーム、Pn1,Pn2,Pn3は前方予測フレーム間符号化を行うフレームである。
【0009】図5は従来例の動画像記録装置のブロック図である。図5において、1は動画像信号の入力端子、2は符号化回路部、3はバッファメモリ、6は蓄積記録媒体記録装置で構成される。符号化回路部2において201は減算回路、202は直交変換回路、203は量子化回路、204は逆量子化回路、205は逆直交変換回路、206は加算回路、207はフレームメモリ、208はフレーム間の画像データの相関を求める動きベクトル予測回路、209、211はフレーム内、フレーム間符号化を切り替えるスイッチ、210は可変長符号化回路である。蓄積記録記録装置6において601は信号処理回路、602は蓄積記録記録媒体である。
【0010】以上のような構成の従来例の動画像記録装置について、以下その動作を説明する。
【0011】入力端子1に入力された動画像信号は符号化回路部2によって符号化される。符号化回路部2はスイッチ209、211をそれぞれA側に切り替えるとフレーム内符号化を行い、B側に切り替えるとフレーム間符号化を行う。フレーム内符号化はフレームデータを直交変換回路202で直交変換し、量子化回路203で量子化を行い、可変長符号化回路210で可変長符号化を行う。前記可変長符号化データは復号時に必要な情報を付加して出力される。
【0012】符号化回路部2からの出力はバッファメモリ3に蓄積される。バッファメモリ3に蓄積された符号化データは、そのデータ総量に応じて量子化回路203の量子化パラメータを調節し、バッファメモリ3の出力データのレート制御が行われる。バッファメモリ3からの出力は蓄積記録媒体装置6に送られ、蓄積記録記録媒体602に記録するためのフォーマットの変換を信号処理回路601で行い、蓄積記録媒体602に記録する。バッファメモリ3からの出力時の信号のフレーム順序を図3(b)に示す。なお、従来例のビデオディスクとしては、上記の従来例の動画像記録装置によって記録された蓄積記録媒体が挙げられる。
【0013】図6は従来例の動画像再生装置のブロック図である。この動画像再生装置において7は蓄積記録媒体再生装置、10はバッファメモリ、12は復号化回路、9はCPUである。蓄積記録媒体再生装置7において701は信号処理回路、702はアクセス制御回路、703は蓄積記録媒体である。復号化回路12において1201は可変長符号復号化回路、1202は逆量子化回路、1203は逆直交変換回路、1204は加算回路、1205はフレームメモリ、1206は切り替えスイッチである。
【0014】以上のように構成された従来例の動画像再生装置について以下その動作を説明する。
【0015】最初に通常再生について説明する。蓄積記録媒体再生装置7は蓄積記録媒体703に記録された信号を信号処理回路701を介して読み出す。このときの出力は図3(b)に示すような信号が得られる。この信号はバッファメモリ10を経て、復号化回路部12で復号化される。復号化回路部12はスイッチ1206をAに切り替えるとフレーム内復号化を行い、スイッチがBに接続されたときは、前方予測フレーム間復号化及び双方向予測復号化を行う。
【0016】次に、高速再生について説明する。高速再生は蓄積記録媒体703からIフレームのみを読みだし、復号化することによって実現される。この動作はCPU9の指示により、アクセス制御回路702が蓄積記録媒体703中のIフレームを順番にアクセスすることによって行う。蓄積媒体再生装置7からの出力は図4(a)のようになる。フレーム内符号化は一定間隔で行われるのでIフレームは蓄積記録媒体703上で物理的に離れた位置に記録されているため、、1つのIフレームを読み出す毎に1回のアクセス動作が必要になる。読み出されたIフレームはバッファメモリ10を経て、復号化回路12で復号化され、動画像信号が出力される。アクセス間隔が短い場合、フレーム内符号化データを読み出せない可能性がある。
【0017】アクセス時間内に復号化する画像データが存在しない場合、フレームメモリ1205に記憶されている時間的に1つ前の画像データを再度出力することによって動画像の不自然な中断を回避する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の従来の動画像記録装置、動画像再生装置、及びビデオディスクでは、蓄積記録媒体からのIフレームのみを読み出して復号化する高速再生において1つのIフレームを読み出す毎に1回のアクセス動作が必要であり、時間当たりに読み出せる画像データの量が減少し、なめらかな高速再生が困難であるという問題点があった。加えてアクセス間隔が短い場合、フレーム内符号化データを所定時間内に読み出せない可能性があるという問題点もあった。
【0019】本発明は上記の従来の問題点を解決するもので、高速再生モードにおいても、蓄積媒体へのアクセス回数が少なく、なめらかな動画像の再生が行える動画像記録装置と動画像再生装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明の動画像記録装置は、動画像信号から一定間隔で選びだしたフレームをフレーム内符号化し、これ以外の部分を前方予測フレーム間符号化及び双方向予測フレーム間符号化する動画像信号符号化手段と、動画像信号符号化回路の出力であるIフレームとPフレームとBフレームの順序を変更して少なくとも1つ以上のPフレームをIフレームの後に連続して蓄積記録媒体に記録されるようにした蓄積媒体記録装置とを備えている。
【0021】また、上記目的を達成するために本発明の動画像再生装置は、蓄積記録媒体からのIフレームと、PフレームとBフレームを読み出す蓄積媒体再生装置と、IフレームとPフレームとBフレームを蓄積するメモリと、メモリから任意の順番でIフレームとPフレームとBフレームを出力するメモリアドレス制御回路と、IフレームとPフレームとBフレームを復号化する復号化回路とを備えたものである。
【0022】また、本発明のビデオディスクはIフレームとPフレームとBフレームの順序を変更して少なくとも1つ以上のPフレームをIフレームの後に連続して記録されるようにした蓄積記録媒体である。
【0023】
【作用】本発明は上記のような構成によって、高速再生時に1回のアクセス動作によって蓄積記録媒体上のIフレーム及び少なくとも1つ以上のPフレームを確実に読み出すことが簡単な制御でできるので単位時間当たりに読み出せる画像データの量が増加し、高速再生時においてなめらかで自然な動画像を再生することができる。
【0024】
【実施例】以下本発明の実施例の動画像記録装置について、図面を用いて説明を行う。動画像信号は従来例と同じく12フレームに一回フレーム内符号化、12フレームに3回前方予測フレーム間符号化、12フレームに8回双方向予測フレーム間符号化を行う動画像信号符号化をここでは行うことにする。
【0025】図1は本発明の一実施例における動画像記録装置のブロック図である。従来例と同一機能の構成要素には同一符号をつけて、その詳細な説明は省略する。図1において、4はフレームメモリ、5はアドレス制御回路である。蓄積記録媒体702としては光ディスクを用いる。
【0026】以上のように構成された動画像信号記録装置について、以下その動作を説明する。入力端子1より入力された動画像信号は符号化回路2で従来例と同様の符号化処理をされ、その符号化データはバッファメモリ3に蓄積された後、メモリ4に転送される。図3(b)にバッファメモリ3からの出力信号を示す。メモリ4は入力されるIフレーム、Pフレーム、Bフレームの順序をメモリ4のアドレス制御回路5の制御によって変更して出力する。
【0027】図3(c)にメモリ4からの出力を示す。アドレス制御回路5はIフレームに続いてPフレームが少なくとも1つ以上並ぶようにメモリ4にアドレスを与える。ここでは1つのIフレームにPフレームを3つ連続して蓄積媒体記録装置6の蓄積記録媒体602に記録するようにしている。また、上記の本実施例の動画像信号記録装置の出力を蓄積記録媒体に記録することによって、本実施例のビデオディスクを作成する。
【0028】次に本発明の一実施例の動画像再生装置について図2を用いて説明を行う。従来例と同一機能の構成要素には同一符号をつけて、その詳細な説明は省略する。図2において、11はアドレス制御回路である。
【0029】最初に通常再生の場合について説明を行う。蓄積記録媒体702に記録された信号は蓄積媒体再生装置により読み出されてメモリ8に蓄積される。この時の蓄積記録媒体702からの再生信号は図3(c)のようになる。メモリ8は前記再生信号をCPU9によって制御されるアドレス制御回路11によって図3(b)に示されるように並べ換えて出力する。図3(b)の信号はIフレームとPフレームとBフレームとを符号化時のフレーム順番順に並べたものである。この信号をバッファメモリ10を経た後、復号化回路12で復号化する。復号化の手順は従来例の復号化回路と同じである。
【0030】次に高速再生について説明する。高速再生では蓄積記録媒体702からIフレームと前記Iフレームに続いて記録されている少なくとも1つ以上のPフレームを読み出し復号化することによって行う。蓄積媒体再生装置7は蓄積記録媒体702に記録されたIフレームと前記Iフレームに少なくとも1つ以上続けて記録されているPフレームを読み出す。
【0031】この動作はCPU9の指示によって蓄積記録媒体装置7のアクセス制御回路703が蓄積記録媒体702中のIフレームとPフレームを順番にアクセスすることによって行う。即ち、本実施例ではIフレームに続いて3つのPフレームが連続して出力され、12フレームに1回のアクセス動作のよる間隔をおいて次のIフレームとPフレームのブロックが読み出される。蓄積媒体8からの出力を図4(b)に示す。メモリ8では読み出された前記ブロック中のフレームデータの並べ換えは行わない。
【0032】前記符号化データはバッファ部10を経て、復号化回路12で最初にフレーム内符号化データの復号化を行い、前記フレーム内符号化データの復号化データを参照して前記前方予測フレーム間符号化データの復号化が行われ、動画像信号が出力される。
【0033】なお、本実施例において、Iフレームにつづいて3つのPフレームが連続して蓄積記録媒体に記録されるようにしたが、この数に限定されるものではなく、少なくとも1つ以上のPフレームをIフレームに連続させれば、本発明の実施効果が得られる。即ち、Iフレームに続いて1つ以上のPフレームが1回のアクセスで読み出され再生できるので、Iフレームのみによって高速再生を行う時よりも滑らかな動画像が得られる。
【0034】また、本実施例の動画像信号記録装置において、入力信号の12フレームに1回の割合でフレーム内符号化、3回の前方予測フレーム間符号化、8回の双方向予測フレーム間符号化を行ったが、この数に限定されるものではない。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明の動画像記録装置と動画像再生装置は、動画像信号から所定間隔で選びだしたフレームをフレーム内符号化し、それ以外のフレームについては前方予測フレーム間符号化、前方及び後方から予測を行い符号化する双方向予測フレーム間符号化する3つの符号化モードを持つ符号化装置からの符号化データを蓄積媒体に記録する時、Iフレームに続いてPフレームを少なくとも1つ以上続くように、符号化データを並べ換えて記録することにより、高速再生時において自然な動画を再生する事ができる。




 

 


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