(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化する高能率符号化手段と、
前記高能率符号化手段から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体上に設けられた固定記録領域に詰め込むためのデータ配置を行う第１の固定長詰め込み手段と、
前記第１の固定長詰め込み手段により前記固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、前記残余データの少なくとも一部を次のｎフレーム記録期間まで保持する第１の一時記憶手段と、
前記第１の固定長詰め込み手段により固定記録領域に詰め込まれた符号データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第２の一時記憶手段と、
前記第２の一時記憶手段から出力された符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合に、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される前記残余データを前記空き領域に詰め込む第２の固定長詰め込み手段と、を具備し、
前記第１の固定長詰め込み手段は、
前記第１の一時記憶手段から出力される残余データに対して、直前のｎフレーム期間における残余データであることを示す識別コードを付加し、前記固定記録領域に前記残余データを詰め込むと共に、前記高能率符号化手段から出力される現在のｎフレーム期間の符号データを前記固定記録領域に詰め込み、前記固定記録領域から符号データが溢れた場合、新たな残余データの一部を前記第２の固定長詰め込み手段に出力し、前記新たな残余データの残りを前記第１の一時記憶手段に出力するものであり、
前記第２の固定長詰め込み手段は、
前記第２の一時記憶手段から出力される符号データを詰め込むと共に、前記固定記録領域の符号データに空き領域がある場合、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される残余データを、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを付加して前記空き領域に詰め込むものであることを特徴とする映像記録装置。
【請求項２】
前記第１の固定長詰め込み手段は、
前記直前のｎフレーム期間における残余データを、前記固定記録領域内に設けた特定領域に記録するように詰め込むことを特徴とする請求項１記載の映像記録装置。
【請求項３】
映像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化する高能率符号化手段と、
前記高能率符号化手段から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体上に設けられた固定記録領域に詰め込むためのデータ配置を行う第１の固定長詰め込み手段と、
前記第１の固定長詰め込み手段により前記固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、前記残余データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第１の一時記憶手段と、
前記第１の固定長詰め込み手段により固定記録領域に詰め込まれた符号データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第２の一時記憶手段と、
前記第２の一時記憶手段から出力された符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合に、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される前記残余データを前記空き領域に詰め込む第２の固定長詰め込み手段と、
前記第１の固定長詰め込み手段により検出される可変長符号データ量に基づいて、各ｎフレーム単位の平均の発生符号データ量が予め設定された平均目標データ量となるように量子化率を決定して、前記高能率符号化手段に対して量子化制御信号を出力する符号量制御手段と、を具備し、
前記第１の固定長詰め込み手段は、
前記第１の一時記憶手段から出力される残余データに対して、直前のｎフレーム期間における残余データであることを示す識別コードを付加し、前記固定記録領域に前記残余データを詰め込むと共に、前記高能率符号化手段から出力される現在のｎフレーム期間の符号データを前記固定記録領域に詰め込み、前記固定記録領域から符号データが溢れた場合、新たな残余データの一部を前記第２の固定長詰め込み手段に出力し、前記新たな残余データの残りを前記第１の一時記憶手段に出力するものであり、
前記第２の固定長詰め込み手段は、
前記第２の一時記憶手段から出力される符号データを詰め込むと共に、前記固定記録領域の符号データに空き領域がある場合、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される残余データを、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを付加して前記空き領域に詰め込むものであり、
前記符号量制御手段は、
前記第１の固定長詰め込み手段を介して前記第１の一時記憶手段からｎフレーム単位毎に残余データのデータ量情報を獲得し、前記残余データが存在する場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、前記平均目標データ量から前記残余データのデータ量を減算して算出されるデータ量となるように、前記高能率符号化手段に対する量子化率を決定し、前記残余データが存在しない場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、前記平均目標データ量に前記空き領域のデータ量を加算して算出されるデータ量となるように、前記高能率符号化手段に対する量子化率を決定することを特徴とする映像記録装置。
【請求項４】
映像信号がｎフレーム単位で可変長符号化され、不特定長の可変長符号データが記録媒体上の固定記録領域に記録されると同時に、直後のｎフレーム期間の残余データが前記固定記録領域にある場合、前記残余データが第１の識別コードと共に記録され、直前のｎフレーム期間の残余データが前記固定記録領域にある場合、前記残余データが第２の識別コードと共に記録されている記録媒体から再生データを得るデータ入力手段と、
前記データ入力手段から出力される固定記録領域の再生データから、現在のｎフレーム期間の符号データを抽出すると共に、直前のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて前記直前のｎフレーム期間の残余データを抽出し、前記直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて前記直後のｎフレーム期間の残余データを抽出する符号データ分離手段と、
前記符号データ分離手段で抽出された前記直後のｎフレーム期間の残余データを一時記憶する第１の一時記憶手段と、
前記符号データ分離手段で抽出された前記現在のｎフレーム期間の符号データを一時記憶する第２の一時記憶手段と、
前記第２の一時記憶手段から出力されるｎフレーム期間の符号データ、前記符号データ分離手段から出力される前記直前のｎフレーム期間の残余データ、及び前記第１の一時記憶手段から出力される前記直後のｎフレーム期間の残余データを入力して適応的に連結し、ｎフレーム単位の可変長符号データを得る符号データ連結手段と、
前記符号データ連結手段からの可変長符号データを可変長復号化し、伸張処理する高能復号化器と、を具備することを特徴とする映像再生装置。
【請求項５】
前記高能率符号化器は、
前記ｎフレーム単位を圧縮単位とするフレーム間圧縮符号化を行うものであって、ｎフレームの中の１フレームはフレーム内符号化がなされ、他のフレームは前方向のみ又は双方向の予測符号化がなされることを特徴とする請求項１、２および３のいずれか１項記載の映像記録装置。
【請求項６】
前記高能率復号化器は、
前記ｎフレーム単位を圧縮単位とするフレーム間圧縮符号化を行う高能率符号化器によって、ｎフレームの中の１フレームはフレーム内符号化がなされ、他のフレームは前方予測符号化又は双方向予測符号化がなされた可変長符号データを高能率復号化することを特徴とする請求項４記載の映像再生装置。
【請求項７】
前記第１の固定長詰め込み手段は、
双方向予測符号化がなされたフレームの第１の可変長符号化データ、前方向予測符号化がなされたフレームの第２の可変長符号化データ、フレーム内符号化がなされたフレームの第３の可変長符号化データの順に選択して残余データを生成する残余データ生成手段を有することを特徴とする請求項１、２および３のうちいずれか１項記載の映像記録装置。
【請求項８】
前記第１の固定長詰め込み手段は、
前記ｎフレーム単位毎に発生する可変長符号データに含まれる周波数成分のうち、高域成分を表す符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段を有することを特徴とする請求項１、２および３のうちいずれか１項記載の映像記録装置。
【請求項９】
前記第１の固定長詰め込み手段は、
前記映像信号の画面位置における外周部分を可変長符号化して得られる符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段を有することを特徴とする請求項１、２および３のうちいずれか１項記載の映像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号を高能率符号化技術を用いて帯域圧縮して記録する映像記録装置、及び符号データを帯域伸長して映像信号を再生する映像再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像信号を磁気テープのような磁気記録媒体や光ディスクなどにディジタル信号で記録する映像記録装置及び映像再生装置が多数市場に導入されている。そもそも映像信号をそのままディジタル信号で記録するならば、そのデータ量は膨大となり、従来のアナログ記録方式よりも非常に多量な記録容量を必要とする。そこで映像信号のデータ量を削減する方法として、高能率符号化を行うことが一般的に知られている。高能率符号化とは、映像信号の持つ冗長成分を除去してデータ量を削減する符号化方法である。
【０００３】
この代表的な技術として、国際標準であるＭＰＥＧ（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）が挙げられる。この技術はフレーム内及びフレーム間の冗長性を除去して情報量を圧縮する方式である。フレーム内符号化を施すフレームをＩピクチャとする。直前のＩピクチャ又はＰピクチャの復号画像に動き補償を行って予測画像を生成し、この予測画像と入力画像との差分をとった結果を用いて前方予測符号化を施すフレームをＰピクチャとする。そして、直前と直後のＩピクチャ又はＰピクチャの間に存在するフレームで、動き補償により双方向予測符号化を施したフレームをＢピクチャとする。このような３種類の符号化方式の組み合わせにより、空間及び時間の相関を利用して高い圧縮率が実現できる。
【０００４】
まずフレーム内符号化（Ｉピクチャ）について具体的に説明する。画面内の有効画像領域を、ある特定数の画素からなるブロックに分割したものをマクロブロックと呼ぶ。マクロブロックは更に複数のＤＣＴブロック、例えば４個の輝度信号ＤＣＴブロックと２個の色差信号ＤＣＴブロックとに分割される。このＤＣＴブロック単位で直交変換が施される。直交変換は一般的にＤＣＴ（離散コサイン変換）とよばれる技術が用いられる。このような直交変換を施されたＤＣＴブロックは、空間領域から周波数領域へのデータ変換が施されたことになり、映像信号の相関によって直流成分や低周波成分にエネルギーが集中し、高周波成分のエネルギーが現れにくくなることが多い。これを人間の視覚特性上、量子化歪みが目立ちにくい量子化テーブル、即ち高周波成分ほど大きな値を持つ量子化テーブルを用意し、この量子化テーブルによって各周波数のエネルギーを除算し、ゼロデータを増やすようにする。この結果を低周波成分から高周波成分に向かってスキャンしていき、ゼロの続く数（ゼロラン）と非ゼロ係数値（アンプ）との対を可変長符号化することにより、情報量の削減を行うことができる。
【０００５】
次に前方予測符号化（Ｐピクチャ）について具体的に説明する。前述したとおり、入力フレームをマクロブロック単位に分割する。参照画面として、先に入力されたＩピクチャ（又はＰピクチャ）の入力画像データ、及び既に符号化されたＩピクチャ（又はＰピクチャ）の復号画像データを用いる。このＰピクチャの各マクロブロックと最も近い画像データを含むブロックを参照画像内で探索し（動き検出）、この探索された領域の復号画像データとの差分をとり、この結果を直交変換する。直交変換、量子化、可変長符号化などの処理は、上述のＩピクチャにおける処理と同様である。また、探索された参照画面内のブロックがどの位置のものかを示す動きベクトルも伝送し、記録する必要がある。このようにＰピクチャは、復号時に参照画像となる既に復号されたＩ又はＰピクチャが存在しないと、復号できないという特徴がある。
【０００６】
次に双方向予測符号化（Ｂピクチャ）について具体的に説明する。Ｂピクチャは、Ｉ又はＰピクチャの間に位置するピクチャであり、参照画像として直前と直後のＩ又はＰピクチャを必要とする。夫々のピクチャに対して上述したような動き検出を行い、差分データを直交変換、量子化、可変長符号化する。勿論動きベクトルを記録しておく必要がある。このように、Ｂピクチャは復号時、参照画像となる既に復号された直前及び直後に位置するＩ又はＰピクチャが存在しないと、復号できないという特徴がある。
【０００７】
さて、符号化によって発生する符号量は、符号量制御手段からの量子化スケールコードを可変することにより制御することができる。ここで符号量制御の一般的な動作を説明する。符号量制御とは、ある定められた伝送レートや記録レートに対して、今までに発生したデータ量が多いか少ないかを監視しておき、その結果を現在符号化しようとしている画像の量子化スケールに反映させ、発生ビット量を増減させることである。即ち、今までの消費ビット量が記録レートに対して大きい場合は、量子化スケールを増大させ、量子化時に除算する量を大きくすることにより発生ビット量を抑える。ここで、Ｉピクチャの存在するフレーム間隔をＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ  Ｏｆ  Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）と呼ぶ。一般的なシステムでは、記録レートから算出されるターゲットビットレートを概ね満たすようにこのＧＯＰ単位で符号化される。そして一定時間範囲での符号ビットレートが記録レートに等しくなるように制御される。従って局所的に見ると、各ＧＯＰ単位毎に発生する符号量は、割り当てられたターゲットビットレートより多くなったり、少なくなったりする。
【０００８】
さて、以上に述べたようなフレーム間符号化によって発生する符号データを記録媒体上に記録する手段として、発生したビットストリームをそのまま磁気テープ等の記録媒体に記録していく映像記録装置（ストリーマ）がある。図１８はこの従来の映像記録装置の構成を示すブロック図である。映像信号が入力端子１００を介して入力されると、高能率符号化器１０１は上述したような方法で高能率符号化し、可変長符号データを生成する。次に誤り訂正符号化器１０２は、この可変長符号データに誤り訂正符号化処理を施す。変調器１０３は誤り訂正符号化データを記録媒体に記録するのに適した形式に変調し、記録媒体１０４に記録する。このような映像記録装置によって記録された記録媒体上の記録パターンを図１９に示す。
【０００９】
この図では、１ＧＯＰの可変長符号データが記録媒体１６（磁気テープ）上の数本の記録トラックに記録されている状態が示されている。上述したとおり、可変長符号化されたデータの場合、各ＧＯＰ単位毎に記録ビット量が異なる。そして前のＧＯＰの符号データに続いて次のＧＯＰの符号データを記録していくため、トラックの途中にＧＯＰの境界が来てしまう。従って、どのトラックに何番目のＧＯＰデータが存在するかを検出することは容易ではない。
【００１０】
また、他の従来技術の例としては、「特開平８−１６３４９９」号公報に記載されているものがある。これによると、ＧＯＰ単位毎に特定記録領域を確保しておき、記録レートに対して符号化レートを低くなるように高能率符号化を行うことによって、その特定領域をオーバーフローしないようにする方法が用いられている。この場合、各ＧＯＰ単位の記録位置が、記録トラックのどこに記録されているか検出しやすい利点があるが、記録レートより符号化レートを低くする点において、記録容量を十分に活用した方法といえない。
【００１１】
また、ＧＯＰの境界が記録媒体上の記録トラックの途中に来ないように、その境界以降のそのトラックの空き領域をダミーデータで埋める処理方法がある。この場合もＧＯＰ単位での符号量が不特定となり、各ＧＯＰ単位で記録トラック数が可変するので、それにあわせてテープ走行系を制御するという複雑な処理を必要とする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の映像記録装置でフレーム間圧縮符号化されたデータを記録した場合、再生時にＧＯＰ単位での記録位置が不明確となり、頭出し等の高速サーチが困難となるという問題点があった。更にトラックの途中から編集又は重ね書きを実現するためには、ＧＯＰの境界の位置検出や記録ヘッドの制御が非常に複雑になるという問題があった。また、ＧＯＰ単位での編集や重ね書き等の制御を簡略化できるようにしても、そのために記録レートを十分に活用した符号化を行うことができないという問題があった。更に、ＧＯＰ単位に記録トラック数が可変するように記録した場合、それに合わせてテープ走行系の制御が複雑になるという問題があった。
【００１３】
本願の請求項１〜３，５，７〜９記載の発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、フレーム間圧縮符号化されたデータを、ＧＯＰの記録位置が検出しやすいように記録する映像記録装置を提供することを目的とする。
【００１４】
更に本願の請求項１〜３，５，７〜９記載の発明の他の目的は、記録レートを十分に活用して映像信号を高画質に記録できる映像記録装置を提供することにある。
【００１５】
更に本願の請求項１〜３，５，７〜９記載の発明の他の目的は、ＧＯＰ単位での編集又は重ね書き等を行うのに適する形式で記録可能な映像記録装置を提供することにある。
【００１６】
更に本願の請求項１，４，６記載の発明の目的は、前記のように記録された可変長符号データを、簡単な構成で高画質に再生する映像再生装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、映像信号を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化する高能率符号化手段と、前記高能率符号化手段から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体上に設けられた固定記録領域に詰め込むためのデータ配置を行う第１の固定長詰め込み手段と、前記第１の固定長詰め込み手段により前記固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、前記残余データの少なくとも一部を次のｎフレーム記録期間まで保持する第１の一時記憶手段と、前記第１の固定長詰め込み手段により固定記録領域に詰め込まれた符号データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第２の一時記憶手段と、前記第２の一時記憶手段から出力された符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合に、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される前記残余データを前記空き領域に詰め込む第２の固定長詰め込み手段と、を具備し、前記第１の固定長詰め込み手段は、前記第１の一時記憶手段から出力される残余データに対して、直前のｎフレーム期間における残余データであることを示す識別コードを付加し、前記固定記録領域に前記残余データを詰め込むと共に、前記高能率符号化手段から出力される現在のｎフレーム期間の符号データを前記固定記録領域に詰め込み、前記固定記録領域から符号データが溢れた場合、新たな残余データの一部を前記第２の固定長詰め込み手段に出力し、前記新たな残余データの残りを前記第１の一時記憶手段に出力するものであり、前記第２の固定長詰め込み手段は、前記第２の一時記憶手段から出力される符号データを詰め込むと共に、前記固定記録領域の符号データに空き領域がある場合、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される残余データを、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを付加して前記空き領域に詰め込むことを特徴とするものである。
【００２２】
本願の請求項２の発明は、請求項１の映像記録装置において、前記第１の固定長詰め込み手段は、前記直前のｎフレーム期間における残余データを、前記固定記録領域内に設けた特定領域に記録するように詰め込むことを特徴とするものである。
【００２３】
本願の請求項３の発明は、映像信号を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化する高能率符号化手段と、前記高能率符号化手段から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体上に設けられた固定記録領域に詰め込むためのデータ配置を行う第１の固定長詰め込み手段と、前記第１の固定長詰め込み手段により前記固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、前記残余データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第１の一時記憶手段と、前記第１の固定長詰め込み手段により固定記録領域に詰め込まれた符号データを次のｎフレーム記録期間まで保持する第２の一時記憶手段と、前記第２の一時記憶手段から出力された符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合に、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される前記残余データを前記空き領域に詰め込む第２の固定長詰め込み手段と、前記第１の固定長詰め込み手段により検出される可変長符号データ量に基づいて、各ｎフレーム単位の平均の発生符号データ量が予め設定された平均目標データ量となるように量子化率を決定して、前記高能率符号化手段に対して量子化制御信号を出力する符号量制御手段と、を具備し、前記第１の固定長詰め込み手段は、前記第１の一時記憶手段から出力される残余データに対して、直前のｎフレーム期間における残余データであることを示す識別コードを付加し、前記固定記録領域に前記残余データを詰め込むと共に、前記高能率符号化手段から出力される現在のｎフレーム期間の符号データを前記固定記録領域に詰め込み、前記固定記録領域から符号データが溢れた場合、新たな残余データの一部を前記第２の固定長詰め込み手段に出力し、前記新たな残余データの残りを前記第１の一時記憶手段に出力するものであり、前記第２の固定長詰め込み手段は、前記第２の一時記憶手段から出力される符号データを詰め込むと共に、前記固定記録領域の符号データに空き領域がある場合、前記第１の固定長詰め込み手段から出力される残余データを、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを付加して前記空き領域に詰め込むものであり、前記符号量制御手段は、前記第１の固定長詰め込み手段を介して前記第１の一時記憶手段からｎフレーム単位毎に残余データのデータ量情報を獲得し、前記残余データが存在する場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、前記平均目標データ量から前記残余データのデータ量を減算して算出されるデータ量となるように、前記高能率符号化手段に対する量子化率を決定し、前記残余データが存在しない場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、前記平均目標データ量に前記空き領域のデータ量を加算して算出されるデータ量となるように、前記高能率符号化手段に対する量子化率を決定することを特徴とするものである。
【００２４】
本願の請求項４の発明は、映像信号がｎフレーム単位で可変長符号化され、不特定長の可変長符号データが記録媒体上の固定記録領域に記録されると同時に、直後のｎフレーム期間の残余データが前記固定記録領域にある場合、前記残余データが第１の識別コードと共に記録され、直前のｎフレーム期間の残余データが前記固定記録領域にある場合、前記残余データが第２の識別コードと共に記録されている記録媒体から再生データを得るデータ入力手段と、前記データ入力手段から出力される固定記録領域の再生データから、現在のｎフレーム期間の符号データを抽出すると共に、直前のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて前記直前のｎフレーム期間の残余データを抽出し、前記直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて前記直後のｎフレーム期間の残余データを抽出する符号データ分離手段と、前記符号データ分離手段で抽出された前記直後のｎフレーム期間の残余データを一時記憶する第１の一時記憶手段と、前記符号データ分離手段で抽出された前記現在のｎフレーム期間の符号データを一時記憶する第２の一時記憶手段と、前記第２の一時記憶手段から出力されるｎフレーム期間の符号データ、前記符号データ分離手段から出力される前記直前のｎフレーム期間の残余データ、及び前記第１の一時記憶手段から出力される前記直後のｎフレーム期間の残余データを入力して適応的に連結し、ｎフレーム単位の可変長符号データを得る符号データ連結手段と、前記符号データ連結手段からの可変長符号データを可変長復号化し、伸張処理する高能率復号化器と、を具備することを特徴とするものである。
【００２５】
本願の請求項５の発明は、請求項１、２、３のいずれか１項の映像記録装置において、前記高能率符号化器は、前記ｎフレーム単位を圧縮単位とするフレーム間圧縮符号化を行うものであって、ｎフレームの中の１フレームはフレーム内符号化がなされ、他のフレームは前方向のみ又は双方向の予測符号化がなされることを特徴とするものである。
【００２６】
本願の請求項６の発明は、請求項４の映像再生装置において、前記高能率復号化器は、前記ｎフレーム単位を圧縮単位とするフレーム間圧縮符号化を行う高能率符号化器によって、ｎフレームの中の１フレームはフレーム内符号化がなされ、他のフレームは前方予測符号化又は双方向予測符号化がなされた可変長符号データを高能率復号化することを特徴とするものである。
【００２８】
本願の請求項７の発明は、請求項１、２、３のうちいずれか１項の映像記録装置において、前記第１の固定長詰め込み手段は、双方向予測符号化がなされたフレームの第１の可変長符号化データ、前方向予測符号化がなされたフレームの第２の可変長符号化データ、フレーム内符号化がなされたフレームの第３の可変長符号化データの順に選択して残余データを生成する残余データ生成手段を有することを特徴とするものである。
【００３０】
本願の請求項８の発明は、請求項１、２、３のうちいずれか１項の映像記録装置において、前記第１の固定長詰め込み手段は、前記ｎフレーム単位毎に発生する可変長符号データに含まれる周波数成分のうち、高域成分を表す符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段を有することを特徴とするものである。
【００３２】
本願の請求項９の発明は、請求項１、２、３のうちいずれか１項の映像記録装置において、前記第１の固定長詰め込み手段は、前記映像信号の画面位置における外周部分を可変長符号化して得られる符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段を有することを特徴とするものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における映像記録装置について、図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による映像記録装置の構成を示すブロック図である。この映像記録装置は、入力手段１０、高能率符号化器１１、固定長詰め込み手段１２、一時記憶手段１３、誤り訂正符号化器１４、変調器１５、記録媒体１６を含んで構成される。
【００３４】
入力手段１０は外部から映像信号を入力する手段である。高能率符号化器１１は、入力手段１０によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化する高能率符号化手段である。固定長詰め込み手段１２は、高能率符号化器１１から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体１６上に設けられた固定記録領域に詰め込むため、データ配置を行う手段である。一時記憶手段１３は、固定長詰め込み手段１２により固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、残余データを次のｎフレーム記録期間まで保持するものである。
【００３５】
このような構成の映像記録装置の動作について説明する。尚、固定長詰め込み手段が行う符号データの再配置を、以下の説明では符号データの詰め込みとして表現する。まず、映像信号が入力手段１０を介して入力されると、高能率符号化器１１は映像信号に対してｎフレームを１つのＧＯＰとして、前述した方法によりフレーム間圧縮し、可変長符号データを生成する。この可変長符号データのＧＯＰ単位期間での符号量は、各ＧＯＰ単位毎に不特定長となる。
【００３６】
このような可変長符号データ（以下、符号データと呼ぶ）を記録媒体１６に記録するに際し、記録媒体１６に各ＧＯＰ単位で記録するデータ領域を予め決めておく。このようなデータ領域を固定記録領域と呼ぶ。この固定記録領域は、記録媒体１６上のある特定数の連続するトラックで構成される。例えば図２に示すように、ＧＯＰ（ｉ）、ＧＯＰ（ｉ＋１）の固定記録領域を夫々５本のトラックで構成する。
【００３７】
固定長詰め込み手段１２は、各ＧＯＰ単位毎に不特定長な符号データＱを、ある特定の固定記録領域に記録するため、固定記録領域の大きさから一義的に決まるサイズの基本単位データ量Ｐ0 にこの符号データＱを分断し、このデータサイズ分だけ符号データＱ0 を詰め込む。ＧＯＰの符号データＱがこの基本単位データ量Ｐ0 より小さい場合は、全ての符号データＱを基本単位データとすることができる。ＧＯＰの符号データＱが基本単位データ量Ｐ0 より大きい場合は、基本単位データが抽出された後にＱ−Ｑ0 ＝ΔＱの残余データが残ることになる。一時記憶手段１３がこの残余データΔＱを次のＧＯＰ期間まで保持する。
【００３８】
誤り訂正符号化器１４は、抽出された基本単位データＱ0 に対して誤り訂正符号化処理を施す。次に変調器１５は誤り訂正符号化データを変調し、記録媒体１６の固定記録領域に記録する。
【００３９】
さて現在の期間ｉにおけるＧＯＰの符号データをＱi とすると、一時記憶手段１３に保持された残余データΔＱi は、次の（ｉ＋１）の期間におけるＧＯＰの符号データＱi+1 が固定長詰め込み手段１２に入力されてくるとき、同時に読み出される。この場合の固定長詰め込み手段１２の動作を説明をする。
【００４０】
まず第１に、固定記録領域に残余データΔＱi を詰め込む。この際、このデータが直前のＧＯＰの残余データΔＱi があることを示す識別コードＣi を付加して詰め込む。ここで、この識別コードＣは、再生時に各符号データが直前のＧＯＰと関連があるかどうか、つまり直前のＧＯＰの残余データΔＱであるかどうかを容易に認識できるようにするためのものである。これは、再生開始時の最初の固定記録領域の再生データに含まれる残余データが、その直前のＧＯＰの符号データがないことによって符号データの関連性が失われ、識別不可能（復元不可能）となることを防ぐためである。
【００４１】
第２に、（ｉ＋１）の期間において、残余データの詰め込まれた領域以外の空いている領域に、（ｉ＋１）の期間のＧＯＰの符号データＱi+1 を詰め込む。この詰め込まれる符号データＱi+1 のサイズは、固定記録領域から一義的に決定されるデータサイズから、すでに詰め込まれた残余データΔＱi の符号量を減算した値として決められる。このとき詰め込まれずにあふれた符号データΔＱi+1 は、新たに残余データとして一時記憶手段１３に保持される。そしてこのような詰め込み処理が終了した後、先述したような処理を経て、記録媒体１６の固定記録領域に記録される。
【００４２】
以上のような処理によって記録された固定記録領域の記録パターンの一例を図２に示す。図２によると、（ｉ＋１）の期間の符号データ用に設けられた５トラックの固定記録領域内において、第４番目のトラック先頭の領域に、残余データを識別コードを付加して詰め込まれている。
【００４３】
以上のように本実施の形態の映像記録装置では、各ＧＯＰ単位ごとに不特定長な可変長符号データを、記録媒体上の予め設定された固定記録領域に記録するので、トラック番号とＧＯＰ番号とが対応し、再生時において頭出し等の高速サーチを容易に実現する形式で映像データを記録することができる。
【００４４】
尚、ｎをＧＯＰを構成するフレーム数とし、ｎの値は１以上の整数を取りうるものとする。ＧＯＰの構成の仕方によって、ｎフレームに含まれる各フレームのピクチャタイプは任意に決定することができる。例えばＧＯＰの構成フレーム数ｎを１とし、フレーム内圧縮を施した符号データを記録媒体に記録する場合も同様である。
【００４５】
尚、固定長詰め込み手段１２は、一時記憶手段１３からの残余データを固定記録領域内の先頭から詰め込むこともできるし、図２に示すように固定記録領域内の途中の予め設定された特定領域から詰め込むこともできる。どこに詰め込むかは任意に設定できる。
【００４６】
尚、識別コードは、映像の符号データを記録する領域でなく、映像付加情報を記録する領域に挿入し、識別コード自身に残余データが詰め込まれた位置情報を持たせることもできる。また、映像の符号データを記録する単位、即ち誤り訂正符号化処理単位（シンクブロックという）ごとに、その中の特定位置に識別フラグを記録する領域を設けても良い。
【００４７】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における映像記録装置について説明する。図３は本実施の形態による映像記録装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一部分は同一の符号を付けて説明を省略する。この映像記録装置は、入力手段１０、高能率符号化器１１、固定長詰め込み手段１２、一時記憶手段１３、誤り訂正符号化器１４、変調器１５、記録媒体１６に加えて、符号量制御手段２０を含んで構成される。
【００４８】
符号量制御手段２０は、固定長詰め込み手段１２により検出される可変長符号データ量に基づいて、各ｎフレーム単位の平均の発生符号データ量が予め設定された平均目標データ量となるように量子化率を決定して、高能率符号化器１１に対して量子化制御信号を出力するものである。更に具体的に説明すると、符号量制御手段２０は、固定長詰め込み手段１２からｎフレーム単位毎に残余データのデータ量情報を獲得し、残余データが存在する場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、平均目標データ量から残余データのデータ量を減算して算出されるデータ量となるように高能率符号化器１０に対する量子化率を決定し、残余データが存在しない場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、平均目標データ量となるように高能率符号化器１１に対する量子化率を決定する。
【００４９】
このように構成された本実施の形態の映像記録装置の動作について説明する。ＧＯＰ単位の可変長符号データを記録媒体の固定記録領域に記録する動作については、実施の形態１とほぼ同様であるので、ここではその異なる部分の動作説明をする。
【００５０】
固定長詰め込み手段１２は、前述したような方法によって基本単位データＱ0 を抽出している。このとき、対象となる現在のＧＯＰの符号データＱi と直前のＧＯＰの残余データΔＱi-1 とのビット量の和が、固定記録領域のサイズ、即ち基本単位データ量Ｐ0 よりも大きい場合は、基本単位データＱi0を抽出した後に残余データΔＱi が残る。固定長詰め込み手段１２はこの残余データΔＱi の符号量を符号量制御手段２０に出力する。反対に、直前のＧＯＰの残余データがあればそれも含めてこの基本単位データ量Ｐ0 にＧＯＰの符号データＱi が全て納まった場合には、残余データΔＱi の符号量は０となる。このような場合は、固定記録領域上に空き領域ができることもある。
【００５１】
符号量制御手段２０は、上記の残余データの符号量を受け取って、高能率符号化器１１に対して適応的な符号量制御を行う。即ち、直前のＧＯＰの残余データが存在する場合は、予め設定された固定記録領域に相当する平均目標符号量Ｒ0 から、この残余データΔＱi-1 の符号量を減算して算出されるビット量を新たな目標符号量Ｒi とする。そして目標符号量Ｒi となるよう現在のＧＯＰの符号化を行うために、符号量制御手段２０が高能率符号化器１１に対して特定の量子化情報を出力する。もし、直前のＧＯＰの残余データΔＱi-1 の符号量が０の場合は、予め設定された固定記録領域に相当する平均目標符号量Ｒ0 をそのまま使用し、現在のＧＯＰの符号化を行うように高能率符号化器１１に対して特定の量子化情報を出力する。
【００５２】
以上のような映像記録装置によれば、実施の形態１における記録動作を実現するために、正確な符号量制御が可能となる。このため、記録レートの無駄を抑えた符号化が可能となり、記録媒体に記録される映像の画質を向上することができる。
【００５３】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における映像再生装置について説明する。図４は本実施の形態による映像再生装置の構成を示すブロック図である。この映像再生装置は、実施の形態１又は２の映像記録装置で記録された記録媒体を再生し、映像信号を出力するものである。この映像再生装置は、記録媒体１６、復調器３０、誤り訂正復号化器３１、符号データ分離手段３２、一時記憶手段３３、符号データ連結手段３４、高能率復号化器３５、出力手段３６を含んで構成される。
【００５４】
復調器３０及び誤り訂正復号化器３１はデータ入力手段の機能を有している。即ちデータ入力手段は、映像信号がｎフレーム単位で可変長符号化され、不特定長の可変長符号データが記録媒体１６上の固定記録領域に記録されると同時に、直前のｎフレーム期間の残余データが固定記録領域にある場合、残余データが識別コードと共に記録されている記録媒体から再生データを得るものである。
【００５５】
符号データ分離手段３２は、データ入力手段から出力される固定記録領域の再生データから、識別コードを認識して直前のｎフレーム期間の残余データと現在のｎフレーム期間の符号データとに分離するものである。一時記憶手段３３は符号データ分離手段３２で分離された現在のｎフレーム期間の符号データを一時記憶するものである。符号データ連結手段３４は符号データ分離手段３２から出力される直前のｎフレーム期間の残余データを入力すると共に、一時記憶手段３３から出力される直前のｎフレーム期間の符号データを入力して残余データと連結し、ｎフレーム単位の可変長符号データを得るものである。高能率復号化器３５は符号データ連結手段３４からの可変長符号データを可変長復号化し、伸張処理するものである。
【００５６】
以上のように構成された映像再生装置の動作について説明する。実施の形態１又は２で説明した映像記録装置によって、記録媒体１６の予め決められた固定記録領域に、ＧＯＰ単位の可変長符号データが記録されている。復調器３０はこの記録媒体１６から変調された誤り訂正符号化データを入力し、復調処理を行う。誤り訂正復号化器３１はこの誤り訂正符号化データに誤り訂正処理を施す。この時点において、再生された符号データは、固定記録領域に相当する符号量を有し、現在のＧＯＰの符号データと直前のＧＯＰの残余データとが詰め込まれた状態となっている。
【００５７】
符号データ分離手段３２は、誤り訂正復号化器３１から出力される符号データを入力し、残余データであることを示す識別コードＣi-1 を検出して、直前のＧＯＰの残余データΔＱi-1 と現在のＧＯＰの符号データＱi とに分離する。現在のＧＯＰの符号データＱi は一時記憶手段３３に保持される。そして、次の固定記録領域が再生され、符号データ分離手段３２にて上記のようにして残余データΔＱi が分離されてきたとき、符号データ連結手段３４は、一時記憶手段３３から読み出した符号データＱi に残余データΔＱi を所定の方法で連結して出力する。もし、符号データ分離手段３２から残余データが分離されない場合は、符号データに対して残余データが存在しないことを意味するので、そのままこの符号データをＧＯＰの符号データとして出力する。
【００５８】
また、再生開始時の最初の固定記録領域の再生データ内に、直前のＧＯＰの残余データが仮に含まれている場合には、連結すべき直前のＧＯＰの符号データが本来存在しないので、この残余データを無効とする。
【００５９】
このようにして符号データ連結手段３４から出力される可変長符号データは、高能率復号化器３５にて可変長復号化、逆量子化、逆直交変換等の処理が施され、出力手段３６から映像信号が出力される。
【００６０】
以上のように本実施の形態の映像再生装置は、実施の形態１又は２の映像記録装置によって記録された可変長符号データを、非常に簡単な構成を用いて元の完全な符号データに復元することができる。このため、高画質な映像を再生することが可能となる。
【００６１】
尚、一時記憶手段３３は上記構成のみによるものではない。例えばＧＯＰの全ての符号データを保持するものでなく、残余データが無くとも復元可能な符号データは符号データ分離手段３２及び符号データ連結手段３４を経てそのまま高能率復号化器３５に入力するようにし、残余データが必要な符号データのみを一時記憶手段３３に保持するようにしても良い。但しこの場合は、ＧＯＰの符号データの出力タイミング調整用の一時記憶手段を後段に配置する必要がある。このように一時記憶手段３３の構成は種々考えられる。
【００６２】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における映像記録装置について説明する。図５は本実施の形態による映像記録装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一部分は同一の符号を付け、説明を省略する。この映像記録装置は、入力手段１０、高能率符号化器１１、第１の固定長詰め込み手段４０、第１の一時記憶手段４１、第２の固定長詰め込み手段４２、第２の一時記憶手段４３、誤り訂正符号化器１４、変調器１５、記録媒体１６を含んで構成される。
【００６３】
高能率符号化器１１は入力手段１０によって入力された映像信号を高能率符号化により帯域圧縮して可変長符号化するものである。第１の固定長詰め込み手段４０は、高能率符号化器１１から出力され、ｎフレーム単位ごとに不特定長となる可変長符号データを、記録媒体１６上に設けられた固定記録領域に詰めて書き込むために、データを所定のルールに従って再配置するものである。このようなデータの再配置を「詰め込む」と呼ぶ。第１の一時記憶手段４１は、第１の固定長詰め込み手段４０により固定記録領域に配分しきれない残余データが発生したとき、少なくとも残余データの一部を次のｎフレーム記録期間まで保持するものである。
【００６４】
第２の一時記憶手段４２は第１の固定長詰め込み手段４０により固定記録領域に詰め込まれた符号データを次のｎフレーム記録期間まで保持するものである。、第２の固定長詰め込み手段４３は、第２の一時記憶手段４２から出力された符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合に、第１の固定長詰め込み手段４０から出力される残余データを空き領域に詰め込むものである。
【００６５】
更に具体的に説明すると、第１の固定長詰め込み手段４０は、第１の一時記憶手段４１から出力される残余データに直前のｎフレーム期間における残余データであることを示す識別コードを付加し、固定記録領域に残余データを詰め込むと共に、高能率符号化器１１から出力される現在のｎフレーム期間の符号データを固定記録領域に詰め込み、固定記録領域から符号データが溢れた場合、新たな残余データの一部を第２の固定長詰め込み手段４３に出力し、新たな残余データの残りを第１の一時記憶手段４１に出力する。
【００６６】
また第２の固定長詰め込み手段４３は、第２の一時記憶手段４２から出力される符号データを詰め込むと共に、固定記録領域の符号データに空き領域がある場合、第１の固定長詰め込み手段４０から出力される残余データを、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを付加して空き領域に詰め込む。
【００６７】
このように構成された本実施の形態の映像記録装置について、その動作を説明する。実施の形態１に説明した動作とほぼ同様の動作によって、ＧＯＰ単位の可変長符号データが記録媒体１６の固定記録領域に記録される。ここでは、異なる部分の動作説明を図６及び図７を用いて行う。
【００６８】
図６において、連続する３つの期間のＧＯＰについて考える。現在の期間ｉにおけるＧＯＰをＧＯＰ（ｉ）とし、直前の期間のＧＯＰをＧＯＰ（ｉ−１）とし、直後の期間のＧＯＰをＧＯＰ（ｉ＋１）とする。この例では、（ｉ−１）期間の符号データＱi-1 は基本単位データ量（固定長）Ｐ0 より少なく、ｉ期間の符号データＱi は基本単位データ量Ｐ0 より多く、（ｉ＋１）期間の符号データＱi+1 は基本単位データ量Ｐ0 より少ないとしている。尚、例えば符号データＱi が基本単位データ量Ｐ0 に納まる部分を符号データＱi0と呼ぶ。
【００６９】
図７は本実施の形態の映像記録装置の動作を示すタイミング図であり、図６のＧＯＰ（ｉ）、ＧＯＰ（ｉ−１）、ＧＯＰ（ｉ＋１）に対応している。まず高能率符号化器１１は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ＧＯＰ単位で不特定長な可変長の符号データＱi-1 、Ｑi 、Ｑi+1 を夫々出力する。
【００７０】
例えば図６のＧＯＰ（ｉ−１）では、符号データＱi-1 のデータ量が基本単位データ量Ｐ0 より少ないので、第１の固定長詰め込み手段４０は図７（ｃ）に示すように符号データＱi-1 をそのまま詰め込む。この符号データＱi-1 は第２の一時記憶手段４２にも出力される。また残余データΔＱi-1 は０なので、図７（ｄ）に示すように第１の一時記憶手段４１には残余データが出力されない。従って（ｉ−１）期間の最後では、第２の一時記憶手段４２のデータ記憶領域は図７（ｅ）に示すような空白が生じる。尚、図６のＧＯＰ（ｉ−１）では、符号データＱi-2 が明確にされていないので、第２の固定長詰め込み手段４３での詰め込み結果は図示されていない。
【００７１】
ＧＯＰ（ｉ）では、図６及び図７（ｂ）に示すように、符号データＱi が基本単位データ量Ｐ0 よりΔＱi だけ多い。図７（ｃ）に示すように第１の固定長詰め込み手段４０は符号データＱi のうち、基本単位データ量Ｐ0 相当分の符号データＱi0を詰め込む。詰め込まれた符号データＱi0は第２の一時記憶手段４２に出力される。また残余データΔＱi をΔＱi1＋ΔＱi2とし、Ｑi ＝Ｑi0＋ΔＱi とすると、第２の固定長詰め込み手段４３は、図７（ｆ）に示すように第１の固定長詰め込み手段４０から出力された残余データΔＱi のうち残余データΔＱi1を取り込み、期間ｉに第２の一時記憶手段４２から読み出されたデータの空き領域に残余データΔＱi1を即時に詰め込む。次に図７（ｄ）に示すようにΔＱi のうち溢れた残余データΔＱi2が第１の一時記憶手段４１に出力される。次に第２の固定長詰め込み手段４３は、第２の一時記憶手段４２に保持された期間（ｉ−１）の符号データＱi-1 を詰め込むと共に、残余データΔＱi1が期間ｉの残余データの一部であることを示す識別コードＣi1を付加して詰め込む。
【００７２】
ＧＯＰ（ｉ＋１）では、図６及び図７（ｂ）に示すように、符号データＱi+1 が基本単位データ量Ｐ0 よりかなり少ない。図７（ｃ）に示すように第１の固定長詰め込み手段４０は符号データＱi+1 を全て詰め込む。そして第１の固定長詰め込み手段４０は第１の一時記憶手段４１に保持された残余データΔＱi2を読み出し、データの空き領域に残余データΔＱi2を識別コードＣi2を付けて詰め込む。詰め込まれた符号データＱi+1 と残余データΔＱi2は第２の一時記憶手段４２に出力される。
【００７３】
第２の固定長詰め込み手段４３は、図７（ｆ）に示すように期間（ｉ＋１）に、第２の一時記憶手段４２から読み出された符号データＱi0を詰め込む。次の期間（ｉ＋２）で、第２の固定長詰め込み手段４３は、第２の一時記憶手段４２に保持された符号データＱi+1 と残余データΔＱi2を読み出し、それらのデータをＧＯＰ（ｉ＋１）のデータ領域に詰め込む。このような詰め込み方法によって、残余データは、直前の固定記録領域の空き領域と、直後の固定記録領域に詰め込まれることとなる。
【００７４】
ここで、残余データに識別コードを付加して記録することは、残余データと直前又は直後のＧＯＰとの関連性を認識できるようにするためである。即ち再生開始時の最初の固定記録領域に含まれる残余データが、その直前のＧＯＰの符号データがないことによって関連性が失われ、識別不可能（復元不可能）となることを防ぐためである。
【００７５】
上記のような処理によって記録された磁気媒体上の記録パターンは図６のようになる。このような実施の形態によれば、再生時に頭出し等の高速サーチを容易に行える形式でデータを記録することができる。更に本実施の形態では、実施の形態１よりも記録領域の無駄が少なくなり、画質を更に向上させることができる。
【００７６】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における映像記録装置について説明する。図８は本実施の形態による映像記録装置の構成を示すブロック図であり、図５と同一部分は同一の符号を付け、説明を省略する。この映像記録装置は、入力手段１０、高能率符号化器１１、第１の固定長詰め込み手段４０、第１の一時記憶手段４１、第２の固定長詰め込み手段４３、第２の一時記憶手段４２、誤り訂正符号化器１４、変調器１５、記録媒体１６に加えて、符号量制御手段４４を含んで構成される。
【００７７】
符号量制御手段４４は、第１の固定長詰め込み手段４０により検出される可変長符号データ量に基づいて、各ｎフレーム単位の平均の発生符号データ量が予め設定された平均目標データ量となるように量子化率を決定して、高能率符号化器１１に対して量子化制御信号を出力するものである。
【００７８】
更に具体的に説明すると、符号量制御手段４４は、第１の固定長詰め込み手段４０からｎフレーム単位毎に残余データのデータ量情報を獲得し、残余データが存在する場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、平均目標データ量から残余データのデータ量を減算して算出されるデータ量となるように、高能率符号化器１１に対する量子化率を決定し、残余データが存在しない場合は、次のｎフレーム単位に対する目標データ量が、平均目標データ量に空き領域のデータ量を加算して算出されるデータ量となるように、高能率符号化器１１に対する量子化率を決定する。
【００７９】
このように構成された本実施の形態の映像記録装置の動作について説明する。実施の形態４で説明した動作とほぼ同様の動作によって、ＧＯＰ単位の可変長符号データが記録媒体１５の固定記録領域に記録される。以下では、その違いの部分について説明する。
【００８０】
第１の固定長詰め込み手段４０は、前述したような方法によって基本単位データを抽出する。このとき、対象となる現在のＧＯＰの符号データと直前のＧＯＰの残余データとの符号量の和が、固定記録領域の基本単位データ量Ｐ0 よりも大きい場合は残余データΔＱが残る。第１の固定長詰め込み手段４０はこの残余データΔＱの符号量を符号量制御手段４４に出力する。反対に、直前のＧＯＰの残余データがあればそれも含めてこの基本単位データ量Ｐ0 にＧＯＰの符号データＱが全て納まった場合には、固定記録領域上には空き領域ができることになる。この場合は空き領域に相当する符号量を符号量制御手段４４に出力する。
【００８１】
符号量制御手段４４は、上記の残余データΔＱの符号量を入力し、適応的な符号量制御を行う。即ち、直前のＧＯＰの残余データが存在する場合は、予め設定された固定記録領域に相当する平均目標符号量Ｒ0 から、この残余データΔＱの符号量を減算し、減算結果を新たな目標符号量Ｒi として現在のＧＯＰの符号化を行うように、量子化情報を高能率符号化器１１に出力する。もし、空き領域が存在する場合は、予め設定された固定記録領域に相当する平均目標符号量Ｒ0 にこの空き領域の符号量を加算して算出されるビット量を、新たな目標符号量Ｒi として、現在のＧＯＰの符号化を行うように量子化情報を高能率符号化器１１に出力する。
【００８２】
以上のように本実施の形態によれば、実施の形態４における記録動作を実現するための正確な符号量制御が行える。更に記録レートの無駄を抑えた符号化が行え、画質を更に向上することができる。
【００８３】
なお、実施の形態４又は５の映像記録装置では、残余データを保持する第１の一時記憶手段４１と、基本単位データを保持する第２の一時記憶手段４２を別々に用意したが、これらの機能を１つの一時記憶手段で実現することもできる。
【００８４】
（実施の形態６）
次に本発明の実施の形態６における映像再生装置について説明する。図９は本実施の形態による映像再生装置の構成を示すブロック図であり、図４と同一部分は同一の符号を付け、説明を省略する。この映像再生装置は、実施の形態４又は５の映像記録装置で記録された記録媒体の信号を再生し、映像信号を出力するものである。この映像再生装置は、記録媒体１６、復調器３０、誤り訂正復号化器３１、符号データ分離手段５０、符号データ連結手段５１、第１の一時記憶手段５２、第２の一時記憶手段５３、高能率復号化器３５、出力手段３６を含んで構成される。
【００８５】
復調器３０及び誤り訂正復号化器３１はデータ入力手段の機能を有している。即ちデータ入力手段は、映像信号がｎフレーム単位で可変長符号化され、不特定長の可変長符号データが記録媒体１６上の固定記録領域に記録されると同時に、直後のｎフレーム期間の残余データが固定記録領域にある場合、残余データが第１の識別コードと共に記録され、直前のｎフレーム期間の残余データが固定記録領域にある場合、残余データが第２の識別コードと共に記録されている記録媒体１６から再生データを得るものである。
【００８６】
符号データ分離手段５０は、データ入力手段から出力される固定記録領域の再生データから、現在のｎフレーム期間の符号データを抽出すると共に、直前のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて直前のｎフレーム期間の残余データを抽出し、直後のｎフレーム期間の残余データであることを示す識別コードを用いて直後のｎフレーム期間の残余データを抽出するものである。第１の一時記憶手段５２は、符号データ分離手段５０で抽出された直後のｎフレーム期間の残余データを一時記憶するものである。
【００８７】
第２の一時記憶手段５３は、符号データ分離手段５０で抽出された現在のｎフレーム期間の符号データを一時記憶するものである。符号データ連結手段５１は、第２の一時記憶手段５３から出力されるｎフレーム期間の符号データ、符号データ分離手段５０から出力される直前のｎフレーム期間の残余データ、及び第１の一時記憶手段５２から出力される直後のｎフレーム期間の残余データを入力して適応的に連結し、ｎフレーム単位の可変長符号データを得るものである。高能率復号化器３５は、符号データ連結手段５１からの可変長符号データを可変長復号化し、伸張処理するものである。
【００８８】
このように構成された本実施の形態の映像再生装置について、図１０及び図１１を用いてその動作を説明する。図１０は記録媒体１６から再生される符号データのトラック配置を示す説明図である。図１１は本実施の形態の映像記録装置の動作を示すタイミング図であり、図１０のＧＯＰ（ｉ−１）、ＧＯＰ（ｉ）、ＧＯＰ（ｉ＋１）に対応している。実施の形態３に記した動作とほぼ同様の動作によって、ＧＯＰ単位の可変長符号データが記録媒体１６の固定記録領域から再生される。ここでは、異なる部分の動作説明を図１０及び図１１を用いて行う。
【００８９】
まず記録媒体１６の予め決められた固定記録領域には、図１０に示すようなＧＯＰ単位の可変長符号データが記録されているとする。連続する３つの期間のＧＯＰにおいて、現在の期間ｉにおけるＧＯＰ（ｉ）に対し、直前のＧＯＰ（ｉ−１）、直後のＧＯＰ（ｉ＋１）が存在する。この例では記録時において、（ｉ−１）期間の符号データＱi-1 は基本単位データ量Ｐ0 より多く、ｉ期間の符号データＱi は基本単位データ量Ｐ0 より少なく、（ｉ＋１）期間の符号データＱi+1 は基本単位データ量Ｐ0 より多いとしている。
【００９０】
記録媒体１６から再生されたデータは、図９の復調器３０によって復調される。そして誤り訂正復号化器３１によって、このデータに誤り訂正処理が施される。この時点において、再生された符号データは、固定記録領域に相当する符号量を持ち、期間ｉにおいては図１０及び図１１（ｂ）に示すように、現在のＧＯＰ（ｉ）の符号データＱi と、直前のＧＯＰ（ｉ−１）の残余データΔＱi-1 と、直後のＧＯＰ（ｉ＋１）の残余データΔＱi+1 とが詰め込まれた状態となっている。
【００９１】
図９の符号データ分離手段５０は、この符号データを入力し、直前のＧＯＰの残余データΔＱi-1 であることを示す識別コードＣi-1 、及び直後のＧＯＰの残余データΔＱi+1 であることを示す識別コードＣi+1 を検出する。そして図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、これらの２種類の残余データΔＱi-1 及びΔＱi+1 と、現在のＧＯＰの符号データＱi とに分離する。現在のＧＯＰの符号データＱi は図１１（ｅ）に示すように第２の一時記憶手段５３に保持される。また、この直後のＧＯＰの残余データΔＱi+1 は第１の一時記憶手段５２に保持される。そしてこの直前のＧＯＰの残余データΔＱi-1 は符号データ連結手段５１に出力される。
【００９２】
符号データ連結手段５１は、第２の一時記憶手段５３から期間ｉで読み出したＧＯＰの符号データＱ(i-1)0に対し、第１の一時記憶手段５２から連結すべき残余データΔＱi-1 が与えられたときは、図１１（ｆ）に示すようにこれらのデータを所定の方法で連結する。更に、図１１（ｃ）に示すように符号データ分離手段５０から、ＧＯＰ（ｉ＋１）の符号データに連結すべき残余データΔＱi+1 が出力されてきたとき、期間（ｉ＋２）において残余データΔＱi+1 を所定の方法で符号データＱ(i+1)0に連結する。
【００９３】
もし、符号データ分離手段５０や第１の一時記憶手段５２に、そのＧＯＰの符号データに対して連結されるべき残余データΔＱが存在しない場合は、何も連結せずにそのまま符号データＱをＧＯＰの符号データとして出力する。
【００９４】
また、再生開始時の最初の固定記録領域の再生データ内に直前のＧＯＰの残余データΔＱが含まれている場合は、連結すべき直前のＧＯＰの符号データが存在しないので、この残余データΔＱを無効とする。また、この最初の固定記録領域の再生データ内に、現在のＧＯＰの符号データが全て揃っていない場合、直前の固定記録領域の空き領域に残余データが詰め込まれている可能性があるが、実際には直前の固定記録領域のデータが存在しないので、何も連結しないようにする。
【００９５】
符号データ連結手段５１から出力される可変長符号データは、高能率復号化器３５にて可変長復号化、逆量子化、逆直交変換等の処理が施され、映像信号に復号される。こうして記録媒体１６から再生された映像信号が出力手段３６を介して出力される。
【００９６】
以上のように本実施の形態の映像再生装置は、実施の形態４又は５の映像記録装置によって記録された可変長符号データを、非常に簡単な構成によって元の符号データに復元できる。従って映像信号を高画質に再生することが可能となる。
【００９７】
尚、第２の一時記憶手段５３は上記構成のみによるものではない。例えばＧＯＰの全ての符号データを保持するものでなく、残余データが無くとも復元可能な符号データは、符号データ分離手段５０及び符号データ連結手段５１を経てそのまま伝送されるようにし、残余データが必要な符号データのみを第２の一時記憶手段５３に保持するようにしても良い。但しこの場合は、ＧＯＰの符号データの出力タイミング調整用に、新たな一時記憶手段を後段に配置する必要がある。
【００９８】
このように第２の一時記憶手段５３の機能は、いくつもの実現手段によって達成される。尚、第１の一時記憶手段５２と第２の一時記憶手段５３とは、別々の一時記憶手段として説明したが、これらを１つの一時記憶手段を用いてその機能を実現することができる。
【００９９】
（実施の形態７）
次に本発明の実施の形態７として、映像記録装置に用いられる固定長詰め込み手段について具体的に説明する。図１２は本実施の形態の固定長詰め込み手段１２Ａ又は４０Ａの構成図である。この固定長詰め込み手段１２Ａ，４０Ａは、ピクチャ別データ整列手段６０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３、書き込み制御手段６４、読み出し制御手段６５を含んで構成される。
【０１００】
このように構成された固定長詰め込み手段１２Ａ，４０Ａの動作を、図１２及び図１３を用いて説明する。実施の形態１，２，４，５のいずれかの映像記録装置において、固定長詰め込み手段は同様の動作をする。入力されたＧＯＰの可変長符号データはピクチャ別データ整列手段６０によって、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの順に整列される。図１３に示すように、例えば１つのＧＯＰを７つのピクチャで構成するものとし、入力される順序は図１３（ａ）のようになり、符号化される順序は図１３（ｂ）のようになる。ピクチャ別データ整列手段６０は、図１３（ｂ）の順で入力される符号データを、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの順序に並び替える。この結果出力されるデータは図１３（ｃ）に示すような順序になる。
【０１０１】
一方、図１２の読み出し制御手段６５は、一時記憶手段１３又は４１から直前のＧＯＰで発生した残余データを読み出す。詰め込み手段６１は、ピクチャ別データ整列手段６０からの出力データと、読み出し制御手段６５から出力される残余データとを入力し、固定記録領域にそれらのデータを詰め込む。詰め込み手段６１で詰め込まれたデータは選択器６３及び固定長判別手段６２に与えられる。固定長判別手段６２は制御信号を出力し、入力データが固定記録領域を満たす符号量までは基本単位データとして出力するように選択器６３を切り替え、固定記録領域を越えた後は残余データとして出力するように選択器６３を切り替える。このとき選択された基本単位データは図１〜図８のいずれかで示した誤り訂正符号化器１４へ出力される。一方、選択された残余データは、書き込み制御手段６４によって一時記憶手段１３又は４１に出力されて保持される。
【０１０２】
ここで、ピクチャ別データ整列手段６０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３は、双方向予測符号化がなされたフレームの第１の可変長符号化データ、前方向予測符号化がなされたフレームの第２の可変長符号化データ、フレーム内符号化がなされたフレームの第３の可変長符号化データの順に選択して残余データを生成する残余データ生成手段の機能を達成している。
【０１０３】
以上のように本実施の形態の固定長詰め込み手段１２Ａ，４０Ａは、１ＧＯＰの残余データとなりうるピクチャタイプをＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの順序に設定することができる。即ち、再生時の復号化処理で参照画面となりうるＩピクチャやＰピクチャを優先して保護することができ、例えば編集によって消失し得る残余データを、殆どの場合Ｂピクチャの一部のデータとすることができる。よって、記録されたデータを編集したり、書き換えたりする場合に、より良好な再生映像を得ることができる。
【０１０４】
（実施の形態８）
次に本発明の実施の形態８として、映像記録装置に用いられる他の固定長詰め込み手段について具体的に説明する。図１４は他の固定長詰め込み手段１２Ｂ又は４０Ｂの構成図である。この固定長詰め込み手段１２Ｂ，４０Ｂは、周波数順データ整列手段７０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３、書き込み制御手段６４、読み出し制御手段６５を含んで構成される。
【０１０５】
このように構成された固定長詰め込み手段１２Ｂ，４０Ｂの動作を、図１４及び図１５を用いて説明する。実施の形態１，２，４，５のいずれかの映像記録装置において、固定長詰め込み手段１２Ｂ，４０Ｂは同様の動作をする。入力されたＧＯＰの可変長符号データは周波数順データ整列手段７０に入力される。周波数順データ整列手段７０は、各ＤＣＴブロック毎に直流データや低域データから高域データまで、ある一定の規則でデータを分類し、低域データの集合と高域データの集合とに分離する。そして低域データの集合から優先的に記録されるようにデータを出力する。図１５にこの様子を示す。
【０１０６】
例えば、マクロブロックが４個の輝度信号（Ｙ）のＤＣＴブロックと、２個の色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ）のＤＣＴブロックとから構成される場合、各ＤＣＴブロックの符号データは図１５のようになる。即ち、周波数順データ整列手段７０は、各ＤＣＴブロックから直流データ（ＤＣ）を含む比較的低域を表すデータから順に、ある特定長に収まるよう分断し、これを低域データの集合とする。そして残りの比較的高域を表すデータを高域データの集合とする。尚、このマクロブロックが動き補償による予測符号化されたものである場合は、図１５に図示されていないが、低域データの集合の中に優先的に動きベクトルを入れることができる。
【０１０７】
一方、図１４の読み出し制御手段６５は、直前のＧＯＰで発生した残余データを一時記憶手段１３又は４１から読み出す。詰め込み手段６１は、周波数順データ整列手段７０からの出力データと、読み出し制御手段６５から出力される残余データを入力し、固定記録領域に詰め込む。
【０１０８】
詰め込み手段６１が出力するデータは選択器６３及び固定長判別手段６２に与えられる。固定長判別手段６２は制御信号を出力し、データが固定記録領域を満たす符号量までは基本単位データとして出力するように選択器６３を切り替え、固定記録領域を越えた後は残余データとして出力するように選択器６３を切り替える。このとき選択された基本単位データは誤り訂正符号化器１４（図示せず）へ出力される。そして選択された残余データは、書き込み制御手段６４によって一時記憶手段１３又は４１に書き込まれる。
【０１０９】
ここで周波数順データ整列手段７０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３は、ｎフレーム単位毎に発生する可変長符号データに含まれる周波数成分のうち、高域成分を表す符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段の機能を達成している。
【０１１０】
以上のような本実施の形態の固定長詰め込み手段１２Ｂ，４０Ｂは、残余データとなりうるデータを、比較的高域を表すデータに設定することができる。従って、例えば編集等によって残余データが消失する場合も、比較的人間の視覚上歪みが目立ちにくい処理を行うことができる。従って、記録されたデータを編集したり、書き換えたりする場合に、より良好な再生映像を得ることができる。
【０１１１】
（実施の形態９）
次に本発明の実施の形態９として、映像記録装置に用いられる他の固定長詰め込み手段について具体的に説明する。図１６は更なる固定長詰め込み手段１２Ｃ，４０Ｃの構成図である。この固定長詰め込み手段１２Ｃ，４０Ｃは、画面位置データ整列手段８０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３、書き込み制御手段６４、読み出し制御手段６５を含んで構成される。
【０１１２】
このように構成された固定長詰め込み手段１２Ｃ，４０Ｃの動作を、図１６及び図１７を用いて説明する。実施の形態１，２，４，５のいずれかの映像記録装置において、固定長詰め込み手段１２Ｃ，４０Ｃは同様の動作をする。入力されたＧＯＰの可変長符号データは画面位置データ整列手段８０に入力される。
【０１１３】
画面位置データ整列手段８０は、入力されたＧＯＰの可変長符号データに対して、各マクロブロックの画面上の位置によってデータの並べ替えを行う。画面位置データ整列手段８０は、画面の中央部のマクロブロックから順に外周部のマクロブロックへと並べ替えて出力する。例えば、図１７のように画面がマクロブロック単位に分割されているものとする。画面位置データ整列手段８０は、予め決められたルールに従って、画面の中央部のマクロブロックから外周部のマクロブロックへと順番にデータを並び替えて出力する。
【０１１４】
一方、読み出し制御手段６５は、一時記憶手段１３又は４１から直前のＧＯＰで発生した残余データを読み出す。詰め込み手段６１は、画面位置データ整列手段８０からの出力データと、読み出し制御手段６５から出力される残余データを入力し、固定記録領域に詰め込む。
【０１１５】
詰め込み手段６１が出力するデータは選択器６３及び固定長判別手段６２に与えられる。固定長判別手段６２は制御信号を出力し、データが固定記録領域を満たす符号量までは基本単位データとして出力するように選択器６３を切り替え、固定記録領域を越えた後は残余データとして出力するように選択器６３を切り替える。このとき選択された基本単位データは図示しない誤り訂正符号化器１４に出力される。そして選択された残余データは、書き込み制御手段６４によって一時記憶手段１３又は４１に格納される。
【０１１６】
ここで画面位置データ整列手段８０、詰め込み手段６１、固定長判別手段６２、選択器６３は、映像信号の画面位置における外周部分を可変長符号化して得られる符号データを残余データとして生成する残余データ生成手段の機能を達成している。
【０１１７】
以上のような本実施の形態の固定長詰め込み手段１２Ｃ，４０Ｃは、残余データとなりうるデータを比較的画面上の外周に位置するデータとして設定することできる。従って、例えば編集によって残余データが消失する場合も、比較的画面の外周部に画質劣化を分散させることができる。従って、記録されたデータを編集したり、書き換えたりする場合に、より良好な再生映像を得ることができる。
【０１１８】
なお、外周部の定義は上記したものでなくてもよく、必ずしも図１７に示すような順序付けを行う必要はない。他の方法も多々考えられる。尚、実施の形態７、８、９はそれぞれ独立した固定長詰め込み手段として説明したが、これらの機能を組み合わせることも容易に実現でき、夫々の効果を合わせることにより、より良好な効果を得ることができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各ＧＯＰ単位ごとに不特定長な可変長符号データを、記録媒体上の予め設定された固定記録領域に記録することが可能となり、再生時において頭出し等の高速サーチを容易に行うことができる。更に、この形式で記録する際においても、記録レートを十分に活用できる高能率符号化を行うことができ、高画質に映像を記録することができる。また、このような形式で記録された可変長符号データを非常に簡単な構成で高画質に再生することができる。更にこのような形式で記録する場合であって、編集又は重ね書きされた場合であっても、画質劣化を抑えることができ、良好な再生映像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による映像記録装置の構成図である。
【図２】実施の形態１による映像記録装置のデータ記録方法を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２による映像記録装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３による映像再生装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４による映像記録装置の構成図である。
【図６】実施の形態４による映像記録装置のデータ記録方法を示す説明図である。
【図７】実施の形態４による映像記録装置のデータ記録動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５による映像記録装置の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６による映像再生装置の構成図である。
【図１０】実施の形態６による映像再生装置のデータ再生方法を示す説明図である。
【図１１】実施の形態６による映像再生装置のデータ再生動作を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態７による映像記録装置内の固定長詰め込み手段の構成図である。
【図１３】実施の形態７の映像記録装置において、固定長詰め込み手段の動作説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態８による映像記録装置内の固定長詰め込み手段の構成図である。
【図１５】実施の形態８の映像記録装置において、固定長詰め込み手段の動作説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態９による映像記録装置内の固定長詰め込み手段の構成図である。
【図１７】実施の形態９の映像記録装置において、固定長詰め込み手段の動作説明図である。
【図１８】従来例の映像記録装置の構成図である。
【図１９】従来例の映像記録装置のデータ記録方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  入力手段
１１  高能率符号化器
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  固定長詰め込み手段
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  第１の固定長詰め込み手段
１３，３３  一時記憶手段
１４  誤り訂正符号化器
１５  変調器
１６  記録媒体
２０，４４  符号量制御手段
３０  復調器
３１  誤り訂正復号化器
３２，５０  符号データ分離手段
３４，５１  符号データ連結手段
３５  高能率復号化器
３６  出力手段
４０  第２の固定長詰め込み手段
４１，５２  第１の一時記憶手段
４２，５３  第２の一時記憶手段
６０  ピクチャ別データ整列手段
６１  詰め込み手段
６２  固定長判別手段
６３  選択器
６４  書き込み制御手段
６５  読み出し制御手段
７０  周波数順データ整列手段
８０  画面位置データ整列手段
【図１】
0003727236.tif 000002
【図２】
0003727236.tif 000003
【図３】
0003727236.tif 000004
【図４】
0003727236.tif 000005
【図５】
0003727236.tif 000006
【図６】
0003727236.tif 000007
【図７】
0003727236.tif 000008
【図８】
0003727236.tif 000009
【図９】
0003727236.tif 000010
【図１０】
0003727236.tif 000011
【図１１】
0003727236.tif 000012
【図１２】
0003727236.tif 000013
【図１３】
0003727236.tif 000014
【図１４】
0003727236.tif 000015
【図１５】
0003727236.tif 000016
【図１６】
0003727236.tif 000017
【図１７】
0003727236.tif 000018
【図１８】
0003727236.tif 000019
【図１９】
0003727236.tif 000020