(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の整数）の映像信号を処理単位とし、該処理単位中の少なくとも１フィールドまたは１フレームの映像信号がイントラモードで符号化されたイントラフィールドまたはイントラフレームと、
その他のフィールドまたはフレームの映像信号が、前記イントラフィールドまたはイントラフレームを参照画像とする動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化された予測フィールドまたは予測フレームとが記録される映像情報記録媒体であって、
前記映像情報記録媒体は、当該映像情報記録媒体上を一定の情報長に区切った複数の記録セグメントから構成されるものであり、
前記処理単位として記録する情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単位が記録され、かつ前記１フィールドまたは１フレームの映像信号の情報量は前記記録セグメントの記録容量の整数倍とは限らないことを特徴とする映像情報記録媒体。
【請求項２】
ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の整数）の映像信号を処理単位とし、該処理単位中の少なくとも１フィールドまたは１フレームの映像信号をイントラモードで符号化し、参照画像として蓄積する第１の符号化手段と、
その他のフィールドまたはフレームの映像信号を、前記参照画像に対する動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化する第２の符号化手段と、
前記処理単位として記録する情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単位を記録する記録手段とを備え、
前記記録セグメントは、映像情報記録媒体上を一定の情報長で複数個に区切ったものであって、前記１フィールドまたは１フレームの映像信号の情報量は前記記録セグメントの記録容量の整数倍とは限らないことを特徴とする映像情報記録装置。
【請求項３】
ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の整数）の映像信号を処理単位とし、該処理単位中の少なくとも１フィールドまたは１フレームの映像信号をイントラモードで符号化し、参照画像として蓄積する工程と、
その他のフィールドまたはフレームの映像信号を、前記参照画像に対する動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化する工程と、
前記処理単位として記録する情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単位を記録する記録工程とを備え、
前記記録セグメントは、映像情報記録媒体上を一定の情報長で複数個に区切ったものであって、前記１フィールドまたは１フレームの映像信号の情報量は前記記録セグメントの記録容量の整数倍とは限らないことを特徴とする映像情報記録方法。
【請求項４】
請求項１に記載の映像情報記録媒体に記録された映像情報を再生する映像情報再生装置であって、
前記処理単位の先頭である記録セグメント先頭にアクセスすることにより、前記記録媒体から前記処理単位に相当する符号化映像信号を読み出す手段と、
読み出した符号化映像信号のうち、イントラモードで符号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を抽出して復号化する第１の復号化手段と、
前記第１の復号化手段により復号化した映像信号に基づき、予測符号化モードで符号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を復号化する第２の復号化手段とを備えたことを特徴とする映像情報再生装置。
【請求項５】
請求項１に記載の映像情報記録媒体に記録された映像情報を再生する映像情報再生方法であって、
前記処理単位の先頭である記録セグメント先頭にアクセスすることにより、前記記録媒体から前記処理単位に相当する符号化映像信号を読み出す工程と、
読み出した符号化映像信号のうち、イントラモードで符号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を抽出して復号化する第１の復号化工程と、
前記第１の復号化工程により復号化した映像信号に基づき、予測符号化モードで符号化されたフィールドまたはフレームの映像信号を復号化する第２の復号化工程とを備えたことを特徴とする映像情報再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号，音声信号をディジタル記録して再生するビデオテープレコーダー（以下、ＶＴＲと略す。），ビデオディスクプレーヤー，オーディオテープレコーダーなどのディジタル信号記録再生装置に関し、特に映像信号に動き補償予測を施して圧縮符号化する高能率符号化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
民生用ディジタルＶＴＲは、コスト面、ハードウェア規模から考えてデータ圧縮は必要不可欠なものである。そこで主に民生用ディジタルＶＴＲを例にとってデータ圧縮を説明する。
【０００３】
図１は、民生用ディジタルＶＴＲの簡単なブロック構成図である。900 は例えばテレビジョン信号のようなアナログ映像信号を入力する入力端子である。901 はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、902 はディジタル映像信号の情報量を圧縮して情報量を減少させるデータ圧縮部、903 は再生時に誤り訂正を行えるように誤り訂正符号を付加する誤り訂正符号化部、904 は記録するために記録に適した符号に変調する記録変調部、905 は記録信号を増幅する記録アンプ、906 は記録信号を記録し、蓄積する磁気テープである。907 は磁気テープ906 から再生された再生信号を増幅するヘッドアンプ、908 は再生信号を復調する再生復調部、909 は誤り訂正符号を使って再生復調された信号を誤り訂正する誤り訂正復号化部、910 はデータ圧縮されているデータを元の形に復元するデータ伸長部、911 はディジタル映像信号からアナログ映像信号に変換するＤ／Ａ変換器、912 は出力端子である。
【０００４】
次に上記データ圧縮部（高能率符号化装置）902 について説明する。図２に片方向動き補償フレーム間予測による高能率符号化装置のブロック図を示す。１はディジタル映像入力端子、２はディジタル映像入力信号をブロック化するブロック化回路、３は入力ブロックと予測ブロックとの誤差信号を誤差ブロックとして出力する減算器、４は誤差ブロックの電力を算出する誤差電力算出回路、５は入力ブロックの交流電力を算出する原画電力算出回路、６は誤差電力と原画交流電力とを比較し予測モードかイントラモードかを決定する判別回路、７は決定されたモードに基づき符号化ブロックを選択出力する第一スイッチ回路、８は符号化ブロックに直交変換である離散コサイン変換（以後ＤＣＴと略す）を施すＤＣＴ回路、９はＤＣＴ係数を量子化する量子化回路、10は伝送路に適した符号化を行う第一符号化回路、11は伝送路である。
【０００５】
12は量子化されたＤＣＴ係数を逆量子化する逆量子化回路、13は逆量子化されたＤＣＴ係数に対して逆ＤＣＴを行う逆ＤＣＴ回路、14は逆ＤＣＴ回路13の出力信号である復号化ブロックに予測ブロックを加算し出力ブロックを生成する加算器、15は動き補償予測を行うために出力ブロックを蓄える画像メモリ、16は画像メモリ15に蓄えられた過去の映像から切り出した動き補償探索ブロックと現在の入力ブロックとから動き検出を行い、動き補償予測を行なうＭＣ回路、17は動きベクトルと判別回路６によって決定されたモード信号とを合成するＭＩＸ回路、18はＭＩＸ回路17の出力を符号化する第二符号化回路、19は判別回路６でのモードに応じて予測ブロックを切り換える第二スイッチ回路である。そして、誤差電力算出回路４，原画電力算出回路５，判別回路６，逆量子化回路12，逆ＤＣＴ回路13，加算器14，画像メモリ15，ＭＣ回路16，第二スイッチ回路19により、局部復号ループ20が構成されている。
【０００６】
次に動作について説明する。入力されたディジタル映像信号は動き補償予測を行わないイントラフィールド、動き補償予測を行う予測フィールド（インターフィールド）に係わらずブロック化回路２によってｍ［画素］×ｎ［ライン］（ｍ，ｎは正の整数）を１つの単位とする入力ブロックに分けられ切り出される。入力ブロックは誤差ブロックを得るために減算器３において予測ブロックとの画素単位の差分が計算される。このようにして入力ブロックと誤差ブロックとが第一スイッチ回路７にそれぞれ入力される。また誤差ブロックは誤差電力算出回路４によってその誤差電力が計算される。
【０００７】
一方入力ブロックも原画電力算出回路５によって原画の交流電力が計算される。算出された２つの電力は判別回路６で比較され電力の小さい方のブロックが符号化対象として選択されるように第一スイッチ回路７が制御される。すなわち判別回路６は誤差電力が原画交流電力よりも小さければ予測モード信号を、逆に原画交流電力が誤差電力よりも小さければイントラモード信号を出力する。
【０００８】
第一スイッチ回路７は判別回路６によって決定されたモード信号に基づいて入力ブロックもしくは誤差ブロックを符号化ブロックとして出力する。但し処理画面がイントラフィールドの場合には、出力する全ての符号化ブロックが入力ブロックとなるように動作する。この切換状態を図３に示す。通常モードとは図４に示すような４フィールド完結の動き補償予測課程では、４フィールドのうちの最初の第１フィールドF1が常にイントラフィールドとなり、それに続く３つの第２，第３，第４フィールドF2，F3，F4が予測フィールドとなるモードのことである。
【０００９】
第一スイッチ回路７で選択された符号化ブロックはＤＣＴ回路８でＤＣＴ係数に変換され、さらに量子化回路９によってウェイティング（重み付け）処理やスレッショルド（しきい値）処理が行われ、それぞれの係数に応じた所定のビット数に量子化される。量子化されたＤＣＴ係数は第一符号化回路10で伝送路11に適した符号に変換され、伝送路11に出力される。
【００１０】
また量子化されたＤＣＴ係数は局部復号ループ20に入り、次の動き補償予測のための画像の再構成を行う。局部復号ループ20に入った量子化されたＤＣＴ係数は、逆量子化回路12で逆ウェイティング処理及び逆量子化が行われ、さらに逆ＤＣＴ回路13でＤＣＴ係数から復号化ブロックに変換される。復号化ブロックは加算器14によって予測ブロックと画素単位で加算され画像が復元される。この予測ブロックは減算器３で用いたものと同じである。加算器14の出力は出力ブロックとして画像メモリ15の所定の位置に書き込まれる。画像メモリ15は予測方式によってその必要メモリ量が異なる。いま複数枚のフィールドメモリで構成されているとし、復元された出力ブロックを所定の位置に書き込んでいく。
【００１１】
画像メモリ15からＭＣ回路16へは、過去の出力ブロックにより再構成された画面から切り出された動き検出の探索範囲であるブロックが出力される。この動き検出用の探索範囲ブロックの大きさは、ｉ［画素］×ｊ［ライン］（ｉ≧ｍ，ｊ≧ｎ：ｉ，ｊは正の整数）である。ＭＣ回路16には画像メモリ15から探索範囲のデータとブロック化回路２から入力ブロックがデータとして入力され、動きベクトルが抽出される。動きベクトルを抽出する方法は全探索ブロックマッチング法や、木探索ブロックマッチング法など様々な方法があり、公知であるのでここでの説明は省略する。
【００１２】
ＭＣ回路16で抽出された動きベクトルは、ＭＩＸ回路17に入力され、判別回路６で決定されたモード信号と合成される。合成された信号は、第二符号化回路18で伝送路11に適した符号に変換され、対応する符号化されたブロックと共に伝送路11へ出力される。またＭＣ回路16からは予測ブロックとして探索範囲から入力ブロックと等しい大きさ（ｍ［画素］×ｎ［ライン］）にブロック化された信号が出力される。ＭＣ回路16から出力される予測ブロックは、過去の画像情報から生成される。
【００１３】
この予測ブロックは第二スイッチ回路19に入力され、現在処理している画面のフィールド、復号化ブロックのモード信号に応じてそれぞれの出力から出力される。第二スイッチ回路19の一方の出力からは減算器３に処理フィールドに応じて予測ブロックが出力される。他方の出力からはその時の復号化ブロックのモード信号と処理フィールドとに応じて予測ブロックが出力される。
【００１４】
このような回路ブロックで行なわれる予測方式として、例えば図４に示すようなものが考えられる。この方式では、４フィールド毎にイントラフィールドを挿入し、間の３つのフィールドを予測フィールドとする。図４において、第１フィールドF1はイントラフィールド、第２，３，４フィールドF2, F3, F4は予測フィールドである。この方式での予測は、イントラフィールドの第１フィールドF1から第２フィールドF2を予測し、同様に第１フィールドF1から第３フィールドF3を予測する。そして再構成された第２フィールドF2から第４フィールドF4を予測する。
【００１５】
まず始めに、第１フィールドF1をフィールド内でブロック化しＤＣＴを施す。さらにウェイティング処理及びスレッショルド処理を施し量子化した後、符号化する。また局部復号ループ20では、量子化された第１フィールドF1の信号を復号／再構成する。この再構成された画像が次の第２フィールドF2，第３フィールドF3の動き補償予測に用いられる。次に第２フィールドF2を、第１フィールドF1を用いて動き補償予測し、得られた誤差ブロックをＤＣＴした後、第１フィールドF1と同様に符号化する。
【００１６】
この時、入力ブロックの交流電力が誤差ブロックの電力よりも小さければ、誤差ブロックではなく入力ブロックをＤＣＴし、第１フィールドF1と同様に符号化する。また第２フィールドF2は局部復号ループ20でそれぞれのブロックのモード信号に応じて復号／再構成され、第４フィールドF4の動き補償予測に用いられる。
【００１７】
一方、第３フィールドF3も第２フィールドF2と同様に第１フィールドF1を用いて動き補償予測し符号化される。第４フィールドF4は画像メモリ15で再構成された第２フィールドF2を用いて動き補償予測を行い、第３フィールドF3と同様に符号化する。第３フィールドF3，第４フィールドF4においても入力ブロックの交流電力の方が誤差ブロックの電力よりも小さければ誤差ブロックではなく入力ブロックをＤＣＴし、第１フィールドF1と同様に符号化する。
【００１８】
例えば図１に示したような民生用ディジタルＶＴＲでは、高画質、高音質が期待されており、そのためにはデータ圧縮、即ち高能率符号化装置の性能向上が必須である。従って、上述したような従来の予測方法では以下に述べるような難点がある。このような予測方式では、１フィールド前または１フレーム前の映像データを用いて動き補償予測を行なっているため、フィールドメモリまたはフレームメモリの量が増加しハードウェアが大きくなるという第１の問題点がある。
【００１９】
従来例の予測方式ではフレーム単位でシーンチェンジが生じると、シーンチェンジ後の映像の符号化の際にシーンチェンジ以前の参照画像からの動き補償予測による圧縮が困難になり、全体の符号量が増加するという第２の問題点がある。全体を時間方向に順にフィールド間動き補償予測を行なうと、シーンチェンジが生じても符号量の増加は最小に抑えることが可能であるが、シーンチェンジ等の無い動きが少ないインターレース映像の符号化の際には、全体的に符号量が増加する傾向にある。また図５のような第３フィールドF3, 第４フィールドF4を第１フィールドF1、第２フィールドF2、第３フィールドF3から適応的に切り換える予測方式では、フィールドメモリもしくはフレームメモリの量が増加しハードウェアが大きくなる欠点がある。
【００２０】
例えば図６にシーンチェンジがある映像Ａを図４のような予測方式で処理した場合と図５のような予測方式で処理した場合の輝度信号の符号量とＳ／Ｎ比とを示す。映像Ａはシーンチェンジがフレーム単位で生じている。またシーンチェンジがない映像Ｂを図４の予測方式で処理した場合と図５の予測方式で処理した場合の輝度信号の符号量とＳ／Ｎ比とも併せて示す。この場合シーンチェンジがある映像Ａでは図５の予測方式の方が有利であり、シーンチェンジのない映像Ｂでは図４の予測方式の方が有利である。
【００２１】
更に、従来例のような予測を行って符号化する場合、動き補償予測処理過程内でシーンチェンジが生じた時にシーンチェンジ直後の映像の質が劣化するという第３の問題点がある。。これはシーンチェンジが生じたため時間的相関を多分に利用する動き補償予測をうまく行うことができず、情報量の発生が大きくなるからである。このときの発生情報量は通常のイントラフィールド並の情報量に匹敵する。そしてこの発生した情報量に対し、この情報量を持っているフィールドを予測フィールドとしているので予測フィールド並の情報量にまで圧縮されてしまう。
【００２２】
よってシーンチェンジ後のフィールドの画質はかなり劣化する。図７に従来の予測方法で符号化を行った場合の映像の５秒間の情報量の推移を示す。これは５秒間の平均が20［Mbps］に収まるようにしているが、Ａの部分にシーンチェンジが存在し情報量が増えている。またその時のＳ／Ｎ比の推移を図８に示す。この時シーンチェンジ部分に大きな劣化はないが、情報量を減少させようとするとＳ／Ｎ比は劣化する。
【００２３】
またそのフィールドを次の動き補償予測に利用するのであれば画質が劣化して時間的相関が小さくなった画像の動き補償予測を行わなければならず、再び発生する情報量は増加する。そして次のリフレッシュフィールドが処理されるまでこの悪循環は継続してしまう。このようにたとえシーンチェンジ直後とはいえ映像の質が劣化してしまうことは高画質を要求されているディジタル映像記録再生装置ではそのパフォーマンスを生かしきれないことになる。例えばディジタル映像記録再生装置の１つである家庭用ディジタルＶＴＲでは特再や編集等の機能が必要不可欠であり、その場合画質の著しい劣化が目立ってしまう。
【００２４】
ところで、従来のヘリキャルスキャン記録の家庭用ＶＴＲには、ＶＨＳ，β，８ミリデビオなどがある。ここでは８ミリビデオを従来例として説明する。図９は８ミリビデオ規格におけるテープフォーマットを示す図であり、図10は１トラックのフォーマットを示した図である。
【００２５】
また図11は８ミリビデオで使用される回転ヘッド・ドラムと磁気テープとの巻き付け状態を示した図であり、図12は８ミリビデオ規格における各信号の周波数アロケーションを示す図である。ＮＴＳＣとＰＡＬ方式用８ミリビデオの映像信号は、低域変換色信号記録方式で記録されており、これは家庭用ＶＴＲの基本的な記録方式である。輝度信号は4.2 〜 5.4ＭＨｚの搬送波でＦＭ変調し、色副搬送波は約 743ＫＨｚの低周波に変換して、両者をともに周波数多重記録する。テープ上の記録フォーマットは図９に示した通りである。映像信号（輝度信号，色信号），音声信号，トラッキング信号といった、最小限必要なＶＴＲの信号は、全て回転ビデオヘッドで周波数多重記録をする。その周波数帯域を図12に示す。
【００２６】
図９において、映像信号トラック部410 の磁気トラック401,402 は映像信号のトラックであり、各々１フィールドに相当する。音声信号トラック部411 の斜線を施した磁気トラック403,404 は音声信号の磁気トラックである。テープの両端には固定ヘッド用のキュー・トラック405 と音声トラック406 とがある。８ミリビデオでは、テープ端のコントロール・トラックを使わないので、このトラックを頭出し, 記録内容の番地付けなどを行うキュー・トラックに使用できる。１トラックの幅（トラック・ピッチ）は20.5μｍで、β方式，ＶＨＳ方式の長時間モードのピッチより若干広い（β-IIIは19.5μｍ、ＶＨＳの６時間モードは19.2μｍ）。トラック間に、クロストーク防止のためのガードバンドは設けていない。その代わり、２ヘッドによるアジマス記録を採用してクロストークを抑制している。
【００２７】
次に図13〜図17を用いて、従来例の具体的な回路動作を説明する。図13、図14は従来例のブロック回路図で、映像信号入力端子201 に与えられた映像信号は映像信号処理回路203 および同期信号分離回路204 に与えられる。映像信号処理回路203 の出力信号はゲート回路205 および206 を経て加算器213 および214 に加えられる。
【００２８】
一方、同期信号分離回路204 の出力である垂直同期信号は遅延回路207 および208 に供給される。同期信号分離回路204 とでヘッドスイッチパルス発生手段を構成するところの遅延回路207 のＱ出力は第１ゲート回路205 および後述の第４ゲート回路212 にゲートパルスとして供給され、Ｑバー出力は第２ゲート回路206 および後述の第３ゲート回路211 にゲートパルスとして供給される。遅延回路208 の出力信号は時間軸圧縮回路209 および消去電流発生器240 に供給される。
【００２９】
また、音声信号入力端子202 に与えられた音声信号は、時間軸圧縮回路209,変調回路210 および記録−消去切換用の切換スイッチ241 を経て、第３ゲート回路211 および第４ゲート回路212 に供給される。また、消去電流発生器240 の出力は、切換スイッチ241 を経て、第３ゲート回線211 および第４ゲート回線212 に供給される。第３ゲート回線211 および第４ゲート回線212 の出力信号は、加算器213 および214 に供給される。加算器213 の出力信号は記録−再生切換用の切換スイッチ215 を経て回転トランス217 に与えられる。回転トランス217 の出力信号は回転軸219,回転ヘッドバー220 を経て回転磁気ヘッド221 に与えられ、磁気テープ223 に記録電流あるいは消去電流が流れる。
【００３０】
一方、加算器214 の出力信号も切換スイッチ215 と連動する記録−再生切換え用の切換スイッチ216 を経て回転トランス218 に与えられるようになっている。回転トランス218 の出力信号は回転軸219,回転ヘッドバー220 を経て、もう１つの回転磁気ヘッド222 に与えられ、磁気テープ223 に記録電流あるいは消去電流が流れる。磁気テープ223 は、回転磁気ヘッド221,222 を内蔵するテーブルガイドドラム226 の両側に位置するガイドポスト224 および225 に案内され、かつキャプスタンおよびピンチローラよりなる周知の磁気テープ走行装置（図示せず）によって矢印227 の方向へ定速走行される。なお、テーブルガイドドラム226 は周知のものを使用し得るので、ここでの具体的な構造説明は省略する。
【００３１】
再生時、回転磁気ヘッド221 によって再生された信号は、回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トランス217 および切換スイッチ215 を経て、分離回路228 に供給される。一方、回転磁気ヘッド222 によって再生された信号は、回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トランス218 および切換スイッチ216 を経て分離回路229 に供給される。分離回路228 の一方の出力と分離回路229 の一方の出力とが加算器230 に供給される。また、分離回路228 の他方の出力と分離回路229 の他方の出力とが加算器231 に供給される。加算器230 の出力信号は映像信号処理回路232 を経て映像信号出力端子233 に供給される。他方、加算器231 の出力信号は時間軸補正回路234 、復調回路235 および時間軸伸長回路236 を経て音声信号出力端子237 に供給される。
【００３２】
次に、動作について説明する。映像入力端子201 に与えられた映像信号は、映像信号処理回路203 でＦＭ信号に変換される。なお、搬送色信号を含む場合においては、搬送色信号は約1.2 ＭＨｚ以下の低域に変換される。さらに、隣接カラー信号除去のための手段として、たとえば１Ｈ（水平走査期間）毎に上記搬送色信号の位相を90°回転させても、あるいは反転させても何らさしつかえない。これは、搬送色信号のライン相関を利用したトラック間クロストーク除去の技術である。以上のようにして処理された映像信号は第１ゲート回路205 および第２ゲート回路206 に供給される。
【００３３】
一方、同期信号分離回路204 にも映像信号が加えられることにより、その出力端には垂直同期信号が得られる。この垂直同期信号は遅延回路207,208 に供給される。遅延回路207 は２分周機能と遅延機能とを有しており、そのＱ出力端とＱバー出力端からは図15(b) および(c) に示すようなヘッド切換え用のパルス信号ＱおよびＱバーを第１ゲート回路205 および第２ゲート回路206 にそれぞれ供給する。これらのパルス信号Ｑ、Ｑバーと入力映像信号の位相関係を明らかにするために図15(a) に入力映像信号の波形を示す。
【００３４】
第１ゲート回路205 および第２ゲート回路206 の出力端には、図16(a) および(b) に示すように、パルス信号ＱおよびＱバーがＨレベルの期間、処理された映像信号が出力される。それらの信号は加算器213,214 にて、後述する変調された圧縮音声信号あるいは消去信号が加えられて、切換スイッチ215,216 に供給される。
【００３５】
圧縮音声信号はテープ・ヘッド系に適した変調［特にパルスコード変調（ＰＣＭ）を、あるいはＦＭ, ＰＭ, ＡＭなどを、または場合によっては無変調ＡＣバイアス記録］を変調回路210 で受ける。特にＰＣＭは、高Ｓ／Ｎ比が期待でき、また、ドロップアウト等に対しても周知の符号誤り訂正手段を用いることができるなどの点で有利である。このような変調された圧縮音声信号は、切換スイッチ241 を経てパルス信号ＱバーおよびＱが供給されている第３ゲート回路211 および第４ゲート回路212 に与えられる。これらのゲート回路211,212 は、パルス信号ＱバーおよびＱがＨレベルの期間、圧縮音声信号を加算器213,214 に出力する。
【００３６】
また、消去電流発生回路240 は、垂直同期信号を遅延回路208 で遅延させて得たトリガ信号Ｔによって発信開始時刻が制御された或る周波数（たとえば100 ＫＨｚ）の消去電流を発生し、切換スイッチ241 を経て、パルス信号ＱバーおよびＱが供給されている第３ゲート回路211 および第４ゲート回路212 に、圧縮音声信号の記録と同様にパルス信号ＱバーおよびＱがＨレベル期間、消去電流を加算器213,214 に出力する。図17(a) および(b) に、加算器213,214 の出力信号すなわち、処理された映像信号Ａと処理された音声信号Ｂあるいは消去信号の時間軸多重信号の波形図を示す。これらの信号が前述した経路を経て回転磁気ヘッド221,222 に供給されることにより、図９に示すようなテープ磁気パターンが得られる。
【００３７】
再生時には、切換スイッチ215, 216の可動接片を固定接点Ｐ側に切換える。このようにすると、回転磁気ヘッド221,222 で再生された２チャンネルの再生信号は、各々回転ヘッドバー220,回転軸219,回転トランス217 あるいは218,切換スイッチ215 あるいは216 を介して伝達され、分離回路228,229 では、入力された信号が時間軸上で映像信号と音声信号とに分離される。この分離された映像信号は加算器230 で、時間的に連続した１チャンネルの映像信号に変換されて映像信号処理回路232 に供給される。映像信号処理回路232 では、入力された信号が元の映像信号に復元されて映像信号出力端子233 に出力される。
【００３８】
一方、分離された音声信号も加算器231 でチャンネルの信号に変換され、時間軸補正回路234 に供給される。時間軸補正回路234 は、たとえばＣＣＤ（チャージ・カプルド・デバイス）やＢＢＤ（バケット・ブリゲート・デバイス）などの半導体メモリで構成され、ここでテープ・ヘッド系の時間軸変動（いわゆるジッターとスキュー歪）が除去される。時間軸補正回路234 の出力信号は復調回路235 で元の圧縮音声信号に復調され、さらにＣＣＤやＢＢＤなどの半導体メモリで構成される時間軸伸長回路236 で元の音声信号に変換されて音声出力端子237 に出力される。
【００３９】
以上のように８ミリビデオでは、１フィールドの映像信号及び音声信号が、テープ上の１トラックとして記録再生される。
【００４０】
図18は他の従来の映像情報記録再生装置の構成を示すブロック図であり、業務用または放送用に使用されているディジタル記録のＤ１方式、Ｄ２方式ＶＴＲを示す図である。101 はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、102 は誤り訂正符号を付加する誤り訂正エンコーダ、103 はディジタル信号を磁気テープの記録に適した信号に変換する変調器、104 は回転ヘッド・ドラム、105 は磁気テープ、106 は記録再生用の磁気ヘッド、107 は再生信号を復調する復調器、108 は伝送誤りを検出・訂正する誤り訂正デコーダ、109 はディジタル映像信号をアナログ映像信号に変換するＤ／Ａ変換器である。
【００４１】
図19に両方式のテープフォーマットを示す。両方式とも、映像信号と４チャンネルの音声信号とを、同一トラックの異なる場所に記録している。ただし、Ｄ１方式においては、音声信号はトラックの中央部に、Ｄ２方式においてはトラックの端部に記録する。映像信号と音声信号とを同一トラックに記録すると、記録再生に必要となる磁気ヘッド, 増幅回路などを映像信号と音声信号とで共用化できる。さらに、後述するように誤り訂正のために必要となるパリティ符号、これを生成するための回路なども共用化できる。
【００４２】
図20にＤ１, Ｄ２方式の全体仕様、図21にテープフォーマット諸元、図22に走行系諸元を示す。これより、ガードバンドも含めた面積記録密度は、Ｄ１方式は21.5μｍ2 ／bit 、Ｄ2 方式は16.6μｍ2 ／bit となる。Ｄ１方式には記録トラックの間にガードバンドが設けられているが、Ｄ２方式にはこれがない。この結果、Ｄ２方式のトラック密度はＤ１方式より15％ほど高く、これもＤ２方式の長時間記録に結び付いている。
【００４３】
一方、ガードバンドがないと本来のトラックの信号のほかに隣のトラックの信号も合わせて再生しやすい。この再生時のトラック間クロストークに対処するため、Ｄ２方式では、アジマス記録方式を採用している。通常、記録用磁気ヘッドのヘッドギャップと再生用磁気ヘッドのヘッドギャップとは磁気トラックに対して同一の角度で取り付けられている。もし、両ヘッドギャップの間に角度を与えると、再生信号レベルは減衰特性を示す。
【００４４】
なお、Ｄ２方式におけるアジマス角度θは、図21に示したように約±15度である。この結果、再生時に隣接トラックからの信号が混入しても、その不要成分は減衰する。これにより、ガードバンドがなくてもクロストークの影響が少ない。ただし、アジマス角度による損失は、直流では期待できないので、記録する信号としては直流成分がないことが必要となる。このため、Ｄ２方式においては、直流成分がない変調方式を採用している。
【００４５】
ディジタル記録においては、映像信号をすべての時間にわたって記録する必要はない。帰線期間は映像の内容に無関係に一定の波形であり、再生後に合成できるため、Ｄ１, Ｄ２方式ともに有効な映像期間のみを記録している。また、ＮＴＳＣ信号の帰線期間に含まれるカラーバースト信号も再生後に合成できる。これは、Ｄ２方式の標本化位相がＩ, Ｑ軸と定められており、再生された標本化クロックを用いてカラーバーストの位相（Ｑ軸より 180＋33度遅れている）を決定できるからである。
【００４６】
図23にＤ１, Ｄ２方式において実際に記録される画素範囲を示す。これらの有効画素は、いくつかのセグメントに分割される。Ｄ１方式においては50走査線分の画素、Ｄ２方式においては85走査線分の画素がセグメントを構成する。すなわち、１フィールド分の画素はＤ１方式では５セグメント、Ｄ２方式では３セグメントからなる。
【００４７】
セグメント内の映像信号は、Ｄ１方式においては４チャンネルに、Ｄ２方式においては２チャンネルに分割して記録される。この結果、１セグメントの１チャンネル当たりの画素数は、Ｄ１方式では｛（720 ＋ 360×２）／４｝×50＝360 × 50 ＝ 18000，Ｄ２方式では｛768 ／２｝×85＝384 ×85＝32640 となる。分配に際しては、各チャンネルが画面内にまんべんなく分散するように配慮されている。この結果、どれか特定のチャンネルの特性が劣化しても、それにより生じる符号誤りが画面内で一箇所に集中せず、目立ちにくい。したがって、訂正できなかった誤りに対しても修正の効果が大きい。
【００４８】
Ｄ１, Ｄ２方式ともに、外符号, 内符号と呼ばれる２種の誤り訂正符号を併用している。内符号, 外符号を生成する過程で、実際には符号の順序を入れ替える操作がなされる。これをシャフリングと呼ぶ。シャフリングは、符号誤りの影響を分散させ、訂正能力を向上させたり、訂正されなかった誤りによる画面劣化を軽減したりする。これには、外符号を生成する前の１走査線分のシャフリングと、外符号を付加した後で内符号を生成する前の１セクタ内のシャフリングからなる。以上のようにＤ1 , Ｄ２方式ＶＴＲでは、１フィールドの映像信号及び音声信号が、テープ上の複数のトラックにわたって記録される。
【００４９】
家庭用ＶＴＲでは、現行のＮＴＳＣやＰＡＬの標準テレビジョン信号の情報を余すところなく記録するために、ＦＭ輝度信号の搬送周波数を上げ、帯域およびデビエーションを拡大し、解像度およびＣ／Ｎの改善がはかられてきたが、Ｓ／Ｎ比，波形再現性などの面で業務用ＶＴＲにはまだまだ追いついていない状態である。
【００５０】
しかしながら機器小型化への期待は高く、更なる高性能化と同時に軽量小型化の実現も求められており、現行技術の改良だけでは難しい状態にある。一方業務用・放送用ＶＴＲの分野では急速なディジタル化が進み、機器の多機能・高性能化が実現され、放送分野ではそのほとんどがディジタルＶＴＲにおきかえられた。しかしディジタルＶＴＲのテープ消費量は非常に多く、長時間化、小型化を阻害している。
【００５１】
近年、映像が持つ情報の冗長性に着目し、記録情報を圧縮する研究が盛んになり、これをＶＴＲにも利用することが検討されている。ディジタルが持つ高画質と高密度記録、情報圧縮によるテープ消費量の低減によって、小型軽量、高画質、長時間ＶＴＲの実現が期待できる。
【００５２】
図24はテレビ電話、テレビ会議などの通信の分野で用いられている高能率符号映像情報圧縮方式（ＣＣＩＴＴ  Ｈ．２６１などによる）の通信装置である。101 はアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、110 は映像信号を圧縮符号化する高能率符号化器、112 は発生した圧縮符号を一定のスピードで送出するのに用いるバッファメモリ、102 は誤り訂正符号を付加する誤り訂正エンコーダ、103 はディジタル信号を通信用の送信信号に変換する変調器、114 は通信路、107 は受信信号をディジタルに復調する復調器、108 は伝送誤りを検出・訂正する誤り訂正デコーダ、113 は一定のスピードで受信した圧縮符号を次段の要求に従って供給するのに用いるバッファメモリ、111 は圧縮された映像信号を元の信号に伸長する高能率復号化器、109 はディジタル映像信号をアナログ映像信号に変換するＤ／Ａ変換器である。
【００５３】
入力された映像信号の冗長度は常に変化し、このためこの冗長度を利用して圧縮符号化した符号量も変動する。ところが通信路114 の伝送情報量は限られており、最大の性能を発揮するために、バッファメモリ113 を用いて符号量の変動を吸収し、メモリのオーバーフロー, アンダーフローを起さない範囲での情報量制御を行う。図25に、受信側のバッファオペレーションを示す。一定レートで受信したデータはバッファメモリに蓄えられ、データ量がＢＯに達した時点で符号のデコードを始める。第１画面の表示のためにｄ１のデータが消費され、第２画面のデコードを開始する時点では、蓄積データ量はＢ１になる。以下同様にデータの蓄積と消費が繰り返される。データ消費量は表示画面によって異なっているが、平均のデータ消費量と受信レートとは等しい。ここでは受信側について説明したが、送信側では受信側と全く逆の操作が行われている。
【００５４】
通信装置では以上のように制御されるため、入力映像のフィールドと通信される符号との関係は明確になっていない。しかし通信分野の応用とは異なり、ＶＴＲにはスチル再生, スロー再生, 高速再生など通常再生とは異なる特殊再生、アセンブル編集, インサート編集などＶＴＲ特有の機能が求められており、明確にフィールドとトラックとの関係が定まっていることが好ましい。実用的なＶＴＲとするには、これらの問題を解決できる記録フォーマットを選択することが必須である。
【００５５】
テレビジョン信号等の動画像の圧縮には、他のフィールド（またはフレーム）に関係せず単独のフィールド（またはフレーム）で符号化が完結するイントラフィールド（またはイントラフレーム）と他のフィールドやフレームの情報を利用して予測符号化する予測フィールド（または予測フレーム）とを利用した圧縮方法があり、一般にフィールド間（またはフレーム間）予測を使用しないイントラフィールド（またはイントラフレーム）の情報量は面間予測を利用して符号化した予測フィールド（または予測フレーム）の符号量の２倍以上となる。
【００５６】
このためイントラフィールド（またはイントラフレーム）と予測フィールド（または予測フレーム）とに同じサイズの記録エリア（トラック数）を割り当てると、イントラフィールド（またはイントラフレーム）では充分な記録エリアが得られず、また予測フィールド（または予測フレーム）では記録エリアを無駄に使うことになるという第４の問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５７】
本発明の目的は、無駄なトラックが発生せず、長時間の記録再生をすることができるとともに、ＶＴＲ等に要求される特殊再生や編集に対応することが可能な映像情報記録媒体、映像情報記録装置及び記録方法、並びに映像情報再生装置及び再生方法を提供することにある。
【００５８】
別の目的は、通常のシーンチェンジがない映像に対してある程度固定された方式を用いて参照画像を設定しておき、その動き補償予測の処理過程でシーンチェンジが生じたときには、発生する情報量の増加をできるだけ抑えるように参照画像を切り換えることにより、上記第２の問題点を解決し、発生情報量を抑制でき、かつハードウェアの増加を抑えたまま映像のＳ／Ｎ比を保つことができる高能率符号化装置を提供することにある。
【００５９】
他の目的は、通常のシーンチェンジがない映像に対してある程度固定された方式を用いて参照画像を設定して動き補償予測を行い、その動き補償予測の処理過程内でシーンチェンジが生じたときにはそのシーンチェンジ直後の映像はイントラフィールド（またはイントラフレーム）としてフィールド内（またはフレーム内）符号化することにより、上記第３の問題点を解消して、シーンチェンジ後の映像の質の劣化をできるだけ抑えることができる高能率符号化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
本発明は、ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の整数）の映像信号を処理単位とし、該処理単位中の少なくとも１フィールドまたは１フレームの映像信号がイントラモードで符号化されたイントラフィールドまたはイントラフレームと、その他のフィールドまたはフレームの映像信号が、前記イントラフィールドまたはイントラフレームを参照画像とする動き補償予測を用いた予測符号化モードで符号化された予測フィールドまたは予測フレームとが記録される映像情報記録媒体であって、前記映像情報記録媒体は、当該映像情報記録媒体上を一定の情報長に区切った複数の記録セグメントから構成されるものであり、前記処理単位として記録する情報量に応じた整数倍の記録セグメントに当該処理単位が記録され、かつ前記１フィールドまたは１フレームの映像信号の情報量は前記記録セグメントの記録容量の整数倍とは限らないことを特徴とする映像情報記録媒体である。
【００６１】
別の本発明の高能率符号化装置では、通常は固定された参照画像を用いて動き補償予測を行ない、その動き補償予測の処理過程でシーンチェンジが生じた時に適応的に参照画像を切り換え情報量の増加を抑える。この時シーンチェンジを判断するために例えば、イントラモードと判定されたブロックの個数をカウントし、設けたしきい値の個数以上のイントラモードのブロックが発生した場合には次のフィールド（またはフレーム）の参照画像を切り換える。よって、ブロックの符号化モードを監視し、シーンチェンジを判断し、動き補償予測の参照画像を切り換えることで発生する符号量を抑え、かつ再生映像のＳ／Ｎを高く保つ。
【００６２】
シーンチェンジを検出し、そのシーンチェンジ直後の画像をイントラ画像とし、情報量を圧縮すれば符号化誤差はこのフィールド（またはフレーム）の誤差のみとなり、次のフィールド（またはフレーム）の動き補償処理に対する影響が小さくなる。すなわちシーンチェンジをはさんで動き補償予測を行うとその時のフィールド（またはフレーム）における発生情報量が多くなり、その情報量を圧縮しても符号化誤差の影響が大きくなるのでその発生情報量と同等の情報量であればイントラフィールド（またはイントラフレーム）として符号化した方が主観的評価が高い。
【００６３】
本発明の他の高能率符号化装置では、動き補償予測処理単位内でシーンチェンジが生じた時にその生じたシーンチェンジ直後のフィールド（またはフレーム）をイントラフィールド（またはイントラフレーム）として符号化する。そうすると、そのフィールド（またはフレーム）の情報量を予測フィールド（または予測フレーム）並に圧縮してもイントラフィールド（またはイントラフレーム）として符号化した方が映像の画質劣化が抑えられる。
【００６４】
また、ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う符号化手段と、それぞれのブロックに対し動き補償予測を行う予測手段と、動き補償予測処理過程にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段と、シーンチェンジが生じたときに発生する符号量が少なくなる方向に動き補償予測の参照画像となるフィールドまたはフレームを切り換える手段とを備えることを特徴とする高能率符号化装置である。
前記検出手段は、フィールド内またはフレーム内で選択した予測モードまたはイントラモードのブロックの個数を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出するように構成する。
前記検出手段は、所定数のブロックの中で予測モード処理したブロックの個数またはイントラモード処理したブロックの個数と前記所定数との比率を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出する。
【００６５】
また、ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う符号化手段と、それぞれのブロックに対し動き補償予測を行う予測モードと動き補償予測を行わないイントラモードとを切り換える手段と、動き補償予測処理過程にシーンチェンジが生じた時に、予測モードとイントラモードとから生成する信号によってそのシーンチェンジを検出し、発生する符号量が少なくなる方向に動き補償予測の参照画像となるフィールドまたはフレームを切り換える手段とを備えることを特徴とする高能率符号化装置である。
フィールド内またはフレーム内で選択した予測モードまたはイントラモードのブロックの個数を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出するように構成する。
所定数のブロックの中で予測モード処理したブロックの個数またはイントラモード処理したブロックの個数と前記所定数との比率を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出するように構成する。
【００６６】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う符号化手段と、それぞれのブロックに対し動き補償予測を行う予測手段と、動き補償予測処理過程にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段と、検出したシーンチェンジ直後のフィールドまたはフレームを必ず動き補償予測の参照画像とするように参照画像を切り換える手段とを備えることを特徴とする高能率符号化装置である。
前記検出手段は、フィールド内またはフレーム内で選択した予測モードまたはイントラモードのブロックの個数を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出するように構成する。
前記検出手段は、所定数のブロックの中で予測モード処理したブロックの個数またはイントラモード処理したブロックの個数と前記所定数との比率を用いて、シーンチェンジが生じたことを検出するように構成する。
【００６７】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う手段と、それぞれのブロックに対し動き補償予測を行う予測手段と、動き補償予測処理過程にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段と、検出したシーンチェンジ以前のフィールドまたはフレームを動き補償予測の参照画像として用いないように参照画像を切り換える手段とを備えることを特徴とする高能率符号化装置である。
【００６８】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う手段と、ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の任意の整数）を１つの処理単位とし、その中に１フィールドのイントラフィールドまたは１フレームのイントラフレームを持つような動き補償予測処理を行う手段と、動き補償処理単位内にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段とを備え、シーンチェンジを検出したフィールドまたはフレームをイントラフィールドまたはイントラフレームとして、動き補償予測処理の処理単位内に複数のイントラフィールドまたはイントラフレームを持つように構成することを特徴とする高能率符号化装置である。
【００６９】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う手段と、ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の任意の整数）を１つの処理単位とし、その中に１フィールドのイントラフィールドまたは１フレームのイントラフレームを持つような動き補償予測処理を行う手段と、動き補償処理単位内にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段とを備え、シーンチェンジを検出したフィールドまたはフレームをイントラフィールドまたはイントラフレームとし、新たな動き補償予測処理の処理単位の先頭フィールドまたは先頭フレームとするように構成することを特徴とする高能率符号化装置である。
【００７０】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う手段と、ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の任意の整数）を１つの処理単位とし、その中に１フィールドのイントラフィールドまたは１フレームのイントラフレームを持つような動き補償予測処理を行う手段と、動き補償処理単位内にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段とを備え、シーンチェンジを検出したフィールドまたはフレームからその動き補償予測処理単位の最後のフィールドまたはフレームまでを次の動き補償予測処理単位に結合し、通常の動き補償処理単位のｎフィールドまたはｎフレームより動き補償処理単位が長くなり、次の動き補償予測処理単位に属しているイントラフィールドまたはイントラフレームを参照画像として動き補償予測を行うように構成することを特徴とする高能率符号化装置である。
【００７１】
ディジタル化された映像信号を所定の大きさのブロックに分割し符号化を行う手段と、ｎフィールドまたはｎフレーム（ｎは２以上の任意の整数）を１つの処理単位とし、その中に１フィールドのイントラフィールドまたは１フレームのイントラフレームを持つような動き補償予測処理を行う手段と、動き補償処理単位内にシーンチェンジが生じたことを検出する検出手段とを備え、シーンチェンジを検出したフィールドまたはフレームを予測フィールドまたは予測フレームとし、そのシーンチェンジを検出したフィールドまたはフレームからｎフィールドまたはｎフレームを次の動き補償予測処理単位とし、動き補償予測処理を行うように構成することを特徴とする高能率符号化装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
第１実施の形態．
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施の形態について説明する。図26は本発明の第１実施の形態におけるブロック図である。図26において、１はディジタル映像入力端子、２はディジタル映像入力端子１より入力される、ディジタル映像信号をブロック化するブロック化回路、30はブロック化回路２から出力されるブロックとイントラフィールドとの動き補償予測を行ない、入力ブロックと予測ブロックとの誤差信号を出力する動き補償予測回路、31はブロック化回路２から出力される入力信号と動き補償予測回路30からの予測誤差信号との絶対値和の小さい方を選択する判定器、32は決定されたモードに基づきブロック化回路２と判定器31とから出力される符号化ブロックを選択出力する第１スイッチ、33は第１スイッチ32から出力される符号化ブロックに対して直交変換を施す直交変換回路、34は直交変換回路33の出力を量子化する量子化回路、11は伝送路である。
【００７３】
35はイントラフィールドの場合のみ量子化回路34から出力される量子化結果を選択し出力する第２スイッチ、36は第２スイッチ35の出力を逆量子化する逆量子化回路、37は逆量子化回路36の出力を逆直交変換する逆直交変換回路、38は逆直交変換回路37より出力されるイントラフィールドの再生画像を１フィールド分蓄え、予測フィールドに対する探索範囲の参照画像を動き補償予測回路30に出力する画像メモリである。
【００７４】
このような回路ブロックで行なわれる予測方式として、例えば図27に示すようなものが考えられる。この方式では、４フィールド毎にイントラフィールドを挿入し、間の３つのフィールドを予測フィールドとする。図27において第１フィールドF1はイントラフィールド、第２, ３, ４フィールドF2, F3, F4は予測フィールドである。この方式では、第１フィールドF1から第２, ３, ４フィールドF2, F3, F4を予測する。まず、イントラフィールドである第１フィールドF1をフィールド内でブロック化し直交変換を施し、量子化した後、符号化する。
【００７５】
また局部復号ループでは、量子化された第１フィールドF1の信号を復号／再構成する。この再構成された画像が次の第２フィールドF2, 第３フィールドF3, 第４フィールドF4の動き補償予測に用いられる。次に第２フィールドF2を、第１フィールドF1を用いて動き補償予測し、得られた誤差ブロックを直交変換した後、第１フィールドF1と同様に符号化する。この時、入力ブロックの絶対値和が誤差ブロックの絶対値和よりも小さければ、誤差ブロックではなく入力ブロックを直交変換し、第１フィールドF1と同様に符号化する。
【００７６】
一方、第３フィールドF3, 第４フィールドF4も、第２フィールドF2と同様に第１フィールドF1を用いて動き補償予測し符号化される。第３フィールドF3, 第４フィールドF4においても入力ブロックの交流電力の方が誤差ブロックの電力よりもその絶対値和が小さければ誤差ブロックではなく入力ブロックを直交変換し、第１フィールドF1と同様に符号化する。
【００７７】
次に動作について説明する。ディジタル映像入力端子１により入力された映像信号はイントラフィールド, 予測フィールドに係わらずブロック化回路２によって例えば８画素×８ラインを１つの単位とするブロック化が行なわれる。また動き補償予測回路30では、予測フィールドの場合ブロック化回路２より出力される入力ブロックに対して、画像メモリ38に蓄えられているイントラフィールドの再生画像データを参照画像として動き補償予測を行う。
【００７８】
動き補償予測回路30では動き検出の探索範囲ブロックを例えば16画素×16ラインの大きさで行い、動きベクトルを求める。さらに動き検出によって得られた動きベクトルに従い、参照画像と入力画像との誤差信号を求め、動きベクトルとともに判定器31に出力する。判定器31ではブロック化回路２から出力される入力ブロックと動き補償予測回路30から出力される誤差ブロックとのそれぞれの各ブロックの各成分の絶対値和を求める。入力ブロックをＩ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１〜８）、その絶対値和をＩｓ、誤差ブロックをＰ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１〜８）、その絶対値和をＰｓとすると、Ｉｓ，Ｐｓは以下の式で表される。
【００７９】
【数１】
0003627747.tif 000002
【００８０】
ここで、Ｐｓ＜Ｉｓの場合は誤差ブロックの方が入力信号ブロックより情報量が少ないと判断し、誤差ブロックを動きベクトルと共に第１スイッチ32に出力する。一方Ｐｓ≧Ｉｓの場合は入力信号ブロックの方が誤差信号ブロックより情報量が少ないと判断し、入力ブロックとそのブロックが強制イントラブロックであることを示す強制イントラ信号とを動きベクトルの代わりに第１スイッチ32に出力する。
【００８１】
第１スイッチ32では、イントラモードの場合はブロック化回路２の出力を選択し、予測モードの場合は判定器31の出力を選択し直交変換回路33に出力する。直交変換回路33では入力される８×８の各ブロックに対して、例えば２次元のＤＣＴを施す。量子化回路34では、直交変換回路33より出力される直交変換係数を可変長符号化し量子化する。また量子化回路34では予測モードの場合は、直交変換係数に加えて、動きベクトルまたは強制イントラ信号を量子化し、直交変換係数に加えて伝送路11に出力する。
【００８２】
一方第２スイッチ35では動き補償予測の参照データとするために、イントラフィールドの場合のみ量子化回路34によって量子化された直交変換係数を逆量子化回路36に出力する。逆量子化回路36では量子化回路34によって可変長符号化されたデータを逆量子化し可変長復号を行ない、逆直交変換回路37に出力する。逆直交変換回路37では、例えば２次元の逆ＤＣＴを施してイントラフィールドのブロックを復元する。逆直交変換回路37によって復元されたイントラフィールドの各ブロックは、画像メモリ38に蓄えられる。画像メモリ38では動き補償予測の場合の参照用データとして、イントラフィールドの復元画像１フィールド分を蓄える、さらに動き補償予測回路30に対して動きベクトルの検出範囲の参照画像を出力する。
【００８３】
なお上記実施の形態では、直交変換のブロックサイズを８画素×８ラインの大きさにしているが、必ずしも８画素×８ラインである必要はなくｎ画素×ｍラインのブロックサイズで行ってもよい。また同様に動きベクトルの検出範囲も16画素×16ラインである必要はなく、ｋ画素×ｓライン（ｋ≧ｎ，ｓ≧ｍ）で行なってもよい。また４フィールド毎に予測符号化が完結しているが必ずしも４フィールドである必要はなく任意のフィールド毎に予測符号化が完結するようにしてもよい。
【００８４】
また任意のフィールド毎に予測符号化が完結しているが、必ずしもフィールド毎である必要はなく任意のフレーム毎に予測符号化が完結するようにしてもよい。また上記実施の形態では、判定器31でブロック化回路２の出力と動き補償予測回路30の出力との絶対値和の小さい方を第１スイッチ32に出力していたが、動き補償判定を行わずに動き補償予測回路30の出力のみを第１スイッチ32に出力してもよい。
【００８５】
第２実施の形態．
上記第１実施の形態では、判定器31でブロック化回路２の出力と動き補償予測回路30の出力との絶対値和の小さい方を第１スイッチ回路32に出力していたが、判定器31の判定結果が予測モードよりも強制イントラモードの方が多くなるようなフィールドでは、シーンチェンジが生じたと判断し、このフィールド全体をイントラモードとして、符号化してもよい。この様にして構成した例が第２実施の形態である。
【００８６】
図28は第２実施の形態の構成を示すブロック図である。図において40はブロック化回路２から出力される入力ブロックと動き補償予測回路30からの予測誤差ブロックとの絶対値和の小さい方を選択し、さらにブロック化回路２からの入力ブロックが選択される方が多いようなフィールドは、イントラフィールドであると判定する判定器、41はブロック化回路２から出力される入力ブロックをイントラフィールドのデータとして蓄える第１フィールドメモリ、42は判定器40から出力される予測フィールドのブロックを蓄える第２フィールドメモリ、43はイントラモード及び判定器40において予測モードより強制イントラモードの方が多いと判別された場合に第１フィールドメモリ41の出力を選択し直交変換回路33に出力し、それ以外の場合は第２フィールドメモリ42の出力を選択する第１スイッチである。
【００８７】
次に動作について説明する。ディジタル映像入力端子１から動き補償予測回路30までの動作は第１実施の形態と同じであるため省略する。判定器40は、第１実施の形態と同様にブロック化回路２から出力される入力ブロックと動き補償予測回路30から出力される誤差ブロックとのそれぞれのブロックの各成分の絶対値和の小さい方を選択して出力する。ここで、動き補償予測回路30の出力が選択された場合、判定器40は動きベクトルと共に誤差信号のブロックを出力する。
【００８８】
またブロック化回路２の出力が選択された場合は、強制イントラブロックであることを示す信号と共に出力される。また判定器40では強制イントラブロックが１フィールド内である値ｎ個以上になった場合はシーンチェンジが生じたと判断し、現在のフィールドをすべてイントラモードで符号化するような制御信号を出力する。
【００８９】
判定器40の出力は予測モードのデータとして第２フィールドメモリ42に蓄えられ、１フィールド分のデータが蓄えられた後、第１スイッチ43に出力される。一方ブロック化回路２の出力は第１フィールドメモリ41にイントラモードのデータとして蓄えられ、１フィールド分のデータが蓄えられた後、第１スイッチ43に出力される。第１スイッチ43ではイントラモード及び判定器40において強制的にイントラモードにすると判断された場合は、第１フィールドメモリ41の出力を選択し、それ以外の場合は第２フィールドメモリ42の出力を選択して、直交変換回路33に出力する。以下直交変換回路33から画像メモリ38までの動作は第１実施の形態と同じであるため省略する。但し、判定器40でシーンチェンジが生じたと判断された場合は画像メモリ38の内容も更新する必要があるので、第２スイッチ35においてもイントラモードの場合と同様に量子化回路34の出力を逆量子化回路36に出力する。
【００９０】
ここで、あるサンプル画像に対して図27, 図４，図29の３種類の予測符号化を用いて、符号化、復号化を行った例について説明する。図29に示す予測符号化方式はフレーム内でそれぞれフィールド間予測を行い、第３フィールドF3は第１フィールドF1から予測する方式である。ここで、図27による符号化方式を方式１、図４を方式２、図29を方式３としてシーンチェンジが存在するサンプル画像５秒分に対してシミュレーションを行った結果を図30に示す。
【００９１】
同様にシーンチェンジが存在しない画像５秒分に対してシミュレーションを行った結果を図31に示す。サンプル画像としては４：２：２コンポーネント信号（Ｙ：720 × 240，Ｃｂ，Ｃｒ：360 × 240，60Field/sec ）を用いている。図30, 図31の結果よりシーンチェンジを含む映像の場合はＳ／Ｎ比から見て方式３が有効である。
【００９２】
しかし、シーンチェンジを含まない映像の場合には方式１〜３では、あまり差が見られないことが分かる。この結果シーンチェンジが生じた場合は、強制的にイントラフィールドにすることにより、従来の予測符号化装置よりもハードウェアサイズが小さな高能率符号化装置を実現できる。
【００９３】
なお上記第２実施の形態では、ｎフィールド毎にイントラモードを作り、それに続くｎ−１フィールドをイントラフィールドから予測符号化し、シーンチェンジが生じた場合、強制的にイントラフィールドを作り、残りのフィールドを強制イントラフィールドより予測しているが、必ずしもｎフィールド毎にイントラフィールドがある必要はなく、強制イントラフィールドが発生した場合は強制イントラフィールドを起点にして続くｎ−１フィールドを予測符号化してもよい。また上記実施の形態ではフィールド単位で予測符号化を行っているが必ずしもフィールド単位で予測符号化を行う必要はなく、フレーム単位で予測符号化を行ってもよい。
【００９４】
以上詳述したように、第１，第２実施の形態の高能率符号化装置では、ｎフィールド毎にイントラフィールドを作り、その他のフィールドについては、このイントラフィールドを参照画像として動き補償予測を行っているので、動きベクトルを求めるための演算回路等のハードウェアサイズを小さくすることができる。
【００９５】
第３実施の形態．
図32は第３実施の形態の高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。図32において、１〜14、16〜20は図２における従来装置と同じものである。50はイントラモードのブロックの個数をカウントするモードカウンタ、51は所定のブロック数とモードカウンタからのイントラモードのブロックの個数とを比較し、次のフィールドの参照画像を決定する方向切換回路、52は動き補償予測を行うために出力ブロックを蓄え、次のフィールドの参照画像を探索範囲として出力する画像メモリである。
【００９６】
次に動作について説明する。入力されたディジタル映像入力信号はイントラフィールド，予測フィールドに係わらずブロック化回路２によってｍ［画素］×ｎ［ライン］を１つの単位とする入力ブロックに分けられ切り出される。入力ブロックは誤差ブロックを得るために減算器３において予測ブロックとの画素単位の差分が計算される。このようにして入力ブロックと誤差ブロックとが第一スイッチ回路７にそれぞれ入力される。また誤差ブロックはその電力を算出するため誤差電力算出回路４に入力され誤差電力が計算される。
【００９７】
そして入力ブロックもその交流電力を算出するために原画電力算出回路５に入力され原画電力が計算される。誤差電力算出回路４と原画電力算出回路５との出力は判別回路６に入力され２つの電力のうち小さい方を選択し、それをモード信号として第一スイッチ回路７に入力される。この時誤差電力が原画交流電力よりも小さければ予測モードとして第一スイッチ回路７で誤差ブロックを符号化ブロックとして出力するように予測モード信号を出力する。また原画電力の方が誤差電力よりも小さければイントラモードとして第一スイッチ回路７で入力ブロックを符号化ブロックとして出力するようにイントラモード信号を出力する。
【００９８】
また判別回路６からのモード信号はモードカウンタ50に入力される。入力されるモード信号は予測フィールドのブロック毎に生成されるのでモードカウンタ50では１フィールド分のブロックの個数のうちイントラモードまたは予測モードを選択したブロックの個数をカウントする。そしてイントラモードまたは予測モードを選択したブロックの個数を方向切換回路51に出力する。方向切換回路51では所定のブロックの個数（１フィールド分のブロック数未満）とモードカウンタ50から入力されたイントラモードを選択したブロックの個数とを比較し、画像メモリ52に参照画像切換信号を出力する。
【００９９】
方向切換回路51において所定のブロックの個数がイントラモード（または予測モード）を選択したブロックの個数より大きければ（小さければ）、参照画像を切り換えないように参照画像切換信号が画像メモリ52に出力される。また、方向切換回路51において所定のブロックの個数がイントラモード（または予測モード）を選択したブロックの個数より小さければ（大きければ）、参照画像を切り換えるように参照画像切換信号が画像メモリ52に出力される。
【０１００】
第一スイッチ回路７は判別回路６によって決定されたモード信号に基づいて入力ブロックもしくは誤差ブロックを符号化ブロックとして出力する。この時入力ブロックがイントラフィールドである場合は第一スイッチ回路７は必ず入力ブロックを符号化ブロックとして出力する。符号化ブロックはＤＣＴ回路８に入力されＤＣＴ係数に変換される。ＤＣＴ係数は量子化回路９によってウェイティング処理やスレッショルド処理を行いそれぞれに応じて所定のビット数に量子化される。それぞれ所定のビット数に量子化されたＤＣＴ係数は第一符号化回路10で伝送路11に適した符号に変換され、伝送路11に出力される。
【０１０１】
また量子化回路９によってウェイティング処理やスレッショルド処理及び量子化されたＤＣＴ係数は局部復号ループ20に入り、逆量子化回路12によって逆ウェイティング処理及び逆量子化される。局部復号ループ20で逆ウェイティング処理及び逆量子化されたＤＣＴ係数は逆ＤＣＴ回路13によって復号化ブロックに変換される。次に復号化ブロックは加算器14によって予測ブロックと画素単位で加算される。この予測ブロックは減算器３で用いたものである。
【０１０２】
この加算器14で加算された結果を出力ブロックとして画像メモリ52の所定の位置に書き込む。画像メモリ52は方向切換回路51からの参照画像切換信号によって参照画像を切り換えて動き検出の探索範囲をＭＣ回路16に出力する。この動き検出の探索範囲ブロックは例えばその大きさがｉ［画素］×ｊ［ライン］（ｉ≧ｍ, ｊ≧ｎ）である。ＭＣ回路16には画像メモリ52から出力された動き検出の探索範囲ブロックとブロック化回路２から出力された入力ブロックとがそれぞれ入力される。ＭＣ回路16では入力されたそれぞれのブロックから動き検出を行い、その入力ブロックの動きベクトルを抽出する。
【０１０３】
そしてＭＣ回路16で動き検出により抽出された動きベクトルはＭＩＸ回路17に入力される。ＭＩＸ回路17はＭＣ回路16から入力された動きベクトルと判別回路６で決定されたモード信号とを合成する。このようにしてＭＩＸ回路17で合成された動きベクトルとモード信号とは第二符号化回路18で伝送路11に適した符号に変換され、対応する符号化されたブロックと共に伝送路11に出力される。
【０１０４】
また、ＭＣ回路16から出力される予測ブロックはＭＣ回路16にて動き検出の探索範囲から入力ブロックと等しい大きさｍ［画素］×ｎ［ライン］でブロック化されて出力される。この予測ブロックは第二スイッチ回路19に入力され、現在処理されている入力ブロックのフィールド, 復号化ブロックのモード信号に応じてそれぞれの出力から出力される。第二スイッチ回路19の一方の出力からは減算器３に処理フィールドに応じて予測ブロックが出力される。他方の出力からはその時の復号化ブロックのモード信号と処理フィールドとに応じて予測ブロックが出力される。
【０１０５】
本発明では通常の映像の場合に図４のような予測方式を用いている場合にフレーム単位でシーンチェンジが生じるとシーンチェンジ直後の映像の符号化に際しイントラモードを選択するブロックが増加し、その後の参照画像を図29のように切り換えることが可能である。
【０１０６】
第３実施の形態について図33, 図34, 図35のフローチャートを使用してその動作をまとめてみる。図33は第３実施の形態の全体の動作を示すフローチャート、図34, 図35は図33におけるステップS103のイントラフィールド処理, S104の予測フィールド処理の内容をそれぞれ示すフローチャートである。
【０１０７】
まず動き補償処理単位内のフィールドを示すフィールド番号ｆn を０にセットする（ステップS101）。このフィールド番号ｆn は図４で説明すると、動き補償処理単位内の先頭のイントラフィールドF1をフィールド番号ｆn ＝０とし、予測フィールドF2をフィールド番号ｆn ＝１、次の予測フィールドF3のフィールド番号ｆn ＝２、動き補償処理単位内の最後の予測フィールドF4をフィールド番号ｆn ＝３とするものであり、今動き補償処理が開始された直後であるから始めの処理フィールドは必ず動き補償処理単位内の先頭フィールドであってイントラフィールドであるので、ステップS101ではフィールド番号ｆn ＝０にセットされる。またシーンチェンジの有無を判別するフラグとなる参照画像切換フラグＲｆn は後の予測フィールド処理時にセットされるが、ここでは初期化のためＲｆn ＝０としておく。
【０１０８】
次に、フィールド番号ｆn ＝０かどうか、即ち動き補償予測処理単位内の先頭フィールドでイントラフィールドであるかどうかを判定する（ステップS102）。この時ｆn ＝０であればこのフィールドはイントラフィールドとして処理される（ステップS103）。一方、ｆn ≠０であればそのフィールドは予測フィールドとして処理される。これらの各処理は後に詳述する。各々のフィールドが処理された後、フィールド番号ｆn が次のフィールドを指し示すようにインクリメントされる（ステップS105）。なおこのようなフィールド番号は実際のハードウェアではマイコン等の信号で制御することが可能である。
【０１０９】
続いて次のフィールドを指し示すフィールド番号ｆn が動き補償処理単位内のフィールドを指し示すような数値であるかどうかが判定され（ステップS106）、動き補償処理単位内のフィールドを指し示さないような数字例えば図４の例では動き補償処理単位が４フィールドで完結していて、イントラフィールドのフィールド番号ｆn を０と設定しているのでｆn ＝４というような数字であれば一連の動き補償予測単位が終了した事になり、ｆn ＜４であれば次のフィールドはまだ動き補償処理単位内であると判断し、処理がくり返される。
【０１１０】
一連の動き補償予測処理単位が終了した場合は、これで所望の全てのフィールドの処理が終了したかどうかが判定される（ステップS107）。これは例えばこの高能率符号化装置の終了スイッチが作動したかどうか等で判定される。そして次のフィールドを処理するのであれば次の動き補償予測処理単位の符号化のため、変数を初期化し、処理がくり返される。また高能率符号化装置の作動が終了ならば、符号化は終了する。
【０１１１】
次に、イントラフィールド処理について図34のフローチャートで説明する。図33のステップS102にてイントラフィールドとして処理されると決定したフィールドは、まず、その処理フィールド内で所定の大きさｍ［画素］×ｎ［ライン］にブロック化される（ステップS201）。次に、そのブロック化された大きさで例えばＤＣＴのような直交変換が施される（ステップS202）。直交変換されたデータは各々のシーケンスに設定された所定のビット数に量子化される（ステップS203）。
【０１１２】
ＤＣＴのような直交変換の場合普通直流や交流の中でも低次のシーケンスにはビット数を多く割り当て、交流の中でも高次のシーケンスにはビット数の割り当てを少なくするような量子化が行われる。量子化されたデータは伝送に適した符号に変換されて（ステップS204）、符号化されたデータが伝送される（ステップS205）。また処理ブロック数を数えるなどして１フィールドの処理が終了したかどうかを判定する（ステップS206）。１フィールド内の処理が終了していなければ再び次のブロックの処理が行われる。そして１フィールド内のブロックの処理が全て終了であればイントラフィールドの処理は終了する。
【０１１３】
次に、予測フィールド処理について図35のフローチャートで説明する。図33のステップS102にて予測フィールドとして処理されると決定したフィールドは、そのフィールドの前のフィールド処理時の参照画像切換フラグＲｆn-1 ＝０かどうか、すなわち現在処理しようとしているフィールドの前のフィールドの処理時にシーンチェンジを検出したかどうかを判定する（ステップS301）。Ｒｆn-1 ＝０であれば今までと同様の位置にある参照画像から動き補償予測を行い（ステップS302）、Ｒｆn-1 ＝１であればフィールド番号ｆn-1 を処理したときにシーンチェンジを検出しており、フィールド番号ｆn の動き補償予測には参照画像を切り換えて今までの位置ではなく異なった位置にあるフィールドの画像を参照画像として動き補償予測を行う（ステップS303）。
【０１１４】
次に、例えば処理を行う１フィールド内でイントラモードを選択したブロックの個数を数える変数ＣＯＵＮＴを０にセットする（ステップS304）。この変数ＣＯＵＮＴについては後で詳しく述べる。そして入力された画像はその処理フィールド内で所定の大きさｍ［画素］×ｎ［ライン］にブロック化される（ステップS305）。ｍ×ｎの大きさに分割されたブロックについて動き補償予測処理が施される（ステップS306）。この時ステップS302, S303のいずれかで設定した参照画像を用い、過去の画像の所定の領域と今分割したブロックとの画素単位の差分が誤差ブロックとして誤差電力算出回路４に入力され、その誤差電力Ｐ１が算出される（ステップS307）。即ち、設定された参照画像を用いることで動き補償予測により発生する情報量が少なくなる。また、今分割したブロックが原画電力算出回路５に入力され、原画交流電力Ｐ２が算出される（ステップS308）。
【０１１５】
各々算出された電力Ｐ１，Ｐ２はその大きさが比較される（ステップS309）。もし誤差電力Ｐ１が原画交流電力Ｐ２よりも小さければ、誤差ブロック（動き補償予測されたブロックの差分値）を選択する（ステップS310）。一方、誤差電力Ｐ１が原画交流電力Ｐ２より大きければ、入力ブロック（ブロック化されたままの原画）を選択し（ステップS311）、符号化ブロックとして入力ブロックが選択された回数、即ちイントラモードとして処理されるブロックが１フィールド内に幾つあるのかを数える（ステップS312）。この時のカウンタになる変数がステップS304で０にセットされたＣＯＵＮＴである。フィールド単位での処理が始まる時に必ず０にセットされ、１フィールドの処理中にイントラモードを選択したブロックの個数を数えていく。
【０１１６】
各々選択されたブロックは、直交変換を施され（ステップS313）、各々のシーケンスに設定された所定のビット数に量子化される（ステップS314）。例えばＤＣＴのような直交変換の場合普通直流や交流の中でも低次のシーケンスにはビット数を多く割り当て、交流の中でも高次のシーケンスにはビット数の割り当てを少なくするような量子化が行われる。量子化されたデータは伝送に適した符号に変換され（ステップS315）、符号化されたデータは伝送される（ステップS316）。処理ブロック数を数えるなどして１フィールドの処理が終了したかどうかを判定する（ステップS317）。１フィールド内の処理が終了していなければ再び次のブロックの処理が行われる。
【０１１７】
そして１フィールド内のブロックの処理が全て終了であればその１フィールドの処理内で符号化ブロックとして処理した入力ブロックの個数、すなわちイントラモードを選択したブロックの個数と予め設定してある閾値ＴＨとを比較する（ステップS318）。このＴＨは１フィールド内のブロックの個数以下の所定の数である。例えば１フィールド内の全ブロック数が2700個であり、ＴＨはその2700以下でＴＨ＝1000というように設定される。符号化ブロックとして入力ブロックを選択した回数ＣＯＵＮＴが設定された閾値ＴＨよりも小さければ、今処理を行ったフィールド（フィールド番号ｆn ）とそのフィールドを動き補償予測するために使用した参照画像との間にはシーンチェンジがなく次のフィールド（フィールド番号ｆn+1)の動き補償用の参照画像は通常通りの位置にある参照画像を使用するように参照画像切換フラグＲｆn ＝０にセットされる（ステップS319）。
【０１１８】
符号化ブロックとして入力ブロックを選択した回数ＣＯＵＮＴが設定された閾値ＴＨよりも大きければ、今処理を行ったフィールド（フィールド番号ｆn ）とそのフィールドを動き補償予測するために使用した参照画像との間にはシーンチェンジが存在し次のフィールド（フィールド番号ｆn+1)の動き補償用の参照画像は通常通りの位置にある参照画像ではなく、今までとは異なった位置にあるフィールド、例えば今までは参照画像になるべき位置にはなかった、今処理し終えたフィールドを参照画像とするというように切り換える。そのために参照画像切換フラグＲｆn ＝１にセットされる（ステップS320) 。このように参照画像切換フラグＲｆn がセットされて、予測フィールド処理は終了する。
【０１１９】
図36に第３実施の形態によって予測符号化を行ったときの５秒間の情報量の推移を、図37に５秒間のＳ／Ｎの推移を示す。Ｂ点にシーンチェンジが存在するが、情報量の増加が図７のＡ点の場合よりも抑えられている。また目立ったＳ／Ｎ比の劣化もない。
【０１２０】
第４，第５実施の形態．
第３実施の形態において誤差ブロックと入力ブロックとから符号化ブロックを選択する方法としてそれぞれの電力を算出し、比較し、イントラモードを選択するブロックの個数を数えた。
【０１２１】
第４実施の形態は誤差ブロックと入力ブロックとから符号化ブロックを選択する方法としてそれぞれのブロック内でのエントロピーを算出し、第３実施の形態と同様に判別回路６で誤差ブロックのエントロピーと入力ブロックのエントロピーとを比較し、符号化ブロックとして誤差ブロックを選択するのか入力ブロックを選択するのかを決定するものである。
【０１２２】
第５実施の形態は誤差ブロックと入力ブロックとから符号化ブロックを選択する方法としてそれぞれのブロック内で画素の絶対値を加算し、入力ブロックと誤差ブロックとのそれぞれの絶対値和のｒ乗を算出し、第３実施の形態と同様に判別回路６で誤差ブロックの絶対値和のｒ乗と入力ブロックの絶対値和のｒ乗とを比較し、符号化ブロックとして誤差ブロックを選択するのか入力ブロックを選択するのかを決定するものである。
【０１２３】
第６実施の形態．
第３実施の形態において判別回路６にてそれぞれ入力ブロックと誤差ブロックとの電力を比較したが、第６実施の形態は入力ブロックの電力と誤差ブロックの電力とを比較する際に入力ブロックの電力もしくは誤差ブロックの電力の少なくとも一方にオフセットを与えた後に、両者をを比較するものである。例えば入力ブロックの電力に正のオフセットを与え誤差ブロックの電力と比較する。このようにすると入力ブロックの電力と誤差ブロックの電力とに大差がない場合、差分電力を選択するブロックが増加し過度のイントラモードの発生を防ぐことが可能である。
【０１２４】
第６実施の形態における予測フィールド処理を表すフローチャートを図38に示す。図38において、図35と同ステップ番号を付した部分は同一部分を示す。まず、ステップS301からステップS308までは第３実施の形態と同様である。誤差ブロックより算出された誤差電力Ｐ１と、入力ブロック（原画ブロック）より算出された原画交流電力Ｐ２にαという所定のオフセットを加えたものとが比較される（ステップS330）。このようにすることでＰ１＜Ｐ２＋αの成立が第３実施の形態よりも難しくなり、イントラモードを選択するブロックの個数が少なくなる。そして過剰なイントラモードの発生が抑えられ、発生情報量も安定に保つことができる。その後のステップS310からステップS320までの動作は第３実施の形態と同様である。
【０１２５】
第７，第８実施の形態．
第７実施の形態は、第４実施の形態のように入力ブロックのエントロピーと誤差ブロックのエントロピーとを比較する際に、入力ブロックのエントロピーもしくは誤差ブロックのエントロピーの少なくとも一方にオフセットを与え、両者を比較するものである。例えば入力ブロックのエントロピーに正のオフセットを与え誤差ブロックのエントロピーと比較する。このようにすると入力ブロックのエントロピーと誤差ブロックのエントロピーとに大差がない場合、誤差ブロックを選択するブロックが増加し過度のイントラモードの発生を防ぐことが可能である。
【０１２６】
第８実施の形態は、第５実施の形態のように入力ブロックの絶対値和と誤差ブロックの絶対値和とを比較する際に、入力ブロックの絶対値和のｒ乗もしくは誤差ブロックの絶対値和のｒ乗の少なくとも一方にオフセットを与え、両者を比較するものである。例えば入力ブロックの絶対値和のｒ乗に正のオフセットを与え誤差ブロックの絶対値和のｒ乗と比較する。このようにすると入力ブロックの絶対値和のｒ乗と誤差ブロックの絶対値和のｒ乗とに与えたオフセット以上の差がない場合、誤差ブロックを選択するブロックが増加し過度のイントラモードの発生を防ぐことが可能である。
【０１２７】
第９実施の形態．
第３実施の形態においてモードカウンタ50で１フィールド分のブロックの個数のうちイントラモードを選択したブロックの個数をすべて数えたが、第９実施の形態は、１フィールド分のブロックをカウントするのではなく、１フィールド期間中の所定のブロック数のモード信号が決定された時点で全ブロック数あるいはモード信号が決定されたブロック数に対するイントラモードを選択したブロックの個数の割合を方向切換回路51に出力し、方向切換回路51ではその割合から参照画像切換信号を出力する。このようにすることで１フィールド分の全てのブロックが符号化されなくても次のフィールドの参照画像を決定することが可能である。
【０１２８】
図39は第９実施の形態の予測フィールド処理を示すフローチャートである。図39において、図35と同ステップ番号を付した部分は同一部分を示す。まず、ステップS301からステップS303までは第３実施の形態と同様である。次のフィールドの動き補償予測処理のための参照画像を設定した後（ステップS302, S303) 、例えば１フィールド処理するときにそのフィールド内で発生したイントラモードの回数、すなわち符号化ブロックとして入力ブロックを選択したブロックの個数を数える変数ＣＯＵＮＴとその１フィールド内の処理において現在までに処理しているブロックの個数を数える変数Ｂとを０にセットする（ステップS340）。
【０１２９】
その後、ステップS305からステップS316までは第３実施の形態と同様である。符号化した後、変数Ｂを１つずつインクリメントすることで現在までの処理ブロックの個数を数える（ステップS341）。Ｂは０から１フィールド内のブロックの個数の最大値まで変化する。次のフィールドの動き補償予測処理のための参照画像を切り換えるかどうかを判定するための参照画像切換判定処理が施される（ステップS342）。次のステップS317は第３実施の形態と同様である。
【０１３０】
図40は図39のステップS342の参照画像切換判定処理の内容を示すフローチャートであり、図40を参照してその処理を説明する。参照画像切換フラグＲｆn が０かどうかを判別し（ステップS351）、フラグＲｆn が０でなければ処理は終了する。フラグＲｆn が０であれば、符号化ブロックとして入力ブロックを選択した回数ＣＯＵＮＴ及び１フィールド内の現在までの処理ブロックの個数を数える変数Ｂの比率と閾値ＴＨとを比較する（ステップS352）。その比率が閾値ＴＨより小さい場合には処理を終了し、その比率が閾値ＴＨより大きい場合にはそのフラグＲｆn が１にセットされ（ステップS353）、処理は終了する。
【０１３１】
第10実施の形態．
次に、その構成を示す図41を参照して第10実施の形態について説明する。図42において、１, ３〜６, ８〜16, 18, 20は図２示す従来装置と同様である。60は入力される映像を蓄積する画像メモリ、61は映像のシーンチェンジを検出し、その旨の信号を出力するＳＣ検出回路、62は原画から切り出された入力ブロックと動き補償予測による予測ブロックから生成される誤差ブロックとを切り換える第一スイッチ回路、63は動きベクトルと判別回路６からのブロックのモード信号とＳＣ検出回路51からのＳＣ検出信号とを合成するＭＩＸ回路、64は予測ブロックを切り換える第二スイッチ回路である。
【０１３２】
次に動作について説明する。動き補償予測はたとえば図４に示すような形で行うものとし４フィールドで完結するものとする。入力端子１から入力されたディジタル映像信号は、画像メモリ60に蓄積される。画像メモリ60は少なくとも２フィールド分のメモリから構成されており、一方にフィールドの映像信号を蓄積しながら他方からシーンチェンジ検出用あるいは処理用の映像データを所定の大きさにブロッキングして出力する。
【０１３３】
すなわち画像メモリ60からまずＳＣ検出回路61にディジタル映像信号が送られ、例えば映像の特徴を設定したパラメータより求め、シーンチェンジの有無を検出する。その後画像メモリ60のもう一方の出力からディジタル映像信号が例えばｎ［画素］×ｍ［ライン］（ｍ, ｎは正の整数）の大きさでブロッキングされ出力される。このｍ［画素］×ｎ［ライン］の大きさは２次元の直交変換を行うブロックサイズであり、動き補償予測による予測ブロックのブロックサイズである。
【０１３４】
画像メモリ60から出力された原画をブロッキングしただけの入力ブロックと減算器３によって動き補償予測された予測ブロックとの差分である誤差ブロックとが第一スイッチ回路62に入力される。また入力ブロックと誤差ブロックとはそれぞれのブロックの電力を求めるため原画電力算出回路５と誤差電力算出回路４とに入力される。原画電力算出回路５では入力ブロックの交流電力が、そして誤差電力算出回路４では誤差ブロックの電力が算出される。それぞれ算出された入力ブロックの交流電力と誤差ブロックの電力とは判別回路６に入力される。判別回路６では誤差ブロックの電力の方が入力ブロックの電力より小さい場合には予測モード信号を、また入力ブロックの電力の方が誤差ブロックの電力よりも小さい場合にはイントラモード信号を、それぞれモード信号として第一スイッチ回路62, ＭＩＸ回路63及び第二スイッチ回路64に出力する。
【０１３５】
入力ブロックと誤差ブロックとが入力された第一スイッチ回路62は符号化ブロックとしてどちらか一方のブロックを出力する。そのため第一スイッチ回路62はＳＣ検出回路61からのシーンチェンジ検出信号と判別回路６からのモード信号とを受けてスイッチのモードを決定し、入力ブロック, 誤差ブロックのいずれか一方を符号化ブロックとして出力する。この時の切換状態を図42に示す。今動き補償予測の処理過程が図４に示すように４フィールド完結であるから、通常モードはイントラフィールドが第１フィールドであり、その後予測フィールドが第２フィールドから第４フィールドまで３フィールド続き、またイントラフィールドが第１フィールド・・・というように続いていくモードのことである。
【０１３６】
図42におけるＳＣ検出有無は、ＳＣ検出回路61からのシーンチェンジ検出信号がシーンチェンジを検出していれば有、シーンチェンジを検出していなければ無を信号とする。判別モードは判別回路６からの出力で先に説明を付したモード信号のことである。なお図中のＸはＳＣ検出有無に関係なく、判別モードに関係なくということである。この図42に示すように第一スイッチ回路62は選択ブロックを決定し、その選択ブロックを符号化ブロックとして出力する。
【０１３７】
第一スイッチ回路62で選択され出力された符号化ブロックはＤＣＴ回路８で２次元直交変換される。そして直交変換されたデータは量子化回路９でウェイティング処理（重み付け処理）やスレッショルド処理（しきい値処理）等が行われ、それぞれのシーケンスで所定のビット数に量子化される。量子化回路９で量子化されたデータは第一符号化回路10で伝送路11に適した符号に変換され、伝送路11へ出力される。また量子化回路９で量子化されたデータは動き補償予測を行うために局部復号ループ20にも入力される。局部複合ループ20に入力されたデータは、まず逆量子化回路12で逆量子化され、逆ウェイティング処理等を施された後、逆ＤＣＴ回路13で逆直交変換を施される。逆ＤＣＴ回路13出力である復号化ブロックは加算器14において予測ブロックと画素単位で加算され再生画像となる。この時用いた予測ブロックは減算器３で用いたものと同一のものである。加算器14で再生画像となったブロックは画像メモリ15の所定の位置に書き込まれる。
【０１３８】
画像メモリ15は予測方式によってその必要メモリ量が異なる。いま複数枚のフィールドメモリで構成されているとし、局部復号ループ20で復元された出力ブロックを所定の位置に蓄積していく。この時蓄積される画像が動き補償予測の探索範囲のデータとして使用される。画像メモリ15からＭＣ回路16へは、過去の出力ブロックから再構成され、その再構成された画面から切り出された動き検出の探索範囲であるブロックが出力される。この動き検出用の探索範囲ブロックの大きさは、ｉ［画素］×ｊ［ライン］（ｉ≧ｍ, ｊ≧ｎ：ｉ、ｊは正の整数）である。ＭＣ回路16には画像メモリ15から動き補償予測の探索範囲のデータと画像メモリ60からの入力ブロックとが参照データとして入力され、動きベクトルが抽出される。
【０１３９】
ＭＣ回路16で抽出された動きベクトルは、ＭＩＸ回路63に入力され、判別回路６で決定されたモード信号およびＳＣ検出回路からのＳＣ検出信号と合成される。合成された信号は、第二符号化回路18で伝送路11に適した符号に変換され、対応する符号化されたブロックと共に伝送路11へ出力される。またＭＣ回路16からは予測ブロックとして探索範囲から入力ブロックと等しい大きさ（ｍ［画素］×ｎ［ライン］）にブロック化された信号が出力される。ＭＣ回路16から出力される予測ブロックは、過去の画像情報から生成されている。この予測ブロックは第二スイッチ回路64に入力され、現在処理しているフィールド, 復号化ブロックのモード信号, ＳＣ検出回路51からのＳＣ検出信号に応じて出力される。第二スイッチ回路54の一方の出力からは減算器３に処理フィールド, ＳＣ検出信号に応じて予測ブロックが出力される。他方の出力からはその時の復号化ブロックのモード信号とＳＣ検出信号と処理フィールドとに応じて予測ブロックが出力される。
【０１４０】
この動き補償予測処理を図43に示す。図43では第２フィールドF2と第３フィールドF3との間にシーンチェンジがあるものとしている。第１フィールドF1から第２フィールドF2はシーンチェンジがないので第２フィールドF2は第１フィールドF1から予測される。第２, 第３フィールドF2, F3間のシーンチェンジが検出されて、第３フィールドF3は第１フィールドF1と同様イントラフィールドとなる。そして第４フィールドF4は第３フィールドF3から予測される。
【０１４１】
なおそのシーンチェンジより過去の映像から予測を行うことはない。そして第４フィールドF4の動き補償予測処理が終了すればまた次のフィールドをイントラフィールドとして動き補償予測処理を行っていく。よって動き補償予測処理がスタートしてからは必ず４フィールド毎にイントラフィールドが現れ、シーンチェンジが生じた場合にはその動き補償処理課程の間にもイントラフィールドが存在することになる。
【０１４２】
第10実施の形態について図44, 図45のフローチャートを使用してその動作をまとめてみる。図44は第10実施の形態の全体の動作を示すフローチャート、図45は図44におけるステップS406の予測フィールド処理の内容を示すフローチャートである。
【０１４３】
まず、動き補償処理単位内のフィールドを示すフィールド番号を０にセットする（ステップS401）。このフィールド番号の設定は第３実施の形態と同じであり、今動き補償処理が開始された直後であるから始めの処理フィールドは必ず動き補償処理単位内の先頭フィールドであってイントラフィールドであるのでステップS401ではフィールド番号ｆn ＝０にセットされる。またシーンチェンジの有無を判別するためのフラグとなるシーンチェンジ検出フラグＣｆn は、ステップS401では初期化のため０としておく。
【０１４４】
次に、入力されてくる画像と過去の画像との性質を例えばあるパラメータで比較し、シーンチェンジの有無を検出する（ステップS402）。例えば過去の画像のいくつかの所定の領域の画素の値の分散と現処理画像の所定の領域の画素の値の分散とを比較することでシーンチェンジを検出する。シーンチェンジを検出するとシーンチェンジ検出フラグＣｆn ＝１にセットし、シーンチェンジを検出しなければシーンチェンジ検出フラグＣｆn ＝０にセットする。
【０１４５】
次に、フィールド番号ｆn ＝０かどうか、即ち動き補償予測処理単位内の先頭フィールドでイントラフィールドであるかどうかを判定する（ステップS403）。この時ｆn ＝０であればこのフィールドはイントラフィールドとして処理され（ステップS405）、ｆn ≠０であれば次のステップS404へ処理が進む。シーンチェンジ検出フラグＣｆn ＝０かどうか、即ちその処理フィールドとそのフィールドを動き補償予測で符号化するために必要な参照画像との間にシーンチェンジが存在するかどうかを判定する（ステップS404）。
【０１４６】
Ｃｆn ＝０であればシーンチェンジは存在せず、その現在処理使用としているフィールドは予測フィールドとして処理され（ステップS406）、Ｃｆn ＝１であればシーンチェンジが存在するので新たに現在処理しようとしているフィールドはイントラフィールドとして処理される（ステップS405）。従って動き補償予測処理単位内であってｆn ＝０でなくてもシーンチェンジが検出され、Ｃｆn ＝１であればそのフィールドの処理はイントラフィールドとして処理される。
【０１４７】
各々のフィールドが処理された後、フィールド番号ｆn が次のフィールドを指し示すようにフィールド番号がインクリメントされる（ステップS407）。なおこのようなフィールド番号は実際のハードウェアではマイコン等の信号で制御することが可能である。
【０１４８】
続いて次のフィールドを指し示すフィールド番号が動き補償処理単位内のフィールドを指し示すような数値であるかどうかが判定される（ステップS408）。動き補償処理単位内のフィールドを指し示さないような数字例えば図４の例では、動き補償予測の処理単位が４フィールドで完結であり、イントラフィールドのフィールド番号ｆn が０に設定してあるのでｆn ＝４というような数字であれば一連の動き補償予測単位が終了した事になり、ｆn ＜４であれば次のフィールドはまだ動き補償処理単位内であると判断し、次のフィールド処理のためシーンチェンジの検出から再び行われる。
【０１４９】
一連の動き補償予測処理単位が終了した場合は、これで所望の全てのフィールドの処理が終了したかどうかが判定され（ステップS409）。これは例えばこの高能率符号化装置の終了スイッチが作動したかどうか等で判定される。そして次のフィールドを処理するのであれば次の動き補償予測処理単位の符号化のため、変数を初期化し、シーンチェンジ検出から再び行われる。また高能率符号化装置の作動が終了ならば、符号化は終了する。
【０１５０】
次に、第10実施の形態における予測フィールド処理（図44のステップS406) について図45のフローチャートで説明する。図44のステップS404にて予測フィールドとして処理されると決定したフィールドは、そのフィールド内でその処理フィールド内で所定の大きさｍ［画素］×ｎ［ライン］にブロック化される（ステップS451）。ｍ×ｎの大きさに分割されたブロックが動き補償予測され（ステップS452）、過去の画像の所定の領域と今分割したブロックとの画素単位の差分である誤差ブロックからその誤差電力Ｐ１を算出する（ステップS453）。またブロック化されたままのブロックの状態での原画交流電力Ｐ２を算出する（ステップS454）。
【０１５１】
各々算出された電力Ｐ１, Ｐ２はその大きさが比較される（ステップS455）。誤差電力Ｐ１が原画交流電力Ｐ２よりも小さければ、誤差ブロック（動き補償予測されたブロックの差分値）を選択し（ステップS456）、一方、誤差電力Ｐ１が原画交流電力Ｐ２より大きければ、入力ブロック（ブロック化されたままの原画）を選択する（ステップS457）。各々選択されたブロックは直交変換を施された後（ステップS458）、各々のシーケンスに設定された所定のビット数に量子化される（ステップS459）。
【０１５２】
例えばＤＣＴのような直交変換の場合普通直流や交流の中でも低次のシーケンスにはビット数を多く割り当て、交流の中でも高次のシーケンスにはビット数の割当を少なくするような量子化が行われる。量子化されたデータは伝送に適した符号に変換され（ステップS460）、符号化データは伝送される（ステップS461）。また処理ブロック数を数えるなどして１フィールドの処理が終了したかどうかを判定する（ステップS462）。１フィールド内の処理が終了していなければ再びブロックの処理が行われる。そして１フィールド内のブロックの処理が全て終了であれば予測フィールドの処理を終了する。
【０１５３】
第10実施の形態では、図43に示すように動き補償予測過程でシーンチェンジが生じたときにそのシーンチェンジ直後のフィールドをイントラフィールドとすることでシーンチェンジ直後の画像の主観的評価を向上させることができる。
【０１５４】
第11実施の形態．
第10実施の形態において図43に示すようにたとえ動き補償予測処理過程でシーンチェンジが生じ、その直後のフィールドをイントラフィールドにしても動き補償処理過程の時間的拘束長は４フィールドで固定である。すなわち動き補償予測処理がスタートしてからは必ず４フィールド毎にイントラフィールドが現れ、シーンチェンジが生じた場合にはその動き補償処理課程の間にもイントラフィールドが存在することになる。これは予測フィールドをイントラフィールドに置き換えた構成である。
【０１５５】
第11実施の形態では図46に示すようにシーンチェンジが生じ、その直後のフィールドをイントラフィールドとするとそのイントラフィールドは新たな動き補償処理過程の先頭フィールドとするものである。すなわち動き補償処理過程の時間的拘束長が可変であるということである。通常は例えば図46に示すように動き補償処理過程の時間的拘束長を４フィールドとしておき、その動き補償処理過程でシーンチェンジが生じたときはそのシーンチェンジの直後のフィールドを新たなイントラフィールドとしてそのフィールドを先頭に４フィールド単位の動き補償予測処理を行う。またその動き補償処理過程内でシーンチェンジが生じれば同様にそのシーンチェンジの直後のフィールドをイントラフィールドとしてそのフィールドを先頭に４フィールド単位の動き補償予測処理を行う。
【０１５６】
図47は第11実施の形態の全体のフローチャートを示したものである。図47において、図44と同ステップ番号を付した部分は同一部分を示す。まず、ステップS401からステップS406までは第10実施の形態と同様である。ステップS405, S406におけるイントラフィールド処理, 予測フィールド処理は第10実施の形態と同様である。ステップS405にてイントラフィールドとして処理されたフィールドに対し、その処理されたフィールドを先頭フィールドとする動き補償予測処理単位に切り換えるためフィールド番号ｆn ＝０とする（ステップS490）。
【０１５７】
例えば図46に示すように第10実施の形態によるとたとえイントラフィールドとして処理をされていてもフィールド番号ｆn は０→１→２→３→０→・・・からと順番に変化したが、第11実施の形態の場合は動き補償処理単位内の先頭フィールドでもないのにイントラフィールドとしてそのフィールドが処理された場合、強引にそのフィールドのフィールド番号ｆn ＝０にセットし、そのフィールドを新たな動き補償処理単位内の先頭フィールドとする。このことによって動き補償処理単位の時間的拘束長が可変になり、シーンチェンジがその時設定している動き補償処理単位の時間的拘束長に比べ、時間的に短い頻度で出現すればその動き補償処理単位の時間的拘束長は短いものの連続となる。なお、次のステップS407からステップS409までは第10実施の形態と同様である。
【０１５８】
第11実施の形態のようにすることでシーンチェンジ直後の画像をイントラフィールドとして主観的評価を向上させることができる。またシーンチェンジの起こる頻度が動き補償処理単位の時間的拘束長よりも長くその絶対数が少なければ、イントラフィールドのフィールド数が第３実施の形態の場合より少なくなり情報量を削減することができる。
【０１５９】
第12実施の形態．
第10実施の形態，第11実施の形態ではシーンチェンジを検出したフィールド（またはフレーム）をイントラフィールド（またはイントラフレーム）として処理を行ったが、イントラフィールド（またはイントラフレーム）とはせずにそのフィールド（またはフレーム）の参照画像を次の動き補償予測処理単位に属しているイントラフィールド（またはイントラフレーム）にしてもかまわない。
【０１６０】
第12実施の形態について図48で説明する。図48(a) に図４に示した方式で通常の場合の動き補償予測処理を行っている様子を示す。この場合、イントラフィールドはフィールドF10 とフィールドF14 である。このフィールドF10 とフィールドF14 とを動き補償予測処理単位の先頭フィールドとして動き補償予測が行われる。そして、図49(b) に示すように、今シーンチェンジがフィールドF11 とフィールドF12 との間で生じ、フィールドF12 でシーンチェンジが検出されるとフィールドF12 からそのフィールドF12 を含む動き補償予測処理単位の最後のフィールド、この場合フィールドF13 までを次の動き補償予測処理単位に結合し、フィールドF12 、フィールドF13 は次の動き補償予測処理単位に属しているイントラフィールドを参照画像として動き補償予測を行う。この時結合された次の動き補償予測処理単位においては通常の動き補償予測処理と上記で付加されたフィールドの動き補償予測処理を行う。
【０１６１】
第13実施の形態．
第12実施の形態では動き補償予測の処理単位が通常の場合より長くなることがあった。第13実施の形態ではシーンチェンジを検出したフィールド（またはフレーム）から通常の動き補償予測処理単位の長さであるＰフィールド（またはＰフレーム）分を動き補償予測処理する。
【０１６２】
第13実施の形態について図49で説明する。図49(a) に図４に示した方式で通常の場合の動き補償予測処理を行っている様子を示す。この場合イントラフィールドはフィールドF10 とフィールドF14 とである。このフィールドF10 とフィールドF14 とを動き補償予測処理単位の先頭フィールドとして動き補償予測が行われる。図49(b) に示すように、今シーンチェンジがフィールドF11 とフィールドF12 との間で生じ、フィールドF12 でシーンチェンジが検出されるとシーンチェンジが検出されたフィールドF12 から４フィールド（動き補償予測処理単位が４フィールドのため）を動き補償予測の処理単位とし、通常であれば次の動き補償予測処理単位の先頭フィールドでイントラフィールドであったフィールドF14 をその時の動き補償処理単位内のイントラフィールドとし、動き補償予測処理を行う。そしてフィールドF12 から４フィールド分、すなわちフィールドF15 までの動き補償予測処理が終了するとフィールドF16 からは元の通常の動き補償予測処理を行う。
【０１６３】
第14実施の形態．
第３実施の形態〜第13実施の形態ではシーンチェンジについての切換を述べたが、ブロックの強制的なイントラモードの発生の数に応じて参照画像を切り換えているので、強制的なイントラモードが数多く出現するような映像、すなわち１フィールド前までは存在しなかった物体または１フィールド前までは存在していた物体が、突然フィールドに現れるかまたは突然フィールドから消滅するような場合にも同様な方法で参照画像を切り換える事が可能である。
【０１６４】
第15実施の形態．
第３実施の形態〜第13実施の形態までは例えば図４のような動き補償予測処理を行っている場合から図29のような動き補償予測処理に切り換えたが、例えば図50のように切り換える前はどのような動き補償予測処理を行っていてもよく、シーンチェンジ等を検出後例えば図29のような切り換える前より発生情報量の減少する動き補償予測処理に切り換える。
【０１６５】
第16実施の形態．
第３実施の形態〜第15実施の形態は４フィールド単位の動き補償予測処理について述べたが、４フィールド単位でなくてもよく、動き補償予測処理を行い得る任意のフールド数でも行うことが可能である。
【０１６６】
第３〜第16実施の形態では、前記のようなハードウェアの追加によりメモリ量をあまり増加させずに例えば図50に示すようにシーンチェンジが動き補償予測の処理単位内に生じた場合でも初めに設定されている参照画像からシーンチェンジ等の影響をできるだけ受けないように参照画像を切り換え、シーンチェンジ直後の映像を動き補償予測の参照画像とし、そのシーンチェンジを検出以後その検出したシーンチェンジ以前のフィールドを動き補償予測の参照画像としないことによって、シーンチェンジによる符号量の増加を最小に抑えてかつ映像の質を劣化させることなく伝送することが可能である。
【０１６７】
普通シーンチェンジをはさんで動き補償予測を行うと予測画像の情報量が増加する。そこで、その情報量と同等の情報量でイントラ画像としてそのフィールドを処理すると画像の主観的評価が向上する。シーンチェンジを検出することでそのシーンチェンジ直後の画像をイントラ画像としてフィールド内符号化、フレーム内符号化を行うことでシーンチェンジ直後の画像の主観的評価を向上させることができる。またシーンチェンジが生じたときにその直後の画像をイントラ画像として扱い、そのイントラ画像を先頭の画像として動き補償予測を行うことで発生するイントラ画像の数を少なくすることができ、発生情報量を削減することができる。
【０１６８】
第17実施の形態．
図51は本発明による映像情報記録装置及び映像情報再生装置の構成を示すブロック図である。図51において、101 〜111 は図18または図24における従来装置と同じものである。
【０１６９】
記録動作について説明する。Ａ／Ｄ変換器101 に入力された映像信号は、ディジタル映像信号に変換され、高能率符号化器110 へ出力される。高能率符号化器110 では、映像情報の自己相関や人間の視覚特性、データ発生頻度の偏りなどを利用した冗長度の削減を行い、情報の圧縮（詳細は後述する）を行う。高能率符号化器110 の出力は誤り訂正エンコーダ102 に入力され、記録再生における伝送路誤りを訂正するための誤り訂正符号が付加される。
【０１７０】
高密度の記録を行うため、また圧縮された情報は少しの誤りでも影響が広範囲におよぶため、誤り訂正能力が高く、しかも付加する情報の少ない符号が選ばれている。誤り訂正符号が付加されたデータは、変調器103 で磁気ヘッド106 と磁気テープ105 とに適した記録信号に変調される。アジマス記録のためのＤＣ成分および低域成分の抑圧や、磁気ヘッド106 のトレースを助けるトラッキング信号の付加なども変調器103 で行われる。変調器103 で変調された記録信号は磁気ヘッド106 を通して磁気テープ105 に記録される。なお、磁気ヘッド106 は回転ヘッド・ドラム104 に搭載されており、ドラム104 が回転することにより磁気ヘッド106 も回転し、磁気テープ105 には、いわゆるヘリキャル・スキャンで記録される。
【０１７１】
次に再生動作について説明する。ヘリキャル・スキャンで磁気テープ105 に記録された信号は、回転ヘッド・ドラム104 に搭載された磁気ヘッド106 にてピックアップされ復調器107 で復調される。復調された信号は、誤り訂正デコーダ108 で誤りの検出および誤り訂正が行われる。誤り訂正済みのデータは高能率復号化器111 で伸長され圧縮符号から元のディジタル映像信号になる。復元されたディジタル映像信号はＤ／Ａ変換器109 でアナログの映像信号に変換されて出力される。
【０１７２】
図52、図53に第17実施の形態におけるテープフォーマットの一例を示す。４フィールドの映像情報（｛720 ＋ 360×２｝×480 ×4/2 ＝11.06Mビット）は約1.3Mビットに圧縮符号化され、音声信号、誤り訂正符号などと共に10本のトラックに分割して記録される。この場合アジマス方式のガードバンドレス記録で、面積記録密度は約 2.5μｍ2 ／bit となる。
【０１７３】
図54は、図51における高能率符号化器110 の内部構成を示すブロック図である。図54において、301 は入力原信号と予測信号との差分を出力する減算器、302 は入力原信号と減算器301 の出力とを選択する第一スイッチ、303 はＤＣＴの直交変換を行うＤＣＴ回路、304 は符号化するデータを量子化する量子化器、305 は頻度が高いデータに短い符号を割当て統計的なデータの冗長度を除く可変長符号化器である。
【０１７４】
また306 〜311 は、予測信号を求めるローカル復号器を構成しており、306 は量子化データを元にもどす逆量子化器、307 は逆ＤＣＴを施す逆ＤＣＴ回路、308 は予測信号と差分信号とを加算し元の信号を復元する加算器、309 はローカル復号した映像データを蓄えておく画像メモリ、310 は入力原信号の動きを検出し次の予測データを出力する動き補償予測回路、311 は加算器308 に入力するデータを切換える第二スイッチである。
【０１７５】
次に高能率符号化器110 の動作を説明する。記録単位ブロックの最初のフィールドは、面間予測を用いないイントラフィールドとして符号化する。第一スイッチ302 は上側が選択されており、入力されたディジタル映像信号は、ＤＣＴ回路303 で直交変換される。変換されたデータは量子化器304 で量子化され、可変長符号化器305 でハフマン符号などの可変長符号に符号化され出力される。また同時に量子化されたデータは逆量子化器306 で逆量子化され、逆ＤＣＴ回路307 に入力される。逆ＤＣＴ回路307 では直交変換されたデータが元の画像データに逆変換され、加算器308 へ出力される。イントラフィールドでは、第二スイッチ311 も上側が選択されており、従って加算器308 の一方の入力が零になるので、逆ＤＣＴ回路307 の出力はそのまま画像メモリ309 に入り記憶される。
【０１７６】
次のフィールドの符号化には、面間予測を用いる。面間予測では第一, 二スイッチ302,311 は下側が選択されている。入力されたディジタル映像信号は、減算器301 と動き補償予測回路310 とに入る。動き補償予測回路310 では、記憶された画像と入力された画像とを比較し、入力画像の動きベクトルと予測符号化に用いる予測画像とを出力する。減算器301 では、入力画像と予測画像との差分を計算し、予測誤差信号としてＤＣＴ回路303 へ出力する。予測誤差信号は生の画像信号と比較して、その予測精度が高いほど、情報量が減少している。例えば、全くの静止画ならばその誤差信号は零になる。
【０１７７】
ＤＣＴ回路303 へ入力されたデータは最初のフィールドと同じように、ＤＣＴ回路303,量子化器304 でそれぞれ直交変換, 量子化が行われ、更に可変長符号化器305 で可変長符号に変換され出力される。一方、量子化されたデータは逆量子化器306 を通して逆ＤＣＴ回路307 へ送られ、逆量子化と逆直交変換とを受けた後、加算器308 に入る。加算器308 の他方の入力には、予測誤差を求めたとき用いた予測画像が入力されており、加算器308 の出力としては入力画像と同じものが得られる。加算器308 の出力は画像メモリ309 に記憶される。以下同様にｎフィールドまで符号化される。
【０１７８】
図55には、フレーム毎のデータ発生量の変化の一例を示す。この例では８フレーム毎に面間予測を用いないイントラフレームが挿入され情報量が多くなっていることが分かる。また、図56には、各フィールドの記録情報とトラックへの書き込み関係の一例を示す。この例では、４フィールドのデータを10本のトラックに記録している。フィールド１つのデータ量は、トラックの記録容量の整数倍でなくてよい。
【０１７９】
第18実施の形態．
第17実施の形態では、４フィールドのデータを10本のトラックに記録していたが、毎回10本のトラックに記録する必要はなく、記録する情報量に応じて８本または６本のトラックに記録してもよい。
【０１８０】
以上のように、第17, 第18実施の形態では、複数のフィールドまたはフレームの信号をまとめて１つの記録単位として所定の数のトラックに記録するため、所定の数のトラックを再生すれば、記録したフィールドが全て再現できるので、ＶＴＲに要求される特殊再生や編集に対応することができる。また、記録する情報量に応じて、記録するトラックの数を選択するので、無駄なトラックが発生せず、長時間の記録再生をすることができる。また、記録する情報を、各トラックの記録容量に合わせる必要が無いので、各トラック毎に発生する無駄がなく、効率の良い記録をすることができる。更に、各記録単位の中には必ず面間予測を用いないイントラ画像があるので、スピードサーチなどの特殊再生時に、容易に復元画像が得られる。また、面間予測を使用した予測画像より、記録する情報量を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
以上詳述したように、本発明によれば、無駄なトラックが発生せず、長時間の記録再生をすることができるとともに、ＶＴＲ等に要求される特殊再生や編集に対応することが可能となる。
【０１８２】
また、別の本発明に係る高能率符号化装置によれば、通常のシーンチェンジがない映像に対してある程度固定された方式を用いて参照画像を設定しておき、その動き補償予測の処理過程でシーンチェンジが生じたときには、発生する情報量の増加をできるだけ抑えるように参照画像を切り換えることにより、上記第２の問題点を解決し、発生情報量を抑制でき、かつハードウェアの増加を抑えたまま映像のＳ／Ｎ比を保つことができる。
【０１８３】
他の本発明に係る高能率符号化装置は、通常のシーンチェンジがない映像に対してある程度固定された方式を用いて参照画像を設定して動き補償予測を行い、その動き補償予測の処理過程内でシーンチェンジが生じたときにはそのシーンチェンジ直後の映像はイントラフィールド（またはイントラフレーム）としてフィールド内（またはフレーム内）符号化することにより、シーンチェンジ後の映像の質の劣化をできるだけ抑えることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】ディジタルＶＴＲの構成を示すブロック図である。
【図２】従来の動き補償予測処理装置を示すブロック構成図である。
【図３】従来の動き補償予測処理装置におけるブロック選択の動作を示す図である。
【図４】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図５】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図６】従来の動き補償予測の場合の符号量とＳ／Ｎと示す図である。
【図７】参照画像を切り換えない場合の５sec 間の情報量の推移を示す図である。
【図８】参照画像を切り換えない場合の５sec 間のＳ／Ｎの変化を示す図である。
【図９】８ミリビデオ規格におけるテープフォーマットを示す図である。
【図１０】８ミリビデオ規格における１トラックのフォーマットを示す図である。
【図１１】８ミリビデオで使用される回転ヘッド・ドラムと磁気テープとの巻き付け状態を示す図である。
【図１２】８ミリビデオ規格における各信号の周波数アロケーションを示す図である。
【図１３】従来の映像情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の映像情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図13、図14に示す映像情報記録再生装置におけるヘッド切換え用パルス信号と入力映像信号との位相関係を示すタイミング図である。
【図１６】図13、図14に示す映像情報記録再生装置におけるゲート回路で処理された映像信号を示す波形図である。
【図１７】図13、図14に示す映像情報記録再生装置における時間軸多重信号を示す波形図である。
【図１８】従来の他の映像情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】Ｄ１方式, Ｄ２方式ＶＴＲのテープフォーマットを示す図である。
【図２０】Ｄ１方式, Ｄ２方式ＶＴＲの全体仕様を示す図である。
【図２１】Ｄ１方式, Ｄ２方式ＶＴＲのテープフォーマット諸元を示す図である。
【図２２】Ｄ１方式, Ｄ２方式ＶＴＲの走行系諸元を示す図である。
【図２３】Ｄ１方式, Ｄ２方式ＶＴＲの記録される画素範囲を示す図である。
【図２４】高能率符号映像情報圧縮方式の通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】高能率符号通信装置のバッファオペレーションを説明する図である。
【図２６】本発明の高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２７】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図２８】本発明の他の高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図３０】シーンチェンジが存在する場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】シーンチェンジが存在しない場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図３２】本発明の更に他の高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図３３】図32に示す高能率符号化装置の動作のフローチャートである。
【図３４】図33におけるイントラフィールド処理のフローチャートである。
【図３５】図33における予測フィールド処理のフローチャートである。
【図３６】参照画像を切り換えた場合の５sec 間の情報量の推移を示す図である。
【図３７】参照画像を切り換えた場合の５sec 間のＳ／Ｎの変化を示す図である。
【図３８】図33における他の予測フィールド処理のフローチャートである。
【図３９】図33における更に他の予測フィールド処理のフローチャートである。
【図４０】図39における参照画像切換判定処理のフローチャートである。
【図４１】本発明の更に他の高能率符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図４２】図41に示す高能率符号化装置におけるブロック選択の動作を示す図である。
【図４３】図41に示す高能率符号化装置における参照画像とイントラフィールドとの切り換えを示す図である。
【図４４】図41に示す高能率符号化装置の動作のフローチャートである。
【図４５】図44における予測フィールド処理のフローチャートである。
【図４６】図41に示す高能率符号化装置における参照画像とイントラフィールドとの他の切り換えを示す図である。
【図４７】図41に示す高能率符号化装置の他の動作のフローチャートである。
【図４８】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図４９】動き補償予測処理におけるフィールド関係を示す図である。
【図５０】参照画像の切り換えを示す図である。
【図５１】本発明の映像情報記録装置及び映像情報再生装置の構成を示すブロック図である。
【図５２】本発明によるテープフォーマットの一例を示す図である。
【図５３】本発明によるテープフォーマットの一例を示す図である。
【図５４】図51における高能率符号化器の内部構成を示すブロック図である。
【図５５】フレーム毎のデータ発生量の変化の一例を示す図である。
【図５６】本発明による各フィールドの記録情報とトラックへの書き込みとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
【０１８５】
２  ブロック化回路、４  誤差電力算出回路、５  原画電力算出回路、６  判別回路、７  第一スイッチ回路、16  ＭＣ回路、19  第二スイッチ回路、30  動き補償予測回路、31  判定器、32  第１スイッチ、33  直交変換回路、34  量子化回路、35  第２スイッチ、36  逆量子化回路、37  逆直交変換回路、40  判定器、50  モードカウンタ、51  方向切換回路、52  画像メモリ、60  画像メモリ、61  ＳＣ検出回路、62  第一スイッチ回路、64  第二スイッチ回路、103   変調器、107   復調器、110   高能率符号化器、111   高能率復号化器。
【図１】
0003627747.tif 000003
【図２】
0003627747.tif 000004
【図３】
0003627747.tif 000005
【図４】
0003627747.tif 000006
【図５】
0003627747.tif 000007
【図６】
0003627747.tif 000008
【図７】
0003627747.tif 000009
【図８】
0003627747.tif 000010
【図９】
0003627747.tif 000011
【図１０】
0003627747.tif 000012
【図１１】
0003627747.tif 000013
【図１２】
0003627747.tif 000014
【図１３】
0003627747.tif 000015
【図１４】
0003627747.tif 000016
【図１５】
0003627747.tif 000017
【図１６】
0003627747.tif 000018
【図１７】
0003627747.tif 000019
【図１８】
0003627747.tif 000020
【図１９】
0003627747.tif 000021
【図２０】
0003627747.tif 000022
【図２１】
0003627747.tif 000023
【図２２】
0003627747.tif 000024
【図２３】
0003627747.tif 000025
【図２４】
0003627747.tif 000026
【図２５】
0003627747.tif 000027
【図２６】
0003627747.tif 000028
【図２７】
0003627747.tif 000029
【図２８】
0003627747.tif 000030
【図２９】
0003627747.tif 000031
【図３０】
0003627747.tif 000032
【図３１】
0003627747.tif 000033
【図３２】
0003627747.tif 000034
【図３３】
0003627747.tif 000035
【図３４】
0003627747.tif 000036
【図３５】
0003627747.tif 000037
【図３６】
0003627747.tif 000038
【図３７】
0003627747.tif 000039
【図３８】
0003627747.tif 000040
【図３９】
0003627747.tif 000041
【図４０】
0003627747.tif 000042
【図４１】
0003627747.tif 000043
【図４２】
0003627747.tif 000044
【図４３】
0003627747.tif 000045
【図４４】
0003627747.tif 000046
【図４５】
0003627747.tif 000047
【図４６】
0003627747.tif 000048
【図４７】
0003627747.tif 000049
【図４８】
0003627747.tif 000050
【図４９】
0003627747.tif 000051
【図５０】
0003627747.tif 000052
【図５１】
0003627747.tif 000053
【図５２】
0003627747.tif 000054
【図５３】
0003627747.tif 000055
【図５４】
0003627747.tif 000056
【図５５】
0003627747.tif 000057
【図５６】
0003627747.tif 000058