(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオデータと圧縮率を変化させて圧縮されたビデオデータを光ディスクに記録する光ディスク装置において、復調処理による伸長後のデータ量が予め定めたデータ量分に相当する復調処理前の圧縮ビデオデータ毎に一定量のオーディオデータを割り当て特定の１ビデオデータフレームと共に前記一定量のオーディオデータを光ディスクに記録することを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声や動画等のデータを高密度に記録した光ディスク及び光ディスクに音声や動画のデータを高密度に記録する光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ディスク等の光ディスクに圧縮したビデオデータ等を記録し、再生することができる、光ディスク装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣＤ−ＲＯＭ等のように、限られた単位時間当たりの情報量（固定ビットレート）でビデオデータを記録した光ディスクを再生すると、動きが激しい場面では画像が不自然になる等の欠点があった。
【０００４】
また、光ディスクに記録するビデオデータの情報量を多くして、光ディスクの回転スピードを上げて光ディスクに記録されたビデオデータを読み取るようにすると、光ディスクへのビデオデータの収録時間が短くなるという課題があった。
【０００５】
小型の光ディスクを用い、高解像度で自然な画像を長時間再生することができる光ディスク装置を得ることを目的としたビデオデータの圧縮方法には、例えば、ビデオ信号の時間成分をディスクリートコサイン変換（ＤＣＴ）等により周波数成分に変換し、各スペクトラムへのビットの割り当てを変えて、必要ビット数を減らす方法及び画像フレーム間の相関を予測し、その差分を情報データとして使用してビデオデータを圧縮し、必要ビット数を減らす方法がある。
【０００６】
ビデオデータの中には多くの場面の画像が含まれており、高域成分の多い画像や動きの激しい場面の画像に対しては多くの情報量を必要とするが、高域成分の少ない画像や動きの少ない場面の画像に対しては少ない情報量ですむ。このようなビデオデータをＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録し、再生する光ディスク装置では、最も多くの情報量を必要とする画像を記録再生できるように装置の仕様が決定されてしまう。
【０００７】
これらのビデオデータの必要な情報量の変化に着目し、本発明は、光ディスク全体の情報量は従来と同一でも刻々と変化する画像の情報量に対応してビットレートを可変にしてビデオデータを光ディスクに記録し、可変ビットレートのビデオデータにオーディオデータを付加したときに、一定の転送レートでオーディオデータが再生されるように、ビデオデータとオーディオデータを記録することができる光ディスク装置を提供することを目的とする。また、本発明は、可変ビットレートのビデオデータにオーディオデータを付加したときに、一定の転送レートでオーディオデータが再生されるように、ビデオデータとオーディオデータが記録された光ディスクを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の発明は、光ディスク装置において、オーディオデータと圧縮率を変化させて圧縮されたビデオデータを光ディスクに記録する光ディスク装置において、復調処理による伸長後のデータ量が予め定めたデータ量分に相当する復調処理前の圧縮ビデオデータ毎に一定量のオーディオデータを割り当て特定の１ビデオデータフレームと共に前記一定量のオーディオデータを光ディスクに記録することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の一実施例である光ディスクのデータ構成を示す図である。ＣＤ−ＲＯＭのデータフォーマット等と同様にデータバイトの流れとしてデータを記録するようにし、一定の間隔に同期ワード１を設け、再生時にデータ抽出が可能なようにデータフレームを決定する。
【００１１】
又、この同期ワードの後にヘッダー部２を設け、ヘッダー部２には、このデータフレームに含まれるデータの種類や圧縮のモードを示す情報が記録される。この情報は、フレームのデータ３のデコードのモードを切り換える識別コードとなる。図２において、データ３には、例えば、圧縮率の最も高いＡモード、圧縮率が最も低いＣモード、ＡモードとＣモードの中間の圧縮率のＢモードがある。Ａモードでは１つのデータフレームでビデオ信号の１フィールドに対応するデータを収納し、Ｂモードでは２つのデータフレームでビデオ信号の１フィールドに対応するデータを収納し、Ｃモードでは４つのデータフレームでビデオ信号の１フィールドのデータを収納する。
【００１２】
今、Ｂモードが標準のビットレートとすると、全てのフレームをＡモードで記録すると、標準であるＢモードで全フレームを記録した場合に比べ２倍の時間で再生できることになる。
【００１３】
逆に全フレームをＣモードのみで記録した場合は、標準であるＢモードで全フレームを記録した場合に比べ再生時間は１／２となる。記録時に、コンピュータを用い、画像の流れに従って高密度なデータを必要とする部分、少なくて良い部分をＡ，Ｂ，Ｃの３つのモードに振り分けることによって容易に一本化データとして、磁気ディスクや磁気テープに記録することができる。
【００１４】
又、光ディスクの制作では、演奏時間が、例えば、一時間であるディスクを制作するにあたり、それ以上の時間で行うことは許されているため、これらのフォーマットでのデータ収納は容易である。図１は、これらのフォーマットでデータを記録した光ディスクを再生するための本発明の光ディスク装置の一実施例のブロック図を示す図である。
【００１５】
光ディスクの再生を行うデイスクドライブ部４は、一般のＣＤ−ＲＯＭドライブと同様に、光ディスクの所定のアドレスからデータを再生することができる。ディスクドライブ部４は、一時停止であるポーズ動作等を行うことができ、再開のプレイ指令によって、一時停止したアドレスと同一のアドレスからデータを再生することができる。ここで、この再生する光ディスクの回転速度は再生データの必要なビットレートに対応するようにしておく。即ち本実施例では、Ｃモードのフレームが連続して再生される場合、所定のビットレート即ち標準Ｂモードの２倍の回転スピードで再生し得るようにする。
【００１６】
この状態でディスクドライブ部４により再生されたデータは、データセパレータ５によって同期パターンが検出され、ヘッダー２が分離されると共にデータ３が分離される。これらのデータ３に対しデータフレーム等が後のデコーダ８により認識され得るように、ヘッダー２はデータ３に追加して並列で出力する。一方ＳＹＮＣヘッダー１はＣＰＵ６に送られる。
【００１７】
ヘッダー情報には圧縮モードの他に、ディスクのアドレス情報も含まれており、ＣＰＵ６で再生データのディスク上のアドレスが認識できる。メモリ７は、ＦＩＦＯメモリであり、これらのデータをメモリ７に記憶し、入力の順序で出力する。メモリ７から出力される圧縮データをデコーダ８によりデコードし、元の伸長したデータとして出力する。
【００１８】
例えば、モードＣのデータフレームが続いている場合には、デコーダ８で必要なビットレート（バイトレート）と再生のビットレート（バイトレート）が等しいために、メモリ７に記憶された圧縮データは遅滞なく読み出され、何等問題なく再生動作が進む。一方、Ｂモード又はＡモードのデータフレームがメモリ７へ入力され、デコーダ８へ出力される場合、各モードのビットレートによってデコーダ８への圧縮データの読み出しクロックを変化させ、Ｂモードの場合はＣモードの場合の読み出しクロックの１／２のレートとし、Ａモードの場合はＣモードの場合の１／４のレートとする。このことから、デコーダ８への圧縮データの読み出しクロックを変えない場合には、各モードのビットレートによってデコーダ８へのデータの読み出しタイミングを遅らせるようにしても同じ結果が得られ、且つ、実現することが容易である。デコーダ８によって所定のデコードを行い、伸長データを出力する。このデコーダ８からの出力レートはモードにかかわらず所定のビットレートである。これは入力の各モードの情報量のビットレートが異なるのみで、目的のデコードした伸長データは常に同じであるためである。
【００１９】
ここで、Ｂモードの圧縮データの場合、メモリ７の入力レートはＣモードと同一のビットレート（バイトレート）であり、メモリ７からの読み出しレートはＣモードの１／２となるため、メモリ７に記憶され蓄積される圧縮データが増大してくる。ここで、ＣＰＵ６によりメモリ７への書き込みアドレスと読み出しアドレスの差を求めることで、メモリ７に記憶された圧縮データが飽和するか否かを判断する。（勿論メモリ７の状態はメモリコントロールカウンター等からでも判断し得る。）メモリ７が飽和に近づくとＣＰＵ６からディスクドライブ４へポーズ指令を出し、再生を一時停止する。
【００２０】
ディスクドライブ４がポーズ指令を受け再生を一時停止し、その後、再生を再開するには、少なくとも１回転ディスクが回転しなければ次のアドレスを再生する場所には戻れない。このため、メモリ７の圧縮データの記憶量は、ディスク１回転以上のデータ量に対応する記憶容量があれば良い。
【００２１】
しかし、再生指令により、再生を一時停止したアドレスのデータフレームから再生を再開するためには、最大１回転待つ必要がある場合があり、これを含めると、メモリ７は、２回転以上のデータを記憶する容量を必要とする。このため、メモリ７の記憶容量の１／２の容量にデータが減った場合、ＣＰＵ６は、ディスクドライブ４に再生指令を出し、再生を一時停止したアドレスのデータフレームから再生をし得るようにし、データセパレータ５で先に再生したアドレスのデータフレームの次のデータフレームのデータをメモリ７へ送るようにコントロールすることでメモリ７のデータ記憶量を回復させる。
【００２２】
これらを繰り返すことでＢモードの時のみの場合には、再生時間が１に対しポーズの時間が１、Ａモードの場合には、同じく１に対し３の割合となる。しかし、１枚のディスクの再生時には、これらがランダムに発生し、ディスク全体の平均レートが標準のＢモードと同じになるよう圧縮データが記録されているため、ディスク全体を通してはディスクドライブ４の動作時間の半分の時間ポーズしていることになる。
【００２３】
これらの圧縮データをデコーダ８で伸長し、ＤＡコンバータ９でアナログ信号に変換したデータを元のビデオデータとし、フレームメモリ等のメモリへデータを入れ、この出力を同期信号等の発振部をもつビデオ信号と成すビデオ信号生成部１０に入れＮＴＳＣ等の所定のビデオ信号として出力１１に出力する。
【００２４】
尚、本実施例では、ディスクドライブ４のディスク回転を所定の２倍の回転速度とし、ポーズにより光ディスクに記録されたビデオデータの読み取りを停止させるようにしたが、後述する図５に示す如く、スピンドルモータの回転数または線速度を変えて光ディスクからのデータ読み込み速度を変えても同じように実現し得る。但しこの場合には、スピンドルサーボ等の応答が遅い場合には、その遅れ時間中に読み出される又は記憶されるデータ量を考慮し、メモリ７の記憶容量を大きくする必要がある。
【００２５】
尚、一般に動画には音声などの音声データも必要とする。これらも圧縮することでビットを減らすことができる。このデータ量はビデオデータに比べ少ないのでビデオデータに付加して記録し得る。しかしこの場合、オーディオデータは一定の転送レートで再生されない。これらの問題を解決した例を図４に示す。即ち、復調後のデータ量が予め定めたデータ量分の圧縮ビデオデータに対し一定量のオーディオデータを割り当てて記録するようにすれば、再生時に一定の転送レートでオーディオデータを再生することができる。
【００２６】
図４に示すように、圧縮率が最も高いＡモードのデータフレームには、常に一定の量のオーディオデータ１２が記録される。圧縮率がＡモードよりも低いＢモード、Ｃモードの時、例えば、Ａモードでは８倍の圧縮率でビデオデータが記録され、Ｂモードでは４倍の圧縮率でビデオデータが記録されるとすると、Ａモードのデータフレームには非圧縮のビデオデータに対して１／８のデータ量のビデオデータが記録されていることになる。一方、Ｂモードのデータフレームには非圧縮のビデオデータに対して１／４のデータ量のビデオデータが記録されていることになる。ここで、ＢモードはＡモードに対して２倍のデータ量でビデオデータを記録するため、同じ再生時間分のビデオデータを記録するのにＢモードではＡモードの２倍のデータフレームを使用することになる。したがって、Ａモードのデータフレーム１つに対して一定量のオーディオデータ１２を記録し、Ｂモードの最初のデータフレームＢ１のみに一定量のオーディオデータ１２を記録し、２つ目のデータフレームＢ２にはオーディオデータを記録しないようにすれば、一定のビットレートでオーディオデータを再生することができる。
【００２７】
図３は、本発明の光ディスク装置の一実施例のオーディオデータの再生ブロックを示す図である。データセパレータ５でオーディオデータのみを分離し、ＦＩＦＯメモリ１３に入力する。ここで記憶した圧縮されたオーディオデータをデコーダ１４により伸長し、オーディオ信号として出力１１’に出力する。ここでメモリ１３からは一定のレートでオーディオデータが読み出され、メモリ１３への入力も平均すると一定のレートとなる。
【００２８】
しかし、ディスクドライブ４においてポーズ（再生一時停止）、プレイ（再生）が繰り返されてデータがメモリ１３に入力されるため、メモリ１３は、このポーズに相当する時間に対応するデータを記憶できる容量を必要とする。これにより可変ビットレートによるビデオデータを再生しているにもかかわらず、オーディオデータは一定のレートで再生することができる。
【００２９】
本発明の光ディスク装置の他の一実施例を図５により説明する。ディスクドライブ４は再生速度を制御する入力クロック信号に同期して再生し得るようにする。即ち、ＣＤプレーヤでは一般にシステムクロックとしてデータのサンプル周波数の１９２倍等のように、サンプル周波数のｎ倍のシステムクロックに対応するサンプルレートでデータを再生する。このシステムクロックを変化させると、これに対応してスピンドルの回転を始めとし全ての信号が変化し、結果としてこのシステムクロックの１／ｎのサンプルデータとして取り出すことができる。
【００３０】
このシステムクロックの可変範囲の広い範囲にロックしてデータを再生するためには、この入力周波数に対応してプレーヤ内部のフェーズロックループ等を含むデータ抜き出し部分等をこれらに対応し得るようにする必要があるが、これらの技術は種々周知であるので省略する。ディスクドライブ４に入力するクロックはＶＣＯ１５により発振されたものである。このＶＣＯ１５は入力が無い時に丁度平均転送レートに対応した速度になるようにしておくと都合が良い。この状態でディスクドライブ４で再生されたデータはメモリ７へ記憶される。このメモリ７はＦＩＦＯメモリであり、入力したデータの順に出力され、出力はデコーダ８によるクロックで読み出され、入力はディスクドライブ４からの再生クロックで書き込まれる。
【００３１】
又、メモリ７を経たデータは、デコーダ８でデコードされる。ここでデータのモードに応じ元のデータに伸長し出力する。この時、データの圧縮モードがＡモードの時は、ビットレートは小さく、逆にＣモードの場合は最も大きいビットレートとなり、メモリ７から読み出すビットレートは可変ビットレートとなる。メモリ７は、このためにＣモードの場合はデータ量が減少し、逆にＡモードの場合はデータ量が増加していくことになる。
【００３２】
このメモリ７に入るデータと、出力のデータからヘッダーセパレータ１６，１７によってデータのアドレスを分離し、データ比較器１８によって、その差を検出する。ここで比較出力は、アドレス差が所定の値、一般的には、メモリ容量の１／２の値などをとると良いが、基準値（ＲＥＦ）１９をさらに差し引きこのデータをＤＡコンバータ２０に入れアナログ信号とする。
【００３３】
このアナログ信号が０の時は、メモリに所定のデータ量の圧縮データが記憶されていることになり、＋であれば増加、−であれば減少となる。これを逆出力とし、ローパスフィルタ２１を介しＶＣＯ１５に入力する。
【００３４】
即ち、メモリ７内のデータ量が減少するとＶＣＯの発振周波数を増大し、ドライブの再生速度が増大し、メモリ内のデータ量が所定の値になるようにし、常にこの値を維持するようにサーボループが形成される。ここでローパスフィルタは、データ量の増減に対し、ディスクドライブ４に与える周波数の変化がディスクドライブ４のスピンドルサーボ等が応答し得る範囲となるために必要なものであり、応答が早いドライブ程カットオフ周波数を高くすることができる。
【００３５】
又、メモリ７の容量はこれらドライブの応答の遅れに対応し、データが飽和しないだけの容量にしておく。これらによって、画像データが少ない、ゆっくり画面が続くような時は、ドライブの再生速度を遅くし、逆に変化の激しい場面が続く時は、再生速度を速くする。
【００３６】
ここでローパスフィルタ２１を低い周波数にし、容量の大きなメモリ７を用いると、ドライブの再生速度の変化率の少ない状態で平均速度に近い速度が多くなる。逆の場合には、再生速度の変化への応答が早いドライブを必要とするが、メモリ容量を減らすことができる。
【００３７】
デコーダ８で伸長されたデータは、ＤＡコンバータ９でアナログのＲＧＢ信号等に変換し、ビデオ信号形成回路１０でＮＴＳＣ等のビデオ信号とし、出力１１に出力する。オーディオ信号についても同様であるので説明を省く。以上のようにディスクに記録された全データ量は、従来と同量であるが、従来の２倍のビットレートに相当する高解像の自然な動画を再生することができ、動きの少ない所で無駄なデータを省くことで全再生時間は同一とすることができる。
【００３８】
又、従来と同一の解像度であれば再生時間をのばすことができる。ここで、実施例では理解しやすいために圧縮率をＡ，Ｂ，Ｃの３つのモードで示したが、さらに圧縮率のモード数を増やすこともでき、逆に２つのモードとすることもできる。勿論、オーディオデータにも応用することができる。比率に関しては、実施例では４倍の比で説明したが、一般には２倍程度で十分であり広く応用し得る。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、光ディスク全体の情報量は従来と同一でも刻々と変化する画像の情報量に対応してビットレートを可変にしてビデオデータを光ディスクに記録し、可変ビットレートのビデオデータにオーディオデータを付加したときに、一定の転送レートでオーディオデータが再生されるように、ビデオデータとオーディオデータを記録することができる光ディスク装置を提供することができる。また、本発明によれば、可変ビットレートのビデオデータにオーディオデータを付加したときに、一定の転送レートでオーディオデータが再生されるように、ビデオデータとオーディオデータが記録された光ディスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ディスク装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例の光ディスクに記録された信号のフォーマット例を示す図。
【図３】本発明の光ディスク装置の一実施例においてオーディオ信号を再生する構成部分を示す図。
【図４】本発明の一実施例の光ディスクに記録された信号のフォーマットを示す図。
【図５】本発明の他の実施例のブロック図。
【符号の説明】
１        シンクヘツダー
２        ヘッダー
３        データ
４        ディスクドライブ部
５        データセパレータ
６        ＣＰＵ
７        メモリ
８        デコーダ
９，２０  ＤＡコンバータ
１０        ビデオ信号生成部
１１，１１’出力
１２        オーディオデータ
１３        メモリ
１４        デコーダ
１５        ＶＣＯ
１６，１７  ヘッダーセパレータ
１８        比較器
１９        基準値
２１        ローパスフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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