(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データストリームを記録媒体へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリームを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置において、
少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変換手段と、
ディジタル信号をフレーム相関圧縮により圧縮するための第１の圧縮パラメータ又はフレーム内若しくはフィールド内圧縮するために第２の圧縮パラメータで圧縮し、データストリームを生成する符号化手段と、
データストリームを上記第１の圧縮パラメータ又は第２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータ又は第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、
上記第１の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第１の記録媒体と、
上記第２の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第２の記録媒体と、
通常再生の場合は、上記第１の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第１の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させ、逆転再生等の特殊再生の場合は、上記第１の伸張パラメータにより伸張されたデータストリームを上記第２の圧縮パラメータで圧縮し、上記第２の記録媒体に記録させ、この第２の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第２の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させる制御手段と、
を備えることを特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項２】
請求項１記載のビデオサーバ装置において、上記第１の記録媒体に上記フレーム相関圧縮されて記録されたデータを第１の伸張パラメータにより伸張させて再生させながら、第１の伸張パラメータで伸張させたデータをフレーム内若しくはフィールド内圧縮させる第２の圧縮パラメータで圧縮させて第２の記録媒体に記録し、特殊再生時に、上記第２の記録媒体に記録されたデータを第２の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させることを特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項３】
データストリームを記録媒体へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリームを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置において、
少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変換手段と、
ディジタル信号をフレーム相関圧縮により圧縮するための第１の圧縮パラメータ又はフレーム内若しくはフィールド内圧縮するために第２圧縮のパラメータで圧縮し、データストリームを生成する符号化手段と、
データストリームを上記第１の圧縮パラメータ又は第２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータ又は第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、
上記第１の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第１の記録媒体と、上記第２の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第２の記録媒体と、
を備え、上記第１の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第１の伸張パラメータにより伸張させて復号し、復号したデータストリームを上記第２の圧縮パラメータで符号化し、符号化したデータストリームを第２の記録媒体に記録し、上記第２の記録媒体に記録されたデータストリームを出力することを特徴とするビデオサーバ装置。
【請求項４】
請求項３記載のビデオサーバ装置において、上記第２の記録媒体はメモリであって、上記第１の記録媒体にフレーム相関圧縮されて記録されたデータを第１の伸張パラメータにより伸張させて再生させながら、第１の伸張パラメータで伸張させたデータストリームをフレーム内若しくはフィールド内圧縮させる第２の圧縮パラメータで圧縮させて上記メモリに記録し、このメモリに記録されたフレーム内若しくはフィールド内圧縮符号化したデータストリームを出力することを特徴とするビデオサーバ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＭＰＥＧ２に代表される映像、音声圧縮伸張手段により、大容量の記録メディアへ映像、音声の記録、再生を行いフレーム（またはフィールド）単位での特殊再生を可能とするビデオストレージ或いは、監視用ビデオに用いられるビデオサーバ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ディスク状記録媒体（ハードディスク、光ディスク等）に圧縮符号化した映像情報信号、音声情報信号を記録し、再生時には元の映像情報信号、音声情報信号に伸張するビデオサーバ装置が実現段階に入っている。
【０００３】
ビデオサーバ装置は、テレビジョン放送番組、あるいはオンライン回線を伝搬して圧縮符号化されたディジタル信号等の記録再生を行うことができ、ユーザは自由な時間にタイムシフトして、これらテレビジョン放送番組や、ディジタル配信されてくる映像情報を楽しむことができる。
【０００４】
以上のような、映像信号及び音声信号の圧縮ディジタル情報を大容量記録メディアへ記録再生する例としては、特開平８−２９２８４２号公報に開示されたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ビデオサーバ装置へ記録再生しているデータストリームの符号圧縮及び復号手法は、国際標準ＭＰＥＧに準じたものが大半であり、フレーム（またはフィールド）単位での特殊再生ができないという問題がある。
【０００６】
図９は、ＭＰＥＧ圧縮したフレーム（またはフィールド）単位での画像データ列びを示す図である。
図９において、ＭＰＥＧでは、例えば、１５フレームを１つのブロック（以下ＧＯＰとする）単位に区分けして、圧縮を行い、そのうち、１枚だけがフレーム内符号化された画像（以下Ｉピクチャとする）、１０枚が動き補償フレーム間符号化された両方向予測符号化画像（以下Ｂピクチャとする）、４枚が動き補償フレーム間符号化された前方向予測符号化画像（以下Ｐピクチャ）の構成となっている。
【０００７】
各ピクチャの列びは、例えば、図９に示す様に、先頭がＩピクチャ、２フレーム飛びにＰピクチャ、その他がＢピクチャとなっている。毎フレームの画像を復元するためには、Ｉピクチャから順に前方向のピクチャを読み込むことが必要となる。しかし、例えば、逆転再生、或いは任意のフレームからの特殊再生を行った場合は、毎フレーム画像が得られないことになる。したがって、従来の特殊再生は、Ｉピクチャのみを飛び飛びに拾って再生を行う不連続な再生を行っており、低画質の再生映像しか得ることができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、逆転等の特殊再生においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）データストリームを記録媒体へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリームを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置において、少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変換手段と、ディジタル信号をフレーム相関圧縮により圧縮するための第１の圧縮パラメータ又はフレーム内若しくはフィールド内圧縮するために第２の圧縮パラメータで圧縮し、データストリームを生成する符号化手段と、データストリームを上記第１の圧縮パラメータ又は第２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータ又は第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、上記第１の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第１の記録媒体と、上記第２の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第２の記録媒体と、通常再生の場合は、上記第１の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第１の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させ、逆転再生等の特殊再生の場合は、上記第１の伸張パラメータにより伸張されたデータストリームを上記第２の圧縮パラメータで圧縮し、上記第２の記録媒体に記録させ、この第２の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第２の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させる制御手段とを備える。
【００１０】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記第１の記録媒体に上記フレーム相関圧縮されて記録されたデータを第１の伸張パラメータにより伸張させて再生させながら、第１の伸張パラメータで伸張させたデータをフレーム内若しくはフィールド内圧縮させる第２の圧縮パラメータで圧縮させて第２の記録媒体に記録し、特殊再生時に、上記第２の記録媒体に記録されたデータを第２の伸張パラメータにより伸張させて上記ストリーム再生手段により再生させる。
【００１１】
（３）また、データストリームを記録媒体へ記録するストリーム記録手段と、上記記録媒体からデータストリームを再生するストリーム再生手段とを有するビデオサーバ装置において、少なくとも映像信号をディジタル信号に変換する入力変換手段と、ディジタル信号をフレーム相関圧縮により圧縮するための第１の圧縮パラメータ又はフレーム内若しくはフィールド内圧縮するために第２圧縮のパラメータで圧縮し、データストリームを生成する符号化手段と、データストリームを上記第１の圧縮パラメータ又は第２の圧縮パラメータに対応する第１の伸張パラメータ又は第２の伸張パラメータで伸張する復号化手段と、上記第１の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第１の記録媒体と、上記第２の圧縮パラメータで圧縮されたデータストリームを記録する第２の記録媒体とを備え、上記第１の記録媒体に記録されたデータストリームを上記第１の伸張パラメータにより伸張させて復号し、復号したデータストリームを上記第２の圧縮パラメータで符号化し、符号化したデータストリームを第２の記録媒体に記録し、上記第２の記録媒体に記録されたデータストリームを出力する。
【００１２】
（４）好ましくは、上記（３）において、上記第２の記録媒体はメモリであって、上記第１の記録媒体にフレーム相関圧縮されて記録されたデータを第１の伸張パラメータにより伸張させて再生させながら、第１の伸張パラメータで伸張させたデータストリームをフレーム内若しくはフィールド内圧縮させる第２の圧縮パラメータで圧縮させて上記メモリに記録し、このメモリに記録されたフレーム内若しくはフィールド内圧縮符号化したデータストリームを出力する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態の説明に入る前に、画像圧縮の代表であるＭＰＥＧ画像圧縮方式について説明をする。
映像データは、フレーム内符号化した情報（Ｉピクチャ）と、過去からの予測によってフレーム間順方向予測符号化した情報（Ｐピクチャ）と、過去及び未来からの予測によってフレーム間符号化した情報（Ｂピクチャ）との３つの画像情報から成る。そして、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャ、それぞれ所定の画像枚数から成る１単位をＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ  Ｏｆ  Ｐｉｃｔｕｒｅ）と呼ぶ。
【００１８】
以上のＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャは、以下３つの圧縮手段を用いて生成を行う。
（１）空間的相関関係を利用した情報圧縮。
（２）時間的相関関係を利用した情報圧縮。
（３）上記２つの圧縮手段で符号化する際の符号出現確立の偏りを利用した情報圧縮。
【００１９】
まず（１）の空間的相関関係を利用した情報圧縮は、１枚の映像を所定の画素ブロックに分割し、分割したブロック毎にＤＣＴ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：離散コサイン変換）を行い、１枚の映像を周波数成分へ分解する。
【００２０】
そして、ＤＣＴ変換後、ＤＣＴ係数を所定値で除算を行い余りを丸めて量子化する。上記除数が大きいほど圧縮率を高くすることができるが、反面、映像情報の高周波成分を削除することになり映像の品位は低くなる。
【００２１】
次に、（２）時間的相関関係を利用した情報圧縮は、映像信号の前後の絵柄情報は、ほとんどの場合、非常に似ており、絵柄の変化分（動きベクトル）だけを情報とすることで映像伝達情報量を大幅に削減することができる。
【００２２】
最後に（３）符号の出現率の偏りを利用した情報圧縮は、上述のＤＣＴ係数や動きベクトルに対して出現率の高い値に短い符号長を割り当て、出現率の低い値に長い符号長を割り当てる符号体系であり、その結果、平均情報量を減らすことができる。
【００２３】
以上の様なＭＰＥＧ圧縮手段を用いたビデオサーバ装置について、本発明を適用した第１の実施形態の構成及び動作の説明を行う。
【００２４】
また、本発明の第１の実施形態における映像信号、音声信号の処理についても図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるビデオサーバ装置の概略構成を示す図である。
図１において、１は入力端子であり、この入力端子１にアナログの映像信号、音声信号が入力される。２は出力端子であり、この出力端子２からアナログの映像信号、アナログの音声信号が出力される。また、４は入力ＡＶプロセスであり、この入力ＡＶプロセスは４は、アナログの映像信号及び音声信号をディジタル化するプロセスである。
【００２６】
また、５出力ＡＶプロセスであり、この出力ＡＶプロセス５は、ディジタル情報をアナログ映像信号及び音声信号に変換するプロセスである。６、７はスイッチ回路、８は圧縮パラメータ変更制御部であり、この圧縮パラメータ変更制御部８は、ＭＰＥＧ圧縮パラメータを変更制御する。
【００２７】
さらに、９は伸張パラメータ変更制御部であり、この伸張パラメータ変更制御部９は、ＭＰＥＧ伸張パラメータを変更制御する。また、１０はＭＰＥＧ圧縮装置、１１はＭＰＥＧ伸張装置、１３はデータ転送制御部、１４はハードディスクである。
【００２８】
以下、第１の実施形態では、映像及び音声信号の圧縮と伸張方式にＭＰＥＧ方式を用いたビデオサーバ装置の動作説明を行うが、画像圧縮方式は、ＭＰＥＧ方式に限定されず、他の圧縮方式にも適用可能である。
【００２９】
また、ＭＰＥＧデータストリームの記録媒体にハードディスクを例にあげて動作説明を行うが、ハードディスクに限定することはなく、ディスク状記録媒体、或いは半導体メモリ、或いは磁気テープであってもよい。
【００３０】
まず、入力端子１から入力される映像信号及び音声信号は、ＡＶ入力プロセス部４によって、それぞれディジタル信号に変換される。ここでは、図１の動作説明をわかりやすくするために、映像信号及び音声信号の入出力信号を１系統で記載している。なお、映像信号と音声信号とは、それぞれ独立に入出力し、独立にＭＰＥＧ圧縮伸張を行ってもよい。
【００３１】
ＡＶ入力プロセサ部４でディジタル化された映像及び音声データは、スイッチ回路６（通常のビデオサーバ記録の時はｉｎ側に切り替わる）を介してＭＰＥＧ圧縮装置１０へ入力される。
【００３２】
ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、例えば１２８Ｍｂｐｓのデータレートで入力されている情報を約１／２０に圧縮を行い、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリームとして出力する。
【００３３】
また、圧縮パラメータ変更制御部８により、ＭＰＥＧ圧縮装置１０の圧縮比率を任意に変更することが可能である。ここでは、圧縮比率は、代表例として実用的な１／２０圧縮率を取り上げる。
【００３４】
ここで、図９を用いて、ＭＰＥＧ圧縮の映像データの構成について説明する。
映像データは１秒間に３０フレームの連続した画像データからなる。ＭＰＥＧ圧縮されたフレーム構成は、例えば１５フレームを１つのブロック（以下ＧＯＰとする）単位に区分けを行う。そして、そのブロックのうち、１フレームだけがフレーム内符号化された画像（以下Ｉピクチャ）であり、１０枚が動き補償フレーム間符号化された両方向予測符号化画像（以下Ｂピクチャ）、４枚が動き補償フレーム間符号化された前方向予測符号化画像（以下Ｐピクチャ）という構成となっている。
【００３５】
図９の例では、先頭フレームがＩピクチャ、先頭フレームから２フレーム飛び毎にＰピクチャ、その他がＢピクチャとなっている。上記３種類のＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの列び、枚数
（構成）は、圧縮パラメータ変更制御部８により任意に変更が可能である。ここでは、実用的な構成を代表例として取り上げる。
【００３６】
上記ＭＰＥＧ圧縮装置１０から出力されたＭＰＥＧデータストリームはデータ転送制御部１３に送出され、大容量記録媒体（ここではハードディスク）１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａへ記録される。
【００３７】
一方、再生動作は、ハードディスク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａから再生されたＭＰＥＧストリームは、データ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置１１に送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１では、上記ＭＰＥＧ圧縮されたデータフレームをＧＯＰ単位にＩピクチャから順に前方向のピクチャを順序正しく読み込むことにより、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリームを１２８Ｍｂｐｓの基画像ディジタル信号に復元する。
【００３８】
したがって、ＧＯＰ単位を無視したＰピクチャ或いはＢピクチャの断片的なアクセス、または逆方向へのピクチャアクセスは不可能である。
【００３９】
ＭＰＥＰ伸張装置１１により復元された基画像ディジタル信号は、スイッチ回路７（通常の再生時にはにはｏｕｔ側に設定される）を介して出力ＡＶプロセス５に供給される。そして、この出力ＡＶプロセス部５にて、基画像ディジタル信号は、アナログ映像信号及びアナログ音声信号に変換され、出力端子２より出力される。
【００４０】
以上説明した動作が、従来のビデオホームサーバ装置の基本的な信号の流れである。しかし、本発明の第１の実施形態に係るＭＰＥＧデータストリームを扱うビデオサーバ装置は、連続的な記録と再生動作のみであり、従来のアナログＶＴＲ等の様なフレーム毎あるいはフィールド毎のコマ送り動作、通常再生のｎ倍速による再生、あるいは逆方向再生は不可能である。
【００４１】
以下、本発明の第１の実施形態における最も重要である上記ＭＰＥＧストリームを扱うビデオサーバ装置における特殊再生方式について、主に図１を用いて説明する。
【００４２】
本発明の第１の実施形態は、ハードディスク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録されているＭＰＥＧデータストリームを、一旦伸張して、再度ＭＰＥＧ圧縮装置１０によりフレーム内符号圧縮（あるいはフィールド内符号圧縮）を行い、ハードディスク１４の再デコード／エンコードデータ記録ディスク１４ｂに再度格納し、このデータ記録ディスク１４ｂから再生することにより、特殊再生を実現するものである。
【００４３】
図１において、ハードディスク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録されているＭＰＥＧデータストリームは、データ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、上記ＭＰＥＧ圧縮されたデータフレームをＧＯＰ単位にＩピクチャから順に前方向にピクチャを順序正しく読み込むことにより、６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリームを１２８Ｍｂｐｓの基画像ディジタル信号に復元する。
【００４４】
復元された基画像ディジタル信号は、スイッチ７（この場合は、Ｌｏｏｐ１側に切換えられている）及びスイッチ６（この場合は、Ｌｏｏｐ２側に切換えられている）を介して、ＭＰＥＧ圧縮装置１０に入力される。ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧縮パラメータ変更制御部８により、圧縮パラメータを、例えば、図２に示すようなＧＯＰ構造に変換して再圧縮動作を行う。
【００４５】
ＭＰＥＧ圧縮装置１０によりＧＯＰ構造に変換されたデータは、データ転送制御部１３を介してハードディスク１４の再デコード/エンコードＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ｂに記録される。
【００４６】
そして、通常の再生時には、ハードディスク１４の再デコード/エンコードＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ｂに記録されたデータが、データ転送装置１３、ＭＰＥＧ伸張装置１１、スイッチ７、出力ＡＶプロセス５を介して出力端子２に供給される。
【００４７】
また、逆転再生等の特殊再生時には、ハードディスク１４のＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録されたデータが、データ転送装置１３、ＭＰＥＧ伸張装置１１、スイッチ７、出力ＡＶプロセス５を介して出力端子２に供給される。
【００４８】
ここで、図２に示すＧＯＰ構造について以下説明を行う。
図２は、上述したように、ＭＰＥＧデータストリームのＧＯＰ構成を示す図である。この図２において、１５フレーム毎の０．５秒間のフレーム画像はすべてフレーム内圧縮されたＩピクチャで構成され、ＧＯＰの先頭にはフレーム構成、圧縮レート、ＧＯＰ内の各ピクチャのサイズ等の情報信号を示すシーケンスヘッダ（以下ＳＨと称す）２０が接続される。
【００４９】
上記のように、全てＩピクチャで構成されたＧＯＰ構造とされたデータ構成は、上記図９のＩピクチャを先頭に４枚のＰピクチャ、１０枚のＢピクチャ構成に比べてデータ容量がほぼ３倍程度に上昇する。これに対しては、上記全てＩピクチャで構成されたＧＯＰ構造のデータの記憶手段として、大容量記録メディア、例えばディジタルテープストリーマ、光ディスク装置等を用いることにより解消される。
【００５０】
また、ＧＯＰの構成を図３に示す構成にしてもよい。図３に示したＧＯＰ構造は、図９のＧＯＰ構造のＰピクチャをＩピクチャにおきかえた構成としている。図３のＧＯＰ構成では、フレーム毎の再生は不可能であるが、３フレーム毎の再生あるいはフレーム毎の逆転再生が可能となる。
【００５１】
図３のＧＯＰ構造のデータ構成であれば、、上記図９に示したＩピクチャを先頭に４枚のＰピクチャ、１０枚のＢピクチャとする構成に比べて、データ容量が１．３倍程度に抑えられる。
【００５２】
また、ＧＯＰ構成は上記図２、図３に限定することはなく、各ピクチャの組み合わせは、いずれであってもかわわない。このようなＭＰＥＧによるデータ変換を用いた場合、例えば図９に示すようなＧＯＰの構成で６ＭｂｐｓのＭＰＥＧデータストリーマを１時間記録するためには、２．７Ｇｂｙｔｅの記録容量が必要となる。
【００５３】
さらに、図２に示すような全てＩピクチャで構成されたＧＯＰ構造に変換すると、８．１Ｇｂｙｔｅの記憶容量が必要である。また、図３に示すようなＩピクチャとＢピクチャとで構成されたＧＯＰ構造に変換すると、３．７Ｇｂｙｔｅの記憶容量が必要となる。
【００５４】
上述した本発明の第１の実施形態においては、記録媒体としてハードディスクを用いた例を説明しているが、これに限定することはなく、記録媒体として、ディジタルテープストリーマ（ディジタルＶＨＳ等）、光ディスク装置を用いて記録再生を行ってもよい。
【００５５】
さらに、記録媒体の容量及び記録媒体の転送速度が許すならば、ＭＰＥＧデータストリームを伸張した基のディジタルデータそのものをハードディスクへ記録してもよい。
【００５６】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、フレーム相関圧縮を用いたＭＰＥＧデータストリームを、一旦、基のディジタルデータに伸張し、再度、画像圧縮パラメータをフレーム内圧縮方式あるいはフィールド内圧縮方式によりＭＰＥＧ圧縮を行い、この再圧縮されたＭＰＥＧデータストリームを再度ハードディスクへ格納し、再生することにより、フレーム単位（あるいはフィールド単位）の特殊再生及び逆転再生が可能となる。
【００５７】
つまり、逆転再生等の特殊再生においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現することができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
上述した、本発明の第１の実施形態では、通常再生を行うためのデータをＭＰＥＧデータ記録ディスク１４ａに記録し、特殊再生を行うためにＭＰＥＧデータストリームをまとめてフレーム内符号化或いはフレーム内符号化したＭＰＥＧデータストリームに変換してハードディスク１４ｂに記録するを方法を述べたが、同一ソース（番組）を２系統のストリームとしてハードディスク１４ａ及びディスク１４ｂへ記録することは、ハードディスク１４の使用効率面からベストとはいえない。
【００５９】
そこで、次にハードディスク１４の使用効率を向上させた第２の実施形態について、以下説明する。
【００６０】
通常再生時は、ハードディスク１４ａに記録されたデータをデータ転送部１３、ＭＰＥＧ伸張装置６０、出力ＡＶプロセス５を介して出力端子２に供給される。
この場合、ハードディスク１４ａ上のＭＰＥＧデータストリームを所定サイズ毎に逐次フレーム内圧縮或いはフィールド内圧縮ＭＰＥＧデータストリームに変換し、この変換されたＭＰＥＧデータストリームをキャッシュメモリ（ここではハードディスク１４ｂ）に記録を行う。そして、ハードディスク１４ｂへの記録データは、次々に更新され、特殊再生時に、ディスク１４ｂへの記録動作と並行して上記伸張動作を行い、再生画像を出力するものである。
【００６１】
以下、第２の実施形態を図４及び図５を用いて説明する。
図４は、第２の実施の形態であるビデオサーバ装置の動作説明図であり、図５は第２の実施形態であるビデオサーバ装置のブロック構成図である。
【００６２】
図５において、図１と同一の機能ブロックには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５の６０はＭＰＥＧ伸張装置である。
【００６３】
図５に示したビデオサーバ装置において、特殊再生を行う場合についての動作説明を行う。
ハードディスク１４ａに格納されているＭＰＥＧデータストリームは、ハードディスク１４ａ上の再生するポインタから前後方向の所定サイズ（４個のＧＯＰ）がデータ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、ＧＯＰの先頭に位置するＳＨデータにより、伸張パラメータを認識し、伸張パラメータ制御部９により伸張パラメータが設定され、基のディジタル画像データの復元を行う。
【００６４】
復元されたディジタル画像データは、スイッチ６（Ｌｏｏｐ側へ切り替わる）を介してＭＰＥＧ圧縮装置１０に送出される。
【００６５】
ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧縮パラメータ変更部８によりフレーム内（又はフィールド内）符号圧縮の設定が成され、ＭＰＥＧデータストリームをデータ転送制御部１３を介して、ハードディスク１４の再デコード／エンコードＭＰＥＧデータ記録ハードディスク１４ｂへ一時キャッシュ記録される。
【００６６】
なお、キャッシュ記録される記録媒体１４ｂは、ハードディスクに限らず、半導体メモリあるいは光ディスク媒体等の高速ランダムアクセスが可能である記録媒体であればよい。
【００６７】
図４は、ＭＰＥＧデータストリームをキャッシュ記録する場合の動作説明図である。
図４において、ハードディスク１４ｂ上のリードポインタより、前後方向に例えば４個のＧＯＰのキャッシュ読み込み（フォアードキャッシュ、バックキャッシュ）を行う。この動作は読み込みポインタが変更される毎に逐次行われる。図４に示した例では、リードポインタ前後の６０フレームに対してのフレーム単位の特殊再生が可能であり、リードポインタを順次シフトすることにより、全ての領域においてフレーム単位の特殊再生が可能となる。
【００６８】
上記ハードディスク１４ｂにキャッシュ記録されたＭＰＥＧデータストリームは、ハードディスク１４ｂから読み出され、データ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置６０に送出される。
【００６９】
ＭＰＥＧ伸張装置６０は、ＧＯＰの先頭に位置するＳＨデータより、伸張パラメータを認識し、伸張パラメータ制御部９により伸張パラメータが設定され、基のディジタル画像データに復元され、出力ＡＶプロセスにより基の映像信号及び音声信号に変換されて出力端子２から出力される。
【００７０】
本発明の第１及び第２の実施の形態で述べているＭＰＥＧデータストリームのフレーム内符号（またはフィールド内符号）化による再ＭＰＥＧ圧縮動作は、ＭＰＥＧ符号化に限定されず、例えば、モーションＪＰＥＧ圧縮動作であってもよい。
【００７１】
図６にモーションＪＰＥＧ圧縮変換を適用した実施形態を示す。
図６において、５０はスイッチ、５１はモーションＪＰＥＧ（以下ＭＪＰＥＧと称す）伸張装置、５２はＭＪＰＥＧ圧縮装置、５３はバッファメモリ（ここではハードディスク）である。なお、図１と同一のブロックには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
ハードディスク１４に格納されているＭＰＥＧデータストリームは、再生するポインタから前後の所定サイズ分がデータ転送制御部１３を介してＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、ＧＯＰの先頭に位置するＳＨデータより、伸張パラメータを認識し、伸張パラメータ制御部９により伸張パラメータが設定され、基のディジタル画像データに復元される。
【００７３】
復元されたディジタル画像データは、ＭＪＰＥＧ圧縮装置５２に送出される。ＭＰＥＧ圧縮装置５２はフレーム内符号圧縮（あるいはフィールド内圧縮）されたＭＪＰＥＧデータストリームをバッファメモリ５３へ、一時キャッシュ記録する。
【００７４】
一旦、キャッシュ記録されたＭＪＰＥＧデータストリームは、バッファメモリ５３から逐次読み出され、ＭＪＰＥＧ伸張装置５１に送出される。ＭＪＰＥＧ伸張装置５１は、基のディジタル画像データに復元し、スイッチ５０を介して、出力ＡＶプロセス５に供給され、この出力ＡＶプロセス５により基の映像信号及び音声信号に変換されて出力端子２から出力される。
【００７５】
以上、本発明の第２の実施の形態では、ハードディスク１４ａ上の再生ポインタ近傍のＭＰＥＧデータストリームを所定サイズ毎に逐次読み込み、さらに伸張動作を行い、再度フレーム内符号（あるいはフィールド内符号）ＭＰＥＧ圧縮に変換して、メモリ（ここではハードディスク１４ｂ）へキャッシュ記録を行いながら、フレーム内符号ＭＰＥＧ圧縮されたストリームを伸張することにより、ＭＰＥＧデータストリームの特殊再生を実施している。
【００７６】
したがって、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、逆転再生等の特殊再生においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現することができる。さらに、本発明の第２の実施形態によれば、ハードディスク等の記憶媒体の使用効率を向上でき、必要な容量を削減することができる。
【００７７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図７を用いて説明する。
図７において、３はディジタル入力端子、１２はスイッチである。なお、図７において、図１に示した機能ブロックと同一の機能ブロックには、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７８】
本発明の第３の実施形態は、例えばディジタル電話回線（ＩＳＤＮ）或いは専用ケーブル等を用いて家庭内に配信されるデジタル情報（例えば、ディジタル画像信号及び音声信号のＭＰＥＧデータストリーム）を、フレーム内符号或いはフィールド内符号ＭＰＥＧデータストリームに変換しながらハードディスク等の大容量記録媒体へ格納するビデオサーバ装置である。
【００７９】
また、ユーザの選択により受信される生のＭＰＥＧデータストリームをダイレクトに格納することもできる。
【００８０】
図７のディジタル入力端子３から入力されるＭＰＥＧデータストリームは、スイッチ１２（Ｒｅ−Ｅｎｃｏｄｅ側に接続）を介してＭＰＥＧ伸張装置１１へ送出される。ＭＰＥＧ伸張装置１１は、上記ＭＰＥＧ圧縮されたフレームをＧＯＰ単位にＩピクチャから順に前方向のピクチャを順序正しく読み込むことにより、ＭＰＥＧデータストリームを基画像ディジタル信号に復元する。
【００８１】
復元された基画像ディジタル信号は、スイッチ７（Ｌｏｏｐ１側に切換え）を介して、ＭＰＥＧ圧縮装置１０に入力される。ＭＰＥＧ圧縮装置１０は、圧縮パラメータ変更制御部８により、圧縮パラメータを例えば図２に示すようなＧＯＰ構造に変換して再圧縮動作を行う。
【００８２】
ＭＰＥＧ圧縮装置１０により生成されたフレーム内符号化ＭＰＥＧデータストリームまたはフィールド内符号化ＭＰＥＧデータストリームはスイッチ９０（Ｌｏｏｐ２側に設定）及びデータ転送制御部１３を介してハードディスク１４へ格納される。
【００８３】
以上、本発明の第３の実施形態によれば、比較的低速な通信回線を用いて得られるＭＰＥＧデータストリームは、本発明のような大容量の記録媒体を持つビデオホームサーバ装置へ記録する場合は、特殊再生が可能であるフレーム内符号化圧縮データストリームに変換した後、ハードディスクへ格納することで、フレーム単位の特殊再生及び逆転再生が実現できる。
【００８４】
なお、ユーザの選択により上記ＭＰＥＧデータストリームを直接ハードディスクへ記録できることもできる。
【００８５】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を図８を用いて以下に説明する。
なお、第４の実施形態におけるビデオサーバ装置のブロック構成は、図１と同一である。
【００８６】
図８は、従来型のＭＰＥＧデータストリーム（通常ＧＯＰ）と、本発明の第４の実施形態におけるＭＰＥＧデータストリーム（固定サイズのＧＯＰ）のＧＯＰデータ並びを示し、横軸はデータサイズを示している。また、図８において、符号ａ〜ｉ及びｊ〜ｏは、各ＧＯＰにおけるＩピクチャ位置を示す。
【００８７】
ＭＰＥＧデータストリームは、圧縮前の現画像データ条件により、圧縮後のデータサイズはそれぞれ異なる。例えば、図８に示す通常ＧＯＰのデータ並びの様に例えば、各ＧＯＰのサイズ（以下説明ではサイズの単位は無とする）は、ＧＯＰ１は１．０、ＧＯＰ２は０．７、ＧＯＰ３は０．４、ＧＯＰ４は０．７、ＧＯＰ５は０．４、ＧＯＰ６は１．１、ＧＯＰ７は０．４、ＧＯＰ８は０．４、ＧＯＰ９は０．９で構成される。そして、それぞれサイズの異なるＧＯＰは、ビデオサーバ装置のハードディスク内に記録される。
【００８８】
また、各ＧＯＰ内のＩピクチャは、ＧＯＰ内の先頭ＳＨに続くピクチャに位置（図８のａ〜ｉ、ｊ〜ｏ）している。したがって、例えば高速な特殊再生においては各ＧＯＰ内のＩピクチャだけを拾い読みする必要がある。そのためには、ハードディスク上のどの場所にＩピクチャが記録されているのかを即座に把握しなければならない。
【００８９】
通常は、逐次ＧＯＰの先頭ＳＨを読み込むことにより、ＧＯＰのデータサイズ、ピクチャ構成を把握し、Ｉピクチャの記録位置を算出してデータを再生している。あるいは、あらかじめＩピクチャが記録されている場所を示すアドレス表をハードディスク上に記録しておき、そのアドレス表を引用してＩピクチャを検索している。
【００９０】
しかし、従来の方法では、逐次各ＧＯＰの先頭ＳＨ情報を読み込み、解読する動作あるいは、アドレス表の引用動作は、Ｉピクチャ検索処理の複雑さと読み出し遅延を発生する要因となる。
【００９１】
本発明の第４の実施形態では、上記ＧＯＰサイズを統一化することで、先頭ＳＨを読み込み、解読することなしに、ハードディスク上の各ＧＯＰにおけるＩピクチャ記録位置を検索できるものである。
【００９２】
ＧＯＰサイズの統一化手段として、図１におけるＭＰＥＧ圧縮装置１０と圧縮パラメータ変更制御部８により以下の動作を行うことにより実現される。
【００９３】
例えば、図８の固定サイズＧＯＰに示すＧＯＰ１〜ＧＯＰ６のサイズは全て１．０に統一化している。ＧＯＰサイズを統一化する手段として、統一サイズ（１．０）に満たないＧＯＰの場合は、無効データを追加することによりＧＯＰサイズを統一する。
【００９４】
また、統一サイズ（１．０）より大きくなりそうなＧＯＰは、あらかじめＩピクチャの圧縮率を変更（高める）することで、ＧＯＰサイズを統一する。なお、Ｉピクチャ以外のＰピクチャ及びＢピクチャの圧縮率を変更してもよい。
【００９５】
ビデオサーバ装置のハードディスク内に記録されたＧＯＰは、サイズが固定であることから、ハードディスク内のＩピクチャが記録されている位置を推測することは容易であり、従来のように先頭ＳＨの読み込み、解読は不必要となる。
【００９６】
すなわち、ハードディスク上のＩピクチャ記録位置は、ＧＯＰサイズ（１．０）の倍数に当たるアドレスであることから容易にＩピクチャ検索を行うことができる。
【００９７】
以上、本発明の第４の実施形態によれば、従来のＧＯＰのサイズを固定サイズにすることにより、ハードディスク上のＩピクチャ記録位置を容易に検索することが可能となり、ビデオサーバ装置の高速可視を行う際のＩピクチャ検索処理が容易となる効果がある。
【００９８】
なお、本発明は、ＶＴＲ装置にも適用可能である。この場合には、ハードディスク１４ａが、ビデオテープとなり、ハードディスク１４ｂが、半導体メモリ等のメモリとなる。または、この逆の構成でも良い。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の第１の実施形態によれば、フレーム相関圧縮を用いたＭＰＥＧデータストリームを一旦基のディジタルデータに伸張し、ＭＰＥＧ圧縮装置の画像圧縮パラメータをフレーム内圧縮方式あるいはフィールド内符号圧縮方式に変更し、再度ＭＰＥＧ圧縮を行い、該再圧縮されたＭＰＥＧデータストリームをハードディスクへ格納、またはハードディスクから再生することで、フレーム単位あるいはフィールド単位の特殊再生及び逆転再生が可能となる。
【０１００】
したがって、逆転再生等の特殊再生においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現することができる。
【０１０１】
また、第２の実施形態によれば、記録媒体上の再生ポインタ近傍のＭＰＥＧデータストリームを所定サイズ毎に逐次伸張し、再度フレーム内符号（あるいはフィールド内符号）ＭＰＥＧ圧縮に変換して、メモリ（ここではハードディスク）へキャッシュ記録を行いながら、再符号されたＭＰＥＧストリームを伸張することにより、ＭＰＥＧデータストリームの特殊再生が実現できる。
【０１０２】
したがって、逆転再生等の特殊再生においても、高画質の再生映像を得ることが可能なビデオサーバ装置を実現することができるとともに、ハードディスク等の記憶媒体の使用効率を向上でき、必要な容量を削減することができる。
【０１０３】
また、本発明の第３の実施形態によれば、比較的定速な通信回線を用いて得られるＭＰＥＧデータストリームは、本発明のような大容量の記録媒体を持つビデオホームサーバ装置へ記録する場合は、特殊再生が可能であるフレーム内符号化あるいはフィールド内符号化圧縮データストリームに変換した後、ハードディスクへ格納することで、フレーム単位あるいはフィールド単位の特殊再生及び逆転再生が実現できる。
【０１０４】
なお、ユーザの選択により上記ＭＰＥＧデータストリームを直接ハードディスクへ記録できることもできる。
【０１０５】
また、本発明の第４の実施形態によれば、従来のＧＯＰのサイズを固定サイズに統一化することにより、ハードディスク上の各ＧＯＰ内のＩピクチャ記録位置を容易に算出することが可能となり、ビデオサーバ装置の高速可視を行う際のＩピクチャ検索処理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるビデオサーバ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＭＰＥＧデータストリームのＧＯＰ構成を示す図である。
【図３】ＭＰＥＧデータストリームのＧＯＰ構成の他の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるビデオサーバ装置の動作を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるビデオサーバ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態をＭＪＰＥＧに適用したビデオサーバ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態におけるビデオサーバ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４実施形態におけるビデオサーバ装置のＭＰＥＧフレーム構成を示す図である。
【図９】標準ＭＰＥＧフレーム構成を示す図である。
【符号の説明】
１、３    映像・音声入力端子
２        映像・音声出力端子
４        入力ＡＶプロセス部
５        出力ＡＶプロセス部
６、７    スイッチ部
８        圧縮パラメータ変更部
９        伸長パラメータ変更部
１０      ＭＰＥＧ圧縮装置
１１      ＭＰＥＧ伸長装置
１２      スイッチ部
１３      データ転送制御部
１４      ハードディスク
１４ａ    ＭＰＥＧデータ記録ディスク
１４ｂ    再デコード／エンコードデータ記録ディスク
２０      シーケンスヘッダ（ＳＨ）
２１      Ｉピクチャ
２２      Ｂピクチャ
２３      Ｐピクチャ
２４      Ｇｒｏｕｐｅ  Ｏｆ  Ｐｉｃｔｕｒｅ（ＧＯＰ）
５１      Ｍ−ＪＰＥＧ伸張装置
５２      Ｍ−ＪＰＥＧ圧縮装置
５３      バッファメモリ
【図１】
0003964563.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003964563.tif 000008
【図８】
0003964563.tif 000009
【図９】
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