(57)【要約】      （修正有）【課題】動画像データを符号化し、符号化データを記録媒体へ記録する際に、当該記録手段による記録動作状態を検出し、当該状態に基づいて記録媒体転送レートを予測し、符号化レートの制御を行う簡潔な構成の動画像記録装置を提供する。【解決手段】動画像データを符号化し、符号化データをＨＤＤ１１６へ記録する際に、ＨＤＤ１１６の記録状態を検出し、当該記録状態に基づいてＨＤＤ転送レートを予測し、当該ＨＤＤ転送レートより符号化レートが下回るように調整する。これにより、ＨＤＤ１１６へ実際の記録動作状態を符号化にフィードバックすることができ、実際の記録動作状態に適合した符号化レートで符号化を行うことができる。そのため、バッファ１０６がオーバーフローしてデータが消失することを回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化データを記録媒体に記録する動画像記録装置であって、
入力した動画像データを所定の符号化レートで符号化する符号化手段と、
前記符号化手段にて符号化された符号化データを記憶するメモリと、
前記メモリから前記符号化データを読み出し前記記録媒体へ記録する記録手段と、
前記記録手段による記録動作状態を検出する記録動作状態検出手段と、
前記記録動作状態検出手段にて検出された前記記録動作状態に基づいて、前記記録手段が前記記録媒体へ前記符号化データを記録するためのデータ転送レートの予測を行う記録媒体転送レート予測手段と、
前記記録媒体転送レート予測手段にて予測された前記データ転送レートに基づいて前記符号化レートを制御する符号化レート制御手段と
を有することを特徴とする動画像記録装置。
【請求項２】
前記記録動作状態検出手段は、前記記録手段による記録動作状態として、本装置の落下による記録停止状態を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の動画像記録装置。
【請求項３】
符号化データを記録媒体に記録する動画像記録方法であって、
入力した動画像データを所定の符号化レートで符号化して符号化データを生成し、当該符号化データをメモリに書き込む符号化工程と、
前記メモリから前記符号化工程にて書き込んだ前記符号化データを読み出して前記記録媒体へ記録する記録工程と、
前記記録手段による記録動作状態を検出する記録動作状態検出工程と、
前記記録動作状態検出工程にて検出された前記記録動作状態に基づいて、前記記録工程において前記記録媒体へ前記符号化データを記録するためのデータ転送レートの予測を行う記録媒体転送レート予測工程と、
前記記録媒体転送レート予測工程にて予測された前記データ転送レートに基づいて前記符号化レートを制御する符号化レート制御工程と
を有することを特徴とする動画像記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動画像データを符号化してハードディスク等の記録媒体に記録する動画像記録装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク等の記録媒体は、高速化・大容量化が急速に進み、動画像データを記録するメディアとしての期待も高まり、ムービーカメラ等で撮影した動画像データを上記記録媒体にリアルタイムに格納する技術が普及している。
従来の動画像記録装置では、高品質なデータをリアルタイムに記録するために、磁気ヘッドを目的のトラック上に移動させるためのシーク時間や回転待ち時間を考慮し、リアルタイム性が要求される動画データについてはディスクの外周側のゾーンに記録し、リアルタイム性が要求されない静止画等については、ディスクの内周側のゾーンに記録するという技術がある。
また、２つのエンコーダを設け、初段のエンコード情報からエンコードパラメータをフィードバックして後段のエンコーダでデータ量を調整するという技術もある。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１８６９６３号公報
【特許文献２】特開平７−１７７４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述した従来技術では、ディスクの外周での書き込みスピードの優位性を利用してハードディスク等への記録媒体へのリアルタイム書き込み処理を実現しているが、ＭＰＥＧ規格等のように１ピクチャ毎に可変長の符号量が発生する場合、ディスク外周部であっても符号量が増大した動画像データを記録できない場合が生じる。
【０００５】
さらに、ハードディスクにおいてはフラグメンテーションの発生などの外因で記録媒体への転送速度の低下が発生し記録できない場合や、落下等で一時的に記録媒体に記録できない場合が生じる。
すなわち、従来技術では、記録媒体への実際の記録動作状態を符号化にフィードバックしておらず、実際の記録動作状態に不適合な符号化レートで符号化が行われることがあるという問題がある。
また、複数のエンコーダを設ける場合、構成が複雑化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされ、動画像データを符号化し、符号化データを記録媒体へ記録する際に、記録媒体の実際の記録状態に適合した符号化を行うことができる動画像記録装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の動画像記録装置は、符号化データを記録媒体に記録する動画像記録装置であって、入力した動画像データを所定の符号化レートで符号化する符号化手段と、前記符号化手段にて符号化された符号化データを記憶するメモリと、前記メモリから前記符号化データを読み出し前記記録媒体へ記録する記録手段と、前記記録手段による記録動作状態を検出する記録動作状態検出手段と、前記記録動作状態検出手段にて検出された前記記録動作状態に基づいて、前記記録手段が前記記録媒体へ前記符号化データを記録するためのデータ転送レートの予測を行う記録媒体転送レート予測手段と、前記記録媒体転送レート予測手段にて予測された前記データ転送レートに基づいて前記符号化レートを制御する符号化レート制御手段とを有する。好適には、前記記録動作状態検出手段は、前記記録手段による記録動作状態として、本装置の落下による記録停止状態を検出する。
【０００８】
また、本発明の動画像記録方法では、符号化データを記録媒体に記録する動画像記録方法であって、入力した動画像データを所定の符号化レートで符号化して符号化データを生成し、当該符号化データをメモリに書き込む符号化工程と、前記メモリから前記符号化工程にて書き込んだ前記符号化データを読み出して前記記録媒体へ記録する記録工程と、前記記録手段による記録動作状態を検出する記録動作状態検出工程と、前記記録動作状態検出工程にて検出された前記記録動作状態に基づいて、前記記録工程において前記記録媒体へ前記符号化データを記録するためのデータ転送レートの予測を行う記録媒体転送レート予測工程と、前記記録媒体転送レート予測工程にて予測された前記データ転送レートに基づいて前記符号化レートを制御する符号化レート制御工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動画像データを符号化し、符号化データを記録媒体へ記録する際に、記録媒体の実際の記録状態に適合した符号化レートで符号化を行うことができる動画像記録装置およびその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照し説明する。
図１は、本発明の実施形態の機能ブロック図である。
【００１１】
図１は、画像データ（動画像データ）および音声データをＭＰＥＧ方式により圧縮符号化するＭＰＥＧ符号化装置のうち、画像データを圧縮符号化する動画像記録装置の基本的な構成を示している。
図１に示すように、動画像記録装置１０は、入力端子１０１、演算部１０２、ＤＣＴ部１０３、量子化部１０４、ＶＬＣ部１０５、バッファ１０６、逆量子化部１０７、逆ＤＣＴ部１０８、演算部１０９、画像メモリ１１０、動き補償予測部１１１、符号化レート制御部１１２、ＨＤＤ状態検出部１１４、ＨＤＤアクセス制御部１１５、ＨＤＤ転送レート予測部１１７を有しており、ＨＤＤ１１６に画像データを書き込むように構成されている。なお、ＨＤＤ１１６は、フラッシュメモリやＤＶＤ、ＢＤ等の他の記録媒体であってもよい。
【００１２】
ここで、ＨＤＤ１１６が本発明の記録媒体に相当し、バッファ１０６が本発明のメモリ、ＨＤＤアクセス制御部１１５が本発明の記録手段、ＨＤＤ状態検出部１１４が本発明の記録動作状態検出手段、ＨＤＤ転送レート予測部１１７が記録媒体転送レート予測手段、符号化レート制御部１１２が本発明の符号化レート制御手段にそれぞれ相当し、ＤＣＴ部１０３、量子化部１０４、ＶＬＣ部１０５等が本発明の符号化手段に相当する。また、本実施形態におけるＨＤＤ転送レートが本発明の記録媒体転送レートに相当する。
【００１３】
次に本実施形態の動作を説明する。
【００１４】
動画像記録装置１０に画像データが入力すると、入力端子１０１は、入力された画像データを、演算部１０２と動き補償予測部１１１へ出力する。
【００１５】
演算部１０２は、動き補償予測器１１１にて復号化した画像データと入力端子１０１から入力された画像データとの差分を求め、当該差分画像データをＤＣＴ部１０３へ出力する。
【００１６】
ＤＣＴ部１０３は、演算部１０２から入力された上記差分画像データを直交変換し、直交変換したＤＣＴ係数を量子化部１０４に出力する。
【００１７】
量子化部１０４は、ＤＣＴ部１０３から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、量子化データをＶＬＣ部１０５と、逆量子化部１０７へ出力する。
【００１８】
その際、量子化部１０４は、符号化レート制御部１１２からの符号量制御信号に基づいて、量子化スケールを大きく制御することで発生符号量を抑えたり、量子化スケールを小さく制御することで発生符号量を変更する。なお、符号化レート制御部１１２における符号量制御信号の生成は、後述する。
【００１９】
逆量子化部１０７は、量子化部１０４からの量子化データを逆量子化し、逆量子化したＤＣＴ係数を逆ＤＣＴ部１０８へ出力し、逆ＤＣＴ部１０８は、逆量子化器１０７からのＤＣＴ係数データを逆ＤＣＴした後、演算部１０９に出力する。
【００２０】
演算部１０９は、イントラモードの場合、逆ＤＣＴ部１０８から入力されたデータに、動き補償予測部１１１から入力された差分画像を加算し、画像メモリ１１０に出力して参照画像として記憶する。これにより、画像データが復元される。なお、インターモードの場合は加算しない。
【００２１】
動き補償予測部１１１は、入力端子１０１から入力画像が入力すると、画像メモリ１１０に蓄えられている参照画像を参照して動き補償予測を行い、予測により得られた差分画像を演算部１０２及び演算部１０９に出力する一方、検出した動きベクトルと予測モードとをＶＬＣ部１０５へ出力する
【００２２】
ＶＬＣ部１０５は、量子化部１０４からの量子化データと、動き補償予測部１１１から動きベクトルと予測モードの符号化パラメータ等を可変長符号化して、バッファ１０６へ出力する。
【００２３】
バッファ１０６は、ＶＬＣ部１０５からの可変長符号化データを一時蓄え、ＨＤＤアクセス制御部１１５は、バッファ１０６に蓄えられている符号化データを読み出し、その符号化データを所定の転送レートでＨＤＤ１１６に転送し当該符号化データを記録する。
【００２４】
すると、詳細は後述するが、ＨＤＤ状態検出部１１４がＨＤＤ１１６の記録状態を検出し、ＨＤＤ転送レート予測部１１７がその記録状態よりＨＤＤ１１６への転送レートを予測し、符号化レート制御部１１２がＨＤＤ１１６への転送レートに基づいて符号化レートを決定し、量子化部１０４における量子化の制御を行う。
【００２５】
図２は、ＨＤＤ１１６に画像データを記録する場合のＨＤＤ転送レートと符号化レートの時間変化を示す。横軸は記録開始からの経過時間（秒）、縦軸はビットレートをそれぞれ表す。
図２に示すように、ＭＰＥＧ方式で画像データを符号化する場合は、１ピクチャ毎に可変長の符号量を持っているため符号化レートは変動する。
【００２６】
図２に示すＨＤＤ転送レート低下ポイントは、例えば、ファイル数が増加することによりＨＤＤ１１６の空きセクタが離散的に存在している（フラグメンテーションの発生）等の要因によりＨＤＤ転送レートの低下が発生すると仮定したポイントである。
上記ＨＤＤ転送レート低下ポイントまでは、例えば、空きセクタまでのシーク時間や回転待ち時間が少なくＨＤＤ転送レートは通常状態であるため、ＨＤＤ転送レート≧符号化レートとなり、符号化されたデータをデータ欠落することなく安定して記録することができる。
しかしながら、上記ＨＤＤ転送レート低下ポイント以降では、例えば、空きセクタから次の空きセクタに到達するまでのシーク時間や回転待ち時間が増大し、ＨＤＤ転送レートが低下して、その結果ＨＤＤ転送レート＜符号化レートとなってしまう。この場合、画像データを安定した状態でリアルタイム記録することができず、例えば、数フレーム（あるいは数十フレーム）単位で画像データが欠落してしまい、ＨＤＤ１１６に記録された画像データを再生するとコマ落ち画像となってしまう。また、落下等により一時的にＨＤＤ１１６に書き込めない状態が発生したときも同様である。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、ＨＤＤ１１６にフラグメンテーションが生じたり、落下して、ＨＤＤ転送レート＜符号化レートとなった場合、符号化レートをＨＤＤ転送レートの時間変化に応じて動的に変化させることにより、画像データ量（符号量）を適宜増減させる。
【００２８】
次に、本装置におけるＨＤＤ状態検出による符号量制御について説明する。
【００２９】
図３は、本装置におけるＨＤＤ状態検出による符号量制御動作例を示すフローチャートである。
【００３０】
ＨＤＤアクセス制御部１１５によるＨＤＤ１１６への記録が開始すると（ステップＳＴ０１）、ＨＤＤ状態検出部１１４はＨＤＤアクセス制御部１１５から常時あるいは定期的にＨＤＤ１１６の記録状態を検出する（ステップＳＴ０２）。ここで、ＨＤＤ状態検出部１１４は、ＨＤＤ１１６の記録状態として、シーク時間、回転待ち時間および記録時間等の時間情報を検出する。
【００３１】
ここで、ＨＤＤ１１６のシーク時間とは、磁気ヘッドを目的のトラックに移動するまでの時間、回転待ち時間とは、目的のトラックに移動してから磁気ヘッドが目的のセクタの真上に達するまでの時間、記録時間とは、画像データを空きセクタに記録するために要する時間である。これらの合計時間がＨＤＤ１１６にデータを記録完了する時間となるので、これらの情報によりＨＤＤ転送レートを予測することができる。
【００３２】
ＨＤＤ転送レート予測部１１７は、ＨＤＤ状態検出部１１４が検出したＨＤＤ１１６の状態に基づき、シーク時間、回転待ち時間および記録時間等の情報に基づいてＨＤＤ転送レートを予測して、符号化レート制御部１１２へ出力する（ステップＳＴ０３）。
【００３３】
符号化レート制御部１１２は、ＨＤＤ転送レート予測部１１７からのＨＤＤ転送レートと、量子化部１０を制御している現在の符号化レートを比較し、“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”であるか否かを判断し、バッファ１０６がオーバーフローしないように量子化部１０４における符号量を制御する（ステップＳＴ０４）。
【００３４】
つまり、ＨＤＤ１１６の正常な記録状態である“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”であれば、符号化レート制御部１１２は、当該符号化レートを維持するか、あるいは符号化レートが“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”の関係を満たす範囲内で、符号化レートを上げる（ステップＳＴ０５）。具体的には、“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”の場合、符号化レート制御部１１２は、当該符号化レートを初期値のまま維持しても良いし、“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”を満足する範囲で、符号化レートを初期値より上げるようにしても勿論よい。また、ＨＤＤ１１６にフラグメンテーションなどが発生し、ＨＤＤ転送レートが下がり、それに応じ符号化レートもいったん下げた後、フラグメンテーションの解除などによりＨＤＤ転送レートが初期値等に復帰した場合には、符号化レートを上げて初期値等に復帰させるようにしても良いし、さらには“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”を満足する範囲で、符号化レートを初期値より上げるようにしても勿論よい。
【００３５】
これに対し、ＨＤＤ１１６にフラグメンテーションなどが発生し、“ＨＤＤ転送レート＜符号化レート”であれば、符号化レート制御部１１２は、“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”の関係になるよう符号化レートを下げ、量子化部１０４における符号量を制御する（ステップＳＴ０６）。その際、符号化レート制御部１１２は、常にバッファ１０６がオーバーフローしないように監視しているので、“ＨＤＤ転送レート＜符号化レート”の状態が発生しても、直ぐに符号化レートを下げる必要はなく、“ＨＤＤ転送レート＜符号化レート”の状態が続き、バッファ１０６がオーバーフローしそうであると判断した場合に、“ＨＤＤ転送レート≧符号化レート”の関係になるよう符号化レートを下げるようにしても勿論よい。
【００３６】
符号化レート制御部１１２は、記録処理が終了かどうかを判断し（ステップＳＴ０７）、記録処理が終了であれば、本動作は終了する。記録処理が終了でない場合は、ステップＳＴ０２へ戻る。
【００３７】
このように、ＨＤＤ１１６の記録状態に応じて符号化レート、すなわち符号量の増減を画像記録処理が終了するまで繰り返し実行することで、画像データを一定の画像品質を維持しつつＨＤＤ１１６に記録することができる。
【００３８】
このように、本実施形態の動画像記録装置１０では、画像データを符号化し、符号化データをＨＤＤ１１６へ記録する際に、ＨＤＤ１１６の記録状態を検出し、当該記録状態に基づいてＨＤＤ転送レートを予測し、当該ＨＤＤ転送レートより符号化レートが下回るように調整する。これにより、実際のＨＤＤ１１６への記録動作状態を符号化にフィードバックすることができ、実際の記録動作状態に適合した符号化レートで符号化を行うことができる。そのため、バッファ１０６がオーバーフローしてデータが消失することを回避できる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、ＨＤＤ状態検出部１１４がＨＤＤアクセス制御部１１５からＨＤＤ１１６の記録状態として、シーク時間、回転待ち時間および記録時間等の時間情報を検出するように説明したが、本発明では、これに限らず、本装置内の、例えば、ＨＤＤアクセス制御部１１５またはＨＤＤ１１６等に、あるいはＨＤＤ状態検出部１１４として、落下検出のためのＧセンサ（図示せず）が設けられている場合、これらの時間情報の代わりに、あるいはこれらの時間情報と共に、そのＧセンサからの落下検出情報や、落下によるＨＤＤ１１６の記録停止状態を、ＨＤＤ１１６の記録状態として検出するようにしても良い。なお、ＨＤＤ１１６の記録状態として、Ｇセンサからの落下検出情報や、落下によるＨＤＤ１１６の記録停止状態を用いる場合、ＨＤＤ転送レート予測部１１７は、ＨＤＤ１１６の転送レートを０と予測することになる。この場合、図３のＳＴ０６の処理を何度も繰り返し行うことになり、段階的に符号化レートが下げられ、この場合にも、バッファ１０６のオーバーフローを防止することができる。
【００４０】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【００４１】
上述した実施形態では、動画像記録装置の一例としてムービーカメラを挙げているが、動画像データを符号化し、記録媒体に記録するものであれば、特に限定されない。
【００４２】
また、データ符号化の規格として、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ−４  ＡＶＣや、それ以降の規格に対しても本発明を適用可能である。
【００４３】
また、ＨＤＤ転送レート低下ポイントの要因として、フラグメンテーションや落下を挙げているが、記録媒体へのデータ転送レートを低下させる状況であれば、いかなる状況であってもかまわない。
【００４４】
また、符号化レートを、ＨＤＤ転送レート≧符号化レートとなるように調整を行っているが、記録媒体への安定した書き込みが実現されるのであれば、この条件に限らない。
【００４５】
また、符号化レートを変更後に、ＨＤＤ転送レートと符号化レートを復帰するための復帰条件として、記録媒体への安定した書き込みが実現されるのであれば、この条件に限らない。
【００４６】
また、記録媒体の状態検出の手段として、他の機能または機構が備わっていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、動画像データを符号化してハードディスク等の記録媒体に記録する装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る動画像記録装置の主要な機能ブロックを説明するために示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す動画像記録装置において記録開始からＨＤＤ転送レートと符号化レートの時間変化を説明するために示す図である。
【図３】図１に示す動画像記録装置における主要な機能のフローを説明するために示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…動画像記録装置、
１０１…入力端子、
１０２…演算部、
１０３…ＤＣＴ部、
１０４…量子化部、
１０５…ＶＬＣ部、
１０６…バッファ、
１０７…逆量子化部、
１０８…逆ＤＣＴ部、
１０９…演算部、
１１０…画像メモリ、
１１１…動き補償予測部、
１１２…符号化レート制御部、
１１４…ＨＤＤ状態検出部、
１１５…ＨＤＤアクセス制御部、
１１６…ＨＤＤ、
１１７…ＨＤＤ転送レート予測部
【図１】
2009089151.tif 000003
【図２】
2009089151.tif 000004
【図３】
2009089151.tif 000005