JPH0723423A

JPH0723423A - ディジタル映像信号記録再生装置

Info

Publication number: JPH0723423A
Application number: JP5145183A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Tsuboi; 幸利坪井; Masuo Oku; 万寿男奥; Susumu Takahashi; 将高橋; Yukio Fujii; 藤井　　由紀夫; Kenji Ichige; 健志市毛; Nobuyoshi Tsukiji; 伸芳築地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ディジタル映像信号記録再生装置に関し、映
像信号の種類の数を上回る複数種類の記録モードを有し
ており、高い記録効率で高画質な映像信号の記録再生を
行うことのできる比較的小さな回路規模のディジタル映
像信号記録再生装置を提供する。【構成】映像信号の種類および記録モードに対応し
て、フレーム内の同一位置における所定数の輝度および
色差を示す画素から構成されるマクロブロックを一単位
として処理し、圧縮ブロックのひとつごとに圧縮ブロッ
クサイズを変更することにより、圧縮ブロック単位での
情報量制御に必要な処理量を低減させて従来より回路規
模を縮小するとともに、映像信号の種類および記録モー
ドに関わらず、高い記録効率で高画質な映像信号の記録
再生を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディジタル映像信号記録
再生装置に係り、特に複数種類の記録再生モードを有す
るディジタル映像信号記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、映像信号を圧縮して磁気テー
プに記録するディジタル映像信号記録再生装置として、
例えばアイ・イー・イー・イートランザクションズ
オンコンシューマーエレクトロニクスの第３５巻第３
号（１９８９年８月号）第４５０〜４５７頁（IEEE Tra
nsactions on Consumer Electronics, Vol. 35, No.3
(August 1989), pp. 450-457）において紹介されている
ディジタルＶＴＲが知られている。上記従来のディジタ
ルＶＴＲは、現行ＴＶの映像信号（１フレーム全垂直ラ
イン数＝５２５ライン，フレーム周波数＝２９．９７フ
レーム／秒。以後、５２５／６０方式と記述する。）を
データ圧縮して磁気テープに記録し、磁気テープから記
録信号の再生およびデータ伸長を行なって映像信号を復
元するものである。

【０００３】上記従来のディジタルＶＴＲを用いて映像
信号の記録を行う場合には、入力映像信号をＡ／Ｄ変換
によりアナログ信号からディジタルの画像データに変換
し、その画像データを分割して８×８画素から構成され
る基本ブロック（後述するＤＣＴブロックに相当する）
を生成する。基本ブロックを処理の単位として、ディス
クリートコサイン変換（ＤＣＴ）、量子化、および可変
長符号化などの処理を含む画像符号化処理によりデータ
圧縮を行い、さらに誤り訂正符号を付加した後に、デー
タを変調して記録信号に直して磁気テープに記録する。
この記録信号は、回転ヘッドが磁気テープをヘリカルス
キャンすることで、磁気テープ上に斜めに形成されるト
ラックに沿って記録される。

【０００４】上記によって磁気テープに記録された映像
信号の再生を行う場合には、磁気テープから再生した再
生信号を復調して記録されたデータを復元し、記録時に
付加された誤り訂正符号を利用して誤りの検出と誤り発
生時の誤り修正を行う。そしてさらに、可変長復号化、
逆量子化、および逆ディスクリートコサイン変換（ＩＤ
ＣＴ）などの処理を含む画像復号化処理によりデータ伸
長を行なって画像データを生成した後に、そのディジタ
ルの画像データをＤ／Ａ変換によりアナログ信号の映像
信号に変換して出力する。

【０００５】この場合、テープに単位時間あたり記録可
能なデータ量は一定であるのに対して、画像データが有
する情報量は、フレームごとあるいはフレーム内の部分
領域ごとの絵柄の変動に応じて変化する。そこで、テー
プに対する画像データの記録効率を向上させるために、
一定数の基本ブロックで構成される圧縮ブロック（後述
するセグメントに相当する）ごとに、画像符号化処理に
おける量子化の細かさを制御して圧縮データ量を一定に
する情報量制御を行うとともに、一つの圧縮ブロックの
圧縮データを一つの同期ブロックに記録する方法をとっ
ている。ここで、同期ブロックとは、磁気テープに対す
るデータの記録再生を行うときの基本的な入出力単位で
あり、誤り検出や誤り訂正の処理などは同期ブロック単
位で行なわれる。

【０００６】上述において圧縮ブロックサイズを小さく
するほど、画像符号化処理における情報量制御の処理が
簡単になるが、本来の画像データの情報量の変動の影響
を受けやすくなり、情報量制御の結果によっては局所的
に画質が大きく劣化する。また圧縮ブロックサイズを大
きくするほど、本来の画像データの情報量の変動の影響
を十分に排除して安定した画質を得られるが、情報量制
御の処理が難しくなる。したがって圧縮ブロックサイズ
は、情報量制御の処理量と再生画像の画質とをどの程度
のものとするかの兼ね合いによって決定される。

【０００７】ところで上記従来技術は、５２５／６０方
式の映像信号のみをデータ圧縮して磁気テープに記録再
生するものであるが、この他に解像度が異なる複数種類
の映像信号に対応できるディジタルＶＴＲの映像記録方
式として、ヨーロッパ特許公開公報ＥＰ４６９８６１号
（１９９２年２月５日公開）に記載されているものがあ
る。この方式では、複数種類の映像信号に対して、１フ
レームを２７の整数倍の個数のセグメント（前述した圧
縮ブロックに相当する）に分割した後にセグメント単位
で圧縮データ量を一定化する。そして、各セグメントの
圧縮データに誤り訂正符号を付加した後に、いずれの種
類の映像信号に対しても１トラックあたり２７個のセグ
メントを記録する。このセグメントサイズは、それぞれ
の映像信号に応じて異なったものとされる。

【０００８】例えば、５２５／６０方式の映像信号の記
録を行う場合には、有効領域７２０画素×４８０ライン
で構成される１フレームが１０×２７個のセグメントに
分割され、１０トラックに記録される。この場合の１セ
グメントは３０個の基本ブロックの集合体であり、その
うち２０個が輝度信号のデータを示す基本ブロック、１
０個が色差信号のデータを示す基本ブロックである。ま
た、高精細ＴＶ＝ＨＤＴＶの映像信号（１フレーム全垂
直ライン数＝１１２５ライン，フレーム周波数＝３０フ
レーム／秒，以後、１１２５／６０方式と記述する。）
の記録を行う場合には、有効領域１１５２画素×１０８
０ラインで構成される１フレームが、２０×２７個のセ
グメントに分割され、２０トラックに記録される。この
場合の１セグメントは４５個の基本ブロックの集合体で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のディジタル映像信号記録再生装置においては、１１
２５／６０方式の映像信号の記録を行うときに、有効表
示ライン数が本来１０３５ラインであるのにもかかわら
ず、１０８０ラインの記録を行っているため、記録効率
が低下してしまうという問題点があった。

【００１０】また、上記の場合には、１単位の圧縮ブロ
ックを構成する輝度信号を示す基本ブロック数と、色差
信号を示す基本ブロック数が一定とはならなくなってし
まう。すなわち、画面上の同一位置における輝度信号お
よび色差信号を示す基本ブロックが、それぞれ異なる圧
縮ブロックに分割して記録されてしまうため、輝度信号
と色差信号に対する符号化歪みの発生が不均衡となった
部分において画質が低下してしまうことがあるという問
題点があった。

【００１１】上記による画質の低下を抑制するには、画
面上の同一位置における輝度信号および色差信号を示す
基本ブロックの集合であるマクロブロック単位で圧縮ブ
ロックを構成することにより、画面上の同一位置におけ
る輝度信号および色差信号を示す基本ブロックが必ず同
一の圧縮ブロック中に含まれるようにすればよい。しか
し、このようにすると画質は向上するものの、圧縮ブロ
ックサイズが前述にくらべて３倍となって情報量制御の
処理量が増大してしまうため、これに対応して回路規模
を従来よりも大規模なものとする必要があるという問題
点があった。

【００１２】また、上記従来技術においては、データ圧
縮率を通常よりも高くすることにより、再生映像の画質
を多少犠牲にしてもテープへの映像記録時間を長くする
ことを目的とする長時間記録モードが用意されていない
という問題点があった。

【００１３】したがって本発明の目的は、上記の問題点
を解決して、映像信号の種類の数を上回る複数種類の記
録モードを有しており、解像度が異なる複数種類の映像
モードおよび長時間モードで映像信号を記録再生できる
とともに、高い記録効率で高画質な映像信号の記録再生
を行うことのできる比較的小さな回路規模のディジタル
映像信号記録再生装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のディジタル映像信号記録再生装置は、圧縮
後のデータ量が目標データ量にほぼ等しくなるように、
映像信号をディジタル化して得られる画像データのデー
タ圧縮および記録媒体に対する記録を行うディジタル映
像信号記録再生装置において、前記映像信号の種類およ
び前記記録媒体に対する記録モードに応じて、データ圧
縮単位である圧縮ブロックの大きさを表わす圧縮ブロッ
クサイズを、各々の前記圧縮ブロックごとに可変的に設
定する圧縮ブロックサイズ設定手段と、フレーム内の同
一位置における複数色の画素（このうちのひとつが輝度
信号であってもよい）を含みそれぞれ定められた数の画
素からなるマクロブロックを、前記圧縮ブロックサイズ
に相当する個数分まとめることにより、前記圧縮ブロッ
クを生成する圧縮ブロックメモリと、前記目標データ量
を設定する目標データ量設定手段と、前記圧縮ブロック
サイズおよび前記目標データ量に応じて、圧縮後のデー
タ量が前記目標データ量にほぼ等しくなるように、対応
する前記圧縮ブロックを量子化するための量子化パラメ
ータを生成する量子化パラメータ生成手段とを具備する
構成とされており、前記映像信号の種類および前記記録
モードに関わらず、前記記録媒体上の記録トラック中に
含まれる前記圧縮ブロックの個数を常に一定とするもの
である。

【００１５】

【作用】上記構成に基づく作用を説明する。

【００１６】本発明のディジタル映像信号記録再生装置
では、圧縮後のデータ量が目標データ量にほぼ等しくな
るように、映像信号をディジタル化して得られる画像デ
ータのデータ圧縮および記録媒体に対する記録を行うデ
ィジタル映像信号記録再生装置において、前記映像信号
の種類および前記記録媒体に対する記録モードに応じ
て、データ圧縮単位である圧縮ブロックの大きさを表わ
す圧縮ブロックサイズを、各々の前記圧縮ブロックごと
に可変的に設定する圧縮ブロックサイズ設定手段と、フ
レーム内の同一位置における複数色の画素（このうちの
ひとつが輝度信号であってもよい）を含みそれぞれ定め
られた数の画素からなるマクロブロックを、前記圧縮ブ
ロックサイズに相当する個数分まとめることにより、前
記圧縮ブロックを生成する圧縮ブロックメモリと、前記
目標データ量を設定する目標データ量設定手段と、前記
圧縮ブロックサイズおよび前記目標データ量に応じて、
圧縮後のデータ量が前記目標データ量にほぼ等しくなる
ように、対応する前記圧縮ブロックを量子化するための
量子化パラメータを生成する量子化パラメータ生成手段
とを具備する構成とされており、前記映像信号の種類お
よび前記記録モードに関わらず、前記記録媒体上の記録
トラック中に含まれる前記圧縮ブロックの個数を常に一
定とする。

【００１７】したがって、前記映像信号の種類および前
記記録モードに対応して、フレーム内の同一位置におけ
る複数色の画素（例えば、輝度を表わす所定数の画素
と、色差を表わす他の所定数の画素）を含みそれぞれ定
められた数の画素からなるマクロブロックを一単位とし
て処理し、圧縮ブロックのひとつごとに圧縮ブロックサ
イズを変更することにより、圧縮ブロック単位での情報
量制御に必要な処理量を低減させて従来より回路規模を
縮小するとともに、前記映像信号の種類および前記記録
モードに関わらず、高い記録効率で高画質な映像信号の
記録再生を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明のディジタル映像信号記録再生
装置の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明のディジタル映像信号記録
再生装置（以後、ディジタルＶＴＲと記述する）の全体
構成図である。同図中、１は入力映像信号の入力端子、
２は記録動作モード信号の入力端子、３は記録系回路、
４は記録ヘッド、５は磁気テープ、６は再生ヘッド、７
は再生系回路、８は出力映像信号の出力端子、９は再生
動作モード信号の出力端子である。また、記録系回路３
は、Ａ／Ｄ変換回路１０、画像符号化回路１１、訂正符
号付加回路１２、変調回路１３、記録アンプ１４、およ
び記録動作タイミング制御回路１５から構成され、再生
系回路７は、再生アンプ１６、復調回路１７、誤り訂正
回路１８、画像復号化回路１９、Ｄ／Ａ変換回路２０、
および再生動作タイミング制御回路２１から構成され
る。

【００２０】表１は、図１の装置における記録モードを
示す表であり、３種類の記録モードの仕様をそれぞれ示
している。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１において、第１の記録モードは標準モ
ードであり、日本における現行のＴＶ方式である５２５
／６０方式の映像信号を１３．５ＭＨｚのサンプリング
周波数で標本化して、１フレームの圧縮データを磁気テ
ープ上の１０トラックに記録する。第２の記録モードは
長時間モードであり、５２５／６０方式の映像信号を
９．０ＭＨｚ（標準モードの２／３倍）のサンプリング
周波数で標本化して、１フレームの圧縮データを磁気テ
ープ上の５トラック（標準モードの１／２倍）に記録す
る。長時間モードでは画像データの圧縮率を標準モード
の場合よりも高めているので、画質は標準モードよりも
劣るものの、同一の長さのテープに記録する場合には標
準モードにくらべて２倍の記録時間を実現できる。第３
の記録モードは高精細モードであり、１１２５／６０方
式の映像信号を４４．５５ＭＨｚのサンプリング周波数
で標本化し、１フレームの圧縮データを磁気テープ上の
２０トラック（標準モードの２倍）に記録する。高精細
モードでは同一の長さのテープに記録する場合には記録
時間が標準モードの場合の半分になるものの、日本にお
ける次世代のＴＶ方式である高精細なＨＤＴＶの映像信
号を記録することができる。

【００２３】次に図１により、映像記録の場合の動作の
概略を説明する。入力端子２には、ディジタルＶＴＲの
操作パネルによって設定された記録動作モード信号が常
に供給されている。記録動作タイミング制御回路１５
は、記録動作モード信号に応じて、記録系回路３を構成
するＡ／Ｄ変換回路１０、画像符号化回路１１、訂正符
号付加回路１２、変調回路１３、記録アンプ１４の動作
クロックおよび動作タイミングの切り換え制御を行う。
すなわち、最初に輝度信号（Ｙ）と２種類の色差信号
（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）によって構成される３種類一組の映
像信号が入力端子１から入力される。Ａ／Ｄ変換回路１
０は、記録動作モードに応じたサンプリング周波数でア
ナログの映像信号を標本化し、ディジタルの画像データ
を生成する。画像符号化回路１１は、Ａ／Ｄ変換回路１
０で生成された画像データをデータ圧縮して圧縮データ
を生成する。このデータ圧縮処理は所定サイズの基本ブ
ロックごとに行われる。そして、各動作モードに応じて
定められた所定数の基本ブロックから構成される圧縮ブ
ロック単位に圧縮データ量が一定となるように制御され
る。画像符号化回路１１は、入力端子２から入力される
記録動作モード信号に応じて、各記録モードごとに定め
られた圧縮ブロックサイズの切り換えを行う。

【００２４】訂正符号付加回路１２は、画像符号化回路
１１でデータ圧縮された後の圧縮データに対して、リー
ド・ソロモン積符号によるパリティ符号を付加し磁気テ
ープ上に記録するデータを出力する。すなわち、最初に
１トラックに記録されるべき圧縮データが所定サイズご
とに区切られ、縦に積み重ねられて二次元の配列構造が
生成される。次に、縦方向についてリード・ソロモン符
号化により外符号パリティが付加されるとともに、横方
向についてリード・ソロモン符号化により内符号パリテ
ィが付加される。こうして生成された圧縮データ（ある
いは外符号パリティ）およびそれに付加された内符号パ
リティに対して、さらにＳＹＮＣデータとＩＤデータが
先頭に付加されることによって同期ブロックが構成され
る（同期ブロック＝磁気テープに対するデータの記録再
生の基本単位。ＳＹＮＣデータ＝磁気テープからのデー
タ読み出し時に同期ブロック単位で再生の同期をとるた
めの特殊なビットパターン。ＩＤデータ＝同期ブロック
の番号などを示す属性データ。）。

【００２５】変調回路１３は、誤り訂正符号が付加され
た圧縮データを、磁気テープに対する記録再生に適した
信号形式の記録信号に変換する。記録アンプ１４は、こ
の記録信号を増幅して磁気ヘッド４に供給する。以上の
記録系回路３の処理により、入力端子１に順次入力され
る映像信号は、磁気ヘッド４に対向して走行する磁気テ
ープ５に順次記録されていく。すなわち、現行のアナロ
グＶＴＲと同様に、テープ走行方向に対して傾くように
配設された回転シリンダに埋め込まれた磁気ヘッド４に
より、回転シリンダに巻き付けられた磁気テープ５に対
して磁気ヘッド４がヘリカルスキャンを行うことによっ
て、映像信号から変換された記録信号が磁気テープ５に
記録される。したがって、磁気テープ５上には、テープ
走行方向に対して所定の傾きを有するトラック単位で記
録信号が記録されることになる。この場合、訂正符号付
加回路１２で生成された同期ブロックが、整数個ずつ各
トラックに記録される。

【００２６】次に図１により、映像再生の場合の動作の
概略を説明する。最初に、磁気ヘッド６が磁気テープ５
に記録されている記録信号を順次再生し、再生アンプ１
６はこの再生信号の増幅を行う。復調回路１７は、磁気
テープの記録再生特性を補償する波形等化処理を行なっ
た後に、再生信号の０と１のディジタル信号への復調処
理を行なう。誤り訂正回路１８は、復調されたディジタ
ル信号から、同期ブロックの先頭に付加されている特殊
なビットパターンであるＳＹＮＣデータを検出すること
により、同期ブロック単位でデータを再現し、その内符
号パリティを利用して誤り検出とランダム誤りの訂正を
行って圧縮データとして出力する。このとき、バースト
誤りや多数のランダム誤りなどが発生した場合には、外
符号パリティを含む同期ブロックのデータを再現した後
に、その外符号パリティを利用して誤り訂正を行って圧
縮データとして出力する。それでも訂正できない誤りが
残った場合には、その誤り位置の情報を誤り位置データ
として画像復号化回路１９に送る。

【００２７】上記の処理によって、映像再生を開始した
当初は、標準モードの動作クロックおよび動作タイミン
グで同期ブロックが再現されて、圧縮データが出力され
る。そして、画像復号化回路１９は、圧縮データに多重
されて磁気テープに記録されていた動作モード信号を再
生し、再生動作モード信号として出力する。再生動作タ
イミング制御回路２１は、この再生動作モード信号に応
じて、再生系回路７を構成する再生アンプ１６，復調回
路１７，誤り訂正回路１８，画像復号化回路１９，Ｄ／
Ａ変換回路２０における動作クロックおよび動作タイミ
ングの切り換え制御を行なう。また、再生動作モード信
号は出力端子９からディジタルＶＴＲの操作パネルに出
力され、現在どの動作モードで映像再生が行なわれてい
るかが表示される。

【００２８】画像復号化回路１９は、再生された圧縮デ
ータのデータ伸長を行って、画像データを再現する。た
だし、誤り訂正回路１８において訂正不能の誤りが検出
された場合には、誤り訂正回路１８から送られた誤り位
置データにより、誤った圧縮データに対応する基本ブロ
ックを判定し、その基本ブロックは復号化せずに１フレ
ーム前の同一位置における基本ブロックの画像データで
置き換える処理を行う（コンシール処理）。このコンシ
ール処理を行うことにより、再生された圧縮データの誤
りを訂正できない場合でも、再生された映像の画質が極
端に低下しないようにすることができる。このようにし
て再現されたディジタルの画像データは、Ｄ／Ａ変換回
路２０でアナログの映像信号に変換されて、出力端子８
から出力映像信号として出力される。

【００２９】次に、図１中に示した画像符号化回路１１
および画像復号化回路１９の動作について、詳細に説明
する。

【００３０】図２は、図１中の画像符号化回路の第１実
施例を詳細に示す図である。同図中、３１は画像データ
の入力端子、３２はフレームメモリ、３３はシャフリン
グ回路（請求項中のシャフリング手段に相当する）、３
４は圧縮ブロックメモリ、３５はＤＣＴ回路、３６は量
子化回路、３７は可変長符号化回路、３８はバッファメ
モリ、３９は記録動作モード信号の入力端子、４０はシ
ャフリングパターン生成回路、４１は圧縮ブロックサイ
ズ生成回路（請求項中の圧縮ブロックサイズ設定手段に
相当する）、４２は圧縮ブロック目標データ量生成回路
（請求項中の目標データ量設定手段に相当する）、４３
は量子化パラメータ生成回路（請求項中の量子化パラメ
ータ生成手段に相当する）、４４は圧縮データの出力端
子である。

【００３１】図２において、入力される映像は１秒あた
り約３０枚の画面が時間軸方向に並んでいるものであ
り、その各画面がフレームと呼ばれる。実際の映像信号
は、各フレームを左から右に水平走査した後、１ライン
おきに順次上から下に二度走査したもの（インターレー
ス走査）である。記録モードが標準モードである場合、
輝度信号（Ｙ）は、１フレームあたり水平７２０画素×
垂直４８０画素によって構成される。そして色差信号
（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）は、輝度信号の１／２倍のサンプリ
ング周波数で標本化されるために水平方向の画素数が輝
度信号の半分の３６０画素となるとともに、フレームメ
モリ３２において色差信号に対する垂直方向１／２のデ
シメーション処理が行なわれるために垂直画素数も輝度
信号の半分の２４０画素となる。したがって色差信号
は、水平３６０画素×垂直２４０画素によって構成され
る。

【００３２】フレームは、画像符号化の基本単位である
マクロブロックに分割されて、画像データ圧縮の処理が
行なわれる。マクロブロックの大きさは全ての動作モー
ドにおいて共通であり、輝度信号（Ｙ）については水平
１６画素×垂直１６画素、色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）
については水平８画素×８画素である。そして、これら
３種類の信号のブロックがまとめられマクロブロックと
なる。ＤＣＴの処理は水平８画素×８画素のＤＣＴブロ
ック（前述した基本ブロックに相当する）単位で行なわ
れるので、１マクロブロックは合計６ＤＣＴブロックか
ら構成されることになる。すなわち、輝度信号は４ＤＣ
Ｔブロック、２種類の色差信号はそれぞれ１ＤＣＴブロ
ックから構成される。

【００３３】入力端子３１から入力された画像データ
は、最初にフレームメモリ３２に１フレーム分だけ蓄え
られる。ただし、入力画像データは輝度信号と２種類の
色差信号であり、前述したようにフレームメモリ３２で
は、色差信号に対して垂直方向１／２のデシメーション
処理が行なわれる。シャフリング回路３３は、フレーム
メモリ３２に保持された１フレーム分の画像データをマ
クロブロック単位で読み出して、そのマクロブロックの
画像データを圧縮ブロックメモリ３４と量子化パラメー
タ生成回路４３に出力する。このときマクロブロック
は、連続する画面位置ではなく飛び飛びの画面位置から
読み出されて順次出力される。これは、所定個数のマク
ロブロックから構成される圧縮ブロック単位で圧縮デー
タ量を一定になるように制御する際に、もしも連続する
画面位置のマクロブロックによって圧縮ブロックを構成
すると、その部分での画像内容が細かな絵柄であった場
合すなわち画像データの情報量が大きい場合には、決め
られた目標データ量までデータ圧縮すると大きな画質劣
化が生じ、逆に、その部分での画像内容が平坦な絵柄で
あった場合すなわち画像データの情報量が小さい場合に
は、決められた目標データ量まで圧縮するだけでは無駄
が生じてしまうことを防止するためである。すなわち、
シャフリング回路３３は、圧縮ブロックあたりの画像デ
ータの情報量をできるだけ平均化するために、飛び飛び
の画面位置のマクロブロックを取り出すシャフリング処
理を行う。このとき、各動作モードにおいて１フレーム
のサイズは異なるので、シャフリングパターン生成回路
４０は、入力端子３９から入力された記録動作モード信
号に応じて、どの画面位置のマクロブロックを順番に取
り出すかを指定するシャフリングパターンを切り換える
ことにより、シャフリング回路３３を制御する。

【００３４】シャフリング回路３３からマクロブロック
単位で出力された画像データは、圧縮ブロックメモリ３
４に所定個数のマクロブロック分だけ蓄えられる。圧縮
ブロックサイズ（圧縮ブロックを構成するマクロブロッ
クの個数）は、それぞれの動作モードにおいて異なって
おり、また、後述するように、同一の動作モードでも圧
縮ブロックごとに変動する。圧縮ブロックサイズ生成回
路４１は、入力端子３９から入力される記録動作モード
信号およびシャフリング回路３３から出力される圧縮ブ
ロック番号に応じて圧縮ブロックサイズを切り換えるこ
とにより、圧縮ブロックメモリ３４と量子化パラメータ
生成回路４３を制御する。

【００３５】すなわち、標準モードにおいては、フレー
ムサイズが水平４５マクロブロック×垂直３０マクロブ
ロック（＝1350）であり、上記圧縮ブロックサイズが常
に一定の５マクロブロックとされているため、１フレー
ムは２７０圧縮ブロック（＝1350÷５）から構成され
る。また、長時間モードにおいては、フレームサイズが
水平３０マクロブロック×垂直３０マクロブロック（＝
900）であり、上記圧縮ブロックサイズが7,6,7,7,6,7,
…のように変動するため、１フレームは１３５圧縮ブロ
ック（＝ 900÷（(7+6+7)/３））から構成される。ま
た、高精細モードにおいては、フレームサイズが水平７
２マクロブロック×垂直６５マクロブロック（＝4680）
であり、上記圧縮ブロックサイズが9,8,9,9,8,9,…のよ
うに変動するため、１フレームは５４０圧縮ブロック
（＝4680÷（(9+8+9)/３））から構成される。

【００３６】量子化パラメータ生成回路４３は、入力さ
れた１圧縮ブロックを構成する各マクロブロックのアク
ティビティを計算し、その総和をその圧縮ブロックのア
クティビティとする。そして、圧縮ブロック目標データ
量生成回路４２から与えられる圧縮ブロック目標データ
量を、圧縮ブロックのアクティビティに対する各マクロ
ブロックのアクティビティの比率に応じて各マクロブロ
ックに割り当てる。さらに、各マクロブロックへの割り
当て目標データ量とそのマクロブロックのアクティビテ
ィとから、そのマクロブロックの量子化パラメータを決
定し、量子化回路３６へ出力する。

【００３７】ここで、マクロブロックのアクティビティ
とは、そのマクロブロックの画像内容に関して、絵柄が
細かく情報量が大きいのかあるいは絵柄が平坦で情報量
が少ないのかを示す指標であり、マクロブロックを構成
する６個のＤＣＴブロックの画素分散値（ＤＣＴブロッ
ク内の画素平均値を引き算した画素値の二乗和）の総和
として求められる。ある特定の量子化パラメータを設定
した場合、アクティビティの値とデータ圧縮した後の圧
縮データ量は統計的に強い相関があり、また、ある特定
のアクティビティの値に対して、量子化パラメータとデ
ータ圧縮した後の圧縮データ量は統計的に強い相関があ
ることが知られているので、ある特定のアクティビティ
の値を持つマクロブロックに関して、圧縮データ量を目
標の値に制御するために必要な量子化パラメータを推定
することができる。量子化パラメータとは量子化の細か
さを示すパラメータのことである。なお、本実施例にお
いては、上記圧縮ブロック目標データ量の値はすべての
動作モードおよび圧縮ブロックについて同一とされてい
る。

【００３８】一旦圧縮ブロックメモリ３４に保持された
１圧縮ブロックの画像データは、その圧縮ブロックを構
成する各マクロブロックに対する量子化パラメータが量
子化パラメータ生成回路４３で生成された後に、順次圧
縮ブロックメモリ３４から出力される。そして、ＤＣＴ
回路３５は、画像データに対して水平８画素×垂直８画
素から成るＤＣＴブロック単位で二次元のディスクリー
トコサイン変換（ＤＣＴ）を行なう。ＤＣＴは、フーリ
エ変換と同様の周波数解析を行なうためのアルゴリズム
であり、ＤＣＴ後の６４個の変換係数は、ＤＣＴブロッ
ク内の画素平均値に対応するＤＣ係数と、低周波から高
周波までその空間周波数が異なるＡＣ係数とに分類でき
る。

【００３９】量子化回路３６は、マクロブロック単位で
設定された量子化パラメータに応じて、１つのマクロブ
ロック内の６個のＤＣＴブロックを同一の量子化パラメ
ータで量子化する。このとき、高周波の情報に対しては
低周波の情報に対してよりもその検知感度が低いという
人間の視覚特性を考慮して、ある特定の量子化パラメー
タが与えられた場合に、ＤＣＴ後の変換係数の低周波の
ＡＣ係数は相対的に細かく、高周波のＡＣ係数は相対的
に粗くなるように量子化を行なう。また、ＤＣ係数の量
子化の細かさは常に一定とする。

【００４０】可変長符号化回路３７は、量子化回路３６
で量子化されたＡＣ係数を低周波から高周波に向けてス
キャンして、０の値を持つ係数の連続個数（ラン長）と
０以外の値を持つ係数のその値（レベル）のペアを生成
した後に、予め定められたハフマン符号化テーブルに従
ってそのペアを可変長符号にハフマン符号化する。この
場合、ラン長が短くレベルが小さいほどそのペアの発生
確率は高いのでそれに対応した符号長は短くなり、その
逆にラン長が長くレベルが大きいほど符号長が長くな
る。ただし、ＤＣ係数はＡＣ係数とは別に取り扱われて
おり、固定長符号の割り当てが行なわれる。そして、可
変長符号化されたマクロブロックの圧縮データは、６個
のＤＣＴブロック全てのＤＣ係数，６個のＤＣＴブロッ
ク全ての可変長符号化された最低周波ＡＣ係数，という
具合に最高周波ＡＣ係数までその順番の並び換えが行わ
れて、圧縮データはその重要度の高いほうから低いほう
へ順番に並べ換えられる。

【００４１】ところで、量子化パラメータ生成回路４３
では、１圧縮ブロックの圧縮データ量が目標データ量に
等しくなるように量子化パラメータが決定されるが、実
際に発生する圧縮データ量には多少の誤差が生じてしま
う。このため、可変長符号化回路３７は、各圧縮ブロッ
クで目標データ量を越えてしまった場合は越えた分の圧
縮データを破棄し、逆に足りなかった場合はダミービッ
トを付加する処理を行う。このようにして可変長符号化
された圧縮データは、バッファメモリ３８に１圧縮ブロ
ック分だけ蓄えられた後に、出力端子４４から出力され
る。このとき、バッファメモリ３８には動作モード情報
およびそれぞれのマクロブロックの量子化パラメータが
圧縮データとともに入力されて、圧縮データに対する多
重化処理が行われる。

【００４２】以上のように、高精細モードおよび長時間
モードでは圧縮ブロックサイズが変動するにもかかわら
ず、すべての動作モードにおいて圧縮ブロックあたりの
圧縮データ量が同一とされているとともに、圧縮ブロッ
クサイズが比較的小さく設定されているため、圧縮ブロ
ック単位での情報量制御に必要な処理量を低減させて従
来より回路規模を縮小することができる。

【００４３】図３は、図１中の画像復号化回路を詳細に
示す図である。同図中、５１は圧縮データの入力端子、
５２はバッファメモリ、５３は可変長復号化回路、５４
は逆量子化回路、５５はＩＤＣＴ回路、５６はデシャフ
リング回路、５７はフレームメモリ、５８は再生動作モ
ード信号の出力端子、５９はデシャフリングパターン生
成回路、６０は誤り位置データの入力端子、６１はコン
シール指示生成回路、６２は画像データの出力端子であ
る。

【００４４】図３において、入力端子５１から入力され
た圧縮データは、バッファメモリ５２に１圧縮ブロック
分だけ蓄えられる。そして、圧縮データに多重化されて
いる動作モード情報が抽出され、出力端子５８から再生
動作モード信号として出力されるとともに、デシャフリ
ングパターン生成回路５９に与えられる。また、マクロ
ブロック単位で多重化されている量子化パラメータが抽
出されて、逆量子化回路５４に与えられる。可変長復号
化回路５３は、バッファメモリ５２から出力された圧縮
データを、マクロブロック単位からＤＣＴブロック単位
の元の順番に並び換えた後に、順次ハフマン符号化テー
ブルに従って復号化し、ラン長とレベルのペアを生成し
て量子化後変換係数の値を復元する。逆量子化回路５４
は、各マクロブロックに対応する量子化パラメータに応
じて逆量子化を行ない、変換係数の値を復元する。ただ
し、量子化処理と逆量子化処理の組合せは可逆ではない
ので、完全に量子化前の値に戻るわけではなく、ある程
度の誤差（歪み）が発生する。

【００４５】ＩＤＣＴ回路５５は、値が復元された変換
係数に対して、ＤＣＴブロック単位で順次逆ディスクリ
ートコサイン変換（ＩＤＣＴ）を行うことにより、画像
データを再生する。そして、デシャフリング回路５６
は、デシャフリングパターン生成回路５９から与えられ
るデシャフリングパターンにより、マクロブロック単位
で画像データをフレームメモリ５７における所定の画面
位置に格納する。そのデシャフリングパターンは、デシ
ャフリングパターン生成回路５９で再生動作モード信号
に応じて切り換え出力されるものであり、画像符号化回
路１１におけるシャフリングパターン生成回路４０で記
録動作モード信号に応じて切り換え出力されるシャフリ
ングパターンと同一のものである。そして、フレームメ
モリ５７に蓄えられた１フレーム分の画像データは、出
力端子６２から画像データとして順次出力される。

【００４６】なお、誤り訂正回路１８で生成された誤り
位置データが入力端子６０からコンシール指示生成回路
６１に入力され、誤りが圧縮データ中に存在することが
検出された場合には、その誤りを含むマクロブロックに
ついては、再生された画像データが無効であることを示
すコンシール指示情報がデシャフリング回路５６に伝え
られる。デシャフリング回路５６では、コンシール指示
情報によって無効であることが示されるマクロブロック
に関しては、再生されたそのマクロブロックの画像デー
タを単純に破棄する。したがって、そのマクロブロック
の画像データはフレームメモリ５７に書き込まれず、結
果として前フレームの画像データが残ることになる。こ
れにより、誤りが発生した場合でも大幅な画質劣化を避
けることができる。

【００４７】図４は、標準モードにおける圧縮ブロック
を構成するマクロブロックを示す図であり、水平４５マ
クロブロック×垂直３０マクロブロックで構成される１
フレームから、５マクロブロックで構成される固定サイ
ズの圧縮ブロック２７０個が生成される。１トラックに
は２７圧縮ブロックの圧縮データが記録されるため、１
フレームの圧縮データは１０トラックに記録される。

【００４８】図５は、長時間モードにおける圧縮ブロッ
クを構成するマクロブロックを示す図であり、水平３０
マクロブロック×垂直３０マクロブロックで構成される
１フレームから、６または７マクロブロックで構成され
る可変サイズの圧縮ブロック１３５個が生成される。１
トラックには２７圧縮ブロックの圧縮データが記録され
るため、１フレームの圧縮データは５トラックに記録さ
れる。

【００４９】図６は、高精細モードにおける圧縮ブロッ
クを構成するマクロブロックを示す図であり、水平７２
マクロブロック×垂直６５マクロブロックで構成される
１フレームから、８または９マクロブロックで構成され
る可変サイズの圧縮ブロック５４０個が生成される。１
トラックには２７圧縮ブロックの圧縮データが記録され
るため、１フレームの圧縮データは２０トラックに記録
される。ただし、上記長時間モードおよび高精細モード
においては、Ａ，Ｂ，Ｃで示される連続する３つの圧縮
ブロックを構成するマクロブロックの個数の合計が一定
となるように、各圧縮ブロックサイズが定められる。

【００５０】上記いずれの記録モードにおいても、９マ
クロブロックを一まとまりのマクロブロック集合とし
て、そのマクロブロック集合が、これらの図に示すよう
に規則正しく並べられた後に、全ての動作モードで共通
の規則により定められるシャフリングパターンに基づ
き、Ａ、Ｂ、あるいはＣで示されるように、所定個数の
マクロブロックが選択されて圧縮ブロックが構成され
る。これにより、シャフリングとデシャフリングの処理
がシンプルになるという特徴がある。すなわち、１フレ
ームの記録に割り当てられた複数トラックの中の何番目
のトラックに記録される圧縮ブロックか、および１トラ
ックに記録される何番目の圧縮ブロックかに応じて、ど
のマクロブロック集合を選択し、各マクロブロック集合
の中のどのマクロブロックを選択するかが決まる。

【００５１】図７は、図１中の画像符号化回路の第２お
よび第３実施例を詳細に示す図である。同図中、図２と
異なる点は、記録系回路３の画像符号化回路１１におけ
る圧縮ブロック目標データ量生成回路７２の部分のみで
あり、第１実施例においては（圧縮ブロックごとに圧縮
ブロックサイズが異なっているにもかかわらず）一定値
とされていた目標データ量が、第２および第３実施例に
おいては圧縮ブロックサイズの変動に応じて設定される
ことが異なる。記録系回路３の他の部分および再生系回
路７については、第１実施例の場合と同様である。

【００５２】すなわち、第２実施例（図７）において、
圧縮ブロック目標データ量生成回路７２は、動作モード
と圧縮ブロック番号に応じて、圧縮ブロックサイズに比
例した圧縮ブロック目標データ量を生成する。例えば、
標準モードにおいて５マクロブロックから成る１圧縮ブ
ロックに割り当てられる目標データ量を基準データ量と
すると、高精細モードにおいて圧縮ブロックサイズが９
マクロブロックの場合にはその基準データ量と同じ目標
データ量を、同じく圧縮ブロックサイズが８マクロブロ
ックの場合にはその基準データ量の８／９倍の目標デー
タ量を、それぞれ圧縮ブロック目標データ量生成回路７
２が設定する。図８は、図１中の画像符号化回路の第２
実施例における目標データ量の変動の概念を説明する図
である。図８において、基準データ量の圧縮データから
５個の同期ブロックが生成され、同期ブロック単位で磁
気テープに記録再生される。これにより、１マクロブロ
ックあたりに割り当てられるデータ量は、全てのマクロ
ブロックに関して同一となる。なお、図８に図示されて
いる空きデータ領域（上記の基準データ量の１／９倍の
データ量）には映像信号のデータ以外の付加データなど
を記録する。

【００５３】また、第３実施例（図７，図２と構成上の
相違点はなし）においても、圧縮ブロック目標データ量
生成回路７２は、動作モードと圧縮ブロック番号に応じ
て、圧縮ブロックサイズごとに圧縮ブロック目標データ
量を生成する。すなわち、標準モードにおいて合計１５
マクロブロックから構成される３圧縮ブロックに割り当
てられる目標データ量を拡張基準データ量とした場合、
例えば高精細モードにおいては、圧縮ブロックサイズが
９マクロブロックのときには拡張基準データ量の９／２
６倍の目標データ量を、圧縮ブロックサイズが８マクロ
ブロックのときには拡張基準データ量の８／２６倍の目
標データ量を設定する（第２実施例との相違点）。図９
は、図１中の画像符号化回路の第３実施例における目標
データ量の変動の概念を説明する図である。図９におい
て、拡張基準データ量の圧縮データからは１５個の同期
ブロックが生成され、同期ブロック単位で磁気テープに
記録再生される。これにより、１マクロブロックあたり
に割り当てられるデータ量は、全てのマクロブロックに
関して同一となるとともに、トラック上に空きデータ領
域は全く生じなくなる。なお、バッファメモリ３８は３
圧縮ブロック分の圧縮データを蓄え、必要に応じてデー
タ並び換えを行なった後に順次出力端子４４から圧縮デ
ータを出力する。

【００５４】以上、本発明の３つの実施例に関して、特
に画像符号化回路について詳しく説明した。なお、上記
実施例においては、１トラックに記録されるデータ量
（磁気テープなどの記録密度に依存する）を全ての動作
モードで同一としたが、動作モードごとに上記データ量
を異なるものとすることにより、例えば、標準モードに
ついては通常の記録密度を有する磁気テープに、高精細
モードについては通常の２倍の記録密度を有する磁気テ
ープに、それぞれ同一の１０トラック／フレームで記録
することもできる。また、色差信号の画素数が輝度信号
に対して水平方向１／２倍，垂直方向１／２倍とされて
いたため、マクロブロックを構成する画素数を１６×１
６画素としたが、各動作モードにおけるマクロブロック
の大きさをこれと異なるものとしてもよい。さらに、上
記実施例では画素が輝度信号および色差信号によって表
わされている場合について述べたが、画素がＲＧＢ信号
によって表わされている場合にも、同様に記録再生を行
うことができる。この他、データ圧縮を行なう画像符号
化方式が、上記ＤＣＴを用いた符号化方式と異なるもの
であってもよい。

【００５５】さらに、標準モード、長時間モード、高精
細モードだけではなく、他の様々な動作モードが考えら
れるが、どのような動作モードを備えるディジタルＶＴ
Ｒに対しても本発明は容易に適用可能である。例えば、
記録する映像信号の解像度と記録時間が同じであって
も、データ圧縮を行なう画像符号化方式が異なる動作モ
ードなどについても適用できる。また、映像信号の記録
媒体についても、トラック構造を備えたデータ記録媒体
（例えば、光ディスクや磁気ディスクなど）であれば同
様に適用できる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明のデ
ィジタル映像信号記録再生装置によれば、圧縮後のデー
タ量が目標データ量にほぼ等しくなるように、映像信号
をディジタル化して得られる画像データのデータ圧縮お
よび記録媒体に対する記録を行うディジタル映像信号記
録再生装置において、前記映像信号の種類および前記記
録媒体に対する記録モードに応じて、データ圧縮単位で
ある圧縮ブロックの大きさを表わす圧縮ブロックサイズ
を、各々の前記圧縮ブロックごとに可変的に設定する圧
縮ブロックサイズ設定手段と、フレーム内の同一位置に
おける複数色の画素（このうちのひとつが輝度信号であ
ってもよい）を含みそれぞれ定められた数の画素からな
るマクロブロックを、前記圧縮ブロックサイズに相当す
る個数分まとめることにより、前記圧縮ブロックを生成
する圧縮ブロックメモリと、前記目標データ量を設定す
る目標データ量設定手段と、前記圧縮ブロックサイズお
よび前記目標データ量に応じて、圧縮後のデータ量が前
記目標データ量にほぼ等しくなるように、対応する前記
圧縮ブロックを量子化するための量子化パラメータを生
成する量子化パラメータ生成手段とを具備する構成とさ
れており、前記映像信号の種類および前記記録モードに
関わらず、前記記録媒体上の記録トラック中に含まれる
前記圧縮ブロックの個数を常に一定とする。

【００５７】したがって、前記映像信号の種類および前
記記録モードに対応して、フレーム内の同一位置におけ
る複数色の画素（例えば、輝度を表わす所定数の画素
と、色差を表わす他の所定数の画素）を含みそれぞれ定
められた数の画素からなるマクロブロックを一単位とし
て処理し、圧縮ブロックのひとつごとに圧縮ブロックサ
イズを変更することにより、圧縮ブロック単位での情報
量制御に必要な処理量を低減させて従来より回路規模を
縮小するとともに、前記映像信号の種類および前記記録
モードに関わらず、高い記録効率で高画質な映像信号の
記録再生を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディジタル映像信号記録再生装置の全
体構成図である。

【図２】図１中の画像符号化回路の第１実施例を詳細に
示す図である。

【図３】図１中の画像復号化回路を詳細に示す図であ
る。

【図４】標準モードにおける圧縮ブロックを構成するマ
クロブロックを示す図である。

【図５】長時間モードにおける圧縮ブロックを構成する
マクロブロックを示す図である。

【図６】高精細モードにおける圧縮ブロックを構成する
マクロブロックを示す図である。

【図７】図１中の画像符号化回路の第２および第３実施
例を詳細に示す図である。

【図８】図１中の画像符号化回路の第２実施例における
目標データ量の変動の概念を説明する図である。

【図９】図１中の画像符号化回路の第３実施例における
目標データ量の変動の概念を説明する図である。

【符号の説明】

３記録系回路４記録ヘッド５磁気テープ６再生ヘッド７再生系回路１１画像符号化回路１２訂正符号付加回路１５記録動作タイミング制御回路１８誤り訂正回路１９画像復号化回路３３シャフリング回路３４圧縮ブロックメモリ３５ＤＣＴ回路３６量子化回路３７可変長符号化回路４１圧縮ブロックサイズ生成回路４２，７２圧縮ブロック目標データ量生成回路５３可変長復号化回路５４逆量子化回路５５ＩＤＣＴ回路５６デシャフリング回路６１コンシール指示生成回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 7/30 9/808 11/04 Ｚ 7337−5ＣＨ０４Ｎ 7/133 Ａ (72)発明者藤井由紀夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者市毛健志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者築地伸芳神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮後のデータ量が目標データ量にほぼ
等しくなるように、映像信号をディジタル化して得られ
る画像データのデータ圧縮および記録媒体に対する記録
を行うディジタル映像信号記録再生装置において、前記映像信号の種類および前記記録媒体に対する記録モ
ードに応じて、データ圧縮単位である圧縮ブロックの大
きさを表わす圧縮ブロックサイズを、各々の前記圧縮ブ
ロックごとに可変的に設定する圧縮ブロックサイズ設定
手段と、フレーム内の同一位置における複数色の画素を含みそれ
ぞれ定められた数の画素からなるマクロブロックを、前
記圧縮ブロックサイズに相当する個数分まとめることに
より、前記圧縮ブロックを生成する圧縮ブロックメモリ
と、前記目標データ量を設定する目標データ量設定手段と、前記圧縮ブロックサイズおよび前記目標データ量に応じ
て、圧縮後のデータ量が前記目標データ量にほぼ等しく
なるように、対応する前記圧縮ブロックを量子化するた
めの量子化パラメータを生成する量子化パラメータ生成
手段とを具備する構成とされており、前記映像信号の種類および前記記録モードに関わらず、
前記記録媒体上の記録トラック中に含まれる前記圧縮ブ
ロックの個数を常に一定とすることを特徴とするディジ
タル映像信号記録再生装置。
【請求項２】前記目標データ量設定手段は、前記目標
データ量の値を常に所定値に設定することを特徴とする
請求項１記載のディジタル映像信号記録再生装置。
【請求項３】前記目標データ量設定手段は、前記映像
信号の種類および前記記録モードと前記圧縮ブロックサ
イズとに応じて、各々の前記圧縮ブロックごとに前記目
標データ量の値を設定することを特徴とする請求項１記
載のディジタル映像信号記録再生装置。
【請求項４】前記フレーム内で隣接している前記マク
ロブロックが同一の前記圧縮ブロックに含まれないよう
に、前記マクロブロックの順番を並べ換えて前記圧縮ブ
ロックメモリに書き込むシャフリング手段を具備する構
成としたことを特徴とする請求項１〜３記載のディジタ
ル映像信号記録再生装置。