JP3897684B2 - 画像記録方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録方式に関し、特にはＭＰＥＧ−１、２方式など、フレーム間符号化を用いて動画像を圧縮し記録する記録方式における静止画データの記録方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用デジタルビデオレコーダーにＭＰＥＧデータを記録する技術によりＤ−ＶＨＳ等の商品が開発され、またＤＶ規格の小型カセットにＨＤ(High Definition)映像データを記録する技術が特許文献１などに公開されている。
【０００３】
一方、ＤＶ規格のＳＤ記録フォーマットでは、テープ媒体に所定の検索ＩＤとともに静止画を一定期間記録する方式が規格化され、これを用いたテープ上の静止画検索技術が特許文献２などに公開されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７５０７７号公報
【特許文献２】
特開平７−９８９６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＤ記録フォーマットのテープ静止画記録をＭＰＥＧデータによるＨＤ映像記録に適用する場合、本来動きによるフレーム間差分が発生しないはずの静止画シーケンスについても、動画と同様のフレーム間符号化処理を適用することにより、静止画先頭での画質低下や、可変長符号とトラック毎のＩＤの不整合など、静止画本来の画質及び検索性を損なう問題があった。
【０００６】
本発明は、前記のような点に鑑みてなされたものであり、動画と共通の符号化方式を用いる場合でも画質や検索性を損なうことのない静止画記録を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像記録方式は、フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、画像データを量子化する量子化手段と、前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときに前記量子化手段を制御して、動画データを量子化するときよりも細かい量子化ステップで量子化させる制御手段と、前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えた点に特徴を有する。
本発明の他の画像記録方式は、フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、画像データを量子化する量子化手段と、前記静止画フレームメモリ手段から出力された同一フレームの静止画データを量子化する間は、量子化ステップの変更を行わないように前記量子化手段を制御する制御手段と、前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の画像記録方式についての実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は実施の形態のデジタルビデオ記録装置の概略構成を示す図である。入力端子１０１に入力された映像信号はＡ／Ｄ変換回路１０２においてデジタル化され、デジタル画像データに変換される。
【００１４】
画像データは圧縮符号化回路１０３において圧縮符号化され、データ多重化回路１０４において音声データ、付加情報と多重化される。なお、これら画像データ以外の構成要素については説明を省略する。
【００１５】
多重化されたデータについて、誤り訂正符号化回路１０５においてエラー訂正の為のパリティ情報が付加される。記録フォーマット化回路１０６においてはサブコードを含む付加情報が付加され、媒体への記録形式に変換される。
【００１６】
変調符号化回路１０７においてはフォーマット化された記録データが媒体への記録に適したデータ列に変調される。記録データは記録アンプ１０８を通して電気信号としてヘッド１０９に印加され記録媒体１１０に記録される。
【００１７】
静止画記録指示入力１１１には本発明でいう静止画記録を行う際、これを指示する制御信号が入力される。静止画記録指示信号は圧縮符号化回路１０３及び記録フォーマット化回路１０６に供給され、静止画記録の為の処理がなされる。静止画記録時には静止画が記録されたビデオトラックのサブコードに、静止画記録を識別するためのＩＤ、例えばＤＶフォーマットにおいてＰＰＩＤと呼ばれるＩＤ情報を記録することにより、高速サーチ時においても静止画の頭出しが可能である。
【００１８】
図２は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路１０３の詳細を示す図である。端子２０１に入力されたデジタル画像データはスイッチ２０４の一方の入力となるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ２０２を介して静止画フレームメモリ２０３に保持されスイッチ２０４の他方の入力となる。
【００１９】
フレーム並べ替え回路２０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。図３はＭＰＥＧのフレーム間符号化単位であるＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）とＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの関係を示す図である。（ａ）は動画像の入力順であり、ＭＰＥＧ符号化では両方向予測であるＢピクチャの順序を（ｂ）に示すように入れ替えて符号化する。
【００２０】
フレーム差分回路２０７ではスイッチ２２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００２１】
ＤＣＴ回路２０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００２２】
量子化回路２０９では量子化マトリクスと符号量制御回路２１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路２１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ２１２を経て端子２１３から出力される。
【００２３】
逆量子化回路２１４では量子化回路２０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路２１５によって画素値に変換したのち、スイッチ２１７の制御によりフレーム加算回路２１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ２１８に保持される。
【００２４】
ビデオメモリ２１８に保持された画像は動き補償予測回路２１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路２０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００２５】
端子２２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路２０５はスイッチ２０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ２０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００２６】
また、静止画記録制御回路２０５は動き補償予測回路２１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００２７】
さらに、静止画記録制御回路２０５は量子化回路２０９を制御し、静止画記録時には動画記録時より量子化ステップが細かい符号化を行う。
【００２８】
図４は符号量制御によって決められる量子化特性値Ｑに対し、静止画記録時には細かいステップの量子化特性値Ｑ−Ｓｔｉｌｌを用いて符号化する例を示す。これは静止画記録時にはＢピクチャ、ＰピクチャはＩピクチャの符号化誤差成分を符号化するのみであり、フレーム間差分を符号化する動画記録に比べて発生符号量に余裕があると考えられるからである。
【００２９】
Ｑ−Ｓｔｉｌｌの適用範囲については、予測誤差のみの符号化となるＢピクチャないしＰピクチャについて適用する、または後述のように、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについて所定期間適用するなどの方法が考えられる。
【００３０】
図５は量子化マトリクスによって量子化ステップを変更する例である。（ａ）はＩピクチャに対する動画のデフォルトマトリクスであり、（ｂ）はＢピクチャ、Ｐピクチャに対するデフォルトマトリクスである。
【００３１】
一方、（ｃ）は静止画のＩピクチャの量子化マトリクスの例、（ｄ）は静止画のＢピクチャ、Ｐピクチャの量子化マトリクスの例である。静止画においては前述のようにＢピクチャ、ＰピクチャはＩピクチャの符号化誤差を表すため、Ｉピクチャにおいて、より高周波成分を保存したマトリクスを用い、Ｂピクチャ、Ｐピクチャで符号化誤差をより高い精度で符号化することにより、静止画を高画質のまま記録することが可能である。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図６は第２実施の形態として静止画記録の先頭ＧＯＰをクローズドＧＯＰとする処理を示す図である。（ａ）はクローズドＧＯＰでの先頭Ｂピクチャの予測方向を示し、先行ＧＯＰのＰピクチャとＩピクチャからの双方向予測ではなく、Ｉピクチャからの片方向予測となっている。
【００３３】
第１の実施の形態で説明した符号化方式において静止画記録開始時に静止画記録制御回路２０５の指示により先頭ＧＯＰをクローズドとすることによって、静止画開始時の不連続による画像劣化を防止することが可能である。
【００３４】
また、ＭＰＥＧ２符号化の場合、画像データのピクチャ構造を静止画についてはフレーム構造に固定し、動き補償予測回路２１９の動作をフレーム予測とすることによって、Ｂピクチャ、Ｐピクチャの予測効率を向上させ、高画質な静止画を記録することが可能である。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図７は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。端子７０１に入力されたデジタル画像データは解像度変換回路７２２に供給される。解像度変換回路７２２では符号量制御回路７１０からのフィードバックにより、符号量が所定の閾値を越え量子化による画質劣化が顕著となる場合に、入力画像に空間フィルタによる帯域制限、さらにはリサンプリングによる解像度変換を行って入力画像の高周波成分の制限や画素数の低減を行う。
【００３６】
解像度変換された画像データはスイッチ７０４の一方の入力になるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ７０２を介して静止画フレームメモリ７０３に保持されスイッチ７０４の他方の入力となる。
【００３７】
フレーム並べ替え回路７０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。
【００３８】
フレーム差分回路７０７ではスイッチ７２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００３９】
ＤＣＴ回路７０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００４０】
量子化回路７０９では量子化マトリクスと符号量制御回路７１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路７１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ７１２を経て端子７１３から出力される。
【００４１】
逆量子化回路７１４では量子化回路７０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路７１５によって画素値に変換したのち、スイッチ７１７の制御によりフレーム加算回路７１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ７１８に保持される。
【００４２】
ビデオメモリ７１８に保持された画像は動き補償予測回路７１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路７０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００４３】
端子７２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路７０５はスイッチ７０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ７０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００４４】
また、静止画記録制御回路７０５は動き補償予測回路７１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００４５】
さらに、静止画記録制御回路７０５は解像度変換回路７２２を制御し、静止画記録においては動画時の制御による解像度変換を抑制し、所定の解像度が保たれるよう処理を行う。これによって動画記録時には水平解像度を１／２に間引くような場合でも、静止画記録時には元の解像度を維持することができ、これによる符号量増加分はＢピクチャ、Ｐピクチャの符号化効率の高さによって相殺されることが期待できる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図８は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。端子８０１に入力されたデジタル画像データはスイッチ８０４の一方の入力となるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ８０２を介して静止画フレームメモリ８０３に保持されスイッチ８０４の他方の入力となる。
【００４７】
フレーム並べ替え回路８０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。
【００４８】
フレーム差分回路８０７ではスイッチ８２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００４９】
ＤＣＴ回路８０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００５０】
量子化回路８０９では量子化マトリクスと符号量制御回路８１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路８１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ８１２を経て端子８１３から出力される。
【００５１】
逆量子化回路８１４では量子化回路８０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路８１５によって画素値に変換したのち、スイッチ８１７の制御によりフレーム加算回路８１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ８１８に保持される。
【００５２】
ビデオメモリ８１８に保持された画像は動き補償予測回路８１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路８０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００５３】
端子８２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路８０５はスイッチ８０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ８０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００５４】
また、静止画記録制御回路８０５は動き補償予測回路８１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００５５】
さらに、静止画記録制御回路８０５は量子化回路８０９及び符号量制御回路８１０を制御し、Ｑマップメモリ８２３の量子化特性値Ｑを用いて、静止画記録期間中は量子化特性値Ｑが各ピクチャごとにフレーム間で一定となるよう制御を行う。
【００５６】
図９は量子化特性値Ｑ固定の動作を示す図である。静止画記録開始時（ＧＯＰｎ）においてまず静止画シーケンスに対する各ピクチャの量子化特性値Ｑがマクロブロックごとに求められる。これは符号量制御における通常のシーケンスを用いてもよいし、前述のように静止画用のＱ値に変換したものを用いてもよい。
【００５７】
ＧＯＰｎの符号化が完了した時点で、以後の静止画シーケンスはまったく同じデジタルデータに対する符号化であるため、符号化済みの符号量から以後の同一静止画シーケンスに対する最適な量子化特性値Ｑを推定することが可能である。推定されたＱの各ピクチャごとマクロブロック単位のマップをＭ’とする。
【００５８】
Ｑマップメモリ８２３では、静止画用に推定されたＱマップＭ’を同一静止画記録継続中保持し、以後のＧＯＰについての量子化はこれに従って行う。これによって、同一静止画でありながら時間によって画質が変動するという不具合を防止することが可能である。
【００５９】
図１０は前述のトラック単位に付加される静止画ＩＤ情報と、可変長の静止画データを同期させる記録形式を示す図である。記録トラックフォーマットを同図（ａ）に示す。トラックはプリアンブル部、データエリア、サブコードエリア、ポストアンブル部、灰色で示したマージン部から構成され、画像データはデータエリアに、静止画識別ＩＤの例であるところのＰＰＩＤはサブコードエリアに記録される。
【００６０】
同図（ｂ）はテープ上の記録フォーマットを示す図であり、左から右へトラックが記録されていく。ここで動画データは３トラック目の途中で終わっており、次の静止画データはこのトラックではなく、次のトラックの先頭から記録され、３トラック目の残りにはＳｔｕｆｆデータが記録される。４トラック目の静止画記録開始とともにサブコードエリアには静止画ＩＤであるところのＰＰＩＤが記録される。これによってテープのサブコードのみを再生しながら高速にサーチを行う場合でもＰＰＩＤによって静止画記録開始位置を検出することができ、かつ静止画データの先頭を検出することができる。
【００６１】
（その他の実施の形態）
前述した実施の形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム内のコンピュータに対し、前記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００６２】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体は本発明を構成する。そのプログラムコードの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネット等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００６３】
さらに、前記プログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００６４】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００６５】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることはいうまでもない。
【００６６】
なお、前記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６７】
以下、本発明の実施態様の例を列挙する。
（実施態様１）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００６８】
（実施態様２）前記量子化手段では、量子化マトリクスと量子化特性値の積によって量子化することを特徴とする実施態様１に記載の画像記録方式。
【００６９】
（実施態様３）静止画記録時には、動画データの量子化特性値よりも細かいステップの量子化特性値を用いることを特徴とする実施態様２に記載の画像記録方式。
【００７０】
（実施態様４）静止画記録時には、動画データの量子化マトリクスとは異なる静止画データ用の量子化マトリクスを用いることを特徴とする実施態様２に記載の画像記録方式。
【００７１】
（実施態様５）前記静止画用の量子化マトリクス情報を符号化データ内に記録することを特徴とする実施態様４に記載の画像記録方式。
【００７２】
（実施態様６）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載の画像記録方式。
【００７３】
（実施態様７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００７４】
（実施態様８）前記静止画記録開始点のフレーム符号化単位をクローズドＧＯＰとすることを特徴とする実施態様７に記載の画像記録方式。
【００７５】
（実施態様９）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様７又は８に記載の画像記録方式。
【００７６】
（実施態様１０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
同一静止画データの記録中は前記量子化手段における量子化ステップの変更を行わないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００７７】
このようにした実施態様１０の画像記録方式によれば、再生時に符号化歪の変動によって静止画が劣化することを防止することができ、また、先頭ＧＯＰの符号量によって静止画継続期間の発生符号量を推定し、最適な量子化ステップを決めて、以後のＧＯＰに対して固定の量子化ステップを適用することにより、符号量制御の点からも最適な符号化を行うことができる。
【００７８】
（実施態様１１）静止画記録開始前の符号量制御バッファの充填率と静止画記録開始点のフレーム符号化単位の符号量によって以後の量子化ステップサイズを決定することを特徴とする実施態様１０に記載の画像記録方式。
【００７９】
（実施態様１２）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１０又は１１に記載の画像記録方式。
【００８０】
（実施態様１３）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段とを備え、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とする画像記録方式。
【００８１】
（実施態様１４）静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段を備えたことを特徴とする実施態様１３に記載の画像記録方式。
【００８２】
（実施態様１５）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる解像度変換手段と、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００８３】
（実施態様１６）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１５に記載の画像記録方式。
【００８４】
（実施態様１７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する静止画開始点同期手段と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報記録手段とを備え、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とする画像記録方式。
【００８５】
（実施態様１８）前記静止画ＩＤ情報記録単位とは記録媒体上の記録トラックであることを特徴とする実施態様１７に記載の画像記録方式。
【００８６】
（実施態様１９）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００８７】
（実施態様２０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００８８】
（実施態様２１）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順とを有し、
同一静止画データの記録中は前記量子化手順における量子化ステップの変更を行わないことを特徴とする画像記録方法。
【００８９】
（実施態様２２）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う手順とを有し、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とする画像記録方法。
【００９０】
（実施態様２３）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる手順と、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００９１】
（実施態様２４）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する手順と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報を記録する手順とを有し、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とする画像記録方法。
【００９２】
（実施態様２５）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９３】
（実施態様２６）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９４】
（実施態様２７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理とを実行させ、
同一静止画データの記録中は前記量子化処理における量子化ステップの変更を行わないことを特徴とするコンピュータフプログラム。
【００９５】
（実施態様２８）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測処理とを実行させ、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９６】
（実施態様２９）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる処理と、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９７】
（実施態様３０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する処理と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報を記録する処理とを実行させ、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９８】
（実施態様３１）実施態様２５〜３０のいずれか１項に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【００９９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化することにより、同一画像のフレーム間符号化による符号量の削減分を画質向上に利用することができ、動画と共通の符号化方式を用いた場合でも高画質な静止画記録が可能となる。
また、量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成するようにしたので、静止画を高画質な状態で記録することが可能である。
【０１００】
また、静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにすることにより、ＭＰＥＧのＢピクチャのように双方向から予測されるフレームが静止画記録開始直前の画像の影響を受け、画質が低下することを防止することができる。
【０１０１】
また、静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることにより、動画と共通の符号化方式を用いながらも、静止画に最適な符号化を行い、画質を向上させることができる。
【０１０２】
また、静止画データについては前記解像度変換手段を用いないようにすることにより、動画と共通の処理を行いながらも静止画の解像度を保つことができる。
【０１０３】
また、静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することにより、可変長符号化のデータをテープ媒体のような固定トラック形式で記録し、高速サーチのためにトラック単位に付加された静止画ＩＤ情報を用いた場合でも、トラック単位に整合して記録された静止画開始点を正しく検索することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のデジタルビデオ記録装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図３】ＭＰＥＧのフレーム間符号化単位であるＧＯＰとＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの関係を示す図である。
【図４】静止画記録時の量子化特性値の一例を示す図である。
【図５】静止画記録時の量子化マトリクスを説明するための図である。
【図６】ＭＰＥＧのクローズドＧＯＰを示す図である。
【図７】第３の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図８】第４の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図９】静止画記録時の量子化特性値Ｑ固定の動作を示す図である。
【図１０】静止画ＩＤ情報と同期した可変長の静止画データの記録形式を示す図である。
【符号の説明】
２０１ 端子
２０２ 静止画ホールドスイッチ
２０３ 静止画フレームメモリ
２０４ スイッチ
２０５ 静止画記録制御回路
２０６ フレーム並び替え回路
２０７ フレーム差分回路
２０８ ＤＣＴ回路
２０９ 量子化回路
２１０ 符号量制御回路
２１１ 可変長符号化回路
２１２ バッファ
２１３ 端子
２１４ 逆量子化回路
２１５ 逆ＤＣＴ回路
２１６ フレーム加算回路
２１７ スイッチ
２１８ ビデオメモリ
２１９ 動き補償予測回路
２２０ スイッチ
２２１ 端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録方式に関し、特にはＭＰＥＧ−１、２方式など、フレーム間符号化を用いて動画像を圧縮し記録する記録方式における静止画データの記録方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用デジタルビデオレコーダーにＭＰＥＧデータを記録する技術によりＤ−ＶＨＳ等の商品が開発され、またＤＶ規格の小型カセットにＨＤ(High Definition)映像データを記録する技術が特許文献１などに公開されている。
【０００３】
一方、ＤＶ規格のＳＤ記録フォーマットでは、テープ媒体に所定の検索ＩＤとともに静止画を一定期間記録する方式が規格化され、これを用いたテープ上の静止画検索技術が特許文献２などに公開されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７５０７７号公報
【特許文献２】
特開平７−９８９６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＤ記録フォーマットのテープ静止画記録をＭＰＥＧデータによるＨＤ映像記録に適用する場合、本来動きによるフレーム間差分が発生しないはずの静止画シーケンスについても、動画と同様のフレーム間符号化処理を適用することにより、静止画先頭での画質低下や、可変長符号とトラック毎のＩＤの不整合など、静止画本来の画質及び検索性を損なう問題があった。
【０００６】
本発明は、前記のような点に鑑みてなされたものであり、動画と共通の符号化方式を用いる場合でも画質や検索性を損なうことのない静止画記録を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像記録方式は、フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、画像データを量子化する量子化手段と、前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときに前記量子化手段を制御して、動画データを量子化するときよりも細かい量子化ステップで量子化させる制御手段と、前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えた点に特徴を有する。
本発明の他の画像記録方式は、フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、画像データを量子化する量子化手段と、前記静止画フレームメモリ手段から出力された同一フレームの静止画データを量子化する間は、量子化ステップの変更を行わないように前記量子化手段を制御する制御手段と、前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の画像記録方式についての実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は実施の形態のデジタルビデオ記録装置の概略構成を示す図である。入力端子１０１に入力された映像信号はＡ／Ｄ変換回路１０２においてデジタル化され、デジタル画像データに変換される。
【００１４】
画像データは圧縮符号化回路１０３において圧縮符号化され、データ多重化回路１０４において音声データ、付加情報と多重化される。なお、これら画像データ以外の構成要素については説明を省略する。
【００１５】
多重化されたデータについて、誤り訂正符号化回路１０５においてエラー訂正の為のパリティ情報が付加される。記録フォーマット化回路１０６においてはサブコードを含む付加情報が付加され、媒体への記録形式に変換される。
【００１６】
変調符号化回路１０７においてはフォーマット化された記録データが媒体への記録に適したデータ列に変調される。記録データは記録アンプ１０８を通して電気信号としてヘッド１０９に印加され記録媒体１１０に記録される。
【００１７】
静止画記録指示入力１１１には本発明でいう静止画記録を行う際、これを指示する制御信号が入力される。静止画記録指示信号は圧縮符号化回路１０３及び記録フォーマット化回路１０６に供給され、静止画記録の為の処理がなされる。静止画記録時には静止画が記録されたビデオトラックのサブコードに、静止画記録を識別するためのＩＤ、例えばＤＶフォーマットにおいてＰＰＩＤと呼ばれるＩＤ情報を記録することにより、高速サーチ時においても静止画の頭出しが可能である。
【００１８】
図２は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路１０３の詳細を示す図である。端子２０１に入力されたデジタル画像データはスイッチ２０４の一方の入力となるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ２０２を介して静止画フレームメモリ２０３に保持されスイッチ２０４の他方の入力となる。
【００１９】
フレーム並べ替え回路２０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。図３はＭＰＥＧのフレーム間符号化単位であるＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）とＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの関係を示す図である。（ａ）は動画像の入力順であり、ＭＰＥＧ符号化では両方向予測であるＢピクチャの順序を（ｂ）に示すように入れ替えて符号化する。
【００２０】
フレーム差分回路２０７ではスイッチ２２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００２１】
ＤＣＴ回路２０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００２２】
量子化回路２０９では量子化マトリクスと符号量制御回路２１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路２１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ２１２を経て端子２１３から出力される。
【００２３】
逆量子化回路２１４では量子化回路２０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路２１５によって画素値に変換したのち、スイッチ２１７の制御によりフレーム加算回路２１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ２１８に保持される。
【００２４】
ビデオメモリ２１８に保持された画像は動き補償予測回路２１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路２０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００２５】
端子２２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路２０５はスイッチ２０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ２０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００２６】
また、静止画記録制御回路２０５は動き補償予測回路２１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００２７】
さらに、静止画記録制御回路２０５は量子化回路２０９を制御し、静止画記録時には動画記録時より量子化ステップが細かい符号化を行う。
【００２８】
図４は符号量制御によって決められる量子化特性値Ｑに対し、静止画記録時には細かいステップの量子化特性値Ｑ−Ｓｔｉｌｌを用いて符号化する例を示す。これは静止画記録時にはＢピクチャ、ＰピクチャはＩピクチャの符号化誤差成分を符号化するのみであり、フレーム間差分を符号化する動画記録に比べて発生符号量に余裕があると考えられるからである。
【００２９】
Ｑ−Ｓｔｉｌｌの適用範囲については、予測誤差のみの符号化となるＢピクチャないしＰピクチャについて適用する、または後述のように、Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについて所定期間適用するなどの方法が考えられる。
【００３０】
図５は量子化マトリクスによって量子化ステップを変更する例である。（ａ）はＩピクチャに対する動画のデフォルトマトリクスであり、（ｂ）はＢピクチャ、Ｐピクチャに対するデフォルトマトリクスである。
【００３１】
一方、（ｃ）は静止画のＩピクチャの量子化マトリクスの例、（ｄ）は静止画のＢピクチャ、Ｐピクチャの量子化マトリクスの例である。静止画においては前述のようにＢピクチャ、ＰピクチャはＩピクチャの符号化誤差を表すため、Ｉピクチャにおいて、より高周波成分を保存したマトリクスを用い、Ｂピクチャ、Ｐピクチャで符号化誤差をより高い精度で符号化することにより、静止画を高画質のまま記録することが可能である。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図６は第２実施の形態として静止画記録の先頭ＧＯＰをクローズドＧＯＰとする処理を示す図である。（ａ）はクローズドＧＯＰでの先頭Ｂピクチャの予測方向を示し、先行ＧＯＰのＰピクチャとＩピクチャからの双方向予測ではなく、Ｉピクチャからの片方向予測となっている。
【００３３】
第１の実施の形態で説明した符号化方式において静止画記録開始時に静止画記録制御回路２０５の指示により先頭ＧＯＰをクローズドとすることによって、静止画開始時の不連続による画像劣化を防止することが可能である。
【００３４】
また、ＭＰＥＧ２符号化の場合、画像データのピクチャ構造を静止画についてはフレーム構造に固定し、動き補償予測回路２１９の動作をフレーム予測とすることによって、Ｂピクチャ、Ｐピクチャの予測効率を向上させ、高画質な静止画を記録することが可能である。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図７は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。端子７０１に入力されたデジタル画像データは解像度変換回路７２２に供給される。解像度変換回路７２２では符号量制御回路７１０からのフィードバックにより、符号量が所定の閾値を越え量子化による画質劣化が顕著となる場合に、入力画像に空間フィルタによる帯域制限、さらにはリサンプリングによる解像度変換を行って入力画像の高周波成分の制限や画素数の低減を行う。
【００３６】
解像度変換された画像データはスイッチ７０４の一方の入力になるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ７０２を介して静止画フレームメモリ７０３に保持されスイッチ７０４の他方の入力となる。
【００３７】
フレーム並べ替え回路７０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。
【００３８】
フレーム差分回路７０７ではスイッチ７２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００３９】
ＤＣＴ回路７０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００４０】
量子化回路７０９では量子化マトリクスと符号量制御回路７１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路７１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ７１２を経て端子７１３から出力される。
【００４１】
逆量子化回路７１４では量子化回路７０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路７１５によって画素値に変換したのち、スイッチ７１７の制御によりフレーム加算回路７１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ７１８に保持される。
【００４２】
ビデオメモリ７１８に保持された画像は動き補償予測回路７１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路７０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００４３】
端子７２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路７０５はスイッチ７０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ７０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００４４】
また、静止画記録制御回路７０５は動き補償予測回路７１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００４５】
さらに、静止画記録制御回路７０５は解像度変換回路７２２を制御し、静止画記録においては動画時の制御による解像度変換を抑制し、所定の解像度が保たれるよう処理を行う。これによって動画記録時には水平解像度を１／２に間引くような場合でも、静止画記録時には元の解像度を維持することができ、これによる符号量増加分はＢピクチャ、Ｐピクチャの符号化効率の高さによって相殺されることが期待できる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図８は本実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。端子８０１に入力されたデジタル画像データはスイッチ８０４の一方の入力となるとともに、静止画データの場合、静止画ホールドスイッチ８０２を介して静止画フレームメモリ８０３に保持されスイッチ８０４の他方の入力となる。
【００４７】
フレーム並べ替え回路８０６では動画の各フレームをＭＰＥＧ符号化の順に並べ替える。
【００４８】
フレーム差分回路８０７ではスイッチ８２０によってＰピクチャ、Ｂピクチャについてはフレーム間予測データとの差分をとる。
【００４９】
ＤＣＴ回路８０８ではＩピクチャについては原画像を、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測誤差画像をＤＣＴ係数に変換する。
【００５０】
量子化回路８０９では量子化マトリクスと符号量制御回路８１０からのフィードバックによる量子化特性値Ｑの積によって量子化する。量子化係数は可変長符号化回路８１１においてエントロピー符号化され、レート制御のためのバッファ８１２を経て端子８１３から出力される。
【００５１】
逆量子化回路８１４では量子化回路８０９の出力である量子化係数を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路８１５によって画素値に変換したのち、スイッチ８１７の制御によりフレーム加算回路８１６において、Ｐピクチャ、Ｂピクチャについては予測画像と加算され、局部復号画像としてビデオメモリ８１８に保持される。
【００５２】
ビデオメモリ８１８に保持された画像は動き補償予測回路８１９において予測すべき入力画像との動き補償された予測画像に変換され、フレーム差分回路８０７でのＰピクチャ、Ｂピクチャの予測データとなる。
【００５３】
端子８２１に静止画記録の指示が入力された場合、静止画記録制御回路８０５はスイッチ８０４を所定期間だけ静止画フレームメモリ８０３側に接続し、同一静止画フレームを連続して符号化ループに入力する。
【００５４】
また、静止画記録制御回路８０５は動き補償予測回路８１９を制御し、静止画記録時には強制的に動き補償を行わず動きベクトルの発生を抑圧する（動きベクトルを０とする）。これは同一フレームの入力であっても、符号化誤差の発生によりフレーム間予測画像と原画像との間で無用な動きベクトルが発生し、符号量が増加することを防ぐためである。
【００５５】
さらに、静止画記録制御回路８０５は量子化回路８０９及び符号量制御回路８１０を制御し、Ｑマップメモリ８２３の量子化特性値Ｑを用いて、静止画記録期間中は量子化特性値Ｑが各ピクチャごとにフレーム間で一定となるよう制御を行う。
【００５６】
図９は量子化特性値Ｑ固定の動作を示す図である。静止画記録開始時（ＧＯＰｎ）においてまず静止画シーケンスに対する各ピクチャの量子化特性値Ｑがマクロブロックごとに求められる。これは符号量制御における通常のシーケンスを用いてもよいし、前述のように静止画用のＱ値に変換したものを用いてもよい。
【００５７】
ＧＯＰｎの符号化が完了した時点で、以後の静止画シーケンスはまったく同じデジタルデータに対する符号化であるため、符号化済みの符号量から以後の同一静止画シーケンスに対する最適な量子化特性値Ｑを推定することが可能である。推定されたＱの各ピクチャごとマクロブロック単位のマップをＭ’とする。
【００５８】
Ｑマップメモリ８２３では、静止画用に推定されたＱマップＭ’を同一静止画記録継続中保持し、以後のＧＯＰについての量子化はこれに従って行う。これによって、同一静止画でありながら時間によって画質が変動するという不具合を防止することが可能である。
【００５９】
図１０は前述のトラック単位に付加される静止画ＩＤ情報と、可変長の静止画データを同期させる記録形式を示す図である。記録トラックフォーマットを同図（ａ）に示す。トラックはプリアンブル部、データエリア、サブコードエリア、ポストアンブル部、灰色で示したマージン部から構成され、画像データはデータエリアに、静止画識別ＩＤの例であるところのＰＰＩＤはサブコードエリアに記録される。
【００６０】
同図（ｂ）はテープ上の記録フォーマットを示す図であり、左から右へトラックが記録されていく。ここで動画データは３トラック目の途中で終わっており、次の静止画データはこのトラックではなく、次のトラックの先頭から記録され、３トラック目の残りにはＳｔｕｆｆデータが記録される。４トラック目の静止画記録開始とともにサブコードエリアには静止画ＩＤであるところのＰＰＩＤが記録される。これによってテープのサブコードのみを再生しながら高速にサーチを行う場合でもＰＰＩＤによって静止画記録開始位置を検出することができ、かつ静止画データの先頭を検出することができる。
【００６１】
（その他の実施の形態）
前述した実施の形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム内のコンピュータに対し、前記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００６２】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体は本発明を構成する。そのプログラムコードの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネット等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００６３】
さらに、前記プログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００６４】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００６５】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることはいうまでもない。
【００６６】
なお、前記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６７】
以下、本発明の実施態様の例を列挙する。
（実施態様１）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００６８】
（実施態様２）前記量子化手段では、量子化マトリクスと量子化特性値の積によって量子化することを特徴とする実施態様１に記載の画像記録方式。
【００６９】
（実施態様３）静止画記録時には、動画データの量子化特性値よりも細かいステップの量子化特性値を用いることを特徴とする実施態様２に記載の画像記録方式。
【００７０】
（実施態様４）静止画記録時には、動画データの量子化マトリクスとは異なる静止画データ用の量子化マトリクスを用いることを特徴とする実施態様２に記載の画像記録方式。
【００７１】
（実施態様５）前記静止画用の量子化マトリクス情報を符号化データ内に記録することを特徴とする実施態様４に記載の画像記録方式。
【００７２】
（実施態様６）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載の画像記録方式。
【００７３】
（実施態様７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００７４】
（実施態様８）前記静止画記録開始点のフレーム符号化単位をクローズドＧＯＰとすることを特徴とする実施態様７に記載の画像記録方式。
【００７５】
（実施態様９）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様７又は８に記載の画像記録方式。
【００７６】
（実施態様１０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
同一静止画データの記録中は前記量子化手段における量子化ステップの変更を行わないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００７７】
このようにした実施態様１０の画像記録方式によれば、再生時に符号化歪の変動によって静止画が劣化することを防止することができ、また、先頭ＧＯＰの符号量によって静止画継続期間の発生符号量を推定し、最適な量子化ステップを決めて、以後のＧＯＰに対して固定の量子化ステップを適用することにより、符号量制御の点からも最適な符号化を行うことができる。
【００７８】
（実施態様１１）静止画記録開始前の符号量制御バッファの充填率と静止画記録開始点のフレーム符号化単位の符号量によって以後の量子化ステップサイズを決定することを特徴とする実施態様１０に記載の画像記録方式。
【００７９】
（実施態様１２）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１０又は１１に記載の画像記録方式。
【００８０】
（実施態様１３）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段とを備え、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とする画像記録方式。
【００８１】
（実施態様１４）静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段を備えたことを特徴とする実施態様１３に記載の画像記録方式。
【００８２】
（実施態様１５）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる解像度変換手段と、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。
【００８３】
（実施態様１６）フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段と、静止画記録時に前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とする制御手段とを備えたことを特徴とする実施態様１５に記載の画像記録方式。
【００８４】
（実施態様１７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方式であって、
所定期間継続する静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する静止画開始点同期手段と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報記録手段とを備え、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とする画像記録方式。
【００８５】
（実施態様１８）前記静止画ＩＤ情報記録単位とは記録媒体上の記録トラックであることを特徴とする実施態様１７に記載の画像記録方式。
【００８６】
（実施態様１９）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００８７】
（実施態様２０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００８８】
（実施態様２１）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順とを有し、
同一静止画データの記録中は前記量子化手順における量子化ステップの変更を行わないことを特徴とする画像記録方法。
【００８９】
（実施態様２２）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
画像データを量子化する手順と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う手順とを有し、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とする画像記録方法。
【００９０】
（実施態様２３）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる手順と、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する手順とを有することを特徴とする画像記録方法。
【００９１】
（実施態様２４）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とする画像記録方法であって、
所定期間継続する静止画データを保持する手順と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する手順と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報を記録する手順とを有し、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とする画像記録方法。
【００９２】
（実施態様２５）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理と、
静止画記録時に前記量子化手段を制御して、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化する処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９３】
（実施態様２６）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにする処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９４】
（実施態様２７）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理とを実行させ、
同一静止画データの記録中は前記量子化処理における量子化ステップの変更を行わないことを特徴とするコンピュータフプログラム。
【００９５】
（実施態様２８）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
画像データを量子化する処理と、
フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測処理とを実行させ、
静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９６】
（実施態様２９）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
画像の解像度を落として符号化レートを下げる処理と、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画データについては前記解像度変換手段を用いないように制御する処理とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９７】
（実施態様３０）フレーム間符号化された動画データを記録するとともに、動画と同じ符号化方式を用いて静止画データを記録可能とするためのコンピュータプログラムであって、
所定期間継続する静止画データを保持する処理と、
静止画記録開始点においてフレーム間符号化の符号化単位をリセットしフレーム内符号化されたデータから記録を開始する処理と、
記録データにおいて静止画記録部分を示す静止画ＩＤ情報を記録する処理とを実行させ、
静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することを特徴とするコンピュータプログラム。
【００９８】
（実施態様３１）実施態様２５〜３０のいずれか１項に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【００９９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、静止画データを動画データより細かい量子化ステップで量子化することにより、同一画像のフレーム間符号化による符号量の削減分を画質向上に利用することができ、動画と共通の符号化方式を用いた場合でも高画質な静止画記録が可能となる。
また、量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成するようにしたので、静止画を高画質な状態で記録することが可能である。
【０１００】
また、静止画記録開始点のフレーム符号化単位では直前のフレーム符号化単位からの予測を行わないようにすることにより、ＭＰＥＧのＢピクチャのように双方向から予測されるフレームが静止画記録開始直前の画像の影響を受け、画質が低下することを防止することができる。
【０１０１】
また、静止画データについては画像をフレーム構造とし、予測はフレーム予測とすることにより、動画と共通の符号化方式を用いながらも、静止画に最適な符号化を行い、画質を向上させることができる。
【０１０２】
また、静止画データについては前記解像度変換手段を用いないようにすることにより、動画と共通の処理を行いながらも静止画の解像度を保つことができる。
【０１０３】
また、静止画ＩＤ情報記録単位に整合して静止画データを記録することにより、可変長符号化のデータをテープ媒体のような固定トラック形式で記録し、高速サーチのためにトラック単位に付加された静止画ＩＤ情報を用いた場合でも、トラック単位に整合して記録された静止画開始点を正しく検索することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のデジタルビデオ記録装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図３】ＭＰＥＧのフレーム間符号化単位であるＧＯＰとＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの関係を示す図である。
【図４】静止画記録時の量子化特性値の一例を示す図である。
【図５】静止画記録時の量子化マトリクスを説明するための図である。
【図６】ＭＰＥＧのクローズドＧＯＰを示す図である。
【図７】第３の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図８】第４の実施の形態のＭＰＥＧ符号化方式による圧縮符号化回路の詳細を示す図である。
【図９】静止画記録時の量子化特性値Ｑ固定の動作を示す図である。
【図１０】静止画ＩＤ情報と同期した可変長の静止画データの記録形式を示す図である。
【符号の説明】
２０１ 端子
２０２ 静止画ホールドスイッチ
２０３ 静止画フレームメモリ
２０４ スイッチ
２０５ 静止画記録制御回路
２０６ フレーム並び替え回路
２０７ フレーム差分回路
２０８ ＤＣＴ回路
２０９ 量子化回路
２１０ 符号量制御回路
２１１ 可変長符号化回路
２１２ バッファ
２１３ 端子
２１４ 逆量子化回路
２１５ 逆ＤＣＴ回路
２１６ フレーム加算回路
２１７ スイッチ
２１８ ビデオメモリ
２１９ 動き補償予測回路
２２０ スイッチ
２２１ 端子
Claims (7)
- フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、
前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときに前記量子化手段を制御して、動画データを量子化するときよりも細かい量子化ステップで量子化させる制御手段と、
前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。 - 前記量子化手段では、量子化マトリクスと量子化特性値の積によって量子化することを特徴とする請求項１に記載の画像記録方式。
- 前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときには、動画データの量子化特性値よりも細かいステップの量子化特性値を用いることを特徴とする請求項２に記載の画像記録方式。
- 前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときには、動画データの量子化マトリクスとは異なる静止画データ用の量子化マトリクスを用いることを特徴とする請求項２に記載の画像記録方式。
- フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段をさらに有し、前記制御手段は、前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときに前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像記録方式。
- フレーム内符号化及びフレーム間符号化によって生成された動画データを記録するとともに、動画と共通の符号化方式を用いて静止画データを所定期間分の映像として記録可能とする画像記録方式であって、
前記所定期間分の映像として記録される静止画データを保持するための静止画フレームメモリ手段と、
画像データを量子化する量子化手段と、
前記静止画フレームメモリ手段から出力された同一フレームの静止画データを量子化する間は、量子化ステップの変更を行わないように前記量子化手段を制御する制御手段と、
前記量子化手段によって量子化された静止画データから、フレーム内符号化ピクチャと、該フレーム内符号化ピクチャの符号化誤差成分を符号化したフレーム間符号化ピクチャとを生成する符号化手段とを備えたことを特徴とする画像記録方式。 - フレーム間符号化の動き補償予測を行う動き補償予測手段をさらに有し、前記制御手段は、前記静止画フレームメモリ手段から出力された静止画データを量子化するときに前記動き補償予測手段を制御して、フレーム間符号化の動き補償予測のための動きベクトルを強制的に０とすることを特徴とする請求項６に記載の画像記録方式。
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