Изобретение относится к цифровому видеокассетному рекордеру (ЦВКР) и, подробнее, к способу записи изображений на цифровом видеокассетном рекордере, способном поддерживать постоянную скорость выдачи данных некоторого количества данных, выполняющем специальные режимы воспроизведения изображения и повышающем качество воспроизводимого изображения при этих режимах, используя высокую сжимаемость (уплотнение), что является преимуществом при межкадровом методе кодирования.
Вследствие прогрессивного развития цифровой видеотехнологии в восьмидесятых годах этого века технология цифровой видеокомпрессии - уплотнения - стала использоваться в различных электронных применениях и в областях связи, таких как проведение видеоконференций, цифровое кодерное вещание и видеотелефоны. В особенности метод сжатия полосы частот сигнала для ЦВКР, который разрабатывался последние несколько лет, главным образом использует метод внутрикадрового кодирования, в котором не принимается во внимание избыточность информации в соседних кадрах. Однако, так как уплотнение данных с использованием метода внутрикадрового кодирования уничтожает избыточность в пределах цифрового изображения, эффективность уплотнения информации невелика.
Таким образом, сейчас делаются попытки использовать метод межкадрового кодирования как метод уплотнения подвижных видеоизображений для уничтожения временной избыточности, в уплотнении данных для ЦВКР. Так как метод межкадрового кодирования может уничтожить межкадровую избыточность, его уровень уплотнения сигнала выше, чем при методе внутрикадрового кодирования.
Например, если из сигнала по стандарту NTSC производятся выборки сигнала в отношении 4: 2: 2, получают информацию частот примерно 158 мегабит в секунду. Для записи таких данных на ленту информацию нужно сжать до примерно 25 мегабит в секунду. Соответственно данным экспериментов при сравнении подобных количеств сжатой информации результаты сжатия методом межкадрового кодирования дают несравнимо лучшие результаты, чем методом внутрикадрового кодирования. Таким образом, можно прийти к заключению, что для сжатия данных для ЦВКР следует применять метод межкадрового кодирования.
Однако, хотя метод межкадрового кодирования имеет такое преимущество, он не использовался в ЦВКР вследствие специфических характеристик ленты, т.е. носителя записи. Другими словами, если данные записаны на таком носителе записи, как магнитная лента, хотя и нужно иметь постоянную или фиксированную скорость передачи данных, эту постоянную скорость трудно получить.
Кодирующее устройство группы экспертов кино (MPEG) является представительным средством кодирования видеосигнала, методом межкадрового кодирования, которое было предложено для решения проблемы постоянной скорости данных.
Фиг. 1 является блок-схемой одного примера общего кодирующего устройства MPEG, для видеосигналов (см. стандарт ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11, представленный 26 марта 1992 года на конференции международной организации стандартизации группы экспертов кино MPEG: "Coding of moving pictures and Associated Audio" - "Кодирование подвижных изображений и связанных с ними аудиосигналов").
Краткое пояснение работы видеокодирующего устройства подвижных изображений MPEG таково.
В кодирующем устройстве, показанном на фиг. 1, рекордер кадров 10 принимает входной видеосигнал источника и осуществляет преобразование координат цвета, субвыборки сигнала и разделение на блоки.
Оценщик движения 12 оценивает подобные части предыдущего и последующего изображения, чтобы представить таким образом результат перемещения по положению как векторные данные, так и данные выходного видеосигнала, векторные данные и данные режима I, В и Р. Здесь данные режима I, В и P представляют классы изображения. I-изображение является внутрикодированным изображением, которое получают устранением только пространственной избыточности. P-изображение, или предсказанное изображение, предсказывается из I-изображения и получается посредством кодирования лишь разностей. Таким образом, P-изображение, можно сказать, устраняет подобные части между I-изображением и P-изображением. С другой стороны, P-изображение в качестве добавочных данных имеет вектор движения, полученный во время предсказания. B-изображение находится между I-изображением и P-изображением. Посредством двунаправленного предсказания из I-изображения и P-изображения получают B-изображение посредством кодирования ошибок предсказания.
Количество данных I-изображения меньше, чем данных P-изображения, в котором данных меньше, чем в B-изображении. Так как количество данных в каждом изображении (I, P и В) неодинаковое, предусмотрен буфер 32, чтобы поддерживать постоянной скорость передачи данных в тракте передачи, чтобы регулировать таким образом количество данных. Как описано выше, оценщик движения 12 генерирует данные режима I, B и P и соответственно данным режима генерирует как данные видеосигнала, так и данные вектора движения.
Первый сумматор 14 суммирует выходные данные видеосигнала от кадрового хранителя/предсказателя 28 с выходными данными видеосигнала от оценщика движения 12.
Дискретный косинусный преобразователь (DСT) 16 производит энергетическое уплотнение данных видеосигнала, выдаваемых первым сумматором 14 для осуществления дискретного косинусного преобразования в общем распределенного видеосигнала и производит плотное распределение обработанного таким образом видеосигнала в определенной области.
Квантизатор 18 Q квантизирует энергетически уплотненный видеосигнал с выхода схемы DCT 16 в заданные уровни квантизации (уровни Q или ступеньки) и производит кодирование по ходу-длине квантизированного видеосигнала.
Кодирование переменной длины (VLC) производится в схеме 20, которая уплотняет квантизированный и закодированный по ходу-длине видеосигнал, выдаваемый квантизатором 18. То есть среди сигналов, имеющих 256 уровней, представленных восемью битами, высокочастотные данные представлены меньшим количеством битов, а данные с меньшей частотой представлены большим количеством битов. Соответственно уменьшается итоговое количество битов, представляющих видеосигнал. С другой стороны, деквантизатор Q-1 22 принимает квантизированные видеосигналы с выхода квантизатора 18 и восстанавливает принятый сигнал в сигнал до квантизации.
Схема обратного DCT (DCT-1) 24 принимает выход деквантизатора 22 и восстанавливает принятый сигнал в сигнал до того, как над ним произвели операцию дискретного косинусного преобразования.
Второй сумматор 26 суммирует выход схемы DCT-1 24 с выходом кадрового хранителя/предсказателя 28.
Кадровый хранитель/предсказатель 28 компенсирует движение в предыдущем изображении, которое хранится в памяти, после того как оно было выдано со второго сумматора 26 соответственно данным вектора движения и выходным данным режима от оценщика движения 12.
Мультиплексор 30 селективно выдает данные видеосигнала, уплотненные и генерируемые схемой VLC 20, данные вектора движения и данные режима I, B и P, генерируемые оценщиком движения 12.
Буфер 32 временно хранит данные, так как длина данных с мультиплексора 30 неравномерна, чтобы затем выдать запомненные данные с постоянной скоростью. Здесь буфер 32 определяет уровень квантизации соответственно полноте данных и управляет квантизатором 18 через регулятор 34 на основе уровня квантизации. Если полнота данных в буфере 32 высокая, уровень квантизации повышается, чтобы уменьшить количество данных. Между тем, если полнота данных низка, уровень квантизации понижается, чтобы увеличить количество данных.
Как описано выше, видеосигнал, количество выходных данных которого непрерывно регулируется, в конце концов записывается на носителе записи (ленте). Также для записи на ленте один кадр видеоданных делится и записывается на четырех видеодорожках, соответственно конкретным характеристикам ЦВКР. Однако, так как видеосигнал делится и записывается на нескольких дорожках по описанному выше обычному способу, при операциях специальных режимов типа поиска с высокой скоростью, восстановление изображения невозможно.
Рассматривая поставленную выше проблему сделать возможным скоростной поиск в таком цифровом ВКР, был предложен отдельный метод записи одного кадра видеосигнала на ожидаемой дорожке записи головки при работе в специальных режимах. Однако, так как метод должен точно оценивать положение этой дорожки и точно следить за ней во время такой работы, встретились различные технические трудности и имеются проблемы при пользовании. Также, поскольку постоянство скорости данных неполностью достигнуто, количество межкадровых данных неодинаковое.
С другой стороны, так как уплотненные и закодированные данные отличаются от аналогового сигнала, количество данных в заданном участке изображения не соответствует заданной величине первоначального изображения. Поэтому при специальных режимах, качество воспроизведения первоначального изображения может не быть выше, чем аналогового сигнала. Так как может остаться невосстановленный участок при восстановлении уплотненных цифровых данных при специальных режимах, нужно добавлять правильный сигнал в этой области, чтобы предотвратить снижение качества изображения.
Поэтому целью данного изобретения является дать способ записи изображений в цифровом видеокассетном рекордере, способный улучшить качество воспроизведенного изображения посредством поддержания постоянной скорости выдачи информации для записи на носитель записи и снижения потерь информации при специальных режимах, используя в то же время преимущества высокого уплотнения данных при межкадровом методе кодирования.
Другой целью изобретения является дать способ записи изображений в цифровом видеокассетном рекордере посредством добавления определенных данных изображения на ленту, чтобы избежать появления пустых мест на изображении посредством эффективного заполнения изображения с уплотненными цифровыми данными при работе в специальных режимах.
Для достижения указанной выше цели, предложен способ записи изображений на цифровом видеокассетном рекордере блоков групп изображений (GOP), состоящих из произвольного комбинирования I-изображения, кодированного с использованием только информации самого соответствующего изображения, B-изображения, кодированного с использованием компенсирующего движение предсказания из прошлого и/или будущего опорного изображения и P-изображения, кодированного с использованием компенсирующего движение предсказания из прошлого опорного изображения, отличающийся тем, что низкочастотные данные каждого блока синхронизации I-изображения записывают на определенном расстоянии на каждой дорожке для I-изображения, B-изображения и P-изображения, высокочастотные данные каждого блока синхронизации I-изображения последовательно записывают в незаписанную пустую зону дорожек для I-изображения, данные P-изображения последовательно записывают в зону, которая остается после записи низкочастотных данных I-изображения на дорожках для P-изображения, а данные B-изображения последовательно записывают в зону, которая остается после записи низкочастотных данных I-изображения на дорожках для B-изображения.
Далее для достижения другой цели изобретения предложен способ записи изображений на цифровом видеокассетном рекордере, в котором уплотненный цифровой видеосигнал каждого подизображения кадра, разделенного на заранее заданное число подизображений, разделяют на низкочастотные данные и высокочастотные данные, так что низкочастотные данные записывают на дорожках на определенном расстоянии длины ленты, а высокочастотные данные последовательно записывают на остальной зоне дорожек, отличающийся тем, что заранее заданное количество подизображений разделяют на множество групп соответственно заранее заданному методу, и затем низкочастотные данные всех подизображений, которые принадлежат к одной и той же группе, записывают вместе в зону записи низкочастотных данных каждого подизображения, принадлежащего к одной и той же группе.
Указанные выше цели и другие преимущества данного изобретения станут более понятными при подробном описании предпочтительного варианта воплощения со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых:
фиг. 1 - блок-схема обычного кодирующего устройства для движущихся изображений;
фиг. 2 - пример формата записи на ленте, в котором данные записываются по способу записи изображения в ЦВКР по данному изобретению;
фиг. 3 - еще один формат записи на ленте по данному изобретению;
фиг. 4A-C - изображение, составленное из множества подизображений; и
фиг. 5 - тип блока синхронизации для осуществления операций специальных режимов, по данному изобретению.
Настоящее изобретение будет ниже описано со ссылкой на сопровождающие чертежи фиг. 1 - 3. На фиг. 2 один кадр цифровых видеоданных записывается на четырех дорожках на носителе записи 100. Как для изображений, полученных методом уплотнения подвижных изображений, один набор состоит из I-изображения, закодированного с использованием только информации самого соответствующего изображения, B-изображения, закодированного с использованием компенсирующего движение предсказания в обоих направлениях, то есть из прошлого и/или будущего опорного изображения, и P-изображения, закодированного с использованием компенсирующего движение предсказания из прошлого опорного изображения, то есть I-изображения. Другой набор состоит только из I-изображения и P-изображения. Изобретение в качестве примера будет описано со ссылкой на первый вариант.
Когда подлежащие записи изображения состоят из I-изображения, B-изображения и P-изображения, хотя могут быть много наборов в порядке изображений, подлежащих записи на дорожках носителя записи 100, будет пояснен набор, записываемый в порядке [I, В, В, P, В, В, Р..., I]. Конечно, цифровые данные 1- изображения, B-изображения и P-изображения соответственно записывают на четырех дорожках носителя записи 100.
Способ записи видеосигнала по изобретению будет ниже описан сначала со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 2 низкочастотные данные I-изображения, которое представляет контуры изображения, записывают на площадях записи низкочастотных данных 120, периодически формируемых на четырех дорожках, составляющих I-изображения. Низкочастотные данные I-изображения также периодически записываются в низкочастотных площадях 120, периодически формируемых на дорожках B-изображений и P-изображения. Высокочастотные данные I-изображения записывают на площадях записи высокочастотных данных 110, периодически формируемых на четырех дорожках, составляющих I-изображение. Данные P-изображения и P-изображения записывают в части, где имеются не записанные низкочастотными данными I-изображения участки.
Далее по способу записи видеосигналов на ЦВКР по изобретению фиксация количества данных осуществляется группированием N изображений в одну группу. Здесь N является любым целым числом больше единицы. Группа называется группой изображений (GOP). Длина дорожки (определяемая размером буфера, или длиной максимального размера, занимаемого данными, хранящимися в буфере) представляет собой остающуюся область записи данных 130, для каждой GOP. Таким образом, данные, остающиеся в буфере, записывают в остальной площади записи данных 130 носителя записи 100, каждый раз, когда заканчивается операция кодирования GOP. Это позволяет зафиксировать количество данных. На самом деле количество потерянных данных уменьшается потому, что при специальных режимах, достаточно большая область на носителе записи используется в качестве площади для записи остальных данных.
Как описано выше, низкочастотные данные I-изображения регулярно записываются опять на других дорожках. Таким образом, в любом режиме увеличенной скорости потеря данных уменьшается. Конечно, за счет использования только низкочастотных данных, качество изображения снижается. Однако, если качество изображения снижается лишь незначительно, человеческий глаз не может воспринять этого в режиме произвольной повышенной скорости. Соответственно при фактическом использовании проблем не возникает.
Если потребляются данные со скоростью 15 мегабит в секунду при кодировании по методу подвижных изображений, данные со скоростью примерно 5 мегабит в секунду могут с успехом использоваться при специальных режимах работы. То есть если полное количество данных менее 20 мегабит в секунду, то это вполне приемлемая скорость данных для среды записи, такой как магнитная лента.
Как описано выше, на фиг. 2 низкочастотные внутрикадровые данные записывают как регулярные и повторяющиеся участки в GOP. Поэтому потерянное количество данных достаточно мало, хотя среда записи движется в режиме произвольно увеличенной скорости, так что можно получить восстановленное изображение.
Далее ниже будет описан другой вариант воплощения этого изобретения.
На фиг. 3 показан формат ленты по другому варианту воплощения изобретения. Так как формат ленты, показанный на фиг. 3, тот же, что и показанный на фиг. 2, кроме указанных ниже отличий, эти разъяснения будут опущены.
Отличие варианта воплощения по фиг. 3 от варианта воплощения по фиг. 2 заключается в том, что остающаяся площадь записи данных в буфере не предусмотрена в последней части GOP. В общем случае для кодирования и декодирования процесс кодирования независимо проводится в блоках GOP. Поэтому остающаяся площадь для записи данных 130, соответствующая буферу на фиг. 2, не может быть получена за счет правильной регулировки скорости выдачи информации буфером.
Далее ниже со ссылками на фиг. 4A-C и фиг. 5 будет описан способ записи видеосигнала для достижения другой цели изобретения.
Как описано выше, это изобретение направлено на поддержание функции специальных режимов воспроизведения при уплотнении подвижного изображения и записи его на ленту, при этом более точно восстанавливая изображение в режиме поиска при быстрой перемотке вперед и назад.
Вообще говоря, трудно совершенно точно воспроизвести изображение вследствие характеристик уплотненной цифровой информации, даже если блок синхронизации привязан к определенной площади изображения. Рассматривая эту проблему, данное изобретение предлагает новый способ записи, где количество данных, считываемое магнитной головкой, увеличено, чтобы получить улучшенное воспроизведение изображения. То есть на основе описанного выше способа записи, который разделяют один блок синхронизации на низкочастотные данные и высокочастотные данные и записывает разделенные по частоте данные, это изобретение принимает к использованию способ, который записывает не только низкочастотные данные определенной части изображения, но также низкочастотные данные различных частей изображения вместе в площади записи низкочастотных данных 120. Это позволяет, поскольку количество информации, считываемое магнитной головкой увеличивается, и информация равномерно распределена по всему изображению, качество воспроизведения изображения в специальных режимах может быть улучшено.
Для этой цели изображение, во-первых, разделяется на несколько подизображений, которые потом перегруппируются по наперед заданному способу. То есть одно изображение составляется из нескольких групп, и каждая группа состоит из нескольких подизображений.
Имеется два метода группирования подизображений. Один - группировать по определенному правилу, а другой - группировать произвольно по случайному закону.
Сначала опишем первый метод. Одно изображение может быть разделено на множество подизображений (или макроблоков), как показано на фиг. 4A в случае кинопрограммы со скоростью чередования тридцать кадров в секунду. Имеются L подизображений в изображении, как можно определить из уравнения (1), в котором принято, что изображение имеет H пикселей по горизонтали и V пикселей по вертикали, а подизображение имеет h пикселей по горизонтали и v пикселей по вертикали.
L=[H/h] [V/v] (1)
Здесь символ [β] представляет максимальное целое число, не превышающее β. Подизображения группируются следующим образом с использованием концепции остаточного набора в случае изображения, делимого на L подизображений. Именно, как показано на фиг. 4A, B и C, когда подизображения нумеруются последовательно слева направо и сверху вниз, и последовательные подизображения делятся на делитель заранее определенной величины, причем число имеет тот же остаток, то есть подизображение, соответствующее тому же остаточному набору, классифицируется в одну и ту же группу.
Соответственно описанному выше способу, одно изображение делится на некоторое количество групп, таким образом осуществляется запись как низкочастотных данных других подизображений той же самой группы, так и низкочастотных данных соответствующего самого подизображения в площади записи низкочастотных данных 120 каждого подизображения, принадлежащего к той же группе. Подизображение имеет блок синхронизации, представляющий подизображение. Соответственно, группы данных, которые идентичны друг другу, записываются на площади для записи низкочастотных данных 120 блока синхронизации каждого подизображения, принадлежащего к тому же остаточному набору, тогда как первоначальные данные каждого подизображения, то есть группы данных, которые отличаются друг от друга, записываются на площади записи высокочастотных данных 110. Другими словами, не только низкочастотные данные самого подизображения, но также низкочастотные данные других подизображений, которые входят в остаточный набор, включая само подизображение, записываются в площадь записи низкочастотных данных 120 каждого подизображения, принадлежащего к определенному остаточному набору. В то же время в области записи высокочастотных данных 110 каждого подизображения, записывают только высокочастотные данные самого соответствующего подизображения.
Подробнее описание этого будет дано ниже со ссылкой на фиг. 4B и 5. Принимается, что имеется изображение, состоящее из шестнадцати подизображений в целом как показано на фиг. 4B. На фиг. 4B принято, что делимое L, то есть количество подизображений, равно 16. Низкочастотные данные только самого подизображения записаны в площади записи низкочастотных данных 120 каждого блока синхронизации в случае MOD (L, 16). В случае MOD (L, 8) данные площади записи низкочастотных данных 120 блока синхронизации 1 совпадают с таковыми для блока синхронизации 9. В случае MOD (L, 4), площади записи низкочастотных данных 120 блоков синхронизации 1, 5, 9, и 13 имеют одни и те же данные.
Если вышеприведенный пример представить в общем виде и при MOD(L, n)= α , те же данные записываются в области записи низкочастотной информации блоков синхронизации подизображений, чьи последовательно присвоенные номера есть α, , n+ α, 2n+ α ..., mn+ α (где mn меньше или равно L, a m, n и α являются положительными целыми числами). Это показано на фиг. 5, где блок синхронизации состоит из области синхронизации, области идентификации, области записи низкочастотной информации 120, области записи высокочастотных данных 110 и области соответствия. Здесь код синхронизации записан в области синхронизации, идентификационный номер определенного подизображения записан в области идентификации, код коррекции ошибок записан в области соответствия. Кроме того, в то время как высокочастотные данные определенного подизображения для него самого записываются в области записи высокочастотных данных 110, не только низкочастотные данные определенного подизображения для него самого, но также и низкочастотные данные других подизображений, классифицированных как принадлежащих к той же группе подизображений, записываются вместе в области записи низкочастотных данных 120. В вышеприведенном описании низкочастотные данные могут содержать либо одну составляющую постоянного тока, либо составляющую постоянного тока вместе с низкочастотной компонентой переменного тока.
С другой стороны, может использоваться таблица-карта в качестве метода случайной произвольной группировки подизображений как показано на фиг. 4С, не используя метода, использующего концепцию остаточного набора MOD (L, n), объясненного выше. Использование таблицы случайных положений может быть немного более выгодным и гибким в смысле повышения качества воспроизведения изображения в точке, так что подизображение может быть смешано нерегулярно или однородно. То есть, если низкочастотные данные, записанные вместе, сделать сигналом подизображения, распределенный равномерно по всему изображению, качество воспроизведения изображения при специальном режиме воспроизведения будет соответственно улучшено. Также эффект от такого способа записи будет различен в зависимости от плотности записи на ленте. Если плотность записи становится достаточно высокой вследствие дальнейшего технического развития, то можно будет записывать гораздо больше низкочастотных данных подизображений в области низкочастотной записи 120 одного подизображения, что значительно повысит качество изображения при специальных режимах воспроизведения.
Как описано выше, метод межкадрового кодирования может эффективно использоваться в ЦВКР по изобретению, так как этот способ может фиксировать скорость выдачи битов данных для записи на ленту. Также данное изобретение позволяет воспроизводить изображения в специальных режимах, даже если носитель записи протягивается с произвольной увеличенной скоростью, если расцифровывается один блок синхронизации, то данные других подизображений, классифицированных в эту же группу, что и блок синхронизации, восстанавливаются одновременно. Кроме того, это изобретение может поднять качество изображений при специальных режимах воспроизведения посредством записи участков с низкочастотными данными каждого подизображения, которое принадлежит к той же группе.
Изобретение относится к накоплению информации. Сущность изобретения: способ записи изображений на цифровом видеокассетном рекордере блоков групп изображений (GOР), состоящих из произвольного комбинирования I-изображения, кодированного с использованием только информации самого соответствующего изображения, В-изображения, кодированного с использованием компенсирующего движение предсказания из прошлого и/или будущего опорного изображения, и Р-изображения, кодированного с использованием компенсирующего движение предсказания из прошлого опорного изображения. Особенность способа состоит в том, что низкочастотные данные каждого блока синхронизации I-изображения записывают на определенном расстоянии на каждой дорожке I-изображения, В-изображения и Р-изображения, высокочастотные данные каждого блока синхронизации I-изображения последовательно записывают в незаписанную зону дорожек для I-изображения, данные Р-изображения последовательно записывают в зону, которая остается после записи низкочастотных данных I-изображения на дорожках для Р-изображения, а данные В-изображения последовательно записывают в зону, которая остается после записи низкочастотных данных I-изображения на дорожках для В-изображения. Благодаря поддержанию постоянной скорости выдачи информации для записи на носитель записи и снижения потерь информации при специальных режимах улучшается качество воспроизведенного изображения с сохранением преимущества высокого уплотнения для метода интеркадрового кодирования. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
