JP2004110876A

JP2004110876A - 映像データの符号化レート制御方法

Info

Publication number: JP2004110876A
Application number: JP2002268489A
Authority: JP
Inventors: Koji Iwashita; 岩下　幸司
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US20040052508A1

Abstract

【課題】ディスク上に記録されたＭＰＥＧ２−ＴＳパケットデータの編集を高速化するための符号化レート制御方法の提供。
【解決手段】ディスク上に映像／音声情報を符号化して記録する際に、符号化レートをパケットデータサイズとディスクのセクタサイズの最小公倍数の整数倍のデータサイズを基準として設定する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどのディスク状記録媒体にＭＰＥＧ２−ＴＳデータを記録する際の前記データの符号化レート制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、日本国内及び欧米における衛星ディジタル放送や地上ディジタル放送等においての情報圧縮された映像信号及び音声信号を伝送するデータ方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣ　１３８１８として規定されるＭＰＥＧ−２トランスポートストリーム（以下ＭＰＥＧ−２　ＴＳと呼称）が適用されている。
【０００３】
ＭＰＥＧ−２　ＴＳは放送されるプログラムの映像や音声それぞれに対応する情報データを持つ１８８バイト固定長のＭＰＥＧ−２ＴＳパケットと呼ばれる単位で時分割多重化されている。このように放送プログラムに対応するＭＰＥＧ−２　ＴＳを、受信側において送信側と同じ情報圧縮されたディジタル信号の状態のままで、例えばハードディスクや光ディスクなどのランダムアクセス可能なディスク状記録媒体に書き込み記録やデータファイルとして保存管理することができれば、画質や音質をまったく劣化させることなく、高品質のＡＶプログラムを随時繰り返して視聴することや、即応性の高いランダムアクセス再生及び自由度の高いプログラム編集が可能となり得る。
【０００４】
また、最近では、ＭＰＥＧ２−ＴＳの用途は放送に限らずディスクカムコーダなどの個人ユースの映像／音声を録画及び再生する機器においても利用され始められている。
【０００５】
一方、既存のハードディスクや光ディスク等のランダムアクセス可能なディスク状記録媒体においては、通常ＦＡＴ（Ｆｉｌｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｔａｂｌｅ）やＵＤＦ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｄｉｓｋ　Ｆｏｒｍａｔ）等のファイルシステムに基づいて、セクタと呼ばれるロジカルブロック（例えば２０４８バイト）を単位として、ディスクアクセスが行われている。
【０００６】
このような現行のファイルシステムのディスク上に存在するデータを管理する仕様として、以下のような規定がなされている。
１．記録書き込みが開始するデータの位置は必ずセクタの先頭から開始しなければならない。
２．データファイルの終端が存在するセクタ以外で、セクタの途中でデータが途切れてはならない。
３．異なるデータファイルが重複するセクタ領域を有してはならない。
【０００７】
上記の現行ファイルシステムをもつディスク状記録媒体を用いた記録再生装置に対して、ＭＰＥＧ−２　ＴＳデータを記録し或いは再生する場合についても、この規定に準拠する必要がある。
【０００８】
図３に示したように、ディスク上に記録されるＭＰＥＧ−２　ＴＳデータの構造は、ディスクのセクタ内に複数の連続した１８８バイトのデータ長をもつパケットとして記録され、最後以外のセクタは２０４８バイトすべてにデータが書き込まれる。
【０００９】
このように記録されたデータを、ファイルとして管理する方法として表１に示すようなファイルシステム情報で、ユーザーが任意に定義可能なファイル名情報及び該ファイルの内容がディスクのどのセクタ位置から開始し、どれくらいのデータサイズをもっているかという関連付けが行われる。
【００１０】
このファイルシステム情報を元に、ユーザーはディスクのどの位置にどのデータが存在するかを意識せず、ファイル名を指定するだけで、再生及び編集等のディスクアクセスが可能となる。
【００１１】
しかしながら、ＭＰＥＧ規格で定められるＭＰＥＧ−２　ＴＳを構成するパケットは１８８バイト固定長を単位としているため、上述したようなファイルシステムをもつディスク状記録媒体の記録再生装置において、ユーザーがディスクに記録されているＭＰＥＧ−２　ＴＳデータを分割あるいは結合といった編集処理を要求した場合、このセクタ境界とＴＳパケット境界の不適合性に起因するアライメント調整処理が不可避となる。
【００１２】
従来例として図３で示した現行のファイルシステムをもつディスク記録再生装置における分割処理例を図５〜図８と図９を用いて説明する。
【００１３】
図５〜図８にはディスク上に記録されたＭＰＥＧ−２　ＴＳパケットデータと分割処理によるディスク上のデータ構造の変遷を示す。図９には分割処理手順をフローチャートとして示した。
【００１４】
図５に示すようなディスク状記録媒体上に記録したデータファイルＦＩＬＥ００００に関して、図中に示すＭＰＥＧ−２　ＴＳパケットデータ境界位置１８８＊ｎ_ＤＩＶで、ユーザーがファイルの分割を所望した場合（ＳＴＥＰ１）、ファイル先頭から分割位置までのデータは、ファイルシステム情報においては新規ファイル名ＦＩＬＥ０００１として登録し、位置情報は既存ファイルＦＩＬＥ００００の開始セクタ位置＃Ｎを、分割位置までのファイルサイズ１８８＊ｎ_ＤＩＶを登録する（ＳＴＥＰ２）。
【００１５】
次に、図６に示すように、分割位置１８８＊ｎ_ＤＩＶ以降のデータは、まず初めに分割位置から次に連続するセクタＮ＋１までのデータサイズＬを次式（１）より算出し（ＳＴＥＰ３）、続いてこのＬを元に１８８バイトのパケット境界とセクタ境界のアライメントを取るために追加すべきダミーＴＳパケット数ｎ_{ｄｕｍｍｙ}を次式（２）を満たすｎ_{ｄｕｍｍｙ}から算出する（ＳＴＥＰ４）
Ｌ＝２０４８−（１８８＊ｎ_ＤＩＶ　ｍｏｄ　２０４８））−−−（１）
（Ｌ＋１８８＊ｎ_{ｄｕｍｍｙ}）ｍｏｄ　２０４８＝０−−−−−−（２）
但しＡ　ｍｏｄ　Ｂにおける演算子ｍｏｄは、ＡをＢで除算した際の剰余を表すものである。
【００１６】
このｎ_{ｄｕｍｍｙ}を元にディスク上に存在する未記録セクタＸを検索し、そのセクタ先頭から１８８＊ｎ_{ｄｕｍｍｙ}バイト分ダミーＴＳパケットの書き込みを行う（ＳＴＥＰ５）
【００１７】
次に、図７に示すように、対象となるＭＰＥＧ−２　ＴＳデータの分割位置１８８＊ｎ_ＤＩＶが存在するセクタ番号＃Ｎ_ＤＩＶを次式（３）より算出する（ＳＴＥＰ６）
＃Ｎ_ＤＩＶ＝＃Ｎ＋１８８×ｎ_ＤＩＶ／２０４８−−−−−−−−−（３）
式（３）より求めたセクタ位置＃Ｎ_ＤＩＶから１セクタ分（本発明の従来例及び実施例では２０４８バイトと仮定）をランダムアクセスメモリ等のバッファに読み込み、メモリ上の読み込み開始位置から２０４８−Ｌバイト分のデータをダミーＴＳパケット情報に置き換える（ＳＴＥＰ７）。
【００１８】
さらに、図８に示すように、ディスク上のダミーＴＳパケットを記録開始したセクタ＃Ｘから１８８×ｎ_{ｄｕｍｍｙ}バイトの記録を終えたセクタ番号＃Ｘｅｎｄを次式（４）より算出する（ＳＴＥＰ８）
＃Ｘｅｎｄ＝＃Ｘ＋（１８８×ｎ_{ｄｕｍｍｙ}）／２０４８−−−−（４）
ＳＴＥＰ７でメモリ上に読み込んだセクタデータをセクタ＃Ｘｅｎｄから２０４８バイト分、上書き記録する（ＳＴＥＰ９）
【００１９】
以上の処理を行った後、アクセス開始セクタ＃Ｘ、アクセスデータサイズ１８８×ｎ_{ｄｕｍｍｙ}＋Ｌバイト、及びアクセス開始セクタ＃Ｎ＋２、アクセスデータサイズ１８８＊ｎ１−１８８＊ｎ_ＤＩＶ−Ｌバイトの位置とサイズ情報を分割後ファイルＦＩＬＥ０００２として、ファイルシステムに登録し、ＭＰＥＧ−２ＴＳパケットデータの分割処理を終える（ＳＴＥＰ１０）。
【００２０】
【発明が解決しようとしている課題】
このようなＭＰＥＧ−２　ＴＳパケットデータを、ユーザーが分割等の編集を行なう場合には１８８バイトのＴＳパケットを単位として行われるが、同時にファイルシステム上において編集データにアクセス可能とするために該データ編集位置がセクタ境界を満たすデータ構造でアライメントを取らなければならない。
【００２１】
そのため従来においては、編集データにＮＵＬＬデータからなるダミーデータを付加することにより上記アライメントを取っていた。しかし、このような方法では、編集の度に空き領域を検索し、ダミーデータ領域を確保しなければならないため、編集処理のスループットが低下し、装置としての使い勝手が悪くなるという問題があった。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するために、複数のセクタを有する記録媒体上に記録される映像データの符号化レート制御方法において、パケットデータサイズと前記媒体のセクタサイズの最小公倍数の整数倍のデータサイズを基準として符号化レートを設定している。
【００２３】
係る構成によれば、セクタ領域の境界とパケットデータの境界が一致するため編集毎に両者のアライメンとをとる必要がなくなる。そのため、空き領域の検索やダミーＴＳパケットの記録が必要なく、分割、結合、部分削除、挿入などの編集処理を容易、且つ迅速に実行できる。
【００２４】
また、前記映像データ（ＭＰＥＧ２−ＴＳデータ）のパケットサイズを１８８ＫＢ、前記セクタサイズを２０４８バイト固定長とし、１８８バイトと２０４８バイトの最小公倍数である９６２５６（９４ＫＢ）の整数倍を１ＧＯＰサイズとし、このＧＯＰサイズを基準として符号化レートを設定することにより、全てのＧＯＰが整数個のセクタから構成されるため、ＧＯＰ単位での編集処理が容易、且つ迅速になる。
【００２５】
また、符号化レートは可変とすることにより、画質の維持と編集の容易性を両立させることが可能とある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施例）
先ず、本発明の実施例を説明する前に、ＭＰＥＧ２方式における圧縮符号化された圧縮情報信号におけるＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ　Ｏｆ　Ｐｉｃｔｕｒｅ）と称される情報単位について、図４を用いてその概要を説明する。なお、図４は一つのＧＯＰを構成する複数のフレーム画像の例を示している。図４では、一つのＧＯＰが１５枚のフレーム画像（再生時間に換算して約０．５秒）から構成されている場合を示している。なお、ＭＰＥＧ２方式では一つのＧＯＰに含まれるフレーム画像数は一定ではないので実際にはこれ以外の枚数の場合もありえる。
【００２７】
この１５枚のフレーム画像の内、符号「Ｉ」で示されるフレーム画像はＩピクチャ（Ｉｎｔｒａ−ｃｏｄｅｄ　ｐｉｃｔｕｒｅ：イントラ符号化画像）と呼ばれ、自らの画像のみで完全なフレーム画像を再生することができるフレーム画像をいう。
【００２８】
また、符号「Ｐ」で示されるフレーム画像は、Ｐピクチャ（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ−ｃｏｄｅｄ　ｐｉｃｔｕｒｅ：前方予測符号化画像）と呼ばれ、既に復号化されたＩピクチャ又は他のＰピクチャに基づいて補償再生された予測画像との差を復号化するために生成される予測画像である。
【００２９】
更に、符号「Ｂ」で示されるフレーム画像は、Ｂピクチャ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ−ｃｏｄｅｄ　ｐｉｃｔｕｒｅ：両方向予測符号化画像）といい、時間的に先行したＩピクチャ又はＰピクチャのみでなく、時間的に後行するＩピクチャ又はＰピクチャをも予測に用いて再生される予測画像をいう。
【００３０】
図４においては、各ピクチャ間の予測関係（補間関係）を矢印で示している。
【００３１】
次に本発明の具体的構成について説明する。図２に映像信号符号化装置のブロック図を示す。カメラ１で撮影した映像を一時ＡＶメモリ２に貯え、ＭＰＥＧエンコーダー３において所定の符号化レートでＭＰＥＧ２−ＴＳパケットデータに符号化する。符号化されたデータは、キャッシュメモリ４に貯えられ、その後ディスク５に記録される。ディスクへの記録再生の制御は、制御部６で行なう。ディスクから読み出したデータは、キヤッシュメモリ４に貯え、ＭＰＥＧデコーダ７にてデコードされ、ＡＶメモリ２を介してＬＣＤ等の表示装置に表示される。
【００３２】
本発明では、ＭＰＥＧ−２　ＴＳパケットデータの１８８バイトとディスクのセクタサイズの２０４８バイトの最小公倍数を算出し、その最小公倍数の整数倍のデータサイズをＧＯＰサイズとしている。そして、符号量制御部８は、指定されたＧＯＰサイズになるようにＭＰＥＧエンコーダ３の符号化レートを制御している。そのため、一つのＧＯＰはＭＰＥＧ２−ＴＳパケットデータの整数個、セクタの整数個で構成されることとなる。この結果、ＧＯＰの境界は必ずセクタ境界と一致することとなる。
【００３３】
パケットサイズ１８８バイト固定長のＭＰＥＧ−２　ＴＳパケットデータをセクタサイズ２０４８バイト固定長のファイルシステム（ＵＤＦの場合）をもつディスクに記録する場合のＧＯＰサイズと符号量の対応表を図１に示す。例えば、１８８バイトと２０４８バイトの最小公倍数である９６２５６（９４ＫＢ）の４倍である３８５０２４（３７６ＫＢ）を１ＧＯＰサイズとすれば、図１の対応表から３．０８０１９２Ｍｂｐｓで符号化を行なえばよいことが分かる。
【００３４】
次に、上記のように符号化及びディスクに記録されたＭＰＥＧ２−ＴＳパケットデータを分割処理する場合について説明する。図１０にディスク上に記録されたトランスポートデータとディスク上のデータ構造の変遷を示し、図１１に分割処理手順をフローチャートとして示す。
【００３５】
図１０に示すようなディスク状記録媒体上に記録したデータファイルＦＩＬＥ０００（アクセス開始セクタｎ、データサイズ９４ｋ×ｉ）に関して、図中に示すＭＰＥＧ２−ＴＳパケットデータ境界位置９４ｋ×ｍでユーザーがファイルの分割を所望した場合（ＳＴＥＰ１）、ファイル先頭から分割位置までのデータは、ファイルシステム情報においては新規ファイル名ＦＩＬＥ００１として登録し、位置情報は既存ファイルＦＩＬＥ０００の開始セクタ位置ｎを、分割位置までのファイルサイズ９４ｋ×ｍを登録する（ＳＴＥＰ２）。
【００３６】
次に、分割位置９４ｋ×ｍ以降のデータに関して、まず開始セクタ番号ｄを次式から算出する。
ｄ＝（ｎ＋９４ｋ×ｍ／２０４８）
【００３７】
次に、次式よりデータサイズｅを算出する（ＳＴＥＰ３）。
ｅ＝９４ｋ×（ｉ−ｍ）
【００３８】
以上により、アクセス開始セクタｄ、アクセスデータサイズ９４ｋ×（ｉ−ｍ）バイトの位置とサイズ情報を分割後ファイルＦＩＬＥ００２として、ファイルシステムに登録し、ＭＰＥＧ２−ＴＳのデータ分割処理を終える（ＳＴＥＰ４）。
【００３９】
なお、符号化レートは、映像データの符号化の最初から終わりまで固定でなく、映像データの内容に応じて途中で任意に変更することも可能である。
【００４０】
例えば、映像データの前半を４．６２０２８８Ｍｂｐｓで符号化し、後半を７．７００４８Ｍｂｐｓで符号化した場合でも、図１から分かるようにそれぞれのＧＯＰサイズが９４ＫＢｔｙｔｅの整数倍になる。よって、符号化の開始から終わりまでの間で符号化レートを図１に示す任意の値に変更しても、全てのＧＯＰが整数個のセクタから構成されることになり、編集が容易となる。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の符号化レート制御方法においては、パケットデータサイズと媒体のセクタサイズの最小公倍数の整数倍のデータサイズを基準に符号化レートの設定を行っているため、セクタ領域の境界とパケットデータの境界が一致することとなる。そのため、編集毎に両者のアライメンとをとる必要がなくなり、空き領域の検索やダミーＴＳパケットの記録が必要なく、その結果、ディスク上のデータアドレス管理を行なうファイルシステムへのアクセス回数の低減、さらにはＣＰＵの演算処理回数の低減による高速化が期待でき、分割、結合、部分削除、挿入などの編集処理を容易、且つ迅速に実行可能である。
【００４３】
また、符号化レートの基準となるデータサイズを可変とし、その値を大きくとることにより、符号化レートを上げることが出来、高画質な映像の記録再生も同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に関わるＧＯＰサイズと符号化レート対応表。
【図２】本発明の符号化レート制御方法を実行する映像信号符号化装置のブロック図。
【図３】ディスク状記録媒体に記録されるＭＰＥＧ２データの構造図。
【図４】ＧＯＰを構成するフレーム画像の例を示す図。
【図５】従来のＭＰＥＧ２データファイルの分割処理を示す図。
【図６】従来のＭＰＥＧ２データファイルの分割処理を示す図。
【図７】従来のＭＰＥＧ２データファイルの分割処理を示す図。
【図８】従来のＭＰＥＧ２データファイルの分割処理を示す図。
【図９】従来のＭＰＥＧ２データファイルの分割処理のフローチャート。
【図１０】本発明におけるＭＰＥＧ２データファイルの分割処理を示す図。
【図１１】本発明におけるＭＰＥＧ２データファイルの分割処理のフローチャート。

Claims

複数のセクタを有する記録媒体上に記録される複数のパケットデータから構成された映像データの符号化レート制御方法において、パケットデータサイズと前記媒体のセクタサイズの最小公倍数の整数倍のデータサイズを基準として符号化レートを設定することを特徴とする符号化レート制御方法。
前記映像データはパケットサイズが１８８ＫＢのＭＰＥＧ２−ＴＳデータであり、前記セクタサイズは２０４８バイト固定長であり、１８８バイトと２０４８バイトの最小公倍数である９６２５６（９４ＫＢ）の整数倍を１ＧＯＰとし、前記ＧＯＰのサイズを基準に符号化レートを設定することを特徴とする請求項１記載の符号化レート制御方法。
前記符号化レートは可変であることを特徴とする請求項１記載の符号化レート制御方法。