本発明に係る映像記録装置は、圧縮符号� ��された映像データを逆量子化後に再量子化� ��て記録する装置(トランスコーダを含む装置 )、あるいは、圧縮符号化された映像データ� �複号後に再符号化して記録する装置(デコー� ��及びエンコーダを含む装置)、あるいは、そ れら双方の装置の機能を併せ持った装置であ る。以下、本発明に係る映像記録装置につい て、録画再生装置を例に挙げて説明するが、 これに限ったものではない。

 図1は、本発明の一実施形態に係る録画再 生装置の構成例を示すブロック図である。図 1で例示する録画再生装置10は、チューナ12、� ��ランスコーダ13、入出力インタフェイス(入� ��力I/F)14、デコーダ16、HDD17、リモコン受信部 18、表示出力部19、音声出力部20、及び、装置 全体を制御するためのCPUやROM等で構成される 制御部15を備えている。制御部15では、以下� �説明するような処理手順を実行するための� �ンピュータ読み取り可能なプログラムを、CP Uで実行可能にROM等に格納しておけばよい。

 チューナ12は、デジタル放送波を受信で� �る構成を有する。勿論、チューナ12は、アナ ログ放送波とデジタル放送波の両方を受信で きる構成としてもよいし、アナログ放送波の みを受信できる構成としてもよい。また、STB (Set Top Box)などによりデジタルチューナを外 部接続する場合には、チューナ12を設けなく� ��もよい。

 入出力I/F14は、BD,DVD等の可搬記録媒体を� �着してデータの入出力(書き込み/読み出し)� �行う。また、記録媒体としては、これらの� �搬記録媒体の他に、装置内蔵型の記録媒体� �してHDD17のハードディスクを用いることがで きるが、内蔵型/可搬型の記録媒体はこれら� �限定されるものではない。

 このように、録画再生装置10は、例えば� �デジタルチューナ内蔵のハードディスクレ� �ーダもしくはBDレコーダやDVDレコーダ、ハー ドディスク一体型BDレコーダやDVDレコーダ、� ��るいはデジタルチューナを外部接続可能な� ��ードディスクレコーダもしくはBDレコーダ� �DVDレコーダ、ハードディスク一体型のBDレコ ーダやDVDレコーダなどとして、適宜構成する ことができる。

 リモコン受信部18は、リモコン等の操作� �力手段からの操作信号を受光する受光部を� �え、受光した操作信号を解釈して制御部15に 渡している。なお、操作は録画再生装置10の� ��体に具備した図示しない操作ボタンによっ� ��も可能である。

 表示出力部19は、アンテナ11を経由して受 信したコンテンツや各記録媒体内に記録され たコンテンツの映像データ及び付加データを 、図示しない表示装置に出力する。この表示 装置としては、例えば、CRT(Cathode-ray Tube)装� �、プラズマ表示装置、液晶表示装置、有機/� ��機EL(electroluminescence)装置などが挙げられる� �また、表示出力部19は、制御部15の制御によ� ��て生成される録画コンテンツの一覧や、特� ��の録画コンテンツから生成した複数のサム� ��イルの一覧などを上記表示装置に出力する� ��また、音声出力部20は、アンテナ11を経由し て受信したコンテンツや各記録媒体内に記録 されたコンテンツの音声データを、図示しな いスピーカに音声として出力する。

 録画再生装置10を用いてデジタル放送を� �聴する場合、チューナ12は、アンテナ11から� ��力された高周波信号(デジタル変調信号)を� �調し、その復調信号をデコーダ16に入力する 。デコーダ16は、入力された復調信号を映像� ��号と音声信号と付加信号とに分離して復号� ��た後、その復号信号から表示制御出力信号� ��びそれに同期した音声制御出力信号を生成� ��、その表示制御出力信号を表示出力部19に� �力し、音声制御出力信号を音声出力部20に出 力する。なお、上記表示制御出力信号は、付 加信号から生成された復号信号を映像信号か ら生成された復号信号に重畳した信号に関す る信号である。表示出力部19から出力された� ��示制御出力信号は、録画再生装置10に接続� �れたテレビなどの表示装置に入力され、そ� �表示画面により、ユーザは表示制御出力信� �に対応したデジタル放送番組の映像及び付� �情報を見ることができる。音声出力部20から 出力された音声制御出力信号は、録画再生装 置10に接続されたテレビなどのスピーカ付き� ��示装置に入力され、そのスピーカにより、� ��ーザは音声制御出力信号に対応したデジタ� ��放送番組の音声を聴くことができる。

 なお、チューナ12をアナログ放送受信可� �に構成した場合には、デコーダ16もアナログ 対応可能に構成しておけば、そのアナログ放 送を視聴することが可能であり、その処理は デジタル放送の視聴について説明したものと 同様である。

 また、HDD17やBD等の記録媒体に記録されて いるコンテンツを録画再生装置10により再生� ��る場合、デコーダ16は、HDD17又はBD等に記録� ��れているコンテンツのデータを復号した後� ��映像データ及び付加データについては映像� ��力可能な形式に変換して表示出力部19に出� �し、音声データについては音声出力可能な� �式に変換して、音声出力部20に映像と同期さ せて出力する。表示出力部19、音声出力部20� �出力された各データの再生については、デ� �タル放送の視聴に関して説明した通りであ� �。

 また、録画再生装置10を用いてデジタル� �送番組(デジタル放送コンテンツ)をそのまま 録画する場合、チューナ12は、アンテナ11か� �入力された高周波信号(デジタル変調信号)を 復調してHDD17又はBD等の各種記録媒体に記録� �る。また、録画再生装置10では、BD等の可搬� ��記録媒体に記録されたコンテンツを、入出� ��I/F14を介してHDD17へ移動又はそのままコピー することができ、逆にHDD17に記録されたコン� ��ンツを入出力I/F14を介してBD等の可搬型記録 媒体へ移動又はそのままコピーすることがで きる。

 次に、録画再生装置10を用いて、受信し� �デジタル放送番組や記録済みのコンテンツ� �レート変換して録画する場合について、本� �明の主たる特徴と共に説明する。

 録画再生装置10に具備されるトランスコ� �ダ13は、圧縮符号化された映像データを逆量 子化し、量子化ステップ(量子化幅、量子化� �ケール、量子化係数などとも呼ばれる)を変� ��して再量子化することで、圧縮処理を行う� ��縮手段の一例である。

 トランスコーダ13は、入力されたデータ(� ��力ビットストリーム)に対して、規格を変え ることなく圧縮処理し、圧縮データ(出力ビ� �トストリーム)を出力することが可能に構成� ��れている。また、トランスコーダ13は、MPEG( Moving Picture Experts Group)-2規格のTSデータをH.2 64/AVC(Advanced Video Coding)規格のTSデータへ変換 するなど、入力されたデータをそのデータの 規格と異なる規格のデータに変換することも 可能に構成されている。本発明における圧縮 処理自体は採用する規格に基づき実行すれば よいため、その詳細を説明しない。

 また、トランスコーダ13に入力されるデ� �タは、チューナ12経由で受信した放送コンテ ンツのデータ、入出力I/F14から入力されたBD� �の可搬記録媒体に記録済みのコンテンツの� �ータ、HDD17で読み取ったコンテンツのデータ が挙げられる。従って、トランスコーダ13は� ��受信した放送コンテンツのデータを圧縮し� ��BD等の可搬記録媒体に記録するために入出� �I/F14へ出力するかあるいはHDD17の記憶領域に� ��録するためにHDD17へ出力することや、HDD17か ら読み取ったデータを圧縮し、BD等の可搬記� ��媒体に記録するために入出力I/F14へ出力す� �ことや、BD等の可搬記録媒体から入出力I/F14� ��より読み取ったデータを圧縮し、HDD17に記� �するために出力することが可能となってい� �。

 そして、録画再生装置10は、入出力I/F14や HDD17で例示したように、トランスコーダ13で� �縮された圧縮データを記録媒体に記録する(� ��き込む)記録手段を備える。つまり、トラン スコーダ13から出力されたデータは、入出力I /F14を介してBD等の記録媒体に記録したり、HDD 17に記録したりすることができる。

 本発明においては、上記圧縮手段は、所� ��時間T1以内のビットレートが目標ビットレ� �トに収束するようにレート制御(可変ビット� ��ート制御)を実行しながら、映像データを圧 縮する。ここで、所定時間以内のビットレー トとは、所定時間T1前から現時点までに、映� ��データを圧縮処理した結果のビットレート� ��指す。また、本発明で実行される可変ビッ� ��レート制御は、量子化ステップの変更を含� ��ものとする。この変更(調節)は、圧縮後の� �号量を一定にするようになされる。

 圧縮対象データの情報量は、精細な表示� ��像である場合には多く、粗い表示画像(平坦 な画像)である場合には少ない。また、圧縮� �象データの情報量は、動きが激しい場合に� �くなり、動きが少ない場合に少なくなる。� �って、圧縮対象データの情報量が多い場合� �つまり精細な画像であったり動きが激しか� �たりする映像シーンでは、大きな量子化ス� �ップが採用される。逆に、情報量が少ない� �合、つまり粗い画像であったり動きが少な� �映像シーンでは、小さな量子化ステップが� �用される。このような量子化ステップの決� �方により、圧縮後の符号量を一定にするよ� �な制御が可能となる。

 目標ビットレートには規定値を用いても� ��いが、録画再生装置10を、ユーザ操作によ� �設定可能なように構成しておくことが好ま� �い。つまり、録画再生装置10は、目標ビット レートを設定する目標設定手段を備えること が好ましい。なお、上記所定時間T1も設定可� ��に構成してもよい。

 圧縮手段は、後述する量子化ステップ制� ��手段及び量子化ステップ固定手段を備える� ��この2つの手段は、画像圧縮処理(ここでは� �ランスコーダ13のトランスコード処理)で、HD D17やBD等の大容量メディアに記録することを� ��提にして、画質を保持するために可変ビッ� ��レート制御の設定をルーズに行うための手� ��である。

 量子化ステップ制限手段は、レート制御� ��よる変更後の量子化ステップが、所定の上� ��値を超えないように制限する。ここで、所� ��の上限値は、圧縮手段で変更可能となって� ��る上限値(一般的にはその圧縮手段で採用し ている規格の上限値)より低い値とする。上� �所定の上限値には規定値を用いてもよいが� �録画再生装置10を、ユーザ操作により設定可 能なよう構成しておくことが好ましい。つま り、録画再生装置10は、所定の上限値を設定� ��る上限値設定手段を備えることが好ましい� ��

 このように、量子化ステップ制限手段は� ��画質を優先し最低限の画質を保持するため� ��、量子化ステップに装置依存の上限値より� ��い値でなる上記所定の上限値を設け、変更� ��る量子化ステップを所定の上限値に制限し� ��いる。このように、量子化ステップ制限手� ��を稼働することで、圧縮手段は、上記所定� ��上限値を超えない範囲で目標ビットレート� ��収束するようなレート制御を行うことがで� ��、結果として、最低限、或る画質を保つこ� ��ができる。また、大容量メディアを前提と� ��ているので、容量不足になる心配もあまり� ��い。なお、記憶容量が少なくなった場合の� ��理については後述する。

 具体的な制限方法としては、例えば上記� ��定の上限値無しに目標ビットレートに収束� ��るような量子化ステップを求め、その量子� ��ステップを入力とし、上記所定の上限値よ� ��大きい量子化ステップが入力されたときに� ��記所定の上限値を変更後の量子化ステップ� ��して決定し出力すればよい。また、同様に� ��ず収束するような量子化ステップを求め、� ��の量子化ステップを上記所定の上限値で定� ��る所定の関数に入力して、計算結果を変更� ��の量子化ステップとして出力すればよい。� ��記関数の単純な例としては、1から装置依存 の上限値までの入力に対し、線形に1から上� �所定の上限値までを出力として割り当てる� �のが挙げられる。

 上記量子化ステップ制限手段による制限� ��けでは、最低限の画質を確保することは可� ��であるが、より長いスパンで見た場合の実� ��のビットレートはデフォルト又はユーザ設� ��の目標ビットレートから大きく外れないよ� ��にすることが必要である。これは、予想を� ��回る記憶容量の消費を避けないと、ユーザ� ��予想した以上の記憶容量の消費がなされて� ��まうためである。このような事態を避ける� ��めに、次のような量子化ステップ固定手段� ��設けている。

 量子化ステップ固定手段は、総ビットレ� ��トが目標ビットレートを上回っていた場合� ��、量子化ステップを上記所定の上限値に固� ��する。ここで、総ビットレートは、次の総� ��ート算出手段で算出したデータとする。

 総レート算出手段は、圧縮開始から現時� ��(算出時点)までに圧縮手段で映像データを� �縮した結果の単位時間当たりの符号量、つ� �り、圧縮手段による圧縮開始から現時点ま� �の実際の総ビットレートを算出する。図1の� ��では、制御部15が、トランスコーダ13と連携 して、トランスコード開始からの総ビットレ ートを算出(計測)することになる。総ビット� ��ートは、圧縮(変換)を開始し、上記所定の� �限値を超えない範囲でのレート制御により� �ットレートが収束したころ(例えば10分程度)� ��計算を行うとよい。また、その後の算出実� ��タイミングも同様に決定すればよい。また� ��別のタイミングとして、或る一定期間(例え ば15分など)が過ぎる毎に算出を実行してもよ い。

 ここでの収束は、上記所定の上限値を超� ��ない範囲でのレート制御による結果のビッ� ��レートの変化度合いから得られ、当然、目� ��ビットレートより高いビットレートに収束� ��る場面も生じてくる。従って、上記所定の� ��限値への固定を強制的に行うことで、目標� ��ットレートに収束させることができる。

 なお、実際のビットレートを制御部15が� �る方法としては、次のような方法が挙げら� �る。トランスコーダ13が圧縮処理したデータ 量をカウントし、それを圧縮時間で割りって 総ビットレートを算出し、内部レジスタに格 納しておく。そして、トランスコーダ13がそ� ��総ビットレートを定期的に制御部15に通知� �る。また、内部レジスタに格納された総ビ� �トレートは、制御部15側が適当なタイミング で読みにいってもよい。また、制御部15は内� ��した主CPUを介さずにトランスコーダ13から� �圧縮データをDMA(Direct Memory Access)転送する� �、制御部15は、その転送データをカウントし ておき、そのカウント値から得た圧縮開始か らのファイルサイズを圧縮時間で割ることで 、総ビットレートを算出することもできる。 また、ファイルサイズは、DMA転送のパケット 数をカウントし、それに一回の転送サイズを かけることで得ることができる。

 量子化ステップ固定手段により、総ビッ� ��レートが目標ビットレートを上回っている� ��合には、上記所定の上限値まで量子化ステ� ��プを上げることで、目標ビットレートに近� ��くようなレート制御が可能となり、結果と� ��てユーザの予想を上回るような記憶容量の� ��費を避けることができる。

 そして、上述した量子化ステップ制限手� ��と量子化ステップ固定手段とによって、ル� ��ズなレート制御が実現でき、最低限の画質� ��保ちながら目標ビットレートに収束するよ� ��に映像データを圧縮し記録することが可能� ��なる。特に、大容量メディアを用いると収� ��までの記録時間に余裕があるため、最終的� ��は確実に所望する目標ビットレートに収束� ��せることが可能となる。なお、量子化ステ� ��プ固定手段で固定に用いる上限値と量子化� ��テップ制限手段で制限に用いる所定の上限� ��とを異ならせてもよい。

 また、例えば平坦な表示画像が続き情報� ��が少ない映像シーンなど符号量を必要とし� ��い映像シーンでも、量子化ステップを上記� ��定の上限値に設定し、或る程度の画質を保� ��ように制御を行うことが好ましい。このよ� ��な制御について次に説明する。

 録画再生装置10は、現時点に至るまでの� �定時間T1以内又は他の所定時間T0以内に圧縮� ��段で映像データを圧縮した結果として得ら� ��た符号量(総符号量)を算出する符号量算出� �段を備える。なお、この符号量算出手段は� �圧縮手段により映像データを圧縮した結果� �ら、特定の映像シーンを判別するシーン判� �手段であるとも言える。図1の例では、制御� ��15が、トランスコーダ13と連携して、現時点 に至るまでの所定時間T1又はT0以内で圧縮し� �結果の符号量を算出(計測)することになる。

 そして、量子化ステップ固定手段は、符� ��量算出手段で算出された所定時間T1又はT0以 内の総符号量が所定量より少ない場合にも、 量子化ステップを上記所定の上限値に固定す る。なお、総符号量の代わりに所定時間T1又� ��T0以内での総ビットレートを算出して閾値� �理を行ってもよい。

 これにより、符号量を必要としない映像� ��ーンでも、或る程度の画質を保つことが可� ��となる。なお、総ビットレートが目標ビッ� ��レートを上回っていたときの固定に用いる� ��限値と、符号量が所定量より少ないときの� ��定に用いる上限値とは互いに異ならせても� ��いし、量子化ステップの制限に使用する上� ��所定の上限値とも異ならせてもよい。

 次に、ディスク容量が少なくなった時点� ��レート制御について説明する。ディスク容� ��が少なくなったときには、上記所定の上限� ��を用いない厳密な可変ビットレート制御を� ��い、ユーザの利便性が損なわれないように� ��る。

 そのため、圧縮手段は、記録媒体の記録� ��能残量Rが所定残量R1を下回ったときに、量� ��化ステップ制限手段による制限を解除する� ��とが好ましい。つまり、R<R1になったとき に、量子化ステップ制限手段の稼働を停止し 、所定の上限値での制限の無い通常のレート 制御を行うことが好ましい。ここで、通常の レート制御とは、所定の上限値での制限もな く、所定期間T1以内の映像データを圧縮した� ��ットレートが目標ビットレートに収束する� ��うに量子化ステップの変更を行うことを指� ��。

 また、圧縮手段は、記録媒体の記録可能� ��量Rが所定残量R1を下回ったときに、量子化� ��テップ固定手段による固定を解除すること� ��好ましい。つまり、R<R1となったときに、 量子化ステップ固定手段の稼働を停止し、量 子化ステップ固定手段による量子化ステップ の固定の無い通常のレート制御を行うことが 好ましい。ここで、通常のレート制御とは、 所定の上限値での固定もなく、所定期間T1以� ��の映像データを圧縮したビットレートが目� ��ビットレートに収束するように量子化ステ� ��プの変更を行うことを指す。

 また、制限の解除と固定の解除とは同時� ��実行することが好ましく、その場合、閾値� ��なる所定残量は共通であることが好ましい� ��、異なる閾値を用いてもよい。

 上述した各応用例を適用した場合の録画� ��生装置10における処理の一例を、図2及び図3 を参照して説明する。図2は、図1の録画再生� ��置における処理により或る映像データが圧� ��されて記録媒体に記録されたときのビット� ��ートの一例を時系列で示すグラフである。� ��た、図3は、図1の録画再生装置における処� �例を説明するためのフロー図である。

 図1の録画再生装置10は、次のような処理� ��法を採用して映像データを圧縮して記録す� ��。まず、制御部15が、録画開始と共にある� �は録画開始前に、記録先として指定されて� �る記録媒体の記録可能残量Rを検出する(ステ ップS1)。次に、制御部15は、R<R1であるか否 かを判定する(ステップS2)。

 ステップS2でYESの場合、すなわち記憶容� �に余裕がない場合には、制御部15がその旨を 指示し、トランスコーダ13が、上記所定の上� ��値Qlimitによる制限やQlimitへの固定など行わ� ��に、現時点に至るまでの所定時間T1以内の� �ットレート(ABR:Actual Bit Rate)が目標ビットレ ート(TBR:Target Bit Rate)に収束するようにレー� ��制御し、圧縮を実行する(ステップS10)。

 ステップS10に続き、圧縮対象の映像デー� ��が終了したか否かを判定し(ステップS9)、終 了した場合にはこの処理を終了し、未だ圧縮 対象の映像データが残っている場合にはステ ップS1へ戻って、残りの映像データに対し処� ��を継続する。

 一方、ステップS2でNOの場合、すなわち記 憶容量に余裕がある場合には、次のステップ S3へ進む。ステップS3では、制御部15が、トラ ンスコーダ13と連携して、現時点までの所定� ��間T0以内の総符号量Cを算出する。この算出� ��続いて、制御部15は、総符号量Cが所定量C1� �り小さいか否かを判定する(ステップS4)。

 ステップS4でNOの場合には、制御部15がそ� ��旨を指示し、トランスコーダ13が、変更後� �量子化ステップがQlimitを超えない範囲で、� �時点に至るまでの所定時間T1以内のビットレ ートが目標ビットレートに収束するようにレ ート制御し、圧縮を実行する(ステップS5)。� �の処理によって、情報量が多い映像シーン� �は図2の符号31に示すようにQlimitで圧縮され� �平均的な情報量をもつ映像シーンでは図2の� ��号33に示すようにQlimit未満の量子化ステッ� �で圧縮される。

 ステップS5に続いて、制御部15は、トラン スコーダ13と連携して、現時点までの総ビッ� ��レート(TABR:Total Actual Bit Rate)を算出する(� �テップS6)。次に、制御部15は、TABR>TBRを満� ��すか否かを判定する(ステップS7)。ステップ S7でYESであった場合、すなわち今までの圧縮� ��果が目標ビットレートを超えている場合に� ��、制御部15がその旨を指示し、トランスコ� �ダ13が、量子化ステップを強制的にQlimitに変 更し、この固定値であるQlimitで圧縮を実行す る(ステップS8)。一方、ステップS7でNOの場合� ��は、ステップS10へ進み通常のレート制御を� ��行する。

 また、ステップS4でYESの場合、すなわち� �在に至るまでのT0以内の総符号量CがC1より小 さい場合にも、ステップS6へ進む。これによ� ��ステップS4でYES且つステップS7でYESの場合に のみ、つまり情報量が少なく且つ総ビットレ ートがオーバーしている場合に、図2の符号32 に示すようにQlimitで圧縮される。Qlimitに変更 し、この固定値であるQlimitで圧縮を実行する ことができる。他の例として、ステップS4でY ESの場合には、ステップS8へ進み、記憶容量� �判定を経ずに量子化ステップを強制的にQlimi tに変更し、この固定値であるQlimitで圧縮を� �行してもよい。

 ステップS8の処理後もステップS10の処理� �と同様に、ステップS9へ進み、ステップS9でY ESの場合には処理を終了し、NOの場合にはス� �ップS1へ戻って、残りの映像データに対して 処理を継続する。

 図3の処理間隔は、圧縮手段での圧縮単位 で行えばよく、所定時間T0やT1としてはこの� �縮単位より少なくとも大きくなる時間を採� �する。また、図1~図3を参照した説明では、� �定時間T0やT1以内での制御は、現時点から過� ��T0やT1だけ遡ったデータに基づいた制御であ ることを前提として説明したが、所定間隔(� �定サイクル)T0やT1でのデータに基づいた制御 であってもよい。なお、所定サイクルでの制 御に関し、前サイクルでの制御が終了し次の サイクルでの制御を行っているときに、未だ 所定間隔に満たない時点でも、そのサイクル が開始されてからの存在するデータのみで制 御すればよい。

 本発明に係る映像記録装置について、圧� ��符号化された映像データを逆量子化後に再� ��子化して記録する装置(トランスコーダ)を� �備する例として、図1のような録画再生装置1 0を挙げたが、上述したように、圧縮符号化� �れた映像データを複号後に再符号化して記� �する装置(エンコーダを含む装置)とすること もできる。

 つまり、本発明における圧縮手段は、ト� ��ンスコーダ13で例示したように映像データ� �逆量子化してからレート変換して量子化す� �手段に限らず、圧縮符号化された映像デー� �が復号されたものを、再符号化する手段と� �て、構成することもできる。図1の例で説明� ��ると、上述した録画再生装置10は、トラン� �コーダ13の代わりに上述の可変ビットレート 制御が可能なエンコーダを設け、デコーダ16� ��復号された映像データをそのエンコーダで� ��符号化するように構成しておけばよい。ま� ��、このエンコーダをトランスコーダ13と併� �して再量子化のみ及び再符号化の双方の処� �により圧縮できるように構成することもで� �る。

 また、録画再生装置10をアナログ放送受� �可能な構成とし、受信したアナログ放送番� �を録画する場合、チューナ12は、アンテナ11� ��ら入力された高周波信号(アナログ変調信号 )を復調し、その復調信号を上述の可変ビッ� �レート制御が可能なエンコーダにより符号� �し、符号化したデータを記録に適した形式(� ��えばプログラムストリーム)に変換してHDD17� ��はBD等の各種記録媒体に記録すればよい。