JP3541413B2 - 情報信号伝送方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、情報信号伝送方法及び装置に関し、特に、圧縮符号化されたビデオデータ等の可変長データをディスク状記録媒体に対して記録再生するような情報信号伝送方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アナログのビデオ信号をディジタル化すると、データ量が膨大なものとなり、そのまま記録したり通信したりすることが困難あるいはコスト高となるため、データを圧縮して記録・通信することが多い。特にビデオ信号のデータ量はオーディオ信号に比べて非常に大きいため、圧縮率の高い符号化方法の採用が重要とされ、近年における高能率のビデオ信号データ圧縮符号化には、単位時間当りの符号化出力データ量が変化するような符号化方法、例えばいわゆる可変長符号化方法が多く採用されてきている。
【０００３】
図９はビデオ信号データの圧縮の一例を説明するための図であり、Ａはアナログのビデオ信号を示している。一般にビデオ信号は１フレーム又は１フィールドで１枚の画像を構成していることから、図９のＡのアナログのビデオ信号は、時間軸方向に、この１フレーム又は１フィールド単位で標本化（サンプリング）されている。これをディジタル化し、圧縮・伸張する場合も、この情報は保存される。なお、動画の圧縮において、フレーム間又はフィールド間の相関を利用して動き情報を圧縮する場合は、圧縮・伸張の処理が数フレーム又は数フィールドに跨るが、圧縮回路への入力及び伸張回路からの出力では、元のフレーム又はフィールド単位の画像になっている。
【０００４】
図９は、ビデオ信号の圧縮の時間単位ＴV を１フィールド＝（１／６０）秒としたフィールド内圧縮の例を示しており、サンプリング周波数Ｆｓを１３．５ＭＨｚとしている。この例では、コンポジットビデオ信号を輝度（Ｙ）信号と色（Ｃ）信号とに分け、それぞれＦｓ＝１３．５ＭＨｚでサンプリングし８ビットずつに量子化して、図９のＢの信号、すなわちディジタルビデオデータを得ている。これは、１３．５ＭＨｚ×８ビットのデータがＹとＣとの２チャンネル分で２１６Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）であり、１フィールド当りで３．６Ｍビット、すなわち１ワード８ビットのワード数では１フィールド当り４５０Ｋワードとなる。
【０００５】
これを１フィールド毎に圧縮し、最大１２Ｍｂｐｓの可変長データにする場合には、１フィールド当り最大２００Ｋビット、すなわち１ワード８ビットのワード数で最大２５Ｋワードとなる。これは、１フィールド当り上記３．６Ｍビット＝４５０Ｋワードのビデオデータを１／１８以下に圧縮して、図９のＣに示すように１フィールド当り２００Ｋビット以内、すなわち２５Ｋワード以内のデータに圧縮することになる。
【０００６】
このような圧縮符号化の場合、圧縮率は複数フィールドで平均すればほぼ一定であるが、１フィールド時間単位では変動することが多い。
【０００７】
ところで、近年においては、ビデオ情報とオーディオ情報とを含む情報信号を伝送、すなわち、記録再生あるいは送受信する場合に、近年においては、いわゆるマルチメディアシステムへの適用等を考慮して、各情報をディジタル化し符号化して合成することが多くなってきている。
【０００８】
図１０は、オーディオ信号のデータ圧縮の一例を説明するための図であり、Ａはアナログのオーディオ信号を示している。オーディオ信号はビデオ信号と違い連続信号であるから、圧縮の単位は任意に選ぶことができる。この場合、上記ビデオ信号の圧縮の単位時間、すなわちフィールドあるいはフレーム時間と同じかあるいは整数比の時間を単位として圧縮することが考えられるが、ビデオ信号とは無関係の既存のオーディオ圧縮技術を用いる場合には、これらの圧縮の単位時間は一致していない。
【０００９】
ここで、市販の記録再生型小型オーディオディスク用に開発された圧縮方式として、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚで、ステレオの左右のチャンネルがそれぞれ１６ビットでディジタル化されたオーディオＰＣＭデータを５１２サンプル毎に２１２バイトに圧縮する方式の例について説明する。
【００１０】
図１０のＡに示すアナログのオーディオ信号は、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚのときの５１２サンプル分に相当する時間ＴA 、すなわち、
を単位として圧縮符号化される。すなわち、図１０のＢに示す１チャンネル当たり１サンプル１６ビットの５１２サンプル分の２チャンネル（ステレオ）分、すなわち５１２×１６ビット×２チャンネル分を圧縮符号化して、図１０のＣに示す２１２×８ビット×２チャンネルの固定長データとしている。この固定長データの単位時間、例えば１秒当りのデータ量、すなわちデータレートＲA は、
ＲA ＝２１２×２×８／ＴA （ビット／秒＝ｂｐｓ）
である。このようなオーディオ信号の圧縮の単位時間ＴA は、上記ビデオ信号の圧縮の単位時間ＴV とは無関係であり、簡単な整数比の関係にはない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したビデオデータのような可変長データを伝送する場合、あるいは可変長のビデオデータと固定長のオーディオデータとを合成して伝送する場合等において、可変長データのままでは取り扱いが不便であることから、ダミーデータを付加して固定レート化することが多く行われている。
【００１２】
しかしながら、このダミーデータを生成して付加するためには、可変長データ量の計測や、伝送データバスの伝送レートとの差分の計算等が必要となり、演算処理や回路構成が複雑化する。また、データバスと可変長データの動作クロックとが非同期で動作している場合には、データバスのレートと可変長データのレートとが正確に合わず誤差が生じ、例えばビデオデータの場合にフィールド画面が連続すると、徐々にこの誤差が蓄積される。そのため、これを補正する回路がさらに必要になったりする。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、可変長データを伝送する場合に、固定レート化するためのダミーデータの生成付加が容易に行え、回路構成も簡単な情報信号伝送方法及び装置の提供を目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、可変長データと固定長データとを合成して伝送する場合に、ダミーデータを付加して固定レート化することにより、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行えるような情報信号伝送方法及び装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る情報信号伝送方法は、入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送方法において、上記可変長データを記憶する記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを用い、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力し、上記ブロック化して伝送する。
【００１６】
また、本発明に係る情報信号伝送装置は、入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送装置において、上記圧縮符号化されて得られた可変長データを記憶し、蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを出力する記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記可変長データが入力され、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力する手段とを有している。
【００１７】
ここで、上記記憶手段の蓄積データ量の所定値としては、例えば全記憶容量の半分の値を挙げることができる。また、上記可変長データと、単位時間当りのデータ量が一定の固定長データとを合成して、上記伝送単位時間毎にブロック化して伝送することが挙げられる。上記可変長データとしては、ビデオ信号のフィールド単位あるいはフレーム単位で圧縮符号化されたビデオデータを用いることが好ましい。
【００１８】
【作用】
記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したか否かに応じてダミーデータの生成付加を制御しているため、容易かつ簡単な構成でダミーデータを付加することができ、誤差の蓄積もない。
【００１９】
また、可変長データと固定長データとを合成して伝送する場合にも、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行える。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しながら説明する。
この実施例においては、オーディオ、ビデオデータを複数の端末装置との間で送受信するいわゆるＡＶサーバ内の記録再生装置に対してデータの記録、再生を行う場合の情報信号伝送を想定している。
【００２１】
図１は、上述したようなビデオ、オーディオ信号を合成しブロック化して伝送する場合、すなわち記録媒体に対して記録再生したり通信系を介して送受信する場合の信号伝送装置のエンコーダ側の構成の一例を示している。
【００２２】
この図１において、入力端子１１にはアナログビデオ信号が、入力端子２１にはアナログオーディオ信号がそれぞれ供給されている。入力端子１１からのアナログビデオ信号は、アンプ１２を介してＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１３に送られ、ディジタルビデオ信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１３からのディジタルビデオ信号は、ビデオエンコーダ１４に送られて、単位時間当りのデータ量が変動する可変長データに圧縮符号化される。この可変長データは、圧縮符号化の単位時間ＴV 毎に一定の最大データ量以下の可変データ量のデータとして得られる。ビデオエンコーダ１４としては、例えば、いわゆるＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group ）で規定されている符号化方式を実現するエンコーダを用いることができる。
【００２３】
ビデオエンコーダ１４からの可変長データは、ビデオバッファ１５を介してエンド検出回路１６に送られており、これらのビデオバッファ１５及びエンド検出回路１６は、ダミーデータ付加部１７を構成している。このダミーデータ付加部１７では、後述するようにダミーデータの付加が行われて、データレートが固定化される。これは、圧縮符号化の単位時間毎に上記最大データ量となるまで可変長データにダミーデータを付加することで、固定レートのデータとする。
【００２４】
一方、入力端子２１からのアナログオーディオ信号は、アンプ２２を介してＡ／Ｄ変換器２３に送られディジタルオーディオ信号に変換された後、オーディオエンコーダ２４に送られて圧縮符号化され、固定長のオーディオデータとなる。このオーディオエンコーダ２４としては、例えば、記録可能な小型オーディオ光ディスク装置や、ディジタルの小型オーディオテープレコーダ等に採用されている圧縮符号化方式のエンコーダを用いることができる。
【００２５】
このオーディオエンコーダ２４からの固定長データは、オーディオバッファ２５を介してデータ合成回路２６に送られている。データ合成回路２６には、上記ダミーデータ付加部１６からの固定レート化された可変長ビデオデータと、ＣＰＵ２９からのヘッダ情報データとが送られており、これらが合成されて、後述する図４のＣあるいは図６のＡやＢに示すようなブロックフォーマットのデータとされる。アンプ１２からの入力ビデオ信号に付加されているタイムコード情報や文字情報等の付加データは、圧縮処理時に失われるため、付加データ検出回路１８で抜き出している。付加データ検出回路１８により取り出された付加データはＣＰＵ２９に送られ、このＣＰＵ２９で上記ヘッダ情報データが形成される。ＣＰＵ２９はコントローラ２８との間で制御信号が入出力されており、コントローラ２８は、データ合成回路２６及び各バッファ１５、２５をそれぞれ制御する。出力バッファ２７からの合成データは、ＡＶサーバのインターフェースバス３１に送られ、このインターフェースバス３１を介して、例えば、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、あるいはこれらの複数台より成るディスクアレイ装置等の記録装置に送られて記録される。
【００２６】
次に、図２〜図４は、上記ダミーデータ付加部１７の具体的な構成及び動作を説明するための図であり、図２において、ビデオバッファ１５にはいわゆるＦＩＦＯ（First In First Out）メモリを用いている。このビデオバッファ１５は、蓄積されたデータ量が全データ容量の半分以上か否かに応じてＯＮ、ＯＦＦされるＨＦ（ハーフフル）フラグを出力する。ビデオバッファ１５には、ビデオエンコーダ１４からの書き込み制御信号Ｗと、エンド検出回路１６からの読み出し制御信号Ｒとが供給され、エンド検出回路１６には上記図１のコントローラ２８からの読み出し制御信号Ｒが供給されている。
【００２７】
図１のＡに示すように、ビデオバッファ１５内に蓄えられているビデオデータＶが全データ容量の半分以上のとき、ＨＦフラグはＯＮ状態にある。エンド検出回路１６は、ビデオバッファ１５からビデオデータを読み出して上記図１のデータ合成回路２６に送っており、ビデオデータのフィールドの終端、すなわちエンドオブピクチャ（ＥＯＰ）あるいはエンドオブイメージ（ＥＯＩ）が検出されると、上記ＨＦフラグを読む。このときのＨＦフラグがＯＮであれば、そのままビデオバッファ１５からビデオデータを読み続けて、上記図１のデータ合成回路２６に送る。
【００２８】
ビデオバッファ１５内に蓄えられているビデオデータＶが全データ容量の半分より少なくなると、図３のＢに示すようにＨＦフラグがＯＦＦ状態となる。エンド検出回路２６がビデオデータのフィールドの終端、すなわち上記ＥＯＰあるいはＥＯＩを検出したとき、ＨＦフラグがＯＦＦであると、エンド検出回路２６はビデオバッファ１５からのビデオデータの読み出しを中止し、図３のＢに示すようにダミーデータを上記データ合成回路２６に出力する。この間もビデオバッファ１５にはビデオエンコーダ１４からのビデオデータが書き込まれ続けるため、徐々にデータ量が増加してゆき、全データ容量の半分以上となる時点で上記ＨＦフラグがＯＮとなる。このＨＦフラグがＯＮとなった時点で、エンド検出回路１６はダミーデータの出力を停止すると共にビデオバッファ１５からのビデオデータの読み出しを開始し、読み出されたビデオデータを上記データ合成回路２６に送る。
【００２９】
以上のような動作の各部の動作波形及び合成された出力データを図４に示す。この図４のＡがエンド検出出力信号を、図４のＢがＨＦフラグを、図４のＣが上記データ合成回路２６からの合成出力データをそれぞれ示している。このようにして、例えばＡＶサーバに書き込むダミーデータの量を調節し、伝送路のデータレートに合わせ込むことができる。しかも、図２の回路を用いることにより、簡単な回路構成でダミーデータ生成が行える。
【００３０】
次に、このようなデコーダ側構成において用いられるビデオとオーディオとの合成データについて、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００３１】
図５は、前述した図９のビデオ信号と図１０のオーディオ信号との合成信号の具体例を示す図であり、いずれの信号も圧縮符号化処理されて、ビデオデータをＶ、オーディオデータをＡでそれぞれ表している。ビデオデータＶは、前述した第１の一定時間であるＴV 、例えばＴV ＝１フィールド＝１／６０（秒）単位でビデオ信号が圧縮符号化処理されて得られた可変長データであり、オーディオデータＡは、前述した第２の一定時間であるＴA 単位でオーディオ信号が圧縮処理されて得られた固定長データである。このオーディオの固定長データのレートはＲA である。
【００３２】
先ず、図５のＡは、可変長のビデオデータＶの終端Ｅ、すなわちいわゆるエンドオブピクチャ（ＥＯＰ）に続けて固定長のオーディオデータＡを付加したものであり、このときのオーディオデータＡの一連あるいは１かたまりは、上記固定レートＲA のオーディオデータのＴV 分、すなわちＲA ×ＴV である。
【００３３】
ここで具体例として、ビデオ信号のサンプリング周波数Ｆｓを１３．５ＭＨｚとし、コンポジットビデオ信号を輝度（Ｙ）信号と色（Ｃ）信号とに分け、それぞれ１３．５ＭＨｚでサンプリングし８ビットずつに量子化した２１６Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）のビデオ信号データを、ＴV ＝１フィールド単位で圧縮しており、１フィールド当り３．６Ｍビットあるいは４５０Ｋワードのビデオ信号データを、１フィールド当り最大２００Ｋビット、すなわち１ワード８ビットのワード数で最大２５Ｋワードの可変長データにしている。また、オーディオ信号については、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚで、ステレオの左右のチャンネルがそれぞれ１６ビットでディジタル化されたオーディオＰＣＭデータを５１２サンプル毎に２１２バイトの固定長データに圧縮しており、圧縮の単位時間である時間ＴA は、５１２／（４４．１×１０3 ）（秒）、圧縮された固定長データのデータレートＲA は、ＲA ＝２１２×２×８／ＴA （ｂｐｓ：ビット／秒）となる。
【００３４】
このとき、上記ＴV ＝１フィールド毎のオーディオデータＡのデータ量ＲA ×ＴV は、
であり、ＡＶサーバのデータバス上でデータを１６ビット幅で扱うとき、すなわち１ワード１６ビットとするときには、
ＲA ×ＴV ≒３０４．３３６×１６ （ビット）
となる。これは、ＴV ＝１／６０（秒）当り３０４ワード又は３０５ワードとなることを意味する。
【００３５】
ここで、一定スループット、あるいは固定レートのＡＶサーバにＡＶデータを記録する場合を考える。
いま、ＡＶデータの１チャンネル当りのデータ転送容量がＲS のサーバがあり、このサーバに対してデータを記録再生するときのデータ量の最小単位がＡ×Ｎであるとする。これらのＡとＮは自然数であり、Ｎは記録再生装置、例えばハードディスクの台数、Ａはこの記録再生装置が扱えるデータの最小単位、いわゆるセクタのデータ量である。具体例として、上記ＲS が１４Ｍｂｐｓであり、ハードディスクの台数Ｎが１４で、１セクタのデータ量Ａが５１２バイト＝５１２×８ビットのときを想定すると、１４Ｍｂｐｓのデータレートで、Ａ×Ｎビットのデータを送るのに要する時間ＴS は、
である。
【００３６】
このＡＶサーバは、データをＴS 毎に分割あるいは組立していることになる。従って、ＡＶサーバとの入出力のデータの時間単位をｔとすると、ｔは上記時間ＴS との整数比の関係、すなわちｔ＝ｎＴS になっている方が、リアルタイムで記録、再生するＡＶサーバにとっては都合がよいことになる。この実施例においては、ｎ＝１、すなわちｔ＝ＴS としている。このサーバの伝送単位ｔ＝ＴS のブロックで図５のＡのデータを区分した状態を図５のＢに示している。
【００３７】
上記時間ＴS は、上記各圧縮の単位時間ＴV ともＴA とも関連のないものであるので、ＡＶ合成データのビデオデータのスタートＳとエンドＥとは、上記時間ＴS 単位のサーバのデータブロックのどこに位置するか不定である。従って、そのまま記録すると、再生時にオーディオデータとビデオデータとを分離するのが困難になる。
【００３８】
ところで、ビデオデータＶは、上述したように可変長データであるので、データ内のスタート位置ＳにＳＯＰ：スタートオブピクチャ、エンド位置ＥにＥＯＰ：エンドオブピクチャをそれぞれ示すデータパターンが設けられていることが多い。再生時にこれらを判別できれば、ビデオデータを抜き出すことは可能である。また、オーディオデータは固定長であるから、ビデオのエンドＥＯＰから一定量のデータがオーディオデータであると予め設定しておけば、オーディオデータを抜き出すことも可能である。
【００３９】
しかしながら、これらのＳＯＰやＥＯＰのような特殊なデータパターン、あるいは制御用データパターンは、そのビデオデータの中には現れないように規定されていることもあり、無関係のオーディオデータの場合にデータ中に現れることもあり得る。これはオーディオ、ビデオ以外のデータを付加する場合も同様である。また、オーディオデータは、一度上記ＴA 時間単位で圧縮したものを、上記ＴV 時間単位で合成しており、これをさらに上記ＴS 時間単位に分割あるいは組立していることになる。
【００４０】
このような問題点を解決するために、本発明の実施例においては、図５のＣに示すように、一定スループットあるいは固定レートのＡＶサーバのデータブロックを、固定量のオーディオデータで区分し、その隙間にビデオデータを入れるように構成している。すなわち、上記可変長のビデオデータＶにダミーデータＤを付加して一定のデータレートの固定レート化可変長データを形成しておき、伝送の単位となる１ブロックの上記時間ｔ内に、固定長のオーディオデータＡを所定量（ＲA ×ｔ）を配分し、残りの部分に上記固定レート化可変長データを配置している。
【００４１】
具体的には、上記ＴA 時間単位で圧縮されたオーディオデータＡを時間ｔ毎のデータに直す。今、ｔ＝ＴS とすると、
となり、１ワード１６ビットとすると、オーディオデータＡは、１ブロック当り７４ワード又は７５ワード分用意すればよいことになる。現在のブロックのオーディオデータが７４ワードか７５ワードかは、ブロック毎にマークデータをつけること等により判別することができる。ブロック内のオーディオデータ領域としては７５ワード分を設定しておき、７４ワードのときは１ワード捨てるようにすればよい。
【００４２】
図６のＡは、１ブロック内のデータの構造、いわゆるブロックフォーマットの一具体例を示しており、ブロック先頭位置から、例えば３ワードのヘッダデータＨ、７５ワードのオーディオデータＡ、３５０６ワードのオーディオデータＶが順次配置されており、１ブロックは３５８４ワードとなっている。なお、オーディオデータ領域には７４ワードのオーディオデータが入ることもあり、３５０６ワードのビデオデータ領域にはエンドと次のフィールドのスタートとの間に空き領域が含まれてダミーデータが入ることもある。
【００４３】
すなわち、固定レートのサーバに可変長のビデオデータを記録するので、空き領域が発生する。この空き領域には、図６のＢのようにダミーデータＤが入る。これは、記録時に、ビデオデータのエンドＥＯＰに続けて後述するようにダミーデータを生成して付加している。再生時には、ビデオデータのエンドＥＯＰから次のフィールドのスタートＳＯＰまでを空き領域と判別し、その部分のデータをビデオデコーダあるいはデータ伸張回路に送らないようにする。ヘッダＨ内に上記ＳＯＰ、ＥＯＰの位置情報、すなわちブロック先頭位置からのワード数情報が記述されていれば、この情報に基づいて空き領域を予め予測することもできる。また、デコーダや伸張回路が自動的に無視するようなダミーデータを空き領域に書き込んでおけば、ＳＯＰ、ＥＯＰを読み取らなくても上記空き領域を飛ばしてビデオデータのみをデコード処理にまわすことができる。
【００４４】
このようなデータブロック単位でサーバに記録することにより、再生時は、そのファイルのデータブロックの構成、すなわち各領域のワード数が予め分かっていれば、ブロック先頭からのデータのワード数をカウントするだけで、ヘッダ領域、オーディオ領域、ビデオ領域の各データをそれぞれ判別でき、各データの分離を単純化できる。
【００４５】
また、このブロック内のデータ構造について、固定的に設定しておく以外に、合成・分離回路等の外側から設定を変更し得るようにしておけば、データファイル毎やシステム毎に設定を変えることも可能である。
【００４６】
各データ領域のデータが正しく分離されれば、各データの制御データ、例えば上記ビデオのフィールドデータの先端、終端を表すＳＯＰ、ＥＯＰ等も利用できるため、ビデオデータはどのように分割されていてもよい。
【００４７】
また、実際には、ヘッダ領域に、ビデオの上記ＳＯＰ、ＥＯＰの有無とそれらの位置、すなわちブロック内のアドレス、ブロック先頭からのワード数、を書き込んでおくことにより、ビデオフィールドの始まりが分かる。これを利用して、圧縮時に失われてしまうビデオ信号に付随する付加データ、例えば、垂直ブランキング期間中のデータで、タイムコード、フレーム番号、クローズキャプションデータ等を、上記ヘッダ領域に書き込んでおき、再生時に対応するフレーム画像に付加することもできる。
【００４８】
以上のようにオーディオデータとビデオデータとを同時にブロック化すれば、各データの時間軸はそれぞれ同時進行している。従って、ファイルの先頭等でブロックの先頭とオーディオ、ビデオ各データの先頭が一致するようにすれば、そのまま時間ははずれることなく、オーディオとビデオの同時性は保たれる。
【００４９】
なお、上記図６のＢに示す空き領域のダミーデータＤは、本来不要なデータであるから、サーバの記録媒体を有効活用するために、この部分を記録しないようにすることが考えられる。すなわち、図６のＣに示すように、上記空き領域の部分をつめて記録しておき、ヘッダＨ内にそのダミーデータ量あるいは空き領域のデータ量等の情報を記述しておき、再生時には空きデータ量分だけサーバからデータがこないように制御すること、又はサーバに対してデータを要求しないこと等によって、仮想的に空き領域を再生系で生成することも可能である。このときのサーバのスループットは、この時間で固定ではなく、変動していることになる。なお、この場合、図６のＣのように記録しても、再生系では図６のＢのように解釈する。
【００５０】
次に、図７は、上記図１のエンコーダ側構成に対応するデコーダ側の構成の一例を示している。
【００５１】
この図７において、上述した例えばＡＶサーバ等のインターフェースバス３１からのデータが入力ラッチ４１を介してデータ分離回路４２に供給される。また入力ラッチ４１からのデータは、ヘッダ検出回路４３に送られて、上述した図６のＡやＢに示すようなデータブロックの先頭位置のヘッダＨが検出される。このヘッダ検出回路４３は、ブロック先頭からのデータ数又はクロックをカウントして、データブロックのフォーマットに従って、上記図６のＡやＢに示すヘッダ領域、オーディオ領域、ビデオ領域の各データを分離するための制御信号をデータ分離回路４２に送る。なお、データブロックのフォーマットは、固定ではなく、例えばシステム制御回路３０からＣＰＵ４４へ変更情報を送って、ＣＰＵ４４がヘッダ検出回路４３を制御することにより、任意のフォーマットのデータブロックについての各領域の分離が行える。
【００５２】
データ分離回路４２で分離されたビデオデータは、ビデオデコーダ４６に送られて、上記図１のビデオエンコーダ１４での圧縮符号化処理と対称的な伸張復号化処理が施され、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器４７でアナログビデオ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器４７からのアナログビデオ信号は、アンプ４８を介して出力端子４９より取り出される。
【００５３】
データ分離回路４２で分離されたオーディオデータは、オーディオデコーダ５６に送られて、上記図１のオーディオエンコーダ２４での圧縮符号化処理と対称的な伸張復号化処理が施され、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器５７でアナログオーディオ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器５７からのアナログオーディオ信号は、アンプ５８を介して出力端子５９より取り出される。
【００５４】
また、データ分離回路４２は、上記ヘッダ領域等に存在するその他のデータ、例えば回路制御用データやビデオ信号に付随するタイムコードや文字情報等の付加データを分離して、ＣＰＵ４４に送っている。このＣＰＵ４４により、ビデオ信号に付随させる付加データ信号が付加データ出力回路５４を介して上記ビデオアンプ４８に送られ、Ｄ／Ａ変換器４７からのビデオ信号に加算される。
【００５５】
次に、本発明に係る情報信号伝送方法あるいは情報信号伝送装置が適用される情報データ信号記録再生システムについて、図８を参照しながら説明する。この情報データ記録再生システムは、ディスク状記録媒体を用いた記録再生装置を複数台備え、ビデオ信号やオーディオ信号を記録、再生するシステム、即ちＡＶサーバ・システムである。
【００５６】
具体的には、このＡＶサーバ・システムは、コマーシャルや映画等のアナログ信号のＡＶ素材をディジタル化したデータを多数記録しておき、要求に応じてＡＶ素材を複数チャンネルに同時に供給することが可能なシステムである。ＡＶデータの記録媒体として複数のハードディスクを使用することにより、従来のテープを利用したビデオテープレコーダ、即ちＶＴＲ等を用いた場合とは異なり、各ＡＶ素材にランダムにアクセスすることができる。このＡＶサーバ・システムは、コマーシャルの自動送出、カラオケの提供、語学学習等の様々な用途への利用が考えられる。
【００５７】
先ず、データ記録時には、アナログＡＶデータが複数の入力チャンネルから入力される。図８の具体例では、アナログＡＶデータは信号入力端子１０４、１０５等から入力される。それぞれの入力されたアナログＡＶデータはアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０８、１０９でディジタル化された後、エンコーダ１１２、１１３で圧縮される。これは、ディジタル化されたデータはサイズが大きいので、圧縮することによりデータの転送レートを上げるためである。この圧縮方法としては、カラー動画像符号化方式のＭＰＥＧやカラー静止画像符号化方式のＪＰＥＧ等の方法が一般的である。
【００５８】
複数の入力チャンネルから入力され、ディジタル符号化されたデータは、タイミング・コントローラ１１５によってチャンネル毎に少しずつ時間がずらされて時分割多重化ブロック１１４に順に入力される。ある１つのチャンネルからのデータは、ある単位、例えば２バイト毎にハードディスクの台数分に分割されて各ハードディスクに記録される。ここで、ＡＶサーバ・システムのデータ転送能力に関して一般的に問題となるのはハードディスクである。そこで、データを複数のハードディスクに分割して記録することにより、ハードディスク群のデータ転送レートをほぼ台数分倍に高めることができる。
【００５９】
上記時分割多重化ブロック１１４で時分割多重化されたデータは、タイミング・コントローラ１１６の制御により、ある単位、例えば２バイト毎に少しずつ時間ずらされてバッファ１１７、１１８、１１９に書き出される。このとき、タイミング・コントローラ１１６は、どの時間のデータをどのバッファに書き込むかという制御を行う。上記バッファ１１７、１１８、１１９に書き出されたデータは、それぞれデバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２によりハードディスク１２３、１２４、１２５に記録される。
【００６０】
なお、上記タイミング・コントローラ１１６と各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２との動作タイミングはサーバ制御ブロック１２６により制御される。また、上記ハードディスク１２３、１２４、１２５に分割されて記録されたデータに関するアプリケーション情報、例えばタイトル等の情報は、図示しないホスト・コンピュータ１０１の入力装置から入力され、アプリケーション制御ブロック１２７で管理される。
【００６１】
次に、データ再生時には、ホスト・コンピュータ１０１により、どの出力チャンネルにどのデータを出力するのかが指定される。この指定は、アプリケーション制御ブロック１２７からサーバ制御ブロック１２６に伝達され、所望のデータがハードディスクのどこに記録されているかが特定される。この情報は各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２に伝達される。各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２の制御により、上記情報に基づいて各ハードディスク１２３、１２４、１２５からデータが読み出されて各バッファ１１７、１１８、１１９に書き込まれる。各バッファ１１７、１１８、１１９に分割されて存在するデータは、タイミング・コントローラ１１５の制御により時分割多重化ブロック１１４に送られて、この時分割多重化ブロック１１４で元の圧縮されたデータに組み立て直される。このデータはタイミング・コントローラ１１５の制御により所望の出力チャンネルに供給される。タイミング・コントローラ１１５の制御により時分割多重化ブロック１１４からの圧縮データはデコーダ１１０、１１１に送られる。デコーダ１１０、１１１では送られた圧縮データを伸長する。この伸長されたデータはディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１０６、１０７で元のアナログＡＶ素材に変換され、信号出力端子１０２、１０３より出力される。
【００６２】
なお、本発明は上述したような実施例のみに限定されるものではなく、例えば、上記可変長データや固定長データとしてはビデオデータやオーディオデータ以外にも他の種々のデータを用いることができる。また、可変長データや固定長データは、それぞれ１種類ずつ用いる以外に、それぞれ複数種類を用いるようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る情報信号伝送方法によれば、可変長データを記憶する記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを用い、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力することにより、容易かつ簡単な構成でダミーデータを付加することができる。また、可変長データのレートと伝送レートとの差分の計算等を行う必要がなく、これらのレートが非同期であってレートが正確に合っていなくとも誤差が蓄積することもない。
【００６４】
また、本発明に係る情報信号伝送装置によれば、圧縮符号化されて得られた可変長データを記憶し、蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを出力する記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記可変長データが入力され、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力する手段とを有することにより、簡単な構成でダミーデータの付加が行える。
【００６５】
また、上記可変長データと、単位時間当りのデータ量が一定の固定長データとを合成して、上記伝送単位時間毎にブロック化して伝送する場合にも、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行える。
【００６６】
ここで、ビデオ信号をディジタル化する場合には一般にデータ量が膨大なものとなるため、可変長圧縮符号化等の高能率圧縮符号化が適しており、圧縮符号化されたデータは可変長データとなるから、上記可変長データとしてビデオデータを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いられるビデオ、オーディオ各データのエンコーダ側の構成を一例を示すブロック図である。
【図２】図３中のダミーデータ付加部の具体例を示すブロック図である。
【図３】図４の構成の動作を説明するための図である。
【図４】図４の構成の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に用いられるデータフォーマットを示す図である。
【図６】本発明の一実施例に用いられるデータブロックのブロックフォーマットを示す図である。
【図７】本発明の一実施例に用いられるビデオ、オーディオ各データのデコーダ側の構成を一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例が適用される情報データ記録再生システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】ビデオ信号のディジタル化及び圧縮符号化の一例を説明するための図である。
【図１０】オーディオ信号のディジタル化及び圧縮符号化の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１４ ビデオエンコーダ
１５ ビデオバッファ
１６ エンド検出回路
１７ ダミーデータ付加部
２４ オーディオエンコーダ
２５ オーディオバッファ
２６ データ合成回路
２７ 出力バッファ
２８ コントローラ
２９、４４ ＣＰＵ
４１ 入力ラッチ
４２ データ分離回路
４３ ヘッダ検出回路
４６ ビデオデコーダ
５６ オーディオデコーダ
【産業上の利用分野】
本発明は、情報信号伝送方法及び装置に関し、特に、圧縮符号化されたビデオデータ等の可変長データをディスク状記録媒体に対して記録再生するような情報信号伝送方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アナログのビデオ信号をディジタル化すると、データ量が膨大なものとなり、そのまま記録したり通信したりすることが困難あるいはコスト高となるため、データを圧縮して記録・通信することが多い。特にビデオ信号のデータ量はオーディオ信号に比べて非常に大きいため、圧縮率の高い符号化方法の採用が重要とされ、近年における高能率のビデオ信号データ圧縮符号化には、単位時間当りの符号化出力データ量が変化するような符号化方法、例えばいわゆる可変長符号化方法が多く採用されてきている。
【０００３】
図９はビデオ信号データの圧縮の一例を説明するための図であり、Ａはアナログのビデオ信号を示している。一般にビデオ信号は１フレーム又は１フィールドで１枚の画像を構成していることから、図９のＡのアナログのビデオ信号は、時間軸方向に、この１フレーム又は１フィールド単位で標本化（サンプリング）されている。これをディジタル化し、圧縮・伸張する場合も、この情報は保存される。なお、動画の圧縮において、フレーム間又はフィールド間の相関を利用して動き情報を圧縮する場合は、圧縮・伸張の処理が数フレーム又は数フィールドに跨るが、圧縮回路への入力及び伸張回路からの出力では、元のフレーム又はフィールド単位の画像になっている。
【０００４】
図９は、ビデオ信号の圧縮の時間単位ＴV を１フィールド＝（１／６０）秒としたフィールド内圧縮の例を示しており、サンプリング周波数Ｆｓを１３．５ＭＨｚとしている。この例では、コンポジットビデオ信号を輝度（Ｙ）信号と色（Ｃ）信号とに分け、それぞれＦｓ＝１３．５ＭＨｚでサンプリングし８ビットずつに量子化して、図９のＢの信号、すなわちディジタルビデオデータを得ている。これは、１３．５ＭＨｚ×８ビットのデータがＹとＣとの２チャンネル分で２１６Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）であり、１フィールド当りで３．６Ｍビット、すなわち１ワード８ビットのワード数では１フィールド当り４５０Ｋワードとなる。
【０００５】
これを１フィールド毎に圧縮し、最大１２Ｍｂｐｓの可変長データにする場合には、１フィールド当り最大２００Ｋビット、すなわち１ワード８ビットのワード数で最大２５Ｋワードとなる。これは、１フィールド当り上記３．６Ｍビット＝４５０Ｋワードのビデオデータを１／１８以下に圧縮して、図９のＣに示すように１フィールド当り２００Ｋビット以内、すなわち２５Ｋワード以内のデータに圧縮することになる。
【０００６】
このような圧縮符号化の場合、圧縮率は複数フィールドで平均すればほぼ一定であるが、１フィールド時間単位では変動することが多い。
【０００７】
ところで、近年においては、ビデオ情報とオーディオ情報とを含む情報信号を伝送、すなわち、記録再生あるいは送受信する場合に、近年においては、いわゆるマルチメディアシステムへの適用等を考慮して、各情報をディジタル化し符号化して合成することが多くなってきている。
【０００８】
図１０は、オーディオ信号のデータ圧縮の一例を説明するための図であり、Ａはアナログのオーディオ信号を示している。オーディオ信号はビデオ信号と違い連続信号であるから、圧縮の単位は任意に選ぶことができる。この場合、上記ビデオ信号の圧縮の単位時間、すなわちフィールドあるいはフレーム時間と同じかあるいは整数比の時間を単位として圧縮することが考えられるが、ビデオ信号とは無関係の既存のオーディオ圧縮技術を用いる場合には、これらの圧縮の単位時間は一致していない。
【０００９】
ここで、市販の記録再生型小型オーディオディスク用に開発された圧縮方式として、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚで、ステレオの左右のチャンネルがそれぞれ１６ビットでディジタル化されたオーディオＰＣＭデータを５１２サンプル毎に２１２バイトに圧縮する方式の例について説明する。
【００１０】
図１０のＡに示すアナログのオーディオ信号は、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚのときの５１２サンプル分に相当する時間ＴA 、すなわち、
ＲA ＝２１２×２×８／ＴA （ビット／秒＝ｂｐｓ）
である。このようなオーディオ信号の圧縮の単位時間ＴA は、上記ビデオ信号の圧縮の単位時間ＴV とは無関係であり、簡単な整数比の関係にはない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したビデオデータのような可変長データを伝送する場合、あるいは可変長のビデオデータと固定長のオーディオデータとを合成して伝送する場合等において、可変長データのままでは取り扱いが不便であることから、ダミーデータを付加して固定レート化することが多く行われている。
【００１２】
しかしながら、このダミーデータを生成して付加するためには、可変長データ量の計測や、伝送データバスの伝送レートとの差分の計算等が必要となり、演算処理や回路構成が複雑化する。また、データバスと可変長データの動作クロックとが非同期で動作している場合には、データバスのレートと可変長データのレートとが正確に合わず誤差が生じ、例えばビデオデータの場合にフィールド画面が連続すると、徐々にこの誤差が蓄積される。そのため、これを補正する回路がさらに必要になったりする。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、可変長データを伝送する場合に、固定レート化するためのダミーデータの生成付加が容易に行え、回路構成も簡単な情報信号伝送方法及び装置の提供を目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、可変長データと固定長データとを合成して伝送する場合に、ダミーデータを付加して固定レート化することにより、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行えるような情報信号伝送方法及び装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る情報信号伝送方法は、入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送方法において、上記可変長データを記憶する記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを用い、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力し、上記ブロック化して伝送する。
【００１６】
また、本発明に係る情報信号伝送装置は、入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送装置において、上記圧縮符号化されて得られた可変長データを記憶し、蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを出力する記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記可変長データが入力され、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力する手段とを有している。
【００１７】
ここで、上記記憶手段の蓄積データ量の所定値としては、例えば全記憶容量の半分の値を挙げることができる。また、上記可変長データと、単位時間当りのデータ量が一定の固定長データとを合成して、上記伝送単位時間毎にブロック化して伝送することが挙げられる。上記可変長データとしては、ビデオ信号のフィールド単位あるいはフレーム単位で圧縮符号化されたビデオデータを用いることが好ましい。
【００１８】
【作用】
記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したか否かに応じてダミーデータの生成付加を制御しているため、容易かつ簡単な構成でダミーデータを付加することができ、誤差の蓄積もない。
【００１９】
また、可変長データと固定長データとを合成して伝送する場合にも、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行える。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しながら説明する。
この実施例においては、オーディオ、ビデオデータを複数の端末装置との間で送受信するいわゆるＡＶサーバ内の記録再生装置に対してデータの記録、再生を行う場合の情報信号伝送を想定している。
【００２１】
図１は、上述したようなビデオ、オーディオ信号を合成しブロック化して伝送する場合、すなわち記録媒体に対して記録再生したり通信系を介して送受信する場合の信号伝送装置のエンコーダ側の構成の一例を示している。
【００２２】
この図１において、入力端子１１にはアナログビデオ信号が、入力端子２１にはアナログオーディオ信号がそれぞれ供給されている。入力端子１１からのアナログビデオ信号は、アンプ１２を介してＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１３に送られ、ディジタルビデオ信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１３からのディジタルビデオ信号は、ビデオエンコーダ１４に送られて、単位時間当りのデータ量が変動する可変長データに圧縮符号化される。この可変長データは、圧縮符号化の単位時間ＴV 毎に一定の最大データ量以下の可変データ量のデータとして得られる。ビデオエンコーダ１４としては、例えば、いわゆるＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group ）で規定されている符号化方式を実現するエンコーダを用いることができる。
【００２３】
ビデオエンコーダ１４からの可変長データは、ビデオバッファ１５を介してエンド検出回路１６に送られており、これらのビデオバッファ１５及びエンド検出回路１６は、ダミーデータ付加部１７を構成している。このダミーデータ付加部１７では、後述するようにダミーデータの付加が行われて、データレートが固定化される。これは、圧縮符号化の単位時間毎に上記最大データ量となるまで可変長データにダミーデータを付加することで、固定レートのデータとする。
【００２４】
一方、入力端子２１からのアナログオーディオ信号は、アンプ２２を介してＡ／Ｄ変換器２３に送られディジタルオーディオ信号に変換された後、オーディオエンコーダ２４に送られて圧縮符号化され、固定長のオーディオデータとなる。このオーディオエンコーダ２４としては、例えば、記録可能な小型オーディオ光ディスク装置や、ディジタルの小型オーディオテープレコーダ等に採用されている圧縮符号化方式のエンコーダを用いることができる。
【００２５】
このオーディオエンコーダ２４からの固定長データは、オーディオバッファ２５を介してデータ合成回路２６に送られている。データ合成回路２６には、上記ダミーデータ付加部１６からの固定レート化された可変長ビデオデータと、ＣＰＵ２９からのヘッダ情報データとが送られており、これらが合成されて、後述する図４のＣあるいは図６のＡやＢに示すようなブロックフォーマットのデータとされる。アンプ１２からの入力ビデオ信号に付加されているタイムコード情報や文字情報等の付加データは、圧縮処理時に失われるため、付加データ検出回路１８で抜き出している。付加データ検出回路１８により取り出された付加データはＣＰＵ２９に送られ、このＣＰＵ２９で上記ヘッダ情報データが形成される。ＣＰＵ２９はコントローラ２８との間で制御信号が入出力されており、コントローラ２８は、データ合成回路２６及び各バッファ１５、２５をそれぞれ制御する。出力バッファ２７からの合成データは、ＡＶサーバのインターフェースバス３１に送られ、このインターフェースバス３１を介して、例えば、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、あるいはこれらの複数台より成るディスクアレイ装置等の記録装置に送られて記録される。
【００２６】
次に、図２〜図４は、上記ダミーデータ付加部１７の具体的な構成及び動作を説明するための図であり、図２において、ビデオバッファ１５にはいわゆるＦＩＦＯ（First In First Out）メモリを用いている。このビデオバッファ１５は、蓄積されたデータ量が全データ容量の半分以上か否かに応じてＯＮ、ＯＦＦされるＨＦ（ハーフフル）フラグを出力する。ビデオバッファ１５には、ビデオエンコーダ１４からの書き込み制御信号Ｗと、エンド検出回路１６からの読み出し制御信号Ｒとが供給され、エンド検出回路１６には上記図１のコントローラ２８からの読み出し制御信号Ｒが供給されている。
【００２７】
図１のＡに示すように、ビデオバッファ１５内に蓄えられているビデオデータＶが全データ容量の半分以上のとき、ＨＦフラグはＯＮ状態にある。エンド検出回路１６は、ビデオバッファ１５からビデオデータを読み出して上記図１のデータ合成回路２６に送っており、ビデオデータのフィールドの終端、すなわちエンドオブピクチャ（ＥＯＰ）あるいはエンドオブイメージ（ＥＯＩ）が検出されると、上記ＨＦフラグを読む。このときのＨＦフラグがＯＮであれば、そのままビデオバッファ１５からビデオデータを読み続けて、上記図１のデータ合成回路２６に送る。
【００２８】
ビデオバッファ１５内に蓄えられているビデオデータＶが全データ容量の半分より少なくなると、図３のＢに示すようにＨＦフラグがＯＦＦ状態となる。エンド検出回路２６がビデオデータのフィールドの終端、すなわち上記ＥＯＰあるいはＥＯＩを検出したとき、ＨＦフラグがＯＦＦであると、エンド検出回路２６はビデオバッファ１５からのビデオデータの読み出しを中止し、図３のＢに示すようにダミーデータを上記データ合成回路２６に出力する。この間もビデオバッファ１５にはビデオエンコーダ１４からのビデオデータが書き込まれ続けるため、徐々にデータ量が増加してゆき、全データ容量の半分以上となる時点で上記ＨＦフラグがＯＮとなる。このＨＦフラグがＯＮとなった時点で、エンド検出回路１６はダミーデータの出力を停止すると共にビデオバッファ１５からのビデオデータの読み出しを開始し、読み出されたビデオデータを上記データ合成回路２６に送る。
【００２９】
以上のような動作の各部の動作波形及び合成された出力データを図４に示す。この図４のＡがエンド検出出力信号を、図４のＢがＨＦフラグを、図４のＣが上記データ合成回路２６からの合成出力データをそれぞれ示している。このようにして、例えばＡＶサーバに書き込むダミーデータの量を調節し、伝送路のデータレートに合わせ込むことができる。しかも、図２の回路を用いることにより、簡単な回路構成でダミーデータ生成が行える。
【００３０】
次に、このようなデコーダ側構成において用いられるビデオとオーディオとの合成データについて、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００３１】
図５は、前述した図９のビデオ信号と図１０のオーディオ信号との合成信号の具体例を示す図であり、いずれの信号も圧縮符号化処理されて、ビデオデータをＶ、オーディオデータをＡでそれぞれ表している。ビデオデータＶは、前述した第１の一定時間であるＴV 、例えばＴV ＝１フィールド＝１／６０（秒）単位でビデオ信号が圧縮符号化処理されて得られた可変長データであり、オーディオデータＡは、前述した第２の一定時間であるＴA 単位でオーディオ信号が圧縮処理されて得られた固定長データである。このオーディオの固定長データのレートはＲA である。
【００３２】
先ず、図５のＡは、可変長のビデオデータＶの終端Ｅ、すなわちいわゆるエンドオブピクチャ（ＥＯＰ）に続けて固定長のオーディオデータＡを付加したものであり、このときのオーディオデータＡの一連あるいは１かたまりは、上記固定レートＲA のオーディオデータのＴV 分、すなわちＲA ×ＴV である。
【００３３】
ここで具体例として、ビデオ信号のサンプリング周波数Ｆｓを１３．５ＭＨｚとし、コンポジットビデオ信号を輝度（Ｙ）信号と色（Ｃ）信号とに分け、それぞれ１３．５ＭＨｚでサンプリングし８ビットずつに量子化した２１６Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）のビデオ信号データを、ＴV ＝１フィールド単位で圧縮しており、１フィールド当り３．６Ｍビットあるいは４５０Ｋワードのビデオ信号データを、１フィールド当り最大２００Ｋビット、すなわち１ワード８ビットのワード数で最大２５Ｋワードの可変長データにしている。また、オーディオ信号については、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚで、ステレオの左右のチャンネルがそれぞれ１６ビットでディジタル化されたオーディオＰＣＭデータを５１２サンプル毎に２１２バイトの固定長データに圧縮しており、圧縮の単位時間である時間ＴA は、５１２／（４４．１×１０3 ）（秒）、圧縮された固定長データのデータレートＲA は、ＲA ＝２１２×２×８／ＴA （ｂｐｓ：ビット／秒）となる。
【００３４】
このとき、上記ＴV ＝１フィールド毎のオーディオデータＡのデータ量ＲA ×ＴV は、
ＲA ×ＴV ≒３０４．３３６×１６ （ビット）
となる。これは、ＴV ＝１／６０（秒）当り３０４ワード又は３０５ワードとなることを意味する。
【００３５】
ここで、一定スループット、あるいは固定レートのＡＶサーバにＡＶデータを記録する場合を考える。
いま、ＡＶデータの１チャンネル当りのデータ転送容量がＲS のサーバがあり、このサーバに対してデータを記録再生するときのデータ量の最小単位がＡ×Ｎであるとする。これらのＡとＮは自然数であり、Ｎは記録再生装置、例えばハードディスクの台数、Ａはこの記録再生装置が扱えるデータの最小単位、いわゆるセクタのデータ量である。具体例として、上記ＲS が１４Ｍｂｐｓであり、ハードディスクの台数Ｎが１４で、１セクタのデータ量Ａが５１２バイト＝５１２×８ビットのときを想定すると、１４Ｍｂｐｓのデータレートで、Ａ×Ｎビットのデータを送るのに要する時間ＴS は、
【００３６】
このＡＶサーバは、データをＴS 毎に分割あるいは組立していることになる。従って、ＡＶサーバとの入出力のデータの時間単位をｔとすると、ｔは上記時間ＴS との整数比の関係、すなわちｔ＝ｎＴS になっている方が、リアルタイムで記録、再生するＡＶサーバにとっては都合がよいことになる。この実施例においては、ｎ＝１、すなわちｔ＝ＴS としている。このサーバの伝送単位ｔ＝ＴS のブロックで図５のＡのデータを区分した状態を図５のＢに示している。
【００３７】
上記時間ＴS は、上記各圧縮の単位時間ＴV ともＴA とも関連のないものであるので、ＡＶ合成データのビデオデータのスタートＳとエンドＥとは、上記時間ＴS 単位のサーバのデータブロックのどこに位置するか不定である。従って、そのまま記録すると、再生時にオーディオデータとビデオデータとを分離するのが困難になる。
【００３８】
ところで、ビデオデータＶは、上述したように可変長データであるので、データ内のスタート位置ＳにＳＯＰ：スタートオブピクチャ、エンド位置ＥにＥＯＰ：エンドオブピクチャをそれぞれ示すデータパターンが設けられていることが多い。再生時にこれらを判別できれば、ビデオデータを抜き出すことは可能である。また、オーディオデータは固定長であるから、ビデオのエンドＥＯＰから一定量のデータがオーディオデータであると予め設定しておけば、オーディオデータを抜き出すことも可能である。
【００３９】
しかしながら、これらのＳＯＰやＥＯＰのような特殊なデータパターン、あるいは制御用データパターンは、そのビデオデータの中には現れないように規定されていることもあり、無関係のオーディオデータの場合にデータ中に現れることもあり得る。これはオーディオ、ビデオ以外のデータを付加する場合も同様である。また、オーディオデータは、一度上記ＴA 時間単位で圧縮したものを、上記ＴV 時間単位で合成しており、これをさらに上記ＴS 時間単位に分割あるいは組立していることになる。
【００４０】
このような問題点を解決するために、本発明の実施例においては、図５のＣに示すように、一定スループットあるいは固定レートのＡＶサーバのデータブロックを、固定量のオーディオデータで区分し、その隙間にビデオデータを入れるように構成している。すなわち、上記可変長のビデオデータＶにダミーデータＤを付加して一定のデータレートの固定レート化可変長データを形成しておき、伝送の単位となる１ブロックの上記時間ｔ内に、固定長のオーディオデータＡを所定量（ＲA ×ｔ）を配分し、残りの部分に上記固定レート化可変長データを配置している。
【００４１】
具体的には、上記ＴA 時間単位で圧縮されたオーディオデータＡを時間ｔ毎のデータに直す。今、ｔ＝ＴS とすると、
【００４２】
図６のＡは、１ブロック内のデータの構造、いわゆるブロックフォーマットの一具体例を示しており、ブロック先頭位置から、例えば３ワードのヘッダデータＨ、７５ワードのオーディオデータＡ、３５０６ワードのオーディオデータＶが順次配置されており、１ブロックは３５８４ワードとなっている。なお、オーディオデータ領域には７４ワードのオーディオデータが入ることもあり、３５０６ワードのビデオデータ領域にはエンドと次のフィールドのスタートとの間に空き領域が含まれてダミーデータが入ることもある。
【００４３】
すなわち、固定レートのサーバに可変長のビデオデータを記録するので、空き領域が発生する。この空き領域には、図６のＢのようにダミーデータＤが入る。これは、記録時に、ビデオデータのエンドＥＯＰに続けて後述するようにダミーデータを生成して付加している。再生時には、ビデオデータのエンドＥＯＰから次のフィールドのスタートＳＯＰまでを空き領域と判別し、その部分のデータをビデオデコーダあるいはデータ伸張回路に送らないようにする。ヘッダＨ内に上記ＳＯＰ、ＥＯＰの位置情報、すなわちブロック先頭位置からのワード数情報が記述されていれば、この情報に基づいて空き領域を予め予測することもできる。また、デコーダや伸張回路が自動的に無視するようなダミーデータを空き領域に書き込んでおけば、ＳＯＰ、ＥＯＰを読み取らなくても上記空き領域を飛ばしてビデオデータのみをデコード処理にまわすことができる。
【００４４】
このようなデータブロック単位でサーバに記録することにより、再生時は、そのファイルのデータブロックの構成、すなわち各領域のワード数が予め分かっていれば、ブロック先頭からのデータのワード数をカウントするだけで、ヘッダ領域、オーディオ領域、ビデオ領域の各データをそれぞれ判別でき、各データの分離を単純化できる。
【００４５】
また、このブロック内のデータ構造について、固定的に設定しておく以外に、合成・分離回路等の外側から設定を変更し得るようにしておけば、データファイル毎やシステム毎に設定を変えることも可能である。
【００４６】
各データ領域のデータが正しく分離されれば、各データの制御データ、例えば上記ビデオのフィールドデータの先端、終端を表すＳＯＰ、ＥＯＰ等も利用できるため、ビデオデータはどのように分割されていてもよい。
【００４７】
また、実際には、ヘッダ領域に、ビデオの上記ＳＯＰ、ＥＯＰの有無とそれらの位置、すなわちブロック内のアドレス、ブロック先頭からのワード数、を書き込んでおくことにより、ビデオフィールドの始まりが分かる。これを利用して、圧縮時に失われてしまうビデオ信号に付随する付加データ、例えば、垂直ブランキング期間中のデータで、タイムコード、フレーム番号、クローズキャプションデータ等を、上記ヘッダ領域に書き込んでおき、再生時に対応するフレーム画像に付加することもできる。
【００４８】
以上のようにオーディオデータとビデオデータとを同時にブロック化すれば、各データの時間軸はそれぞれ同時進行している。従って、ファイルの先頭等でブロックの先頭とオーディオ、ビデオ各データの先頭が一致するようにすれば、そのまま時間ははずれることなく、オーディオとビデオの同時性は保たれる。
【００４９】
なお、上記図６のＢに示す空き領域のダミーデータＤは、本来不要なデータであるから、サーバの記録媒体を有効活用するために、この部分を記録しないようにすることが考えられる。すなわち、図６のＣに示すように、上記空き領域の部分をつめて記録しておき、ヘッダＨ内にそのダミーデータ量あるいは空き領域のデータ量等の情報を記述しておき、再生時には空きデータ量分だけサーバからデータがこないように制御すること、又はサーバに対してデータを要求しないこと等によって、仮想的に空き領域を再生系で生成することも可能である。このときのサーバのスループットは、この時間で固定ではなく、変動していることになる。なお、この場合、図６のＣのように記録しても、再生系では図６のＢのように解釈する。
【００５０】
次に、図７は、上記図１のエンコーダ側構成に対応するデコーダ側の構成の一例を示している。
【００５１】
この図７において、上述した例えばＡＶサーバ等のインターフェースバス３１からのデータが入力ラッチ４１を介してデータ分離回路４２に供給される。また入力ラッチ４１からのデータは、ヘッダ検出回路４３に送られて、上述した図６のＡやＢに示すようなデータブロックの先頭位置のヘッダＨが検出される。このヘッダ検出回路４３は、ブロック先頭からのデータ数又はクロックをカウントして、データブロックのフォーマットに従って、上記図６のＡやＢに示すヘッダ領域、オーディオ領域、ビデオ領域の各データを分離するための制御信号をデータ分離回路４２に送る。なお、データブロックのフォーマットは、固定ではなく、例えばシステム制御回路３０からＣＰＵ４４へ変更情報を送って、ＣＰＵ４４がヘッダ検出回路４３を制御することにより、任意のフォーマットのデータブロックについての各領域の分離が行える。
【００５２】
データ分離回路４２で分離されたビデオデータは、ビデオデコーダ４６に送られて、上記図１のビデオエンコーダ１４での圧縮符号化処理と対称的な伸張復号化処理が施され、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器４７でアナログビデオ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器４７からのアナログビデオ信号は、アンプ４８を介して出力端子４９より取り出される。
【００５３】
データ分離回路４２で分離されたオーディオデータは、オーディオデコーダ５６に送られて、上記図１のオーディオエンコーダ２４での圧縮符号化処理と対称的な伸張復号化処理が施され、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器５７でアナログオーディオ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器５７からのアナログオーディオ信号は、アンプ５８を介して出力端子５９より取り出される。
【００５４】
また、データ分離回路４２は、上記ヘッダ領域等に存在するその他のデータ、例えば回路制御用データやビデオ信号に付随するタイムコードや文字情報等の付加データを分離して、ＣＰＵ４４に送っている。このＣＰＵ４４により、ビデオ信号に付随させる付加データ信号が付加データ出力回路５４を介して上記ビデオアンプ４８に送られ、Ｄ／Ａ変換器４７からのビデオ信号に加算される。
【００５５】
次に、本発明に係る情報信号伝送方法あるいは情報信号伝送装置が適用される情報データ信号記録再生システムについて、図８を参照しながら説明する。この情報データ記録再生システムは、ディスク状記録媒体を用いた記録再生装置を複数台備え、ビデオ信号やオーディオ信号を記録、再生するシステム、即ちＡＶサーバ・システムである。
【００５６】
具体的には、このＡＶサーバ・システムは、コマーシャルや映画等のアナログ信号のＡＶ素材をディジタル化したデータを多数記録しておき、要求に応じてＡＶ素材を複数チャンネルに同時に供給することが可能なシステムである。ＡＶデータの記録媒体として複数のハードディスクを使用することにより、従来のテープを利用したビデオテープレコーダ、即ちＶＴＲ等を用いた場合とは異なり、各ＡＶ素材にランダムにアクセスすることができる。このＡＶサーバ・システムは、コマーシャルの自動送出、カラオケの提供、語学学習等の様々な用途への利用が考えられる。
【００５７】
先ず、データ記録時には、アナログＡＶデータが複数の入力チャンネルから入力される。図８の具体例では、アナログＡＶデータは信号入力端子１０４、１０５等から入力される。それぞれの入力されたアナログＡＶデータはアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０８、１０９でディジタル化された後、エンコーダ１１２、１１３で圧縮される。これは、ディジタル化されたデータはサイズが大きいので、圧縮することによりデータの転送レートを上げるためである。この圧縮方法としては、カラー動画像符号化方式のＭＰＥＧやカラー静止画像符号化方式のＪＰＥＧ等の方法が一般的である。
【００５８】
複数の入力チャンネルから入力され、ディジタル符号化されたデータは、タイミング・コントローラ１１５によってチャンネル毎に少しずつ時間がずらされて時分割多重化ブロック１１４に順に入力される。ある１つのチャンネルからのデータは、ある単位、例えば２バイト毎にハードディスクの台数分に分割されて各ハードディスクに記録される。ここで、ＡＶサーバ・システムのデータ転送能力に関して一般的に問題となるのはハードディスクである。そこで、データを複数のハードディスクに分割して記録することにより、ハードディスク群のデータ転送レートをほぼ台数分倍に高めることができる。
【００５９】
上記時分割多重化ブロック１１４で時分割多重化されたデータは、タイミング・コントローラ１１６の制御により、ある単位、例えば２バイト毎に少しずつ時間ずらされてバッファ１１７、１１８、１１９に書き出される。このとき、タイミング・コントローラ１１６は、どの時間のデータをどのバッファに書き込むかという制御を行う。上記バッファ１１７、１１８、１１９に書き出されたデータは、それぞれデバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２によりハードディスク１２３、１２４、１２５に記録される。
【００６０】
なお、上記タイミング・コントローラ１１６と各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２との動作タイミングはサーバ制御ブロック１２６により制御される。また、上記ハードディスク１２３、１２４、１２５に分割されて記録されたデータに関するアプリケーション情報、例えばタイトル等の情報は、図示しないホスト・コンピュータ１０１の入力装置から入力され、アプリケーション制御ブロック１２７で管理される。
【００６１】
次に、データ再生時には、ホスト・コンピュータ１０１により、どの出力チャンネルにどのデータを出力するのかが指定される。この指定は、アプリケーション制御ブロック１２７からサーバ制御ブロック１２６に伝達され、所望のデータがハードディスクのどこに記録されているかが特定される。この情報は各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２に伝達される。各デバイス制御ブロック１２０、１２１、１２２の制御により、上記情報に基づいて各ハードディスク１２３、１２４、１２５からデータが読み出されて各バッファ１１７、１１８、１１９に書き込まれる。各バッファ１１７、１１８、１１９に分割されて存在するデータは、タイミング・コントローラ１１５の制御により時分割多重化ブロック１１４に送られて、この時分割多重化ブロック１１４で元の圧縮されたデータに組み立て直される。このデータはタイミング・コントローラ１１５の制御により所望の出力チャンネルに供給される。タイミング・コントローラ１１５の制御により時分割多重化ブロック１１４からの圧縮データはデコーダ１１０、１１１に送られる。デコーダ１１０、１１１では送られた圧縮データを伸長する。この伸長されたデータはディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１０６、１０７で元のアナログＡＶ素材に変換され、信号出力端子１０２、１０３より出力される。
【００６２】
なお、本発明は上述したような実施例のみに限定されるものではなく、例えば、上記可変長データや固定長データとしてはビデオデータやオーディオデータ以外にも他の種々のデータを用いることができる。また、可変長データや固定長データは、それぞれ１種類ずつ用いる以外に、それぞれ複数種類を用いるようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る情報信号伝送方法によれば、可変長データを記憶する記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを用い、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力することにより、容易かつ簡単な構成でダミーデータを付加することができる。また、可変長データのレートと伝送レートとの差分の計算等を行う必要がなく、これらのレートが非同期であってレートが正確に合っていなくとも誤差が蓄積することもない。
【００６４】
また、本発明に係る情報信号伝送装置によれば、圧縮符号化されて得られた可変長データを記憶し、蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを出力する記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記可変長データが入力され、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力する手段とを有することにより、簡単な構成でダミーデータの付加が行える。
【００６５】
また、上記可変長データと、単位時間当りのデータ量が一定の固定長データとを合成して、上記伝送単位時間毎にブロック化して伝送する場合にも、これらのデータの合成や分離が容易にかつ簡単な回路構成で行える。
【００６６】
ここで、ビデオ信号をディジタル化する場合には一般にデータ量が膨大なものとなるため、可変長圧縮符号化等の高能率圧縮符号化が適しており、圧縮符号化されたデータは可変長データとなるから、上記可変長データとしてビデオデータを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いられるビデオ、オーディオ各データのエンコーダ側の構成を一例を示すブロック図である。
【図２】図３中のダミーデータ付加部の具体例を示すブロック図である。
【図３】図４の構成の動作を説明するための図である。
【図４】図４の構成の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に用いられるデータフォーマットを示す図である。
【図６】本発明の一実施例に用いられるデータブロックのブロックフォーマットを示す図である。
【図７】本発明の一実施例に用いられるビデオ、オーディオ各データのデコーダ側の構成を一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例が適用される情報データ記録再生システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】ビデオ信号のディジタル化及び圧縮符号化の一例を説明するための図である。
【図１０】オーディオ信号のディジタル化及び圧縮符号化の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１４ ビデオエンコーダ
１５ ビデオバッファ
１６ エンド検出回路
１７ ダミーデータ付加部
２４ オーディオエンコーダ
２５ オーディオバッファ
２６ データ合成回路
２７ 出力バッファ
２８ コントローラ
２９、４４ ＣＰＵ
４１ 入力ラッチ
４２ データ分離回路
４３ ヘッダ検出回路
４６ ビデオデコーダ
５６ オーディオデコーダ
Claims (4)
- 入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送方法において、
上記可変長データを記憶する記憶手段の蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを用い、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力し、上記ブロック化して伝送することを特徴とする情報信号伝送方法。 - 単位時間当りのデータ量が一定の固定長データと、上記可変長データとを合成して、上記伝送単位時間毎にブロック化して伝送することを特徴とする請求項１記載の情報信号伝送方法。
- 上記可変長データは、ビデオ信号のフィールド単位あるいはフレーム単位で圧縮符号化されたビデオデータであることを特徴とする請求項１記載の情報信号伝送方法。
- 入力データを一定時間毎に圧縮符号化して得られた単位時間当りのデータ量が変化する可変長データを、一定の伝送単位時間毎にブロック化して伝送する情報信号伝送装置において、
上記圧縮符号化されて得られた可変長データを記憶し、蓄積データ量が所定値に達したときにオン状態となるフラグを出力する記憶手段と、
この記憶手段から読み出された上記可変長データが入力され、上記一定時間に対応する可変長データの終端で上記フラグを検出して、オン状態のときには上記記憶手段から上記可変長データを読み出し続け、オフ状態のときには上記記憶手段からのデータ読み出しを停止してダミーデータを出力する手段とを有することを特徴とする情報信号伝送装置。
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