專利名稱：視頻信號的數(shù)字記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻信號的數(shù)字記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備，更具體地說，涉及用于實現(xiàn)降低視頻信號編碼的比特率和在記錄媒體上用數(shù)字方式記錄編碼的視頻信號的記錄設(shè)備；用于從在其上錄有上述視頻信號的記錄媒體上用數(shù)字方式以可變的速度重放圖像信號的再現(xiàn)設(shè)備；和具有這種數(shù)字記錄與再現(xiàn)功能的記錄/再現(xiàn)設(shè)備。
在最近幾年，業(yè)已開發(fā)了一種用于在記錄媒體上以數(shù)字方式記錄視頻信號的設(shè)備和從該記錄媒體上以數(shù)字方式重現(xiàn)上述信號的設(shè)備。這樣的一種典型設(shè)備就是通常所說可供實際應用的數(shù)字式磁帶錄像機(下文簡稱為“數(shù)字VTR”)。在這樣的普通數(shù)字VTR中，為了把大量信息減少到適于在磁帶上記錄和用旋轉(zhuǎn)磁頭從磁帶再現(xiàn)信號的程度，視頻信號是處于降低了比特率帶寬壓縮的編碼狀態(tài)；有兩種這樣降低比特率的編碼方法，即一種方法是只控制構(gòu)成整個屏幕的視頻信息的代碼數(shù)量，另一種方法是把整個屏幕劃分成許多塊并控制代碼數(shù)量，使得構(gòu)成各塊的視頻信息具有固定的長度。正如以后要加以說明的，后一種方法適合于對具有可變速度放像功能的數(shù)字VTR作為降低比特率的一種編碼方法。


圖1是一個方框圖，概略地顯示采用上述后一種降低比特率編碼方法的普通數(shù)字VTR的結(jié)構(gòu)。圖2概略地顯示按照這種降低比特率編碼方法，把屏幕劃分成塊的方式。圖3概略地顯示在磁帶上按磁道排列的數(shù)據(jù)。這樣的普通數(shù)字VTR(例如)公布于第2-220270號日本專利公開說明書。
參閱圖1，在記錄時，由一個未被示出的視頻信號源提供的數(shù)字視頻信號被加到包括在數(shù)字VTR內(nèi)的塊重列電路101。塊重列電路101把數(shù)字視頻信號劃分成各具有一定大小的若干塊，以便在這種塊的基礎(chǔ)上重新排列視頻信號數(shù)據(jù)。
更準確地說，參閱圖2，整個長方形代表整個屏幕。整個屏幕被劃分成A，B，C，D，E和F六個區(qū)。每個區(qū)又被分成小的長方形單元(小塊)，在那里各區(qū)內(nèi)的小塊由數(shù)字(例如)1，2，3，...標明。例如，區(qū)A是由許多小塊A1，A2，A3,....組成，而區(qū)B則由相同數(shù)字的小塊B1，B2，B3，...組成。對于其余的區(qū)C，D，E和F可以同樣地加以表明。
塊重列電路101把所加的構(gòu)成整個屏幕的數(shù)字視頻信號劃分成上述的長方形單元(小塊)。然后，數(shù)字視頻信號以小塊為基礎(chǔ)按這樣的布局重新排列，即，從區(qū)A-F分別按遞升次序(例如A1，B1，C1，D1，E1，F(xiàn)1，A2，B2，C2，D2，E2，F(xiàn)2，A3...)一個個地按序?qū)С龈餍K。由六個區(qū)A-F分別讀出的相應數(shù)字的小塊組成各個組，例如組(A1，B1，C1，D1，E1，F(xiàn)1)，組(A2，B2，C2，D2，E2，F(xiàn)2)被定義為一個“大塊”。
如上面所述的重新排列的數(shù)字視頻信號被加到一個降低比特率的編碼電路102，在那里，以上述大塊為基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)進行降低比特率的編碼以獲得適于在磁帶上進行記錄的信息量。更準確地說，進入降低比特率編碼電路102的每一小塊視頻信號須經(jīng)眾所周知的的正交變換編碼，然后依據(jù)每一小塊的信息量經(jīng)受可變長度編碼處理，以使大塊的編碼量變成恒定。從而減少數(shù)據(jù)量，即完成了降低比特率的編碼。構(gòu)成各大塊的許多小塊數(shù)據(jù)被集合在一起以便作為固定長度的數(shù)據(jù)塊加到糾錯編碼電路103。
糾錯編碼電路103把糾錯碼(奇偶校驗)加到經(jīng)降低比特率編碼的固定長度的塊數(shù)據(jù)上，該塊數(shù)據(jù)被加到一個同步信號—識別(ID)信號施加電路104。同步信號—識別(ID)信號施加電路104把同步信號和識別(ID)信號加到所提供的視頻信號上以便向調(diào)制電路105提供該信號。
調(diào)制電路105在調(diào)制提供的信號同時抑制其直流(DC)成分，以便于將其以上述固定長度的塊為基礎(chǔ)經(jīng)由磁頭106記錄在作為記錄媒體的磁帶107上。圖3顯示了在這種磁帶上進行記錄的方式。各個磁道由許多固定長度的塊數(shù)據(jù)M1，M2，M3，M4，...所構(gòu)成。
在再現(xiàn)時，在磁帶107上所記錄的數(shù)據(jù)M1，M2，M3...(例如那些示于圖3的)經(jīng)由磁頭108重現(xiàn)，以便由解調(diào)電路109解調(diào)。解調(diào)后視頻信號被送到同步信號—識別(ID)信號檢測電路110，在那里，完成對于同步信號和識別(ID)信號的檢測。然后，把視頻信號加到糾錯譯碼電路111。
糾錯譯碼電路111對所加的視頻信號進行誤差校正，并為形成固定長度塊的各小塊數(shù)據(jù)進行可變長度譯碼和逆向正交變換處理，以便恢復各小塊的原來數(shù)據(jù)。復原后數(shù)據(jù)被加到譯碼—隱蔽電路112，在那里，對不能在糾錯譯碼電路111完成糾錯的數(shù)據(jù)部分進行視頻信號的譯碼和隱蔽。
經(jīng)糾錯和譯碼處理的數(shù)據(jù)被加到塊去重列電路113，在那里，完成由記錄系統(tǒng)的塊重列電路101重排的逆向再編排。結(jié)果是，重現(xiàn)了記錄時視頻信號原來數(shù)據(jù)編排。適當?shù)剌敵鰤K去重列電路113的數(shù)據(jù)信號以供給圖中未示的監(jiān)視器之類的裝置。
在圖1-3所示的普通數(shù)字VTR中，在屏幕上彼此相隔一定距離的許多小塊(例如，A1，B1，C1，D1，E1，F(xiàn)1)被集合在一起以形成—個大塊，對代碼數(shù)量的控制是在這大塊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，以形成待記錄在磁帶上的固定長度的數(shù)據(jù)塊(例如M1)。因此，彼此相鄰記錄在磁帶上的固定長度的兩個數(shù)據(jù)(例如M1和M2)的對應小塊(例如A1和A2，B1和B2)是屏幕上彼此相鄰的小塊。在屏幕上相鄰的兩個小塊之間，視頻數(shù)據(jù)信息量的偏差被認為必定是很小的。因此，彼此相鄰記錄在磁帶上的固定長度數(shù)據(jù)(M1，M2，......)的每個信息量是不大可能發(fā)生偏差的，這樣視頻信號就能以所要求的圖像質(zhì)量傳送，也就是說，能夠提高降低比特率的編碼效率。
更確切地說，當保持所要求的圖像質(zhì)量時，為了對視頻數(shù)據(jù)編碼，有必要按照圖像的信息量指定代碼數(shù)量。另一方面，也要求在編碼之后使每一大塊的代碼數(shù)量恒定。結(jié)果是，如果每一大塊的信息量的偏差是大的，則就要除去具有這樣大信息量的大塊數(shù)據(jù)，因而要保持足夠好的圖像質(zhì)量就變得很困難。如果使固定長度塊的代碼長度較大以對應于那些具有最大信息量的塊長，以便保持足夠的圖像質(zhì)量，另一方面，具有較少信息量的大塊的代碼長度也不必要地跟著增加，故實現(xiàn)提高效率下的降低比特率編碼就變得困難了。因此，在普通數(shù)字VTR中，各固定長度塊的信息量的偏差是按上述方法被作得小以實現(xiàn)提高效率條件下的降低比特率編碼。
此外，當視頻數(shù)據(jù)是以許多像素構(gòu)成的小塊為基礎(chǔ)而進行記錄，并以高速再現(xiàn)這樣記錄的數(shù)據(jù)時，屬于不同場(幀)的小塊通常彼此相鄰地再現(xiàn)在同一屏幕上，在這種情況下，這種小塊之間的邊界能用肉眼辨認。如果大量的屬于不同場(幀)的小塊以不斷地混合方式再現(xiàn)，也會不斷產(chǎn)生上述邊界，結(jié)果使該再現(xiàn)圖像看來像已應用了鑲嵌圖案處理似的。
因此，通過使記錄在磁帶上的彼此相鄰的固定長度塊(例如M1和M2)之間的數(shù)據(jù)在屏幕上保持連續(xù)性，即使在高速重放的時間(例如以高速檢索方式防止鑲嵌圖案出現(xiàn)在屏幕上)也能保證數(shù)據(jù)在屏幕上的連續(xù)性，從而，就能保證再現(xiàn)圖像的優(yōu)良視覺質(zhì)量。
在上述普通VTR中，屏幕上的分塊方式具有在下文中陳述的問題。從進一步改善降低比特率的編碼效率的觀點來說，最好把整個屏幕劃分成盡可能多的區(qū)，以增加包含在各大塊(固定長度塊)內(nèi)的小塊數(shù)目以便消除各固定長度塊數(shù)據(jù)中信息量的偏差。但是，從保證在高速重放時刻重顯圖像的優(yōu)良視覺質(zhì)量的觀點來說，為了避免屏幕上的鑲嵌畸變，最好減少包括在各大塊(固定長度塊)內(nèi)的小塊數(shù)目以便保證數(shù)據(jù)在屏幕上的連續(xù)性。
如圖2所示，例如，小塊是從六個區(qū)A-F分別一個個地導出，以組成一個大塊(M1＝A1，B1，C1，D1，E1，F(xiàn)1)，并實現(xiàn)了代碼數(shù)量控制，用于使各大塊的代碼數(shù)量恒定，從而形成固定長度的塊。然后，以這固定長度塊(M1，M2，M3，M4.....)為基礎(chǔ)，進行在磁帶上的記錄。如果把它改作在屏幕上的相鄰小塊(例如A1和A2)是與磁帶上兩個相鄰的固定長度塊(例如M1和M2)彼比對應的兩個小塊，則在高速重放時，能從磁帶上連續(xù)地再現(xiàn)的只有小塊(例如30個)中的1/6(例如，5個小塊)在A-F的各區(qū)內(nèi)是連貫的。正如前面所述的，鑲嵌畸變通常是由屬于不同場的塊中間產(chǎn)生大量邊界所引起。所以，為了顯示這樣的鑲嵌畸變，有必要盡可能多地把屬于同一場的小塊再現(xiàn)在屏幕上。如果如上面所述的，相應于30個小塊的1/6僅僅5個小塊，能連續(xù)地再現(xiàn)于屏幕上，能連續(xù)地再現(xiàn)于A-F的各區(qū)內(nèi)，而在屬于不同場的數(shù)據(jù)塊中的大量邊界會在屏幕上產(chǎn)生，故高速重放時的鑲嵌畸變便不能充分地加以防止。
相反地，如果把屏幕劃分成更小的數(shù)目，例如劃分成兩個，則高速重放時能從磁帶上連續(xù)地加以重放的1/2小塊在各個區(qū)可能是連貫的，根據(jù)這一點，在高速重放時圖像的視覺質(zhì)量能夠提高到某種程度。但是，在這種情況下，可能存在的各固定長度塊信息量的偏差，會減小比特率降低的編碼效率。
因此，數(shù)字VTR的設(shè)計參數(shù)，尤其是包括在各固定長度塊之內(nèi)的小塊數(shù)只有通過綜合考慮降低比特率的編碼效率和高速再現(xiàn)圖像的視覺質(zhì)量之間的關(guān)系才能予以確定，由此產(chǎn)生了數(shù)字VTR的設(shè)計顯著缺乏靈活性的問題。
本發(fā)明的一個目的是提供視頻信號的降低比特率的編碼效率已經(jīng)改進的數(shù)字視頻信號記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是提供在高速重放時再現(xiàn)圖像的圖像質(zhì)量已經(jīng)改進的數(shù)字視頻信號記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備。
本發(fā)明的又一個目的是提供分別促進降低比特率編碼的最佳化和高速再現(xiàn)圖像質(zhì)量的最佳化的視頻信號的數(shù)字式記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備。
概括地說，按照本發(fā)明用數(shù)字方式記錄數(shù)字視頻信號的設(shè)備包括用于形成許多小塊的電路，各小塊數(shù)字視頻信號的水平方向和垂直方向上含有許多像素、用于形成許多大塊的電路，各大塊含有在屏幕上彼此安置在一定間隔上的許多小塊、用于對構(gòu)成大塊的各小塊的數(shù)字視頻信號進行編碼的電路、用于控制各大塊的代碼數(shù)量的電路，使得構(gòu)成大塊的許多小塊的總代碼量是恒定的以形成固定長度的塊、用于把固定長度塊劃分成許多記錄塊的電路，以使構(gòu)成固定長度塊的許多小塊的各自主要部分(對視頻數(shù)據(jù)的譯碼很重要)分別包括在許多記錄塊內(nèi)，用于進行糾錯編碼的電路，以便在重放時將該編碼施加到記錄塊形成許多糾錯塊、用于以記錄塊為基礎(chǔ)重新編排包含在許多糾錯塊中的許多記錄塊的電路，使得包括了在屏幕上彼此相鄰小塊的主要成分的記錄塊在記錄媒體上也相鄰，以及用于在記錄媒體上記錄和重排許多記錄塊的電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于以數(shù)字方式重放如上所述記錄下來的數(shù)字視頻信號的設(shè)備包括用于檢測記錄在記錄媒體上的許多記錄塊的電路、用于以記錄塊為基礎(chǔ)重排檢測到的記錄塊的電路，以使記錄塊以記錄前原有的次序包含在許多糾錯塊內(nèi)，用于在記錄時恢復記錄塊的電路它是通過施加糾錯處理于重排的記錄塊，以便把重放時產(chǎn)生的錯誤糾正過來，用于從構(gòu)成大塊的許多記錄塊重建一固定長度塊的電路，用于對構(gòu)成重建的固定長度塊的各個眾多小塊的數(shù)字視頻信號進行譯碼的電路、用于隱蔽各小塊的內(nèi)容的電路，以便在糾錯電路不能完成糾錯時，減少差錯對再現(xiàn)圖像的影響，以及用于重排構(gòu)成固定長度塊的許多小塊的電路，以便恢復在記錄時對應于數(shù)字視頻信號的像素。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，用于以數(shù)字方式記錄所提供的數(shù)字視頻信號和用于以數(shù)字方式再現(xiàn)所記錄的數(shù)字視頻信號的設(shè)備包括用于形成許多小塊的電路，各個小塊包括在數(shù)字視頻信號的水平方向和垂直方向上的許多像素，用于形成許多大塊的電路，各大塊含有在屏幕上彼此位于一定間隔上的許多小塊、用于對構(gòu)成大塊的各小塊的數(shù)字視頻信號進行編碼的電路、用于控制各大塊代碼量的電路，使得構(gòu)成大塊的許多小塊總的代碼量恒定以形成固定長度的塊、用于把固定長度塊劃分成許多記錄塊的電路，以使構(gòu)成固定長度塊的許多小塊各自的主要成分分別包括在許多記錄塊內(nèi)、用于施加糾錯編碼的電路，以便在重放時將該編碼加到許多記錄塊以形成許多糾錯塊、用于以記錄塊為基礎(chǔ)重新編排包含在許多糾錯塊中的許多記錄塊的電路，使得包括了在屏幕上彼此相鄰小塊的主要成分的記錄塊在記錄媒體上也是相鄰的、用于在記錄媒體上記錄和重排許多記錄塊的電路、用于檢測記錄在記錄媒體上的許多記錄塊的電路、用于以記錄塊為基礎(chǔ)重排測得的記錄塊的電路，以便使該記錄塊以記錄前的原有次序包括在許多糾錯塊之內(nèi)，用于在記錄時恢復記錄塊的電路，它是通過將糾錯處理施加于重排后的記錄塊以便校正重放時所產(chǎn)生的錯誤、用于從構(gòu)成大塊的許多記錄塊重建固定長度塊的電路、用于對構(gòu)成重排的固定長度塊的各個眾多小塊的數(shù)字視頻信號進行譯碼的電路、用于隱蔽各小塊的內(nèi)容的電路，以便在糾錯電路不能完成糾錯時，減少錯誤對再現(xiàn)圖像的影響，以及用于重排構(gòu)成固定長度塊的許多小塊的電路，以便恢復對應于記錄時數(shù)字視頻信號的像素。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于減少了各大塊的信息量偏差的可能性，以便通過控制大塊的代碼量，(該大塊是由為形成固定長度塊而在屏幕上彼此安置在一定間隔上的許多小塊組成)，通過劃分固定長度塊使得相應小塊的主要成分各自地包括在記錄塊上，以及通過重新編排糾錯塊使得包括了在屏幕上相鄰小塊的主要成分的記錄塊在記錄媒體上也是相鄰的，從而改進降低比特率的編碼效率。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于阻止了高速再現(xiàn)圖像時的鑲嵌畸變以獲得高視覺質(zhì)量的高速再現(xiàn)圖像，這是因為在高速再現(xiàn)時，磁道上連續(xù)地檢測出的小塊數(shù)目正好是在屏幕上連續(xù)的小塊數(shù)目。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點在于允許任意調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得想要的降低比特率的編碼效率而與高速再現(xiàn)圖像的質(zhì)量無關(guān)。
本發(fā)明的前述及其他目的、特征、情況和優(yōu)點，在下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細描述中，將變得更加明顯。附圖中圖1是一個方框圖，概略地示出普通數(shù)字VTR的結(jié)構(gòu)；圖2概略地示出，根據(jù)一種降低比特率的編碼方法的屏幕分塊方式；圖3概略地表示，由普通數(shù)字VTR在磁帶上所形成磁道的一組數(shù)據(jù)編排。
圖4是一個方框圖，概略地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的數(shù)字VTR結(jié)構(gòu)。
圖5是一個示意圖概略地表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的屏幕分塊方式。
圖6概略地表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個固定長度塊的結(jié)構(gòu)。
圖7和8概略地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的固定長度塊的劃分方法。
圖9A-9C概略地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例當形成了四個糾錯塊時的數(shù)據(jù)排列。
圖10概格地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例由數(shù)字VTR在磁帶上所形成的記錄磁道間的關(guān)系以及在高速重放時磁頭的一個磁道。
圖11概略地表示使用于多道一多段記錄方法的磁頭的編排例子；圖12A-12C概略地表示根據(jù)多道一多段記錄方法由數(shù)字VTR所形成的磁道。
圖4是一個方框圖，概略地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的數(shù)字VTR的結(jié)構(gòu)。參閱圖4，在記錄時，由一個未被示出的視頻信號源提供的數(shù)字視頻信號被加到包括在數(shù)字VTR內(nèi)的小塊電路1。與根據(jù)圖1-3描述的傳統(tǒng)技術(shù)的情況相似，如圖5所示，小塊電路1在數(shù)字視頻信號的水平方向和垂直方向上把許多像素組合起來以形成許多長方形單元(小數(shù)據(jù)塊)A1，A2，......，B1，B2，...，C1，C2，...，D1，D2，...。以這種方式重排的數(shù)字視頻信號被加到大塊電路2。
大塊電路2以小塊為基礎(chǔ)通過按遞升次序從如圖5所示把整個屏幕一分為四所得到的區(qū)A，B，C和D一個個地按序?qū)С鲂K，由此產(chǎn)生許多大塊(A1，B1，C1，D1)，(A2，B2，C2，D2)，......來重新編排數(shù)字視頻信號。以這種方式重新編排后的數(shù)字視頻信號被送到一個正交變換電路3。
正交變換電路3利用眾所周知的方法(例如離散余弦變換法)對進入的各小塊的數(shù)字視頻信號應用正交變換處理法，并把同樣的信號送到一個可變長度編碼電路4?？勺冮L度編碼電路4根據(jù)各個輸入小塊的信息量把可變長度編碼方法應用于各個小塊。雖然各小塊的信息代碼量在各個小塊的可變長度編碼處理過程中是可變的，但可變長度編碼電路4執(zhí)行控制，使得形成大塊的許多小塊的總代碼長度是一固定值，由此得到了對應于各大塊的固定長度的數(shù)據(jù)塊。
根據(jù)圖6更具體地描述本實施例，四個小塊A1，B1，C1，D1構(gòu)成一個大塊(固定長度塊)，而四個小塊A2，B2，C2和D2構(gòu)成另一個大塊(固定長度塊)。可用同樣的方式來表示其余的塊。可變長度編碼電路4控制代碼量使得各大塊中的信息總代碼數(shù)量相等。
與上述傳統(tǒng)技術(shù)的情況相似，本發(fā)明的數(shù)字視頻信號的重新編排導致在相同的固定長度塊內(nèi)的小塊(例如A1和B1)彼此隔開定位于屏幕上，以及在毗連記錄的固定長度塊內(nèi)的相應小塊(例A1和A2)彼此相鄰定位于屏幕上。因此，減少了各固定長度塊的信息量偏差的可能性。與上述傳統(tǒng)技術(shù)的情況相似，按照本發(fā)明的一個實施例，保證了提高可變長度編碼效率的有效作用。除了與那些傳統(tǒng)技術(shù)相等的效果外，本發(fā)明的一個實施例還具有下列新穎性。
如上所述的受可變長度編碼處理的數(shù)字視頻信號被加到一個記錄塊電路5，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)劃分，以形成將在以后予以描述的記錄塊。更具體地說，如圖6所示構(gòu)成固定長度塊的各塊的代碼包括了代表編碼后代碼長度的附加信息，接著在從低頻分量開始處理的正交變換之后是含有從低頻分量到高頻分量的視頻信息的真實信息。上述附加信息和低頻分量的真實信息稱為包含在固定長度塊內(nèi)的信息中的主要分量信息。
記錄塊電路5對各固定長度塊的數(shù)據(jù)進行劃分，結(jié)果是上述構(gòu)成固定長度塊的許多小塊的主要分量被包括在各個記錄塊中。像這樣的劃分方法有兩種，即，第一種方法概略地示于圖7，第二種方法概略地示于圖8。
示于圖7的第一種方法將予以描述。圖7示出一個固定長度塊被分成1-5個記錄塊的情況。就構(gòu)成一個固定長度塊的小塊A-D的信息而論，各小塊的主要分量信息分別配置在記錄塊1-4內(nèi)，而不那么重要的和不包括在主要分量內(nèi)的那些分量(例如高頻信息)則將這相應的四個小塊集中起來以便編排在一個附加塊5中。固定長度塊劃分為1-5記錄塊就是以這種方式實現(xiàn)的。
示于圖8的第二種方法將在此后予以描述。圖8示出一個固定長度塊被分成1-4個記錄塊的情況。更具體地說，構(gòu)成一個固定長度塊的小塊A-D的平均代碼長度被規(guī)定作為每個記錄塊的代碼長度，而相應的小塊A-D的信息則分別被配置在記錄塊1-4中。代碼長度比平均值更長的小塊的信息(它不能儲存于相應的記錄塊內(nèi))被儲存于另一個記錄塊的空白區(qū)內(nèi)而代碼長度短于平均值的小塊數(shù)據(jù)被儲存在那里。固定長度塊劃分為記錄塊1-4就是以這種方式實現(xiàn)的。
通過劃分固定長度數(shù)據(jù)以使許多小塊的主要信息分量根據(jù)上述第一和第二種方法被編排在各個記錄塊內(nèi)，借此，如后面將加以詳細說明的，任何一個記錄塊1-4可以通過數(shù)字VTR的放像系統(tǒng)加以檢測，包含在其內(nèi)的小塊的視頻信號可以在圖像質(zhì)量沒有顯著下降的情況下加以恢復。
圖7的第一種方法其特征在于，各小塊的主要分量可容易地劃入各個記錄塊中，而只有高速放像所需要的信息能可靠地加以檢測，因為視頻信號的主要分量是記錄在一個組內(nèi)。圖8的第二種方法其特征在于，各小塊的主要分量可容易地劃入各個記錄塊內(nèi)，而每一個記錄塊必然包括了相應小塊的主要分量，以致如果一個記錄塊可在高速放像時予以重放，則必定能再現(xiàn)一個小塊。
盡管本發(fā)明的目的可以借助上述第一和第二種方法中的任何一個來實現(xiàn)，便為了簡化說明，在下面的例子中采用了圖8的第二種方法。
由記錄塊電路5提供的視頻信號被加到糾錯編碼電路6，同時把一個糾錯碼(奇偶校驗)加到那里用于糾正放像系統(tǒng)所產(chǎn)生的差錯。更具體地說，糾錯編碼過程是使用眾所周知的外碼和內(nèi)碼的里德＝所羅門乘積碼來實現(xiàn)的，由此產(chǎn)生許多糾錯塊。在每個糾錯塊中，上述記錄塊以與內(nèi)碼一一對應的方式予以儲存。
圖9A-9C概略地示出按照本發(fā)明在形成四個糾錯塊的情況下的數(shù)據(jù)排列。更具體地說，圖9A對應于圖5被劃分的屏幕，其中在屏幕上對應于小塊A1，A2，A3，A4，...，B1，B2，B3，B4，...，C1，C2，C3，C4，...，D1，D2，D3，D4，...的記錄塊順序地被儲存在對應號碼的糾錯塊內(nèi)，如圖9B所示。例如，記錄塊A1，B1，C1，D1，...被儲存在第一糾錯塊內(nèi)作為附加有外奇偶校驗的外碼，和A2，B2，C2，D2，...被儲存在第二糾錯塊內(nèi)作為附加有外奇偶校驗的外碼。其余記錄塊以類似方式按序儲存在相應糾錯塊內(nèi)。
經(jīng)糾錯編碼處理的記錄塊(其排列如圖9 B所示)被加到一個重排電路7。重排電路7把如圖9B所示排列的記錄塊重新編排成像圖9C所示排列，即在屏幕上的相鄰小塊(例如A1，A2，A3，A4，...)，當被記錄在磁帶上時，也位于相鄰磁道上。經(jīng)以這種方式重新編排的記錄塊由一個(未示出的)調(diào)制電路所調(diào)制以便經(jīng)由磁頭8將其記錄在磁帶9上。
于是，對應于屏幕上各相鄰小塊(例如圖9A的A1和A2)的內(nèi)碼以分布的方式被包含在各個糾錯塊內(nèi)(例如，在圖9B的第一和第二糾錯塊內(nèi))。此外，屏幕上相鄰小塊(A1和A2)具有經(jīng)重排的數(shù)據(jù)，以便即使在如圖9c所示的記錄磁道上也處于相鄰位置。因此，在放像時，從四個糾錯塊一個個地按序?qū)С隽藘?nèi)碼。結(jié)果是，一旦在放像系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)一個沿圖9C的磁道縱向方向的色同步誤差，這樣一個色同步誤差便被分在四個糾錯塊中了。與示于圖3的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)排列相比，如上述的本發(fā)明數(shù)據(jù)排列提供了一個能用外碼校正色同步誤差的長度增大了三倍的效果。而且還具有在高速放像時提高圖像視覺質(zhì)量的優(yōu)點。
在放像時，記錄在圖9c所示的磁帶9上的小數(shù)據(jù)塊A1，A2，A3，A4，......是經(jīng)由磁頭10再現(xiàn)，并通過一個(未示出的)解調(diào)電路予以解調(diào)的。已解調(diào)的視頻信號被加到一個逆向重排電路11，在那里，使許多糾錯塊具有重新排列成圖9B所示的原有排列的小塊。
從逆向重排電路11來的已重排視頻信號被加到一個糾錯譯碼電路12。糾錯譯碼電路12對所提供的視頻信號進行誤差校正，以便糾正在放像時所產(chǎn)生的差錯，由此恢復原有記錄塊并將其加到記錄塊分解電路13。糾錯譯碼電路12把一個誤差標志施加于一個不能被糾正的記錄塊(小塊)，并向記錄塊分解電路13提供相同的記錄塊。
記錄塊分解電路13把如圖9B所示形成的記錄塊分解成重排數(shù)據(jù)，使其恢復到構(gòu)成示于圖6的固定長度塊的各小塊的編碼數(shù)據(jù)。由此得到的數(shù)據(jù)被加到第一隱蔽電路14。
如果在記錄塊包含對應小塊的主要分量的那部分不存在誤差，(圖7和圖8的空白區(qū))，和如果在記錄塊包含對應小塊的不重要分量的那部分存在誤差，(圖7和圖8的陰影區(qū))，則第一隱蔽電路14例如用“0”代替這種不重要分量，并消除由糾錯譯碼電路12所施加的誤差標志。如果在記錄塊包含對應小塊的主要分量的那部分存在誤差，則第一隱蔽電路14產(chǎn)生一個誤差標志加到下一級的第二隱蔽電路17。
經(jīng)上述由第一隱蔽電路14進行糾正處理的視頻信號加到可變長度譯碼電路15?？勺冮L度譯碼電路15對各小塊的編碼數(shù)據(jù)進行了可變長度譯碼處理以便向逆向正交變換電路16提供該數(shù)據(jù)。逆向正交變換電路16應用了同記錄時施加于各小塊數(shù)據(jù)的正交變換過程相反的正交變換處理以獲得各小塊的像素。
盡管含有通過第一隱蔽電路14用“0”代替的不重要誤差分量的小塊的視頻信號稍微損失了它的高頻分量，但還是有可能獲得具有一定水平圖像質(zhì)量的再現(xiàn)圖象。如果在包含對應小塊主要分量的那部分記錄塊中存在誤差，而且誤差標志已經(jīng)由第一隱蔽電路14送到第二隱蔽電路17，那么借助于第二隱蔽電路17，該小塊的像素由前面屏幕上相同位置的小塊像素所代替。
為各小塊所得到的像素被加到一個大塊分解電路18。大塊分解電路18重排了如圖9A所示的小塊，以便在屏幕上它們的相應位置上再現(xiàn)。小塊分解電路19分解各小塊的像素，以便用和那些在記錄時提供給小塊電路1的數(shù)字視頻信號一樣的方式再生數(shù)字視頻信號的排列。再生的數(shù)字視頻信號被加到一個(未示出的)監(jiān)視器上。因此，顯示再生的圖像是可能的。
圖10概略地示出根據(jù)上述實施例由數(shù)字VTR在磁帶上所形成的記錄磁道之間的關(guān)系，以及在高速放像時磁頭的軌跡。在高速放像時，用于放像的磁頭經(jīng)過在磁帶上形成的用于掃描的許多記錄磁道。通過采用方位記錄方法，可以使用一個磁頭每隔一磁道地檢測視頻信號，如圖10的陰影線所示。根據(jù)本發(fā)明的本實施例，在屏幕上相鄰的小塊數(shù)據(jù)(例如，A1，A2，A3，A4，...)在內(nèi)碼的基礎(chǔ)上依次被記錄(如結(jié)合圖9c所描述的)，使得即使在高速放像時也能以如圖10所示的一定的連續(xù)性檢測出信號來。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在記錄磁道上相鄰的內(nèi)碼含有相鄰地位于所儲存的屏幕上的小塊的主要分量(如結(jié)合圖9A-9C所描述的)，因此在高速放像時能連續(xù)地在記錄磁道上(圖10的陰影區(qū))加以檢測的內(nèi)碼號數(shù)正好是在屏幕上連續(xù)的小塊號數(shù)。這樣，在高速放像時能夠避免屏幕上的鑲嵌畸變以獲得在高速放像時的高視覺質(zhì)量的圖像。
盡管本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)和操作已經(jīng)在上面作了描述，鑒于要記錄大量的數(shù)字視頻信號；在傳統(tǒng)數(shù)字VTR中采用了通常所說的多道一多段記錄方法，在那里一個屏幕的數(shù)據(jù)被分成許多磁道以便用多個磁頭加以記錄。此后將描述本發(fā)明應用于多道一多段記錄方法的數(shù)字VTR的一個實施例。
圖11概略地示出使用于多道一多段記錄方法的磁頭排列的例子。在下面的說明中，為簡化起見，假定示于圖11的四個磁頭用來把一個屏幕的數(shù)字視頻信號數(shù)據(jù)分成四個待記錄的磁道。
參閱圖11，磁頭a1和a2是(+)方位磁頭，而磁頭b1和b2是(一)方位磁頭。利用磁頭對A1和b1及磁頭對A2和b2，圖11旋轉(zhuǎn)磁鼓的每一轉(zhuǎn)使用兩對(即總數(shù)為四個)磁頭將一個屏幕的視頻數(shù)據(jù)記錄在磁帶上。圖12A顯示使用四個磁頭把一個屏幕的數(shù)據(jù)記錄在四個磁道上的情況。參閱圖12A，由粗實線表示的區(qū)域表示一個屏幕的數(shù)據(jù)被記錄的區(qū)，借助于細實線把這樣的區(qū)一分為二所限定的兩個區(qū)是分別由a1和b1及a2和b2兩對磁頭所形成的區(qū)。由虛線限定的每一區(qū)對應于由每個磁頭所形成的一條磁道。
此后將根據(jù)本實施例描述圖4所示記錄系統(tǒng)的糾錯編碼電路6和重排電路7的操作。如早已結(jié)合圖9b所描述的，糾錯編碼電路6形成許多糾錯塊(m塊)以便為各糾錯塊儲存記錄塊。為了很平衡地隔行掃描磁道和糾錯塊，最好是令M的值使每個糾錯塊用的內(nèi)碼數(shù)和包括了小塊主要分量在內(nèi)的記錄塊的內(nèi)碼數(shù)是4的倍數(shù)。
更具體地說，假定內(nèi)碼數(shù)是X，對每個糾錯塊而言，在磁道數(shù)是4的情況下，例如在本實施例的情況下，對應于(包括了小塊主要分量在內(nèi))的記錄塊的內(nèi)碼數(shù)是Y。為了在良好平衡情況下實現(xiàn)隔行掃描，也就是說，把X個包含在各糾錯塊內(nèi)的內(nèi)碼平均地分配給4個磁道，則數(shù)值X必須是4的倍數(shù)，尤其是鑒于應平均地分配真實數(shù)據(jù)以及奇偶校驗數(shù)據(jù)的必要性，數(shù)目Y也應是4的倍數(shù)。
在這里，所提供的說明是假定，如果糾錯塊的數(shù)目M是4，即滿足了上述條件。在此情況下，如圖9B所示，各個糾錯塊的數(shù)據(jù)被排列成使得包含屏幕上相鄰小塊的主分量的內(nèi)碼被分配到各糾錯塊上。
盡管重排電路7負責編排數(shù)據(jù)使得包含屏幕上相鄰小塊主分量的內(nèi)碼，在磁道上也是相鄰的，由磁頭對a1和b1或a2和b2所形成的兩個磁道(由細實線和粗實線所限定的區(qū))被看作一個磁道，其內(nèi)數(shù)據(jù)被重新排列成如同在本實施例中圖12B所示的布置。
更具體地說，重排電路7實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的重新排列，使得包括在屏幕上相鄰小塊在內(nèi)的內(nèi)碼以某一順序交替地被記錄在一對磁道上，例如塊A1至磁道a1，塊A2至磁道b1，塊A3至磁道a1，塊A4至磁道b1，塊A5至磁道b1，塊A6至磁道a1，塊A7至磁道b1，塊A8至磁道a1。
數(shù)據(jù)之所以不是簡單地以塊A1，A3，A5，A7，...的次序在磁道a1上加以分配，而是以塊A1-A4和塊A5-A8之間的交換順序加以分配的原因此后將予以說明。如果簡單地以A1，A3，A5，A7，...的次序在磁道a1上排列數(shù)據(jù)，則一旦沿磁道方向產(chǎn)生色同步誤差，就只能分配到兩個糾錯塊內(nèi)，(即圖9B的第一和第三糾錯塊)。如果在磁道a1上以塊A1，A3，A6，A8的次序配置數(shù)據(jù)，則該色同步誤差就能分配到所有1-4四個糾錯塊內(nèi)。
本發(fā)明可實施成使得當通過糾錯編碼電路6組成糾錯塊時，排列的次序可在塊A1-A4和塊A5-A8之間變換，然后正當它們通過重排電路7在磁道上重排數(shù)據(jù)時，把它們配給該磁道對。
圖12C概略地示出在磁帶上如圖12B所示形成的記錄塊與在高速再現(xiàn)時磁頭對(例如，磁頭a1和b1)的軌跡之間的關(guān)系。參閱圖12C，磁道a1和a2和被磁頭a1所掃描以便檢測出記錄數(shù)據(jù)的a1區(qū)(陰影區(qū))及不同方位磁道b1和b2和被磁頭b1所掃描以便檢測出記錄數(shù)據(jù)的b1區(qū)(陰影區(qū))都基本上安置在對應位置上。如結(jié)合圖12B所描述的同包括了在屏幕上相鄰小塊的主分量在內(nèi)的記錄塊(內(nèi)碼)只不過相鄰配置在單個磁道上以便由一個磁頭依次檢測(如圖9和10所示)的情況比較，通過安排在屏幕上相鄰的小塊以交替的方式組成一對磁道并同時用上述磁頭對實現(xiàn)檢測，就能夠依次重現(xiàn)兩倍數(shù)目的小塊，結(jié)果在屏幕上依次產(chǎn)生雙倍數(shù)目的小塊，借助于把本發(fā)明應用于用多道一多段記錄方法(示于圖11和12)的數(shù)字VTR，可以更有效地避免在高速重放時的鑲嵌變形以獲得更高水平的視覺圖像質(zhì)量的重現(xiàn)圖像。
本發(fā)明可適用于各種各樣格式的磁帶記錄/再現(xiàn)方法，在那里通過按上述記錄/再現(xiàn)方法重排數(shù)據(jù)可以得到類似的效果。
在上述實施例中，假定記錄塊和內(nèi)碼是一一對應的。如果每個記錄塊的代碼長度過長，考慮到借助內(nèi)碼糾錯的能力，可將一個記錄塊加以劃分以對應于許多內(nèi)碼。相反，如果每個記錄塊的代碼長度太短，而從冗余觀點來看是不利的，則可以把包括了在屏幕上許多相鄰小塊的主分量在內(nèi)的許多記錄塊內(nèi)組合起來以便對應于一個內(nèi)碼。
盡管本發(fā)明的上述實施例已把屏幕一分為四，作為獲得所要求的降低比特率的編碼效率以及在高速重現(xiàn)時高質(zhì)量的重現(xiàn)圖像的例子，但是本發(fā)明并不限于這種一分為4的劃分，而是可用于把屏幕劃分為別的式樣的情況。
正如在本文描述技術(shù)背景的段落中已經(jīng)加以說明的，按照慣例，從改善降低比特率的編碼效率的觀點出發(fā)則最好把整個屏幕劃分成盡可能多的區(qū)域，可是從在高速重現(xiàn)時仍有良好的重現(xiàn)圖像的視覺質(zhì)量的觀點出發(fā)，則希望把整個屏幕劃分成數(shù)目盡可能少的區(qū)。按照傳統(tǒng)做法，綜合地評估達到的降低比特率編碼和達到的高速放像的優(yōu)良視覺的圖像質(zhì)量，以便在兩者兼顧的基礎(chǔ)上確定數(shù)字VTR的設(shè)計參數(shù)。與此相反，根據(jù)本發(fā)明可以單獨地評估降低比特率編碼的最佳化和高速重現(xiàn)圖像的最佳化。
例如，考慮到只改善降低比特率的編碼效率而保持高速再現(xiàn)圖像的質(zhì)量的情況，屏幕被一分為4，進一步減少信息量的偏差以改善編碼效率是必要的。這可通過增加屏幕的劃分數(shù)目以增加包括在固定長度塊內(nèi)的小塊數(shù)來加以解決。由于本發(fā)明是將數(shù)據(jù)排列成使得在屏幕上相鄰的小塊剛好在磁道上相鄰，在這種情況下，高速再現(xiàn)的圖像質(zhì)量也能維持一樣。也就是說，根據(jù)本發(fā)明，為獲得所需的降低比特率的編碼效率可以把一個屏幕劃分成任意數(shù)目而與高速再現(xiàn)圖像的質(zhì)量無關(guān)。
盡管已對本發(fā)明作了詳細說明和圖示但不言而喻，上面所述的僅僅是作為說明和范例而不是作為限制條件，本發(fā)明的精神和范圍只由所附權(quán)利要求書的條款所限定。
權(quán)利要求
1.一種視頻信號數(shù)字記錄設(shè)備，其特征在于包括小塊形成裝置，用于收集多個抽樣值，形成小塊；大塊形成裝置，用于收集所述小塊形成裝置收集到的多個所述小塊以形成大塊；代碼量控制裝置，用于將代碼量控制得使所述包含在所述大塊中的多個小塊的總代碼長度不變，形成固定長度塊；固定長度塊劃分裝置，用于將所述固定長度塊分成多個記錄塊；和記錄塊處理裝置，用于重排準備記錄在記錄媒體上的所述多個記錄塊；所述大塊形成裝置從屏幕上彼此間隔一段距離配置的多個所述小塊中形成所述大塊；所述固定長度塊劃分裝置的劃分進行得使所述多個小塊的各主分量分別存入所述多個記錄塊中，而將多個小塊諸代碼中不能存入一記錄塊的代碼存入另一記錄塊的空白區(qū)中；所述記錄塊處理裝置的重排進行得使所述含在屏幕上彼此毗鄰的所述多個小塊各主分量的多個記錄塊連同不能存入一個記錄塊的所述代碼在所述記錄媒體上也彼此毗鄰。
2.一種視頻信號數(shù)字再現(xiàn)設(shè)備，用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻信號數(shù)字記錄設(shè)備所記錄的記錄媒體上的信號再現(xiàn)原視頻信號，其特征在于所述視頻信號數(shù)字再現(xiàn)設(shè)備包括重建裝置，用于根據(jù)從所述記錄媒體檢測出的信號再現(xiàn)多個原記錄塊，從而重建原固定長度塊；譯碼裝置，用于對所述重建過的固定長度塊進行譯碼，從而重建原大塊；和抽樣值復原裝置，用于將多個包含在多個原小塊中的抽樣值從所述經(jīng)譯碼的原大塊復原到屏幕上的各相應位置上，從而得出再現(xiàn)圖象；所述原固定長度塊重建裝置的重排按記錄時相反的安排進行得將記錄時收集到的形成固定長度塊的多個小塊相應的多個記錄塊收集起來，并將記錄時存入另一記錄塊空白區(qū)中的代碼放回到原記錄塊中，從而重建所述固定長度塊。
全文摘要
視頻信號的數(shù)字錄像和/或放像設(shè)備,通過控制由錄像時在屏幕上彼此相隔一定距離的小塊構(gòu)成的大塊代碼量,形成固定長度塊。將固定長度塊分成許多錄像塊,以使得各小塊的主分量分別包括在錄像塊上,重新排列應用誤差校正形成的糾錯塊以使包含在屏幕上相鄰小塊的主分量的錄像塊在錄像媒體上也相鄰。從而消除各大塊信息量偏差的可能性,改善降低比特率編碼的效率,并得到高質(zhì)量的高速重視圖像。
文檔編號G11B20/18GK1203498SQ9810395
公開日1998年12月30日 申請日期1993年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月17日
發(fā)明者高倉英一 申請人:夏普公司