專利名稱：帶特技播放圖象控制的數(shù)字盒式錄象機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻記錄領(lǐng)域，特別是涉及以非標(biāo)準(zhǔn)速度再生高清晰度視頻信號。
發(fā)明的背景使用螺旋掃描格式的盒式數(shù)字錄象機已由標(biāo)準(zhǔn)化委員會提出。所提出的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)電視信號(例如，NTSC或PAL)、或具有MPEG兼容結(jié)構(gòu)的高清晰度電視信號(例如，一種已提出的“大聯(lián)盟，即Grand Alliance”信號)的數(shù)字記錄。SD錄象機采用壓縮分量的視頻信號的格式，這種格式使用帶自適應(yīng)量化和可變長度編碼的場內(nèi)/幀內(nèi)DCT。SD磁跡格式包括10μm磁跡的方位記錄，不帶保護帶，每個NTSC或PAL幀分別為10條或12條磁跡。帶盒使用的磁帶為1/4英寸寬的金屬蒸發(fā)記錄媒體。SD數(shù)字VCR(或DVCR)打算供消費者使用，并具有足以記錄NTSC(PAL)信號或高級電視信號的數(shù)據(jù)記錄能力。
高級電視(ATV)信號已由“大聯(lián)盟(GA)”國際財團開發(fā)。標(biāo)題為“大聯(lián)盟HDTV系統(tǒng)說明”的說明性文件已于1994年《第48屆廣播工程年會論文集》中發(fā)表。GA信號使用MPEG兼容的編碼方法，這種編碼方法采用稱為I幀的幀內(nèi)編碼圖象、稱為P幀的前向預(yù)測幀、和稱為B幀的雙向預(yù)測幀。這三種幀出現(xiàn)在稱為GOP(圖象群)的群內(nèi)。一個GOP內(nèi)的幀數(shù)可由用戶規(guī)定，例如，可以包括15個幀。每一個GOP包括一個I幀，緊接著為一些B幀，在這些B幀之間交插著P幀。
在模擬式消費產(chǎn)品VCR中，“特技播放(TP)”的特點(例如圖象沿正向或反向快速搜索、快動或慢動)可以很容易地實現(xiàn)，因為每一條記錄磁跡一般包括一個場。因此，以非標(biāo)準(zhǔn)帶速再生時，是使再生磁頭跨過多條磁跡、恢復(fù)可以識別的水平圖象段。記錄使用I、P、B幀的ATV信號的GOP時，在磁帶上可能占據(jù)多條磁跡，例如，每一幀占10條磁跡，每一個GOP占150條磁跡。簡言之，當(dāng)使DVCR以非標(biāo)準(zhǔn)再生速度操作時，重放磁頭變換來自多條磁跡的區(qū)或段。遺憾的是這些磁跡段已不再表示來自順序圖象幀中各離散記錄的區(qū)了。相反地，這些段包括主要由GOP中各預(yù)測幀形成的數(shù)據(jù)。在以播放速度工作期間內(nèi)，恢復(fù)了I幀數(shù)據(jù)，這允許重新構(gòu)成預(yù)測的B幀和P幀。顯然，在“特技播放”(TP)工作期間內(nèi)，當(dāng)TP速度提高時，恢復(fù)的I幀數(shù)據(jù)量將逐漸減小。因此，從再生的I幀數(shù)據(jù)塊重新構(gòu)成B幀和P幀的可能性實際上等于零。這樣，為了提供“特技播放”或非標(biāo)準(zhǔn)速度重放的特點，需要記錄那種在TP方式下再生時、不利用相鄰幀的信息就能夠重新構(gòu)成圖象的特定數(shù)據(jù)。而且，因為記錄了“特技播放”的特定數(shù)據(jù)，所以，磁跡的實際位置必須允許在TP方式下能夠?qū)⑵浠謴?fù)出來。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一種安排，一種用來以不同的再生速度再生數(shù)字圖象信號的數(shù)字錄象機，所述錄象機包括用來從記錄媒體恢復(fù)數(shù)字信號的換能器，該數(shù)字信號具有表示數(shù)字圖象信號的第一數(shù)據(jù)信號、和表示該數(shù)字圖象信號的已處理形式的第二數(shù)據(jù)信號；耦合到換能器的、用來把數(shù)字信號分離成為第一和第二數(shù)據(jù)信號的裝置；響應(yīng)于從已選定的再生速度中所選擇的一個再生速度以及第一和第二數(shù)據(jù)信號中的至少一個數(shù)據(jù)信號、以便產(chǎn)生圖象源控制信號的裝置；以及耦合到分離裝置并響應(yīng)于控制信號、以便在第一與第二數(shù)據(jù)信號之間選擇其一作為輸出圖象源的選擇裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一種安排，一種使用螺旋掃描格式、用來再生數(shù)字圖象信號的數(shù)字錄象機，該錄象機包括用來從記錄媒體上變換出數(shù)字信號的重放換能器，該數(shù)字信號包括具有兼容的MPEG格式并表示數(shù)字圖象信號的第一數(shù)據(jù)信號、和具有兼容的MPEG格式并表示該數(shù)字圖象信號的已處理形式的第二數(shù)據(jù)信號；耦合到換能器的、用來把數(shù)字信號分離成為第一和第二數(shù)據(jù)信號的裝置；選擇裝置，耦合到分離裝置并響應(yīng)于控制信號、以便在再生開始時選擇第二數(shù)據(jù)信號以及在從第一數(shù)據(jù)信號中再生出I幀識別信號以后選擇第一數(shù)據(jù)信號；以及，耦合到選擇裝置的輸出端的、用來從第一和第二數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生數(shù)字圖象信號的解碼裝置。
附圖的簡要說明

圖1示出表示了為標(biāo)準(zhǔn)清晰度DVCR所規(guī)定的、各數(shù)據(jù)區(qū)位置的記錄的磁跡圖2示出在兩倍重放速度時、在同步塊恢復(fù)區(qū)域內(nèi)重放磁頭的路徑；圖3示出在4倍重放速度時、在同步塊恢復(fù)區(qū)域內(nèi)重放磁頭的路徑；圖4示出在8倍重放速度時、在同步塊恢復(fù)區(qū)域內(nèi)重放磁頭的路徑；圖5示出在16倍重放速度時、在同步塊恢復(fù)區(qū)域內(nèi)重放磁頭的路徑；圖6包括表示在各種特技方式重放速度時恢復(fù)的音頻和視頻同步塊的表；圖7A示出在2、4、8、16倍重放速度時恢復(fù)的同步塊；圖7B示出對于在2、4、8、16倍重放速度時共同的恢復(fù)的同步塊；圖8示出表示本發(fā)明“特技播放”數(shù)據(jù)布局的有利的同步塊位置的、已記錄磁跡圖的第一實施例；圖9示出在3倍播放速度時重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖10示出在9倍播放速度時重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖11示出在19倍播放速度時重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖12示出在-1倍播放速度時重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖13示出在-7倍播放速度時重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖14示出在-17倍播放速度時，重放磁頭的路徑和同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域；圖15示出在正向3、9、19倍播放速度和在反向1、7、17倍播放速度時恢復(fù)的同步塊；圖16示出表示用來記錄本發(fā)明“特技播放”數(shù)據(jù)的本發(fā)明同步塊位置的、已記錄磁跡圖的第二實施例；圖17示出以ATV信號和本發(fā)明“特技播放”信號記錄的視頻數(shù)據(jù)區(qū)；圖18A示出在SD同步塊中數(shù)據(jù)的排列；圖18B示出為記錄ATV數(shù)據(jù)信號和本發(fā)明“特技播放”數(shù)據(jù)信號的有利地格式化了的同步塊；圖19為使用本發(fā)明“特技播放”記錄和重放特點的ATV數(shù)字盒式錄象機的系統(tǒng)方框圖；圖20為本發(fā)明“特技播放”編碼器和解碼器的系統(tǒng)方框圖；圖21為表示SD錄象機和本發(fā)明對“特技播放”和高清晰度視頻重放的控制的系統(tǒng)方框圖。
詳細描述圖1示出對供消費者使用的標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)、螺旋掃描數(shù)字盒式錄象機的已記錄的磁跡格式。圖1所示有效數(shù)據(jù)區(qū)域包括4個區(qū)，在其上記錄著各種特定類型的數(shù)據(jù)。ITI(插入和跟蹤信息)數(shù)據(jù)區(qū)用于跟蹤和編輯，其后，緊接著編輯間隙G1。音頻數(shù)據(jù)區(qū)占據(jù)14個同步塊、編號為0～13。第二編輯間隙G2緊接在音頻數(shù)據(jù)區(qū)的后面，其后、緊接著包括149個同步塊、編號為0～148的視頻數(shù)據(jù)區(qū)。在視頻數(shù)據(jù)區(qū)后面緊接著第三編輯間隙G3，在G3后面又緊接著子碼記錄區(qū)。規(guī)定數(shù)字錄象機(DVCR)的數(shù)字視頻記錄速率為24.948Mb/s。這一視頻比特率可用來記錄從NTSC(PAL)信號、或從已處理的高級電視信號，例如大聯(lián)盟(GA)信號解碼的分量視頻信號。圖21示出DVCR350的簡化方框圖。DVCR350包括磁頭鼓510，磁頭鼓510包括多個耦合到重放處理器上的記錄和再生磁頭，該重放處理器產(chǎn)生4個輸出信號351、352、353、354。重放信號354表示ATV數(shù)據(jù)流，方框359、120、130描繪出數(shù)據(jù)處理通路。重放信號353表示“特技播放”的圖象數(shù)據(jù)，重放信號353被耦合到后面接著的“特技播放”圖象數(shù)據(jù)處理部分去?！疤丶疾シ拧眻D象與ATV圖象之間的處理和選擇將在后面說明。示出把盒式帶510插入到DVCR350中，已把磁帶504引到磁頭鼓510的周圍。
可以利用鼓或柱面上的各種磁頭布局和各種鼓旋轉(zhuǎn)速度，把SD磁跡格式記錄下來。緊接在圖1后面的那些磁跡圖，示出對各種“特技播放”速度的重放磁頭的路徑或磁跡。此外，示出了兩種可能的磁頭鼓配置，即一對雙方位磁頭對、和在磁鼓直徑兩端呈180°面對著的兩個單磁頭。
圖2～5示出對選定的一種“特技播放”再生速度的重放磁頭路徑。根據(jù)SD數(shù)字錄象機格式，即磁跡寬10μm、方位記錄、不帶保護帶，對磁帶進行記錄，還示出了利用極面寬度15μm的重放磁頭對磁帶進行重放。
圖2示出兩倍速度再生時重放磁頭的路徑或軌跡。所示軌跡是對于單一的一對雙方位重放磁頭的。假定，一直到掃描記錄磁跡寬度之半時，重放磁頭都能從記錄磁跡上恢復(fù)同步塊數(shù)據(jù)。這些圖以雙向陰影線畫出同步塊數(shù)據(jù)恢復(fù)的磁跡區(qū)域。
圖3、4、5分別示出在4、8、16倍播放速度時的重放軌跡。
圖6A為表示在圖2～5所示TP速度時的磁跡號和從音頻數(shù)據(jù)區(qū)恢復(fù)的已編號同步塊的表。圖6B示出在所示特技播放速度時的磁跡和從視頻數(shù)據(jù)區(qū)恢復(fù)的已編號同步塊。
對于2、4、8、16倍TP速度，把圖2、3、4、5中以雙向陰影線畫出的已恢復(fù)視頻同步塊數(shù)據(jù)、與圖6B表中已編號的同步塊組合起來，示于圖7A。圖7B示出對那4種速度共同的磁跡區(qū)域和恢復(fù)的已編號同步塊。這樣，圖7B指明以同步塊號識別的磁跡位置，在播放速度和2、4、8、16倍播放速度時，可以記錄和恢復(fù)在這些位置上的數(shù)據(jù)。
圖8示出一條記錄磁跡，它包括ITI(插入和跟蹤信息)記錄區(qū)域，編輯間隙G1、占據(jù)編號為0～13的14個同步塊的音頻數(shù)據(jù)記錄區(qū)域。在ATV工作期間內(nèi)，在ATV數(shù)據(jù)傳送流的范圍內(nèi)傳送音頻和視頻數(shù)據(jù)，這樣，對于音頻數(shù)據(jù)應(yīng)用來說，并不需要音頻數(shù)據(jù)區(qū)了，可以把該音頻數(shù)據(jù)區(qū)用于ATV和“特技播放”數(shù)據(jù)記錄。第二編輯間隙G2緊接在音頻數(shù)據(jù)區(qū)的后面，包括149個其編號為1～149的同步塊的視頻數(shù)據(jù)記錄區(qū)緊接在G2的后面。第三編輯間隙G3緊接在視頻數(shù)據(jù)區(qū)的后面，在G3后面又緊接著子碼記錄區(qū)域。圖8的記錄磁跡示出了對于本發(fā)明TP數(shù)據(jù)記錄的同步塊分配的一種有利的第一實施例，此處，把5個同步塊用于音頻區(qū)，把40個同步塊用于視頻區(qū)。這樣，在每一次掃描時可以利用45個同步塊來記錄TP視頻數(shù)據(jù)，以便在標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)播放速度時恢復(fù)。這45個TP同步塊在額定速度時提供了約1.06Mb/s的有效重放數(shù)據(jù)速率。
圖9～11示出在3倍、9倍、19倍“特技播放”速度時重放磁頭的路徑以及對雙方位磁頭和在鼓直徑兩端呈180°面對磁頭的磁頭軌跡。
圖9示出在3倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T1和T2表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T1和T4表示用180°面對著的磁頭再生。圖9表明，不論是哪一種重放磁頭配置，都有一些永不能被恢復(fù)的磁跡區(qū)域、因而，都有一些永不能被恢復(fù)的同步塊。
圖10示出在9倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T1和T2表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T1和T10表示用180°面對著的磁頭再生。
圖11示出在19倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T1和T2表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T1和T20表示用180°面對著的磁頭再生。
圖12示出在-1倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T3和T4表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T3和T4表示用180°面對著的磁頭再生。
圖13示出在-7倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T17和T18表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T17和T10表示用180°面對著的磁頭再生。
圖14示出在-17倍播放速度時同步塊恢復(fù)的磁跡區(qū)域。磁跡T21和T22表示用一對雙方位磁頭對再生，磁跡T21和T4表示用180°面對著的磁頭再生。
把圖9～14所示在正向和反向各種速度時恢復(fù)的同步塊組合起來，并作為單一的軌跡被說明。圖15A示出在3倍帶速時已編號的同步塊；圖15B示出在9倍帶速時恢復(fù)的同步塊(SB)；圖15C，對19倍帶速；圖15D，對-1倍帶速；圖15E，對-7倍帶速；圖15F，對-17倍帶速。圖15G示出對共同的恢復(fù)的同步塊的分析。這樣，圖15G示出在正向3倍、9倍、19倍帶速和反向1倍、7倍、19倍帶速時恢復(fù)的已編號同步塊。
圖16示出具有以同步塊號識別的有利的磁跡位置的第二實施例，此處，在播放速度、在正向3倍、9倍、19倍播放速度、在反向1倍、7倍、17倍播放速度時，可以記錄和恢復(fù)45個同步塊的本發(fā)明“特技播放”視頻數(shù)據(jù)。
可以把ATV比特流記錄到105個同步塊的數(shù)據(jù)容量中，其中，14個同步塊來自音頻數(shù)據(jù)區(qū)，91個SB(同步塊)來自視頻數(shù)據(jù)區(qū)?？梢岳靡曨l數(shù)據(jù)區(qū)中的45個SB來記錄本發(fā)明“特技播放”的視頻數(shù)據(jù)。圖17中，示出一個視頻數(shù)據(jù)區(qū)，表明用于ATV數(shù)據(jù)記錄的SB(同步塊)結(jié)構(gòu)。
圖18A和B示出在視頻數(shù)據(jù)區(qū)中同步塊SB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。圖18A示出標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)格式化的同步塊。SD同步塊包括90個字節(jié)，其中，77個字節(jié)包括6組離散余弦變換(DCT)的系數(shù)數(shù)據(jù)。每一組DCT包括一個DC系數(shù)值，在其后、緊接著權(quán)值遞減的AC系數(shù)值。圖18B示出一個以本發(fā)明“特技播放”數(shù)據(jù)格式化的同步塊。對“特技播放”數(shù)據(jù)進行壓縮、離散余弦變換、變長編碼，正如將要對圖20所描述的那樣?？梢园褍蓚€已壓縮的TP宏塊記錄到一個圖18B所示格式化的同步塊中。
已經(jīng)識別了對于以各種速度、沿正反方向上的“特技播放”再生有利的同步塊位置后，“特技播放”視頻數(shù)據(jù)必須從ATV數(shù)據(jù)流中得到。如上所述，在“特技播放”的重放期間內(nèi)，必須能夠把所記錄的TP同步塊解碼，以便不參考相鄰圖象幀或者不從相鄰圖象幀進行預(yù)測，就能夠產(chǎn)生圖象。顯然，“特技播放”的視頻數(shù)據(jù)可從幀內(nèi)編碼的視頻(I幀)得到。然而，由于在每一個GOP中I幀的重復(fù)速率低，所以，唯一地從I幀得到“特技播放”的視頻時，在“特技播放”方式中可能使再生的運動出現(xiàn)閃動或跳動。這樣，為了避免“特技播放”運動的跳動，把ATV或者像MPEG那樣的數(shù)據(jù)流解碼得到一個視頻信號，從這個視頻信號有利地得到對于“特技播放”記錄處理的視頻。因此，對從I、P、B幀得到的每一幀已解碼圖象進行處理，產(chǎn)生用于記錄的相應(yīng)“特技播放”幀。這樣，在GOP中記錄的每一幀包括相應(yīng)的、已處理的“特技播放”圖象，在“特技播放”再生期間內(nèi)，可以把這種圖象解碼，以提供其中運動已被平穩(wěn)化了的圖象。
DVCR格式給每一個ATV幀分配10條記錄磁跡，這樣，為“特技播放”視頻數(shù)據(jù)選擇了同樣數(shù)目的記錄磁跡。在每一條磁跡中，ATV數(shù)據(jù)可以被分配到105個SB，這樣，一個已記錄的ATV幀相應(yīng)于1050個SB。因為在每一個視頻區(qū)中，“特技播放”的視頻數(shù)據(jù)可以被分配到45個同步塊，所以，總計有450個SB可用于“特技播放”的數(shù)據(jù)記錄上。因此，必須對每一個“特技播放”視頻幀進行壓縮，使之占據(jù)由450個同步塊所提供的數(shù)據(jù)容量?？梢园阉璧摹疤丶疾シ拧币曨l數(shù)據(jù)壓縮率表示為450∶1050，近似為2.3∶1。
圖19為高級電視接收機的方框圖，這種接收機使用本發(fā)明的用來在標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)的數(shù)字盒式錄象機上記錄像MPEG那樣數(shù)據(jù)流的特技播放方式處理方法。該方框圖包括ATV解碼器100，特技播放處理器200，和SD DVCR300。天線101接收示例性的已調(diào)射頻高級電視信號，并將其耦合到ATV解碼器100的輸入端上。也可以通過有線電視分配系統(tǒng)把已調(diào)射頻信號傳送到解碼器100上。解碼器100包括信道解調(diào)器110，信道解調(diào)器110從射頻載波提取像MPEG那樣的已調(diào)ATV比特流信號。該比特流的數(shù)據(jù)速率為19.3Mb/s，并作為輸出信號111和112被耦合。把比特流111耦合到傳送分包解碼器120上，簡單地說，傳送分包解碼器120把視頻數(shù)據(jù)包121與音頻數(shù)據(jù)包122分離開來。把視頻數(shù)據(jù)包121耦合到視頻壓縮解碼器130上，視頻壓縮解碼器130重新構(gòu)成HD視頻圖象信號。把視頻信號131耦合到視頻處理器和同步發(fā)生器150上，視頻處理器和同步發(fā)生器150在輸出端151上產(chǎn)生原始寬高比16∶9的高清晰度視頻信號，例如，亮度和色差信號Cr和Cb。視頻處理器和同步發(fā)生器150還從特技播放處理器200的象素變換器280接收第二輸入信號132。把音頻數(shù)據(jù)包122耦合到音頻壓縮解碼器140上，音頻壓縮解碼器140提取和產(chǎn)生原始音頻信號，該原始音頻信號形成音頻輸出信號141。
把像MPEG那樣的比特流信號112耦合到比特流速率變換器310上，比特流速率變換器310根據(jù)SD錄像機處理和記錄的需要，把19.3Mb/s的比特流變換成為數(shù)據(jù)速率24.945Mb/s。把速率變換器310的輸出耦合到內(nèi)部和外部奇偶校驗發(fā)生器320上，內(nèi)部和外部奇偶校驗發(fā)生器320產(chǎn)生里德所羅門糾錯碼，它被包括到被記錄在視頻區(qū)中的視頻數(shù)據(jù)內(nèi)，正如圖1所畫的那樣。在插入RS糾錯碼以后，把數(shù)據(jù)流耦合到SD視頻數(shù)據(jù)同步塊構(gòu)成裝置330上，同步塊構(gòu)成裝置330構(gòu)成由SD錄象機格式所需的視頻數(shù)據(jù)同步塊結(jié)構(gòu)。
圖19的方框340根據(jù)SD格式構(gòu)成音頻和視頻區(qū)，此處，視頻數(shù)據(jù)區(qū)包括來自塊330的、已處理的ATV數(shù)據(jù)，加上來自“特技播放”視頻處理器200中方框250的本發(fā)明“特技播放”視頻數(shù)據(jù)251。
圖17、18A、18B示出SD視頻區(qū)的格式或結(jié)構(gòu)。圖18A和18B顯示，該區(qū)包括視頻前信號、149個同步塊的視頻數(shù)據(jù)和糾錯碼、視頻后信號。把同步塊編號成1～149。圖18A畫出在NTSC圖象源的記錄期間內(nèi)所使用的格式。圖18B示出有利地記錄的、例如占據(jù)105個同步塊的ATV視頻數(shù)據(jù)?？梢杂谜紦?jù)例如45個同步塊來記錄本發(fā)明的“特技播放”視頻數(shù)據(jù)，可以用兩個同步塊來記錄視頻輔助數(shù)據(jù)。利用11個同步塊記錄外部奇偶校驗糾錯數(shù)據(jù)。
把包括“特技播放”數(shù)據(jù)和音頻區(qū)信號的ATV視頻區(qū)數(shù)據(jù)從方框340耦合到標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)數(shù)字盒式錄象機350上。SD錄象機還可以接收用來記錄的模擬NTSC(PAL)輸入信號。把模擬信號解碼成亮度和色差分量，對于NTSC輸入信號來說，這些分量為4∶1∶1，以13.5MHz取樣，并且數(shù)字化為8比特。根據(jù)SD記錄格式，對已數(shù)字化的NTSC信號進行壓縮，SD記錄格式使用加到8×8圖象塊上的場內(nèi)/幀內(nèi)DCT；緊接著進行自適應(yīng)量化和改進型二維哈弗曼編碼。為了防止因記錄媒體損壞而產(chǎn)生不可糾正的數(shù)據(jù)差錯，在每一幀的范圍內(nèi)把像塊改組或重新分布。因為在記錄以前已把像塊改組，所以，任何與媒體有關(guān)的重大再生差錯都將由于在再生期間內(nèi)所使用的互補地解除改組而在已解碼幀的范圍內(nèi)分布開來。這樣，就把重大的可能是不可糾正的、因而也是可見的差錯分布開來，并且，可能是利用內(nèi)部和外部里德—所羅門糾錯碼就可以糾正的了。在壓縮以后，把數(shù)據(jù)編碼，以便利用24∶25的變換進行記錄，24∶25變換容許頻率響應(yīng)成形為能對重放提供自動跟蹤能力。
SD錄象機350再生四個輸出信號351、352、353、354。輸出信號351和352為基帶模擬信號，它們分別包括視頻分量Y、Cr和Cb；以及音頻信號。信號351包括視頻分量，將其耦合到NTSC同步發(fā)生器和編碼器360上，同步發(fā)生器和編碼器360提供用于在視頻監(jiān)視器上觀看而附加的消隱和同步脈沖。可以把這些分量編碼，產(chǎn)生用來在標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視接收機上觀看的NTSC信號。
SD錄象機350產(chǎn)生ATV數(shù)據(jù)比特流輸出信號354和“特技播放”數(shù)據(jù)比特流輸出信號353。信號353通過糾錯方框359耦合到ATV和“特技播放”處理器200中的用來去壓縮并且接著上變換到ATV信號格式的方框260上?！疤丶疾シ拧碧幚砥?00的工作，將參考圖20加以描述。
數(shù)據(jù)比特流354通過糾錯方框359耦合到ATV解碼器100的方框120上，此處，把重放的傳送包解碼。已解碼的ATV信號131從視頻壓縮解碼器130耦合到ATV和“特技播放”處理器200的行頻變換器210上。ATV信號包括亮度、色差信號Cr和Cb，它可能包括例如1080個有效水平掃描行，每一行包括1920個象素或取樣。行頻變換器210把有效掃描行數(shù)減小到1/3，即360行。這樣，對亮度和色差信號進行處理，形成垂直分辨率為原始ATV信號的三分之一的“特技播放”視頻信號。利用垂直低通濾波功能執(zhí)行行數(shù)變換。行頻已減小的信號從變換器210耦合到象素變換器220上，象素變換器220利用低通濾波把象素數(shù)減小到1/3。這樣，信號221包括360個水平行，每一行包括640個象素，已將ATV信號變換(下變換)成為具有像“NTSC”那樣參數(shù)的信號了。因為ATV信號的寬高比為16∶9，所以，信號131就是這樣。然而，下變換信號221將顯示16∶9的信箱形式的圖象。
還把下變換信號221耦合到NTSC編碼器360上，以便附加同步和消隱，并將其編碼、以便在接收機或視頻監(jiān)視器上觀看標(biāo)準(zhǔn)清晰度圖象。還把信號221耦合到用方框230表示的信號壓縮處理器上，信號壓縮處理器230的詳細情況將針對圖20加以描述。然而，簡單地說，信號壓縮處理器230的用途是產(chǎn)生以壓縮形式的下變換ATV信號。例如，信號壓縮處理器230可以按大約2.3倍壓縮信號221。
利用已壓縮并已下變換的信號，提供用來在每一條磁跡中特定的同步塊上記錄的“特技播放”視頻數(shù)據(jù)，例如，如圖8和16中所示。把每一個TP視頻幀的數(shù)據(jù)記錄到每一個ATV SD記錄幀所包括的10條磁跡內(nèi)。這樣，可以認為，TP視頻數(shù)據(jù)冗余地記錄到包括ATVSD幀的視頻數(shù)據(jù)磁跡區(qū)內(nèi)。在正常速度重放期間內(nèi)，TP視頻數(shù)據(jù)與ATV數(shù)據(jù)一起再生出來，但是，TP視頻數(shù)據(jù)也許不能用于ATV圖象形式中。然而，因為在每10條記錄磁跡中出現(xiàn)一次“特技播放”數(shù)據(jù)幀，所以，可以在正常重放期間內(nèi)恢復(fù)這樣TP幀，可以在重放方式轉(zhuǎn)變的期間內(nèi)存儲和利用這些TP幀；例如，從正向正常速度重放轉(zhuǎn)變成快速“特技播放”或快速搜索中的圖象。在最壞情況下，當(dāng)開始正常速度重放時，在恢復(fù)出一個I幀以前，可能要再生約140條記錄磁跡。然而，因為TP數(shù)據(jù)幀有利地記錄在I、P、B幀內(nèi)，所以，在再生任一類型的幀以后就可以立即產(chǎn)生已“特技播放”處理的圖象。這樣，在把I幀解碼以前在正常速度重放的起始期間內(nèi)，可以輸出已“特技播放”處理的圖象。當(dāng)?shù)玫絀幀時，輸出可從“特技播放”切換到ATV圖象。
把已壓縮的TP信號從方框230耦合到內(nèi)部奇偶校驗發(fā)生器240上，內(nèi)部奇偶校驗發(fā)生器240把里德-所羅門糾錯數(shù)據(jù)加到TP數(shù)據(jù)流上。把已加上RS內(nèi)部奇偶校驗的TP視頻數(shù)據(jù)耦合到TP視頻數(shù)據(jù)同步塊格式化器250上，TP視頻數(shù)據(jù)同步塊格式化器250只產(chǎn)生為以特定速度的“特技播放”再生所需要的特定編號的同步塊。例如，利用圖8或10的實施例中所示的所分配的同步塊，都可能進行以各種不同速度的“特技播放”再生。這些TP視頻數(shù)據(jù)同步塊作為信號251輸出，將其耦合到SD DVCR300的視頻和音頻區(qū)構(gòu)成裝置340上。
在再生期間內(nèi)，SD錄象機350再生“特技播放”數(shù)據(jù)信號353，將其耦合到糾錯處理器259上。在糾錯以后，把該TP數(shù)據(jù)流耦合出去，以便在ATV和“特技播放”處理器200的處理方框260中進行信號去壓縮。方框260的詳細工作將針對圖20加以描述。然而，簡單地說，利用去壓縮器260，從由記錄媒體上恢復(fù)的已壓縮TP數(shù)據(jù)重新產(chǎn)生已下變換的ATV圖象。
本發(fā)明用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號251的“特技播放”信號壓縮處理器示于圖20的方框234～238?？梢岳脠D20的方框262～266，把重放的TP數(shù)據(jù)去壓縮。把已減小速率的ATV信號221耦合到格式化器234上，格式化器234把信號221的掃描行格式變換成為包括4個DCT塊在內(nèi)的一個二維宏塊(MB)結(jié)構(gòu)。這樣，一個宏塊具有8行、共32個像素的大小。把已格式化并已減小速率的宏塊信號耦合到用來離散余弦變換的方框235上。離散余弦變換的原理是周知的，由于對系數(shù)的量化進行控制而使數(shù)據(jù)速率減小。DCT方框235產(chǎn)生兩個輸出信號，它們表示包括每一個宏塊的頻率系數(shù)的幅度值。把一個輸出信號耦合到方框236上，方框236預(yù)分析系數(shù)的幅度，控制量化器方框237量化的粗細程度。把DCT方框235的第二個輸出耦合到用來量化的量化器方框237上，此處，響應(yīng)于方框236、動態(tài)地控制量化步長之值。把已量化的DCT系數(shù)耦合到用來進行可變長度編碼的方框238上。各種變長編碼(VLC)的方法是已知的。然而，簡單地說，把相應(yīng)短的碼字分配給最常出現(xiàn)的量化系數(shù)值，而對那些不常出現(xiàn)的系數(shù)值分配碼長遞增的碼字。這樣，進一步減小了TP視頻數(shù)據(jù)總的數(shù)據(jù)速率，使得“特技播放”幀的數(shù)據(jù)可以記錄到10條記錄磁跡中所提供的450個同步塊內(nèi)。
把已變長編碼的TP數(shù)據(jù)耦合到用來產(chǎn)生和附加上里德—所羅門內(nèi)部奇偶校驗糾錯碼的方框240上。把帶有RS內(nèi)部奇偶校驗糾錯的TP數(shù)據(jù)耦合到用來格式化的方框250上，以使其具有特定的SD同步塊結(jié)構(gòu)，例如圖8和16中所識別的那樣。把具有所需同步塊結(jié)構(gòu)的TP數(shù)據(jù)耦合到SD錄象機上，正如對“特技播放”處理器方框200所描述的那樣。
在重放方式期間，再生的TP數(shù)據(jù)流信號353通過在方框259中糾錯被耦合到去壓縮方框260上，去壓縮方框260反著執(zhí)行由方框230所執(zhí)行的信號處理。VLC TP數(shù)據(jù)信號353輸入到執(zhí)行變長解碼的方框266上。各種解碼的方法是周知的，例如，可以利用查尋表把VLC數(shù)據(jù)字變回定長的量化DCT系數(shù)。把TP DCT系數(shù)從方框266耦合到反量化器262上，可以認為，反量化器262執(zhí)行TP DCT系數(shù)的數(shù)-模變換。把TP DCT系數(shù)耦合到方框263上，方框263進行反離散余弦變換，這種變換產(chǎn)生表示TP圖象的、已格式化的宏塊輸出信號。在方框264中，把已取樣的宏塊TP信號重新格式化，產(chǎn)生傳統(tǒng)的行結(jié)構(gòu)圖象。在方框265中處理重新格式化器264的輸出信號，方框265例如可以提供消隱插入和加上同步脈沖。信號261從方框265輸出，可以將其耦合出來以便在分量視頻監(jiān)視器上觀看電視節(jié)目，或者將其編碼以便觀看電視節(jié)目。把第二輸出信號271從方框264耦合到方框270和280，方框270和280提供從標(biāo)稱的、像“NTSC”那樣的行和像素格式到為高清晰度顯示器觀看所需的行頻和水平像素數(shù)的上變換。
把已上變換的TP視頻信號131作為第二輸入耦合到視頻處理器和同步發(fā)生器150上，視頻處理器和同步發(fā)生器150產(chǎn)生高清晰度輸出信號151。視頻處理器和同步發(fā)生器150產(chǎn)生視頻消隱和HDTV同步波形的附加。然而，此外，視頻處理器150還提供用來在ATV與“特技播放”視頻圖象之間切換的選擇功能。圖21以方框圖形式示出對于ATV數(shù)據(jù)流354和“特技播放”數(shù)據(jù)流353的重放數(shù)據(jù)通路、以及此二數(shù)據(jù)通路間的耦合以便在視頻處理器和同步發(fā)生器150中進行輸出選擇。輸出圖象源的選擇最終響應(yīng)于用戶通過控制系統(tǒng)傳送的起動控制指令。例如，播放指令將起動VCR的機械結(jié)構(gòu)，并把電子系統(tǒng)從EE(電子到電子)方式切換到重放狀態(tài)。然而，輸出信號切換的真正瞬間可能由各種其它控制因素來確定。例如，最重要的控制事件可能是從記錄的GOP中得到I幀并將其解碼。出現(xiàn)這一情況時，解碼器130可能發(fā)出信號并被耦合出去，以控制視頻處理器和同步發(fā)生器150中的視頻輸出選擇器開關(guān)。
如上所述，15個幀的GOP將占據(jù)150條記錄磁跡，這樣，當(dāng)開始播放方式時，重放的視頻圖象可能被延時，一直到I幀已經(jīng)重現(xiàn)并已將其解碼，即一直到遇到I幀之前、可能需要再生多達140條磁跡。然而，因為在GOP中每一幀的范圍內(nèi)TP數(shù)據(jù)有利地被記錄、并以正常播放方式再生出來，所以，可以利用TP數(shù)據(jù)來產(chǎn)生輸出視頻信號而不需要等待I幀的出現(xiàn)。這樣，TP數(shù)據(jù)記錄的冗余特性在開始正常重放時，可有利地提供從TP數(shù)據(jù)得到的、正常速度的圖象，ATV圖象在可供使用時，可在得到I幀以后對其進行選擇。
當(dāng)用戶發(fā)起一條起動或結(jié)束“特技播放”方式的命令時，可以有利地控制控制系統(tǒng)、特別是視頻處理器和同步發(fā)生器150，使之對用戶提供在審美學(xué)上更令人喜歡的圖象轉(zhuǎn)變。例如，如上所述，在開始正常速度的重放時，在得到一個I幀并將其解碼以前，可以輸出“特技播放”圖象。TP視頻數(shù)據(jù)的另一個用途可以是，在向“特技播放”再生速度轉(zhuǎn)變的期間內(nèi)，可以把在正常重放期間內(nèi)恢復(fù)和存儲的TP視頻數(shù)據(jù)與在重放速度轉(zhuǎn)變期間內(nèi)變換的TP數(shù)據(jù)一起使用。TP數(shù)據(jù)的這樣一種應(yīng)用提供了另一種方法，即一直到TP視頻數(shù)據(jù)在所選定的TP速度時可供使用以前，可繼續(xù)使用上一個ATV幀。
當(dāng)從“特技播放”方式向正常播放轉(zhuǎn)變時，只有在重放出來的ATV信號GOP中出現(xiàn)了一個I幀以后，ATV信號131對顯示處理來說才變成可用。這一I幀的出現(xiàn)取決于SD錄象機主導(dǎo)軸伺服機構(gòu)的重新同步的速率，而且，更重要地取決于在已記錄的GOP序列中重新得到正常播放速度。這樣，為了在“特技播放”與正常重放之間產(chǎn)生令人喜歡的圖象轉(zhuǎn)變，可以有利地提供各種選擇。例如，當(dāng)發(fā)出結(jié)束“特技播放”命令時，可以把上一個TP幀固定下來，并從存儲器反復(fù)播放直到ATV信號再生出來為止。這種方法可向用戶表明，控制指令已接收到、并已執(zhí)行。然而，與在TP中產(chǎn)生的快速運動圖象并列的固定或靜止圖象，可能使用戶感到不適合。可以提供對于從“特技播放”轉(zhuǎn)變的另一種選擇，即在伺服機構(gòu)重新同步和得到ATV信號I幀的持續(xù)時間內(nèi)繼續(xù)再生TP數(shù)據(jù)并顯示TP圖象。采用這種選擇時，在由于伺服重新同步而引起帶速改變的期間內(nèi)、以及在等待ATVI幀出現(xiàn)的期間內(nèi)，可以利用TP數(shù)據(jù)的冗余特性。在帶速改變的期間內(nèi)，任憑TP數(shù)據(jù)具有冗余特性，可能還是有些TP數(shù)據(jù)恢復(fù)不了，然而，通過從存儲器重復(fù)一些TP圖象幀、可以隱匿這樣的差錯。這種有利的方法向用戶提供VCR已響應(yīng)其命令的可視性指示，這是因為隨著主導(dǎo)軸慢慢進入播放速度時的重新同步，TP圖象的速度將發(fā)生可見的改變。這一特性還可以允許采用較慢的帶速轉(zhuǎn)變，從而提供更加平穩(wěn)且基本不會損壞磁帶的控制，因為磁帶的加速或減速將伴隨著“特技播放”圖象的加速或減速。
權(quán)利要求
1.一種用于以不同的再生速度再生數(shù)字圖象信號的數(shù)字錄象機，所述錄象機包括用來從記錄媒體上恢復(fù)數(shù)字信號的換能器，所述數(shù)字信號具有表示所述數(shù)字圖象信號的第一數(shù)據(jù)信號、和表示所述數(shù)字圖象信號的已處理形式的第二數(shù)據(jù)信號；耦合到所述換能器的、用來把所述數(shù)字信號分離成為所述第一和所述第二數(shù)據(jù)信號的裝置；響應(yīng)于從所述已選定的再生速度中所選擇的一個再生速度以及所述第一和第二數(shù)據(jù)信號中的至少一個數(shù)據(jù)信號、以便產(chǎn)生圖象源控制信號的裝置；以及耦合到所述分離裝置并響應(yīng)于所述控制信號、以便在所述第一與第二數(shù)據(jù)信號之間選擇其一作為輸出圖象源的選擇裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述不同的再生速度表示等于記錄速度的第一速度和不同于所述記錄速度的第二速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中選擇所述第一數(shù)據(jù)信號作為以所述第一速度再生的輸出圖象源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中選擇所述第二數(shù)據(jù)信號作為以所述第二速度再生的輸出圖象源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述已選定的再生速度也包括從停止的錄象機狀態(tài)開始所述第一速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中在從所述停止的錄象機狀態(tài)向以所述第一速度工作轉(zhuǎn)變的期間內(nèi)，選擇所述第二數(shù)據(jù)信號；在以所述第一速度工作的期間內(nèi)，選擇所述第一數(shù)據(jù)信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述已選定的再生速度表示從所述第一速度向所述第二速度的改變，所述控制信號響應(yīng)于這種改變而控制所述選擇裝置以選擇所述第二數(shù)據(jù)信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中在從以所述第二速度工作向以所述第一速度工作轉(zhuǎn)變的期間內(nèi)，選擇所述第二數(shù)據(jù)信號；在以所述第一速度工作的期間內(nèi)，選擇所述第一數(shù)據(jù)信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述控制信號控制所述選擇裝置，使之響應(yīng)于從停止的錄象機狀態(tài)開始所述第一速度而選擇表示靜止圖象的數(shù)據(jù)信號；并且在以所述第一速度工作的期間內(nèi)，選擇所述第一數(shù)據(jù)信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述數(shù)字圖象信號具有MPEG兼容的格式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述不同的再生速度表示等于記錄速度的第一速度、和與所述第一速度方向相反的第二速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中選擇所述第二數(shù)據(jù)信號作為供在所述相反方向的所述第二速度再生用的輸出圖象源。
13.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述數(shù)字圖象信號的所述已處理形式表示具有已減小的分辨率的所述數(shù)字圖象。
14.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的數(shù)字錄象機，其特征在于，其中所述響應(yīng)于選擇的裝置還另外響應(yīng)于以前選定的再生速度。
15.一種使用螺旋掃描格式、用來再生數(shù)字圖象信號的數(shù)字錄象機，所述錄象機包括用于從記錄媒體上變換出數(shù)字信號的重放換能器，所述數(shù)字信號包括具有兼容的MPEG格式并表示所述數(shù)字圖象信號的第一數(shù)據(jù)信號、和具有兼容的MPEG格式并表示所述數(shù)字圖象信號的已處理形式的第二數(shù)據(jù)信號；耦合到所述換能器的，用來把所述數(shù)字信號分離成為所述第一和所述第二數(shù)據(jù)信號的裝置；選擇裝置，耦合到所述分離裝置并響應(yīng)于控制信號、以便在再生開始時選擇所述第二數(shù)據(jù)信號，以及在從所述第一數(shù)據(jù)信號中再生出I幀識別信號以后選擇所述第一數(shù)據(jù)信號；以及耦合到所述選擇裝置的輸出端的、用來從所述第一和所述第二數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生所述數(shù)字圖象信號的解碼裝置。
全文摘要
一種數(shù)字盒式錄象機(350)通過選擇預(yù)定的重放速度和分配從其中可以再生出數(shù)據(jù)的每一條磁跡范圍內(nèi)的特定位置而進行工作。在記錄期間內(nèi)，利用這些特定的磁跡位置放置高級電視圖象數(shù)據(jù)，以便在“特技播放”工作期間內(nèi)再生。在正常重放期間內(nèi)，該“特技播放”圖象數(shù)據(jù)(353)也被再生出來，但可能未被利用。選定特定的磁跡位置，以簡便以正、反方向上的多種速度進行“特技播放”工作。因為高級電視信號包括多個預(yù)測幀，所以，從“特技播放”向正常速度重放轉(zhuǎn)變時，需要這樣的控制功能它響應(yīng)于以正常重放速度把幀間編碼幀的再生。再生圖象轉(zhuǎn)變的各種方法用于向“特技播放”再生的轉(zhuǎn)變、和從“特技播放”再生的轉(zhuǎn)變。
文檔編號H04N5/00GK1148926SQ95193215
公開日1997年4月30日 申請日期1995年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月13日
發(fā)明者T·茶驛 申請人:Rca·湯姆森許可公司