CN1115148A - 视频信号数字记录和重放装置 - Google Patents

Abstract

视频信号数字录放装置中，当将一图象帧的视频信号数据通过分割画面为N个分开的矩形区域来分割成多个部分(N个部分)且将N部分数据分别记录到N个磁迹上时，各矩形区域划分成每个有许多象素的信息块，由此产生的信息块经过比特压缩编码操作。在记录信息块时，以沿图象帧矩形区域短边方向往复扫描信息块顺序将各信息块记录到相应磁迹。在变速重放方式下重放数据时，数据由信息块每个短边行修改由此变速提供的高质量重放图像。

Description

视频信号数字记录和重放装置

本发明涉及一种视频信号数字记录和重放装置，其中视频信号在记录和重放时，经受比特压缩编码操作，本发明特别涉及一种视频信号数字记录和重放装置，其中校正处理装置在变速下，例如在高速搜索方式下重放时，能有效地阻止图像质量变劣。

一种采用比特压缩编码技术，典型的是用数字VTR表示的视频信号录放装置的结构如图1所示。首先，参照图1对该装置的结构进行简要说明。这类技术的例子能在如EP559，467中找到。通常，在这种数字VTR中，每个具有规定尺寸的一些图像信息块被重新排序(在信息块改组电路101中)，合成的信息块根据比特压缩编码操作(在比特压缩编码电路102中)以便压缩在记录磁带上进行记录的信息量，然后，该比特压缩编码数据与一个纠错码(奇偶(parity))相加(在纠错/编码电路103中)。随后，该合成的数据与一同步信号和用于录放的ID信号相加(在同步和ID相加电路104中)。接着，将如此处理的信息以这种方法进行调制(在调制电路105中)以使其抑制所产生的DC分量，并且记录到磁带上(记录介质106)。

在重放的一边，磁带上的数据被解调(在解调电路107中)。合成的数据根据纠错操作并以每个编码信息块为一单元解码(在纠错/解码电路109中)。在校正电路中校正期间，不能被校正的任何部分，将在未进行解码下被传送到解码/修改电路110，以便在其中进行修改。

其后，在记录的一边，按相反顺序重新排列信息块(在信息解组合电路111中)，由此原始视频信号被重放。

这是采用比特压缩编码技术数字VTR的基本结构。

同时，当必须展现高质量图像时，用比特压缩编码压缩信息量是有某种限制的。因此，假如编码后的信息量是大的，该数据则需被分割并被记录在考虑记录速率的许多磁迹上。

在这种情况下，如果分割的磁迹数目很大，则在高速重放方式下，能连续重放的图像画面的信息块数量变小，由此许多信息块的边界呈现在矩形区域中，结果导致出现缺陷的图像。

本发明是基于这样的事实，即每个被记录在单独磁迹上的画面上的每个矩形区域具有一带有较大数目信息块的长边和一带有较小数目信息块的短边。由此，本发明的一个目的是提供一个改进的视频信号数字录放装置，在该装置中，即使在变速重放方式下，亦能重放高质量的图像。即本发明的装置是这样构成的，当以往复形式在短边方向扫描这些信息块时，信息块的数据被连接记录，并且在变速重放方式重放的可能性由这些信息块的每个短边行识别，从而由短边信息块的这些行作为单元更新图像，因此，任何信息块的边界，至少在信息块短边行的中间可以不予考虑。

为实现上述目的，已完成了本发明，而本发明的要点存在于一种视频信号数字录放装置中，该装置包含：

一个记录***，包括：

一个信息块产生装置，用于将采集的多个取样值形成信息块；

一个比特压缩编码装置，用于从通过提供经过正交变换的每个信息块和控制在每信息块或每组信息块中进行均衡的数据编码长度的一些信息块形成记录信息块；

一个重新排序装置，用于重新排序记录用的记录信息块；以及

一个记录装置，用于将重新排列的记录信息块记录到记录介质上；

其中，当将一个图象帧的视频信号数据通过把图象帧水平和/或垂直分为N个矩形区而分割成多个部分(N部分)，并且将该分组数据的N个部分记录在各自的多个磁迹(N个磁迹)上时，重新排序装置以这样的方式重新排序在每个划分区域内的视频信号数据，即一个信息块和其在图象帧的划分区域中的邻近信息块的有效分量被分配到记录在记录介质邻近的相应磁迹的位置上的一些邻近的记录信息块上，以及

一个重放***，包括：

一个逆向重新排序装置(inverse-rearranging means)，用于将数字记录在记录介质上的检测信号逆向重新排列，该检测信号是通过记录***以在该数据被记录时，相反顺序记录在记录介质上的，由此产生记录信息块；

一个解码装置，用于使来自记录信息块的视频数据的原始信息块解码；以及

一个修改装置，当任何记录的信息块被错放时，用于降低不利于图像质量的作用，其中判断作为单元的矩形区域中信息块的短行是否进行数据修改，以便根据判断修改数据。

在上述结构中，判断在正常重放方式中作为单元的每个信息块是否进行数据修改，以及判断在变速重放方式中作为单元的矩形区中每个信息块的短边行是否进行数据修改都是很有效的，由此完成恰当的数据修改。在同样的结构中，判断在重放速度相当低的变速重放方式中作为单元的矩形区域信息块的短边行是否进行数据修改，同时判断在重放速度相当高的速度重放方式中作为单元的每个信息块是否进行数据修改也是很有效的，由此完成该信息的恰当修改。

在上述结构中，在一个矩形区中的一些信息块的边界，仅在平行于短边方向的方向上呈现，而在信息块的短边行中间不呈现信息块边界。因此，信息边界干扰可明显被降低，由此在变速方式中，获得高质量重放画面是可能的。

由于重放可能性判断单元在正常重放方式和变速重放方式之间或取决于变速重放方式速度被恰当的切换，因此，在每种方式下重放最佳图像是可能的。

图1表示采用比特压缩编码技术的现有技术的数字VTR的整体说明视图；

图2表示本发明视频信号数字录放装置实施例的一个方框图；

图3A表示本发明编码长度控制的例子示意图，特别表示构成宏观信息块的图象帧上宏观信息块和亮度信号的DCT信息块和色差(color difference)信号之间的关系；

图3B表示本发明控制编码长度的例子中一个宏观信息块和一个记录信息块间关系的示意图；

图4A表示本发明一个划分一幅画面的典型方法和在画面上位置与磁带上记录位置的关系的示意图；

图4B表示图4A中所指定部分A的放大图；

图4C表示图像数据记录到图4A中磁带上犬态的示意图；

图5表示在变速重放方式中磁头轨迹例子的示意图；

图6A表示在常规方法中，变速重放方式期间重放区域示意图；

图6B表示本发明中，变速重放方式期间重放区域示意图；

图7A表示本发明第二个实施例中记录信息块结构的示意图，特别表示出宏观信息块编码长度被均衡前的状态；以及

图7B表示在图7A中该宏观信息块编码长度被均衡后状态的示意图。

本发明的一个实施例将在下文中参照附图详细说明。

图2是本发明的视频信号(数字VTR)数字录放装置的一个方框图。在图中，该装置的组件包括一个预处理装置1，一个信息块产生装置2，一个比特压缩编码装置3，一个记录信息块处理装置4，一个调制装置5，一个记录介质6，一个解调装置7，一个记录信息块重放装置8，一个解码装置9，一个信息块分解装置10和一个后处理装置11。以下将就本发明的该实施例构成的视频信号数字录放装置的操作进行说明。

在记录***中，预处理装置1是在比特压缩编码操作前有效地进行预处理，特别像对根据输入信号在水平方向的子取样和/或色差信号的线性排序的操作是有效的。在信息块产生装置2中，来自预处理信号的数据形成每个由8像素×8行构成的DCT信息块。在比特压缩编码装置3中，像已知DCT(离散余弦变换)的正交变换受信息块产生装置2输出的每个DCT信息块的数据影响。然后，合成的系数数据(the resulting coefficient data)按图像显示的重要程度被量化，同时为压缩信息量和控制DCT信息块信息，依据可变长度编码操作，如Haffman编码，以便在每个DCT信息块或由多个DCT信息块构成的每个单元组中的所有产生编码长度可进行均衡，由此形成记录信息块。在该实施例中，简而言之，如图3A所示，假定一个宏观信息块是由在图面上同时出现在相同位置上的亮度信号DCT信息块和色差信号DCT信息块组成，并且如图3B所示，控制每个宏观信息块的编码长度从而构成记录信息块。在记录信息块处理装置4中，每个这样产生的记录信息块提供一个这样的编码，例如已知的Reed-Solomon码，以便在重放时纠错。由此编码的信息块按照数据能被记录到磁带上的顺序被重新排序。在后调制装置5中，对每个具有一个纠错码的记录信息块提供用于重放的同步和ID码，并由此处理的数据被调制到阻止其DC分量的情况，并将合成的数据记录到记录介质6上。

当记录到磁带上时，数据在磁带上的排序按如下方式，即如图4A所示，将全部画面划分成十个水平伸长的矩形区域。将所划分成的十个矩形区数据集按上述方法编码，并依次记录到十个划分的磁迹上，如图4C所示。在每个磁迹上的相邻记录信息块相当于在画面上相邻宏观信息块的数据分量，而沿矩形区域短边的全部宏观信息块(包含较少量的信息块的一边)被连续地记录，如图4B所示，它是图4A中A表示的部分放大图。

在重放***中，由此记录的信号由解调装置7检测。在记录信息块重放装置8中，在重放期间，检测数据中出现的误差被校正。同时，如果在任一个记录信息块中的误差不能被校正时，用先一帧的数据代替该信息块的数据。同时，以与录制相反的顺序执行重新排序该数据，以便重放记录的信息块。在解码装置9中，该如此重放的记录信息块依次经过可变长度解码，反量化和IDCT在该顺序中以使重新产生DCT信息块。在DCT信息块分解装置10中，DCT信息块被分解。然后，在后处理装置11中，使该数据经过处理，以补偿记录时完成的子取样等，以便提供一个重放的图像。如所述那样，由于在重放期间不能校正的任何有缺陷的信息块可由前一帧的数据代替，因此，重放不含明显图像缺陷的图像是可能的。

在变速重放方式过程中，重放磁头如图5所示，在记录介质上横向通过多个磁迹进行数据的扫描。在这种情况下，在图5中画阴影线区域所重放的信息块数目不需要相应于多个沿矩形区短边所有信息块的数目。由此，假如对每个信息块进行重放可能性的判断和随后修正处理，那么从不同磁迹(对笫i和第j帧)产生的图像帧数据就形成一个具有不规则边界，低品质图像的图像帧，如图6A所示。为处理该问题，在本发明中，可对信息块每个短边行进行重放可能性的判断和随后的修改处理。这样操作，由于对第i和第j帧，图像数据来自不同磁迹，在合成图像上所产生的边界不规则性能被减小，如图6B所示，由此在变速方式下，获得高质量重放图像是可能的。另一方面，在正常速度重放方式中，对信息块的每个短边行进行重放可能性的判断和随后修改处理，不需要替换的信息块可被替换，图像的质量可能下降。因此，在正常重放方式中对各个信息块挨次进行重放可能性的判断，而在变速重放方式中，对信息块的每个短边行进行判断，以便实现随后修改处理是有利的。

当变速重放方式下速度变得较高时，从一个磁迹上连续检测到的信息块数目变少。在这种情况下，假如对信息块的每个短边行进行重放可能性的判断和随后的修改处理，图像更新率变低，导致图像劣化。因此，在上述的一确定重放速度下，例如，从一个磁迹连续检测到的信息块的数目是沿短边全部信息块数目的二倍或更低，的速度最好一个接一个对每个信息块进行重放可能性的判断，以实现随后的修改处理。

因此，本发明的第一个实施例至此已经说明。然而，本发明不应受上述具体例子限制。这就是说，本发明的主要特征在于当以往复移动方式在矩形区域的短边方向扫描所有的信息块时，图象帧矩形区中信息块上的数据被记录在相应的磁迹上，同时在变速重放方式中，对信息块每个短边行进行数据重放和随后的修改处理，由此在变速下可以获得一个高质量的重放图像。图此，在电路结构上没有强加限制，例如，任何时期都可实现信息块的重样排序，只要维持上述特征。

其次，本发明的第二个实施例将被说明，在该实施例中，考虑比特压缩编码操作效率，对由多个宏观信息块构成的每个单元组进行编码长度的控制。

该实施例的操作将在下面参照图2中方框图进行说明。

在记录***中，在随后的比特压缩编码操作前，预处理装置1实现预处理，特别是像根据输入信号，实现色差信号在水平方向和/或线性排序的子取样的操作。在信息块产生装置2中，来自预处理信号的数据形成每块为8像素×8行的DCT信息块。然后，由相应于图象帧相同位置上的亮度信号的DCT信息块和色差信号的DCT信息块两者组合来构成宏观信息块。其后，每个宏观信息块经过改组操作，在该改组操作中，考虑了在随后比特压缩编码装置中编码长度控制的排序。在比特压缩编码装置3中，对每个DCT信息块的数据进行DCT。然后合成的系数数据(Coefficient data)根据图像显示的重要程度被量化并且为了压缩信息量和控制编码数据，还经过可变长度编码操作，例如Huffman编码，从而使5个宏观信息块构成的每个单元群中所产生的编码的长度被均衡。在该操作中，由于取决于单个宏观信息块的信息量，使编码数据长度相互不同，如图7A所示，所以5个宏观信息块的平均码长被假定为该5个编码数据的典型的码长。每个宏观信息块的编码数据，即在解码中起重要作用的附加信息，DC分量，低频分量，高频分量用典型码长，以这样的顺序被连续地存储到相应的记录信息块区域中。如果编码数据大于典型码长，不能储存在记录信息块中的高频分量被储存到码长短于平均码长的另一个宏观信息块分配的记录信息块的未被占用的区域。因此，如图7B所示，5个宏观信息块的每一个构成该记录信息块。在记录信息块处理装置4中，由此产生的记录信息块中的每一个被提供一个像Reed Solomon码的编码，为了在重放时纠正出现的误差。这样的编码信息块按照将记录到磁带上的数据顺序重新排列。在随后的调制装置5中，用于重放的同步和ID码连同纠错码提供给每个记录信息块，同时，这样处理的数据以阻止其DC分量的方式被调制并且将合成的数据记录到记录介质6上。

当在磁带上记录时，数据在磁带上的排列如下。即，整个图像帧被分划成如图4A所示的10个水平延伸的矩形区域。这样划分的10个矩形区域的数据群如上所述被编码并且分别被记录在分隔的10个磁迹。在每个磁迹上，在磁迹上相邻记录信息块相应于图象帧相邻宏观信息块的有效数据分量，同时，沿矩形区域短边的全部宏观信息块被连接地记录，如图4B所示。

在重放***中，由解调装置7检测这样记录的信号。在记录信息块重放装置8中，在重放期间，检测数据中出现的误差被校正。同时，如果在任何记录信息块中的误差不能被校正，由前一帧的数据代替该信息块的数据。同时，该数据以逆于记录时执行的顺序被重新排序，以便重放记录信息块。在解码装置9中，该重放的记录信息块依次经过可变长度解码，逆量化和IDCT，以便重新产生DCT信息块。在该操作期间，仅有被替换的原始高频分量的任何宏观信息块在不采用替换的高频分量，而仅仅用原始存在的附加信息，DC分量和低频分量将被解码。另一方面，如果任何宏观信息块其中有效分量，例如DC分量等用其他相应的分量替换，在替换后，用该数据使宏观信息块解码。在DCT信息块分解装置10中，分解所获得的DCT信息块。然后，在后处理装置11中，该数据经过处理以补偿在记录中产生的子取样等等。通过这样产生的修改处理，在重放期间，任何不能被校正的有缺陷的信息块能在不发生任何明显图像缺陷的情况下被重放，尽管已经舍弃了一些高频分量。

在变速重放方式中，当对每个信息块的短边行进行关于重放可能性的判断，和此后对数据进行类似的修改处理时，虽然一些数据的高频分量已被舍去，但在变速时获得高质量重放图象是可能的。

因此，本发明的主要特征在于在图象帧上的矩形区域中，一个宏观信息块上的每个包含有效信息分量的一些记录信息块被连续地记录在相应的磁迹上，并且在变速重放方式中，对沿矩形区域短边宏观信息块的每一行进行修改处理，由此可在变速情况下获沿矩形区域短边宏观信息块的每一行影响，由此可以变速情况下获得高质量的重放图像。因此，用于控制编码数量，构成单元的宏观信息块数目和用于重新排序宏观信息块的电路结构应不受限制。

另外，在记录***处，通过实现所谓信道分割(Channel Split)，在图象帧上，相邻宏观信息块上的一个对数据被交替地记录在一对磁迹上，重放可能性的判断可由沿矩形区域矩边的信息块组成的每个单元完成，矩形区域的图像信息被记录在该磁迹对上。

如前所述，根据本发明构成的装置，由于在图像帧上矩形区域中，一个宏观信息块上每个都含有效信息分量中的一些记录信息块被连续地记录到相应的磁迹上，并且在变速重放方式中，修改处对沿矩形区域知边的宏观信息块每行进行修改处理，因此，在变速下，获得高质量的重放图像是可能的。

在本发明的装置中，由于在正常重放方式下，对每一个信息块进行重放可能性的判断和随后的修正处理，而在变速重放方式下，对信息块的每个短边行进行所述判断和处理，因此，在正常重放方式和在变速重放方式两种情况下，获得高质量图像是可能的。

在本发明的装置中，当在变速方式中的重放速度为某个预定级或较低时，对信息块每个短边行进行重放可能性的判断和随后的修改处理。当在变速方式中，重放速度高于该预定级时，对每个信息块进行重放可能性的判断和随后的修改处理。因此，在不同重放速度下，获得高质量图像是可能的。

Claims (3)

1.一种视频信号数字录放装置，包含：

一个记录***，包括：

一个信息块产生装置，用于通过收集多个取样值形成信息块；

一个比特压缩编码装置，用于通过使每个信息块经过正交转换和控制在每个信息块或每个信息块组中均衡的数据码长，使所说信息块形成记录信息块；

一个重新排序装置，用于重新排序所说进行记录的记录信息块；

一个记录装置，用于将重新排序的记录信息块记录到记录介质上；其中，当在一个图象帧中的视频信号数据通过水平和/或垂直划分该画面为N个矩形而被划分成多个部分(N个部分)，并且将由此产生的N个分开的信息部分记录在相应的多个磁迹(N个磁迹)上时，所说的重新排列装置将每个划分区域中的视频信号数据以如下方式重新排序，即，在图象帧上，划分区域中的一个信息块和其相邻的信息块的有效分量被分配到相邻的记录信息块中，该相邻记录信息块将被记录到记录介质相应磁迹上的相邻位置上，以及

一个重放***包括：

一个逆向重新排序装置，用于逆向重新排序，由所说记录***，以在数据被记录时执行的反向顺序在记录介质上的数字记录所检测的信号，从而产生记录信息块；

一个解码装置，用于解码来自记录信息块的视频数据的原始信息块；和

一个修改装置，用于在错误重放任何所说记录信息块时，降低对图像质量的有害影响，其中，判断作为一个单元的矩形区域中信息块的每个短边行是否进行数据修改，以便以该判断为基础修改数据。

2.根据权利要求1所说视频信号数字录放装置，其特征在于，在正常重放方式中，判断作为单元的每个信息块是否进行数据修改，而在变速重放方式中，判断作为单元的矩形区域中信息块的每个短边行是否进行数据修改，由此完成数据的适当修改。

3.根据权利要求1所说视频信号数字录放装置，其特征在于，在变速重放速度相对低的变速重放方式下，判断作为一个单元的矩形区域中，信息块的每个短边行是否进行数据修改，而在重放速度相对高变速重放方式中，判断作为一个单元的每个信息块是否进行数据修改，由此完成数据的恰当修改。

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