DE69122330T2

DE69122330T2 - Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals

Info

Publication number: DE69122330T2
Application number: DE69122330T
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Juri; Chiyoko Matsumi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: EP0469861B1; DE69122330D1; EP0469861A3; KR920003291A; EP0469861A2; JPH0486182A; KR950012331B1; JP2646813B2; US5257141A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Gegenwärtig steht eine Vielfalt von Videosignalen zur Verfügung, die nicht nur mit den bestehenden NTSC- (60 Hz), PAL- (50 Hz) und SECAM- (50 Hz) Systemen, sondern auch mit fortgeschrittenen hochzeiligen Femseh- (HDTV) Systemen (50/60 Hz), einschließlich des MUSE-Systems (60 Hz) eines Frequenzbandbreite-Kommpressionstyps und des HD-MAC-Systems (50 Hz), verwendet werden kann. Insbesondere wird ein Videosignal in digitaler Form bevorzugt, und zum Aufzeichnen eines derartigen digitalen Videosignals ist ein digitales VTR (Video-Bandaufnahmegerät) entwickelt worden. Zum Beispiel wendet ein bekanntes digitales VTR für Rundfunkanwendung das D-1-Verfahren an, um zwei verschiedene Fernsehsignale in einem gemeinsamen Format aufzuzeichnen (siehe SMPTE 224M: "Proposed American National Standard for component digital video recording 19-mm type D-1 cassette-tape record").
Das D-1-Verfahren ist zum Aufzeichnen von Videosignalen von zwei verschiedenen TV-Systemen bestimmt; eines, wie NTSC, stellt 525 Zeilen für ein Bild zur Verfügung, das mit einer Rate von etwa 30 Bildern pro Sekunde abgetastet wird (nachstehend als ein 525-Zeilen-System bezeichnet), und das andere, wie PAL oder SECAM, stellt 625 Zeilen für ein mit etwa 25 Bildern pro Sekunde abgetastetes Bild zur Verfügung (nachstehend als ein 625-Zeilen-System bezeichnet). Ein Bild besteht aus zwei Halbbildern, und beim D-1-Verfahren werden Daten in jedem Halbbild aufgezeichnet. Die Anzahl von Halbbildern pro Sekunde beträgt somit beim 525-Zeilen-System etwa 60 und beim 625-Zeilen-System etwa 50. Ferner wird die Summe der wirksamen Pixels pro Halbbild für eine Luminanzkomponente des Videosignals als 720 Spalten mal 250 Reihen beim 525-Zeilen-System und 720 Spalten mal 300 Reihen beim 625- Zeilen-System ausgedrückt. Wie man erkennen kann ist die Anzahl der wirksamen Pixels pro Sekunde (Halbbilder x Horizontalpixels x Vertikalpixels) sowohl beim 525-Zeilen-System als auch beim 625-Zeilen- System ungefähr gleich. Beim D-1-Verfahren werden die wirksamen Pixels für ein Halbbild in 10 x 300 Segmente des 525-Zeilen-Systems und 12 x 300 Segmente des 625-Zeilen-Systems gruppiert, so daß jedes Segment eine gleiche Zahl von Pixels enthalten kann. 300 Segmente werden dann auf jeder Spur eines Aufnahmebandes aufgezeichnet.
Es werden nun zwei Hauptnachteile des obigen D-1-Verfahrens erläutert.
(1) Obwohl die wirksamen Pixels des 525-Zeilen-Systems in 250 Zeilen angeordnet sind, belegen die tatsächlichen Bilddaten des Videosignals 242 Zeilen. Ferner werden 288 Zeilen des 625-Zeilen-Systems) anders als 300 Zeilen, mit tatsächlichen Bilddaten des Videosignals gefüllt. Das D-1-Verfahren liefert einen überschuß von wirksamen Pixels für den Zweck, die Anzahl von Segmenten pro Spur auf 300 festzulegen. Als Folge müssen mehr Daten als gewünscht aufgezeichnet werden, und der Verbrauch eines Aufnahmebandes wird erhöht werden. Wenn solche redundanten Daten auf einem Kassettenband aufgezeichnet werden, wird ein Kassettenband von beachtlicher Größe benötigt. Zur Verwendung mit einem Heim-VTR wird jedoch eine kleinere Größe des Kassettenbandes bevorzugt als die eines Rundfunksystem-VTR, das das D-1-Verfahren anwendet.
(2) Das D-1-Verfahren stellt das vorangehende Format zur Verfügung, um zwei verschiedene Videosignale der bestehenden TV-Systeme aufzuzeichnen, und arbeitet nicht mit irgendeinem HDTV-System, das bald in Betrieb sein wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein verbessertes Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals gerichtet, bei dem ein Videosignal sowohl eines HDTV-Systems als auch irgendeines der bestehenden TV-Systeme unter Verwendung eines gemeinsamen Formats aufgezeichnet werden kann. Das Aufzeichnungsverfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt einen geringeren Aufnahmebandverbrauch, indem nur den wirksamen Pixels entsprechende Daten aufgezeichnet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Aufzeichnen von digitalen Videosignalen von zwei oder mehr verschiedenen TV-Systemen auf Aufnahmespuren eines Aufnahmemediums in einem gemeinsamen Format zur Verfügung, das zum Aufzeichnen der Daten eines Bildes eines digitalen Videoeingangssignals die folgenden Schritte umfaßt:
Teilen der wirksamen Pixels der Daten des Bildes in eine Anzahl von Segmenten gleicher Größe, wobei die Anzahl von Segmenten ein Vielfaches von 27 ist;
Verdichten der Datenrate einer digitalen Videosignalkomponente jedes Segments zu einer Datenrate innerhalb eines gegebenen Bereiches und
Aufzeichnen des verdichteten digitalen Videosignals in einem Format derart, daß jede Spur eine Datenmenge enthält, die der Datenmenge in 27 Segmenten entspricht.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des 525-Zeilen-Systems wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild-Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 480 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 10 Segmente geteilt und somit auf 10 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des 625-Zeilen-Systems wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild-Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 576 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 12 Segmente geteilt und somit auf 12 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des MUSE-Systems (ein japanisches Bandbreitenkompressionstyp-HDTV-System) wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild-Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 384 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1056 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 20 Segmente geteilt und somit auf 20 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des HD-MAC-Systems (ein europäisches Bandbreitenkompressionstyp-HDTV-System) wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild-Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 576 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 24 Segmente geteilt und somit auf 24 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des High-Vision-Systems (ein japanisches HDTV-System) wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild-Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 1152 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1080 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 20 Segmente geteilt und somit auf 20 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.
Zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals des bekannten europäischen HDTV-Systems wird eine Luminanzsignalkomponente der Einbild- Daten des digitalen Videosignals einem Feld von wirksamen Pixels mit 1152 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1152 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen, und die Einbild-Daten werden in 27 x 24 Segmente geteilt und somit auf 24 Spuren des Aufnahmemediums aufgezeichnet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines digitalen VTR, das ein Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 2 ist eine erklärende Darstellung der erfindungsgemäßen Zuweisung von Blöcken.
Fig. 3 ist eine erklärende Darstellung eines erfindungsgemäßen Spurenformats.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines digitalen VTR, das ein Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals der vorliegenden Erfindung verwendet. Fig. 1 zeigt einen Eingangsanschluß 1, eine 8x8 Blockanordnungseinheit 2, eine Segmentteilungseinheit, 3, eine DCT- (diskrete Kosinustransformation) Verdichtungseinheit 4, eine ECC- (Fehlerkorrekturcode) Aufnahmeformatierungseinheit 5, einen Magnetkopf 6, ein Magnetaufnahmeband 7, eine TV-System-Detektionseinheit 8 und einen TV-System-Wahlschalter 9.
Die Funktion der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird nun erklärt. Ein über den Eingangsanschluß 1 zugeführtes digitales Videosignal wird in eine Mehrzahl von 8x8-Blöcken geteilt, wobei jeder 8x8-Block aus einer Matrix von 64 Pixels besteht: 8 horizontale Pixelreihen und 8 vertikale Pixelspalten.
Fig. 2 veranschaulicht eine Anordnung der 8x8-Blöcke des 525-Zeilen- Systems, bei dem die Anzahl von wirksamen Zeilen pro Bild 480 und die Anzahl von wirksamen Pixels pro Zeile 720 betragen. Das heißt, Fig. 2 stellt die Luminanzsignalkomponente eines einzigen Bildes im 525-System dar. Wie ersichtlich ist wird das Bild in eine Vielzahl von 8x8- Blöcken geteilt; 90 Böcke in der Horizontalen (=702/8) und 60 Blöcke in der Vertikalen (=480/8). Das Luminanzsignal für ein Bild wird folglich 90 x 60 = 5400 Blöcken zugeteilt.
Das den 8x8-Blöcken zugeteilte Eingangssignal wird nun durch die in Fig. 1 gezeigte Segmentteilungseinheit 3 in Segmente geteilt, die durch ein Befehlssignal angestoßen wird, das von der TV-System-Detektionseinheit 8 geliefert wird und den Typ eines mit dem Eingangssignal verbundenen TV-Systems anzeigt. Die TV-System-Detektionseinheit 8 kann durch den Schalter 9 von Hand gesteuert werden, um ein zu verwendendes gewünschtes TV-System auszuwählen. Außerdem kann das in Aktion befindliche momentane TV-System durch Ermitteln der Anzahl von Zeilen pro Bild in einem digitalen Videoeingangssignal oder eine andere geeignete Weise automatisch identifiziert werden.
Das Teilen des Eingangssignals in Segmente wird in der Regel durchgeführt, indem die Daten des Eingangssignals in einem RAM, das Daten eines Bildes halten kann, zwischengespeichert werden und ein Datenteil eines Segments in der Form von 8x8-Blöcken über die Steuerung von Ausgangsadressen zurückgewonnen wird. Bei dem in Fig. 2 gezeigten 525-Zeilen-System besteht ein Segment aus 20 8x8-Blöcken der Luminanzsignal komponenten und 10 8x8-Blöcken der Chrominanzsignal komponenten. Folglich werden insgesamt 30 8x8-Blöcke des Videosignals eines Segments aus dem RAM ausgelesen.
Jedes Segmentsignal wird dann mit der DCT-Verdichtungseinheit 4 durch ein DCT-Verfahren verdichtet. Das DCT-Verfahren ist eine Art von orthogonaler Transformation, bei der zum Vereinfachen der Verdichtung der Bilddaten die Daten von 8x8-Blöcken in eine Frequenzkomponente umgewandelt werden. Die vorliegende Erfindung verwendet das DCT-Verfahren, um das Eingangssignal in eine gegebene Größe von Daten in jedem Segment zu verdichten. Die verdichteten Daten werden in der ECC-Aufnahmeformatierungseinheit 5 durch Fehlerkorrekturformatierung und Aufnahmeformatierung verarbeitet und dann mit dem Magnetkopf 6 auf dem Magnetband 7 aufgezeichnet. Fig. 3 zeigt das Aufnahmeformat jeder Spur auf dem Magnetband 7, die 27 Segmente des verdichteten Videosignals enthält. Es versteht sich, daß andere Segmente für ein Audiosignal und ECC-Daten, wenn vorhanden, den Videosignalsegmenten hinzugefügt werden können. Die Folge der in Fig. 1 gezeigten Schritte der 8x8-Blockzuweisung, des Teilens in Segmente und der DCT-Verdichtung kann abhängend von den Erfordernissen geändert werden. Ferner können die 8x8- Blockzuweisung und das Teilen in Segmente unter Verwendung eines einzigen RAM zu einer Zeit ausgeführt werden.
Das Teilen in Segmente bei einem anderen TV-System wird nun beschrieben. Mit Hilfe der vorangehenden Anordnung können sechs verschiedene Videosignale von bestimmten TV-Systemen, einschließlich der bestehenden TV-Systeme und einiger HDTV-Systeme, aufgezeichnet werden. Das Videoeingangssignal von Einbild-Daten wird in Segmente eines Vielfachen von 27 geteilt und in einem Format von 27 Segmenten pro Spur aufgezeichnet. Tabelle 1 gibt die Segmentteilung in sechs verschiedenen TV-Systemen an: die bestehenden 525-Zeilen- und 625-Zeilen-Systeme, die MUSE- und HD-MAC-Systeme des Bandkompression-HDTV-Typs, das 1125- Zeilen-System (ein japanisches HDTV-System mit 1125 Abtastzeilen pro Bild) und das 1250-Zeilen-System (ein europäisches HDTV-System mit 1250 Abtastzeilen pro Bild).
Tabelle 1 zeigt die Anzahl von wirksamen Pixels für Luminanz- und Chrominanzkomponenten eines Einbild-Videosignals und die Anzahl von wirksamen Zeilen desselben. Ferner werden die Anzahl der zum Aufzeichnen des Einbild-Signals zu verwendenden Spuren und die Anzahl von 8x8- Blöcken in jedem Segment angegeben.
Die Anzahl von 8x8-Blöcken pro Segment wird berechnet aus:
(Die Anzahl wirksamer Zeilen) x (die Anzahl wirksamer Pixels) / (die Anzahl von Spuren pro Bild) / 8x8/27. Die in Tabelle 1 gezeigte Anzahl der 8x8-Blöcke pro Segment ist eine Summe der Luminanzsignal- Blöcke und der Chrominanzsignalblöcke. Die Anzahl der 8x8-Blöcke pro Segment in jedem TV-System wird auf diese Weise bestimmt. Insbesondere erzeugt das MUSE-System einen Bruchstückteil der Blockzahl in einem Segment, der zum Aufzeichnen eines Steuersignals oder dergleichen benutzt werden kann. Nun ist ersichtlich, daß die Daten eines Segments jedes TV-Systems auf eine gleiche Größe verdichtet werden und daher durch dieselbe Prozedur aufgezeichnet werden können. Tabelle 1 zeigt die Verdichtung der Daten jedes Segments in eine 3072-Bit Form, die durch die Verwendung eines einzelnen Verdichtungsverhältnisses, das von dem TV-System abhängt, verwirklicht wird. Wie einzusehen ist, können verschiedene Videosignale ihrer jeweiligen TV-Systeme in der Anzahl von Segmenten pro Spur und den Daten jedes Segments gleichmäßig sein, indem das Verdichtungsverhältnis in der Prozedur der Frequenzbandverdichtung gesteuert wird. TABELLE 1
Jedes der obigen Segmente enthält eine Grundeinheit der Videosignaldaten, die im wirklichen Betrieb sowohl durch die Fehlerkorrekturcodierung als auch die Aufnahmeformatierung vor dem Aufzeichnen auf einem Magnetband verarbeitet wird. Folglich können, wenn gewünscht, die Segmente weiter in kleinere Segmente geteilt werden.
Nach der vorangehenden Anordnung der Ausführung werden die Anzahl von gemeinsamen Segmenten und die Daten jedes Segments nach der Datenverdichtung auf einen gegebenen Wert bzw. eine gleichmäßige Größe festgelegt, so daß ein gemeinsames Verfahren zum Aufzeichnen eines Videosignals für die verschiedenen TV-Systeme bereitgestellt werden kann. Mithin wird ein neuartiges digitales VTR erschlossen, das imstande ist, verschiedene Videosignale ihrer jeweiligen TV-Systeme aufzuzeichnen. Dieses Aufzeichnungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist außerdem auf ßas neue HDTV-System anwendbar, das in der nahen Zukunft eingeführt werden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufzeichnen eines Videosignals ist nicht auf die vorangehende Beschreibung beschränkt und wird mit gleichem Erfolg bei der Übertragung von Daten von verschiedenen TV-Signalen verwendet werden. Die in der Ausführung zugewiesenen Werte für die Anzahl wirksamer Pixels, die Anzahl wirksamer Zeilen, die Anzahl von Spuren pro Bild, die Anzahl von Segmenten und das Verhältnis zwischen Luminanz- und Chrominanzkomponenten sind veranschaulichend und werden auf gewünschte Werte verändert werden. Außerdem sind die oben beschriebenen sechs verschiedenen TV-Systeme nur zur Einfachheit der Beschreibung gewählt. Die Prozedur der Datenratenverdichtung wird durch jedes bekannte Verfahren durchgeführt werden, und gleichzeitig kann ein Signal angenommen werden, das keine Datenratenverdichtung erfordert.

Claims

1. Verfahren zum Aufzeichnen von digitalen Videosignalen von zwei oder mehr verschiedenen TV-Systemen auf Aufnahmespuren eines Aufnahmemediums in einem gemeinsamen Format, das zum Aufzeichnen der Daten eines Bildes eines digitalen Videoeingangssignals die folgenden Schritte umfaßt:

Teilen der wirksamen Pixels der Daten des Bildes in eine Anzahl von Segmenten gleicher Größe, wobei die Anzahl von Segmenten ein Vielfaches von 27 ist;

Verdichten der Datenrate einer digitalen Videosignalkomponente jedes Segments zu einer Datenrate innerhalb eines gegebenen Bereiches und

Aufzeichnen des verdichteten digitalen Videosignals in einem Format derart, daß jede Spur eine Datenmenge enthält, die der Datenmenge in 27 Segmenten entspricht.

2. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 480 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 10 Segmente geteilt und somit auf 10 Spuren aufgezeichnet werden.

3. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 570 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 12 Segmente geteilt und somit auf 12 Spuren aufgezeichnet werden.

4. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 384 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1056 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 20 Segmente geteilt und somit auf 20 Spuren aufgezeichnet werden.

5. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 720 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 576 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 24 Segmente geteilt und somit auf 24 Spuren aufgezeichnet werden.

6. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 1152 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1080 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 20 Segmente geteilt und somit auf 20 Spuren aufgezeichnet werden.

7. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, bei dem in dem Fall, daß eine Luminanzsignalkomponente der Daten des Bildes eines aufzuzeichnenden TV-Systems einem Feld von wirksamen Pixels mit 1152 Pixels in jeder horizontalen Reihe und 1152 Pixels in jeder vertikalen Spalte zugewiesen wird, die Daten des Bildes in 27 x 24 Segmente geteilt und somit auf 24 Spuren aufgezeichnet werden.