DE69322551T2

DE69322551T2 - Verfahren zum Aufnehmen/Wiedergeben eines digitalen Videosignals und Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE69322551T2
Application number: DE69322551T
Authority: DE
Inventors: Jong-Kuk Jung-Ku Daegu Kim; Kwang-Ho Banpo-Dong Seocho-Gu Moon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2013-07-13
Also published as: EP0579156B1; EP0579156A2; KR940002838A; JPH06209447A; KR100195071B1; DE69322551D1; US5486931A; CN1081528A; CN1058826C; EP0579156A3; JP3076694B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung und Wiedergabe digitaler Daten, insbesondere zur Bereitstellung eines hervorragenden Wiedergabebildes, wenn eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit, wie ein Hochgeschwindigkeitssurro, durchgeführt wird.
Seit 1980 haben Hersteller von Heimanwendungen digitale Videorecorder (VTRs) für die Heimanwendung untersucht und entwickelt. Solche digitalen Videorecordersysteme sind zur einfachen Aufzeichnung und Wiedergabe von Videodaten mit Hilfe von Kompression und hochdichter Aufzeichnung vorgesehen und sollten eine Codiertechnologie zustande bringen, die gleichzeitig eine hohe Auflösung, lange Aufzeichnungszeiten, eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit und eine Bildeditierung ermöglichen. Wenn Videodaten jedoch für eine verlängerte Aufzeichnungsdauer komprimiert werden, variiert die Kompressionsbitrate in Abhängigkeit von der Komplexität des Bildsignals. Dementsprechend sollte die Bitrate in Einheiten von Synchronisationsblöcken festgelegt sein, die die minimale Einheit für eine zufriedenstellend hohe Auflösung darstellen. Da deshalb einige Daten bei der festen Bitrate verloren gehen, kann ein vollständig zufriedenstellendes Bild nicht erwartet werden. Auch wenn die Bitrate in Synchronisationsblockeinheiten festgelegt ist, ist der Synchronisationsblock ebenso nicht wiedergebbar, wenn die Synchronisationsblockdaten nicht vollständig gelesen werden. Da der nicht wiedergebbare Synchronisationsblock während einer Wiedergabe mit einer variablen Geschwindigkeit erzeugt wird, in der der rotierende Kopf eine Spur überquert, erscheint daher das Mosaikphänomen in Abhängigkeit von der vielfachen Geschwindigkeit zufällig auf dem Bildschirm. Daher ist die Bildqualität des Bildschirms bei der Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit weniger wünschenswert.
Um ein scharfes Bild bei der Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit zu erhalten, wurde ein Verfahren zum Überspringen von Spuren durch Anpassen eines dynamischen Kopfes unter Verwendung eines piezoelektrischen Elementes wie einer bimorphen Zelle entwickelt. Entsprechend dem aktuellen Technologiestand ermöglicht das Verfahren die Wiedergabe mit 3- bis 5-facher normaler Geschwindigkeit, wäh rend eine Wiedergabe mit mehr als 6-facher normaler Geschwindigkeit nicht möglich ist. Da der dynamische Kopf auch teuer ist und die Servosteuertechnologie des Spurspringens eine sehr hohe Präzision erfordert, wird dieses Verfahren augenblicklich nur in Spezialanwendungen, wie in einem Sendestudio, verwendet.
Im Dokument WO 93/19556 ist ein Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät beschrieben, das Videoinformation mit einer normalen Bandgeschwindigkeit codiert oder uncodiert in geneigten Spuren eines magnetischen Bandes speichert und komprimierte Videoinformation für eine Hochgeschwindigkeitswiedergabebetriebsart in einer Längsspur auf dem Band speichert. Dieses Dokument wurde vor dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung eingereicht, aber nicht vor dem Prioritätstag veröffentlicht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung und Wiedergabe bereitzustellen, die in der Lage sind, akzeptable Bilder von einem magnetischen Band wiederzugeben, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die deutlich schneller als in einer normalen Wiedergabebetriebsart ist.
Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre des Anspruchs 1 für ein Verfahren und durch die technische Lehre des Anspruchs 14 für eine Vorrichtung gelöst.
Die Erfindung ist im einzelnen in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Aufzeichnungsmusterdiagramm darstellt, das eine herkömmliche schräge Abtastart eines 8 mm Videobandes zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm darstellt, das ein Bandtransportsystem eines herkömmlichen Schrägabtastvideorecorders (VTR) zeigt;
Fig. 3 ein Aufzeichnungsmusterdiagramm eines magnetischen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Aufzeichnungsmusterdiagramm eines magnetischen Bandes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6 eine Ansicht zur Erläuterung der Wiedergabebildgröße darstellt, wenn eine spezielle Wiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung eines Unterabtastbetriebs darstellt, wenn eine spezielle Aufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung eines Halbladungs(half loading)-Verfahrens darstellt, wenn eine spezielle Wiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 9 ein Aufzeichnungsmusterdiagramm eines magnetischen Bandes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 10 ein Blockdiagramm darstellt, das eine Videoausgabeeinrichtung für eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 11 ein Aufzeichnungsmusterdiagramm eines magnetischen Bandes gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Aufzeichnungsformat für ein herkömmliches schräg abgetastetes 8 mm-Videoband. Ein Bezugszeichen "A" stellt hier die Gesamtbreite (8 mm) des Vi deobandes dar, "R" stellt die Abmessung (0,6 mm) einer Audiohilfsspur Ta dar, "C" stellt die Abmessung (0,6 mm) einer Kontroll-(cue)-Spur Tc dar, "X" stellt die Distanz (31 mm) entlang des Bandes von der 180º Abtastendposition für eine rotierende Trommel bis zu der Position der Audio- und Kontroll-Köpfe Ha und Hc dar und "Ts" stellt eine geneigte Spur dar, die in Audio- und Videodatenintervalle unterteilt ist. Die schräge Spur Ts ist um einen Führungswinkel θ in Bezug zu der Längsrichtung des Bandes geneigt. Ebenso ist in Fig. 1 dargestellt, daß 36º der rotierenden Trommelabtastung den Audiodaten zugeordnet werden, während 5º der vertikalen Abtastperiode zugeordnet werden.
Fig. 2 stellt ein schematisches Diagramm eines Bandtransportsystems eines allgemeinen mit rotierenden Köpfen schräg abtastenden digitalen Videorecorders (VTR) dar. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Band, 12 stellt eine rotierende Trommel dar, 12a und 12b stellen rotierende Köpfe dar, 14 und 16 stellen geneigte Bolzen dar, 18 stellt eine Löschkopfanordnung dar, 20 stellt eine Lösch- & Audio- Kopf-Anordnung dar, 22 stellt eine Capstan-Welle dar und 24 stellt eine Andruckrolle dar. Das Band 10 wird mit einer konstanten Transportgeschwindigkeit vT durch eine Capstan-Welle 22 und einer Andruckrolle 24 bewegt, die von einem Capstan-Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Die rotierende Trommel 12 wird mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit vD (d. h. 3600 U/min) von einem Trommelmotor (nicht gezeigt) bewegt. Angenommen, der Durchmesser der rotierenden Trommel beträgt 40 mm, dann tasten die rotierenden Köpfe 12a und 12b die geneigten Spuren Ts mit der Geschwindigkeit von 7,536 m/s ab. Wenn die Breite (pitch) P der geneigten Spur Ts 10 um und der Neigungswinkel θ 4º88' beträgt, kann die Bandtransportgeschwindigkeit deshalb durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:
NTs bezeichnet hier die Anzahl der geneigten Spuren, die in einer Sekunde von dem rotierenden Kopf abgetastet werden. Z. B. im Fall eines Ein-Bild/4-Spuren- Unterteilungsverfahrens sollten 30 Vollbilder auf einem Bildschirm in jeder Sekunde angezeigt werden. Da 120 Spuren pro Sekunde durch den rotierenden Kopf abgetastet werden, wird die Bandtransportgeschwindigkeit vT deshalb 14,106 mm/s. D. h., das Band 10 wird mit 14,106 mm pro Sekunde in der Längsrichtung des Bandes transportiert.
Die vorliegende Erfindung kann somit die besondere Bildwiedergabeinformation (z. B. eine Trickwiedergabe oder ein Wiedergabebetrieb mit variabler Geschwindigkeit) auf/von der Audiospur Ta und der Kontrollspur Tc aufnehmen und wiedergeben, um dabei ein klares Bild während dem speziellen Wiedergabebetrieb zu zeigen. Da der normale Wiedergabebereich unabhängig von dem speziellen Wiedergabebereich ist, kann die Bitrate der in dem normalen Wiedergabebereich aufzuzeichnenden Videodaten ebenso feststehen. Dementsprechend wird die Bildqualität des normalen Wiedergabebildes verbessert und der Aufbau der Datenkompressions- und Dekompressionsschaltkreise kann vereinfacht werden.
Fig. 3 stellt ein schematisches Diagramm für das Aufzeichnungsformat des magnetischen Bandes für die digitale Videosignalaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen ersten Bereich für einen normalen Aufzeichnungs- und Wiedergabebetrieb, und das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen zweiten Bereich für eine spezielle Wiedergabe für eine Hochgeschwindigkeitssuche. Der erste Bereich 30 enthält eine Mehrzahl geneigter Spuren Ts, in denen sich die digitale Audio/Videoinformation und das Spurführungssignal überlagern und über den schräg abtastenden rotierenden Kopf aufgezeichnet werden. Der zweite Bereich 32 enthält zumindest eine horizontale Spur Th, auf der die spezielle Wiedergabebildinformation über die feststehenden Köpfe 136 aufgezeichnet wird. Die feststehenden Köpfe 136 sind im Abstand "X" (derselbe wie bei dem herkömmlichen Videorecorder) vom Abtastende der geneigten Spur Ts der rotierenden Köpfe 116 angeordnet. D. h., daß hier die Position der feststehenden Köpfe der der Audio- & Kontroll-Kopf-Anordnung des herkömmlichen Videorecorders entspricht. Wenn die rotierenden Köpfe 116 eine Anzahl N der geneigten Spuren Ts des ersten Bereichs 30 abtasten, wird daher ein Intervall "Y" entlang der horizontalen Spur Th des Bandes 10 durch die feststehenden Köpfe 136 abgetastet. Bei der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend die Information eines Bildes in dem Intervall "Y" der horizontalen Spur Th so aufgezeichnet, daß sie einer vorbestimmten Anzahl von Vollbildern mit einer normalen Aufzeichnungsgeschwindigkeit entspricht. Für spezielle Wiedergabeoperationen wird die Bildinformation, die in der horizontalen Spur aufgezeichnet ist, gelesen und über den feststehenden Kopf wiedergegeben, während das Band mit einer vorbestimmten Wiedergabegeschwindigkeit bewegt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden zum Verständnis der Erfindung beschrieben.
Fig. 4 zeigt ein Bandaufzeichnungsformat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Information eines Vollbildes unterteilt auf vier geneigte Spuren mit einer Geschwindigkeit von 30 Vollbildern pro Sekunde aufgezeichnet, und gleichzeitig wird die Information von zwei Vollbildern unterteilt auf vier horizontale Spuren aufgezeichnet. Wenn Information von 30 Vollbildern F1-F30, wie in Fig. 4 gezeigt, in einem ersten Bereich 30 für eine Sekunde aufgezeichnet wird, wird somit die Information von zwei Vollbildern F1- F16 mit einem 15 Vollbildintervall in dem Intervall "Y" in dem zweiten Bereich 32 für eine Sekunde aufgezeichnet.
Fig. 5 stellt ein Blockdiagramm der Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann in einen Aufzeichnungsabschnitt und in einen Wiedergabeabschnitt unterteilt werden, wobei die Aufzeichnungsvorrichtung in eine normale Aufzeichnungsvorrichtung und eine spezielle Aufzeichnungsvorrichtung unterteilt ist und die Wiedergabevorrichtung in eine normale Wiedergabevorrichtung und eine spezielle Wiedergabevorrichtung unterteilt ist.
Die normale Aufzeichnungsvorrichtung umfaßt einen Unterabtastschaltkreis 102, einen Datenkompressionsschaltkreis 104, einen Fehlerkorrekturcodierer 106, einen Audiocodierer 108, einen Kanalcodierer 110 und einen Aufzeichnungsverstärker 112. Unterdessen umfaßt die spezielle Aufzeichnungsvorrichtung einen Quelleneingabeformat(source input format - SIF)-Unterabtastschaltkreis 122, einen Datenkom pressionsschaltkreis 124, einen Kanalaufteilungsschaltkreis (oder Multiplexer) 126, vier Fehlerkorrekturcodierer 128, vier Kanalcodierer 130 und vier Kanalaufteilungsverstärker 132.
Die normale Wiedergabevorrichtung umfaßt einen Wiedergabeverstärker 202, einen Kanaldecodierer 204, einen Fehlerkorrekturdecodierer 206, einen Audiodecodierer 208, einen Datendekompressionsschaltkreis 210 und eine Interpolationsvorrichtung 212. Unterdessen umfaßt die spezielle Wiedergabevorrichtung vier Wiedergabeverstärker 222, vier Kanaldecodierer 224, vier Fehlerkorrekturdecodierer 226, einen Kanalwiederherstellungsschaltkreis (oder Demultiplexer) 228, einen Datendekompressionsschaltkreis 230 und eine Interpolationsvorrichtung 232.
Die normale Aufzeichnungsvorrichtung und die normale Wiedergabevorrichtung werden mit einem Paar rotierender Köpfe 116 über den Schalter 114 kombiniert. Die spezielle Aufzeichnungsvorrichtung und die spezielle Wiedergabevorrichtung werden mit vier feststehenden Köpfen über den Schalter 134 kombiniert. Die spezielle Aufzeichnungsvorrichtung empfängt die Information eines Vollbildes in einem Intervall von 15 Vollbildern über den Schalter SW 1. Die spezielle Wiedergabevorrichtung wählt die Größe der Bildschirmanzeige für das wiederzugebende Bild über den Schalter SW2 aus.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann das wiederzugebende Bild in voller Bildschirmgröße über die Interpolationseinrichtung 232 angezeigt werden; ohne Leitung über die Interpolationseinrichtung wird das wiederzugebende Bild in einer Viertelbildschirmgröße angezeigt. Unter diesen Umständen ist die Bildqualität teilweise verschlechtert, wenn das SIF-unterabgestastete Bild interpoliert in voller Bildschirmgröße angezeigt wird, und eine Viertelbildschirmanzeige ist etwas kleiner, erzeugt aber eine bessere Bildqualität. In äußeren Bereichen der Viertelbildschirmanzeige wird der Hintergrund als blauer Bildschirm oder ähnlich verarbeitet.
In der oben beschriebenen Vorrichtung stellt die Videosignaleingabe ein Komponentensignal im CCIR 601-Format dar, bei dem das Verhältnis von Y : Cr : Cb = 4 : 2 : 2 be trägt, wie in Fig. 7 zu sehen ist. Das Luminazsignal Y ist hier aus 480 · 720 Pixeln zusammengesetzt und jedes Farbdifferenzsignal besteht aus 480 · 360 Pixeln.
Bezugnehmend auf die Fig. 5, 6 und 7 empfängt der Unterabtastschaltkreis 102 ein 4 : 2 : 2-Komponentensignal und führt eine Unterabtastung der Farbdifferenzsignale Cr und Cb durch, um es in ein 4 : 1 : 1-Komponentensignal umzuwandeln. Die Datenkompressionseinrichtung 104 empfängt das umgewandelte Signal, komprimiert die Daten gemäß einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis, codiert die komprimierten Daten und gibt die codierten Daten aus. Das Kompressionscodierverfahren verwendet eine wohlbekannte orthogonale Transformationscodierung, eine prädiktive Codierung oder eine Vektorquantisierung; eine Intraframe- oder Interframecodierung ist ebenso möglich.
Es sollte angemerkt werden, daß für die obige spezielle Wiedergabefunktion das herkömmliche Problem dahingehend weiter besteht, daß in der schwierigen Steuerung der Festlegung der Anzahl von Bits des Synchronisationsblocks als minimaler Aufzeichnungseinheit besteht; und aus diesem Grund leidet die Bildqualität deutlich. Da jedoch die speziellen Wiedergabedaten gemäß der vorliegenden Erfindung separat verarbeitet werden, muß die Anzahl der Bits nicht streng gesteuert werden. Da dementsprechend die Kompressionsalgorithmen vereinfacht werden, kann ein einfacher Kompressionsschaltkreis entworfen werden.
Da die Bitrate in Einheiten von 15 Vollbildern oder 30 Vollbildern gemäß der vorliegenden Erfindung festgelegt werden kann, wird die Bildqualität des wiedergegebenen Bildes während der normalen Wiedergabe im Vergleich zum herkömmlichen Fall deutlich verbessert. Der Fehlerkorrekturcodierer 106 empfängt die codierten Daten und codiert die empfangenen Daten mit einem wohlbekannten Fehlerkorrekturcodieralgorithmus, um die Daten auszugeben, die in den Synchronisationsblockeinheiten zu dem Paritätscode hinzugefügt wurden. Ein 2-Byte-Synchronisationscode (SYNC) und ein 2-Byte-Identifikationscode (ID) werden zu den Daten des Synchronisationsblockes hinzugefügt. Die Datenausgabe von dem Audiocodierer 108 wird dabei mit solchen digitalen Modulationsverfahren, wie 8-zu-8, 8-zu-14 oder der Quadraturamplitudenmodulation, verarbeitet. Der Aufzeichnungsverstärker 112 verstärkt die modulierten Daten und leitet die verstärkten Daten zu dem rotierende Kopf 116 über den Schalter 114 weiter. Wenn die endgültige Aufzeichnungsrate 25 Mbps beträgt und die rotierende Trommel mit einem Durchmesser von 40 mm mit 3600 U/min rotiert wird, beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Kopfes 116 7,536 m/s und die maximale Aufzeichnungsfrequenz beträgt 12,5 MHz.
Die spezielle Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitet die Information, die 30 Vollbildern entspricht, die in einer Sekunde in einer normalen Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitet werden, und zeichnet die verarbeiteten Daten in dem Intervall "Y" der horizontalen Spur über die feststehenden Köpfe 136 auf. Da jedoch das Intervall "Y" ein sehr kleiner Bereich im Vergleich zu dem normalen Aufzeichnungsbereich ist, kann die Information, die den gesamten 30 Vollbildern entspricht, nicht aufgezeichnet werden, und die Information eines Vollbildes wird in Intervallen von 15 Vollbildern oder 30 Vollbildern aufgezeichnet. Diese Ausführungsform wird unter Bezug auf die Information eines Vollbildes beschrieben, die in einem Intervall von 15 Vollbildern aufgezeichnet wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Information, die den Vollbildern F1 und F16 aus den 30 Vollbildern entspricht, komprimiert und im Intervall "Y" aufgezeichnet. Die Schalteinrichtung SW1 wird für die Dauer eines Vollbildes in jedem 15. Vollbildintervall leitend geschaltet und für die übrige Dauer ausgeschaltet. Wie in Fig. 7 gezeigt, führt die Unterabtastungseinrichtung 122 eine Unterabtastung des 4 : 2 : 2 Komponentensignales durch und wandelt das Luminanzsignal Y in ein Signal mit 240 · 360 Pixeln und jedes Farbdifferenzsignal Cr und Cb in ein Signal mit 120 · 180 Pixeln um. Dies wird zur Reduzierung der Datenmenge durch Unterabtastung durchgeführt, da die Anzahl der Bits, die in dem Intervall "Y" aufgezeichnet werden kann, viel kleiner ist als die, die zur normalen Aufzeichnung erforderlich ist. Da der Datenkompressionsschaltkreis 124 keine Interframekorrelation durchführt, sind nur Intraframecodierverfahren anwendbar. Die Bitanzahl wird kontinuierlich in Vollbildeinheiten unter Verwendung eines wohlbekannten Kompressionscodierverfahrens gesteuert. Ein Datenkompressionsverhältnis CP wird hier durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
Das Bezugszeichen B stellt hier eine Bitrate pro Kanal dar, C stellt eine Paritätsbitrate dar, λ stellt eine Aufzeichnungswellenlänge eines feststehenden Kopfes dar, H stellt die Anzahl der feststehenden Köpfe dar und vT gibt die relative Geschwindigkeit des Bandes in Bezug zu einem feststehenden Kopf an.
Unter Verwendung der obigen Gleichung (2) und unter der Annahme, daß eine Gesamtbitrate von 2 SIF-unterabgetasteten Vollbildern 2025 kbps beträgt, die Pariatätsbitrate 20% der Gesamtbitrate beträgt, λ 0,6 um beträgt und vT 14,106 mm/s, wird das Kompressionsverhältnis CP folgendermaßen berechnet:
Die Bitrate beträgt nach der Kompression 155,77 kbps (2025 kbps/13). Dementsprechend sollte in dieser Ausführungsform die SIF-Information eines Vollbildes immer konstant mit 77,88 kbps komprimiert werden.
Das obige Kompressionsverhältnis wurde auf der Basis einer Standardwiedergabebetriebsart berechnet. Im Fall einer Langzeitwiedergabebetriebsart jedoch wird die Anzahl der Spuren pro Vollbild jedoch von 4 auf 2 reduziert, da die Geschwindigkeit der Trommelrotation 1800 U/min beträgt, und dementsprechend wird das Intervall "Y" halbiert. Das Kompressionsverhältnis sollte für die Langzeitbetriebsart somit verdoppelt werden. Die Beziehung zwischen dem Datenkompressionsverhältnis und bestimmten Parametern für die spezielle Aufzeichnungsvorrichtung ist hier folgendermaßen:
i) Die Breite (pitch) P der geneigten Spur: wenn P ansteigt, wird das Intervall "Y" länger (dementsprechend wird die Anforderung an das Kompressionsverhältnis reduziert und die normale Aufzeichnungszeit verkürzt).
ii) Die Aufzeichnungswellenlänge λ: wenn λ, kürzer wird, steigt die Aufzeichnungsdichte an. (Der aktuelle Technologiestand liegt etwa bei 0,6 um).
iii) Die Anzahl der feststehenden Köpfe H: wenn H ansteigt, wird das Kompressionsverhältnis reduziert.
Wie oben beschrieben, wird das System gemäß der vorliegenden Erfindung optimal basierend auf der Datenkompression CP, P, λ und H entworfen. Die Berechnung des Kompressionsverhältnisses sollte unter Berücksichtigung der Kosten zusammen mit den Breiten beider Hilfsspuren getroffen werden.
Der Kanalaufteilungsschaltkreis 126 teilt die kompressionscodierten Daten in vier Ausgabedatenkanäle. Die jeweils aufgeteilten Kanaldaten werden zu den entsprechenden feststehenden Köpfen 136 über Fehlerkorrekturcodierer 128, Kanalcodierer 130 und Aufzeichnungsverstärker 132 weitergeleitet.
Das Wiedergabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. Während der normalen Wiedergabe wird das Signal von einem ersten Bereich der geneigten Spuren mittels des rotierenden Kopfes 116 gelesen und der normalen Wiedergabevorrichtung über die Schalteinrichtung 114 zugeführt. Die Signalzuführung zu der normalen Wiedergabevorrichtung wird über den Wiedergabeverstärker 202 und den Kanaldecodierer 204 geleitet, und die kanaldecodierten Videodaten werden über den Fehlerkorrekturdekoder 206, den Datenkompressionsschaltkreis 210 und die Interpolationseinrichtung 212 geleitet, um zu einem ursprünglichen Bildsignal wiederhergestellt zu werden und an eine Anzeigeeinheit weitergeleitet zu werden. Die kanaldekodierten Audiodaten werden zu einem Audiosignal durch den Audiodekoder 208 wiederhergestellt. Andererseits wird während der speziellen Wiedergabe das Signal von einem zweiten Bereich der horizontalen Spuren über vier feststehende Köpfe 136 gelesen und der speziellen Wiedergabevorrichtung über die Schalteinrichtung 134 zugeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird während solcher speziellen Wiedergabefunktionen wie der Hochgeschwindigkeitsuche die Bandgeschwindigkeit erhöht. Um hier die Echtzeitanforderungen auch bei der Hochgeschwindigkeitswiedergabe zu erfüllen, sollte die Information eines Vollbildes, die gleichzeitig von vier feststehenden Köpfen 136 gelesen wird, innerhalb 1/30 sec verarbeitet werden. Während dieser Verarbeitung bewegt sich das Band 7,053 mm (14,106 mm/2) mit der Bandgeschwindigkeit 211,59 mm/s. Bei dem Band, das sich mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt, wird die Information sequentiell in der Reihenfolge F1, F16, F31... gelesen, wobei schließlich die 15-fache Wiedergabegeschwindigkeit erreicht wird. Die spezielle Wiedergabevorrichtung verarbeitet das zugeführte Signal in der umgekehrten Reihenfolge wie in der speziellen Aufzeichnungsvorrichtung, um das ursprüngliche Signal im SIF-Format wiederherzustellen. Dementsprechend wird das wiederhergestellte Signal interpoliert und in ein CCIR 601-Format über die Interpolationseinrichtung 232 umgewandelt, um als Vollbild angezeigt zu werden, oder es wird direkt im SIF- Format ausgegeben, um in halber Bildschirmgröße angezeigt zu werden.
Bei der Hochgeschwindigkeitswiedergabe kann ebenso neben dem voll eingelegten Verfahren (full-loading - Fig. 2) ein Halbeinlegeverfahren (half-loading), wie in Fig. 8 gezeigt, auf das Band angewendet werden. Das Halbeinlegeverfahren ist gegenüber dem Volleinlegeverfahren hinsichtlich der Lockerung des Bandes und seiner Verschlechterung aufgrund der Abnutzung vorteilhaft.
Die Frequenzeigenschaften des Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahrens der feststehenden Köpfe kann folgendermaßen beschrieben werden.
Die Bitanzahl, die in einer Sekunde von einem einzelnen feststehenden Kopf aufgezeichnet werden kann, beträgt 46,7 Kbit. Im Fall der 15-fachen Geschwindigkeit beträgt die Bitrate dementsprechend 700,5 Kbit (46,7 Kbit · 15). Da die maximale Frequenz 0,34 MHz beträgt, wird die Frequenzcharakteristik des feststehenden Kopfes deshalb so entworfen, daß sie größer als 0,34 MHz ist.
Fig. 9 stellt das Datenaufzeichnungsformat zu einem Zeitpunkt dar, in dem die Information eines Vollbildesintervall "Y" aufgezeichnet ist. D. h., das Aufzeichnungs format zu einem Zeitpunkt, in dem die Information eines Vollbildes in einem Intervall "Y" der horizontalen Spur zum Zweck der speziellen Wiedergabe in einem 30 Vollbildintervall aufgezeichnet ist. In diesem Fall wird das Datenkompressionsverhältnis 6,5, das die Last der Datenkompression verglichen mit dem oben beschriebenen Y- Intervall-Doppel-Vollbild-Verfahren halbiert. Andererseits beträgt beim Y-Intervall- Einzel-Vollbild-Verfahren die Bandwiedergabegeschwindigkeit 423,18 mm (14,106 mm durch 1/30 s geteilt). Somit ist nur eine 30-fache Geschwindigkeit möglich. In diesem Fall beträgt die Frequenzcharakteristik des feststehenden Kopfes deshalb 0,68 MHz.
Fig. 10 stellt ein Blockdiagramm einer Videoausgabeeinrichtung für eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit eines Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Bezugszeichen M1 und M2 stellen hier Vollbildspeicher dar, und SW3 und SW4 bezeichnen Schalter. Der Schalter SW3 leitet die Vollbildinformation, die in der speziellen Wiedergabevorrichtung wiederhergestellt wird, an die Vollbildspeicher M1 und M2 weiter. Der Schalter SW4 führt eine Umschaltung der Vollbildspeicher M1 und M2 aus, die umgekehrt zu der des Schalters SW3 erfolgt. Die weitergeleitete Vollbildinformation wird in die Vollbildspeicher M1 und M2 für eine Zeit geschrieben, die reziprok zu dem Produkt der Anzahl der im Y- Intervall aufgezeichneten Vollbilder und dem Geschwindigkeitsvielfachen ist. Die eingeschriebene Vollbildinformation wird außerdem wiederholt aus den Vollbildspeichern M1 und M2 mit einem ganzzahligen Wert ausgelesen, der die Schreibzeit (pro Sekunde) multipliziert mit 30 (30/s) darstellt. Unter Verwendung des Y-Intervall- Einzel-Vollbild-Verfahrens (Fig. 9) ist beispielsweise eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit mit Geschwindigkeiten möglich, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind. Tabelle 1
Unter Verwendung der Y-Intervall-Doppel-Vollbild-Verfahren (Fig. 4) ist außerdem eine Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit möglich, die in der folgenden Tabelle 2 gezeigt sind. Tabelle 2
Bei der Durchführung der m-fachen Geschwindigkeit bei dem Y-Intervall-m-Vollbild- Verfahren wird das Band somit mit einer Geschwindigkeit von n · vT bewegt. Die Speicherschreibzeit beträgt hier das (1/mn)-fache einer Sekunde und die Anzahl der Lesewiederholungen beträgt 30 · (1/mn).
Wie oben beschrieben, zeichnet die vorliegende Erfindung die Daten für die normale Aufzeichnung und Wiedergabe und die für die spezielle Aufzeichnung und Wiedergabe getrennt in jeweils verschiedenen Bereichen des magnetischen Bandes in einem digitalen Videorecorder auf. Da die Verarbeitung des normalen Aufzeichnungs/Wiedergabesignals dementsprechend unabhängig von der des speziellen Aufzeichnungs/Wiedergabesignals ist, wird der Entwurf für die normale Verarbeitung mit einem höherem Freiheitsgrad vereinfacht. Ebenso ist es bei dem Entwurf für die spezielle Verarbeitung möglich, die allgemeine Videorecordertechnologie ohne das Bedürfnis für hochpräzise Servotechnologie und die Verwendung speziellen Materials und/oder spezieller Komponenten zu verwenden.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren erläutert, bei dem die Daten jedes N-ten-Vollbildes, das in dem zweiten Bereich aufgezeichnet ist, jedem N-ten- Vollbild einer normalen Aufzeichnung entspricht. Wie in Fig. 11 gezeigt, werden die Daten jedoch teilweise aus einer Mehrzahl von Vollbildern der normalen Aufzeichnung extrahiert. Auf diese Weise können die Daten jedes N-ten-Vollbildes, das im zweiten Bereich aufgezeichnet ist, zusammengesetzt werden. In dem Fall eines Ein- Vollbildes-4-Segment-4-Spur-Verfahrens wird das Y-Intervall in vier Segmente aufgeteilt, so daß ein erstes Segment S1 eines ersten Vollbildes F1, ein zweites Segment S2 eines zweiten Vollbildes F2, ein drittes Segment S3 eines dritten Vollbildes F3 und ein viertes Segment S4 eines vierten Vollbildes F4 sequentiell aufgezeichnet werden kann. In dem Fall des Y-Intervall-Ein-Vollbild-Verfahrens wird das Y-Intervall deshalb in 30 Segmente unterteilt. Die Daten, die teilweise aus jedem der 30 Vollbilder extrahiert werden, können jeweils in den unterteilten Segmenten aufgezeichnet werden.

Claims

1. Verfahren zum Aufzeichnen und Wiedergeben digitaler Daten mit folgenden Schritten:

Aufzeichnen digitaler Videodaten auf einer Mehrzahl schräger Spuren (TS) eines ersten Bereichs (30) eines magnetischen Bandes (10) unter Verwendung einer Mehrzahl rotierender Köpfe (116) und gleichzeitiges Aufzeichnen von Daten eines einzelnen Vollbildes der digitalen Videodaten mit einem Intervall von N Bildern in einem zweiten Bereich (32) des magnetischen Bandes über zumindest einen feststehenden Kopf (136);

Wiedergeben der Daten, die in dem ersten Bereich (30) aufgezeichnet sind, bei einer normalen Wiedergabe und Wiedergeben der Daten, die in dem zweiten Bereich aufgezeichnet sind, bei einer Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit; und

Aufzeichnen digitaler Audiodaten in den schrägen Spuren (TS) des ersten Bereichs (30) zusammen mit den digitalen Videodaten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Daten, die in dem ersten Bereich (30) aufgezeichnet werden, für jedes Vollbild getrennt in M schrägen Spuren (TS) aufgezeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die N-ten Bilddaten (F1) auf zumindest einer horizontalen Spur (Tn) innerhalb des Intervalls aufgezeichnet werden, durch das sich das magnetische Band bewegt, wenn die N- ten bis (2N-1)-ten Vollbilddaten im ersten Bereich aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlaufene Distanz (Y) durch folgende Formel angegeben wird

wobei die Höhe der schrägen Spuren mit P und der Neigungswinkel der schrägen Spuren in Bezug zu der Längsrichtung des Bandes mit θ angegeben ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Daten, die in dem ersten Bereich (30) aufgezeichnet werden, eine feststehende Bitrate in Einheiten von N Vollbildern aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle N-ten Vollbilddaten, die in dem zweiten Bereich (32) aufgezeichnet werden, eine feststehende Bitrate in Einheiten von einem Vollbild aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenkompressionsverhältnis (CP), das das Verhältnis der Bitraten vor und nach der Kompression angibt, durch folgende Formel angegeben wird

wobei die Bitanzahl aller N-ten Vollbilddaten, die in dem zweiten Bereich (32) aufgezeichnet werden, mit B, die Anzahl der feststehenden Köpfe (136) mit H, die Paritätsbitanzahl mit C, die Aufzeichnungswellenlänge der feststehenden Köpfe mit λ und die relative Geschwindigkeit zwischen den feststehenden Köpfen und dem Band mit νT angegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren vier feststehende Köpfe (136) verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle N-ten Vollbilddaten, die in dem zweiten Bereich (32) aufgezeichnet werden, durch Unterabtastung des Quellen-Eingabeformats der ursprünglichen Bilddaten erhalten werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle N-ten Vollbilddaten, die bei der variablen Wiedergabe wiedergegeben werden, interpoliert werden und in der Größe des ursprünglichen Bildes dargestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle N-ten Vollbilddaten, die bei der variablen Wiedergabe wiedergegeben werden, in der Größe des unterabgetasteten Bildes dargestellt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle N-ten Vollbilddaten, die bei der variablen Wiedergabe wiedergegeben werden, in einem Vollbildspeicher (M1, M2) mit einer Datenaufzeichnungsrate von 1/mn aufgezeichnet werden und die aufgezeichneten Daten mit einer ganzen Zahl wiederholt wiedergeben werden, die den Wert 30 · (1/mn) pro Sekunde darstellt, wobei n die Anzahl der Vollbilder darstellt, die in der horizontalen Spur (Th) pro Zeiteinheit aufgezeichnet werden, und m das Geschwindigkeitsvielfache darstellt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

digitale Daten mit 30 Vollbildern pro Sekunde auf der Mehrzahl der schrägen Spuren (TS) aufgezeichnet werden und gleichzeitig die digitalen Daten von zumindest einem Vollbild aus den 30 Vollbildern erfaßt werden;

das zumindest eine Vollbild der digitalen Daten, das aus den erfaßten digitalen Daten hervorgeht, zumindest in einer horizontalen Spur (Th) in dem zweiten Bereich (32) des magnetischen Bandes (10) über zumindest einen feststehenden Kopf (136) aufgezeichnet wird.

14. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten mit:

einer Mehrzahl von rotierenden Köpfen (116) zur schrägen Abtastung eines ersten Bereichs (30) eines magnetischen Bandes (10) mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit;

einer Mehrzahl feststehender Köpfe (136) zur Abtastung eines zweiten Bereichs (32) des magnetischen Bandes in Längsrichtung;

einem normalen Aufzeichnungsabschnitt (102-106, 110-114), der ein digitales Audio/Videosignal empfängt, eine hocheffiziente Codierung, eine Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung des empfangenen Signals ausführt und das codierte Signal an die Mehrzahl der rotierenden Köpfe (116) weiterleitet;

einem Aufzeichnungsabschnitt (122-134) für eine variable Geschwindigkeit, der jedes N-te Vollbild des digitalen Videosignals empfängt, das dem normalen Aufzeichnungsabschnitt zugeführt wird, eine Unterabtastung, eine hocheffiziente Codierung und eine Kanalaufteilung des Eingangssignals ausführt, eine Fehlerkorrekturcodierung und eine Kanalcodierung der jeweils aufgeteilten Kanalsignale ausführt und das so verarbeitete Signal den entsprechenden feststehenden Köpfen (136) zuführt;

einem normalen Wiedergabeabschnitt (202-206, 210, 212), der die Audio/ Videosignale, die von dem ersten Bereich (30) auf dem magnetischen Band über die Mehrzahl der rotierenden Köpfe (116) erfaßt werden, in umgekehrter Weise wie beim Aufnahmevorgang während der normalen Wiedergabe verarbeitet; und

einem Wiedergabeabschnitt (222-230) für eine variable Geschwindigkeit, der die Signale, die bei der Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit von dem zweiten Bereich (32) des magnetischen Bandes (10) über die Mehrzahl der feststehenden Köpfe (136) erfaßt werden, in umgekehrter Weise wie beim Aufnahmeverfahren verarbeitet,

der normale Aufzeichnungsabschnitt (102-114) empfängt weiterhin ein digitales Audiosignal, das codiert wird und zusammen mit dem Videosignal an die Mehrzahl der rotierenden Köpfe (116) weitergeleitet wird; und

der normale Wiedergabeabschnitt (202-212) verarbeitet außerdem Audiosignale, die von dem ersten Abschnitt (30) erfaßt werden.

15. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsabschnitt (122-134) für eine variable Geschwindigkeit einen Unterabtaster des Quellen-Eingabeformats zur Unterabtastung des Eingangssignals umfaßt.

16. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Band bei der Wiedergabe mit variabler Geschwindigkeit für einen feststehenden Kopf halb eingelegt (half-loaded) ist.

17. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergabeabschnitt (222-230) für eine variable Geschwindigkeit eine Interpolationseinrichtung (232) zur Wiederherstellung des unterabgetasteten Quellen-Eingabeformat-Signals in die Größe des ursprünglichen Bildes umfaßt.

18. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wiedergabeabschnitt (122- 124) für eine variable Geschwindigkeit außerdem eine Videoausgabeeinrichtung (Fig. 10) umfaßt, die das wiederhergestellte Signal in einem Vollbildspeicher (M1, M2) mit einer Aufzeichnungsrate von 1/mn aufzeichnet und das gespeicherte Signal mit einem ganzzahligen Vielfachen wiederholt ausliest, das den Wert 30 · (1/mn) pro Sekunde darstellt, wobei n die Anzahl der Vollbilder darstellt, die pro Zeiteinheit auf der horizontalen Spur aufgezeichnet werden, und m das Vielfache der Geschwindigkeit darstellt.

19. Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für digitale Daten nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Videoausgabevorrichtung umfaßt:

einen Eingabeschalter (SW3) zum Umschalten des wiederhergestellten Signals in Einheiten eines Vollbildes;

ein Paar von Vollbildspeichern (M1, M2), in denen das vollbildweise wiederhergestellte Signal, das über den Eingabesignalschalter (SW3) zugeführt wird, mit der Aufzeichnungsrate geschrieben wird und aus dem das eingeschriebene Signal mit einem ganzzahligen vielfachen Wert ausgelesen wird und die alternativ zueinander betrieben werden; und

einen Ausgabeschalter (SW4), der vollbildweise in der umgekehrten Weise wie der Eingabeschalter betrieben wird, um alternativ die Signale, die von dem Paar Vollbildspeicher ausgelesen werden, auszugeben.