JPH06111484A - ディジタル信号記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ディジタルビデオ信号を８×８画素毎にブロ
ック化し、ＤＣＴ回路１３によってこのブロック単位で
ＤＣＴし、このＤＣＴにより得られたＤＣＴ係数データ
を量子化回路１４で量子化する装置であり、量子化回路
１４からの量子化値を拡張ビットと情報ビットからなる
２ビットを１単位とすると共にいかなる量子化値の組み
合わせに対しても“０”の最大つながり個数が６個以下
となる変換表にしたがって符号化する可変長符号化回路
１５と、符号化したコードをＮＲＺＩ変調するＮＲＺＩ
変調回路１７とを設けてなる。 【効果】 相関性がなくてもよく、高データレートで高
密度記録ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力ディジタル信号を
直交変換して量子化した後に、記録変調を施して記録媒
体への記録信号を得るディジタル信号記録装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号記録装置の一例としての
ディジタルビデオテープレコーダやディジタルオーディ
オテープレコーダ等のテープヘッド系に適したディジタ
ル変調方式としては、現在までに数多くの方式が提案さ
れ実用化されている。すなわち、上記ディジタルＶＴＲ
やディジタルオーディオテープレコーダ等のように、原
理的に直流成分の再生ができない巻線形磁気ヘッドを使
用するディジタル信号記録装置においては、ディジタル
ビデオ信号やディジタルオーディオ信号等のディジタル
信号を直流成分が少ない符号に変換して記録することが
行われている。この変換方式を大別すると、以下のよう
な３種類の変換方式が考えられる。

【０００３】第１の変換方式としては、例えば、いわゆ
るＭ² 変調や８−１０変換、８−１４変換等のように、
符号の変化点の数を制限する方式がある。また、第２の
変換方式としては、いわゆる８−８変換等のように、例
えば画像等の相関性を利用する方式がある。さらに、第
３の変換方式としては、いわゆるスクランブルドＮＲＺ
（non-return-to-zero) 等のように、符号をランダム化
する方式がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記第１の
変換方式は、最大磁化反転間隔が一義的に決められてお
り、直流成分の抑圧と言う点では、上記第２，第３の変
換方式に優るものである。しかし、検出窓幅が狭くなる
（クロック周波数が高くなる）ため、高ビットレート記
録では非常に不利になる。例えば、現在商品化されてい
る高精細度（ＨＤ）ディジタルＶＴＲにおいては、１４
８Ｍｂｐｓ／１ＣＨの記録（８−８変換）がなされてお
り、これを例えばＭ² 変調すればクロックは約３００Ｍ
Ｈｚ（検出窓幅は３．３３ｎｓ）にもなり、一般の素子
では扱えないようになる。

【０００５】また、上記第２の変換方式では、画像（デ
ータ）に相関性がない場合、例えばビットレートリダク
ションされた画像データ等の場合には、利用できないと
言う欠点がある。

【０００６】さらに、上記第３の変換方式は、ディジタ
ル記録の基本的なもので検出窓幅や最小磁化反転間隔の
点で優れているが、直流成分の抑圧の点で確率的な要素
があり、例えば、最大磁化反転間隔は一義的には決まら
ない。

【０００７】そこで本発明は、相関性がなくてもよく、
さらに、高データレートでかつ高密度記録に適した変調
方式を用いたディジタル信号記録装置を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のディジタル信号
記録装置は、上述の目的を達成するために提案されたも
のであり、例えばビデオ信号等の入力ディジタル信号を
離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の直交変換手段により直
交変換（ＤＣＴ）し、この直交変換手段での直交変換に
より得られた係数データを量子化手段で量子化するディ
ジタル信号記録装置であって、量子化値を拡張ビットと
情報ビットからなる２ビットを１単位とする変換表にし
たがって符号化する符号化手段と、上記符号化手段で符
号化したコードをＮＲＺＩ（non-return-to-zero ident
ical length)変調するＮＲＺＩ変調手段とを設け、上記
ＮＲＺＩ変調手段からの出力を記録媒体への記録信号と
するようにしたものである。

【０００９】ここで、上記符号化手段の上記変換表は、
いかなる量子化値の組み合わせに対しても“０”の最大
つながり個数が６個以下となる符号の組み合わせからな
る表となされている。

【００１０】また、本発明のディジタル信号記録装置
は、上記符号化手段の出力に応じて上記量子化手段での
量子化幅を制限する量子化幅制限手段をも設けてなるも
のである。

【００１１】すなわち、本発明のディジタル信号記録装
置に適用される記録変調方式は、１バイトのデータを
“１”と“０”の発生頻度の異なるデータ（例えばいわ
ゆるＢ２符号に準ずるデータ）に変換し、その変換され
たデータを発生頻度の多い符号（“１”又は“０”）で
極性反転させるＮＲＺＩ変調を行ったとき、ランレング
ス（Ｔｍａｘ）が制限できるように構成したディジタル
記録変調方式である。

【００１２】

【作用】本発明のディジタル信号記録装置によれば、い
かなる量子化値の組み合わせに対しても“０”の最大つ
ながり個数が６個以下となる符号の組み合わせからなる
変換表にしたがって量子化値を符号化するようにしてい
るため、最大磁化反転間隔が６より大きくなることはな
い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明のディジタル信号記録装置の実
施例について図面を参照しながら説明する。

【００１４】本発明の実施例のディジタル信号記録装置
の概略構成を図１に示す。なお、最近は、ディジタル画
像データを圧縮して伝送又は記録することが試みられて
おり、本実施例ではその一例として直交変換に離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）を使い、そのＤＣＴ係数データを圧
縮する構成を例に挙げている。

【００１５】すなわち、この図１に示す本実施例のディ
ジタル信号記録装置は、例えばディジタルビデオ信号を
８×８画素毎にブロック化し、ＤＣＴ回路１３によって
このブロック単位で離散コサイン変換（ＤＣＴ）し、こ
のＤＣＴにより得られたＤＣＴ係数データを量子化回路
１４で量子化するディジタル信号記録装置であって、上
記量子化回路１４からの量子化値を拡張ビットと情報ビ
ットからなる２ビットを１単位とする変換表にしたがっ
て符号化する可変長符号化回路１５と、上記可変長符号
化回路１５で符号化したコードをＮＲＺＩ変調するＮＲ
ＺＩ変調回路１７とを設け、上記ＮＲＺＩ変調回路１７
からの出力を記録媒体への記録信号とするようにしたも
のである。

【００１６】ここで、上記可変長符号化回路１５の上記
変換表は、いかなる量子化値の組み合わせに対しても
“０”の最大つながり個数が６個以下となる符号の組み
合わせからなる表となされている。

【００１７】先ず、図１に示す本実施例のディジタル信
号記録装置の具体的な説明に先立ち、本実施例装置にお
いて用いる変調方式から説明する。

【００１８】上記可変長符号化としては、例えば表１の
表(1) に示すようないわゆるＢ２符号が知られている。
なお、この表(1) において、表中ｄは“０”又は“１”
であり、０＊ｎはｎ個の“０”の連続を示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】本実施例のようにＤＣＴ係数データを量子
化する場合に当てはめると、上記Ｂ２符号は、ＤＣＴ係
数データの量子化最大値を±１２７とし、“０”の繋が
るランレングスの最大値を６３とし、これにＤＣＴのブ
ロックの終わりを示すＥＯＢ（end of block) を加えた
符号であり、その最大の符号長は１４ビットである。ま
た、当該Ｂ２符号は、２ビット（ＸＹとする）をペアと
して、Ｘを拡張ビット、Ｙを情報ビットとするもので、
Ｘ＝０になるまで２ビットづつ符号が拡張される。ただ
し、最大の符号長である１４ビット長の符号のみ、最後
のＸを情報ビットとして扱う。

【００２１】さらに、上記Ｂ２符号は、拡張ビットと情
報ビットの位置がはっきりしているため、それらを取り
違えることはない。また、拡張ビットが誤ると、一つの
符号が二つに誤ったり、二つの符号が一つに誤ったりす
るが、上記ＥＯＢが正しく検出される限り、誤りが次の
ＤＣＴブロックに伝搬することはない。

【００２２】ここで、上記表(1) のコードを見ると、拡
張ビットに“１”が発生する確率が非常に大きいことが
わかる。したがって、Ｂ２符号によって符号化されたデ
ータと、ＮＲＺＩ変調とを組み合わせればランレングス
が制限されてなおかつＮＲＺ系の長所である検出窓幅や
最短反転間隔の保存された記録変調方式が得られる可能
性がある。

【００２３】ただし、表(1) のテーブルで符号化した場
合には、ランレングスは制限できない（ソースデータが
−１で連続した場合）。もちろん、“００”という符号
を使用しないようにすれば、これは防ぐことができ、こ
の場合の最大磁化反転間隔（Ｔｍａｘ）は４になる。し
かし、２ビットの可変長コードを捨てるということは符
号化利得の観点から好ましくない。

【００２４】そこで、本実施例では、表(1) の変換表に
以下の変更を加えるようにしている。

【００２５】すなわち、第１の変更として、表(1) の変
換表において−１と０＊１の可変長符号を交換する。こ
れにより、Ｔｍａｘは６になる。

【００２６】また、第２の変更として、表(1) の変換表
において１と０＊２の可変長符号を交換する。これによ
り、Ｔｍａｘは５になる。なお、０＊１と０＊２は連続
しない。

【００２７】さらに、第３の変更として、表(1) の変換
表において可変長符号の終わりが“０００”のコードを
０＊３〜０＊６３のソースコードに割り当てる。これに
より、Ｔｍａｘは３になる。なお、０＊ｎと０＊１又は
０＊２は連続しない。ただし、表(1) の可変長符号で終
わりが“０００”になるものは６３個ある。しかし、上
述のように、０＊１と０＊２にはそれぞれ“００”、
“０１”を割り当ててあるので２個余る。本実施例では
このコードを使用禁止にする。このように使用禁止とし
たとしても、１４ビット符号は余っているのでこのコー
ドを捨てても問題ない。

【００２８】上述のようにＢ２符号とソースコードを適
当にマッピングし、その符号列をＮＲＺＩ変調すること
により、最大磁化反転間隔（Ｔｍａｘ）を制限できる記
録信号を得ることができるようになる。

【００２９】また、本実施例装置に適用される上述した
ディジタル記録変調方式は、以下の特徴を持っている。

【００３０】先ず、第１の特徴としては、ビットレート
リダクションされた画像信号（相関性の無い信号）に適
用することができる。第２の特徴としては、検出窓幅が
広くとれ、高精細度のビデオ信号等の高データレート記
録に非常に有利である（クロック周波数がデータレート
と同じ）。第３の特徴としては、最小磁化反転間隔が狭
くならない（データレートと同じ）。第４の特徴として
は、最大磁化反転間隔が制限される（Ｔｍａｘ３）。

【００３１】すなわち、本実施例装置に適用される変調
方式と、従来の変調方式とを比較すると、表２の表(2)
に示すようになり、本実施例における変調方式がＴｍａ
ｘ，Ｔｍｉｎ，検出窓幅の組み合わせにおいて従来の記
録変調方式よりも優れていることが判る。

【００３２】

【表２】

【００３３】上述したようなことから、本実施例の記録
変調方式を用いれば、ＮＲＺ（ＮＲＺＩ）記録の長所が
そのまま保存されると共に、最大磁化反転間隔が制限さ
れた記録符号が得られるようになり、この記録変調方式
を使用することにより、高密度、高データレートのディ
ジタル信号記録装置（例えばＶＴＲ）を実現することが
できるようになる。

【００３４】次に、図１に戻って、上述した記録変調方
式を適用した本実施例のディジタル信号記録装置（ビッ
トレートリダクションを行うＶＴＲ）の詳細について説
明する。

【００３５】この図１において、入力端子１０に供給さ
れたアナログの入力ビデオ信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／
ディジタル）変換回路１１によって、適当なビット数
（例えば８ビット）及びサンプリング周波数で量子化さ
れディジタル信号に変換される。当該Ａ／Ｄ変換回路１
１からのディジタル信号は、上記ＤＣＴのブロックを構
成するためのブロック化回路１２に送られる。当該ブロ
ック化回路１２では、図２に示すように、上記ディジタ
ル信号の時系列を例えばメモリ等を用いて、１フィール
ド内の隣接する水平方向の８画素と垂直方向の８画素が
連続して出力されるように変換（ブロック化）する。

【００３６】上記ブロック化回路１２によって時系列変
換された例えば図３に示すようなデータ（８×８）の６
４サンプルは、２次元ＤＣＴを行うＤＣＴ回路１３に送
られる。当該ＤＣＴ回路１３で２次元ＤＣＴを行うこと
により、上記ブロックの６４サンプルのデータは例えば
図４に示すような２次元の空間周波数成分に分解され
る。これらの周波数成分は、例えば、統計的エネルギの
高い順番に決められており、例えば図５に示すいわゆる
ジクザグスキャンによって当該決められた順序（低い周
波数成分から高い周波数成分に）で走査されて出力され
る。

【００３７】上記ＤＣＴ回路１３によってＤＣＴされた
データは、次の量子化回路１４に送られる。当該量子化
回路１４では、上記各周波数成分毎に異なった重み付け
で量子化（再量子化）を行う。具体的には、低周波数成
分は密に、高周波数成分は粗く量子化（所定の定数で割
り算）する処理がなされる。

【００３８】すなわち、当該量子化回路１４では、図６
のＡに示すように、上記ＤＣＴ回路１３におけるジグザ
グスキャンによって得られた上記低い周波数成分から高
い周波数成分へのＤＣＴ出力に対して、上記低い周波数
成分から高い周波数成分に行くにしたがって大きな定数
での割り算を行い、その結果（量子化出力）を得るよう
な処理がなされる。

【００３９】当該量子化回路１４の量子化出力が、上記
可変長符号化回路１５に送られる。当該可変長符号化回
路１５では、上述した本実施例のＢ２符号を一部変更し
た変換表を使用して可変長符号を行うことにより、デー
タ量を削減する。すなわち、元々一般の画像信号は高い
周波数成分のレベルが低く、また量子化回路１４では大
きな定数で割り算が行われるため、“０”データの続く
確率が高くなる。したがって、“０”データの連続を１
つの符号で表せば（すなわちランレングス符号化）、さ
らにデータ量の削減が可能となる。

【００４０】また、本実施例装置には、上記可変長符号
化回路１５の出力に応じて上記量子化回路１４での量子
化幅を制限する量子化幅制限手段としての量子化制限回
路１８をも設けている。

【００４１】すなわち、可変長符号によって画像信号を
符号化した場合、通常その絵柄により発生データ量は変
化するようになる。しかし、本実施例装置のようなＶＴ
Ｒにおいては、１フィールド又は１フレーム単位での編
集が必要であるため、この単位以下でデータ量を一定に
する必要がある。したがって、上記量子化制限回路１８
は、上記量子化回路１４における重み付けの定数を変え
ることにより、発生データ量をコントロールする（一定
にする）ようにしている。

【００４２】具体的に言うと、例えばビデオデータの１
／４の圧縮を実現するには、６４サンプル（８ビットの
１ＤＣＴブロック）のビデオデータを、１６サンプル
（８ビデオの１ＤＣＴブロック）のデータにする必要が
ある。本実施例の上記量子化制限回路１８では、可変長
符号化後のデータをｎＤＣＴブロック（ｎ＝１００）カ
ウントし、そのビット数がｎ×１６×８ビット（基準
値）より多いか少ないかにより、上記量子化回路（割算
回路）１４の量子化幅（割算の除数）を切り換えるよう
にしている。

【００４３】本実施例装置においては、このように量子
化回路１４に対して量子化制限回路１８を介したフィー
ドバックをかけることにより、発生データ量を目標値に
略合わせることができるようになる。なお、この場合、
当該量子化制限回路１８における量子化幅のコントロー
ル情報（除数）はＩＤとして記録信号と共に記録する必
要がある。

【００４４】次に、上記１フィールド或いは１フレーム
単位となった上記可変長符号化回路１５からのデータに
は、エラー訂正符号付加回路１６によってエラーコレク
ションコードが付加されると共に、適当なサンプル数で
シンクブロックが構成される。

【００４５】当該エラー訂正符号付加回路１６からのＩ
Ｄ，ＳＹＮＣが付加されたデータ系列は、上述したよう
な本実施例におけるＮＲＺＩ変調を行うＮＲＺＩ変調回
路１７に送られる。当該ＮＲＺＩ変調回路１７は、上記
エラー訂正符号付加回路１６からのデータ系列の可変長
符号化されたデータ部分に、上述した本実施例の処理を
行うことにより、Ｔｍａｘの制限された記録ビット系列
を得る。

【００４６】なお、上記エラーコレクションコードはＴ
ｍａｘが制限されないが、このデータは高々記録データ
の１０％程度であるため大きな問題ではない。もちろ
ん、このデータを例えば８−１０変換等することによ
り、Ｔｍａｘを制限することは可能である。

【００４７】上記ＮＲＺＩ変調回路１７からの記録ビッ
ト系列は、記録媒体に送られる記録信号として出力端子
１９を介して図示を省略する記録アンプ，記録ヘッド等
の後段の構成に送られる。

【００４８】次に、上述した図１に示した本実施例のデ
ィジタル信号記録装置に対応する再生装置の構成を図７
に示す。

【００４９】この図７において、図示を省略する再生ヘ
ッド，再生アンプ等によって記録媒体から再生された再
生データは、端子３９を介して、ＮＲＺＩ復調回路３７
に送られる。当該ＮＲＺＩ復調回路３７では、図１のＮ
ＲＺＩ変調回路１９での変調に対応するＮＲＺＩの復調
がなされる。

【００５０】このＮＲＺＩ復調回路３９の出力は、再生
信号の時間軸を基準信号に合わせるような時間軸補正を
行うＴＢＣ（time base correction) 回路３８を介し、
エラーコレクションを行うエラー訂正回路３６を介して
逆変換回路３５に送られる。当該逆変換回路３５では、
図１の可変長符号化回路１５の可変長符号の逆変換が行
われる。

【００５１】この逆変換回路３５の出力は、図１の量子
化回路１４での量子化に対応する逆量子化を行う逆量子
化回路３４に送られる。すなわち、当該逆量子化回路３
４では、図１の量子化回路１４における割り算とは逆の
操作として、割った数で掛け算を行う処理が行われる。
この逆量子化回路３４を介することで、もとの値に近似
する復元値（ＤＣＴブロック）が得られるようになる。

【００５２】このようにして逆量子化回路３４で得られ
たＤＣＴブロックの各周波数成分は、逆ＤＣＴ回路３３
によって図８に示すような８×８の２次元の画像信号に
変換される。上記逆ＤＣＴ回路３３からの８×８の画素
は、メモリ等で構成され当該８×８のブロックを解く逆
ブロック化回路３２に送られ、この逆ブロック化回路３
２によって通常のテレビジョン信号の時系列に変換され
る。その後、ディジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａ変
換回路３１によってアナログ信号に変換された後、出力
ビデオ信号として出力端子３０から出力される。

【００５３】

【発明の効果】上述のように、本発明のディジタル信号
記録装置においては、拡張ビットと情報ビットからなる
２ビットを１単位とすると共に、いかなる量子化値の組
み合わせに対しても“０”の最大つながり個数が６個以
下となる符号の組み合わせからなる変換表にしたがって
量子化値を符号化し、この符号化したコードをＮＲＺＩ
変調して、記録媒体への記録信号とするようにしたこと
により、相関性がなくてもよく、さらに、高データレー
トでかつ高密度記録を行うことができるようになる。

【００５４】また、本発明のディジタル信号記録装置に
おいては、符号化出力に応じて量子化幅を制限するよう
にしているため、発生データ量を一定にすることが可能
となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のディジタル信号記録装置の概略
構成を示す図である。

【図２】ブロック化を説明するための図である。

【図３】８×８の原画素を示す図である。

【図４】ＤＣＴ後の各周波数成分を示す図である。

【図５】ジグザグスキャンを説明するための図である。

【図６】量子化及び逆量子化の際の割り算及び掛け算を
説明するための図である。

【図７】本発明実施例のディジタル信号記録装置に対応
する再生装置の概略構成を示す図である。

【図８】８×８の復元画素を示す図である。

【符号の説明】

１１・・・・Ａ／Ｄ変換回路 １２・・・・ブロック化回路 １３・・・・ＤＣＴ回路 １４・・・・量子化回路 １５・・・・可変長符号化回路 １６・・・・エラー訂正符号付加回路 １７・・・・ＮＲＺＩ変調回路 １８・・・・量子化制限回路 ３１・・・・Ｄ／Ａ変換回路 ３２・・・・逆ブロック化回路 ３３・・・・逆ＤＣＴ回路 ３４・・・・逆量子化回路 ３５・・・・逆変換回路 ３６・・・・エラー訂正回路 ３７・・・・ＮＲＺＩ復調回路 ３８・・・・ＴＢＣ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ディジタル信号を直交変換手段によ
   り直交変換し、この直交変換手段での直交変換により得
   られた係数データを量子化手段で量子化するディジタル
   信号記録装置において、 量子化値を拡張ビットと情報ビットからなる２ビットを
   １単位とする変換表にしたがって符号化する符号化手段
   と、 上記符号化手段で符号化したコードをＮＲＺＩ変調する
   ＮＲＺＩ変調手段とを設け、 上記ＮＲＺＩ変調手段からの出力を記録媒体への記録信
   号とすることを特徴とするディジタル信号記録装置。
2. 【請求項２】 上記符号化手段の上記変換表は、いかな
   る量子化値の組み合わせに対しても０の最大つながり個
   数が６個以下となる符号の組み合わせからなる表とする
   ことを特徴とする請求項１記載のディジタル信号記録装
   置。
3. 【請求項３】 上記符号化手段の出力に応じて上記量子
   化手段での量子化幅を制限する量子化幅制限手段を設け
   てなることを特徴とする請求項１記載のディジタル信号
   記録装置。