CN1053856A - 数字信号记录方法及数字信号记录重放装置 - Google Patents

Abstract

在使用多个声音通道旋转磁头的区段分割记录 方式中，对每个声音通道所设定的记录段，进行记录 声音通道的分配，根据声音通道数和区段分割的磁道 数之间的关系，在各记录磁道上一定要包括各声音通 道记录段，在磁带纵向上，各通道也应均等，并且使记 录同一声音通道的段间磁带上的二维距离为最大值， 分散由噪声以及磁带伤痕引起的错误的影响，从而实 现高修正能力。

Description

本发明涉及将数字代码化的声音信号等记录在旋转磁头式记录重放装置上的方法及记录再生装置。

近年来，随着LSI技术的进步，声音及图像信号的数字化处理也在迅速发展，可以用数字代码形式来记录和重放的声音和图像机器也开始普及。从理论上讲即使对以数字代码形式记录的图像和声音进行复制，其复制品的重放信号质量也不会降低。具有这种特征的数字VTR也将从业务用正式普及到民用。在这些数字记录机器中具有这样的一种机构：对于分布在记录媒体上的噪声（信号失落）所引起的错误，可以借助于附加在记录信号数据上的错误检出代码和错误修正代码的作用，而得到质量与输入信号相同的再生输出信号。

在上述数字VTR中，为了真实地复原原信号，需要以原始模拟信号带宽的2倍以上的取样频率进行取样，同时还需要采用尽可能多的量子化比特数。因此，与以往的旋转磁头式模拟VTR相比，其记录所需的频带是极其宽的，必须进行高密度记录。

为了实现高密度记录，当然还需要使记录波长缩短，使记录磁道宽度减小。但是，要实现这些技术，就需要以积累高数重要技术为前提，因为，比原来高数倍的高密度记录是很难实现的。

因而，为了实现数字VTR，一般使用的技术是用多个磁头分担记录信号的多通道技术，使旋转磁鼓高速转动，在多个分段区域内分开记录，即所谓的分段记录。

另一方面，记录在数字VTR上的声音的通道数，其发展趋势是：从以往的立体声双声道向4个以上的多声道方向发展。特别是对于广播等业务用VTR来说，通道数越多，对编辑等工作越方便。

目前，实用化的例子是：被称为D1和D2格式的、由SMPTE（Society  of  Motionpictvre  and  Television  Engineers：电影与电视工程师学会）标准化的广播用数字VTR，其记录声音通道一共有4个，使用上述的多通道技术和分段记录技术。也就是说，将1场期间的记录区域分成多个区段，进而，在D1格式情况下，在磁带中间部分记录声音信号（与图像信号分开）;在D2格式情况下，在磁带两端部分记录声音（音频）信号，并且，能对每个声道单独进行编辑，按此要求设置以声音通道为单位的独立段构成的声音记录区域，并记录时间轴被压缩了的数字声音信号。

上述数字声音信号记录的研究课题是：对二维地分布于记录媒体上的尘埃和伤痕等引起的脉冲状的噪声，必须采用如下方法，即尽可能地分散错误，使其变成可以修正的随机错误。按此要求，适当排列声音数据，并采用错误修正代码方法，而且，在记录段上分配各声音信道时，要使各声音通道均等并且具有最大限度的容错性。

这种以多信道区段记录方式来实现多声音通道的最早事例是日本国专利：特开昭61-160803号（数字信号记录方式）上记载的方式。

在上述引用例中，对于把分配在每个声音通道上的记录段设置在磁带上的方法，考虑了磁头和声音通道之间的关系应该做到，即使在特定的磁头上发生失灵现象，也能使其影响为最小。

第6图表示上述引用例记载的第2实施例。图中41是图像（视频）信号记录段，磁带两端的42、43是声音信号记录段，涂入阴影的A1部分表示第1声音通道的记录段。另外，字母A、B分别表示位置相差180度分别对应两个通道的两个磁头各自形成的记录磁迹。

在第6图中所示的最早例子中记载的是：利用固定在旋转磁鼓上的、位置相差180度的两通道一对磁头进行多通道记录，再者，使旋转磁鼓的转速提高到普通模拟记录方式的五倍，对4个声音通道按每场10区段进行记录。如第6图所示，如果只观察一个声音通道，那么就要在各记录段上适当分配声音通道，以避免只集中在同一个磁头上记录（重放），而使各磁头均能分担记录（重放），而且，在磁带的长度方向上也尽可能地留出距离，使脉冲状的噪声影响减小。

因此，在以一场为单位构成信号格式的情况下，这4个磁头中即使某一个磁头失灵，各声音通道内的信息也只丢失1/5或2/5，而根据不受失灵影响的其它段的数据、修正错误，使其复原或者借助于前后取样的平均值插入而得到无影响的重放声音。

另一方面，在电视广播方式上，有NTSC制式和PAL制式，在两种制式之间，由于扫描线数和场频的不同，所需要频率带宽度也不同，另外，由于彩色信号处理方式的不同，对应于两制式的VTR在采用模拟方式的情况下，也分别不同。但是，在数字VTR中，一旦信号数字编码以后，除了记录数据容量（数据传送速率）不同以外，没有多大理由对两者进行区别处理。因而，用一台VTR转换使用，就可以实现记录NTSC和PAL两种信号的VTR。在这种情况下，采用的方法是：根据频带宽度及场频的关系，在NTSC制式时驱动旋转磁鼓的速度为原来每分钟1800转的3倍;在PAL制式时为原来每分钟1500转的4倍，用2信道4磁头记录。

但是，在早先的实例中，虽然表示出了以1场为单位分摊配置多个声音通道的记录段的基本观点，但是对表示最佳配置规则的声音通道和记录段的关系，并没有明确表示出具体而普遍的规则。

另外，对于更具体地考虑上述电视制式不同时声音通道的区段配置方法，在上述引用例中也无记载。

本发明的目的在于提供这样一种实用性强的数字声音信号记录方法和记录重放装置，即对于将多个声音通道在多个记录段区域上按通道单位分摊配置的记录方法和记录重放装置，即使磁头失灵，磁带运行擦伤等引起脉冲状的噪声也能在各声音通道均等的条件下最大限度地发挥错误修正和错误修整能力，并且，对不同的发射制式可以采用通用的结构。

把M（M≥2）通道的声音信号变换成数字代码，将上述数字代码化的声音信号在1场期间或1帧期间等图像信号的单位期间内分段上述图像信号的单位期间，由N（N≥2）个图像及声音信号区域组成的记录磁道构成，上述声音信号的记录区域和图像信号记录区域不同，每一个磁道分成M个区域，在具有这种记录磁带模式的旋转磁头记录式VTR中，把等于N和M的公倍数的磁道数作为一个周期，把上述M个通道的声音信号依次分配在上述M个记录区域上，并在记录信号中插入与上述磁道数L相关的识别代码。

第1图是本发明实施方案的PAL制磁带记录格式图形。

第2图是本发明实施方案的NTSC制磁带记录格式图形。

第3图是本发明实施方案中所用的旋转磁鼓的结构图。

第4图是本发明另一实施方案的磁带记录格式简图。

第5图是本发明实施方案的记录重放装置结构简图。

第6图是先前方案的磁带记录格式图。

第1图是本发明实施方案中用用数字信号记录方法的PAL制磁带记录格式图。

第2图是本发明实施方案中采用数字信号记录方法的NTSC制磁带记录格式图。

在第1图和第2图中在记录磁带1上记录磁道是由CHO和CH1两个通道的双磁道构成的。

在面向纸面从左起第一个双磁道上形成图像信号记录段2，3，同样，声音信号记录段4～11形成于图像信号段的延长线上。因为，第2个以后的双磁道也是按同一规则来配置图像信号磁道和声音信号磁道。所以，省略了序号。在声音信号的记录段4～11上，4通道的声音信号记录于用A1（表示声音的第1通道，以下同）、A2、A3、A4表示的各区域上。第1图为第2图所示的磁带记录格式是将声音信号记录于图像信号磁道的延长线上的磁带两端部分的段区域内，在两端部分每一磁道分成2个×2共计4个独立的段。而用于记录的磁头的构成如第3图所示，安装在旋转磁鼓12上的、相对成180度的2个双记录磁头13和14总计4个记录磁头，共同用来形成记录磁道。另外，旋转磁鼓12用于NTSC制式时，其旋转速度是以往每分钟1800转的3倍;用于PAL制式时其旋转速度是以往每分钟1500转的4倍。一场的期间，在NTSC制式时，由3对磁道共6个磁道构成;在PAL制式时，由4对磁道计8磁道构成。

另外，在相互邻接的双磁道CH0，CH1上分配在同一声音信道上，这与本发明没有直接关系，但要实现在狭窄磁道上记录高密度信息，在提高跟踪（循迹）精度上受到限制时，这是有效的手段。即机械性精度的提高，在技术上有困难，或者在成本方面有困难，这种情况下，将各声音通道的记录段与邻接磁道相一致，由此，当只在声音通道内的一部分道上进行编辑改写时，在至少2个磁道上可同时改写，所以跟踪差异只取决于2个磁头的安装精度，从而，可以减少由于不作为编辑改写对象的邻接磁道被擦掉以及改写对象磁道未擦除干净所造成的、对重放信号信噪比的不良影响。

在第1图以及第2图的格式中，根据下述两个规则，将声音通道A1～A4分配在各记录段内。

第1规则是，即使发生磁头失灵，为使它的影响尽可能地分散于各声音通道间，在由一个磁头形成的1个记录磁道上设置4个声音记录段，把4个记录段分配给4个通道声音，换言之，就是在一条磁道上含有4个通道的声音数据，同一声音通道不会出现二次以上。

第2个规则是，为了避免由磁带导辊等引起的磁带纵向伤痕的影响，就要使A1～A4各声音通道记录段在磁带纵向上存在的概率在长时间内均等，并且把记录同一声音通道的段间的磁带上的距离取为最大。

基于上述规则，在4通道情况下，分配声音通道的段时，将4对磁道做为1个周期，重复进行，所以在PAL制式时，如第1图所示1场为一个周期。但第2图所示的NTSC制式，取3对磁道和4通道的公倍数12对磁道即4场为一个周期。

在第4图中，简略地表示含第1图及第2图所示排列的基于本发明的另一排列方法，其中以声音4通道4磁道为一个周期。在这种情况下，因为双磁道是将同一声音通道邻接地配置，所以其图示予以省略。在同一图上，（A）与第1图以及第2图所示例子相同，（A）表示在第2磁道和第4磁道的段内，A1和A2，A3和A4互换。另外一种情况，图中没有示出，即在第2磁道以及第4磁道的段内仅对A1和A2，以及A3和A4中的某一个进行替换，这也是有效的，作为（A）的变形共计有4种。同一图中（B）和（B′）是在第1磁道的A1的下一段，选择A3;（C）和（C′）是在A1的下一段选择A4，无论那一种都省略了从第2磁道的下面算起第3个记录段的2种选择。再者，从第1磁道的下面算起第1记录段的选择也可以是A1，而是A2，A3，A4（共有4种），作为第1图以及第2图的实施方案的变化形式，包含图中所示的6种共有6×2×4＝48种。但是，它们的共同之处是前面叙述的两个规则，无论选择那种格式，以这两个观点看，它们之间没有性能上的差异。因而在本发明中不只限于第1图及第2图所记载的格式，而还有如第4图所示的各种各样的变化形式。

由于具有上述声音通道的段配置，所以即使某个磁头发生失灵，或者磁带行走时，在磁带纵向上擦伤，或者大颗粒灰埃引起噪声也不会只在特定的通道上受损伤，而是把其影响最大限度地分散在各通道间，从而可对错误进行修正和修整，把重放信号质量提高到无损伤的水平。

另外，在NTSC制式和PAL制式之间，即使有磁道数不同的差异，也可以用同一种算法来说一排列规则，其结果，构成决定排列规则的场存储器的地址计数器电路的地址译码器等硬件部分也可以共同使用。

第5图是将本发明一实施方案的记录重放装置的数字VTR声音信号处理系统作为中心的概略构成图，省略了与本发明直接关系不大的图像信号处理系统。在同一图中，4个通道的模拟声音信号从输入端15输入到4个通道的AD转换器16中。4个通道的数字代码式声音信号在多路调制器17中，被时分多路，然后存储于图像信号1场期间的声音信号用的、2页结构场存储器18中。地址控制器19提供场存储器18写入和读出的地址。外ECC发生器20生成的外ECC代码，是把跨越声音信号各字段的数据当作生成序列，从输入端21输入数字代码式图像信号，在多路调制器22中，多路转换前述图像信号，声音信号以及为了识别从地址控制器19输出的声音通道段配置的ID信号，变换成2系统输出。在内ECC发生器23中，生成内ECC代码，即对应于图像信号和声音信号，把字段内的数据当成生成序列。记录电路24由调制器以及记录放大器等构成。作为记录重放的手段，准备了双记录磁头25，26以及双重放磁头27，28。再生电路29由再生放大器，信号成形电路，同步信号再生电路以及解调电路等构成。内部错误修正电路30，由内ECC代码修正错误。从输出端31输出与声音信号分离的图像信号。在多路调制器32中，使对应于双磁道CH0，CI1的2系统的再生信号一体化。在ID译码器33中检测出ID代码，即为了识别与声音信号共同记录的声音通道的段配置的ID代码。再生一侧的存储器由场存储器34和再生侧地址控制器35组成，地址控制器35提供场存储器34写入和读出的地址。在外部错误修正电路36中，由外ECC代码修正错误，修整电路37在产生不能修正的错误时，取时间轴上前后取样的平均值插入再生信号进行插补。信号分离器38与记录侧的多路调制器17相反，是将时分声音信号返回到4通道的声音信号，被返回的声音信号经4个通道的DA转换器39转换后，从4个通道模拟声音信号的输出端输出。

下面转至第5图的动作说明。从输入端15输入的4个通道的模拟声音信号，由AD转换器16将各声音通道的信号转换成数字符号，再由多路调制器17进行分时处理，形成通道多路化后，在场存储器18中以1场为单位，根据声音代码的时间系列进行一次写入。这时写入的地址由地址控制器19提供。场存储器18通常采用2页结构，当声音信号在一个存储器上连续写入时，为了得到为生成外代码的读出/写入以及记录声音信号，从另一存储器读出被写入的信号。当1场期间的4个通道的声音信号的写入一结束，为了从时间间隔的声音数据中生成错误修正代码，根据与写入的时间序列不同的时间顺序读出声音信号，由外ECC发生器20，产生外ECC代码。外ECC发生器20用予定的生成多项式，对输入信号列进行除法运算，求出剩余多项式，把它作为错误检查代码附加在输入信号列中。在本发明中，因为没有直接关系，所以不作特别限定，然而代码间距离尽可能大的修正能力效果良好。生成的外ECC代码再次被写入场存储器18中。外ECC代码生成后，使其和图像的时间标记吻合，无论是声音信号写入时的时间系列，还是外代码生成的顺序，都以不同的予定顺序进行时间轴压缩的数字化声音信号以及外ECC代码，如第1图和第2图所示以位于图像信号两端的时间标记，从场存储器18中读出。

这样读出的顺序，与本发明的核心即各声音通道的段分配相对应。另外，在本发明中因为NTSC制式和PAL制式使用同一格式，所以与以往分别使用各自格式的方式相比，在硬件构成上没有浪费，特别是在LSI化情况下，大多用ROM等构成的读出，地址解码电路能够做得很小，优点很明显。

进而，因为以外代码的生成作为起始点的信号处理的基础是场单位，所以在4场周期内声音通道的段配置变化的NTSC制式中，可以考虑这样的方法：从地址控制器19输出识别信号，也就是将表示第几个区段或者第几个场的识别信号作为ID信号输出，和声音信号一起，例如，插入设置在字段同步信号后的ID区域内记录下来，这个ID信号是为了识别重放时段的配置所必须的，若不知道它，那么在重放时，各声音通道的信号就会互相混杂，不能获得正常的重放信号。

在多路调制器22中，从端子21输入的图像信号和从场存储器18读出的声音信号以及从地址控制器19输出的ID信号，多路调制器22使这些信号多路化，并且分配在2个系统中。图像信号和时分多路声音信号在内ECC发生器23中，被附加了通用（对图像信号和声音信号来说）结构的内ECC代码，进而用记录电路24调制，接受向记录电流波形的变换以及图中未示出的180度转换，驱动记录双磁头25、26。

以下转至重放动作的说明，由重放双磁头27、28检测出的重放信号经过包括重放磁头放大器，180度转换，波形均值化处理，波形整形处理，同步信号再生，解调，字段同步检出保护等机能在内的重放电路29，输入到内错误修正电路30中。由记录字段内的信号构成的内ECC代码对错误修正完后，为了使图像信号和声音信号再接受其它系统的处理，从端子31输出图像信号，声音信号在多路调制器32中接受将2个系统信号一体化处理，然后被写入重放侧场存储器34中。重放侧场存储器34由具有2页或3页构成的能容纳1场期间容量的存储器组成，重放信号的写入顺序与记录侧场存储器18的读出顺序相对应。另一方面，记录于字段的ID区域内的场或区段的编号，由ID译码器33译码输出，写入地址控制器35，控制声音通道对应的地址，来到场存储器34中的重放信号能写入正确的存储地址内。当1场单位的重放信号写入后，由地址控制器35提供与记录时生成外ECC代码的地址相同的地址，为了由外ECC代码对错误实行修正，就要进行场存储器34的读出操作，被读出的信号由外错误修正电路36用外ECC代码进行修正。错误修正动作是，利用和记录时相同的多项式来除重放信号，如无余数，则判定为无错误，如有余数，则根据此值确定错误位置和修正数据。

在本发明第1图所示的格式中，即在PAL制式时，即使某一个磁头失灵，在一场4对磁道的数据内，各信道也只是损失1/4的数据，而其它3/4的数据仍有效，并且，利用跨越区段之间构成的外ECC代码，完全可以根据剩余的部分进行修正和复原。在第2图所示的NTSC制式中，也只是损失2/6或1/6的数据，损失部分也完全可以复原。

由外ECC代码进行错误修正，修正后的声音数据被再次写入场存储器34中，当修正动作结束时，根据原声音的时间序列，以时分方式连续地从场存储器34中读出4通道的声音信号。只有在产生了不能修正的错误时，修整电路37才动作，它根据时间轴前后取样的平均值计算结果，进行插入操作。之后，进行如下动作：由信号分离器38将4个通道并列的声音信号复原，然后由D/A转换器39转换成模拟信号，将4通道模拟声音信号从输出端40输出。

如上所述的本发明具有以下特征：根据简单算法进行声音信号的段分配，对于磁头失灵磁带擦伤等长的噪声，也可以有效地分散其影响，使影响减小到可以修正的程度，并且对于NTSC和PAL广播制式的不同，也能有效地发挥其效果，硬件也能得到简化。

在上述的本发明实施方案中，就如下方法进行了叙述，在NTSC制式中，使用由2对磁头组成的、3倍于通常速度的转动磁鼓，在PAL制式中，使用4倍于通常转速的转动磁鼓来记录4通道的声音信号，然而，这种方法并不失一般性，它可以很容易地扩充到由任意个声音通道数和磁道数构成的情况。

即，声音通道数在2个以上时，把它设为M;磁道数每1场期间（或者按照帧期间等图像信号的单位）有2个以上时，把它设为N。如果为每个磁渗准备由M个区段构成的声音记录区域，那么在M与N的关系中，当M＝N时，把1场作为一个周期，根据前述规则，完成声音信道在记录段内的分配，当N≠M且互相除不尽时，以数值等于N和M的公倍数的磁道数作为一个周期，根据前述规则，进行声音信道在记录段内的分配，当N＞M且能够除尽时，收入1场内，当N＜M且能够除尽时，以M/N场为周期，进行声音通道在记录段内的分配。

本发明由于具有上述构成，对于因磁头失灵和磁带擦伤而引起的长噪声信号，以往是在1场范围内进行声音信道在各记录段内的分配，而本发明的分配超越了这个范围，因而可以更细地进行对应，得到对各声音通道完全均等的条件，对提高错误修正能力和修整能力有明显效果。

另外，尽管NTSC和PAL二者制式不同，但是将数字化声音信号分配在各记录段上所用的硬件也可以通用，并且在算法简单化和装置简单化方面，也具有明显的效果。

Claims (3)

1、数字信号记录方法具有以下特征：把M(M≥2)个通道的声音信号数字代码化，将前述数字代码化的声音信号在一场期间或一帧期间等图像信号的单位期间内字段化，前述图像信号的单位期间由N(N≥2)个图像和声音信号区域组成的记录磁道构成，这种记录磁带模形的构成是前述声音信号的记录区域由与图像信号记录区域不同的、每个磁道分割成M个的区域构成，在具有上述记录磁带图形的旋转磁头式VTR中，以等于N和M的公倍数的磁道数L为周期，将前述M个通道的声音信号依次分配在前述M个记录区域上，将前述磁道数信息L插入到记录信号中。

2、权利要求第1项记载的数字信号记录方法有以下特征：图像信号的1场期间，对于NTSC制式是以3对记录磁道构成，对于PAL制式是以4对记录磁道构成，各记录磁道均记录4个通道的数字声音信号，共有4个独立记录区域，在这样的旋转磁头型VTR中，无论是上述NTSC制式还是PAL制式都同样是将前述4个通道的声音信号按顺序分配在前述4个记录区域。

3、信号记录再生装置其特征在于具有以下装置：将M（M≥2）个通道的声音信号数字代码化的装置;将前述数字代码化的声音信号在一场期间或一帧期间等图像信号的单位期间内字段化的装置;在N（N≥2）个图像以及声音信号区域组成的记录磁道上分割前述图像信号的单位期间，前述声音信号的记录区域由和前述图像信号的记录区域不同的、每条磁道分成M个的区域构成，具有这种装置的旋转磁头型VTR装置;将等于N和M的公倍数的磁道数L作为周期信息，在记录时，将前述M个信道的声音信号按顺序分配在前述M个记录区域上的装置;将前述周期信息L的识别代码加在前述数字代码化的声音上，并插入到记录信号中的装置;重放时，前述周期信息L的识别代码的再生检测装置;根据前述识别代码的检测结果再生检测M个通道的声音信号的装置。

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