CN1066339A - 数字模拟信号记录重放方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字模拟信号记录重放的技术 领域。主要是克服目前的激光唱机和激光视盘以及 卡拉OK录像机的图像和音乐质量差以及价格昂贵 的缺点。本发明采用数字信号转变成模拟信号，经高 质量传送后，再将模拟信号转换成数字信号。在信号 传输过程中，采用单独的字幕、节奏信号格式和图像 画面信号格式分开的传输方式。本发明与现有的技 术相比，具有画面质量、音响效果与激光视盘相同的 水平，但价格却低得多，而且能与常规的激光唱机兼 容，联接简便。

Description

本发明涉及到光盘、磁盘、磁带上的数字模拟信号的记录和重放的方法和装置。更具体地说，本发明涉及CD（小型光盘），和DAT（数字磁带录音机）的模拟数字信号的记录，重放以及变换的技术问题。

在目前的数字模拟信号记录重放应用技术领域中，如卡拉OK录像机是将图象的画面、字幕以及伴奏音乐以一种常规的录像方式记录在录像带上。由于这种常规的记录方式，在图象，伴奏音乐的录制过程中，存在如下缺点：1、图象画面由于是按照模拟信号录制的，因此画面的质量差，不够理想，伴奏音乐同样如此效果也很差。2、由于完全是磁头、磁带记录重放方式，因此使用的寿命以及保存时间都比较短。3、由于是磁带方式记录、重放，因此在乐曲曲目的检索速度受到限制，检索速度不能做得很快。

在另一个应用领域中，如激光视盘，在数字信号记录重放过程中，虽然图象的画面、字幕、节奏音乐在质量方面有所提高，但也存在有如下缺点或不是之处;1、激光放象机与激光视盘价格非常昂贵，激光放象机比激光唱机价格高出5～7倍，而激光视盘比激光唱盘价格高出10～20倍，除了机关、单位、歌舞厅、影剧院以及娱乐团体之外，一般个人或家庭均无力购买。2、在图象或乐曲的检索方面，相对于激光唱机而言，检索速度也比较慢。

另外，在目前上市的激光卡拉OK唱机（有图形），如：索尼（SONY）公司的，SONY-CD  player  CDP-K2G产品，也存在有下述的缺点;1、使用这种产品时，必须重新单独制造（或购买）一台机器;2、使用的光盘与现在的激光唱机不能兼容，因此无法通用;3、该产品的图象画面的分辨率和灰阶都比较低，最多只相当于电子游戏机的水平;4、由于视频信号是插入在激光唱盘信号格式中的非音频信号的部分，所以图象画面数量很少，基本上是全屏幕的字幕显示。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足之处而提供一种数字模拟信号记录重放的方法和装置。

本发明的目的是通过下述方案来实现的：本发明方案的方法是将数字信号源经过数字处理后，转换成模拟信号，并在高质量的模拟信道中传输，再将接收到的模拟信号转变成数字信号，经处理后，输出其它配套装置。

在图像、字幕、节奏信号的传输过程中，本发明采用的信号传输格式包括两个部分：字幕、节奏信号传输格式和图像画面信号传输格式。由于字幕信号与节奏信号相关度高，它们与图象画面的相关度较低，因此字幕与节奏一起传输，传输过程是，字幕是在字幕、节奏信号传输格式中，字幕信号部分传输的，节奏是指字幕本身的色彩或字幕背景色彩随演唱的节奏速度变化关系，即：字幕色彩变化分界线的位置与字幕被演唱位置相同。节奏信号只控制色彩变化分界线的前进与否即可。由于节奏信号的信息量很小，放在节奏识别码中即可。方法有很多种，如：利用节奏识别码的脉宽表示色彩变化分界线的前进与否，脉宽宽的信号表示前进，反之表示停止。

图像画面信号是单独传输，在信号传输时，以画面信号传输为主体，再根据具体歌曲的内容（即字幕的数量和演唱的速度）决定穿插传输多少字幕和节奏信号。由于画面信息量远大于字幕信号和节奏信号的信息量，且字幕信号和节奏信号与具体歌曲内容关系密切，即歌曲的内容决定字幕信号和节奏信号的信息量。

一帧画面需传送626个画面信号段（对应画面信号传输格式），一首歌曲的演唱时间约能传送3-15帧图象，字幕信号和节奏信号，由光盘设计者根据艺术的需要或传输速度的限制，将字幕信号和节奏信号分插在626×3～626×15个信号段之间传送，如：先传送曲目、词、曲作者（用1～2段字幕节奏信号），再传送5段画面信号，再传送1段字幕、节奏信号，再传送5段画面信号，或者先传送曲目、词、曲作者，再集中传送626段画面信号，再集中传送与626段画面信号的时间对应的字幕信号，再集中传送626段画面信号，等以此类推。

本发明的一个具体实施例是激光卡拉OK系统，通过该系统的描述来说明本发明的方案。

本发明的系统由两大部分构成：A部分是激光图象卡拉OK唱盘的制作系统。B部分是激光图像卡拉OK处理器或是重放系统。

图1是本发明的激光图像卡拉OK唱盘的制作系统图。

图2是本发明的字幕、节奏信号传输格式图。

图3是本发明的图像画面信号传输格式图。

图4是本发明的信号传输格式总图。

图5是本发明的激光图像卡拉OK唱盘的详细制作过程图。

图6是本发明的激光图像卡拉OK处理器或是激光唱机的重放原理图。

图7是本发明中的音频接线图（使用接线图）。

图8是本发明的视频通道部分原理图。

图9是本发明中的音频通道部分原理图。

图10是CPU程序的结构流程图。

本发明下面将结合附图的实施例作进一步的详述;

在图1中由图像扫描仪1产生的数字视频信号和由音频数字变换器2（如：合成器、DAT等）产生的数字音频信号，在计算机3中通过软件，该软件是按本发明的信号格式安排将其合成，并记录在DAT4的磁带上。

DAT的磁带为激光唱片制作的母带，制造载有本发明的信号格式的激光唱盘，此唱盘与常规的激光唱机完全兼容。

DAT的磁带上的输出信号，通过光刻方法记录在激光唱机5的唱盘上，激光唱机的模拟输出口，将光盘上载有按本发明信号格式记录的信号在解码处理器6中解出，并进行处理，然后分别输出给电视机7和音响设备8。

图2是本发明的字幕、节奏信号传输的格式安排，由以下信号组成：在格式的开始部分是起始标志S;标志一段信号的传输开始。

校正电平码C;给出标准电平，使信号处理器建立一个自调态标准，其目的是为了减少不同激光唱机带来的误差，以提高信号处理的精度，使信号处理器适应的激光机品种更多。

节奏识别电平码WID;标志本段信号为字幕、节奏信号，另一个作用是传输节奏信号。

之后再安排一个校正电平码C，其作用同前述。在校正电平码之后再安排一个节奏识别电平码WID，其作用同前述。其目的是使校正、识别更可靠。

字幕电平码（或字幕信号）WS;表示字幕信号本身。之后是结束标志E;表示该段信号传输结束。

图3是本发明的图像画面信号传输的格式安排，由以下信号组成;在格式的开始部分是起始标志S;作用是标志一段信号的传输开始。

校正电平码C;作用是给出标准电平，使信号处理器建立一个自调态标准，其目的是为了减少不同激光唱机带来的误差，以提高信号处理的精度，使信号处理器适应的激光机品种更多。

画面识别电平码PID;标志本段信号为图像画面信号。

之后再安排一个校正电平码C，其作用同前述。之后再安排一个画面识别电平码PID，其作用同前述。其目的是使校正、识别更可靠。

同步脉冲（或同步码）SYN;校正采样起始时间和晶振频率，以减少异步采样的时间误差。其原因是没有时钟信号。

画面信号P;表示画面信号本身，也可采用三色分离处理方法。

结束标志E;标志该段信号传输结束。

此外，还有与PAL-D制电视信号相应的场、帧起始、结束标志，安排如下：

帧起始（F、S），场起始（FL、S）313段画面信号及字幕、节奏信号场结束（FL、E）。

场起始（FL、S），313段画面信号及字幕、节奏信号，场结束（FL、E），帧结束（F、E）（见图4）。

图5是本发明的激光图像卡拉OK唱盘的详细制作过程图。首先通过数字图像扫描仪9将图像数据，通过计算机接口电路12输入到计算机（Ⅰ），计算机（Ⅰ）为虚线表示，在虚线框内的方框图是在该计算机（Ⅰ）中运行的软件示意图，在计算机（Ⅰ）中是按照本发明的信号传输格式安排方案生成字幕信号及各种标识符，再由计算机（Ⅰ）产生与电子合成器10制作的音乐相应的节奏信号，节奏信号是由一个精通（或熟悉）音乐的电脑操作员，根据电子合成器10放出的音乐，在计算机（Ⅰ）上，输入相应的节奏信号。由计算机（Ⅱ）控制电子合成器10制作音乐，电子合成器10产生的数字音频信号，通过计算机接口电路12输入到计算机（Ⅰ）。通过在计算机（Ⅰ）中运行的，按本发明信号格式安排方案编制的驱动软件13，将上述的数字音频信号，数字画面信号，节奏信号和字幕信号，即将画面信号，字幕、节奏信号，音乐信号及各种标识符，按照本发明的图像信号传输格式规定的先后顺序组合成为与本发明的信号格式相一致的信号。通过公知的软件算法或功能类似的硬件，将合成后的信号转换成PAL-D制电视信号相应的数字信号。最后通过接口电路17输出并记录在DAT机18的磁带上。这样就完成了按本发明的信号格式安排的数字音频信号、数字画面信号、节奏信号和字幕信号的合成信号。

图6是本发明激光卡拉OK处理器或激光唱机的重放原理图。由本发明信号格式安排方案制作成的激光唱盘在激光唱机19中重放，激光唱机19有A、B两个模拟输出口;（在激光唱机19中的唱盘已录制的按本发明信号格式安排的数字音乐，画面信号已被激光唱机19转换成模拟信号）;一路是图像信号;另一路是音乐信号;其中A音乐信号在电路20作常规处理，如伪立体声、混响、延时、数字音调变换等（参见图9）。然后输出到音响设备28。另一路B图像信号先输出到数字化电路21，将模拟信号变换成数字化信号，再经过由采样/保持电路43、A/D转换器44、同步信号分离电路39，CPU40、控制器42构成的信号分离电路22，分离出图像信号、字幕信号和节奏信号分别存储在图像画面、字幕、节奏寄存器RAM中，并且分别经过图像画面处理器23，字幕信号处理器24、节奏信号处理器25处理之后，三个信号输出到合成（电路）26，经合成电路成按节奏变化的字幕和可更新背景画面的电视图像信号，再将此信号输出到电视机，即可显示带有节奏变化的字幕以及背景画面的图像。

图7是本发明中的音频接线图（或使用接线图）。其中B部分即相当于图5所示的本发明重放原理图，将CD机29的信号送到B部分中，由B部分信号处理后，再分别输出到音响设备33以及音箱35、36和电视机34，显示带有节奏变化的字幕、背景画面的图像。

在图7中B部分还可接入录音、录像的信号。

图8是本发明的视频通道部分的原理图。或者可以说是图5的进一步分解图，表示图5中的视频信号的通道。其工作过程是：从激光唱机CD37输出的图像模拟信号输出到隔离放大器38，经隔离放大器38隔离放大后的信号分别送到采样保持电路43、同步分离电路39和CPU40、隔离放大器38的作用是使激光唱机CD37与处理器（在图7中除CD37和TV56之外的部分）之间互不干扰，并起到信号缓冲，电平匹配和阻抗匹配的作用。采样/保持电路43将模拟信号转变成PAM（脉冲幅度编码调制）信号，为模数变换器A/D44变换时作准备。

同步分离电路39将经隔离放大器38输出的模拟信号中的同步信号分离出来并传送到CPO40，再送到控制器42，由控制器42来控制采样/保持电路43和A/D变换器44的起始时间，以减少异步采样的误差。

经隔离放大器38放大后的信号送到CPU40，CPU40对信号中的各种标识符进行判别，其目的是通过控制器42控制各处理单位（如，合成电路、切换电路等等）和存储单位（如画面RAM、字幕RAM等）的工作状态。

晶振41和控制器42产生出各种预定（或约定）的波形的控制信号，并在CPU40的程序控制下，总体控制，协调整机的工作状态。其程序结构流程图见图10。

从A/D变换器44输出的数字信号，一路送到CPU40，以判别和区分信号的状态。另一路送到画面随机存储器RAM45和RAM46，RAM45和RAM46组成一对乒乓RAM，其中每组RAM都具备一帧电视画面的存储量。当其中一个输出图像画面时，另一个存储图像画面，存储完毕，两组RAM交换工作状态，以保持图像画面的持续和稳定。所谓乒乓RAM，即两组存储图像和输出图像互相交换、轮流工作。工作状态的交换是由控制器42，控制切换电路47来实现的。画面地址产生器48为画面RAM提供存取地址，受控制器42的控制，并由切换电路47决定传送方向。

从A/D44输出另一路送到字幕RAM51、52，字幕功能（包括字幕RAM51、52，切换电路50、字幕地址产生器49）的工作原理与画面功能基本相似。其中每组RAM都具备一个歌曲的字幕的存储量。画面地址产生器48对字幕地址产生器49的控制决定了字幕在画面中的位置。字幕是由字幕RAM51、52中的数字信号，经由控制器42控制字幕信号生成电路59中的点阵位置，转换成相应的电视信号形成的。

节奏控制寄存器58是在控制器42的控制下，产生节奏信号，并控制节奏色调形成的速度。画面地址产生器48控制节奏色调形成电路57，以及字幕在画面中的位置关系。节奏色调是指随演唱节奏变化的字幕背景或背底颜色。

画面RAM45、46，通过D/A变换器53产生与电视信号类似的视频信号传送给合成电路55。三色分离电路54是为了字幕背景或背底颜色的变化而设的。

在控制器42中，使用公知的电路（所有的利用PAL-D制彩电作监示器的计算机都有这种电路）。生成的标准的PAL-D制的同步信号，并在其控制下，将视频信号、字幕信号、节奏色调在合成电路55中，合成完整的PAL-D制彩色电视信号，并送到电视机TV56中显示。

CPU40接到从A/D转换器44输出的数字信号，以判别和区分信号的状态，由控制器42控制各部分工作，如前所述。

图9是本发明的音频通道部分的原理图，或者说是图6的进一步分解图，表示图6中的音频信号的通道。与常规处理方式相同，其工作过程是：从激光唱机60和VHS录像机61输出的信号送到伪立体声电路（发生器）63，在伪立体声电路63的输出中可加入麦克风MIC1，MIC2，以及磁带录音机的输出，共同送到混响电路64，经延时电路65，再经数字音调变换电路66输出音频信号到音响设备。

本发明的数字、模拟信号处理方法和装置与现有的技术相比具有如下优点：

1、图像画面质量以及音响效果与激光视盘相比，具有相同的水平，如信噪比为43db，分辨率为400线，但价格与激光视盘相比，却要低得多。信号处理器的价格也比一台常规的激光唱机要低。

2、由于本发明是通过模拟通道联接，所以不影响原激光唱机功能和外观，这样联接简便易于推广。

3、相对于VHS卡拉OK录像机来说，图像、音响质量有极大的提高，另外，由于是光盘，资料容易保存，使用几乎无损毁，面且寿命长。

4、能与常规的激光唱盘兼容，只要按本发明的信号处理装置相联接，通过本发明的信号处理器与电视机、音响器材相联接，即可显示出高品质图像及特性优异的音乐。并且不需要对激光唱机、电视机、音响设备施加任何技术改造。

5、音乐的信噪比，动态范围、频响、抖晃率、调谐失真、乐曲曲目的检索速度与常规激光唱机具有同等的水平。

图像的信噪比、抖动、分辨率，灰阶与常规的激光视盘具有同等水平。

6、与目前上市的激光图形卡拉OK唱机（如SONYCDP-K2G）相比，图像质量（如灰阶，分辨率）有实质的提高，画面与字幕关系协调一致，字幕、画面同时存在，字幕及其背底色均可变换、而不是基本上是全屏幕字幕显示，也不是只在曲终时映出一个图像质量如游戏机一样的画面。另外，不必购买新的特殊的激光唱机。

另外，本发明的图像容量大，每小时光盘容量的存画面二百幅。

Claims (9)

1、一种数字模拟信号记录方法，首先由数字图像扫描仪将图像数据通过计算机接口电路输入到计算机中，在计算机中按确定的信号格式合成信号，其步骤如下：

在字幕、节奏信号格式中，首先写入一个起始标志S；标志一段信号的传输开始；

写入一个校正电平码C；给出标准电平，使信号处理器建立一个自调态标准，减少不同激光唱机带来的误差；

写入个节奏识别电平码WID；标志本段信号写字幕、节奏信号；

之后安排一个校正电平码C，节奏识别电平码WID，作用与先前写入的校正电平码，节奏识别电平码WID相同；

写入一个字幕电平码WS；表示字幕信号本身；

结束标志E；表示该段信号传输结束；

在图像画面信号格式中，首先写入一个起始标志S；标志一段信号的传输开始；

写入一个校正电平码C；给出标准电平，使信号处理器建立一个自调态标准、减少不同激光唱机带来的误差；

写入一个画面识别电平码PID；标志本段信号为图像画面信号；

之后安排一个校正电平码C，画面识别电平码PID，作用与先前写入的校正电平码C，画面识别电平码PID相同；

写入一个同步脉冲(或同步码)SYN；校正采样起始时间和晶振频率，以减少异步采样的时间误差；

画面信号P；表示画面信号本身；

结束标志E；标志该段信号传输结束。

2、一种数字模拟信号重放方法，首先由激光唱机重放按确定的信号格式安排的合成信号，其步骤如下：

重放的音乐信号经过伪立体声、混响、延时、数字音调变换处理变为音频信号输出;

重放的图像信号先经过数字化处理，变为数字化的信号，再经过信号分离，分离出图像、字幕、节奏信号，分别存储在图像、字幕、节奏寄存器中，再分别经过图像、字幕、节奏处理之后，分别输出到合成电路中，合成按节奏变化的字幕和可更新画面的信号。

3、一种数字模拟信号记录重放系统;包括一个信号记录装置，和一个信号重放装置;

信号记录装置包括;数字图像扫描仪、电子合成器、控制计算机、计算机接口电路、按确定的信号格式安排合成信号的装置、PAL-D转换电路、DAT机;

信号重放装置包括;激光唱机、伪立体声、延时、混响、数字音调变换电路、音响设备;数字化电路、信号分离电路、画面、字幕、节奏信号存储器，画面、字幕、节奏信号处理器、合成电路，电视机。

4、根据权利要求3的信号记录重放系统;其特征是：记录装置中，一个计算机控制电子合成器制作音乐信号;另一个计算机产生按确定的信号格式安排的合成信号。

5、根据权利要求3的信号记录重放系统，其特征是：重放装置中，数字化电路、信号分离电路由采样保持电路、A/D变换器、同步分离电路构成。

6、一种记录有数字模拟信号，按确定的信号格式安排的合成信号的记录介质。

7、根据权利要求6的记录介质，可以是光盘。

8、根据权利要求6的记录介质，可以是磁盘。

9、根据权利要求6的记录介质，可以是磁带。

Images