CN1082317C - 用于记录并再生数字视频数据的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

数字视频磁带记录器(VTR)操作来接收一欲被记录的高级电视(ATV)信号，提供有诸如ATV信号的一帧内编码的帧的低带系数作为可变速数据，并把数字视频数据和可变速数据分别记录在记录介质上的连续磁迹的一主区和一边缘区域中，其中的边缘区是置于每一磁迹上的、在快速再生模式中可被再生的位置处。该数字VTR通过再生信号的部分而实现在快速再生模式中的记录数据的再生，这些信号是存储在置于特定的可再生区域的每一磁迹的边缘区。

Description

用于记录并再生数字视频数据的装置及其方法
本发明涉及数字磁带录象机，尤其涉及用于记录及再生的装置及方法，这种记录及再生是针对以高速再生模式再生的磁迹区中的高级电视(ATV)信号的高优先级数字视频数据进行的。
由于其带宽相当窄的缘故，现存的模拟录像机通常以非压缩的形式将模拟视频信号记录在磁介质上。除去记录及再生视频信号以外，目前的模拟视频录像机都可以操作来以高速搜索的模式再生已存储的视频信号，此情形中的磁带介质以高于正常再生模式中的磁带传送速度来传送磁带。由于磁带介质上的每一记录磁迹的位置对应于在视频图象中的位置，所以，众多磁迹的部分扫描就能产生可识别的(尽管是差的)图象的足够的信息。
已经问世有诸如数字VTR的用于以数字化的形式将视频信号记录于磁介质上的数字录像机。然而由于数字视频信号的带宽太宽，很难将数字视频信号直接记录在录像磁带上。因而提出了以降低其带宽的方式编码数字视频信号的技术。所谓的压缩编码技术包括有对数字视频信号的正交变换及可变长度编码；一种更高效率的编码技术采用离散余弦变换，即DCT。压缩编码的进一步的描述可见美国专利5,321,440、5,346,310以及专利申请07/067,015，这些内容结合在此作为参考。
在对诸如NTSC或HDTV之类的电视信号进行记录之前，数字VTR采用压缩编码技术以降低这些电视信号的带宽，还要解压缩即解码再生的信号，以便将压缩的电视信号恢复成原有的非压缩形式。一种有效率的压缩技术是将上述的DCT与运动补偿相结合，它即利用了帧间编码也利用了视频信号的帧内编码。然而，与模拟录象机的模拟信号的高速再生不同的是，为了产生稳定的视频图象，如果不是在每一磁迹上的再生全部数据的话，由于DCT和帧间压缩技术要求一个实际的部分，所以数字的VTR在当其以更高的速度产生高速再生的图象时，其不能简单地扫描在一磁带上的磁迹。比如，经离散余弦变换的数字视频数据的位置不能与在一视频图象中的位置相吻合，因此，对多数磁迹的不同部分进行扫描将不能产生确切地表示一幅图象的不同部分。而且，一幅图象，或图象的一部分不可能从一条存储有帧间编码数据的磁迹(或该磁迹的一部分)的重放中被产生出来，这是由于这种数据仅具有相对于先前存储的帧内或帧间编码的数据的意义，而且还由于只是每一磁迹的一部分被再生，至多仅是一幅图象的一部分被产生出来。
因此，本发明的目的在于提供用于克服上述装置之缺点的进行数字视频数据的记录的再生的装置及方法。
本发明的又一目的是提供用于记录及再生数字视频数据的装置及方法，它能提供以高速重放模式提供高质量的图象。
本发明的进一步目的是提供以高速再生模式再生出高质量的图象的装置及方法，其中的磁带介质可以几种不同的速度被传送。
本发明的又一目的是提供用于记录及再生一种高级电视(ATV)信号的装置及方法，它以可变的带速再生出高质量的图象。
本发明的另一目的是提供用于将数字数据记录在一磁带介质上的装置，这些数据可以高带速从具有不同记录/再生磁头构形的再生装置中产生出来。
本发明的各种其它的目的、优点及特征对于本专业人员而言将变得显见，而其新颖的特征将在所附的权利要求中特别指出。
按照本发明的一个实施例，用于将数字视频数据记录在一个操作接收数字视频数据(例如一个高级电视(ATV)信号)的记录介质之上的装置与方法，提供有数字视频数据的一部分作为可变速数据(例如数字视频数据的帧内编码帧数据的低频带系数)，并将该数字视频数据和可变速数据分别地记录在记录介质上的连续磁迹中的一个主区域和一个边缘区域中，在该介质上，边缘区域被置于每一磁迹上的可以快速再生模式再生的一个位置上。
作为本发明的一方面，该边缘区域包括用于将可变速数据存于其内的特技重放区，该区域被定位在每一磁迹上的扫快速再生模式中的再生期内可被螺线扫描的一个位置上，以使得至少再生每一磁迹的一个特技重放区。
作为本发明的另一个方面，可变速数据的同一部分记录在M条磁迹(例如每一条均有相同方位)的每一条上的边缘区域的分别的特技重放区，从而使得当以快速再生模式进行再生时，可变速数据的每一个实际部分均在磁迹的一个螺旋扫描之后而被再生出来。
根据本发明的另一个实施例，用于从操作以一种标准再生模式和一种快速再生模式传送记录介质的记录介质的连续磁迹上再生数字视频信号的方法及装置，从以标准再生模式的每一磁迹的主区域和边缘区域分别地再生出数字视频数据(例如一个高级电视(ATV)信号)和可变速的数据(例如数字视频数据的帧内编码帧数据的低带系数)，并从快速再生模式的每一磁迹的边缘区域再生出可变速的数据，并提供数字视频信号数据作为在标准再生模式中的输出，且将可变速数据作为在快速再生模式中的输出。
作为本发明的一个方面，可变速数据的实质的每一部分是由在快速再生模式中的对磁迹的一次扫描而再生的(例如这些磁迹有相同的方位角)。
作为本发明的另一方面，可变速数据的实质的每一部分是由在变速模式中的对磁迹的两次螺线扫描而再生的，其中的磁带是以0.5+L的速度传送，此处L等于1至(M-1)/2，且M是最大磁带再生速度。
作为本发明的又一方面，可变速数据的实质的每一部分是由以反向带速为M-2的磁迹的一次扫描所再生的，其中M等于最大磁带再生速度。
下面以实例的方式但不试图限制本发明仅为此例的详细描述最好结合附图予以理解，其中以相同的符号代表相同的部件及单元，其中，
图1是一个高级电视(ATV)传输系统的方框图；
图2是编码数字视频信号的帧内/帧间码格式之实例的示意图；
图3A和3B是表示一高级电视信号的数据包之结构的示意图；
图4是表示图3B中示出的数据包中业务型数据包之数据结构的示意图；
图5A和5B是表示图3B所示数据包中AH标题的数据结构的示意图；
图6是被认为本发明适于应用的一个记录/再生系统的方框图；
图7是图6所示出的数字磁带录象机记录部分的方框图；
图8是图6所示出的数字磁带录象机再生部分的方框图；
图9是表明磁带介质上磁迹的数据结构的示意图；
图10是表明图9所示的磁迹的视频区域的数据格式的示意图；
图11是表示一个高级电视信号的同步数据块的示意图；
图12示出的是在一条磁迹的主区域和特技重放区域中的一个高级电视信号记录方框图；
图13表示根据本发明的高速再生操作期内的磁头路径的示意图；
图14A和14B是表示以高速再生模式再生的信号和示意图；
图15A至15F是表示以不同可变速度再生的信号的示意图；
图16是根据本发明的表示在一个17倍高速再生操作期内一磁头的路径示意图；
图17表示的是以图16所示的磁头路径所再生的信号的示意图；
图18A和18B是根据本发明的在记录有特技重放区之上的再生磁头路径的示意图；
图19是根据本发明的磁头A以方位A进行扫描磁迹的路径的示意图；
图20A和20B有助于理解依照本发明的磁头A是如何在两次扫描再生出靠外和中间特技重放区的过程；
图21是表示一种磁鼓装置的示意图；
图22是表示第二种磁鼓装置的示意图；
图23是表示第三种磁鼓装置的示意图；
图24是依照本发明的一对磁头扫描具有特技重放区域的记录磁迹的路径的示意图；
图25是依照本发明的另一对具有不同结构的磁头扫描有特技重放区域记录的磁迹时的示意图；
图26表示根据本发明的由具有不同磁鼓结构的数字VTR所实现的可能的正向与反向磁带再生速度的图表；
图27A和27B是表示具有不同构造的一对磁头在两条磁迹上的路径的示意图，而图27C是在每一磁迹中特技重放区的位置示意图；
图28A和28B是表示在每一磁迹上的特技重放区的位置的图表；
图29表示根据本发明的由具有不同磁鼓结构的数字VTR所实现的可能的正向与反向磁带再生速度的另一图表；
图30是具有根据本发明的具有缓冲存储器的再生部分的方框图；
图31是表示根据本发明的其中该特技重放区域被置于每一磁迹的音频区的磁带介质上的所记录的磁迹示意图。
如上所述，NTSC和HDTY(高清晰度电视)电视信号由数字磁带录象机所压缩并记录在磁带上。由于NTSC和HDTV信号通常是以非压缩的形式而传输的，因此在数字VTR对其记录之前须先将其压缩。通常，将NTSC信号压缩成大致为25mbPs(兆比特/秒)的标准清晰度模式，而HDTV信号压缩成大致为50Mbps的高清晰度模式。
一个高级电视(ATV)传输系统是一个完整的数字压缩系统，它传输可以由数字VTR直接记录于磁带上的压缩电视信号。由于数字VTR不是必须压缩传输的信号，因而压缩电路及软件是不必要的。这种ATV系统以压缩的信息“数据包”的形式传输HDTV信号，其图象压缩是以用于运动图象的MPEG(运动图象专家组标准)而进行的。
参考图1的高级电视传输系统的方框图，它包括视频压缩编码器101、音频编码器102、优先级编码器105、传输编码器106和一个频道调制器108。HDTV信号送到端103并由采用MPEG的方法的视频压缩编码器101接收，执行对该HDTV信号的高效压缩。视频压缩编码器101利用DCT和运动补偿对HDTV信号进行压缩，并以预定的次序产生出包含数据的帧内编码帧(I帧)、数据的预测编码帧(P帧)和数据的双向预测编码帧(B帧)的一个已压缩的HDTV信号。
图2是由视频压缩编码器101所产生的这种被压缩数据的格式的实例的示意图。如图所示，首先是一个I帧；随后是两个B帧、一个P帧，另外两个B帧、第二个P帧，第三对B帧。这种形式随之以另一个I帧为开始而重复。在DCT和运动补偿压缩过程中，每一个I帧都是对视频数据的一帧进行离散余弦变换所产生，而不采用来自其它帧的任何数据。每一个P帧都是通过对来自前一I帧或P帧的当前帧进行运动补偿即进行差分而形成，并将产生的差分信号进行离散余弦变换(也叫作帧间编码数据)。每一个B帧是通过对来自前一个和随后的I帧或P帧进行运动补偿所产生，并且该产生的差分信号被离散余弦变换。在图2所示出的格式中，I帧所出现的周期(即图象组GOP)是(M＝3，N＝9)。
视频压缩编码器101将被压缩的HDTV信号送到优先级编码器105(图1)，该编码器105将在压缩HDTV信号中的不同种类的数据分成不同的优先级。在I帧中这种优选级化的数据的例子包括(从最高优先级到最低优先级)：
1.帧标题
2.数据片标题
3.宏数据块地址，类型及量化步骤
4.DC值
5.低频系数
6.高频系数
在P帧和B帧中的优先级化数据的类型的一个例子中包括(从最高级到最低优先级)：
1.帧标题
2.数据片标题
3.宏数据块地址，类型及量化步骤
4.运动矢量
5.DC值
6.低频系数
7.高频系数
如指出的那样，每一个I帧包括一个帧标题，随后是数据片标题、宏数据块地址、类型和量化步骤、DC值、低频系数和高频系数、
相类似地，每一个P帧和B帧都包括一个帧标题、一个数据片标题、宏数据片地址、类型及量化步骤、运动矢量、DC值、低频系数和高频系数。优先级编码器105以上述的次序将优先级化的视频数据送到传输编码器106，该编码器106则以下述的方式将提供的视频数据产生数据“包”。
除去接收优先级化的视频数据之外，传输编码器106还接收来自音频编码器102的编码音频数据，该编码器102将送到端104的音频信号编码。传输编码器的106接收其它送到端107的附加信息。从送到编码器106的这些数据中，产生出具有不同优先级的数据包，其中具有相对较高优先级的数据包定义的HP(高优先级)数据包，而且有较低优先级的数据包被定义为SP(标准优先级)数据包。每一I帧的HP数据包都包括涉及帧标题(1)至低频系数数据(6)的数据，而每一I帧的SP数据包只包括高频系数数据(7)。每一个P帧及B帧的HP数据包都包含涉及帧标题(1)至运动矢量的数据，而每一个P帧及B帧的SP数据包则包括涉及DC值至高频系数(7)的数据。对于通常的视频图象来说，这种HP数据包与SP数据包之比为1∶4。传输编码器106将每一个HP数据包以高输出功率的载波并将每一个SP数据包以低输出功率的载波被送到频道调制器108，它将利用其各自的载波对每种类型的数据包进行调制。已调制的信号送到端109。
图3A和3B是HP和SP数据包的数据结构的示意图。如图3A所示，数据包包括SYNC数据，随后是传输数据以及用于全部该数据包的148个字节的误差校正码(ECC)的20个字节。传输数据的数据结构如图3B所示，它包括数据的一个业务型(ST)字节、4个后标题(AH)数据字节、120个传输数据和FCS数据字节。图4给出了这种业务型字节的数据结构，它标识出该数据包是作为HP或SP的数据包(在位置b7处的比特P)，并标识该数据包是作为一个视频数据包、音频数据包或其它类型的数据包(在位置b4至b6处的ID)。而且，在业务型字节中的计数器数据CC提供了0至15的一个计数组(在b0到b3位置)，它标识出所提供的数据包系列中的某一个数据包。
图5(A)示出了在HP数据包中的AH标题的数据结构，而图5(B)示出了在SP的数据包中的AH标题的数据结构。如图5(A)所示，每一个HP数据包的AH标题包括有10比特数据片起始点，它指示变换数据、帧类型(例如I帧、P帧、或B帧、)帧号、在帧中数据片号以及数据的量化系数(Q)的起始点。如图5(B)所示，每一个SP数据包的AH标题包括有10比特的宏数据块起始点、帧类型、帧号、在帧中的宏数据块号以及RSD。
上述的ATV系统将HDTV信号压缩成大致为17至19Mbps的数据宽度，这一数值小于通常以大致为25Mbps对NTSC信号执行SD模式记录的数字VTR的典型比特率。因而如前述那样，ATV传输的数字视频信号可以由一个数字VTR在SD模式的运行中直接地记录在磁带介质上而无需进一步的压缩或其它类型的信号解码。可是，由于和上面涉及由一数字VTR对NTSC和HDTV信号所进行高速再生时相类似的原因，这种记录的ATV传输信号的高速再生亦不易实现。具体地说，由于在高速再生模式中仅有每一磁迹的某些部分被再生，因而部分地再生的P帧和B帧不可能利用仅为部分再生的I帧所解码；而且，经离散余弦变换的数据位置不会与一幅视频图象的位置相一致，因而对每一磁迹的不同位置进行扫描将不能产生足够的数据以连续地刷新再生图象的每一部分。因此，有必要进一步编码传输的ATV信号，以便以高速再生模式产生出相对高质量稳定视频图象。
图6是易于采用本发明的记录/再生系统的方框图。如所示的，系统包括频道解调器1、数字VTR3、传输器优先级解码器6、视频扩展解码器7和一个音频解码器8。上述发送的ATV信号被送到端2，并且由频道解调器1所接收，它对在ATV信号中的数据包的数据进行解调。解调的信号被送到将其记录到磁带上的数字VTR3(下面将描述)，还被送到传输器优先级解码器6，它对其进行误差校正并解码在数据包中的优先级化的数据，以产生压缩的HDTV信号。传输器优先级解码器6把压缩的HDTV信号送到视频扩展解码器7，它通过进行解码以与视频压缩编码器101相反方式(例如反DCT)执行对编码信号的数据扩展。由视频扩展解码器7产生的原始HDTV信号送到视输出端9。传输器优先级解码器6还将一个编码的音频信号送到解码器8，它以与音频编码器102相反的方式执行信号解码。解码的音频信号被送到音频输出端10。在解调信号中的其它信息由传输器优先级解码器6送到端11。
根据本发明，数字VTR3包括一个接口/格式转换器(I/F)4和一个记录/再生器5。由频道解调器1提供的解调信号由I/F转换器4所接收，它将该信号格式化成与本发明相一致并将格式化的信号送到记录/再生器5，该记录/再生器5将格式化的信号记录在磁带上，以使得当磁带以高速(也称为可变速)再生模式而被再生时，可以产生相当高质量的图象。而且，记录器/再生器5可以操作来以SD模式记录标准的NTSC视频信号并以HD模式记录标准的HDTV信号。当对由I/F转换器4所提供的格式化信号(即ATV信号)进行记录时，记录器/再生器5是处于SD模式。
对于一个NTSC信号、一个HDTV信号、以及一个ATV信号由数字VTR3进行记录的过程将参照图7予以描述。数字VTR3的记录电路部分包括有一个模拟/数字(A/D)转换器22、一个DCT压缩电路23、一个转换电路24、一个帧形成电路25、一个频道编码器26、一个记录放大器27和一个旋转磁头28。当欲将一个NTSC或HDTV信号记录在磁带(未示出)时，该NTSC或HDTV信号是经输入端21送到将其转换成数字形式的A/D转换器22的。A/D转换器22将数字信号送到DCT压缩电路23，该电路将数字信号分块、混洗并离散余弦变换成预定的缓冲单元。该缓冲单元随之被量化，可变长度编码及成帧，然后作为数字视频信号送到转换电路24。由于数字信号的散余弦变换、量化和可变长度编码在本专业已属公知，因而不构成本发明的讨论内容。
转换电路24在它的输入端24A和24B之间转换，并在欲将ATV信号记录于磁带上时，将送到输入端24A的信号送到帧形成电路25；并在欲将送到输入端21的信号记录于磁带上时，将送到输入端24B的信号送到帧形成电路25。转换电路24把从DCT压缩电路23接收的数字信号送到帧形成电路25，它产生出(帧形成)带有误差校正数据的可记录视频数据的同步数据块，并把该可记录的视频数据送到频道编码器26；在由记录放大器27对其放大之前先由频道编码器26对其进行调制，并随后由磁头28记录在磁带上。
当欲将ATV信号记录于磁带上时，ATV信号从频道解调器1(图6)送到I/F转换器4。该转换器4把ATV信号重新安排成一种格式，该格式在该ATV信号中的上述的I帧的HP数据包放置在欲被记录于每一磁迹之上的一个位置，当数字VTR以高速再生模式操作再生所记录的数据时，就使磁迹的这些位置被再生。具体地说，“特技重放”区域被标识成在每一磁迹上的这些区域，即，可以在高速搜寻模式中的预定磁带运动速度所再生并I帧的HP数据包被记录于每一磁迹这些被标识的“特技重放”区域中。由I/F转换器4所执行的ATV信号的格式化在下面要进一步描述。
I/F把格式化的ATV信号送到转换电路24的端24A，它将该信号送到帧形成电路25。格式化的ATV信号由帧形成电路25所成帧、由频道编码器26所调制、由记录放大器27所放大并由磁头28记录在磁带上。
由数字VTR3所执行的对来自磁带的NTSC信号、HDTV信号及ATV信号的再生将结合图8作描述。数字VTR3的再生电路部分包含旋转磁头28。再生器放大器51、频道解码器52、时基校正器(TBC)53、解成帧化电路54、转换电路55和DCT扩展电路56。磁头28从磁带上再生出视频信号并将其经过再生放大器51送到频道解码器52。频道解码器52以与频道编码器26相反的方式对再生的信号进行解调并将解调的信号送到时基校正器53以除去再生信号的所受时基影响的因素。时基校正器53把经时基校正的信号送到解成帧电路54，它以与成帧电路25的相反方式解成帧该信号。
解成帧电路54将再生的信号送到转换电路55。当信号是一个合成视频信号(例如一个NTSC电视信号或一个HDTV信号)时，将其送到端55A，而当该信号是ATV信号时送该信号到端55B。当再生的信号是合成视频信号时，转换电路55把该信号送到DCT的扩展电路56，通过执行视频信号的反向可变长度编码和反向离散余弦变换，把压缩的再生视频信号扩展成其原始的带宽。经扩展的视频信号送到输出端57。
当再生的信号是一个ATV信号时，转换电路55则由端55A将该ATV信号送到ATV解码电路，它根据本发明对该信号解码。ATV解码电路包括有标题解码器58、数据包选择电路59、控制器61、输入电路62和伺服电路63。标题解码器58对再生ATV信号的标题解码以确定该信号是否为一个I帧(见图5A)，并将解码的标题连同ATV信号送到数据包选择电路59；当数字VTR3以高速再生模式再生所存储的数字信号时，选择电路59响应来自控制器61的控制信号而只选择I帧作为在端60的输出，而当处于正常再生模式时，将整个再生的ATV信号作为端60的输出。在任一种模式中，提供到端60的信号都经传输器优先级解码器6(图6)被送到视频扩展解码器7，象前述那样解码该视频信号。在高速再生模式中I帧全部数据都被再生前被选择为在数据包选择电路59的输出，这样就产生出相当高质量的高速再生图象。
可由操作器或一个系统控制器(未示出)所控制的输入电路62把模式选择信号送到控制器61，它识别该存储的视频信号是以正常的再生模式所再生还是以高速再生模式所再生。响应该模式选择信号，控制器61利用一个控制信号去控制数据包选择电路59只是选择I帧作为输出或是选择整个ATV再生信号作为输出。此外，控制器61响应模式选择信号控制伺服电路63，该模式选择信号利用ATF信号或其它类型的寻迹信号控制着磁带间隔相位，以便保持着再生磁头和磁迹间的正确的位置关系。
图9示出了由本发明的数字VTR记录在磁带的磁迹上的数据结构。如图所示，一磁迹包括音频区域SEC1、视频区SEC2和子码区SEC3。图10示出了视频区域SEC2的数据结构，它包括用于存储视频数据的135个数据同步数据块、用于存储其它信息的3个视频辅助(VAUX)同步块以及用于存储为在一磁迹的每一个视频区域SEC2中全部149个同步数据块所用的奇偶数据的11个外层奇偶数据块。每一个数据同步数据块包括5字节的同步和ID区，随后是77个字节视频数据区和用于存储误差校正码的8字节内层奇偶数据区。
当以SD模式将磁迹记录于磁带上时，磁迹的视频数据区SEC2具有上述数据结构，其中的磁鼓转速大约为150HZ，每一个视频帧由两个具有不同方位角的磁头以10条磁迹所记录。图11所示的是视频同步数据块的数据结构。如图所示，ATV数据被存在每一视频同步数据块的77字节视频数据区的75个之中。因此，由该数字VTR在一磁迹上记录ATV数据的速率是：
Figure C9411933400201
Sb＝同步数据块。
可是，由于ATV信号的数据速率是大约为17至19Mbps而记录一个视频信号的速率是大约24Mbps，因而当以SD模式记录ATV信号时就会产生在每一磁迹上的以“边缘区域”标识的未使用空白区。因而根据本发明的取自ATV信号的I帧的数据被再次记录在每一磁迹的边缘区域，其中该边缘区域是处在这样的位置上，即它在高速再生模式中被再生而导致相当高质量图象的再生。在本发明的一个实施例中，每一个I帧的低带数据是被存储在边缘区域中，因为与一帧相关切的多数重要数据是被包括在低带系数区域中。
图12是表示依照本发明将ATV信号记录在磁迹上的过程方框图。如图所示，磁带31上磁迹的每个视频区被分布成主区域A1和“特技重放”区域A2，其中，特技重放A2对应于上面所标的边缘区且处在这样的位置，即，当数字VTR以高速再生模式操作时所要被再生的区域。当记录一个ATV信号时，该ATV信号全部被存贮于每一磁迹的主区A1中，且该ATV信号还被送到VLD解码电路34，对该ATV信号解码，以便确定是否提供有数据的一个I帧。VLD解码电路34把ATV信号送到计数器35，它保持对从VLD解码电路34所接收数据的一个计数，且将该计数器记录在磁迹的特技重放区。计数器35将ATV信号以及所保持的计数送到一个数据分离电路36，响应由VLD解码电路34所作出的是否该数据关于一I帧的判定，该分离电路36提取数据的每一个I帧数据块的低带系数数据(HP数据包数据)，以将其存储在特技重放区中。由于只有每一I帧的低带系数被记录，所以在这些数据被存储在每一磁迹的特技重放区之前，由EOB附加电路37将“数据块结束”数据加到提取的数据上。在此情况中，当每一磁迹的特技重放区A2以高速再生模式被再生时，记录在该特技重放区的信号可被方便地由视频扩展解码器7所解码。因此，在进行特技重放区进行记录之前将EOB数据加至所提取的数据(即每一个I帧的低带成分)，确保了以高速再生模式所再生的数据具有与以通常的标准的再生模式所产生数据有相同格式。
确定特技重放区域在每一磁迹之中的位置的过程可参考图13-17予以描述。图13表示出在根据本发明的高速再生操作期间中再生磁头的操作路径的示意图。如图所示，当磁带以实际上快于正常速度被传输时磁头A扫描其上的磁迹。由于通常是以两个具有不同方位角的磁头螺线式地记录磁迹，所以磁头A再生其所扫描的交替磁迹的部分。就是说，磁头A再生如图13中所示的局部复盖的那些区域，而且如图所示，这些被再生的区域只处在标以“A”的磁迹之上。在图14中可见，从每一个A磁迹所再生出的信号是处在脉冲串的形式，且如图14B所示，其中当磁头处于每一磁迹的中心位置时出现其信号的最大部分。随后，在高速再生模式中的ATF的磁迹跟踪以对磁带移动速度的控制可以通过将再生信号的相位锁定于磁带的运动速度而容易地实现。
图15A、15C、和15E分别地表示以4倍于正常速度、9倍于正常速度及17倍于正常速度再生所得信号的波形；图15B、15D和15F则分别表示以4倍于正常速度、9倍于正常速度及17倍于正常速度所再生的每一条磁迹的这些区域。如图15A和15B所示，磁头再生一个第一磁迹的第一(即起始)部分，它对应于最左区EN1(第一EN1区)，而该磁头不再生第二磁迹的第二部分，它对应于第一EN1区的右置磁迹的区域(即在两个EN1区之间的区域)。随之，该磁头再生第三磁迹的第三部分，它对应于另一个EN1区(第二个EN1区)，而不去再生第四磁迹的第四部分(即最终部分)，它对应于第二EN1区右置磁迹的区域。应予注意，图15B中的水平位置表示每一磁迹的纵向位置。
图15C和15D表示磁迹区EN2，它在当数字VTR以9倍高速再生模式操作时再生。如图所示，由再生磁头扫描9条磁迹，但只有图15D中示出的再生区域的磁迹1、3、5、7和9被再生。
图15E和图15F表示出数字VTR以17倍高速再生模式操作所再生的磁迹区EN3。如图所示，由再生磁头扫描17条磁迹，但只是每相间的磁迹(即磁迹1、3、5…15、17)被再生出来，这些被再生的区域EN3如图15F所示。
依照本发明，当上述的特技重放区处于每一磁迹的EN1、EN2及EN3区域中时，以4倍于正常速度、9倍于正常速度和17倍于正常速度的再生是可能的。此外，由于以高速模式的再生可以从磁带任何位置开始，因而可被再生的任何磁带区域(例如任一个EN3区域)都可以被再生，因而确保了当期望以17倍于正常模式的高速再生模式的再生时，特技重放区处在每一磁迹的每个区域EN3中。
当有若干个特技重放区置于一条磁迹的若干个区域，而以例如4倍、9倍及17倍的正常速度所再生时，这种特技重放区的成功的再生也可以由正常的反向速度的2倍、7倍和15倍的反向速度来实现。因为在反向磁带运动期间的磁头所经越的路径是对称于在正向磁带运动期间磁头的路径，所以在当高速再生可能以M倍的正常速度实行时，反向再生可能以(M-2)倍的反向速度实行。可是，由于每条磁迹是斜交地形成在磁带上，所以，在以带速相同但方向相反的反向再生期间有比在正向再生期间所扫描的相同磁迹少了两条磁迹。
在高速再生期内的每一个再生的区域对应于32个同步数据块，但38个同步数据块可被分置为若干个特技重放区。因此，每一个I帧的低带成分可被便利地录入每一磁迹的特技重放区。当由数字VTR所执行的记录的速率为24.948Mbps并且ATV信号的数据速率是19.2Mbps时，则每一磁迹有104个同步数据块被用作记录ATV信号的主数据区，它由下列等式所示：
135同步数据块/磁迹×19.2Mbps/24.948Mbps＝104同步数据块因而有31个同步数据块(135-104＝31)可被用作特技重放区域。
图16示出了依照本发明另一实施例的17倍高速再生操作期内磁头A的路径。如图所示，磁头A在一次扫描行程中扫描了17条磁迹的不同的部分，并再生出存储在A磁迹的特技重放区内的数据。图17示出了由磁头A所再生的信号波形。如前所述，高优先级数据(例如每一个I帧的低带系数数据)亦称作特技重放数据，被存于若干个特技重放区TP中，其中的最大再生速度M是一个标准再生速度的奇整数倍，例如M＝2N+1。例如，当最高再生速度为17倍正常再生速度时，则M＝17，N＝8。这种以最大再生速度所再生的区域被指定为特技重放区域。
根据此实施例，同一等级的优先数据被存储在具有相同方位的M个连续磁迹的每一条磁迹的特技重放区域中，其中在磁迹的每一特技重放区包括有特技重放数据的不同部分。例如，当最高再生速度是5倍于正常再生速度时(M＝5)，则相同的特技重放数据被记录于图18A和18B所示的T1至T5的5条磁迹中。此外，相同的数据被存储在磁迹T1至T5的起始特技重放区域(1)的每一个之中；相同的数据被存储在磁迹T1至T5中间特技重放区(2)的每一个之中；且相同的数据被存储在磁迹T1至T5的结束特技重放区(3)的每一个之中。因此，当相同特技重放数据被存储在具有相同方位的M(例如5)条连续磁迹中时，除去该最大再生速度M以外，特技重放区数据可被以1.5倍、2.5倍、3.5倍以致N+.5倍的正常速度的重放速度所完全地再生。因此，操作在可变速再生模式中的数字VTR是可操作来以1.5倍、2.5倍、3.5倍、…至N+.5倍的正常再生速度以及最高再生速度产生特技重放数据。
当本发明的数字VTR是在以1.5倍、2.5倍、…N+.5倍正常再生速度而处于可变速再生模式的操作中时，在一条磁迹上所存储的全部特技重放数据是在两次由同一再生磁头A的所执行的扫描中而被再生，如图19所示。在图19中，最高再生速度设置为7倍于正常速度，但再生是以3.5倍于正常速度所执行。此时，置于一条A磁迹上的起始及结束所覆盖的特技重放区是在由磁头A执行的一次扫描行程中而被再生，而且在磁迹A中间所置的覆盖的特技重放区是在由磁头A执行的第二次扫描行程中所再生。图20A和图20B示出了磁迹的这些部分，它们分别在第一及第二扫描行程中被产生。
因此，通过将相同的特技重放数据记录在具有相同方位角的M条磁迹上(其中M是奇数且N＝(M-1)/2)，则当再生是以1.5倍、2.5倍、3.5倍以至于N+.5倍的正常再生速度执行其数据的再生时，该存储于这些具有相同方位角的磁迹之上的特技重放数据则由同一磁头在两次扫描行程中完全地再生出来，而且这些特技重放数据可由同一磁头以最高的再生速度M一次扫描行程中被完整地再生。
现在来参考图21至29来描述具有磁鼓装置的不同类型的数字VTR所执行的特技重放区的再生。图21、22和23示出了磁鼓装置的三种类型，其中图21示出了分别具有方位角A和B的一对磁头HA1和HB1，它们彼此相距180°放置并以9000rpm(转/分)旋转。图22示出了分别具有方位角A和B的一对相邻磁头HA2和HB2(也称为双方向角放置)并且它以9000rpm旋转。图23示出了分别具有方位角A和B的第一对相邻磁头HA3和HB3，以及分别具有方位角A和B的第二对相邻磁头HA4和HB4，它们彼此相距180°放置并以4500rpm旋转。
图24和25示出了依照本发明所记录的磁迹的实例，其中最大的再生速度是正常速度的5倍，5个连续的A磁迹T11、T12、T13、T14和T15存储有完全相同的特技重放数据，而另5个连续的B磁迹T21、T22、T23、T24和T25存储有完全相同的特技重放数据。由相距180°放置的两个磁头HA和HB(见图21)所执行的再生分别地再生特技重放区1-3和特技重放区4-6，如图24所示。另一方面，由两个相邻磁头HA和HB所执行的再生(见图22)分别地再生特技重放区1-3和特技重放区4-6，如图25所示。
图26给出了由具有如图21至23所示的磁鼓装置的数字VTR的正向及反向磁带再生速度的概述。如图所示，其磁鼓具有相距180°放置且以9000rpm(图21)、或其磁鼓具有相邻磁头且以9000rpm(图22)的数字VTR能够以1.5、2.5…N+.5及2N+1(M)倍的正常再生速度进行再生，以及以-1.5、-2.5…(N+.5)及-(2N+1)倍的正常再生速度的反向速度再生。其磁鼓具有两对相邻磁头且以4500rpm(图23)的数字VTR能够以1.5、2.5、…(N+.5)倍的正常再生速度进行再生，以及以-1.5、-2.5、…、-(N+，5)的正常再生速度的反向速度进行再生。在图23中所示的磁头结构中，由于磁头的扫描角度被以相同的速度加倍，因而这种装置的最大带速是其它磁头结构的最大带速的一半。
现参考图27A至27C以及图28A和28B来讨论各磁头间的缝隙距的考虑。图27A和27B分别示出了相距180°放置的两磁头之一以及两相邻放置的磁头之一的路径。如图27A所示，磁头A再生磁迹部分RA1，磁头B再生磁迹部分RB1，而且每条磁迹的被再生的区域两端都有边缘区存在。然而，当磁头是彼此相邻时，磁头B的路径不同于在第一种方式中的磁头B的路径，它导致了被再生区域RB2的位移，并且这种位移对应着缝隙间距D1，如图27B所示。
图27C示出了在一磁迹上的一个特技重放区的位置，该磁迹可由上述的任一种磁鼓结构以高速或可变速度再生模式所再生。如图所示，特技重放区TPB是处在对于区RB1(图27A)和区RB2(图27B)属共用的磁迹的部分上，且特技重放区TPA是处在磁迹A的对应部分。因此，特技重放区可以由相距180°的磁头以及由相邻的磁头所完整地再生。
图28A和28B分别示出了在偶数和奇数磁迹上的特技重放区的位置，其中的最大再生速度是17倍于正常速度，一个双方位角磁头放置(即相邻磁头)的缝隙间距是5个同步数据块，而每个特技重放区的大小是4个同步数据块。如在图28A所示的那样，每一个偶数编号磁迹具有0-5的6个特技重放区，分别地处在编号为27-30、50-53、73-76、97-99、120-123和143-146的同步数据块的位置。如图28B所示，每个奇数编号磁迹具有0-5的6个特技重放区，分别地处在编号为22-25、45-48、68-71、92-94、115-118和138-141的同步数据块的位置。
图29示出了当最大再生速度是17倍于标准再生速度时正向及反向磁带再生速度的概述。如图所示，两磁头相距180°放置且以9000rpm旋动的磁鼓构形或两磁头双方位角对(相邻)且以9000rpm旋动的磁鼓构形都能以1.5、2.5…8.5以及17倍于正常再生速度的速度以及-1.5、-2.5、…-8.5和-17倍于正常再生速度的反向速度来再生特技重放数据。由两对双方位角磁头放置且以4500rpm旋动的磁鼓构形可以1.5、2.5…8.5倍的正常再生速度的速度以及-1.5、-2.5…-8.5倍的正常再生速度的反向速度来再生特技重放数据。应当指出，在最大速度处的缝隙间距的限制是5个同步数据块，而不是以其它速度作限定。
当特技重放区域在每一磁迹上占据32个同步数据块且有同样的特技重放数据(HP数据包的数据)记录于17条磁迹上时，在17条磁迹上记录该相同HP数据包的速率是339Kbps(千字节/秒)，可从下式导出：
Figure C9411933400271
＝339Kbps其中Sb＝同步数据块。
送到本发明的数字VTR的I帧数据的平均速率是由数据的GOP装置(见图2)以及送到该数字VTR的视频数据的数据速率计算而得。当GOP＝(N＝9，M＝3)时(即提供有一个I帧、2个P帧和6个B帧)，其I、P和B帧数据的平均量是：I/P＝2，以及P/B＝2.5(I/B＝5)，并且整个视频数据的速率是17.4Mbps，则I帧数据的平均速率是：17.4Mbps×＝5.4Mbps可以看出，数据速率不仅是取决于该全部比特流、GOP装置以及每帧数据的平均量的速率，还取决于其它的因素，例如输入图象的特性等。
如同指出的那样，把HP数据包数据记录在17条磁迹的每一条之上的速率大致是339Kbps，而每一个I帧的平均数据速率大致是5.4Mbps，因而不可能将整个I帧存储在每一磁迹的特技重放区内。因此每一个I帧的低带系数被存储在每一磁迹的特技重放区中，如前面讨论的那样。
图30示出了本发明的最佳实施例，其中在本发明的再生电路中包括有一缓冲存储器41，用于在将再生的数据送到解码器7(图6)以前对其进行缓冲。如前所述，以可变的和高速再生模式再生的再生信号是以脉冲串形式被送到解码器7的，而且，尽管I帧的低带系数被记录于每一磁迹的特技重放区中，但是没有这样的保障，即对再生的图象显示时间(1/30秒)将与该I帧被再生且送到解码器7的时间相匹配。在此情形中，只有图象的一部分可被更新(即被刷新)于可变或高速再生模式之中。因而将数据被再生时将其缓冲于缓冲存储器41中，并且当在缓冲41中缓冲了对应于一完整单一图象(即一帧)的数据量之后才将其送到解码器。此外，缓冲存储器也可在将特重放数据记录于每一磁迹的特技重放区中时利用。
如图所示，缓冲存储器41被施用于全部欲记录于每一磁迹的特技重放区的数据，并响应来自对欲将数据记录的每标题进行检测的标题检测电路42的检测信号将经缓冲的数据送到记录电路。在再生期内，缓冲存储器41亦施用于全部的从每一磁迹的特技重放区来的再生数据，并响应来自对在再生数据的每一I帧的标题进行检测的标题检测电路43的控制信号将数据送到解码器7。
图31示出了本发明的另一个实施例，其中将所有的特技重放区置于每一磁迹的音频部分SEC1中。如前所述，每一磁迹包括一个音频区(部分)SEC1、一个视频区SEC2和一个子码区SEC3(图9)。在此实施例中，所有的视频及音频数据都记录在每一磁迹的视频区而所有的特技重放数据被记录在每一磁迹的音频区中。类似于上述的实施例，最大的再生速度M＝(2N+1)倍的标准再生速度，且有相同的特技重放数据被存储在M条磁迹上。随后，当处于可变速的或高速的再生模式时，音频区SEC1可以M倍的标准速度再生，也可以1.5、2.5…N+.5倍的标准速度再生。因此，特技重放区无需一定要置于每一磁迹的视频区中。
虽然本发明是结合最佳实施例予以展示及描述，但本专业普通技术人员易于理解，在不背离本发明精神范围的情况下可有各种改进及修正。例如，虽然已经描述了视频数据的不同部分的数据结构，但本发明并不局限于这些结构而是可采用与本发明相一致的其它数据结构。
作为另一个例子，尽管描述了17、9、5和4倍于标准再生速度的再生速度，但本发明并不局限于这些再生速度，而是可以利用任何实际所期望的再生速度来实现记录数据的再生。
因而希望将所附的权利要求理解为其包括了本发明所述的实施例，以及上面提到的可变的实例及全部的相等效的实例。

Claims (18)

1.一种用于将数字视频数据信号记录在记录介质上的装置，它包括：
用于接收数字视频数据的装置；
用于提供所述数字视频数据信号的一部分作为可变速数据的装置；和
记录装置，用于将所述数字视频数据信号和所述可变速数据，分别记录在所述记录介质的连续磁迹的一个主区和一个边缘区，所述边缘区被置于每个所述轨道的一个位置，所述位置对应于快速再生模式中可被再生的一个磁迹区，在所述快速再生模式，所述记录介质能以大于标准速度的一个预定的快速速度传送，其中每个所述轨道的边缘区包括多个特技播放区，每个特技播放区用于存储一部分所述可变速数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述特技播放区被置于每个所述磁迹上的一个位置，所述位置对应于一个磁迹上的全部区域，在所述快速再生模式再生过程中所述磁迹可被扫描，使得在所述快速再生模式，每个磁迹的至少一个所述特技播放区被再生。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述快速度是比所述标准速度快整数倍M的速度，并且所述记录装置可被操作，以在M个磁迹的每一个上的相应特技播放区记录所述可变速度数据的相同部分，使得在所述快速再生模式再生过程中，在对所述磁迹的一次扫描之后所述可变速数据的基本上每个部分都被再生。
4.如权利要求3所述的装置，其中所说的整数倍M是一个奇数，而且所说可变速数据的几乎每一部分都是在以可变速再生模式中的所说磁迹的两次扫描之后被再生的；在所说可变速再生模式中的所说记录介质以等于比所说标准速度快L+0.5的可变速度而传输，其中L是从1至N的一个整数值，而N＝(M-1)/2。
5.如权利要求4所述的装置，其中所说的记录装置包括分别有第一和第二方位角的用于交替记录磁迹的第一和第二磁头，以使得记录在具有所说第一方位角的磁迹之中的几乎所有可变速数据在所说可变速再生模式中由所说第一磁头在所说磁迹的两次扫描中被再生出来。
6.如权利要求1所述的装置，其中所说的记录装置具有其间存在一间隙距离的两个记录磁头，且该装置可根据所说的两记录磁头的所说的间隙距离而可被操作，来在所说磁迹的每一条上的多个位置上的所说特技重放区进行记录。
7.如权利要求1所述的装置，其中所说的记录装置可被操作来记录在所说磁迹的每一条的多个位置上的所说的特技重放区，以使得在所说快速再生模式中至少有每一磁迹的所说特技重放区之一可以由彼此相距180°放置的一对再生磁头所再生，并可由相邻定位的磁头所再生。
8.如权利要求1所述的装置，其中在每一磁迹中包括视频区、音频区和一个子码区，所说的每一磁迹的边缘区主要是置于所说的音频区域之中。
9.如权利要求1所述的装置，其中所说的数字视频数据是一个高级电视(ATV)型的信号。
10.用于在一记录介质上记录数字视频数据的方法，包括有如下步骤：
接收数字视频数据；
提供作为可变速数据的所说数字视频数据的一部分；
在所说的记录介质的连续磁迹的主区和边缘中记录所说的数字视频数据和所说的可变速数据，所说的边缘区被置于每一所说磁迹的一个位置，它对应于在快速再生模式中可被再生的一个磁迹区，在所说的快速再生模式中，所说的记录介质能够以大于标准速度的一个预定的快速度所传送，其中每一所述磁迹的所述边缘区包括多个特技播放区，所述特技播放区用于存储一部分所述可变速数据。
11.如权利要求10所述的方法，其中所说的特技重放区置于所说的每一磁迹上的一个位置，该位置对应于在所说快速再生模式的再生期内可被扫描的全部区域，以使得每条磁迹的所说特技重放区至少之一以所说的快速再生模式所再生。
12.如权利要求11所述的方法，其中所说的快速比所说的标准速度快一个整数倍M的速度，并且所说的记录步骤是将所说的可变速数据的同一部分记录在M条磁迹的每一条之上相应的特技重放区中来执行，以使得所说的可变速数据的实际的每一部分在所说的快速再模式的再生期内的所说磁迹的一次扫描之后被再生出来。
13.如权利要求12所述的方法，其中所说的整数倍M是一个奇数，而且基本上所说可变速数据的每一部分是以可变速再生模式中的所说磁迹的两次扫描之后被再生的；在所说可变速再生模式中的所说记录介质以等于比所说标准速度快L+0.5倍的可变速而传输，其中L是从1至N的一个整数值，而N＝(M-1)/2。
14.如权利要求13所述的方法，其中所说的记录步骤包括分别以第一和第二磁头交替记录有第一和第二方位角的磁迹，以使得记录在具有所说第一方位角的每一磁迹中的所说可变速数据的实际全部数据在所说可变速再生模式中由所说第一磁头在所说磁迹的两次扫描而被再生出来。
15.如权利要求14所述的方法，其中所说的记录步骤是通过根据所说的两记录磁头的所说间隙距离而在每一所说的磁迹上的若干位置记录所说的特技重放而执行的。
16.如权利要求14所述的方法，其中所说的记录步骤是通过将所说的特技重放区记录在所说磁迹的每一条上的若干位置上而执行的，以使得在所说的快速再生模式中至少有每一磁迹的所说特技重放区之一可以由彼此相距180°的一对再生磁头所再生，并可由相邻定位的再生磁头所再生。
17.如权利要求10所述的方法，其中每一磁迹中包括视频区、音频区和一个子码区，所说的每一磁迹边缘区主要是置于所说的音频区域之中。
18.如权利要求10所述的方法，其中所说的数字视频数据是一个高级电视(ATV)型的信号。
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