CN1179559C - 具有dc移位器的电视信号记录/重放装置和方法 - Google Patents

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Abstract

记录和重放电视信号的装置和方法，以一直流(DC)移位器避免PAL+电视信号的压缩失真。该PAL+电视信号包括一个用于增强垂直分辨率的垂直分辨率信号，该垂直分辨率信号与某些视频分量信号包含在同一个压缩数据块中。这样的压缩数据块被移位到一个直流设定值，使得在这些压缩数据块中的信号不具有会导致压缩失真的不同的直流偏置。类似地，当重放时，在解压后去除直流设定值，由此以完整的垂直分辨率恢复原始电视信号。

Description

具有DC移位器的电视信号 记录/重放装置和方法
                           技术领域
本发明涉及数字式记录和重放一个电视信号，尤其涉及数字记录和重放一个PAL+电视信号。
                           背景技术
电视信号运用各种传输标准进行广播。PAL制式是主要在欧洲国家使用的这样一个标准。PAL+是PAL的第二代广播标准，比其原有的标准具有更优质的图像质量。PAL+标准的另一个与众不同的特点是电视图像的宽高比为9∶16，它比电视接收机至今主要使用的宽高比3∶4更加美观令人喜爱。如图27A所示，图27B的PAL+制式的图像被叠加在通常电视接收机的宽高比3∶4上，图像证明了两种标准在外表美观方面的不同。PAL+制式与PAL电视接收机兼容，因而PAL+电视信号是由PAL电视信号产生的。为获得9∶16的宽高比，一个垂直转换电路运用一个3到4分样处理将PAL+电视信号分样。
然而，分样处理破坏了PAL+图像的垂直分辨率。为了校正这种垂直损耗，PAL+标准在PAL+电视信号无效屏幕区的上部和下部(图28)传送一个垂直分辨率信号(以下称为辅助信号)。PAL+电视接收机利用该辅助信号重新修复损失的垂直分辨率。
然而，当PAL+信号被按数字式记录，例如就像在离散余弦变换DCT过程中所发生的，会出现问题。在DCT过程中，每个电视帧被分成像素块(如：8×8)，且每一块进行DCT变换。如图31所示，8×8DCT块扩展到储存辅助信号的上部无效屏幕区。随后，辅助信号区和主屏幕区在相同的DCT块中一起处理。由于DCT块和辅助信号之间的信号值差别很大，DCT处理过程计算出错误的DCT系数并产生最终的图像失真。在这种情况下，无效屏幕区包括来自电视图像中间的像素信息，如图32中所示最后失真影响到图像的中心。
                           发明内容
本发明的目的是提供一种防止DCT失真的电视信号记录/重放装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种电视信号记录/重放技术，  即将在包含一个垂直分辨率信号和一个视频分量信号的各个压缩数据块中的信号直流(DC)移位到一个直流(DC)设定值。
本发明的另一个目的是提供一种电视信号记录/重放技术，用于DC移位一个垂直分辨率信号到一个DC设定值。
本发明的又一个目的是提供一种电视信号记录/重放技术，即DC移位一个分量信号到DC设定值。
本发明的再一个目的是提供一种电视信号记录/重放技术用于数字式记录和重放一个PAL+信号而没有垂直分辨率的损失。
按照上述目的，本发明提供一种用于记录包括用于增强垂直分辨率的垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的电视信号的装置，它包括：用于将所述电视信号分成数字压缩的压缩数据块的装置，其中某些所述的压缩数据块包含所述垂直分辨率信号和所述视频分量信号；以及用于将所述某些压缩数据块中的所述垂直分辨率信号移位到一个直流设定值的装置，由此避免数字记录期间，在所述某些压缩数据块中因对不同直流偏置的信号的压缩而导致的压缩失真。
本发明还提供一种用于记录包括用于增强垂直分辨率的垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的电视信号的方法，它包括以下步骤：将所述电视信号分成数字压缩的压缩数据块，其中某些所述压缩数据块包含所述垂直分辨率信号和所述视频分量信号；以及将所述某些压缩数据块中的所述垂直分辨率信号直流移位到一个直流设定值，由此，避免在数字记录期间在所述某些压缩数据块中因对不同直流偏置的某些信号的压缩而导致的压缩失真。
本发明还提供一种从记录介质上重放一个包括垂直分辨率信号和一个代表视频图像的视频分量信号的数字信号的装置，该数字信号是压缩数据块的形式，且至少某些压缩数据块包括所述垂直分辨率信号和由不同直流偏置归一化为直流设定值的所述视频分量信号，所述装置包括：用于恢复所述某些压缩数据块的装置；以及用于将所述某些压缩数据块从所述直流设定值移位到所述不同的直流偏置以去除所述直流设定值的装置。
本发明还提供一种从记录介质重放一个包括垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的数字信号的方法，该数字信号是压缩数据块的形式，且至少某些压缩数据块包括所述垂直分辨率信号和所述由不同的直流偏置归一化到一个直流设定值的视频分量信号，所述方法包括以下步骤：恢复所述某些压缩数据块：以及将所述某些压缩数据块从所述直流设定值直流移位到所述不同的直流偏置值，由此所述直流设定值被去除。
本发明的DC移位器将一个在压缩数据块中的信号移位到一个DC设定值，以致于在数字记录期间，在压缩数据块中因压缩DC偏置不同的信号而产生的压缩失真可以避免。
当重放被数字式记录的电视信号时，本发明为了恢复记录的电视信号从压缩数据块中去掉该DC设定值。
由于垂直分辨率信号和视频分量信号都被归一化为一个DC设定值，在记录期间当信号被压缩时不会产生DCT失真。这样，上部无效区和电视信号的主屏幕区之间的边界处的压缩数据块不会导致DCT压缩问题以及最终图像的垂直分辨率被完全复原。
                           附图简述
图1是一个显示扫描行和DCT块之间的关系的示意图；
图2是本发明一个用于PAL+信号的记录装置的框图；
图3是一个PAL+信号数字归一化处理的示意图；
图4是图2的PAL+记录侧处理电路的框图；
图5是一个数字VCR记录侧的框图；
图6A到6E是记录在记录磁带上的信号电平示意图；
图7是一个数字VCR的重放侧的框图；
图8是本发明用于重放一个PAL+信号的重放装置的框图；
图9是图8的PAL+重放侧处理电路的框图；
图10A和10B是磁带磁道格式的示意图；
图11是磁带的每个磁道的排列的示意图；
图12是在磁带每个磁道中的数据排列的示意图；
图13是ID应用块的分层结构示意图；
图14A和14B是一个在磁带上每一个磁道中存储的数据特例的示意图；
图15所示为一个数据组结构的示意图；
图16所示为放置在图15所示的组中的一个首标的数据结构示意图；
图17所示为一个TR组的示意图；
图18所示是磁带磁道的一个音频格式的示意图；
图19A和19B是图18的前置同步块和后置同步块的示意图；
图20所示为设置在磁带上的图18中的音频同步块的示意图。
图21所示为在图20中音频组在磁带上的分布的示意图；
图22所示为记录在磁带上的一个视频区的示意图；
图23所示为一个可以包含辅助视频数据的视频同步块的示意图；
图24所示为堆放在缓冲区里的视频同步块的示意图；
图25所示为记录在磁带上的一个子码区的示意；
图26是一个子码同步块的示意图；
图27A和27B是一个常规接收机和一个PAL+接收机的示意图；
图28所示为一个PAL+信号的一行的分配和一个像素的分配的示意图；
图29A和29B是包括频域内PAL+信号的分量信号的曲线图；
图30A和30B是根据625行/50Hz系统的数字VCR记录的一个采样标准的示意图；
图31是包括辅助区和图像区的一列DCT块的示意图；以及
图32所示为由于图31DCT块的压缩而引起的失真影响。
                         具体实施方式
现在参见附图描述本发明，其中相同的标号表示相同或相似的部分。
PAL+标准
现在将更详细地描述PAL+标准，并尤其注意上述的失真问题。
如图28所示为用于传输对应一个电视图像帧的PAL+信号的格式。PAL+传输由以13.5MHz采样的PAL+信号的625行组成。采样从23行以采样数10开始。采样后的PAL+信号以4:2:2(Y:CB:CR)格式传输，意思是亮度信号每采样四次，蓝色差信号(CB)和红色差信号(CR)被采样二次。该4:2:2格式通过将PAL+信号划分成为两场、场1和场2(图28中所描述的两个彼此分开标明为“信箱”的区域)而产生，并在每个场中交替传送色差信号。由于蓝色差信号(CB)是B-Y，红色差信号(CR)是R-Y，因此亮度信号(Y)能够从场中的每一个色差信号中抽取出来。由于两个场都由在每行上的亮度信号(Y)组成，而每场都由交替的色差信号(CB，CR)组成，则4:2:2(Y:CB:CR)格式可以满足。
图30A和30B描述了PAL+标准怎样根据4:2:2传送格式从场1和场2的每一场中重结合样本。图30A表示由于场1和场2主区中的每一行都包含一个亮度信号(Y)，因此亮度信号(Y)被从每一个场中的每行中抽取出来，且通过交替从每个场中选择行而重新组合。这样，亮度信号(Y)从335，23，336，24，337，25等行按序列顺序抽取。另一方面，色差信号CB和CR位于场1和场2的每一场中交替的行上。例如，在场1中的23行包括色差信号(CR)以及场1中的后面的24行包括色差信号(CB)。这样，从中选择行的交替的场导致产生图30B所示图形，其中每两行包含同样类型的色差信号。可以看到，色差信号的采样率是亮度信号采样率的一半。
现在参见图28更详细地描述每场的内容。场1中的可利用区从23行上样本数为10的宽屏幕信号(WSS)开始，该信号指示辅助信号的存在。继在23行上的WSS信号之后是一个辅助基准色同步信号，用于解码接收电视装置中的辅助信号。用于场1的辅助信号分别在24行到59行和275行到310行上的场1的上部和下部无效屏幕区持续的过程中传输。接着，经分样及DCT处理的PAL+信号的图像数据，在场1的60行到274行上的主屏区期间传输。类似地，场2分别在336到371行和587到622行上的上部和下部无效屏幕区期间传送辅助信号。经分样和DCT处理的图像在372行到586行上场2的主屏区期间传送。场2最后一个有用行623行，包含白和黑电平基准信号，该信号被用来定义采样图像的值的范围。
亮度信号(Y)，色差信号(C)以及辅助信号具有如图29A和29B所示的频谱图形。从图29A中可注意到，亮度信号(Y)的中心频率近似2.5MHz，带宽5.0MHz；而色差信号(C)的中心频率近似4.43MHz，带宽近似1MHz。如图29B所示，辅助信号具有近似4.43MHz的中心频率，带宽近似5MHz。由于色差信号(C)和辅助信号具有相同的中心频率，因此可和处理色差信号(C)一样地处理辅助信号。然而，辅助信号的带宽(近似5MHz)比色差信号(C)宽得多(近似1MHz)，将辅助信号作为色差信号处理导致辅助信号的部分切除。
这样，就会产生这样的问题，当在色差信号处理期间辅助信号被部分切除时，则垂直分辨率不能恢复到它的全部图像质量。本发明解决了这个问题，如图29A所示，即通过将辅助信号与有足够宽的带宽容纳辅助信号的亮度信号(Y)一起进行处理。然而，亮度信号(Y)扩展到辅助信号所在的上部无效屏幕区。如所描述的那样，在重叠区中，辅助信号和亮度信号(Y)之间值的差别很大，导致DCT压缩失真。
亮度信号(Y)的DCT块扩展到上部无效屏幕区的原因，将参见图1作出解释。图1描述了场1和场2与每场的交替行结合为单个PAL+图像。该PAL+图像被分割成一个上部无效屏幕区，一个主屏幕区和一个下部无效屏幕区。DCT块A-G代表被进行DCT变换并描绘为叠放在PAL+图像上的矩形块的像素组。将会注意到，亮度块是8行长乘8个采样值宽且比色差块大两倍，如格式4:2:2(Y:CB:CR)所规定的那样。该块从335行开始且对于整个PAL+图像是每八行一重复的。这样，主屏区的亮度块(Y)的第一行开始于块A的第371行。
然而，371行如图1所示，是在上部无效屏幕区。这样，作为亮度信号(Y)处理的块的第一行就会重叠到上部无效屏幕区，且上述DCT失真问题就产生了。另一方面，会注意到，开始于主屏区亮度块最后一行的块B，并没有扩展到下部无效屏幕区且不存在DCT失真问题。还应该意识到色差块D，E，F和G并不受辅助信号的影响，因为辅助信号被作为一个亮度块处理而不是作为一个色差块来处理。这样，色差块可以扩展到上部和下部无效屏幕区而没有任何问题。因此，在最佳实施例中，DCT失真问题发生在上部无效屏幕区的亮度块中。
记录装置
为了解决DCT失真问题，本发明直流移位辅助信号。直流移位是通过图2所示PAL+录像机的记录装置利用图4中处理电路6来执行的，下面将作更详细的描述。
图2记录装置有一个输入端1用于接收和传递PAL+信号到一个Y/C分离电路2。该Y/C分离电路2将亮度信号((Y)和色度信号C分离，使得这些信号能被分别处理。该分离过程由同步分离电路15定时，这个电路根据由PAL+信号提供的水平和垂直同步脉冲决定当前采样的位置。
被分离的亮度信号(Y)传送到一个滤除高频噪音的低通滤波器(LPF)7a。所得滤波后的亮度信号(Y)被传送到一个模拟/数字转换器9a，按照4:2:2数据格式数字化为，例如，4比特的数据。
色度信号C被从亮度信号(Y)分离出来以后，被传送到PAL信号解码电路8，以更进一步分离成色差信号(B-Y)和(R-Y)。应该注意，在PAL+信号传输期间辅助信号伴随着色度信号(C)，因此被作为一个色度信号初始处理。被分离的色度信号被传送到低通滤波器7b和7c，以滤除高频噪音，然后又送到模拟/数字转换器9b和9c，以把每个色差信号数字化为两比特色差数据。可以理解，四比特的亮度信号(Y)，两比特的蓝色色差信号(CB)和两比特的红色差信号(CR)构成了PAl+标准的4:2:2数据格式。
模拟/数字转换器(9a-9c)如图3所示还将分量信号(Y，CB，CR)归一化。归一化调整每个像素的数字值，以致于所有像素都具有同样的标度。这确保每个像素都能显示正确的颜色。如图3所示，在PAL+标准范围内亮度信号(Y)所使用的标度从黑电平“16”到白电平“235”(中间电平“128”被看作“灰色”)。色差信号(CB，CR)被调节到“16”和“240”之间范围的一个标度。应该注意到，色差信号并不影响发光度，因而能够超过白电平“235”。还应注意，黑电平“16”被认为是一个消隐电平因为它在“0”以上。
在记录期间，无效屏幕区的信号被数字式VCR 50略去且必须以特殊方式记录。辅助信号在无效屏区是一个重要的信号因为它校正垂直分辨率，因而也必须被专门记录。在PAL+信号第23行上的WSS信号(图28)指示一个辅助信号即将来到且必须被专门记录。相应的基准色同步信号包括在辅助信号从PAL+信号抽出后去解码辅助信号所需的信息，并且它也必须被专门记录。这样，辅助信号，WSS信号和基准信号将被专门记录。如上所述，辅助信号和亮度信号一起被记录。为此提供了一个检测电路3和一个WSS/基准编码器4，把WSS和基准色同步信号重写到数字VCR 50以存储在记录介质上。
例如，当数字VCR不用来处理PAL+信号时，则可能会希望“消除”辅助信号。在另一种情况下，辅助信号带宽相对于数字VCR太宽，且在记录期间被部分切除。这时，辅助信号的出现是不利的，因为垂直分辨率无法恢复了。这样，一个辅助信号消除器模式电路5指示WSS/基准编码器4和处理电路6将无效屏幕区的信号(包括WSS信号，基准色同步信号和辅助信号)替换为稳定状态值。
被分离出来的信号(Y，CB，CR)传递到处理电路6进行专门处理。可以注意到，辅助信号在蓝色差信号CB线32上被传送到处理电路。
现回到图4，处理电路6将被更详细的显示。亮度信号Y被输入端25接收并被传送到转换开关21，当PAL+信号的主屏幕区被接收到时，这个转换开关21从端21a选择亮度信号(Y)。另一方面，在PAL+信号无效屏幕区传输期间，开关21从端21b选择辅助信号。然后被选择的信号传送到开关22进行更进一步处理，以下将作更详细的描述。
蓝色差信号(CB)和辅助信号由输入端32接收且传送到直流(DC)电平移位电路24和转换开关26。直流电平移位电路给接收到的信号加入了一个预定直流偏置(直流设定值)来匹配亮度信号)(Y)的直流偏置。在PAL+信号的无效屏幕区期间，辅助信号被输入到直流电平移位电路且开关21从端口21b将经直流电平移位后的辅助信号选择出来。在最佳实施例中，亮度信号(Y)经归一化后的值为“64”，且在无效屏幕区的信号是按此值进行直流电平移位的。这样，辅助信号从蓝色差信号(CB)线抽取出来并相对于亮度信号线(Y)归一化。结果，在上部无效屏幕区和主屏区之间的区域中的辅助信号是归一化的且DCT失真不会发生。
在主屏区传输期间，蓝色差信号(CB)实际上旁路直流电平移位电路(因为开关21不接通直流电平移位电路)且输出到开关26。类似地，红色差信号(CR)由输入端33接收后被转送到开关27。
开关22，26和27每个都是由跟踪并接收PAl+行数的行计数器(未示出)控制的。这些开关的意图是为了使在主屏区产生DCT失真的某些行归一化。这些行是在DCT块第一列(即，块A)的六行(60到62及372到374)。这样，在60至62行和372至374行传输期间，转换开关22转换到提供给22b端的归一化值64。类似地，转换开关26和27在60到62行和372到374行的传输期间，转换为灰色电平“128”。通过以这种方式控制转换开关22，26和27，在DCT块第一列内的亮度信号(Y)和辅助信号的电平被归一化为相同的直流设定值。这样，主屏区和上部无效屏幕区之间的电平差被消除，且DCT压缩失真(图32)被制止。
由转换开关22，26和27选择的信号被转送到辅助消除器电路23，此电路由输入端20接收到的辅助消除器信号控制。如所述的那样，一些数字VCR并非需要处理一个辅助信号或可能具有一个低于辅助信号的频带，结果使得垂直分辨率降低。这样，辅助消除器电路“消除”或取消在无效屏幕区期间传输的信号。特别是，辅助消除器电路23将无效屏幕区信号替换为归一化值。在最佳实施例中，归一化值是那些由开关22，26和27使用的相同值以致于使得所有由PAL+记录侧处理电路(图2)输出的信号归一化为相同的值。因而，辅助消除器电路以数值“16”代替亮度信号(Y)，以数值“128”代替色差信号(CB和CR)，以及以数值“64”代替在23行上的WSS信号。
亮度信号(Y)，辅助信号和色差信号(CB和CR)经PAL+记录侧处理电路如此处理后，从如图4所示的端口37，38和39输出。可以看到，亮度信号(Y)线(端子37)现载有亮度信号(Y)，也载有直流电平移位后的辅助信号，且都被直接传递到数字VCR 50(图2)的输入端52。另一方面，色差信号(CB和CR)在被送到数字VCR之前，要经过行排序。这是因为数据VCR将作为简单地识别为色度信号(C)的组合信号的色差信号记录在记录介质上。这样，行排序电路10交替地将色差信号组合到一条单输出线，并将这些信号转送至数字VCR的输入端53。
数字VCR
图2的数字VCR 50接收亮度信号(Y)，辅助信号和色差信号CB，CR，并将这些信号记录到记录介质上。现参照图5详细描述该数字VCR(图2)。该数字VCR在输入端52接收亮度信号(Y)和辅助信号，在输入端53接收色度信号(C)，在输入端62接收音频信号，并在输入端51接收WSS和基准信号。下面将更详细地描述数字VCR对这些信号的处理并通过记录磁头70将其写在记录介质上。
该亮度信号(Y)和色度信号(C)分别从输入端52和53输入，并被送到一个有效信息抽取电路55。该有效信息抽取电路可以去除无效屏幕区的无关信息(包括水平和垂直消隐时间期间)。另一方面，在有效屏幕期间(场1的23行到310行和场2的335到622行)传输的信息被送到块分割和混洗(shuffling)电路56。
该块分割和混洗电路接收PAL+信号的有效部分并将其分成准备进行DCT压缩的DCT块(例如，8×8)。块的混洗如此进行，使得在DCT压缩期间连续块之间的平均偏移基本保持相同。可以理解，由于块是随机地分配在记录介质上，这种混洗避免了数据由于磁头故障或磁带损坏而丢失。
混洗后的块已为DCT压缩作好了准备并被送至压缩电路57。可以看出，扩展到上部无效区的亮度块(例如，图1的块A)，已被PAL+记录侧处理电路6(图2)作DCT移位。由此，该压缩电路不再压缩具有较大差值的这些块例如当亮度块没有被直流移位的情况。这样，所得压缩数据块不会产生DCT系数的偏差，并避免了最终图像的失真。
虽然最佳实施例公开了一种优选的DCT电路，当然，其它类型的压缩也可以运用。在最佳实施例中的DCT压缩是通过利用离散余弦变换和可变长度编码规则对数据进行压缩的。这样的压缩电路包括：一个DCT电路：量化DCT变换数据系数的量化电路；一个估算器，估算编码总量并确定一个最佳量化器；以及一个可变长度编码电路，它压缩相应于两维码(例如霍夫曼码)的数据。
该压缩后的块应该安排在适合于VCR记录的帧中。这样，帧分割电路58接收该视频压缩数据块并将它们安排到一个帧中。例如，该帧可以对应图23所示的布局。在图21中，组50到55在磁带介质的每条磁道上是交错的，并且重复10个磁道，通过在几个不同位置记录这些块来减少由于记录磁头/磁带故障而引起的丢失数据的危险性。复合器(multiplexor)61(图5)将视频和音频同步块设置到组50-55中。下面将参照磁带格式更详细地解释磁道的分布。
VAUX产生电路60产生用于重组PAL+信号的视频部分的VAUX信息，并由VAUX加法电路59将该VAUX信息与成帧的视频数据组合。WSS和基准色同步数据是VAUX信息，并被存储在VAUX数据内称为TR组的一个特殊数据组中。该VAUX数据传送到VAUX加法电路的时间由控制器80控制，这样，该VAUX数据被加到帧中为VAUX数据保留的位置。图14B示出了在最佳实施例中使用的夹在音频及子码数据之间的视频数据磁道格式。图22是该磁道视频部分的详图，其中图23表示存储在同步块的数据部分中的VAUX数据。组合后的VAUX和视频数据随后送到复合器61，该复合器61在对应记录介质上的一个位置的合适时间将该视频数据和其它数据混合。这样，复合器确定记录视频数据到记录介质上的时间。
音频信号由端口62接收，以由数字VCR处理。最佳实施例的模拟/数字转换器63将该音频信号数字化，但却不需对其压缩，因为音频数据比视频数据简单。经数字化的音频数据被送到音频处理电路64，它将该音频数据按照预定的同步块组合。图18和19A-B是音频同步块格式的实例，下面将参照磁带格式对其进行详细描述。
AAUX产生电路66由控制器80从输入端51送入的信息产生辅助音频数据AAUX，并由AAUX加法电路65将该AAUX数据加入到音频数据中。如视频数据时的情况一样，该组合的AAUX和音频数据被送到复合器确定的记录磁头，由此，该组合数据被插入到用于音频数据的记录介质的区域。
当记录磁头定位到子码数据的区域时，该复合器将子码数据多路传输到记录介质上。在一个实施例中，该子码数据包括存储在记录介质的邻近区域的视频和音频数据的目录中的摘要信息。由高速搜索操作来存取该已记录的子码数据，这样就允许数字VCR快速扫描子码数据而不需要直接访问音频或视频数据。
这样，在记录介质处于与音频、视频或子码位置对应的位置时，该复合器选择视频，音频或子码来记录。然而，在被记录到这些位置之前，该混合后的数据送到一个误差校正编码电路68进行误差校正以为记录作准备。该误差校正编码将一个误差校正码加入到记录数据中。该误差校正码用在数字VCR的重放侧，通过检查重放区校正码是否正确来判断该信息是否有用。
频道编码电路69接收误差校正编码信号并在一个实施例中执行一个“24到25”的转换，使得数据按照数字VCR记录标准记录。频道编码电路还按照部分响应级4的格式将误差校正编码信号编码成数字VCR格式。
至此，数据已准备好由记录头70向记录介质上记录。该记录头用数字方法将频道编码信号记录在记录介质上，并完成记录过程。记录在记录介质上的实际信号落入图6A至图6E所示的范围。
图6A示出了PAL+信号23行上的WSS和基准色同步信号以一个数值范围记录在记录介质上。WSS信号的直流偏置示为具有值64的信号行的第一部分。后面的基准色同步信号表示为具有DC偏置“10”的信号的那部分。可以注意到，基准色同步信号的直流偏置比直流设定值“16”低。
可以理解，辅助信号(在图6A中作为色差信号CB，CR传输)的直流偏置是“128”。如上所述，辅助信号的“128”和亮度信号的“64”之间直流偏置值的差导致了DCT失真。然而，在本发明中，DC偏置的差别被校正，因而不会发生DCT失真。
下面，将参照图6B讨论在无效屏幕区期间出现的信号的DC偏置值。在这种情形下，辅助信号消除功能关闭，使得在无效屏幕区期间传输的信号被送到数字VCR。辅助信号具有“64”的DC偏置，且其波动范围是“108”。可以理解，辅助信号的最大变化由模拟/数字转换器9b(图2)归一化为“108”。从图6B可以看出，该辅助信号被DC移位到值“64”以与亮度信号的DC偏置匹配。值得注意的是，没有信号插入到图6A和6B中由“128”标注的水平直线所表示的任何一个色差信号行中。
图6C所示为亮度信号(Y)和色差信号(CB和CR)的主屏幕部分。可以注意到，  亮度信号(Y)的最大电平对应于100％的白基准电平“235”以及其最小值对应消隐电平“16”。该100％白基准电平定义在此电平下对应的图像是白色的电平，而消隐电平对应于正好在黑电平之上的色彩。色差信号定义色度，而不是亮度，因而可以具有一个比亮度信号(Y)的100％白基准电平235大的最大值“240”。然而，由于黑暗是亮度和色度信号均有的特征，则亮度信号和色差信号共用最小消隐电平“16”。
图6D表示分别锁定在“64”和“128”的亮度和色差信号。如参照图4所述，信号行转换到每一场主屏幕区的上面前三行的抑制电平(即，图1的前6行，60行到62行以及372到374行)。抑制信号行的电平还通过确保主屏幕区前六行(区域A，图1)具有与辅助信号一致的值范围来避免DCT失真。
图6E示出的是PAL+传输的623行上的基准信号。可以理解，623行在无效屏幕区，因此，除特殊记录外，它可以被VCR忽略。该图表示100％白基准电平从消隐电平“16”扩展到最大亮度电平“235”。它定义亮度信号的值，在该值下对应的图像变为亮度饱和并变白。
重放装置
现在，将参照图7-9描述经上述处理及记录的PAL+信号的重放。在最佳实施例中，图7示出了数字VCR的重放侧，且其重放侧是对称的，即，执行与数字VCR记录侧相反的操作。
重放头101从记录介质读出信号并将其传输到频道解码电路102。该频道解码电路执行与频道编码电路69(图5)相反的功能，因此，在这个实施例中执行“25到24”的转换，并以部分响应级4的格式对记录信号进行解码。
一个误差校正电路103检查由误差校正编码电路68(图5)插入到记录信号中的误差码是否正确。如果该误差码不正确，则误差校正电路执行误差校正，例如奇偶检验字节校正或命令重放头101重读记录介质。
信号分离器104按照重放数据的类型分离重放信号。由此，视频数据被分离并提供到相应的视频电路，即VAUX解码电路106和去成帧(deframing)电路105。类似地，音频数据被分离并提供到AAUX解码电路108和音频处理电路107。子码数据被分离并提供到子码解码电路109。
该VAUX解码电路从由分离器输出的视频信号中提取辅助视频数据。可以看到，该VAUX数据包括TR组(图17)，一个存贮WSS和基准色同步信号的特殊组。这个数据被送到控制器120，该控制器120将VAUX数据送至图8的WSS/基准编码电路152。当PAL编码器155(图8)正编码23行时，该控制器可以确定VAUX数据输出的时间。
提供到去成帧电路105的视频数据以图14B所示的固定布局记录在磁带介质上。这样，去成帧电路可从该帧的其它部分对视频部分作去成帧处理并将其送至扩展电路112。
该扩展电路执行与压缩电路57(图5)相反的功能，因此，执行一个相反的DCT变换。该扩展电路产生解压缩DCT块(即，块A，图1)，该DCT块被送至去混洗和解块电路113，电路113按照图1所示的行和采样顺序将块重排到相关图像中。
与有效信息抽取电路55(图5)相反，一个信号相加电路114将水平和垂直同步脉冲叠加到由去混洗和解块电路产生的PAl+信号之中。所得亮度(Y)和色度(C)信号经过输出端115和116输出到重放装置。
音频数据从分离器104输出到AAUX解码电路108，辅助音频数据被从那里取出并送到控制器。如视频数据一样，该辅助音频数据被送至重放装置(未示出)。
该子码数据被分离到子码解码电路109。在该子码数据对准重放头时，它被抽取出来并输出到重放装置(示示出)。
以这种方式，数字式记录的信号由图7的数字VCR的重放侧重放并送至下文将要详细描述的图8中的重放装置。
如上所述，控制器(图7)在PAL编码器155正对23行进行编码时将辅助视频数据的TR组送至图8的WSS/基准编码电路152。可以提供一个计数器(未示出)来计数PAL编码器当前正在处理的行数。在行23正进行如此处理时，即由编码器152从TR组抽取的WSS和基准色同步数据输出到Y/C混合器157时，开关156切换到156a端口。当PAL编码器155正在处理辅助信号或PAL+信号的主区域时，开关156设置到156b端，PAL编码器的输出送至Y/C混合器157。
亮度信号(Y)以及与亮度信号(Y)一起记录的辅助信号被直接送至PAL+重放侧处理电路151的输入端202。
另一方面，色度信号(C)在送至PAL+重放侧处理电路之前，从数字VCR送至行序列内插电路150。该行序列内插电路将色度信号(C)转换成色差信号(CB和CR)。经转换的色差信号随后送至PAL+重放侧处理电路作进一步处理。可以理解，亮度信号(Y)和色差信号(CB和CR)以与PAL+标准一致的4:2:2字节格式输入到PAL+重放侧处理电路。
如记录装置情况一样，重放装置还提供了一个辅助消除模式电路153，用于在数字VCR不能处理辅助信号或辅助信号的带宽比VCR可以处理的带宽宽时“消除”或抑制该辅助信号。在这种情况下，该辅助消除信号被送到WSS/基准编码电路和PAL+重放侧处理电路，表示该WSS/基准色同步信号和该辅助信号均要被消除。如记录时一样，响应辅助消除信号该亮度信号(Y)被抑制到“64”的直流电平，该色差信号(CB和CR)被抑制到“128”的直流电平。
下面将具体参照图9更加详细地描述PAL+重放侧处理电路151的操作。亮度信号(Y)和辅助信号由输入端202接收，并送到辅助消除电路210和一个DC电平移位电路211。该DC电平移位电路去除由给辅助信号提供与色差信号相当的DC电平的记录装置加入的DC设定值。
在辅助信号传送期间，开关212设置在212b端，经直流恢复后的辅助信号被送到蓝色差信号线。在其它时间，例如，当处理主屏幕区时，开关212设置在212a端，蓝色差信号直接送至辅助消除电路210。在这种情况下，加入到辅助信号中的DC设定值被去掉，且此时，该辅助信号代替色差信号(CB)。亮度信号(Y)和红色差信号(CR)直接送到辅助信号消除电路。
当辅助信号消除电路接通时，重放侧处理电路151通过抑制亮度信号(Y)线来“消除”该辅助信号。使用行计数器(未示出)来确定行数，由该行计数器触发辅助信号消除电路以“消除”在24到59行，275到310，336到371和587到622行的辅助信号。由于此时在这些行上没有信号传输，此时，色差信号线(CB和CR)被抑制到灰电平“128”。另一方面，当该辅助信号消除电路断开时，没有信号被抑制，这些信号直接通过辅助信号消除电路。
在这种方式下，PAl+重放侧处理电路将DC电平从辅助信号中除去，并将该辅助信号放回至蓝色差信号线(CB)。亮度信号(Y)和色差信号(CB和CR)从PAL+重放侧处理电路分别输出到数字/模拟转换电路154a，154b和154c，如图8所示，该数字/模拟转换电路将该视频分量信号从其数字形式转换成将要送入到PAL编码器编码的模拟形式。
该PAL编码器将色差信号行排序到色度信号(C)中。可以理解，当行计数器达到行23时，该PAL编码器还将基准色同步信号插入到色度信号线(C)。
编码后，亮度信号(Y)从PAL编码器输出并送到开关156。在主屏区重放期间，开关156设置在156b端，且编码亮度信号与色度信号和辅助信号一起被送至Y/C混合器157，其中色度信号和辅助信号是直接进入Y/C混合器的。该Y/C混合器重新将视频分量信号(Y)和(C)组合成PAL+传输信号提供到输出端161。该视频分量信号(Y)和(C)也可以输出到需要分别产生分量信号的系统的双端口158。
以这种方式，数字方式记录的信号被重放并处理以传输为一个PAL+信号。
磁带格式
在上述实施例中，已涉及到数字VCR使用的磁带格式。现参照图10A到26详细描述该磁带格式。虽然上述实施例描述了向和从磁带介质记录/重放PAL+信号，当然，也可以使用任何类型的记录媒体。
数字VCR使用螺旋形记录技术将磁道记录在记录介质上，其中，旋转磁头以相对沿磁头扫描方向传动的视频磁带的一个方位角旋转。图10A所示的结果磁道图形具有沿磁带介质倾斜分布的磁道。相应的图10B表示每一磁道均由一个“插入和跟踪信息”(ITI)首标开头，它包括在磁道中排列数据的信息。例如，该ITI首标指示音频区，视频区以及子码区从哪里开始。
该ITI区域包括不同的信息，如图11所示。该ITI区由一个前置同步码开始，该前置同步码包括1400比特，且当磁头重放数字信号时用作试转。在前置同步码后面的是标示同步块区的开始的包括1830比特的“起始同步块区”(SSA)。后面，该ITI包括90比特的存储所有磁道信息的“磁道信息区”(TIA)。该TIA包括三个字节的磁道应用ID(APT)，一个SP/LP标志，一个保留字节和一个“引导帧”(PF)，该引导帧表示伺服系统的基准帧。该TIA后面是280比特组成的后置同步码，用于提供磁道的边缘。
该磁道的剩余部分在由间隙(图12)隔开的区域(区域1、区域2......区域n)中分配。如图14B所示，这些区域可以是音频，视频或子码区域。该ITI指示这些区域从哪里开始/结束，和数字VCR使用该ITI迅速地找到并检索所希望的区域。
存储在TIA中的应用ID(APT)指定不同区域为视频区，音频区或子码区。如图13所示，该应用ID(APT)可以是一种分层应用ID。对于这样一种分层结构而言，包括若干树区的所有分支能够由数字VCR抽取。在这种方式下，对应视频图像的区域可以被彼此连成一串以使视频图像的重放变得容易。
视频磁带盒最好包括一个存储IC(MIC)。该磁带盒的MIC与数字VCR通信，并可用于记忆关于在视频磁带上记录的所有节目的诸方面。例如，该MIC可以标注一个预定节目，指定节目的重放顺序，指定重放一个静止图像(即一个照片)的预定场景，并延迟计时器的记录操作。
该MIC还具有一个如图13所示的位于高层的3字节的MIC的应用ID(APM)。与磁道的应用ID类似，该APM确定MIC的数据结构。
参见图14A和14B，说明一个指定磁道不同区域的应用ID的实例。当区域AP1，AP2及AP3中的每一个的应用ID设为＝000时，图14A所示的区域被分别指定为音频区，视频区和子码区，如图14B所示。当然，一个应用ID的任何数字表示可用于代表数据结构。
数字VCR以一个特殊格式将不同的数据结构记录在记录介质上。AAUX，VAUX，子码和MIC数据涉及关于视频图像的信息，并以图15所示的组结构写入。如图所示，一组AAUX数据由用作首标(PC0)的一个高层字节和用于数据的4个低层字节的5个字节(PC0......PC4)构成。在如图16所示的分层结构中，首标(PC0)高层的4比特可用作上层首标，首标的低层的4比特可用作下层首标。下面各层可由数据区(PC1......PC4)中的比特产生。如图20所示，组是以网格的形式安排在磁道中，例如，组(0......8)中的每一个对应一个AAUX组。每组固定为5字节长。然而，当向MIC中写入数据时，该组结构具有一个可变的长度。这样可以充满MIC以获得MIC的高效利用。
如图17所示，当PC0设置为66h(十六进制)时，该数据组被作为一个TR组。如上所述，该TR组包括视频图像信息，如WSS信号和100％白色基准信号。PC1的数据类型部分用于指示后面的数据为哪种类型。该TR组中的这一数据类型可以包括关于VBID，22行上EDTV-2 ID和285行上EDTV-2 ID的信息。另外，该TR组可以包含包括PC2中的WSS数据和PC4中的100％白色基准数据的数据类型的任何组合。由于100％白色基准信号在623行期间传输，且不被数字VCR记录，因此，最好100％白色基准信号也存储在该TR磁道中。
在图18所示的方案中，音频数据作为一个扇区存储在记录介质上。数字VCR将前置同步码，音频区和后置同步码沿磁道的音频区(图14B)中的每一磁道安排(frame)到该音频扇区中。该前置同步码包括一个400比特的起动(run-up)，随后是100比特的含有6字节的前置同步块的实际前置同步信息。该音频区域由图20的14个同步块(10,500比特)构成。即，每一个音频区包含图20中所示的组的网格排列。后置同步码(图18)包括50比特的后置同步块和500比特的保护区；提供该保护区可避免音频数据重叠到下一个视频扇区。
图19A和19B详细示出了前置同步块和后置同步块。该前置同步块示为具有6字节，包括一个SP/LP字节，它指示是选择了一个标准播放模式SP还是选择了一个慢放LP模式，并从图19B的后置同步块中省略。该前置同步和后置同步块还包括二个同步字节，后面还有三个识别字节(ID0，ID1和IDP)。
该音频同步块被集中记录在记录介质上，音频区(图18)以图20所示的每个磁道14个同步块为一组。即，在一个磁道的音频扇区的前九个音频同步块包括音频信息，而最后五个同步块用作奇偶校验信息。在音频同步块中的每个数据扇区的前五个字节用作AAUX组(图5)的五个字节。回忆在记录该信号之前，数字VCR 104执行“24到25”的转换，则每个磁道14个同步块的组的总比特长度如下式计算：
90×14×8×25÷24＝10,500字节
音频区最好包括奇偶校验扇区C1和C2。奇偶校验扇区C1已知为一个水平奇偶校验码，因为C1帮助数字VCR检测各个音频同步块的数据中的区域。另一方面，奇偶检验扇区C2已知为一个垂直奇偶检验码，因为C2帮助数字VCR在所有的同步块中确定什么将作为垂直误差。
数字VCR以图21所示的方式将包含14个音频同步块的数据组记录在记录介质上。图21中的每个组数(0......8)代表图20中构成同步块的数据部分的组(0......8)。组50到55每一个均由音频数据构成，组(a......g)由任选音频数据构成。这些组排列成所示的网格并重复穿过磁道1到10，以确保即使由于机械故障而丢失一部分数据，每个数据组中的信息也可以在重放操作中得以恢复。由于这样的排列，即使一部分记录介质被腐蚀，也可确保音频数据的恢复。
如图23所示，视频数据以与音频数据类似的方式存储在同步块中。如音频的情况一样，视频扇区(图22)包括一个前置同步码，一个视频区和一个后置同步码。然而，由于视频数据比音频数据更广泛，在视频扇区中使用的视频同步块和每个视频同步块的字节均比音频扇区中的多，如图22中的比特分配所表示的。特别是，视频扇区由111,750比特(与音频扇区的10,500比较)构成，而保护区由925比特构成(与音频保护区的500比特比较)。由于视频数据量比音频数据量大，且需要更多的保护比特以确保视频数据不重叠到记录介质的相邻区域中，视频数据的保护区比音频数据的要大。该视频同步块也可以包括图23所示的奇偶校验扇区C1。
图24中的缓冲区存储在记录介质的磁道上视频扇区的视频区内。由于每个缓冲区(BUF0到BUF26)包括5个视频同步块，则在每一个磁道上27个缓冲区总共产生135个视频同步块。与音频区域一样，视频区提供有水平奇偶检验码C1和垂直奇偶校验码C2以确保数字VCR将准确地重放存储的视频数据。前两个同步块，每个缓冲区的前五个字节，以及最后一个缓冲区(BUF26)之后的同步块可留为空白以提供一个边缘，这样，数字VCR 104的重放头可准确地调到合适的视频同步块。
和音频数据一样，视频数据在被记录到记录介质上之前，由数字VCR的“24到25”的转换处理加以转换。经该转换过程之后，视频扇区总共的比特长度如下：
90×149×8×25/24＝111,750比特
子码数据也以数据组的排列记录在记录介质上。如图25所示，该子码扇区包括1200比特的前置同步码，1200比特的子码区以及1325或1200比特的后置同步码。与音频和视频区不同，子码扇区的前置同步码没有前置同步块，子码区的后置同步码也没有后置同步块。这是因为该子码扇区在搜索期间为了索引(indexing)被频繁地重写，并且在搜索期间每次更新前置同步和后置同步块很浪费时间。该子码扇区最好包含12个子码同步块，且每个子码同步块包括5个前置同步字节，5个数据字节和奇偶检验码字节C1，如图26所示，这样，形成一个12字节的同步块。
该子码数据同样由数字VCR的“24到25”的转换处理进行转换，且该子码扇区的总比特长度如下：
12×12×8×25/24＝1200比特
因此，本发明提供了一种将PAL+信号数字记录到记录介质上并从其中无DCT失真地重放该信号的记录/重放装置及方法。可以理解，在所附权利要求的范围内，本发明也可由这里具体描述以外的其它方式实施。

Claims (33)

1、一种用于记录包括用于增强垂直分辨率的垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的电视信号的装置，它包括：
用于将所述电视信号分成数字压缩的压缩数据块的装置，其中某些所述的压缩数据块包含所述垂直分辨率信号和所述视频分量信号；以及
用于将所述某些压缩数据块中的所述垂直分辨率信号移位到一个直流设定值的装置，由此避免数字记录期间，在所述某些压缩数据块中因对不同直流偏置的信号的压缩而导致的压缩失真。
2、如权利要求1的装置，其中所述用于直流移位的装置包括一个提供所述垂直分辨率信号和所述视频分量信号的预定电视行的输入端。
3、如权利要求2的装置，其中所述用于直流移位的装置包括一个直流电平移位装置，用于将所述垂直分辨率信号移到一个预定的归一化值。
4、如权利要求3所述的装置，其中所述的直流电平移位装置包括一个开关装置，用于将所述的视频分量信号切换到固定在所述预定归一化值的静噪信号。
5、如权利要求3的装置，其中所述用于直流移位的装置还包括垂直分辨率消除装置，用于通过将所述垂直分辨率信号切换到静噪信号电平来消除所述垂直分辨率信号。
6、如权利要求5所述的装置，其中所述电视信号是包括亮度信号和色差信号的PAL+信号，所述垂直分辨率信号与所述色差信号一起提供，所述装置还包括用于从所述色差信号中抽取所述垂直分辨率信号并将所述垂直分辨率信号加入到所述亮度信号中的装置，所述亮度信号具有与所述色差信号不同的DC偏置。
7、如权利要求6的装置，其中所述某些压缩数据块包括所述亮度信号和所述垂直分辨率信号。
8、如权利要求5的装置，它还包括一个用于数字记录所述压缩数据块的数字VCR。
9、如权利要求8所述的装置，其中该数字VCR包括用于DCT变换所述压缩数据块的一个离散余弦变换压缩器。
10、一种用于记录包括用于增强垂直分辨率的垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的电视信号的方法，它包括以下步骤：
将所述电视信号分成数字压缩的压缩数据块，其中某些所述压缩数据块包含所述垂直分辨率信号和所述视频分量信号；以及
将所述某些压缩数据块中的所述垂直分辨率信号直流移位到一个直流设定值，由此，避免在数字记录期间在所述某些压缩数据块中因对不同直流偏置的某些信号的压缩而导致的压缩失真。
11、如权利要求10的方法，其中所述的直流移位步骤是将所述的垂直分辨率信号和所述视频分量信号的预定电视行移位到一个归一化的直流设定值。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述直流移位步骤包括：将所述视频分量信号切换到固定在所述归一化直流设定值的静噪信号。
13、如权利要求12的方法，其中所述的直流移位步骤还包括：通过将所述垂直分辨率信号切换到静噪信号电平来消除所述垂直分辨信号。
14、如权利要求13的方法，其中所述电视信号是包含一个亮度信号和色差信号的PAL+信号，所述垂直分辨率信号与所述色差信号一起提供，该方法还包括从所述色差信号中抽取所述垂直分辨率信号并将所述垂直分辨率信号加入到所述亮度信号中，所述亮度信号具有与所述色差信号不同的直流偏置。
15、如权利要求14的方法，其中所述某些压缩数据块包括所述亮度信号和所述垂直分辨率信号。
16、如权利要求13的方法，还包括数字记录所述压缩数据块的步骤。
17、如权利要求16的方法，其中数字记录的步骤包括将所述压缩数据块进行离散余弦变换。
18、一种从记录介质上重放一个包括垂直分辨率信号和一个代表视频图像的视频分量信号的数字信号的装置，该数字信号是压缩数据块的形式，且至少某些压缩数据块包括所述垂直分辨率信号和由不同直流偏置归一化为直流设定值的所述视频分量信号，所述装置包括：
用于恢复所述某些压缩数据块的装置；以及
用于将所述某些压缩数据块从所述直流设定值移位到所述不同的直流偏置以去除所述直流设定值的装置。
19、如权利要求18的装置，其中所述用于直流移位的装置将所述直流设定值从所述垂直分辨率信号中去除。
20、如权利要求19的装置，其中所述用于直流移位的装置将所述直流设定值从所述垂直分辨率信号中去除。
21、如权利要求20的装置，其中，所述用于直流移位的装置包括一个直流电平移位装置，用于将所述垂直分辨率信号移位一个预定的量。
22、如权利要求21的装置，其中所述用于直流移位的装置还包括垂直分辨率消除装置，用于通过将所述垂直分辨率信号切换到一个静噪电平而选择消除所述垂直分辨率信号。
23、如权利要求22所述的装置，其中所述电视信号是包括亮度信号和色差信号的PAL+信号，所述垂直分辨率信号与所述亮度信号一起存储在所述记录介质上，所述装置还包括从所述亮度信号中抽取所述垂直分辨率信号，并将所述垂直分辨率信号加入到所述色差信号中的装置，所述亮度信号具有一个与所述色差信号不同的直流偏置。
24、如权利要求23的装置，其中所述某些压缩数据块包括所述亮度信号和所述垂直分辨率信号。
25、如权利要求24的装置，它还包括一个用于从所述记录介质数字重放所述PAL+信号的数字VCR。
26、如权利要求25的装置，其中所述数字VCR包括用于解压所述压缩数据块的逆离散余弦变换解压装置。
27、一种从记录介质重放一个包括垂直分辨率信号和代表视频图像的视频分量信号的数字信号的方法，该数字信号是压缩数据块的形式，且至少某些压缩数据块包括所述垂直分辨率信号和所述由不同的直流偏置归一化到一个直流设定值的视频分量信号，所述方法包括以下步骤：
恢复所述某些压缩数据块：以及
将所述某些压缩数据块从所述直流设定值直流移位到所述不同的直流偏置值，由此所述直流设定值被去除。
28、如权利要求27的方法，其中所述直流移位步骤从所述垂直分辨率信号中去除所述直流设定值。
29、如权利要求28的方法，其中所述直流移位步骤还包括：通过将所述垂直分辨率信号切换到静噪电平来选择消除所述垂直分辨率信号。
30、如权利要求29的方法，其中所述电视信号是包括亮度信号和色差信号的PAL+信号，所述垂直分辨率信号与所述亮度信号一起存储在所述记录介质上，它还包括从所述亮度信号中抽取所述垂直分辨率信号并将所述垂直分辨率信号加入到所述色差信号中的步骤，所述亮度信号具有与所述色差信号不同的直流偏置。
31、如权利要求30的方法，其中所述某些压缩数据块包括所述亮度信号和所述垂直分辨率信号。
32、如权利要求31的方法，它还包括从所述记录介质上数字重放所述PAL+信号的步骤。
33、如权利要求32的方法，其中所述数字重放的步骤包括对所述某些压缩数据块的逆离散余弦变换。
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