CN1255704A - 数据处理装置和数据记录装置 - Google Patents

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Abstract

一种混洗表存储器具有通过路径从外部存储器写入的混洗表。外部存储器存储与要混洗的视频数据的格式相对应的多个混洗表。依据格式确定的结果选择的混洗表存储在混洗表存储器中。混洗表存储器接收从输入的数据中分离出的IDi作为地址,并且输出转换的地址ID0。由混洗表存储器产生的地址ID0用作将数据写进数据累加存储器中的写地址。通过顺序地改变读地址,从数据累加存储器中读取混洗过的数据。

Description

数据处理装置和数据记录装置
本发明涉及一种数据处理装置和数据记录装置，例如，用于将图像数据记录在带形记录媒体中和从该记录媒体中再现图像数据。
已经公知，数字盒式磁带录像机(VCR)是一种将数字图像信号记录在磁带中和从记录媒体中再现数据记录的数据记录和再现装置的典型代表。在数字图像记录单元的记录处理部分中，进行称作混洗(shuffing)的处理，以同原始顺序不同的顺序对数据进行重新排列。由于下列原因执行混洗操作。
第一，通过执行混洗分散由于磁带上的划痕引起的突发错误(burst error)以增加在错误校正码(ECC)中的抗差错能力。在许多情况下应用乘积码作为ECC。通过在垂直方向将外部码编码应用到二维视频数据或音频数据中和在水平方向应用内部码编码以对数据符号进行双重编码得到乘积码。数据形成的数据集、外部码奇偶校验和内部码奇偶校验称为一个ECC块。
如图17A所示，在一ECC块中的数据记录在螺旋扫描型VCR中的一个磁道上。如图17B中的阴影所示，在这个磁道中产生了数量极大的差错，这些差错是由在螺旋扫描型VCR中的磁头止动器引起的。在这种情况下，根据ECC的差错校正能力是不能校正这些差错的，因而无法再现整个ECC数据块。
另一方面，如图18A所示，当对在一个ECC块中的数据进行混洗，并将其数据记录在许多磁道中时，即使如图18B所示，在整个磁道产生了突发错误，在再现处理中，通过与在再现处理中的混洗相反的处理(去混洗(deshuffling))将错误分散，由此将错误抑制在一个ECC块中，以便能够校正错误。假设内部码的流向与记录和再现方向相符合，则通过外部码以高的概率校正突发错误。
第二，通过执行混洗可以成功地进行隐蔽式的处理，以便难以校正的错误变得不那么显著。换句话说，当校正错误失败时，应用在错误隐藏处理中的图像的空间冗余或时间冗余产生内插的图像。在混洗中控制由于突发错误引起的不可再现的像素的分布以制造适合于隐蔽的条件。当校正失败时，结合混洗和隐蔽，可以便再现的图像更易于观看。
图19A和19B说明了混洗的第二个优点。图19A所示为通过应用混洗在显示屏上将一个磁道的损失分散的情况。图19B所示为通过混洗将一个磁道的损失集中地显示在显示屏的一部分中的情况。依据所记录的数据是压缩数据还是非压缩数据选择这两种混洗中的一种。在图19A中所示的情况对非压缩的视频数据有效。在图19B中所示的情况对压缩的视频数据有效。根据错误隐蔽方法是在空间域中应用周围的正确的像素内插一个错误像素还是在时间域中应用在先的帧中正确的数据来内插一个错误像素，效果不同。
第三，执行混洗以使在变速再现过程中更易于观看所再现的图像，在变速再现中，以不同于应用在记录中的磁带速度执行再现操作。因为，在变速再现中磁头扫描许多磁道，所再现的图像数据零粹地从许多磁道中集中起来。根据在变速再现中磁带的速率，将能够零粹地再现的图像数据和不能够零粹地再现的图像数据都可能定位在显示屏的某一位置上。在这种情况下，在变速再现中一部分图像不能更新，由此所再现的图像的内容就难于理解。混洗可以解决这一问题。
图20A和20B说明了混洗的第三个优点。如图20A所示，通过混洗将记录在一部分磁道中的图像数据分散在显示屏上。相反地，如图20B所示，记录在一部分磁道中的图像数据可以集中地显示在显示屏的一部分上。与在混洗的第二个优点中所描述的方法相同，哪一种混洗方法有效取决于数据情况：即压缩数据还是非压缩数据。换句话说，在图20A中所示的方法对非压缩视频数据有效。在图20B中所示的方法对于压缩视频数据有效。
如上文所述，当应用带形记录媒体时，混洗是提高再现图像质量的有效方法。通过考虑在磁带上的记录格式、ECC块的结构和所有的输入图像的格式确定使用哪一种混洗形式(以后称为混洗模式)。通常，通过一合适的表达式来表示一种混洗模式，并且安装执行处理该表达式的计算电路。
在已经发展了数字广播的环境里，使用各种形式的视频和音频格式(每种格式都包括一场频、行数、隔行扫描/逐行扫描、荧光屏大小和纵横比)。因此，人们希望数字VCR能够处理多种视频和音频格式。然而，当改变了输入图像的格式或记录数据率时，在常规的数字VCR中，要求重新设计并安装能够执行最适合的混洗模式的混洗电路。在处理多种格式的图像中VCR缺乏灵活性。
因此，本发明的一个目的是提供一种数据处理装置和数据记录装置，它允许执行适合多种输入数据格式中每一种格式的混洗处理。
在本发明的一方面中，通过提供一种能够以不同于初始顺序的顺序对数字信息数据进行重新排列的数据处理装置来实现上述目的，该装置包括一混洗表存储器，用于存储混洗表、接收指示在输入数据序列中数据单元位置的作为地址的位置信息，和输出依据混洗表通过转换位置信息得到的转换过的位置信息，和将从许多混洗表中选择的混洗表存储进混洗表存储器的装置。
在本发明的另一方面中，通过提供一种能够以不同于初始顺序的顺序对数字信息数据进行重新排列并将所重新排列的数字信息数据记录到带形记录媒体的数据处理装置来实现上述目的，该装置包括一累加数字信息数据的数据累加存储器；混洗表存储器，其用于存储混洗表、接收指示在输入数据序列中数据单元位置的作为地址值的位置信息，和输出依据混洗表通过转换位置信息得到的数据累加存储器的写或读的地址，和将从许多混洗表中所选择的混洗表存储到混洗表存储器中的装置；对数据累加存储器的至少一个输入数据和输出数据应用错误校正码编码的错误校正编码器；和将由错误校正编码器编码的错误校正数据记录到带形式记录媒体的记录装置。
依据输入数字信息数据的格式(视频数据和/或音频数据)从许多混洗表中选择一个混洗表。由此，能够对所输入的具有多种格式的数字信息数据进行混洗。由于混洗模式是以一种表的形式提供的，因而这种混洗比由一表达式所提供的混洗复杂得多，由此提高了抗差错能力。成功地隐蔽错误成为可能。此外，提高了在变速再现中图像的质量。
图1为依据本发明的一个实施例的记录和再现装置的记录侧的装置方块图；
图2为依据本发明的一个实施例的记录和再现装置的再现侧的装置方块图；
图3所示为磁道格式的一个例子；
图4A、B、C所示为磁道格式的另一个例子；
图5A、B、C、D、E所示为多个同步块结构的例子；
图6A、6B和6C所示为加到同步块(sync block)中的ID和DID的内容；
图7A和7B所示为视频编码器的输出方法和可变长度编码；
图8A和8B所示为视频编码器的输出的顺序的重新排列；
图9A和9B所示为将重新排列顺序的数据组合成同步块的处理；
图10A和10B所示为视频数据和音频数据的错误校正码；
图11为记录信号处理部分的特定的方块图；
图12所示为一混洗部分的基本结构的方块图；
图13所示为一应用存储器-写-地址的控制方法的混洗部分的结构方块图；
图14所示为将混洗部分应用到数字VCR中的情况时，应用存储器-写-地址的控制方法的混洗部分的结构方块图；
图15所示为一应用存储器-读-地址的控制方法的混洗部分的结构方块图；
图16所示为将混洗部分应用到数字VCR中的情况时，应用存储器-读-地址的控制方法的混洗部分的结构方块图；
图17A和17B所示为产生了许多错误的情况；
图18A和18B所示为混洗的第一个优点；
图19A和19B所示为混洗的第二个优点；
图20A和20B所示为混洗的第三个优点。
下文描述将本发明应用到数字VCR中的一实施例。这个实施例适合于在广播电台的环境中，并且允许记录和再现具有许多各种彼此不相同的格式的视频信号。例如，应用几乎相同的硬件，对在基于NTSC制式(全国电视系统委员会制式)的隔行扫描中有效行数达480的信号(480i信号)以及在基于PAL制式(逐行倒相制式)系统的隔行扫描中有效行数达576的信号(576i信号)都能够记录和再现。此外，使记录和再现在隔行扫描中具有1080行的信号(1080i信号)和在逐行扫描(非隔行扫描)中具有480、720和1080行的信号(480p、720p和1080p信号)都成为可能。
在这个实施例中，视频信号和音频信号都是依据第二代运动-图像-专家组(MPEG2)方法压缩编码的。作为一般公知，MPEG2是通过应用离散余弦变换(DCT)压缩编码和运动补偿预测编码的结合。MPEG2数据具有分层结构，从底层起其包括块层、宏块层、片(slice)层、图像层、图像组层(GOP)和序列层。
块层是由DCT块形成的，其是应用DCT的单元。宏块层是由许多DCT块形成的。片层包括标题部分和不延伸过直线边界是的任何数量的宏块。图像层是由标题部分和许多片构成。一个图像对应一个显示屏。GOP层包括标题部分、基于帧内编码的内编码图像(I图像)和基于预测编码的预测编码图像(P图像)和双向预测编码图像(B图像)。
通过应用包围在图像中的信息得到I图像。因此，仅用I图像本身的信息就能够解码。通过应用I图像或应用在时间域中先前定位并已经作为预测图像(差值的参考图像)解码的P图像得到P图像。已经应用运动补偿的预测图像的差值的编码和没有得到差值的编码哪一种更有效，这要以宏块为单元来选择。作为预测图像(差值的参考图像)，通过应用三种类型的图像得到B图像，即：在时间域中先前定位并已经解码的I图像或P图像、在时间域中随后定位并已经解码的I图像或P图像和应用这两者产生的插值图像。对三种类型的图像在应用运动补偿和内部编码后哪一种最有效要以宏块为单元来选择。
因此，宏块包括帧内编码宏块、前向帧间预测宏块(其中从过去预测将来)、后向帧间预测宏块(其中从将来预测过去)和双向宏块(其中执行双向预测)。在I图像中的所有的这些宏块都是帧内编码宏块。P图像包括帧内编码的宏块和前向帧间预测宏块。B图像包括上述四种类型的宏块。
GOP至少包括一I图像，并且可以不包括P图像或B图像。作为最高层的序列层是由标题部分和许多GOP形成的。
在MPEG格式中，片是一种可变长度的码序列。在可变长度的码序列中，在没有对可变长度的码进行解码时不能检测数据界限。
在每个序列层、GOP层、图像层、片层和宏块层的开始部位都配置有一个具有以字节为单元排列的预定位模式的标识码(称为起始码)。如上所述的每个层的标题部分集中地包括一标题和扩展数据或用户数据。序列层的标题包括图像的大小(在水平方向和垂直方向上的像素数量)。GOP层的标题包括时间码和组成GOP的图像的数目。
包含在片层中的宏块是许多DCT块的集合。通过将可变长度编码应用到具有连续的零系数次数(运行(run))的量化DCT系数序列中及其随后作为一单元被处理的非零序列(层次(1evel))中，得到DCT块的编码序列。没有将以字节为单元排列的标识码附加在宏块中或在宏块中的DCT块中。换句话说，宏块或DCT块不是可变长度编码序列。
通过将图像分成16行×16象素的格形的块得到宏块。例如，通过连接在水平方向的宏块形成片。在连续的片中，一个片的最后宏块与下一片的第一宏块接续。不允许在片中的两个宏块之间有重叠。当确定显示屏的尺寸后，每个显示屏的宏块的数目就唯一地确定了。
比较可取的是，对编码数据进行编辑以避免由解码和编码引起的信号劣化。为了对P图像或B图像进行解码，需要时间域中先前所处的图像或先前以及随后的图像。因此，不能将一个编辑单元设定到一个帧中。考虑到这一点，在本发明中一个I图像形成一个GOP。
例如，将记录一帧记录数据的记录区设定到预定记录区中。因为在MPEG2中应用可变长度编码，控制在一个帧中产生的数据量以便在一个帧中产生的数据能够被记录到该预定的记录区中。此外，为了适合于向磁带中记录，在本发明的实施例中一个片由一个宏块形成，并且将宏块放置在一具有预定长度的固定帧中。
图1为依据本发明的实施例的记录和再现装置的记录侧的结构视图。在记录的过程中，通过一个预定接口，比如串行数据接口(SDI)的接收部分，将数字视频信号输入到端子101。SDI是由SMPTE定义的接口，以便发射4∶2∶2组分的视频信号、数字音频信号和附加数据。在视频编码器102中，输入的视频信号接收DCT(离散余弦变换)处理，并转换成系数数据，该系数数据是经可变长度编码的。从视频编码器102中输出的可变长度编码(VLC)数据是一种符合MPEG2的基本流。将这种输出输送到选择器103的一个输入端。
将具有串行数据转换接口(SDTI)格式的数据输入到一输入终端140。这种接口由ANSI/SMPTE 305M定义。由SDTI接收部分105同步检测这种信号。将其临时存储在一缓冲器中并取出基本流。将所取出的基本流输入到选择器103的另一个输入端。
将从选择器103中选择和输出的基本流输送到流转换器106中。通过在所有的构成一个宏块的许多DCT块中的他们的频率分量，流转换器106收集依据MPEG2技术规范排列在每个DCT块中的DCT系数，并重新排列所收集的频率分量。将重新排列转换的基本流输送到组合和混洗部分107。
由于已经将在基本流中的视频数据进行了可变长度编码，每个宏块的数据长度不相等。组合和混洗部分107将宏块放入固定帧中。不适合放入该固定帧中的部分被随后放入到在另一个固定的帧中的空白区中。将系统数据，比如时间码，从输入端子108输送到组合和混洗部分107，并接收与图像数据相同的方式的记录处理。在下面这种情况下也执行混洗：重新排列在一个帧中以扫描顺序产生的宏块，并且分散在磁带上的宏块的记录位置。通过这种混洗，即使在变速再现过程中数据被零碎地再现时，也能够提高图像的更新率。
组合和混洗部分107将视频数据和系统数据(以后包含系统数据的数据也被称为视频数据，在特殊情况中除外)输送到外部码编码器109。将乘积码用作视频数据和音频数据的错误校正代码。通过在垂直方向将外部码编码应用到二维视频数据或音频数据和在水平方向将内部码应用到对数据符号进行双重编码上从而得到乘积码。一种Reed Solomon码可以用作内部码和外部码。
将外部码编码器109的输出输送到混洗部分110。在这里进行混洗，在混洗过程中以同步块为单元重新排列许多ECC块。以同步块为单元执行的混洗防止错误聚集在某一ECC块中。在混洗部分110中执行的混洗也被称为交织法。将混洗部分110的输出输送到混合部分111中，并与音频信号混合。混合部分111是由下文将要描述的主存储器构成的。
音频数据输入到输入端子112。在本实施例中处理非压缩数字音频信号。在输入侧中的SDI接收部分(未示)中或在SDTI接收部分105中分离数字音频信号，或通过一个音频接口输入。输入的数字音频信号通过一延迟部分113输送到一AUX附加部分114中。延迟部分是用于使在音频信号和视频信号之间的定时匹配。输入到一输入端子115的音频AUX是包括与音频数据相关的信息的辅助数据，比如音频数据的采样频率。将音频AUX加入到在AUX附加部分114中的音频数据中，并与处理音频数据相同的方式进行处理。
将从AUX附加部分114中输出的音频数据和AUX(以后将包括AUX在内的数据也称为音频数据，除了特殊情况外)输送到外部码编码器116中。外部码编码器116将外部码编码应用到音频数据中。外部码编码器116的输出输送到混洗部分117中，并且进行混洗处理。作为音频混洗，执行以同步块为单元的混洗和以通道为单元的混洗。
将混洗部分117的输出被输送到混合部分111中，将视频数据和音频数据混合以形成单通道数据。将混合部分111的输出输送到ID附加部分118。ID附加部分118加入包含指示同步块号的信息的ID。将ID附加部分的输出输送到内部码编码器119中，执行内部码编码。将内部码编码器119的输出输送到同步加法部分120中，并将同步信号加入到每个同步块中。由于加入同步信号，形成了由连续同步块形成的记录数据。通过记录放大器121将这种记录数据输送到旋转头122，并记录在磁带123中。记录头122实际上是安装在旋转鼓上的多个磁头。所述的磁头产生邻近的磁道，并且彼此有不同的方位角。
根据需要可以对记录的数据进行加密处理。在记录数据中可以执行数字调制。并且可以进一步应用第四级部分响应(partial response class 4)和维特比码。
图2为依据本发明实施例的再现侧的结构视图。通过旋转磁头122从磁带123中再现的再现信号通过再现放大器131输送到同步检测部分132中。对再现信号进行均衡和波形整形处理。此外，依据需要还可以应用数字调制的解调和维特比解码。同步检测部分132检测加入到同步块开始部位中的同步信号。利用同步检测，取出同步块。
将同步检测部分132的输出送到内部码编码器133，对内部码进行差错校正。将内部码编码器133的输出输送到ID内插部分134，在此对同步块的ID进行内插，在该同步块中通过内部码比如同步块号已经发现了差错。将ID内插部分134的输出输送到分离部分135，将视频数据和音频数据分离。如上文所述，视频数据包括由MPEG的内编码(intra-encoding)产生的DCT系数数据和系统数据。音频数据包括PCM(脉冲码调制)数据和AUX。
将视频数据从分离部分135中输送到去混洗部分136中，进行与混洗相反的处理过程。去混洗部分136执行处理以恢复在记录侧的混洗部分110中的以同步块单元混洗过的数据。将去混洗部分136的输出输送到外部码解码器137中，并对外部码进行差错校正。如果产生了不能校正的差错，指示是否发生错误的错误标记表明已经产生了错误。
将外部码解码器137的输出输送到去混洗和分解部分138中。去混洗和分解部分138执行处理以恢复在记录侧的组合和混洗部分107中以宏块为单元进行混洗过的数据。去混洗和分解部分138还分解在记录过程组合的数据。换句话说，以宏块为单元改回数据的长度以恢复初始的可变长度码。去混洗和分解部分138还分离系统数据，并将其输送到输出终端139中。
去混洗和分解部分138的输出输送给内插部分140，校正带有错误标记的数据(即，错误数据)。换句话说，在转换之前当在宏块数据中检测到错误时，错误后的DCT的频率分量系数不能恢复。因此，例如，以块结束码(EOB)替换错误数据，并且此后的频率分量的DCT系数设置为零。按照相同的方式，在快速再现过程中，仅具有达到与同步块长度对应的长度的DCT系数被恢复，并且此后系数替换为零。此外，在插值部分140中，当在附加于视频数据顶部的标题处产生错误时，执行恢复标题(序列标题、GOP标题、图像标题和用户数据)的处理。
由于是按照在DCT块中的高频分量、低频分量和DC分量的顺序排列DCT系数的，即使将DCT系数从某一点忽略，DC分量、低频分量的DCT系数也会均一地分布在组成宏块的每个DCT块中。
插值部分140的输出输送给流转换器141中，流转换器141进行与在记录侧的流转换器106所执行的处理相反的处理过程。换句话说，对每个DCT块重新排列DCT系数，这些DCT系数在DCT块中已被排列用于每个频率分量。用这种操作，将再现的信号转换成符合MPEG2的基本数据。
以与在记录侧相同的方式依据宏块的最大长度使流转换器141获得用于输入和输出的足够的传输率(带宽)。当没有限制宏块的长度时，最好是，获得比像素率大三倍的带宽。
流转换器141的输出输送到视频解码器142，视频解码器142将基本流解码并输出视频数据。换句话说，视频解码器142执行解均衡处理，并进行反向DCT处理。将解码的视频数据输送给输出终端143。例如，应用SDI作为与外部的接口。流转换器141还将基本流输送到SDTI发送部分144中。尽管没有示出路径，SDTI发送部分144还接收系统数据、再现的音频数据和AUX，并将流转换成具有SDTI格式的数据结构的流。该流通过输出端子145从SDTI发送部分144中输出到外部。
将在分离部分135中分离的音频数据输送到去混洗部分151中。去混洗部分151执行与在记录侧的混洗部分117中执行的混洗相反的处理。将去混洗部分151的输出输送到外部码解码器152中，并且以外部码进行错误校正。外部码编码器152输出已经进行过错误校正的音频数据。对带有不可校正的错误的数据设置错误标记。
将外部码码解码器152的输出输送给AUX分离部分153，分离出音频AUX。将所分离的音频AUX输送给输出端子154。将音频数据输送给内插部分155。内插部分155对有错误的采样进行内插。可以应用平均值内插法作为内插方法，在该方法中，应用保存的先前值或在时间域中在先和随后放置的正确数据的平均值进行内插，在该方法中将在先放置的正确的采样值保存。将内插部分155的输出输送到输出部分156中。输出部分156执行静噪处理，以禁止那些不能进行内插的有错误的音频信号，并进行延时调整处理以使其与视频信号的定时匹配。输出部分156将所再现的音频信号输送到输出终端157。
虽然在图1和图2中省略了，但还提供了一产生与输入数据同步的定时信号的定时产生部分、控制整个记录和再现装置的系统控制器(微型计算机)和其它部分。
在本实施例中，以螺旋式扫描法将信号记录在磁带上，其中安装在旋转头上的磁头以一定的角度形成磁道。在旋转鼓的彼此相对的位置上设置许多磁头。换句话说，当磁带以大约180度的卷绕角度卷绕在旋转头上时，通过旋转头的180度旋转就同时形成了多个磁道。一对磁头有不同的方位角。这样设置多个磁头，使相邻的磁道方位角不同。
图3所示为旋转头在磁带上形成的磁道的格式。在这个例子中，将视频数据和音频数据以8个磁道每帧进行记录。例如，记录其帧频率为29.97Hz、速率为50Mbps、有效行数为576和有效水平像素为720的隔行信号(480i信号)和其音频信号。以与图3所示的相同的磁带格式还记录其帧频率为25Hz、速率为50Mbps、有效行数为576和有效水平像素为720的隔行信号(576i信号)和其音频信号。
具有不同的方位角的两个磁道形成一个段。因此，8个磁道具有四个段。与方位角对应的第[0]和[1]磁道指定为一对磁道，这一对磁道形成了一个段。在图3所示的例子中，磁道号的顺序是在第一8个磁道和第二8个磁道之间进行切换，将不同的磁道顺序指定给每一帧。用这种结构，即使由于阻塞引起不能从具有不同方位角的一对磁头的某一个磁头中读取数据，通过应用在前的帧中的数据可以减小错误的影响。
在每个磁道中，将记录视频数据和视频扇区设置在两端，而将记录音频数据的音频扇区设置在两端之间。如下文所述，图3和图4说明了在磁带上音频扇区的这种排列。
在图3所示的磁道格式中能够处理8通道音频数据。将用于音频数据的通道1至通道8的扇区以A1至A8表示。按照以段为单元改变排列记录音频数据。将在一场周期内产生的音频数据(在29.97Hz的一场频下并且采样频率为38Hz，具有800或801个采样)划分为奇数采样和偶数采样，每个采样组和AUX形成乘积码的一个ECC块。
因为在图3中一场数据是记录在4个磁道中的，所以音频数据的一个通道的两个ECC块记录在四个磁道中。如图3所示，将在两个ECC块中的数据(包括外部码的奇偶校验)划分到四个扇区中，分散并记录到四个磁道中。对包括在两个ECC块中多个同步块进行混洗。例如，具有参考标号A1的四个扇区形成通道1的两个ECC块。
在这个例子中，在四个ECC块中的视频数据进行混洗(交织)用于一个磁道，并且划分和记录在上部及下部的每个扇区中。在下部的视频扇区中，在一预定的位置具有一系统区。
在图3中，还有SAT1(Tr)区和SAT2(Tm)区，用于记录伺服锁存信号。在这两记录区之间，具有预定大小的间隙(Vg1、Sg1、Ag、Sg2、Sg3和Vg2)。
在图3中将一帧数据记录在8个磁道中。依据记录和再现的数据的格式，可以将一帧数据记录在四个磁道或六个磁道中。在图4所示的格式中六个磁道形成一帧。在这种例子中，仅将磁道序列设定为[0]。
如图4B所示，记录在磁带上的数据是由等分的、被称为同步块的多个块形成的。图4C粗略地说明了同步块的结构。在下文中将详细描述。同步块由下述部分形成：用于同步检测的同步模式、标识每个同步块的ID、指示随后数据内容的DID、数据包和错误校正内部码奇偶校验。数据是以同步块为单元的分组来处理的。换句话说，记录或再现的最小的数据单元是一个同步块。例如，将许多同步块排顺序(如图4B所示)以形成一视频扇区(如图4A所示)。
图5更详细地说明了在视频数据中的同步块的数据结构，该结构为记录/再现的最小单元。在这个实施例中，依据要记录的视频数据的格式将在一个或多个宏块中的数据(VLC数据)存储在一个同步块中，并且依据视频数据的格式改变一个同步块的长度。如图5A所示，从顶部开始，一个同步块包括两字节的同步模式、两字节的ID、一字节的DID、可变大小的数据区(比如可在112字节和206字节之间指定大小)和一个12字节的奇偶校检码(外部码奇偶校验)。数据区也称为净荷载。
开始的两字节同步模式用于同步检测，其具有一预定位模式。检测与单一模式匹配的同步模式以执行同步检测。
图6A所示为ID0和ID1位分配的例子。一个ID包括了对应的同步块所唯一具有的重要信息。对两个字节(ID0和ID1)进行分配。ID0将识别每个同步块的标识信息(同步ID)存储在一个磁道中。例如，同步ID是分配到在每个扇区中的同步块的一个连续序号，并以8位表示。分别给视频同步块和音频同步块分配同步ID。
ID1存储与包括同步块的磁道相关的信息。假设将第7位分配给MSB并将第0位分配给LSB，第7位指示同步块是设置在磁道的上部还是下部，第5到第2位说明了磁道的部分。第1位表示与磁道的方位角对应的磁道序号，第0位说明同步块具有视频数据还是音频数据。
图6B所示为针对视频数据的DID位分配的例子。DID存储与净荷载相关的信息。依据上文所述的在ID1中的第0位的值，即，根据同步块是视频数据还是音频数据，DID的内容不同。第7到第4位保留。第3位和第2位说明净荷载模式，比如净荷载类型。这些位都是辅助的。第1位说明净荷载是存储一个还是两个宏块。第0位指示存储在净荷载中的视频数据是否具有一外部码奇偶校验。
图6C所示为针对音频数据的DID位分配的例子。第7到第4位保留。第3位指示存储在净荷载中的是音频数据还是普通(general)数据。当压缩编码音频数据存储在净荷载中时，第3位有指示数据的值。第2位到第0位存储在NTSC系统中五个场序列的信息。换句话说，在NTSC系统中，当采样频率为48kHz时，对于一场的视频信号，音频信号具有800或801个采样，并且在每五个场中重复该序列。第2位至第0位说明在序列中的当前数据位置。
返回到图5，图5B至5E所示为前文所述的净荷载的例子。图5B和5C所示为存储了一个或两个宏块的视频数据(可变长度编码数据)的情况。在图5B所示的例子中，存储了一个宏块，指示随后宏块的长度的长度信息LT存储在前面的三个字节中。长度信息LT可包括长度本身。在图5C所示的例子中，存储了二个宏块，第一宏块的长度信息LT设置在开始，然后连续地设置第一宏块。在第一宏块后，设置第二宏块的长度信息LT，然后连续地设置第二宏块。长度信息LT需要调整。
图5D所示为AUX(辅助)视频数据存储在净荷载中的情况。设置在顶部位置的长度信息LT表示AUX视频数据的长度。接着这个长度信息LT之后，存储有5字节的系统信息、12字节的PICT信息和92字节的用户信息。在净荷载中的其余的保留。
图5E所示为音频数据存储在净荷载中的情况。音频数据能够放置在整个净载荷中。处理音频信号不采用压缩处理的方式比如PCM方式。也可以处理以一定的方法压缩编码的音频数据。
在本发明的实施列中，由于净荷载(在每个同步块中作为数据的存储区)的长度最适于分别地为视频同步块和音频同步块指定，视频同步块和音频同步块具有不同的净荷载长度。此外，记录视频数据的同步块的长度和记录音频数据的同步块的长度都最适于依据信号的格式分别进行设定。由于这些设置，能够整体地处理许多种不同的信号格式。
图7A所示为从MPEG编码器的DCT电路中输出的视频数据中的DCT系数的顺序。在DCT块中，从放置在左上角的DC分量开始朝水平和垂直空间频率变大的方向，以锯齿形扫描输出DCT系数。结果，如图7B的例子所示，以它们的频率分量的顺序得到总共64个(8行×8像素)DCT系数。
这些DCT系数是由MPEG编码器的VLC部分进行了可变长度编码的。换句话说，第一系数固定为DC分量，依据零运行(zero run)和随后的层次(levels)将代码分配给其他的分量(AC分量)。因此，从低的(低阶)频率分量的系数到高的(高阶)频率分量的系数，AC1、AC2、AC3、…，将为AC分量的系数数据的可变长度编码输出进行排列。基本流包括可变长度编码的DCT系数。
流转换器106将所接收的信号的DCT系数进行重新排序。按照组成每个宏块的DCT块上的频率分量的阶次重新排列DCT系数，该DCT系数是以通过在每个宏块中的锯齿形扫描以在每个DCT块中的频率分量的阶次排列的。
图8A和8B粗略地说明了在流转换器106中对DCT系数重新排列的情况。以信号分量4∶2∶2的用于亮度信号Y的四个DCT块(Y1、Y2、Y3和Y4)和用于每个色度信号Cb和Cr的两个DCT块(Cb1、Cb2、Cr1和Cr2)形成一个宏块。
如上文所述，依据MPEG2的技术规范在视频编码器102中执行锯齿形扫描。如图8A所示，在每个DCT块中按照频率分量的阶次从DC分量、低频分量到高频分量排列DCT系数。在扫描一个DCT块后，扫描下一个DCT块，并且以相同的方式排列其DCT系数。
换句话说，在宏块中，按照频率分量的顺序从DC分量、低频分量到高频分量排列DCT块Y1、Y2、Y3和Y4以及DCT块Cb1、Cb2、Cr1和Cr2的DCT系数。执行可变长度编码以便将DC、AC1、AC2、AC3、…和它们的符号(sign)分配到成对的连续运行(run)和随后的层次(level)中。
流转换器106通过分析可变长度码检测可变长度编码并排列DCT系数的界限，并在组成宏块的DCT块上为每个频率分量集中它们。图8B说明了这种操作。在8个DCT块上重新排列系数数据以使首先集中在宏块的8个DCT块中的DC分量，接着将在8个DCT块中低频AC系数分量集中，然后，依次地将具有相同阶次的AC系数集中。
重新排列的系数数据由下列部分构成：DC(Y1)、DC(Y2)、DC(Y3)、DC(Y4)、DC(Cb1)、DC(Cb2)、DC(Cr1)、DC(Cr2)、AC1(Y1)、AC1(Y2)、AC1(Y3)、AC1(Y4)、AC1(Cb1)、AC1(Cb2)、AC1(Cr1)、AC1(Cr2)、…，参考图7A和7B，这里DC、AC1、AC2…表示分配到如上文所述的成对的运行和随后层次中的可变长度码。
将经过转换的基本流输送到组合和混洗部分107中，在转换器106中该基本流中的系数数据已经过重新排列。宏块的数据长度与在转换的基本流和在转换之前的基本流之间的数据相同。即使当视频编码器102通过位速率控制使数据在每个GOP(一帧)中具有固定长度，长度以宏块为单元变化。组合和混洗部分107将固定的帧应用到宏块数据中。
图9A和9B大致地说明了在组合和混洗部分107中执行的对宏块的组合处理。组合宏块以使其适应具有预定数据长度的固定帧。使用的固定帧的数据长度与同步块的长度匹配，在记录和再现过程中将同步块作为最小的数据单元。这是因为混洗和错误校正编码都很容易地执行。在图9A和9B中，为简明起见假设一个帧包括8个宏块。
如图9A所示，由于可变长度编码使得8个宏块的长度不同。在这个例子中，在长度上在宏块#1中的数据、在宏块#3中的数据和在宏块#6中的数据比一个固定帧的同步块的数据长，在宏块#2中的数据、在宏块#5中的数据、在宏块#7中的数据和在宏块#8中的数据长度较短。在宏块#4中的数据的长度几乎与一同步块的长度相同。
通过组合处理，将宏块组合在每个具有一个同步块长度的固定长度的帧中。数据组合后不多也不少，因为将一个帧产生的数据量控制在一固定的量。如图9B所示，将比一个同步块长的宏块在与一个同步块的长度对应的位置处分开。在分开的宏块中，将延伸过同步块长度的部分(溢出部分)从顶部组合到打开区中，即，其长度没有达到同步块的长度的宏块的后面。
在图9B所示的例子中，首先在宏块#2后，组合延伸超过同步块的长度的宏块#1的部分。当达到同步块的长度时，在宏块#5后组合其余部分。然后，在宏块#7后组合长度延伸超过同步块的长度的宏块#3的部分。之后，首先在组合的宏块#7后，然后在宏块#8后，组合长度延伸超过同步块的长度的宏块#6的部分。以这种方式将每个宏块组合到具有同步块的长度的固定帧中。
通过流转换器106预先检查每个宏块的长度。通过这种检查，组合和混洗部分107知道每个宏块数据的尾部，而不通过解码检查VLC数据的内容。
图10A和10B所示为在本实施例中应用的错误校正代码的例子。图10A说明了用于视频数据的错误校正代码的一个ECC块，图10B说明了用于音频数据的错误校正代码的一个ECC块。在图10A中所示的VLC数据是从组合和混洗部分107中输出的。将同步模式、ID和DID加入到VLC数据的每一行中，并进一步加入内部码奇偶校验以形成一个同步块。
更具体地说，10字节的外部码奇偶校验是由排列在VLC数据阵列的垂直方向中的预定数的符号(字节)中产生，而内部码奇偶校验是由排列在水平方向中的在ID、DID和VLC数据(或外部码奇偶校验)的预定数的符号(字节)中产生。在图10A中所示的例子中，加入了10个外部码奇偶校验符和12个内部码奇偶校验符。具体地说，应用RS码作为错误校正码。在图10A中所示的一个同步块中的VLC数据具有不同的长度，以处理不同的视频数据帧频率，比如59.94Hz、25Hz和23.976Hz。
按照与视频数据相同的方式，如图10B所示，产生10个外部码奇偶校验符和12个内部码奇偶校验符用于音频数据的乘积码。例如，设定音频数据的采样频率为48kHz，并且将一个采样量化为24位。可以将一个采样转换成16位或其它位数。依据上文所描述的帧频率的不同，在一个同步块中的音频数据量发生变化。如上文所述，一个通道的一场中的音频数据形成两个ECC块。一个ECC块包括偶数的或奇数的音频采样和AUX音频数据。
图11所示为本发明的实施例的更详细的结构。在图11中，一用于将主存储器160外部连接到IC的接口164控制主存储器160的读/写操作。组合和混洗部分107由组合部分107a、视频混洗部分107b和组合部分107c构成。
在本实施例中，组合部分107a参考每个宏块的长度信息LT，在主存储器(SDRAM)160中的分开的区中存储固定帧长的数据和溢出部分。固定帧长的数据存储在主存储器160的组合处理区中。当存储有其长度比固定帧长度短的数据时，在主存储器160中的相应固定帧中形成空白空间域。视频混洗部分107b控制写地址以执行混洗。
组合部分107c将溢出部分组合到用于外部码编码器109的存储器中，并执行读操作。换句话说，固定帧长度的数据是从主存储器160中读取到用于外部码编码器109的具有一个ECC块大小的存储器中的。如果在固定帧长度的数据中存在一空白空间域，读取溢出部分并将其放置在这里，从而使数据符合固定帧长度的数据。当读取一个ECC块的数据时，暂停读取操作，外部码编码器109产生外部码奇偶校验。将外部码奇偶校验存储在外部码编码器109的存储器中。当外部码编码器109完成对一个ECC块的处理时，按照适合于内部码处理的顺序重新排列来自外部码编码器109的外部码奇偶校验和数据，并将其写回到在主存储器160中的内部码处理区，该内部码处理区与组合处理区不同。视频混洗部分110控制用于写回外部码编码已经完成的数据到主存储器的地址，以执行以同步块为单元的混洗。
以ECC块为单元中执行如下操作：用分开的固定帧长度的数据和溢出部分将数据(第一组合处理)写入到主存储器160的第一区中、组合(第二组合处理)在外部码编码器109的存储器中的溢出部分并读取它们、产生外部码奇偶校验以及将数据和外部码奇偶校验写回到主存储器160的第二区中。由于外部码编码器109具有一ECC块大小的存储器，可以减少对主存储器160的存取次数。
当完成对包含在一图像中的预定数的ECC块(例如32个ECC块)的处理时，对一图像的组合和外部码编码也就完成。在ID附加部分118、内部码编码器119和同步加法部分120中处理通过接口164从主存储器160中所读取的数据，并将从同步加法部分120中输出的数据通过并行-串行转换部分124转换为位-串行数据。通过符合4级部分响应的预编码器125处理输出的串行数据。根据需要对输出进行数字调制，并通过记录放大器121将其输送到旋转头。
没有有效数据的同步块称为无效同步，可以将其放在ECC块中以使用于不同格式的记录视频信号的ECC块的结构具有灵活性。通过在组合和混洗部分107中的组合部分107a产生无效同步，并写入主存储器160中。由于无效同步具有数据记录区，因此他能够用作溢出部分的记录同步。
在某一场中音频数据的奇数或偶数采样形成分离的ECC块。由于ECC外部码序列由以输入顺序排列的音频采样形成，所以外部码编码器116对所输入的外部码序列的每次音频采样产生一外部码奇偶校验。混洗部分117控制用于将外部码编码器116的输出写进主存储器的地址，以执行混洗(以通道为单元和以同步块为单元)。
还提供了CPU接口126以便能够从作为系统控制器的CPU 127中接收数据。该数据包括混洗表数据和与记录视频信号的格式相关的参数。混洗表数据存储在视频混洗表(RAM)128v中和音频混洗表(RAM)128a中。视频混洗表(RAM)128v执行用于在视频混洗部分107b和110中混洗的地址转换。视频混洗表(RAM)128a执行用于在音频混洗部分117中的地址转换。
本发明的特性在于，为特定的输入图像的格式或数据率准备的混洗表存储在视频混洗表128v中和音频混洗表128a中，以便允许以多种数据率记录多种输入图像格式。作为例子下文将描述视频数据混洗。
图12所示为混洗的基本原理。将ID(或地址)加入到输入视频数据中以指示从信号串的顶部开始的数据位置。这种ID唯一地指定数据的位置，并且可以是从数据序列的顶部开始的连续号或基址和偏址的结合。混洗要重写此ID。混洗表228v含有从外部存储器171通过路径172写入的混洗表。
外部存储器171存储多个与要混洗的视频数据的格式相关的混洗表。依据格式确定的结果选择的一个混洗表存储在混洗表228v中。例如，依据包含在视频数据中的信息进行格式确定。CPU依据格式确定的结果选择一个混洗表。从外部存储器171将数据发送到混洗表228v中，从而当将混洗部分集成到一IC中时，能够得到足够的操作速度并减少输入和输出引脚的数目。如在上述实施例中所述，当外部存储器117为与CPU相关的RAM或ROM，并且CPU的串行接口起路径172的作用时，串行转换只要求一个引脚。应用其他任何普通的接口都可以存储混洗表。
如在该实施例中所述，通过如图13中所示的数据累加来实际完成混洗。输入的数据写进数据累加存储器260中。混洗表228v接收从作为地址的输入数据中分离出的IDi，并输出经转换的地址ID0。由混洗表228v产生的地址ID0用作将数据写入到存储器260中的写地址。随着读地址顺序地改变，混洗过的数据就从存储器260中读出。
如图14所示，在数据中包括磁道ID和同步ID的情况下，则同步块在一帧中(比如在6个磁道中)的位置就被唯一地确定，将磁道ID和同步ID输送到混洗表228v作为地址。混洗表产生用于存储器260的写地址。依据这一写地址，将同步块写入存储器260中。存储器260具有用于存储每一帧大小的存储区，例如，四个ECC块大小的区。因此，将一帧的视频数据分散，并将其以同步块为单位存储在与四个ECC块对应的存储区中。
在图15所示的实施例中，通过控制存储器260的读地址来进行混洗。混洗表228v存储从外部存储器171中输送来的混洗表，并将其输出ID0输送给存储器260作为读地址。计数器173产生用于混洗表228v的输入IDi。计数器173以与从存储器260中读取的数据同步的定时复位，并产生由时钟递增的ID0。存储器260依据由混洗表228v转换的读地址(ID0)输出数据。
图16大致说明了在控制了读地址的情况下的混洗。通过由在存储器260的输出中加入了连续的序号的每个数据产生的复位信号使计数器173复位，并通过与同步块同步的时钟递增。用于每个块的递增1的计算值是从计数器173中作为地址输送到混洗表228v中的。将混洗表228的输出输送到存储器260中作为读地址。因此，在存储器260的读地址中读取一个块的数据。
在本发明的该实施例中的混洗表128v和主存储器260分别与混洗表228v和存储器260对应。在混洗部分117中进行的以通道为单元和以同步块为单元的音频数据的混洗还可以通过混洗表128a实现。
本发明也可以应用到其它场合：将视频数据和/或音频数据记录到除了磁带以外的带形记录媒体上，比如记录在允许应用激光进行记录的光带上。

Claims (7)

1.一种以不同于初始顺序的顺序对数字信息数据进行重新排列的数据处理装置，包括：
混洗表存储器，用于存储混洗表、接收指示在输入数据序列中数据单元位置的作为地址的位置信息和输出依据混洗表通过转换位置信息得到的转换过的位置信息；和
将从多个混洗表中选择的混洗表存储进混洗表存储器中的装置。
2.依据权利要求1所述的数据处理装置，进一步包括用于累加数字信息数据的数据累加存储器，其中，所述混洗表存储器输出所述数据累加存储器的写地址作为转换的位置信息。
3.依据权利要求1所述的数据处理装置，进一步包括用于累加数字信息数据的数据累加存储器，其中，所述混洗表存储器输出所述数据累加存储器的读地址作为转换的位置信息。
4.依据权利要求1所述的数据处理装置，其中，依据所述的数字信息数据的格式选择所述混洗表。
5.一种以不同于初始顺序的顺序对数字信息数据进行重新排列并将所重新排列的数字信息数据存储到带形记录媒体的数据处理装置，包括：
累加数字信息数据的数据累加存储器；
混洗表存储器，用于存储混洗表、接收指示在输入数据序列中数据单元位置的作为地址的位置信息和输出依据混洗表通过转换位置信息得到的所述数据累加存储器的写或读地址；
将从多个混洗表中选择的混洗表存储进混洗表存储器中的装置；
错误校正编码器，对所述数据累加存储器的至少一个输入数据和输出数据应用错误校正码编码；和
记录装置，用于将由所述错误校正编码器错误校正编码的数据记录到带形存储媒体。
6.依据权利要求5所述的数据记录装置，其中，依据所述数字信息数据的格式选择所述混洗表。
7.依据权利要求5所述的数据记录装置，其中，所述错误校正码是通过对每个数据符号用外部码和内部码进行双重编码而得到的一种乘积码。
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