CN1333629A

CN1333629A - 图象数据记录设备及方法

Info

Publication number: CN1333629A
Application number: CN00108765A
Authority: CN
Inventors: 高桥宏尔; 樫田素一; 川合賢治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2002-01-30
Anticipated expiration: 2014-04-04
Also published as: US7319812B2; US20080079818A1; EP1737230A2; CN1064206C; EP0619678B1; EP2278799A1; DE69427247D1; EP1043893A3; KR100267036B1; EP1043893B1; US7024101B2; US8374494B2; KR940025347A; EP0619678A3; US20050285951A1; EP1737230A3; US6453120B1; CN1104401A; EP0619678A2; US20090279871A1

Abstract

一种图象数据记录设备,包括:(a)输入图象数据的输入装置;(b)将上述图象数据进行分层编码的编码装置;(c)将由上述编码装置编码的图象数据记录在记录媒体上的记录装置,其中所述记录装置具有将所有层次的编码数据记录在上述记录媒体的第1记录方式,和将一部分层次的编码数据记录在上述记录媒体的第2记录方式;(d)选择上述记录方式的选择装置。

Description

图象数据记录设备及方法

本申请是1994年4月4日递交的第94103554.9号专利申请的分案申请。

本发明涉及一个图象处理设备，它包括一套图象采集系统用以对获自图象采集系统的摄影图象进行压缩的压缩处理装置。

图1是显示一常规例子结构的方框图，其中，一台摄像机与一台数字化视频磁带录像机联成一体以便数字化记录一个视频信号。

在图1所示的范例中有一套图象采集设备10，它带有补色滤波器，对场存贮器存贮的电荷进行伪隔行读入。特别如图2所示，与图象采集设备10一起被提供的还有一个镶嵌式彩色滤波器，它由白(W)、青(Cy)、黄(Ye)、绿(G)这些滤波器元素组成，图象采集设备10输出上下两相邻行相加的和值，一个亮度信号处理电路12对图象采集设备10输出的两相邻象素的值进行加和，从而形成一个亮度信号。一个色度信号处理电路14获取两相邻象素值的差，从而形成色差信号。

更为特别的是，从第n行获得的亮度信号Yn和第n＋1行获得的亮度信号Y_n＋1有如下关系式：

Yn＝(W＋Cy)＋(G＋Ye)

Y_n＋1＝(W＋Ye)＋(G＋Cy)，且与之相联系的色度信号Cn和C_n+1有如下关系：

Cn＝(W＋Cy)－(G＋Ye)

C_n＋1＝(W＋Ye)－(G＋Cy)

如果每个滤波元素W的特性等于R(红)、G(绿)和B(兰)相加之和，也就是R＋G＋B；每个滤波元素Cy的特性等于B＋G；每个滤波元素Ye的特性等于Ye＝R＋G，就可得出下列等式：

Yn＝Y_n＋1＝2R＋4G＋2B

Cn＝2(B－G)

C_n+1＝2(R－G)

如图2所示，在偶场和奇场中，被加在一起的上下相邻行的数目是不同的，借此获得一个隔行信号。为了完成这个相加过程，图象采集设备10需要一个光电转换元件，其行数应相当于每帧中所包含的行数(城NTSC制中为525行)，对于NTSC系统来说，在图1所示的图象采集设备10的行标Lm中，m等于525。

由亮度信号处理电路12产生的亮度信号Y和一个由色度信号处理电路14产生的色度信号C，在存贮器控制电路18的控制下被存贮于一个图象存贮器16中。当一帧的图象数据被存入图象存贮器16时，运动检测电路20将对运动图象部分和静止图象部分进行分辨。一个图象压缩电路22利用存在于图象中的相关性对图象存贮器16提供的图象数据进行压缩。此时，图象压缩电路22根据运动检测电路20提供的检测结果在静止图象部分和运动图象部分之间相应转换压缩算法。

被压缩的图象数据提供给图象记录设备24。图象记录设备24在记录媒介上对已经压缩的图象数据进行记录。

系统控制电路26按照键盘操作设备28的操作对整个过程进行控制。

在上面描述的过程中，伪隔行场图象被压缩并被记录于记录媒介上。

在常规例子中，压缩处理是在场图象组成帧图象后进行的，这样就造成一个问题：如果一个快速运动物体的场图象组成一帧图象，所得到的图象就有可能象图3(a)到(c)显示的那样变模糊，图3(a)显示了一幅奇场图象，图3(b)显示了一幅后继的偶场图象，而图3(c)显示了奇场和偶场图象结合得到的帧图象。

图象的压缩利用了图象中空间和时间轴方向显示出的相关性。通常，一幅画帧面图片的垂直行距比场图片的垂直行距要小，且具有更强的相关性。正是由于上面所说的原因，常规例子中采取了在帧图象的静止图象部分和运动图象部分之间进行压缩算法适应性转换的压缩方法。

因此，常规例子中必需一个用以检测静止图象部分和运动图象部分的运动检测电路；此外还需要有相当高的检测精确度。这一问题使得电路尺寸的减小变得十分困难。

正如熟悉此技术的人们所知的那样，由于传统的摄录一体型VTR(视频磁带录象机)不能适合许多不同的电视标准，就需要准备多种不同型号的摄录一体型VTR，以便根据个别需要而选择使用。随着广播系统的多样化，越来越需要在不同国家之间交换节目软件带或是制作能适用于多种广播系统的软件。然而，要处理多种广播系统就需要多种现有的VTR以解决将会遇到的实际不便。正因如此，人们渴望有一种能适用于多种广播系统的VTR单元。

又如那些熟悉本学科技术的人们所知，用于记录和回放一个数字化视频信号的系统是根据所需的图象质量或可被记录/回放的数据率而分别设计的。然而，如果系统的设计在决定图象质量的关键参数—编码采样频率上有所不同，那么当一个系统被联入另一视频系统时就会出现各种各样的问题。

这样的传统系统是根据对图象质量的个别要求而单独设计的，它们的问题是，不可能在不同系统之间通过某种媒介不费力地交换图象数据。

因此，本发明的目的就是要提供一种能解决上述问题的图象处理设备。

为了达到上述目的，本发明的一个方面就是相应提供了一套图象处理设备，它包括具有多种图片方式的图象采集装置，用于对图象采集装置输出的图象采集信号进行压缩处理的压缩处理设备，该压缩设备具有多种压缩方式，以及选择装置，以便相应于图象采集设备选定的图片方式为压缩处理设备选择一种压缩方式。

根据上述安排就有可能充分利用压缩处理设备的效能，使高图象质量和高压缩率的实现成为可能。

本发明的另一目的是提供一套视频记录设备、一套视频回放设备和一套视频记录、回放设备；如能够相应于多种电视标准实现摄像、信号压缩处理和视频记录的、具有多种方式的摄录一体化的VTR。

为实现上述目的，本发明的另一方面就是提供一套视频记录设备，它包括可以适用于多种电视标准的图象采集设备，用于根据众多电视标准中选择某一种标准以某一压缩率对图象采集设备输出的数据进行压缩并且把压缩后的数据和用于识别被选定的电视标准的识别信息记录在记录媒介上的记录设备、设置选定电视标准的设置设备，以及相应于设置设备的设定对图象采集设备和记录设备进行控制的控制装置。

为实现上述目的，本发明的又一方面就是提供了一套视频回放设备，它包括回放设备和控制设备，回放设备从记录有视频数据和识别信息的记录媒介获得电视标准和用于识别电视标准的识别信息，从而相应地回放视频数据并对视频数据进行扩展(expansion)解压缩处理；控制设备根据从记录媒介读出的识别信息对回放设备进行控制。

为实现上述目的，本发明还提供了一套视频记录和回放设备，它包括用于把对应于第一种电视标准的第一种视频信号转换成对应于第二种电视标准的第二种视频信号的系统转换器；在记录媒介上记录第一种或第二种视频信号的记录设备；把从系统转换器得到的第一或第二种视频信号提供给记录设备的转换设备；把第一或第二种视频信号从记录媒介读出的回放设备，以及把回放设备回放的第一种视频信号提供给系统转换器的信号提供设备。

根据本发明的前两个方面，只要有一台单独的摄录一体VTR，就可以根据能适用于多种电视标准的不同压缩方式自动完成记录和回放处理。

根据本发明的第三个方面，系统转换器在记录和回放过程中都被使用，这样就有能根据一个所需电视标准对一个视频信号进行记录或回放，或者为监视器提供一个视频输出。

与用于解决上述问题的本发明的又一方面相对应，这里提供了一套视频系统，它包括记录设备和回放设备，记录视频信息，这些信息被分层编码，及按照视频信息的分层结构和具有不同记录处理的多种记录方式中至少一种记录方式在记录媒介上形成数据记录区域；回放设备根据至少一种记录方式和分层结构设置一种回放方式，或是不管记录方式而在分层结构的某一范围内设置一种回放方式。

根据以上方面，有可能根据回放边界的情况把以某种记录方式记录在信号记录媒介上的数据按某种任意回放方式进行回放处理。被记录的数据只能从一个数据记录区域被回放，该区域与被分层记录在记录带上的信息中的某一信息层次对应。

本发明的上述及其它目的、特点和优越性将在下面对本发明的推荐实施例及其附图的详尽描述中得到充分体现。

图1是一张传统的摄录一体化数字记录设备的方框图；

图2是图1所示的图象采集设备的彩色滤波单元排列和电荷读出方式的说明图；

图3(a)、图3(b)和图3(c)说明了由于场图象结合造成的帧图象的模糊；

图4是与本发明一种实施例相应的图象处理设备的方框图；

图5是图4所示的图象采集设备的彩色滤波单元布局和电荷读出方式的说明图；

图6是与本发明第二种实施例相应的摄录一体型视频记录设备的方框图；

图7是图6所示的广播系统转换电路某一范例的方框图；

图8是用于长宽比转换中的一个侧掩蔽系统”(side panelsystem)说明图；

图9是用于长宽比转换中一个“压缩系统”(squeeze system)的说明图；

图10是用于长宽比转换的一个“信箱系统”(letter boxsystem)的说明图；

图11是操作方式的对比表格；

图12是图6所示的视频摄相机结构的方框图；

图13是图6所示实施例中图象压缩电路的方框图；

图14是图13所示的分块电路生成的分块的说明图；

图15是一个奇场和一个偶场中象素排列的说明图；

图16是图13所示的离散余弦变换(DCT)电路的输出说明图；

图17是一个Z字形扫描的说明图；

图18是一台数字视频带记录器的记录系统电路方框图；

图19是磁带上记录磁迹模式的说明图；

图20是子编码的数据结构图；

图21是数字视频带记录器中回放系统的方框图；

图22是各类方式的记录特性表；

图23是一张低带记录方式(SD—Low)所用磁头的说明图；

图24是一张显示高带(SD—High)记录方式中某个场的磁迹的说明图；

图25显示了低带模式中完成的磁头转换的时序；

图26是显示高带方式所用磁头的说明图；

图27显示了高带方式中某个场的磁迹；

图28显示了高带方式中完成的磁头转换的时序；

图29显示了一个用于高清晰度(HD)方式的磁头；

图30显示了高清晰度方式下某个场的磁迹；

图31显示了高清晰度方式下进行磁头转换的时序；

图32是一张回放期间的方式识别流程图；

图33是用做上转换器的某一广播系统转换器范例的方框图；

图34显示了相应于本发明另一实施例的视频记录和回放设备的方框图；

图35是相应于本发明另一实施例的方式设置处理的流程图；

图36是爬坡聚焦调整的原理说明图；

图37显示了电视制式和频率特性的相互关系；

图38显示了相应于本发明另一实施例的分层VTR记录设备框图；

图39是一张分层VTR记录设备的SD记录操作的概念图；

图40是一张分层VTR记录设备的HD记录操作的概念图；

图41是相应于本发明另一实施例的分层VTR回放设备(HD)的方框图；

图42是分层VTR复制设备的HD回放操作的概念图；

图43是一张由分层VTR复制设备实施的，从以HD方式记录的媒介进行SD复制的概念图；

图44是显示分层VTR对SD记录进行SD回放操作的概念图；

图45显示了分层VTR对HD记录进行SD回放的磁迹图；

图46显示了分层VTR中用于HD和SD方式的两种磁迹倾角；

图47是一张分层VTR对SD信号进行回放的方式清单；

图48是一张分层VTR对HD信号进行回放的方式清单；

图49是一张显示一层分层VTR回放设备(SD)的说明图。

这些实施例基于这样的考虑，其中本发明体现为能够满足多种摄像方式和电视标准、能对分层编码的视频信号进行记录和回放处理的图象处理设备。

本发明的每一实施例将在下面与附图参照着做出描述。

图4是显示与本发明一个实施例相应的图象处理设备的方框图，图象采集设备30可以选择性完成场和帧读入操作，而图象采集设备30的彩色滤波器排列与图1所示的图象采集设备10中的相同。尽管图象采集设备10被用于输出每相邻两行的加和结果，本实施例中的图象采集设备30可以如图5所示从每对相邻行中独立输出一个电信号。图象采集设备30的场读入操作和帧读入操作在读入频率上有基本差别，而场读入操作和画帧入操作之间的转换由扫描转换电路32完成。

一个偶行处理电路34对从图象采集设备30的偶行读入的电信号联系所有相邻象素进行计算，从而得到偶场的亮度信号Ye，奇行处理电路36对从图象采集设备30的奇行读入的电信号联系所有相邻象素进行计算，从而得到奇场的亮度信号Yo。同样，一个色度信号处理电路38对从图象采集设备30的偶行和奇行读入的电信号联系所有相邻行进行加和运算，同时联系所有相邻象素对相同的电信号进行减法运算，从而形成色度信号C。

特别指出，从奇偶的第n行得到的亮度信号Yn和从n＋1行得到的亮度信号Y_n＋1有如下关系：

Yn＝W＋G

Y_n＋1＝Cy＋Ye而与之相关的色度信号Cn和C_n＋1有如下关系：

Cn＝(W＋Cy)－(G＋Ye)

C_n＋1＝(W＋Ye)－(G＋Cy)

如果每个滤波元素W的特性等于R(红)、G(绿)、B(兰)的加和，也就是R＋G＋B；每个滤波元素Ye的特性等于Ye＝R＋G，就可得到如下等式：

Yn＝Y_n＋1＝R＋2G＋B

Cn＝2(B－G)

C_n＋1＝2(R－G)

对于偶场也是同样，亮度信号和色度信号可由类似的计算获得。

经光电转换的信号可由与构成电视画面的水平扫描行对应的行L1到Lm获得(在NTSC系统中m＝525)，并被施加给偶行处理电路34、奇行处理电路36和色度信号处理电路38，同时产生亮度信号Ye、亮度信号Yo以及色度信号C；色度信号C对于信号Ye和Yo是通用的。

从图象采集设备30输出的帧摄像图象按下列方式存在图象存贮器42中。图象采集设备30按行的排列顺序输出已经过光电转换的所有行的信号，或是同时按行的排列顺序输出分别经光电转换的偶行和奇行的信号。由于开关44处于打开状态，由偶行处理电路34产生的亮度信号Ye可通过加法器40而不被加，并被送到图象存贮器42。由奇行处理电路36产生的亮度信号Yo和由色度信号处理电路38产生的色度信号C也被送至图象存贮器42。图象存贮器42在存贮器控制电路46控制下存贮亮度信号Ye和Yo以及色度信号C。这样，通过一个曝光循环获得的帧图象就被存放于图象存贮器42中，上面描述的操作在下文中将被称为“帧图象采集方式”。

把从图象采集设备30获得的场摄像图象组合以形成帧图象并把所得帧图象存于图象存贮器42的操作按以下方法完成。图象采集设备30按行序把已经光电转换的所有行的信号输出，或是同时按行序输出分别经光电转换的偶行和奇行的信号。在这个读入阶段中，奇场的图象数据被首先存于图象存贮器42中。应特别指出的是，图象存贮器42同时存贮由奇行处理电路36产生的奇场亮度信号Yo和由色度信号处理电路38产生的色度信号C。

在下一场中，开关44被接通，且图象存贮器42在一种读改写的方式下运行，从而把已被存贮的亮度信号Yo通过开关44返送回加法器40，类似于上面所说的奇场，图象采集设备30按行序输出已经光电转换的所有行的信号，或是同时按行序输出分别经光电转换的偶行和奇行的信号。在这个读入阶段，偶行处理电路34和色度信号处理电路38工作，而加法器40对从图象存贮器42送回的亮度信号Yo和由偶行处理电路34产生的亮度信号Ye相加。这样就可能得到与前面所描述的传统范例的两行加和结果相类似的结果。图象存贮器42顺序把加法器40的输出结果和色度信号处理电路38的输出结果存入预先指定的存贮地址。这样，由两个曝光循环得到的场图象被结合成一帧图象就被存在图象存贮器42中。上面所描述的操作被称为“场图象采集方式”。

当一幅帧的图象数据被存于图象存贮器42，图象压缩电路48就根据来自系统控制电路52的控制信号对存于图象存贮器42中的图象数据进行压缩。例如，根据当时是处于帧图象采集方式还是场图象采集方式，一个块将由诸如DCT(离散余弦变换)的块编码产生，这个块在图象压缩处理中是一主要单元，并被判定为是基于场的块还是基于帧的块。

从图象压缩电路48输出的被压缩图象送至一个图象记录设备50，而图象记录设备50把被压缩的图象数据记录在记录媒介上。

系统控制电路52根据键盘操作设备54的操作对整个设备进行控制。

自然，还可以从不同的压缩编码系统中选择不同于DCT的压缩系统。例如，如果采用予测编码系统中的差值脉冲编码调制(DPCM)系统，当使用水平方面比竖直方向具更高相关性的场图象采集方式时，压缩可由一个在水平方向进行差值计算的水平DPCM系统完成，而当使用垂直方向比水平方向具有更高相关性的帧图象采集方式时，压缩则由一个在垂直方向进行差值计算的垂直DPCM系统完成。

在上述实施例中，基于场图象压缩与基于帧图象压缩之间的转换是场图象采集方式和帧图象采集方式中哪一个被选择而进行的。然而事实上，我们也可以采用这样的装置，它可以根据是基于场图象压缩还是基于帧的图象压缩被选用来选择采用场图象采集方式还是帧图象采集方式。换言之，我们可以通过场图象采集方式或是帧图象采集方式与基于场图象压缩或是基于帧的图象压缩的结合来减小图象质量的下降。

下面将要描叙本发明的另一实施例，其中本发明体现为一套摄录一体型的视频记录设备，它可以和现有的广播系统(例如NTSC系统(SD))和高清晰度电视系统(如“high—vision”系统(HD))兼容，还可完成摄像机摄像、压缩处理，以及针对图象结构(SD和HD)、各自拥有不同图象设计质量的两种层次的记录。图6是一张整个设备方框图。

参照图6，HDTV摄像机60被用于输出一个高清晰度电视信号，也就是一个HD信号。根据电视摄像标准，每幅被采集图象的有效象素数目是水平方向1920个象素、垂直方向1035个象素，且采样频率是75.3MHz。摄像机60的输出结果进入两条不同路径。进入其中一条路径的信号通过广播系统转换电路62到达图象采集方式选择电路64，而进入另一路径的信号直接送至图象采集方式选择电路64。

广播系统转换电路62是一个下转换器，用以把一个HD信号转换成适用于标准广播系统(下文称做SD系统)中的NTSC、PAL和SECAM系统中任意一种的信号。

图7显示了广播系统转换电路62把HD信号转换成NIS(信号的一个例子。由于HD信号的长宽比是16∶9而SD信号的长度比是4∶3，长度比转换电路100把16∶9的长宽比转换成4∶3。

特别指出，我们有可能从一个“侧掩蔽系统”中选择一个所需系统，这时high—vision图象的左、右末端部分被挡去(参见图8)；一个high—vision图象在水平方向上被压缩的“压缩系统”(或“全显示系统”)(参见图9)和一个长宽比为16∶9的图象按长宽比4∶3显示的“信箱系统”(参见图10)。在信箱系统中，尽管空余空间形成于图象的顶部和底部，它的被显示为黑色。侧掩蔽系统或压缩系统适用于把HD信号转变为NTSC制，而在需要充分利用HD摄像机60的像场角的情况下，信箱系统更为合适。

HD信号和SD信号在水平扫描行数上有很大差别。扫描行数转换电路102把长宽比转换电路100的HD输出的水平扫描行数转换成适用于SD系统的水平扫描行数。举例来说，所需的水平扫描行数的信号由一个垂直内插滤波器产生。

场频转换电路104，把扫描行数转换电路102的输出场频(对于高清晰度信号是60Hz)转换成适用于SD系统的场频(对NTSC系统来说是59.94Hz)。这个频率转换可由一个功能与帧同步器类似的时基校正器实时完成。

对于通常使用的帧同步器，在只有一帧存贮器容量的情况下，一帧的复盖间隔约为33秒，从而对运动图象产生一个不自然的间断。与之相对应，运动适应型的场频转换适用帧差信号检测出运动和场景变化，并在以下四个条件得以满足的情况下完成帧跳转。

(1)一个图象信号表示一幅静止图象；

(2)已有一个场景变化产生；

(3)运动图象区域相对较小；

(4)图象缓冲存贮器已满。

NTSC编码器106把场频转换电路104的输出结果转换成适用于NTSC系统的电视信号。

在包括SD系统情况下的本实施例中，我们有可能选择一种高图象质量方式用于商业(水平分辨能力：约40线)并选择一种标准图象质量方式用于家庭(水平分辨能力：约230线)。在下文中，前种方式被称为“高带(SD—high)方式”，而后种方式被称为“低带(SD—Low)方式”。用于记录HD信号的方式在下文中被称为“HD方式”。操作者可通过操作面板92选择设置HD方式、SD—高方式或SD—低方式，而系统控制电路90根据操作者设置的方式对图象采集方式选择电路64进行控制。图象采集方式选择电路64在HD方式下选择摄像机60的HD信号输出，而在SD—高方式或SD—低方式下选择广播系统转换电路62的输出。

由图象采集方式选择电路64选择的信号送到压缩电路66。压缩电路66具有多种压缩方式(在所示例子中是方式1^#和方式2^#)，用以分别选择压缩比和压缩编码系统。压缩比是从

和

等数值中选定的。压缩编码系统从如DCT(离散余弦)、DPCM(差值脉冲编码调制)、Hadamard(哈达玛)变换和ADRC中选定。在图6所示装置中，可把DVT和DPCM分别分配给压缩方式1^#和压缩方式2^#，压缩比则可在单一压缩编码系统下进行改动。

压缩电路66可以压缩方式1^#和压缩方式2^#对图象采集方式选择电路64的输出进行压缩。以压缩方式1^#和压缩方式2^#压缩的数据都被送往压缩方式选择电路68，压缩方式选择电路68根据来自系统控制电路90的控制信号从以压缩方式1^#和压缩方式2^#压缩的数据中选择一种，并把所选择的压缩数据送给记录处理电路70。

由图象采集方式选择电路64和压缩方式选择电路68选定的方式与一些因素有密切联系，如为记录系统选择的记录时间或图象质量、摄像机60采集的图象质量或为摄像机60设定的方式。所采用的方式将参照这些因素被自动设定。

根据后面将要描述的与记录系统的关系，按各种压缩方式被压缩的图象的数据率最好如图22所示的那样能够用一个整数率代表其关系，如HD方式下的50Mbps，SD—高方式下的25Mbps和SD—低方式下的12.5Mbps。

记录处理电路70对来自压缩方式选择电路68的已被压缩的数据进行记录处理，如调制并把经处理的数据分成两路，再分别从两个通道输出。记录放大器72a和72b对记录处理电路70的两路输出分别放大。旋转磁鼓74具有两对磁头：76a，76b，78a，78b。记录放大器72a和72b的输出被分别由磁头76a、76b和78a、78b记录于磁带80上。对于HD方式、SD—高方式和SD—低方式中任何—种方式来说，磁带80上产生的磁道宽是相同的。

伺服电路82使磁鼓马达84以一预先设置的旋转速度带动旋转磁鼓74旋转，并使主动轮马达86带动主动轮88旋转，从而引起磁带80以一预先设置的速度运转。系统控制电路90根据某一操作方式给伺服电路82提供一目标值，而这个操作方式取决于由操作面板92输入的操作命令。

图11显示了由操作面板92选定的方式和图象采集系统，压缩比和记录数据率之间的关系。

图6中的摄像机60将参照图12被详细说明。摄像镜头组110包括一个用于调节焦距的聚焦镜110a和一个用于改变信率的变焦镜110b，并经过光圈112把物体的光学图象聚焦于图象采集设备114的光电转换面上，一个预先设置的彩色滤波器116被连接在图象采集设备114的光电转换面上。

图象采集设备114根据时钟发生电路118提供的时钟运行，并输出一个电荷信号。图象采集设备114的输出被CDS电路120降噪，现由自动增益控制AGC电路122进行增益控制。AGC电路122的输出被送往曝光控制电路124、聚焦控制电路126、自平衡调节电路128和彩色处理电路130。

驱动电路132a和马达132b驱使聚焦镜110a沿光轴移动，驱动电路134a和马达134b驱使变焦镜110b沿光轴移动，而驱动电路136a和马达136b带动光圈112并使其关闭或打开。

系统控制电路138根据曝光控制电路124的输出控制AGC电路122的增益，并通过驱动电路136a和马达136b控制光圈112的开启程度。系统控制电路138依据聚焦控制电路126的输出，通过驱动电路132a和马达132b沿光轴方向调节聚焦镜头110a的位置，从而使摄像镜头组110处于清晰聚焦状态。

白均衡调节电路128为白平衡调节而产生一个控制信号，系统控制电路138根据白均衡调节电路128的输出对彩色处理电路130进行控制。彩色处理电路130根据AGC电路122的输出产生一个白均衡亮度信号Y和色差信号R—Y和B—Y。处理电路140把从彩色处理电路130输出的亮度信号Y和色差信号R—Y和B—Y转换成RGB信号，而编码器142根据处理电路140的输出产生一个复合信号。编码器还以Y/C分离形式输出视频信号。

自然而然，彩色处理电路130的输出和处理电路140的输出可做为分量输出到外部。

显示发生电路144在系统控制电路138的控制下产生指示操作方式、时间和数据等的显示信号，加法器146把显示发生电路144的输出与编码器142的复合输出相加并把加法结果的信号送到电子取景器148。这样，摄像机就可以在电子取景器148的屏幕上把要摄物体的各种信息一齐显示出来。进一步说，由于复合信号是从下面将要描述的回放系统被输入电子取景器148，就有可能显示一幅回放出的图象。

摄象机也可以通过对操作键盘150的操作来设置摄像条件，如摄像方式、摄像放大率和曝光。

如果在图12所示的摄象机中摄像图象的信息是经数字化处理的，每一个输出信号自然可以数字形式输出。如果需要模拟输出，可以在适当位置加入D/A转换器和限带低通滤波器。

图6所示的压缩电路66所进行的压缩处理将在下面简要描述。图象的压缩处理就是通过去除图象的冗余来缩减数据量。对静止图象的压缩利用了图象的空间冗余。对运动图象的压缩在利用其空间冗余的同时还利用了其时间冗余，但其基本原理还是以静止图象压缩技术为基础的。

对适用于MPEG(运动图片专聚组)标准的运动图象压缩的基本技术是DCT(离散余弦变换)处理、量化处理、编码处理和运动适应处理。扩展可以认为是压缩的逆过程。DCT处理、量化处理和编码处理对于运动图象压缩和静止图象压缩来说都是相同的。这些技术将按上面提及的顺序在下面简要说明。

DCT把空间坐标转换成频率。在压缩的预处理中，输入图象被分块于一个约为8×8个象素的象素组中。利用DCT系数的乘法处理在块单元中进行，从而把空间数据转换为频率数据。尽管数据量不是单独由DCT减少的，但有可能把画面中非常分散的数据集中。换言之，图象具有将更多能量集中于低空间频率一侧的普遍倾向，而DCT能够对后面阶段将要进行的压缩处理完成增加压缩比的功能。

量化处理对已由DCT处理转化成频率的系数字的长度进行截尾，从而缩减了数据量。例如，一个指示DCT产生的每个频率成份的数据系数被一个适当的值相除，而结果的小数点后面的数字都被舍去。通过舍去小数点后面的数字，我们可以减少表示每个系数所需的位数，从而减少数据总量。通过对每个频率分量设置一个除数，我们就可以在保证所需图象质量的前提下提高压缩比。

编码处理按照每个数据的发生频率对每个数据安排一个长度编码。首先对量化数据进行一个Z字形扫描以把二维数据排列变成一维数据串。二维数据排列被以一种Z字形方式从直流分量到水平和竖直的更高频率分量进行扫描，从而把数据重新编排。通过进行长度编码，连续出现的相同数字(主要是零)用一个码来总体代表这些连续出现的编码。如果在某一特定地点后面出现的数据全是零，该数据将被分配一个结束码。这个码意味着如果它被在某个块中检测出来，从该块的数据传送将被停止，从而产生显著的数据缩减效果。

通过对出现频率高的数字赋以位数少的编码，总的码位实质上被缩减。

运动适应处理把检测和预测运动的技术与静止图象压缩相结合。它的基本技术包括运动检测、运动预测性补偿和隔行编码。下面将结合对一个适用于电视广播标准的运动图象进行压缩的实例对运动适应处理进行描述。

在运动检测中，图象数据被一个相应于场(或帧)周期的整数倍的时间所延迟，就象通过帧存贮器那样，且两个场(帧)画面被沿时间轴方向做比较，从而检测出一个运动。象通常所知的运动检测方法，有一种方法可以以图片之间亮度数据差值的绝对值形式获得运动量，还有一种方法可以对有最高相关性的二维坐标点的运动进行计算，从而检测出一个运动矢量。

运动预测补偿通过检测出的运动矢量预测一幅图象的运动，且仅把预测图象与直实图象的差做为补偿数据传送。相应地，我们有可能减少要传送的信息量。特别指出，我们可以减少图象中的预测错误，例如一幅包括较大的静止图象部分而只在小范围内运动的图象、一幅适度运动的图象和一幅近于直线运动的图象。相应地可得到一种高度压缩效果。

隔行编码为压缩过程在场单元内形成一象素块。一个电视信号，如NTSC电视信号，具有一种隔行结构，其中奇场和偶场的扫描行交替排列。一个由262.5个奇行组成的奇场和一个由262.5个偶行组成的偶场被配对以形成一幅有525行的帧画面。

如果在一场景中物体的运动量很大的情况下奇场与偶场只被简单结合，帧图象就会模糊，且在视觉效果上严重受损。在画面的模糊部分，竖直方向的空间相关性降低，因而不能通过压缩编码处理获得高压缩比。如果运动量很小，这个问题不会发生。

由于此原因，如果运动量小，就在帧画面中就会形成一个用于压缩处理的象素块；而当运动量大于预期值时，就在场画面内形成一个用于压缩处理的象素块。

图13是一张显示了一个图象处理压缩电路结构的方框图，该电路采用上面描述的运动图象压缩处理技术。参照图13，一个由图象采集方式选择电路64输出的SD或HD信号被从输入端200输入。从输入端200输入的视频信号被输入一个输入缓冲器202和一个运动检测电路204，输入缓冲器202行使一帧周期延迟设备的功能，它的输出被送至分块电路206和运动检测电路204。

运动检测电路204对输入端200送入的视频信号和输入缓冲器202输出的视频信号进行上面描述的对比计算，从而检测出运动矢量。运动检测电路204把代表运动的量和方向的信息输出到系统控制电路220。系统控制电路220根据运动矢量信息决定在场单元还是帧单元内进行压缩处理，并把所得的场/帧选择信息送到分块电路206。

分块电路206依据来自系统控制电路220的场/帧选择信号把输入缓冲器202的输出图象分成图14所示的8象素×8象素块。图15显示了一帧中奇场和偶场的象素排列。

DCT电路208依据分块电路206提供的已分块的象素数据进行离散余弦变换。通过这种离散余弦变换，图象数据被转换成系数数据，这些系数数据如图16所示的频率空间内的8象素×8象素块所代表。作为图象的通性，直流系数和低频交流成份有更大的值，而高频交流成分的值接近零。

DCT电路208的输出被送往量化电路210和系数设置电路212。系数设置电路212根据来自系统控制电路220的控制信号和DCT电路208的输出为量化电路210设置一个量化系数。量化电路210根据系数设置电路212设置的量化系数对DCT电路208的输出进行量化处理。特别指出，用于各个频率成分的数据系数被一个适当的除数所除，而每个结果的小数点后面的位数都被省略以减少比特数，顺便指出，对各个频率成分，除数可能不同。

编码电路214首先按图17所示的Z字形方式从直流成分到水平和竖直高频城分对量化电路210的输出进行一个Z字形扫描，从而对数据进行了一维重排。之后，编码电路214通过游程长度编码以一个预先设定的编码代替连续的零，该编码指示了连续零的个数。象前面所描述的，如果在某一特殊地点后面出现的数据全是零，编码电路214将对数据赋与一个结束代码。编码电路214还通过游程长度编码对出现频率高的数据分配一个短编码。这样就可以大大缩减数据量。

数据量计算电路218对编码电路214产生的已编码数据量进行计算并把结果选到系统控制电路220。系统控制电路220使系统设置电路212产生一个量化系数，该量化系数的选定使编码电路214产生的编码数量变成一个预先设定的值。

编码电路214的输出被送入输出缓冲器216，输出缓冲器把编码电路214的输出以一定的数据速度送至后面的电路。输出缓冲器216还把指示其内部数据占空比传送到系统控制电路220。系统控制电路220控制着系统设置电路212，使得这个数据占空比在一个预先设置的值附近保持稳定，以防止在输出缓冲顺216内发生溢出或数据短缺。特别指出，如果数据占空比很高，系统控制电路220就会控制系数设置电路212设定一个大的系数(除数)，而当数据占空比低时，系统控制电路220将控制系数设置电路212设定一个较小的系数(除数)。

在图13所示的电路中，系统控制电路220根据编码电路214产生的编码数据量(数据量计算电路218的输出)和输出缓冲器216的数据占空比对系统设置电路212进行控制，操作员可以通过方式选择数222，系统控制电路220完成压缩比(目标值)、压缩系统等之间的转换，当然，系统控制电路220可以根据对图象的运动检测结果和方式选择222设置的操作方式合适地控制压缩比(目标值)、压缩系统等，从而使有效压缩一幅运动图象成为可能。显然，通过改变系数设置电路222设置的系数，还可以改变压缩比。

下面将对用于记录从图12所示摄像机系统送出信号的记录系统进行详细说明。图18是一张显示记录系统线路的详细的方框图，在所示线路中，系统控制电路336与摄像机系统中的系统控制电路138实质上是相同的。

A/D转换器300把亮度信号Y转换成一个数字信号，而A/D转换器302把色度信号C转换成数字信号。亮度信号Y和色度信号C来自前面参照图12描述的摄像机系统。当然，如果在摄像机系统中已经完成了数字化处理，就不需要A/D转换器300和302了。

视频数据处理电路304中的多路转换器306对A/D转换器300和302的输出信号进行多路选择，并把经选择的数据输出到信息量压缩电路308。根据系统控制电路336提供的方式信息，信息量压缩电路308以一定的压缩系统和压缩比对多路转换器数据进行压缩。信息量压缩电路308与上面参照图13描述的电路实质上相同。当然，也可采用某种电路安排对亮度和色度的信息量分别进行压缩，而不将这些数据在多路转换器306中进行选择。

混洗电路310依照适当规则对信息量压缩电路308的输出数据串进行重排，从而防止了在数据串中很易发生的传递错误。此混洗操作还有一个作用，即在图象存在密和稀部分的情况下把画面中信息量的不均一分布整齐化。混洗操作在信息量压缩的下一阶段完成，这样对可变长度编码十分方便，如运动长度编码。

为了对混洗电路310混洗的数据重新存贮，ID加法电路312把识别符(ID)信息相加。这个识别符信息还包括指示记录所需方式(压缩系统的种类等)的方式信息，并被作为复制过程中解压缩处理的辅助信息。ECC加法电路314对错误校正编码和ID加法电路312的输出进行加和。

在视频数据处理电路304中，受控于上述处理的视频数据被数据分配电路316分入两个通道。

A/D转换器318把立体声信号的左通道信号转换成数字信号，而A/D转换器320把右通道信号转换成一个数字信号。声音数据处理电路322的多路转换器324对A/D转换器318和320的输出进行选择，并把选择的数据送往信息量压缩电路326。信息量压缩电路326根据系统控制电路336提供的方式信息用某一压缩系统和压缩比对多路转换器数据进行压缩。

如果视频数据的记录速度很快，如在HD信号情况下，声音信息也可不经压缩而被记录于记录媒介上。

混洗电路328依照适当规则对信息量压缩电路326的输出数据串进行重排，从而防止了数据串中很容易发生的传递错误。ID加法电路330对识别符信息进行加和，而这些信号用于重新存贮已由混洗电路328混洗过的数据。这个识别符信息还包括指示记录方式(所用压缩系统等)的方式信息，并在复制过程中充当解压缩处理的辅助信息。ECC加法电路332对错误校正码和ID加法电路330的输出数据进行加和。

在音频数据处理电路322中，受控于上述处理的音频数据被数据分配电路334分成两个通道。

引导发生电路338为磁道伺服产生一个引导信号，而子码发生电路340产生一个辅助数据，该数据将视频和音频信号同时被记录。这种辅助数据包括用于在磁带上寻找位置的地址编码和将被记录的程序索引等。

多路转换器342对数据分配电路316和334的某一路通道输出、引导发生电路338输出的引导信号和子码发生电路340产生的子码数据进行选择。多路转换器344对数据分配电路316和334的另一路通道输出，引导发生电路338输出的引导信号和子码发生电路340产生的子码数据进行选择，在基于时间的选择中，对引导信号的选择可以相应于区域分割ATF系统而完成，该系统在数字视频带记录器领域中为人们所熟知。

数字调制电路346和348通过8—10转换成NRZI方法等手段对多路选择器342和344的输出分别调制。

本发明的记录系统有两对磁头，磁头转换电路350根据伺服电路378提供的控制信号对调制电路346的输出在记录放大器354和356之间进行转换。磁头转换电路352根据伺服电路378提供的控制信号对调制电路348的输出在记录放大器358和360之间进行转换。记录放大器354、356、358和360的输出分别被送往旋转磁鼓362的磁头364a、364c、364b和364d，从而被记录于磁带366上。图19显示了磁带366上一种磁道模式的范例。每个磁道包含一个引导信号P、音频数据A、子码S和视频数据V。图20显示了子码S的详尽数据结构。

伺服电路378控制旋转磁鼓362的旋转、磁带366的运行和磁头转换电路350和352的磁头转换操作，应特别注意，主动轮马达374上连用一个为使磁带366运动而检测主动轮马达374旋转情况的旋转检测器(FG)376；伺服电路378根据旋转检测器(FG)376的输出控制主动轮马达374，从而使其以一个预先设定的旋转速度旋转。

此外，磁鼓马达368带动旋转磁鼓362旋转，旋转检测器(FG)370检测磁鼓马达368的旋转速度，而旋转相位检测器(PC)372检测旋转磁鼓362的旋转相位。伺服电路378根据旋转检测器(FG)370和旋转相位。伺服电路378根据旋转检测器(FG)370和旋转相位检测器(PG)372的输出驱动磁鼓马达368，从而使旋转磁鼓362以一预先设定的旋转速度旋转。伺服电路378迹根据旋转相位检测器(PG)372的输出控制磁头转换电路350和352的磁头转换操作。

系统控制电路336，根据从操作面板(未显示)输入的命令及每部分工作状态对整个记录系统进行控制。

系统控制电路336和伺服电路378的功能由一块微机芯片完成。

下面将要参照图21对回放系统进行详细描述。图21中，与图18所示相同构成元件使用相同的数字编码。特别指出，伺服电路378以一种类似记录工作时状态，通过主动轮马达374使磁带366以一预定速度运转，并通过主动轮马达374使旋转磁鼓362在预先设置的旋转相位内以一预定旋转速度旋转。

磁头364a、364c、364b和364d的输出分别被回放放大器380、382、384和386放大，而回放放大器380、382和384、386的输出被分别送到磁头转换电路388和390。根据来自伺服电路378的控制信号，磁头转换电路388对回放放大器380和382的输出进行转换，而磁头转换电路390对回放放大器384和386的输出进行转换。解调电路392和394冗余检测方法对磁关转换电路388和390的输出进行数字化解调，并输出双级信号；上面的冗余检测方法可以是微分检测方法、积分检测方式或是Viterbi解编码。解调电路392和394的每个输出信息处于时分多路状态，它们包括：视频信息、音频信息、引导信号和子码信息。信号分配电路396和398把解调电路392和394的各自输出送到预先设置的电路，也就是说，视频信息被送往数据综合电路406，音频信息被送往数据缩合电路424，引导信号被送往引导检测电路400，而子码信息被送到子码检测电路402。

引导检测电路400根据与左、右磁道相关的磁道偏移量检测引导信号和时间参考信息之间的时差错误信号。然后把错误信号送到伺服电路378。伺服电路378根据错误信号对磁带运转速度进行调整。该错误信号还可用作对一记录方式进行识别的辅助信息。

子码检测电路402对信号分配电路396和398每一个S输出的子码内容进行解码，并把结果输至系统控制电路404。系统控制电路404根据读出子码的内容控制着每个部分。

数据综合电路406对从信号分配电路396和398送来的两路视频信息进行综合，并把综合后的视频信息送往视频数据回放电路408。

在视频数据回放电路408中，由错误校正电路410对发生于记录或回放过程中的错误进行校正。如错误能被校正，错误校正电路410通过内插法对错误进行校正。在记录过程中，ID检测电路412对ID加和电路312所加的ID进行检测，并把ID送到系统控制电路404。去混洗电路414对混洗电路310重排过的数据串进行复原，而信息量解压缩电路416对信息量压缩电路308压缩过的数据进行解压缩；该解压缩是根据系统控制电路404提供的方式信息进行的，从而完成了对初始图象数据的复原。数据分离电路418把初始图象数据分成亮度数据和色度数据，并将把这些数据分别送到D/A转换器420和422。数据分离电路418还把数据图象数据输出到外部。

D/A转换器420把亮度数据转换成模拟信号，而D/A转换器422把色度数据转换成模拟色度信号。模拟信号均输出到外部，并且也转化成复合信号，并输入图12中的加法器146。操作员可以在电子取景器148内展示一幅被回放的图象。

数据综合电路424对经两条线来自信号分配电路396和398的音频信息进行综合，并把综合后的音频信息输送到音频数据回放电路426。

在音频信号回放电路426中，错误校正电路428对发生在记录和回放过程中的错误进行校正，如果错误不能被校正，错误校正电路428通过内插法对错误进行校正。在记录过程中，ID检测电路430对由ID加法电路330所加的ID进行检测，并把ID送至系统控制电路404。去混洗电路432对被混洗电路328重排过的数据串进行复原，而信息量解压缩电路434根据系统控制电路404提供的方式信息对信息量压缩电路326压缩过的数据进行解压缩，从而获得初始音频数据。数据分离电路436把初始音频信号分成在通道音频信号和右通道音频信号，并把信号分别送至D/A转换器438和440。数据分离电路436还可把数字音频数据输出到外部。

D/A转换器438把左通道音频数据转换成一模拟信号，而D/A转换器440把右通道音频信号转换成一模拟信号。这两个模拟信号都输出到外部。

如上所述，本实施例具有三种方式：HD方式、SD—高方式和SD—低方式。如果这三种方式的记录磁道模式存城差异，识别符信息就会被记录于子码区域，使得从磁道进行回放在上述三种方式下都可正确完成。下面将对每一种方式的记录磁道模式和方法识别方法进行分别说明。图22显示了每一种方式的磁带运转速度，每个场的磁道数以及压缩比。

低带方式为SD信号的一个长时间记录方式。在图23所示的四个磁头Ha、Hb、Hc、Hd中，只有磁头Ha和Hb被使用；每个场的五条磁道的形成见图24。图25显示3磁头转换的时间分配。当旋转磁鼓以150rps的速度旋转时，每当磁鼓的PG脉冲达到高点，记录电流就被交替施加于磁头Ha和Hb。

在高带(SD—高)方式中，图26所示的四个磁头Ha、Hb、Hc和Hd内只有磁头Ha和Hc被使用；每个场内十条磁道的形式见图27，图28显示了磁头转换的时间分配。参旋转磁鼓以150rps的速度旋转的情况下，如果磁鼓的PG脉冲达到高值，记录电流加于磁头Ha；而当磁鼓的PG脉冲为低值时记录电流加于磁头Hc。

在HD方式中，图30所示的所有的四个磁头Ha、Hb、Hc和Hd全被使用，而如图30所示每个场中形成二十条磁道。图31显示了磁头转换的时间分配。在旋转磁鼓以150rps的速度旋转的情况下，如果磁鼓的PG脉冲达高值，记录电流就被施加于磁头Ha和Hb；如果磁鼓的PG脉冲信号达低值，记录电流被施加于磁头Hc和Hd。

图32显示了回放期间所进行的方式识别的流程图。首先，确认当前回放方式(S1)，在第二步S2中，依据确认结果继续执行S3、S4和S5步中的任意一步，而确认结果指示SD—低方式，SD—高方式和HD方式中的任意一种。其中值“5”、“10”和“20”赋给变量N(S2、S4或S5)。

记录时所使用的方式，从回放数字信号(S6，S7)的子码上识别，这样，后续的回放方式也被确定。在步骤S7中，根据SD—低方式、SD—高方式和HD方式中任意—种被确定的方式，执行继续到达步骤S8、S9和S10中的某一步。“5”、“10”和“20”中的任意一个值可被赋与变量M，而M决定了每个场内的磁道数(S8、S9或S10)。

在S11中，变量N和M被进行比较，如果N＜M，磁带的运转速度就被提高(S12)，如果N＝M，磁带的运转速度保持不变(S13)。如果N＞M，磁带的运转速度就被减低(S14)。换言之，磁带的运行速度被控制与记录过程中被靠近的方式所决定的带速相等。

在完成步骤S12、S13或S14后，执行返回步骤S1，上述处理重复进行。

下面将要参照图34说明一个视频记录和回放设备的实施例，其中图7所示的下转换器和图33所示的上转换器被用作广播系统转换器。

图33显示了被用作上转换器的NTSC—HD系统转换器的例子。在图33所示的NTSC—HD系统转换器中，NTSC信号被运动匹配型NTSC解码器570解码，在长宽比转换部件571中解码信号的长宽比从4∶3转换成16∶9。之后，扫描行数在扫描行数转换部件572内，从525转换成1125，而场频在场频转换部件573中从59.94Hz转换成60Hz。这样，NTSC信号就被转换成HD信号输出。

图34显示了相应于本发明另一实施例的视频记录、回放设备的方框图。操作人员可以通过操作面板500选择记录还是回放、HD方式还是SD方式等等。下面的描述参考了该设备的记录和回放系统的四种操作。本实施例的输入信号是一个HD信号。

(1)SD方式下的记录(长时间记录方式)

“记录”和“SD”从操作面板500上选定，系统控制器501由此把开关506的滑动接头接到触点①或②处。一个HD输入信号被下转换器503下转换成一个SD信号(如NTSC)。系统控制器501还控制开关502把其滑动接头接到触点①处。这样，SD信号就通过记录系统509被记录在带510上了。此时，SD监视器504被使用。

(2)HD方式下的记录(高分辨率方式)

“记录”和“HD”被从操作面板500上选定，而系统操作器501把开关502的移动接头接到触点②，HD输入信号被直接记录于带510上。在此期间，HD监视器505和SD监视器504中的任意一个可被选择。

如果使用HD监视器505，开关506的移动接头被连入触点①或②，使得HD信号可以被直接输出到HD监视器505。

如果使用SD监视器504，开关506的移动接头被类拟地连于触点①或②，且HD信号被下转换器503下转换成SD信号。通过把开关507的移动接头连于触点①、②和④中的某一选定触点，SD信号可被输出到SD监视器504。

通过采取上面所述的装置，我们有可能提供一种体积缩小的摄录一体化的VTR。

(3)SD方式下的回放

“回放”和“SD”从操作面板500上选定，系统控制器501把开关507的移动接头接在触点③上，通过回放系统511，来自磁带510的SD回放信号作为回放输出图象显示在SD监视器504上。如果SD信号显示到HD监视器505上，通过上转换器508及开关506移动接头接到触点③上，转换或HD信号。

(4)HD方式下的回放

“回放”和“HD”从操作面板500上选定，而系统控制器501把开关506的移动接头接在触点④上。一个回放的HD信号被作为一幅回放的输出图象在HD监视器505上直接显现。如果HD信号将被显现于SD监视顺504上，开关506的移动接头就被类似地连在触点④上，而HD信号被下转换器503转换成SD信号。当转换器507的移动接头被连于触点①时，SD信号可被显现于SD监视器504上。下表显示了在SD和HD方式下，开关器502。506和507与触点①至④连结的方法。

尽管上述实施例中使用了上转换器508，多扫描监视器可以代替HD监视器505而被使用。在使用多扫描监视器的情况下，上转换器508可被省去，因为如果一个SD(如NTSC)信号被输入，该SD信号将用525扫描行/每帧扫描。象SD一低方式那样，具有约为230行水平分辨率的SD信号也可被送给多扫描监视器，而约230行水平分辨率是通常在用设备中的标准图象质量。

从上面的描述可以轻易得知，在上面实施例中，由于适合于记录系统中所执行的图象压缩处理的压缩方式是根据图象采集系统中的摄像方式选定的，所以图象压缩处理过程可对摄像图象进行有效的压缩，从而获得高图象质量和高压缩比。

更进一步，与上述实施例对应，在一个与摄录一体化的VTR中，我们可以选择性使用适合多种广播系统的多种摄像方式。此外，压缩方式的设置，例如图象压缩比和压缩系统的选择和VTR中所需记录方式的设置都可根据摄像方式的选择而由系统控制器自动控制。相应地，我们可以实现一种摄录一体化的VTR；它操作简单即可用于各种不同用途而无需复杂的连接或操作。

同样对应于上面的实施例，由于使用了一个单一下转换器来完成对视频信号输入的记录和对已记录视频信号的回放，我们有可能减小设备的电路尺寸，并对HD信号和SD信号进行选择性记录或回放。此外，我们还可以为了HD信号的输入而采用一个SD监视器用作输出监视器。更进一步，由于SD监视器可做监视器使用，就有可能实现这样一种与摄录一体化的VTR，它的体积与传统的与摄录一体化的VTR相比被减小了。

在上面的实施例中，HD方式、SD—低方式和SD—高方式被作为三种记录方式。然而，方式种类并不仅局限于这几种方式，我们还可能使用HD、SD和ED三种方式。

下面将参照图35对回放过程中的方式识别方法和方式识别中所实施的控制过程进行描述。

步骤P1：现有VTR的回放运行方式被确认。

步骤P2：根据三种方式哪一种被选择对变量N赋值，使N＝10或N＝20。

步骤P3：从回放的数字信号中检测出一个子码，并根据回放的数字信号的子码对记录所用的方式进行识别，并决定所需的回放方式。

步骤P4：每个单元时间M所需的磁道数目和数据压缩比C_R被分别设定为M＝10或20，CR＝5或10；而上述设定是与回放的ID数据所代表的三种方式中的某一种相对应的。

步骤P5：根据对变量值N和M的比较结果设置主动轮速度控制的目标值。

执行从步骤P5继续到三个后继步骤中的某一个。

如果N＞M，可判断出当前速度大于记录中所用的速度，当前速度减慢。

如果N＜M，可判断出当前速度小于记录时所用的速度，当前速度提高。

如果N＝M，当前速度保持不变。步骤P6：将数据解压缩比设置为

并进行解码。

殷行返回步骤P1以确定当前方式，上述流程重复进行。

为了对图6所示的聚焦控制电路61的操作有一个更好的认识，下面将参照图36和37对系统转换器(电视系统间的转换)与TVAF(使用视频信号的自动聚焦)之间的关系进行描述。

一个HDTV信号所携带的信息量大约五倍于一个现有广播(SD)系统携带的信息量。此外，HDTV信号比SD信号包含更多的高频光谱成分。

图36显示了包含于各自信号中的高频成分量的能级差异；这些信号适用于两种广播系统，涉及图象采集光学系统的焦点在其最近点和无穷远处之间的变化。曲线A和B都在聚焦点达到各自的峰值。

曲线A表明了HDTV信号的变化曲线，而曲线B表明现有电视信号的变化曲线。曲线A和B在清晰聚焦点的各自高度之间的关系是：A≥B。

可以重新开始AF操作的清晰聚焦区域宽度“a”和“b”之间的关系是a≤b。各尖锐的曲线有较小的清晰聚焦区域，这样就要更频繁地进行AF重新起动计算。因此，对于聚焦精确这点来说，曲线A可以获得更佳的聚焦性能。

换言之，如果使用包含信息量更大的HDTV视频信息，就有可能得到高性能的TVAF。

正因如此，在采用下转换器的图象采集系统中，未经下转换器处理的视频信息适合用作上述TVAF的信息。

顺便指出，如图37所示，现有的NTSC和PAL广播系统的信号频率成分之间存在差异。与之对应，如果信号频率成分中的最佳成分被参照目标类型和摄像条件(环境照明)而选择性使用，就有可能提高检测精度。

如图37中被三个频率坐标轴定义的坐标平面所示，如果假定NTSC和PAL视频信号的水平频率是相同的，则NTSC系统提供这样一幅画面，其时间频率坐标轴对应60个场/秒，竖直频率坐标轴对应525个扫描行。相应地，NTSC视频信号的视频信号成分出现在对应于

场/秒和

个扫描行的频率区域。

PAL系统提供样的一幅图象，其时间频率轴对应于50场/秒，竖直频率轴对应于625个扫描行。与之相应，PAL视频信号的视频信号成分出现在对应于

场/秒和

扫描行的频率区域。

通过根据被采集物体图象的种类和摄影方式种类选择利用其不同的特性，有可能对TVAF的性能做进一步改善。

TVAF性能的改善不仅可以改进最终清晰聚焦处的最小模糊圆圈的直径，还可提高对寻找处理清晰聚焦位置的稳定性(例如，振荡和波动等不稳定行为可被减少)。

如上所述，HDTV摄像机60内的电耦合器件对题材图象进行光电转换，并输出具有高清晰度的HD信号和大量信息。

下面将参照图38至40对一个实施例进行进行描述，其中一个被称作“可标度性”(“calability”)的概念被适用于VTR图象信息的层次结构以改善数据处理。

下面将参照一个包括HD信息和NTSC信息的二层结构描述一项用于完成对HD信息编码或解码和记录或回放的技术，而上述编码等过程在这样一个结构中进行，该结构中一个NTSC信号被包括于HD信息中。

首先对NTSC信号进行编码并将被编码的信号选出(或记录)。

其次，一个未经传送或未被记录的信息部分被传送(或记录)。

下面将描述当HD信号被输入时，图38所示配置的记录设备所完成的操作。

输入HD信号被下转换器661转换成一个SD信号，而下转换器661的输出连到SD信号编码器662输入端。记录通道分离器663把被编码的SD信号分成两个通道，而记录通道分离器663的两路输出被分别送往记录磁头放大器671和673。然后，记录磁头672和674在磁记录媒介660上形成记录磁道信息。与此同时，SD信号编码器662的输出被送往SD信号解码器665，在上转换器664中，SD信号解码器665的输出被转换成HD信号，该HD信号包括发生于编码/解码过程中的图象失真(错误)。·如果这个退化信号(记录SD信息)被从前面的输入信号中扣除，就可以得到一个用于形成HD信号的差分信号。这个差分信号是由减法器669形成的，差分信号中包含的数据量被数据压缩器666缩减，而数据压缩器666的输出连到数据格式化器667输入端，以使SD信号适合于HD信号的记录标准数据格式化器667的输出被记录通道分离器668分入两个通道，该记录通道分离器类似于前面提到的记录通道分离器663。这样获得的HD附加信息被送至记录磁头放大器675和677。记录磁头676和678有顺序地在记录媒介660上记录和形成一对HD信息记录磁道，与由分离器663的输出形成的一对SD信息记录磁道在相邻的区域内。

上面所述的记录操作方式如图40所示。

SD信息和HD附加信息属于代表图象信息量的符号块(sym-bolic block(左边)所示的总体关系的一部分；它们被以每次两条磁道的速率由两对双方位(+/-)磁头分别记录，而四条磁道总合形成一个基本单元。

上述记录操作所使用的磁带运转速度被设定为SD记录中所用带运转速度的两倍(N＝2)。

图39显示了一个SD记录方式的操作，该方式用于一对双方位(+/-)磁头以每次两条磁道的速率仅把SD信息记录于记录媒介上的情况。

这种记录操作时所用的带传送速度设定为标准速度(N＝1)。

下面将要描述一种回放设备，该设备用于用上述方式记录在磁带上SD信息和HD附加信息回放；该回放设备的回放操作将参照图41予以说明。

分别从一对磁头702和704输出的、用于跟踪磁带709上以HD记录方式记录的仅一对SD信息记录磁道的信号被分别由磁头放大器701和703放大。从磁头放大器701和703输出的信号被数据混合器693综合，而数据混合器693的输出经信号解码器692从其记录数据格式中解码成一个SD信号(如NTSC信号)。这个SD信号由上转换器691转换成一个HD信号格式。这个SD—HD格式转换过程同上述下转换器相反。

从一对磁头706和708分别输出的以HD记录方式记录于磁带709上的仅一对HD附加信息记录磁道的信号经磁头放大器705和707分别放大。从磁头放大器705和707输出的信号经数据混合器697混合，而数据混合器697的输出经HD信号解码器696从其记录数据格式中解码成一个压缩HD附加信号。数据解压缩器695把该压缩HD附加信号解压缩转换成一个HD附加信号。

加法器694对SD信息和由上述方法转换成一个普通HD信号格式的HD附加信息相加，从而重新建立原始HD信号。

图42系统地显示上述用HD记录方式记录的磁带回放的方法。

一对用于在以HD记录方式记录在磁带上为跟踪仅一对HD附加信息记录磁道的磁头对磁带进行跟踪的过程，以及一对用于在磁带为跟踪一对SD信息记录磁道的磁头对磁带进行跟踪的过程，它们的时间都是依据磁带在磁头磁鼓上的围绕角度而被选定的。如果每个周期为180度，在磁头鼓旋转半圈的间隔内就会交替出现一个HD附加数据回放期和一个SD数据回放期。

在每个数据回放期间，旋转磁鼓上的一对双方位磁头对于记录在两个磁道上的信号进行回放。每记录于四条磁道上的全部信号作为一个基本单元而回放。

相应地，对于记录于四条磁道上，构成上述信息基本单元的信号，它们在磁头磁鼓的一次旋转过程中被回放。通过使用各自代表图象信息量的符号块，图42的右侧部分显示了被以上述方法回放的SD信息和HD附加信息之间的关系。

下面将说明对于本发明至关重要的兼容回放。

下面的说明涉及这样的情况，其中，一个不具以HD记录方式记录功能的SD记录设备被使用，以完成从以HD记录方式记录的磁带上进行回放的操作，如图49所示的那样。

图44显示了一种回放一个SD信号的方法，其中，一对用SD记录方式记录在磁带上跟踪一对SD信息记录磁道的磁头对磁带进行找道，从而完成回放。一个磁头磁鼓上只有一对双方位磁头，且磁带的每条磁道上只记录有SD信息。在这种情况下，每个SD数据回放期只在磁头磁鼓旋转一周中发生一次，由于磁带的运转速度是标准速度。(N＝1)，每条记录磁道上记录的SD信息将被顺序回放而无需跳过任何记录磁道。图44系统显示了上述回放操作的方法。

如果记录方式标识信息，如ID，图49所示的检测器771在SD记录方式回放操作过程中从一个视频区域或子码区域检测到，一个兼容回放式就会被选择，当伺服电路773从检测器771接受到一个命令时，伺服电路773就会把现有的带运转速度设置为HD回放方式中带运转速度的两倍。顺便指出，存在一个用于驱动主动轮的马达774，频率发生器(FG)775用以使伺服电路773与主动轮的旋转状态相适应。

磁头磁鼓上的用于SD信号的一对双方位磁头仅对以HD记录方式记录的磁带上的SD信息记录磁道对进行跟踪。然而，由于没有为HD信号提供磁头，磁带的运转不能对一对HD附加信息磁道跟踪。相应地，在磁头磁鼓旋转半圈的期间，一个SD附加数据磁道轮空周期和一个SD数据回放期交替出现，图43系统地显示了上述回放操作的方法。

在一个旋转周期期间，旋转磁鼓上的一对双方位(+/-)磁头从构成一个基本单元的四条磁道中的两条磁道中进行SD信号回放。

图49所示的SD信号解码器772把以上述方式回放的信号转换成一个SD信号，比如NTSC或PAL信号，且该SD信号从SD信号解码器772输出，图45以记录磁道图案的形式显示了上述从记录磁道进行回放的方法。

图45所示的记录磁道组成了各包括四条磁道的小组，每条磁道由附加于其编号上的字符“a”到“d”所标明。

字符“a”和“b”指示用于SD信号(由网格代表)的磁道，而字符“c”和“d”指示用于HD信号的附国磁道。

在兼容回放方式中，仅从磁道“a”和“b”中进行的回放被执行，而从磁道“c”和“d”中进行的回放不被执行。

图46是一张说明图，它显示了磁头的相对速度Vread，该速度是由带运转速度Vtape和磁头磁鼓旋转速度Vdrum所决定的：水平轴和竖直轴分别代表带运转速度Vtape和磁头磁鼓旋转速度Vdrum。

由于在SD方式中磁头相对速度Vhead达到9,000转，用进一步提高旋转速度来达到与HD方式匹配的目的是不切实际的。如果旋转速度被选择为不低于9,000转，将会如图46所示，在各自的标准和双倍速度下形成两种迹线角度。

线V1代表对一个SD方式记录的回放，而线V2代表对HD方式记录的回放，在本实施例的兼容回放方式中，带运转速度Vtape和磁鼓旋转速度Vhead与HD回放方式中用的完全相同，而磁头迹线V2将被选用，从而SD磁迹部分能被顺利地跟踪。图47和48为一张表，显示了SD和HD回放方式是否都能被用于分别以SD和HD记录方式记录的磁带；图47显示的是SD信号回放设备的情况，而图48显示了HD信号回放设备的情况。

从图47和48可以看出，HD信号回放设备和SD信号回放设备均可影响从以SD记录方式或HD记录方式记录的磁带中进行的回放。

还应注意，由于从以SD记录方式记录的磁带中进行的回放可通过HD信号格式完成，图48中的“记录方式SD/回放方式HD”与被认为是可行的，尽管图象质量，如清晰度，与SD质量情况相同。

在本实施例中，尽管分层编码系统已被以金字塔编码为例加以说明，但编码系统的种类绝不仅限于金字塔编码一种。例如，另一分层编码技术，如子带编码，也可以被使用而不脱离本发明的领域和思路。

顺便指出，磁头相对速度Vhead不仅限于9,000转；例如4,500转也可被选用。还可以采取这样一种安排，它可以依据选择的是HD方式还是SD方式对磁头相对速度Vhead和其控制系统的性能进行转换。

根据实施例，利用上文所描述的可攀登性，我们可以显著改善从一记录媒介进行兼容回放的性能；这对于传统的图象记录系统来说是不可能实现的，因为它的使用的编码系统步同。

同样，我们还可藉助高等级设备或低等级设备、从任何一种记录方式记录的记录媒介上实现回放。

更进一步说，由于一套低等级系统只需要一个伺服机制对媒介驱动速度进行转换，用户就可以采用低等级系统而无需预先投入大量资金。

Claims

1.一种图象数据记录设备，包括：

(a)输入图象数据的输入装置；

(b)将上述图象数据进行分层编码的编码装置；

(c)将由上述编码装置编码的图象数据记录在记录媒体上的记录装置，其中所述记录装置具有将所有层次的编码数据记录在上述记录媒体的第1记录方式，和将一部分层次的编码数据记录在上述记录媒体的第2记录方式；

(d)选择上述记录方式的选择装置。

2.权利要求1所述的图象数据记录设备，其特征在于，进一步包括

从上述记录媒体再生图象数据的再生装置，

其中所述再生装置具有再生所有层次的编码数据的第1记录方式，和将一部分层次的编码数据再生的第2记录方式。

3.权利要求1所述的图象数据记录设备，其特征在于，

上述记录装置在上述记录媒体上形成多个记录区域，各层次的编码图象数据记录在不同的记录区域中。

4.权利要求3所述的图象数据记录设备，其特征在于，

上述记录装置根据上述第1记录方式和上述第2记录方式形成不同数量的上述记录区域。

5.权利要求3所述的图象数据记录设备，其特征在于，

上述记录装置在上述记录媒体上形成多个记录道，各层次的编码图象数据记录在相互不同的记录道中。

6.权利要求1所述的图象数据记录设备，其特征在于，

由上述编码装置进行的分层编码，是对于上述图象数据给予空间可缩放性。

7.一种图象数据记录方法，包括以下步骤：

输入图象数据；

将上述图象数据分层编码；

选择一种记录方式；

根据所选的记录方式，将编码后的图象数据记录在记录媒体上，其中当所选的记录方式为第一记录方式时，将所有层次的编码数据记录在记录媒体上，而当所选的记录方式为第二记录方式时，将一部分层次的编码数据记录在记录媒体上。

8.权利要求7所述的图象数据记录方法，其特征在于进一步包括以下步骤：

选择一种再生方式；

根据所选的再生方式，从记录媒体再生图象数据，其中当所选的再生方式为第一再生方式时，从记录媒体再生所有层次的编码数据，而当所选的再生方式为第二再生方式时，从记录媒体再生一部分层次的编码数据。

9.权利要求7所述的图象数据记录方法，其特征在于在记录步骤中，在记录媒体上形成多个记录区域，将各层次的编码图象数据记录在不同的记录区域中。

10.权利要求9所述的图象数据记录方法，其特征在于在记录步骤中，在第一记录方式和第二记录方式下形成的记录区域的数量不同。

11.权利要求9所述的图象数据记录方法，其特征在于在记录步骤中在记录媒体上形成多个记录道，将各层次的编码图象数据记录在相互不同的记录道中。

12.权利要求7所述的图象数据记录方法，其特征在于分层编码的步骤为图象数据提供了空间可缩放性。