DE4317130A1 - Videorecorder mit Aufzeichnung eines PALplus-Helpersignals - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Videorecorder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer PALplus-Fernsehübertra­ gung wird das Hauptvideosignal für eine 4 : 3 Wiedergabe während 432 Zeilen eines vollständigen Bildes übertragen. Mit diesem Signal erfolgt die Bildwiedergabe auf einem üblichen Fernsehemp­ fänger mit Bildformat 4 : 3. Während der ersten und der letzten 72 Zeilen eines vollständigen Bildes erfolgt bei 4 : 3 Wiedergabe keine Bilddarstellung. Es werden dann auf dem Bildschirm oben und unten sogenannte schwarze Balken geschrieben. Während dieser Zeiten wird ein sogenanntes Helpersignal übertragen. Dieses dient bei der Bildwiedergabe in einen 16 : 9 Fernsehempfänger zur Wiederherstellung der vollen Zeilenzahl von 576 aktiven Zeilen.

Wenn das genannte Helpersignal in einem Videorecorder wie das übliche Bildsignal aufgezeichnet wird, würde es während der schwarzen Balken bei einer 4 : 3 Bildwiedergabe in unerwünschter Weise als Störmuster sichtbar werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Videorecorder so auszubilden, daß das Helpersignal zusätzlich mit hoher Qualität aufgezeichnet werden kann, trotzdem bei der 4 : 3 Bildwiedergabe keine Störungen in den schwarzen Balken auftreten und auch die Aufzeichnung des Tonsignal verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also zunächst der mit dem Leuchtdichtesignal frequenzmodulierte Bildträger einschließlich des Farbträgers in üblicher Weise über die gesamte Spurbreite von etwa 49 µm und über die ganze Tiefe der Magnetschicht aufge­ zeichnet. Im Anschluß daran wird mit einem zweiten Kopf eine zweite Spur aufgezeichnet, die etwa in der Mitte der ersten Spur liegt, eine geringere Breite als diese hat und sich ebenfalls über die ganze Tiefe der Magnetschicht erstreckt. Diese Art der Aufzeichnung, bei der gewissermaßen in eine erste Spur mittig eine zweite Spur eingestanzt wird, wird auch als track trenching bezeichnet. Mit dem zweiten Kopf werden in der zweiten Spur nunmehr zwei Signale aufgezeichnet, und zwar einmal das genannte Helpersignal während der ersten und letzten 72 Zeilen eines Bildes und in dessen Totzeiten, also während 432 Zeilen, ein PCM-Tonsignal. Da für die Aufzeichnung des PCM-Tonsignals nunmehr wegen des Helpersignals nicht die ganze Zeit zur Verfügung steht, wird das PCM-Tonsignal für die Aufzeichnung zeitkomprimiert und bei der Wiedergabe zeitlich expandiert. Durch diese Kombination von zeitsequentieller Aufzeichnung von Helpersignal und PCM-Tonsignal mit einer Zeitkompression des PCM-Tonsignals wird also die zweite, in die erste Spur eingestanzte Spur optimal ausgenutzt. Durch diese Art der Aufzeichnung ergeben sich die folgenden Vorteile.

Durch die getrennte Aufzeichnung des eigentlichen Bildträgers einschließlich Farbträger einerseits und des Helpersignals und des PCM-Tonsignals andererseits in zwei getrennten Spuren wird eine optimale Trennung dieser Signale erreicht. Die Helpersi­ gnale können bei der 4 : 3 Bildwiedergabe innerhalb der schwarzen Balken am oberen und unteren Bildrand nicht sichtbar werden, weil sie mit dem die erste Spur lesenden Kopf nicht erfaßt werden. Zusätzlich werden vorzugsweise für das erste Kopfpaar der ersten Spur und das zweite Kopfpaar der zweiten Spur unterschiedliche Azimutwinkel gewählt, z. B. ±60 für die erste Spur und ±300 für die zweite Spur. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäß bespielte Kassette mit einem üblichen VHS Recorder oder S-VHS Recorder kompatibel abspielbar ist. Das beruht darauf, daß der übliche Recorder wegen der unterschiedlichen Azimutwinkel nur auf die erste Spur anspricht, die Signale der zweiten Spur also überhaupt nicht erkennt. Dadurch ist auch sichergestellt, daß das Helpersignal in den schwarzen Balken bei der 4 : 3 Bildwiedergabe unsichtbar bleibt. Eine Störung zwischen dem Helpersignal und dem PCM-Tonsignal ist indessen ausgeschlossen, weil diese Signale nicht gleichzeitig, sondern sequentiell aufgezeichnet werden. Ein weiterer Vorteil der Anwendung der track-trenching-Technik ergibt sich bei Laufwerksonderfunktionen wie Suchlauf, Vorlauf, Rücklauf, Zeitlupe und Zeitraffer. Bei diesen Betriebsarten wird vorzugsweise der Kanal mit dem Helpersignal und dem Tonsignal völlig abgeschaltet, wodurch Fehlinterpretationen bei der PALplus-Bildrekonstruktion vermieden werden. Dadurch, daß das Tonsignal in einer getrennten Spur aufgezeichnet ist, ist auch eine Nachvertonung, also eine Änderung der Tonaufzeichnung ohne Beeinflussung der Bildaufzeichnung, möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 Diagramme für die einzelnen verwendeten Signale,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Aufnahme und

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Wiedergabe.

Gemäß Fig. 1 enthält das empfangene PALplus Fernsehsignal jeweils zu Beginn und am Ende eines Halbbildes das Helpersignal HS und dazwischen das eigentliche FBAS-Signal für die 4 : 3 Bildwiedergabe. Das Helpersignal HS nimmt, betrachtet über ein vollständiges Bild, am oberen Bildrand und am unteren Bildrand je 72 Zeilen ein, während das FBAS-Signal 432 aktive Zeilen einnimmt. Das Signal gemäß Fig. 1a wird in das reine FBAS-Signal gemäß Fig. 1b und das reine Helpersignal HS gemäß Fig. 1c durch Umschaltung oder zeitselektive Tastung aufgespalten. Fig. 1d zeigt ein kontinuierliches PCM-Tonsignal. Fig. 1e zeigt das in der zweiten Spur, der track-trenching Spur, aufgezeichnete kombinierte Signal. Dieses enthält das Helpersignal HS gemäß Fig. 1c und dazwischen das PCM-Tonsignal gemäß Fig. 1d, das, wie durch die Pfeile angedeutet, in die Lücken zwischen den Helpersignalpaketen zeitkomprimiert ist. Fig. 1f zeigt den kontinuierlichen, mit dem Leuchtdichtesignal modulierten Bildträger BT einschließlich des Farbträgers für die übliche Aufzeichnung.

Das Signal gemäß Fig. 1f wird in üblicher Weise mit einem ersten Magnetkopf K1 entlang einer ersten Schrägspur S1 mit einer Breite von 49 µm auf dem Magnetband M aufgezeichnet, und zwar über die ganze Tiefe der Magnetschicht 1. Im Anschluß daran wird mit dem zweiten, in Laufrichtung des Magnetbandes gegenüber dem ersten Kopf versetzten Kopf K2 das Signal gemäß Fig. 1e auf­ gezeichnet. Die Aufzeichnung erfolgt in einer Spur S2, die sich über eine Breite von 19 µm und ebenfalls über die ganze Tiefe der Magnetschicht 1 erstreckt. Die Spur S2 ist also nach dem track-trenching-Prinzip in die Spur S1 eingestanzt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Aufnahme. Die kleinen Buchstaben zeigen dabei, an welchen Punkten in Fig. 2 die Signale gemäß Fig. 1 stehen. Es sei angenommen, daß mit der An­ tenne 2 ein PALplus-Farbfernsehsignal empfangen wird. Der Tuner 3 liefert am Ausgang das kombinierte Signal gemäß Fig. 1a. Mit dem Umschalter 4, der über Zählschaltungen von der Schaltspan­ nung 5 gesteuert ist, wird das Signal aufgespalten in das reine FBAS-Signal gemäß Fig. 1b und das reine Helpersignal HS gemäß Fig. 1c. FBAS wird mit dem Kammfilter 6 in das BAS-Signal und den Farbträger F aufgespalten. BAS wird über die Preemphasis­ stufe 7 dem FM-Modulator s zugeführt, der den mit dem Leucht­ dichtesignal Y frequenzmodulierten Bildträger BT an die Addierstufe 9 liefert. Der Farbträger F wird in dem Frequenzum­ setzer 10 von der Farbträgerfrequenz f in einen modulierten Farbträger Fm mit der Frequenz fm, den sogenannten color under Träger, umgesetzt, der in der Addierstufe 9 dem Bildträger BT hinzugefügt wird. Das Gesamtsignal gemäß Fig. 1f mit dem Bildträger BT und dem color under Farbträger Fm wird in üblicher Weise mit dem Kopf K1 gemäß Fig. 1 in der Spur S1 aufgezeichnet. Wie Fig. 2 zeigt, wird das Helpersignal HS vor dem Kammfilter 6 abgeleitet. Dadurch wird vermieden, daß das Helpersignal HS durch das Kammfilter vertikal gemittelt wird. Das ist unzulässig, weil ja das Helpersignal zur erhöhten vertikalen Auflösung des Leuchtdichtesignals des zu rekonstruierenden 16 : 9 Bildes in einem PALplus-Fernsehempfänger beitragen soll.

Das Helpersignal HS gelangt über die Preemphasisstufe 11 auf den FM-Modulator 12, der einen mit dem Helpersignal HS modulierten Helperträger HT liefert. HT gelangt über den Schalter 13, der durch die Schaltspannung 14 bei PALplus-Empfang durchlässig ist, auf den Schalter 15. Der Schalter 15 ist durch die Schaltspan­ nung 16 nur während der Dauer des Helpersignals HS durchlässig und leitet das Signal gemäß Fig. 1c an die Addierstufe 17. NF- Tonsignale von der Klemme 18 werden in dem Kompander 19 zeitlich so komprimiert, daß sie jeweils die Lücke zwischen zwei Helper­ signalen gemäß Fig. 1e, also die Zeit von etwa 432 Zeilen einnehmen. Das derart zeitkomprimierte Tonsignal wird in dem Coder 20 in ein PCM-Signal umgewandelt und in der Schaltung 21 nach dem bekannten Prinzip O-QDPSK kodiert und dann dem Umschal­ ter 22 zugeführt. Der Umschalter 22 befindet sich in der dargestellten Stellung jeweils während der Dauer des PCM- Tonsignals gemäß Fig. 1e. In der Addierstufe 17 wird somit das kombinierte Signal gemäß Fig. 1e gebildet, das in der beschrie­ benen Weise mit dem zweiten Kopf K2 mit einer Spaltlänge von 19 µm in der eingestanzten Spur S2 gemäß Fig. 1 aufgezeichnet wird.

Bei einem reinen PAL-Empfang, also ohne PALplus-Helpersignale, bleibt der Schalter 4 in der oberen Stellung, weil dann das FBAS-Signal alle aktiven 576 Zeilen einnimmt. Der Kopf K1, der in der Praxis aus einem Kopfpaar besteht, hat einen Azimutwinkel von ±6°, während das Kopfpaar K2 einen Azimutwinkel von ±30° aufweist. Die Spaltbreiten sind für beide Kopfpaare mit etwa 0,35 µm gleich, da beide Spuren S1, S2 über die gleiche Tiefe der Magnetschicht geschrieben werden.

Für die Aufzeichnung des Tones werden im folgenden verschiedene Alternativen beschrieben.

• 1. Aufzeichnung eines PALplus-Signals mit Helpersignal und PCM- Tonsignal gemäß Fig 2 mit dem Schalter 22 in der dargestell­ ten Stellung. Bei dieser Art der Aufzeichnung ist ein nach­ trägliches Löschen und eine Aufnahme eines neuen Tonsignals, ein sogenanntes dubbing möglich, indem in der zweiten Spur nur während der Dauer des PCM-Tonsignals ein Löschvorgang und ein neuer Aufnahmevorgang erfolgen.
• 2. Aufzeichnung gemäß Alternative 1 mit zusätzlicher Aufzeich­ nung von zwei mit Tonsignalen frequenzmodulierten Tonträgern T1, T2 in der zweiten Spur S2 im Frequenzmultiplex mit dem Helpersignal und dem PCM-Tonsignal. Vorzugsweise liegen die Tonträger oberhalb oder unterhalb des Frequenzspektrums der letztgenannten Signale. Eine nachträgliche Löschung und Neu­ aufnahme des Tonsignals ist dann allerdings nicht möglich. Der Schalter 22 in Fig. 2 wäre dann durch eine Addierstufe ersetzt, in der die Signale vom Ausgang der Stufen 21, 23 addiert werden. Bei einer derartigen Tonaufzeichnung könnten mit dem Recorder insgesamt sechs voneinander unabhängige Tonsignale aufgezeichnet werden, nämlich zwei NF-Tonsignale in den beiden parallel zur Bandkante verlaufenden Längs-Ton­ spuren mit einer Breite von etwa 0,3 mm, zwei Tonsignale innerhalb des PCM-Tonsignals und zwei Tonsignale in Form der frequenzmodulierten Tonträger T1, T2. Auf diese Weise könn­ ten alternativ statt sechs unabhängiger Tonsignale drei Ste­ reotonsignale aufgezeichnet werden.
• 3. Aufzeichnung eines reinen PAL-Signals ohne PALplus-Signal. Dann können ebenfalls in der zweiten Spur S2 mehrere mit Tonsignalen frequenzmodulierte Tonträger aufgezeichnet werden, da dann das Helpersignal fehlt. Auch in diesem Falle könnten ein PCM-Tonsignal zeitkomprimiert oder nicht zeitkomprimiert und die frequenzmodulierten Tonträger aufgezeichnet werden.

Fig. 3 zeigt die Wiedergabeschaltung. Der color under Farbträger Fm wird mit dem Tiefpaß 25 ausgewertet, in dem Frequenzumsetzer 26 auf den Farbträger F mit der Frequenz f umgesetzt und über den Bandpaß 27 als Original-PAL-Farbträger F der Addierstufe 28 zugeführt. Der Bildträger BT wird mit dem Tiefpaß 29 ausgewertet und in dem FM-Demodulator 30 zu dem Leuchtdichtesignal Y demoduliert, das über die Deemphasisstufe 31 und den Tiefpaß 32 auf die Addierstufe 28 gelangt. Diese liefert am Ausgang wieder das FBAS-Signal. Das vom Kopf K2 abgetastete Signal gemäß Fig. 1e wird mit dem entsprechend Fig. 1 gesteuerten Umschalter 4 in das Helpersignal und das PCM-Tonsignal aufgespalten. Das PCM- Tonsignal gelangt über den Hochpaß 33 auf den O-QDPSK-Dekoder 34. Das demodulierte Tonsignal wird in dem Zeitexpander 35 wieder auf seine ursprüngliche zeitliche Dauer zeitlich expandiert, der am Ausgang wieder NF-Tonsignale L und R liefert. Das Helpersignal gelangt über den Hochpaß 36 auf den FM- Demodulator 37 und von dort über die Deemphasisstufe 38 und den Tiefpaß 39 auf die Schaltung 40. Die Schaltung 40 wird mit dem Leuchtdichtesignal Y einschließlich Synchronimpulse, mit dem modulierten Farbträger und dem Helpersignal HS gespeist und er­ zeugt an seinen Ausgängen getrennt das Helpersignal HS allein und das FBAS-Signal einschließlich des demodulierten Helpersi­ gnal für eine 16 : 9 Bildwiedergabe. An der Klemme 41 steht der Farbträger F allein und an der Klemme 42 das Leuchtdichtesignal Y allein für eine Signalverarbeitung zur Verfügung. Die gemäß Fig. 2 additiv oder alternativ aufgezeichneten, frequenzmodulierten Tonträger T1, T2 liefern über den Bandpaß 41, den FM-Demodulator 42 und die Preemphasisstufe 43 wieder die beiden NF-Tonsignale L,R.

Der vom Band abgetastete Helperträger HT ist in der Regel Zeitfehlern unterworfen. Vorzugsweise werden diese Zeitfehler, die durch den größeren Azimutwinkel des Kopfes K2 größer sind als Zeitfehler im Signal vom Kopf K1, auf die Zeitfehler des Signals vom Kopf K1 reduziert. Der Helperträger HT wird dazu einer Zeitfehlerausgleichsschaltung TBC zugeführt, der als die Zeitfehler darstellendes Signal ein Pilotsignal aus der ersten Spur zugeführt wird.

Die Verarbeitung des PCM-Tons setzt auf die standard S-VHS-PCM Paketverarbeitung auf, d. h. die Verarbeitung bis zur eigentlichen Modulation. Der standard PCM-Coder liefert die Daten mit dem zugehörigen Takt, also die Signale, die in üblicher Weise dem O-QDPSK Modulator zugeführt werden. Bei der PALplus-Aufzeichnung in track-trenching-Technik stehen 432 Zeilen für eine weitere Applikation, z. B. PCM-Ton-Aufzeichnung, zur Verfügung. Dabei ist es allerdings nötig, die Daten, die kontinuierlich anfallen, zu komprimieren und in den 432 von 625 Zeilen aufzuzeichnen. Die Zeitkomprimierungseinheit erkennt zunächst die Präambel der PCM-Daten, die den Beginn eines Datenpaketes für eine Spur, d. h. für ein Halbbild, kennzeichnet. Diese Präambel ist synchron mit dem V-Sync des Videorecorders verkoppelt. Beginnend mit der Präambel werden die Daten bis zur Post-Ambel in einen Speicher gelesen, um verzögert um etwa 1,25 Halbbilder mit erhöhter Rate für die Dauer von maximal 214 Zeilen ausgegeben zu werden. Eine Trainingssequenz von einer Zeile Dauer wird den Daten vorangestellt, um dem O-QDPSK Demodulator eine Referenz für die Träger- und Taktrückgewinnung zur Verfügung zu stellen. Während der Ausgabe der PCM-Daten wird bereits das PCM-Paket der nächsten Spur gelesen. Die Daten mit dem neuen Takt werden dem O-QDPSK Modulator zugeführt. Da bezogen auf ein Vollbild nur 428 der 625 nominellen Zeilen zur Verfügung stehen, muß die Datenrate der Modulation bei

R⁺ = 625/428 × 2,6 Mbit/s = 3,797 Mbit/s

liegen, d. h. die Symbolrate erhöht sich um 46% und damit auch die belegte Bandbreite. Der neue Träger für die Modulation muß mindestens bei

f_O+ = 0,46 × 2,6/2 MHz + 3,1 MHz = 3,698 MHz

liegen, um eine Interferenz mit den FM Audio-Signalen zu vermei­ den. Um die Aufzeichnung zu linearisieren, ist es vorgesehen, dem modulierten Signal ein AC-bias Signal hinzuzufügen. Dieses kann etwa bei 11 MHz, 12 MHz oder einem Vielfachen des Farbträgers liegen.

Das modulierte und mit dem AC-bias versehene PCM-Signal wird mit dem PALplus-FBAS-Signal in der Zeit gemultiplext. Ein Steuersi­ gnal PCM/Helper wird hierzu aus den Signalen H-Sync und V-Sync des aufzuzeichnenden Signals abgeleitet. Direkt im Anschluß an das PCM-Signal wird der FM-modulierte Helperträger des FBAS- Signals aufgezeichnet, um bei der Wiedergabe den Beginn des Hel­ per-Signals korrekt zu demodulieren. Bei der Wiedergabe wird der Demultiplexer durch das PCM/Helper Steuersignal geschaltet. Die­ ses Signal wird aus V-Sync und H-Sync des auf der Hauptspur S1 aufgezeichneten Signals abgeleitet. Die weitere Verarbeitung des PCM-Daten erfolgt invers zur Aufzeichnung, d. h. es erfolgt eine O-QDPSK Demodulation, die Zeitdekomprimierung und die Restaurie­ rung des standard PCM-Audiopaketes, das dem PCM-Paketdecoder zu­ geführt wird.

Eine Cue-Funktion des Audiosignals bei Trickmodes, wie z. B. dem schnellen Vorlauf, ist mit geringem Aufwand mit Hilfe der ebenfalls aufgezeichneten FM-Audiosignale möglich.

Claims (11)

1. Videorecorder mit Aufzeichnung eines PALplus-Helpersignals und eines Tonsignals, bei dem mit einem ersten Kopf (K1) ein mit dem Leuchtdichtesignal modulierter Bildträger (BT) entlang einer ersten Schrägspur (S1) aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Aufzeichnung des Bildträgers (BT) ein mit dem Helpersignal (HS) mit unterdrücktem Träger modulierter Helperträger (HT) und während der Totzeiten des Helspersignals (HS) ein zeitkomprimiertes PCM-Tonsignal mit einem zweiten Kopf (K2) zeitsequentiell in einer zweiten Schrägspur (S2) aufgezeichnet werden, die innerhalb der ersten Spur (S1) liegt, sich nur über einen Teil ihrer Breite und über die ganze Tiefe der Magnetschicht (1) erstreckt.

2. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Helperträger (HT) mit dem Helpersignal frequenzmoduliert ist.

3. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wiedergabe das zeitkomprimierte Tonsignal wieder auf seine ursprüngliche Dauer zeitlich expandiert wird.

4. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wiedergabe der mit dem Helpersignal (HS) modulierte Helper­ träger (HT) über eine Schaltung zum Zeitfehlerausgleich ge­ führt ist, der als die Zeitfehler darstellendes Signal ein Pilotsignal aus der ersten Spur (S1) zugeführt ist.

5. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das er­ ste Magnetkopfpaar (K1) einen Azimutwinkel von ±60 und das zweite Magnetkopfpaar (K2) einen Azimutwinkel von ±30° aufweist.

6. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Aufzeichnung verwendete Helpersignal (HS) im Signalweg vor dem Kammfilter (6), das zur Trennung des FBAS-Signals in das Leuchtdichtesignal (Y) und den Farbträger (F) dient, durch zeitselektive Tastung (4) von dem angelieferten Gesamt­ signal abgetrennt wird.

7. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wiedergabe während Sonderbetriebsarten wie Suchlauf, Zeitlu­ pe, Zeitraffer der Signalweg von dem zweiten Kopf (K2) auto­ matisch abgeschaltet ist.

8. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kopf (K1) und der zweite Kopf (K2) auf der Kopftrommel in einem Abstand angeordnet sind, der etwa gleich dem Achtfa­ chen der geometrischen Länge einer auf dem Band geschriebenen Zeile ist.

9. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Spur (S2) additiv zu dem Helpersignal und dem PCM- Tonsignal im Frequenzmultiplex mit Tonsignalen (L, R) frequenzmodulierte Tonträger (T1, T2) aufgezeichnet werden.

10. Recorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aufzeichnung eines reinen PAL-Signals ohne PALplus- Helpersignal in der zweiten Spur (S2) mit Tonsignalen frequenzmodulierte Tonträger (T1, T2) aufgezeichnet werden.

11. Recorder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Recorder für die Aufzeichnung von sechs voneinander unabhängigen Tonsignalen ausgebildet ist, und zwar für zwei NF-Tonsignale in den parallel zur Bandkante verlaufenden Längsspuren, zwei Tonsignale innerhalb des PCM-Tonsignals und zwei mit Tonsignalen frequenzmodulierte Tonträger (T1, T2).