DE4329841C2 - Einrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben eines Videosignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe eines Videosignals, insbesondere eine Einrich­ tung zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe eines Videosignals auf ein bzw. von einem Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einer Magnetspeicherplatte o. ä.

Bei einer bekannten Einrichtung werden ein Luminanzsignal, welches ein Synchronisationssignal enthält, und ein Farbdif­ ferenzsignal frequenzmoduliert und dann auf der Magnetspei­ cherplatte aufgezeichnet. Bei der bekannten Einrichtung be­ steht ein Problem darin, daß mechanische Betätigungsglieder, wie beispielsweise ein elektrischer Motor zum Drehen der Ma­ gnetspeicherplatte, beispielsweise infolge mechanischer Stö­ rungen oder Störungen im elektrischen Signal, Geschwindig­ keitsschwankungen unterliegen, wenn ein Videosignal auf der Magnetspeicherplatte aufgezeichnet oder von dieser wiederge­ geben wird. Weiterhin kann ein instabiles Bild erzeugt wer­ den, wenn ein Videosignal auf einer Magnetspeicherplatte mit einer bestimmten Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet und unter Verwendung einer anderen Einrichtung wiedergegeben wird, weil sich die Aufzeichnungseinrichtung und die Wieder­ gabeeinrichtung mechanisch unterscheiden. Wenn derartige Ge­ schwindigkeitsschwankungen bei der Antriebsvorrichtung auf­ treten, enthält das auf der Magnetspeicherplatte aufgezeich­ nete Videosignal Jitter (Synchronisationsstörungen), die beim Aufzeichnen entstehen, wodurch das Videosignal nicht mit ho­ her Qualität wiedergegeben werden kann. Demzufolge können die auf einem Bildschirm auf der Basis des Videosignals wiederge­ gebenen Videobilder Abweichungen in der Größe oder Lage haben und einen Jitter-Effekt hervorrufen.

Zum Stand der Technik wird auf die Druckschriften EP 475 750 A1, EP 487 184 A2, EP 170 207 A2, US 47 00 239 und US 47 80 769 verwiesen. In diesen Druckschriften sind Einrichtungen zum Aufzeichnen und zum Wiedergeben eines Videosignals auf ein bzw. von einem Aufzeichnungsmedium offenbart. Dabei ist insbesondere in der EP 475 750 A1 eine Einrichtung beschrie­ ben, die ein modifiziertes Videosignal durch Hinzufügen eines ersten und eines zweiten Referenzsignals zum Videosignal er­ zeugt. Diese Einrichtung umfaßt einen ersten Signaldetektor zum Erfassen des ersten Referenzsignals und einen zweiten Si­ gnaldetektor zum Erfassen des zweiten Referenzsignals. Über die beiden, Referenzsignale kann das Videosignal von Zeitba­ sisfehlern befreit werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Aufzeich­ nen und zur Wiedergabe eines Videosignals anzugeben, mit dem es möglich ist, das Videosignal mit hoher Qualität wieder­ zugeben, selbst wenn bei der Aufzeichnung oder der Wiedergabe des Videosignals das das Aufzeichnungsmedium antreibende Mit­ tel Geschwindigkeitsschwankungen unterliegt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Auf­ zeichnen und zur Wiedergabe eines Videosignals gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Einrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Zeitbeziehung zwischen einem Videosignal, und einem Startsignal bei einer Einrichtung nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Zeitbeziehung zwischen dem Videosignal, Burst-Torim­ pulsen und einem Startsignal bei einer Einrichtung nach Fig. 2 zeigt, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer PLL-Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung 200 zum Aufzeichnen bzw. zur Wiedergabe eines Videosignals dargestellt. Die Ein­ richtung 200 zeichnet ein Luminanzsignal, Farbdifferenz­ signale R-Y und B-Y sowie mittels einer Y-Signal-Auf­ zeichnungsschaltung 50 Referenzsignale auf einer Magnet­ speicherplatte 70 auf. Das Ausgangssignal der Aufzeich­ nungsschaltung 50 wird dabei einem Magnetkopf 60 zuge­ führt, der das Signal auf einer Magnetspeicherplatte 70 aufzeichnet, die durch einen Spindelmotor 80 drehend an­ getrieben wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 200 dient zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe eines Videosignals Y + S, welches aus dem Luminanzsignal Y und einem Synchronisa­ tionssignal 5 zusammengesetzt ist. Das Synchronisations­ signal enthält ein Horizontalsynchronisationssignal H- SYNC, ein Vertikalsynchronisationssignal V-SYNC und min­ destens einen Ausgleichsimpuls.

Zunächst wird der Aufzeichnungsprozeß beschrieben. Das Videosignal Y + S wird von einer Videokamera (nicht darge­ stellt) einer Trennschaltung 10 zum Herausfiltern des Synchronisationssignals sowie einem Addierer 35 zuge­ führt. Die Trennschaltung 10 trennt aus dem Videosignal Y + S das Horizontalsynchronisationssignal H-SYNC und das Vertikalsynchronisationssignal V-SYNC ab. Die Trenn­ schaltung 10 führt das Horizontalsynchronisationssignal H-SYNC einem Burst-Torimpulsgenerator 20 zu. Dieser Tor­ impulsgenerator 20 erzeugt eine Reihe von Burst-Torim­ pulsen, die jeweils eine vorbestimmte Dauer haben und die um eine bestimmte Zeit gegenüber entsprechenden Im­ pulsen des ausgefilterten Horizontalsynchronisationssi­ gnals H-SYNC verzögert sind. Die Burst-Torimpulse werden benötigt, um ein Referenzsignal aufzuzeichnen, wie noch weiter unten beschrieben wird. Die Trennschaltung 10 führt das ausgefilterte Horizontalsynchronisationssignal H-SYNC einem Taktgenerator 40 und einem Startsignal-Ge­ nerator 42 (der später noch beschrieben wird) zu. Dieser Taktgenerator 40 erzeugt als Referenzsignal (Burst-Si­ gnal) Taktimpulse zur Jitter-Korrektur, wenn das Video­ signal reproduziert wird.

Einem Burstsignal-Gatter 30 werden die vom Burst-Torim­ pulsgenerator 20 ausgegebenen Burst-Torimpulse sowie das vom Taktgenerator 40 ausgegebene Referenzsignal zuge­ führt. Das Referenzsignal ist von einem Sinussignal mit einer Frequenz abgeleitet, die beispielsweise das 227,5- Fache der Frequenz des Horizontalsynchronisationssignals betragen kann. Das Burstsignal-Gatter 30 läßt das Refe­ renzsignal zum Addierer 35 durch, wenn der jeweilige Burst-Torimpuls sich im EIN-Zustand, d. h. im HIGH-Zu­ stand befindet. Dies bedeutet, daß das Referenzsignal dem Addierer 35 nur während eines Zeitabschnitts zuge­ führt wird, in welchem der jeweilige Burst-Torimpuls ho­ hen Spannungspegel hat.

Die Einrichtung 200 nach Fig. 1 enthält ferner einen Startsignal-Generator 42, der ein Startsignal ausgibt, welches einem Burst-Gatterimpuls nacheilt, der auf der Grundlage des abgetrennten Horizontal-Synchronisations­ signals und des Taktsignals erzeugt wird. Das Startsi­ gnal wird einem Addierer 47 zugeführt, der es dem Vi­ deosignal Y + S hinzufügt, welches das Referenzsignal ent­ hält. Der Addierer 47 gibt das Videosignal Y + S zusammen mit dem Referenzsignal und dem Startsignal an die Y-Si­ gnal-Aufzeichnungsschaltung 50 aus. Die Aufzeichnungs­ schaltung 50 führt eine Frequenzmodulation durch und zeichnet das zugeführte Videosignal auf der Magnetspei­ cherplatte 70 mittels des Magnetkopfes 60 auf, wobei die Magnetspeicherplatte 70 durch den Spindelmotor 80 ange­ trieben wird.

Fig. 3 zeigt die Zeitbeziehung zwischen dem Videosi­ gnal, dem das Referenzsignal und das Startsignal hinzu­ gefügt ist, den Burst-Torimpulsen und den Startsignalen. Eine effektive Horizontalperiode (Zeilendauer) liegt zwischen einem Startsignal und dem nachfolgenden Hori­ zontalsynchronisationssignal.

Um ein aufgezeichnetes Videosignal, das einem Einzelbild entspricht, vom Aufzeichnungsmedium wiederzugeben, wer­ den die Videoinformationen zuerst in einem Speicher auf der Basis des wiedergewonnenen Videosignals abgespei­ chert; danach werden die gespeicherten Videoinformatio­ nen vom Speicher ausgelesen und einer Bildschirmeinheit zugeführt. Um das Einschreiben der Videoinformationen in den Speicher auf der Grundlage des reproduzierten Video­ signals zu ermöglichen, wird dem Videosignal das Start­ signal hinzugefügt, welches einen Startzeitpunkt für das Einschreiben des Videosignals definiert, d. h. einen Zeitpunkt, zu dem eine effektive Horizontalperiode (Zeilendauer) beginnt. Die effektive Horizontalperiode wird also durch das Erkennen des hinzugefügten Startsi­ gnals detektiert.

Im folgenden wird der Wiedergabeprozeß beschrieben. Das auf der Magnetspeicherplatte 70 aufgezeichnete Videosi­ gnal Y + S wird durch den Magnetkopf 60 gelesen und dann einer Frequenz-Demodulation durch eine Y-Signal-Wieder­ gabeschaltung 90 unterzogen. Das demodulierte Videosi­ gnal Y + S wird von der Wiedergabeschaltung 90 einer Hori­ zontalsynchronisationssignal-Trennschaltung 100, einem Startsignaldedektor 102, einer PLL-Schaltung 120 (PLL: phase-locked loop) zur Wiedergabe des Taktsignals und einem A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) 130 zuge­ führt. Die Trennschaltung 100 trennt das Horizontalsyn­ chronisationssignal H-SYNC vom Videosignal Y + S ab und führt es einem Burst-Torimpulsgenerator 110 zu. Der Tor­ impulsgenerator 110 erzeugt eine Reihe von Burst-Torim­ pulsen, die eine vorbestimmte Dauer haben und die um ei­ ne bestimmte Zeit entsprechenden Impulsen des ausgefil­ terten Horizontalsynchronisationssignals H-SYNC nachei­ len. Die Burst-Torimpulse werden zum Herausfiltern des Referenzsignals (Burst-Signal) aus dem Videosignal Y + S benötigt. Der Torimpulsgenerator 110 führt die Burst- Torimpulse der PLL-Schaltung 120 zu. Diese PLL-Schaltung 120 filtert das Referenzsignal aus dem Videosignal Y + S heraus und erzeugt synchron zum Referenzsignal ein Takt­ signal. Dieses Taktsignal enthält Jitterinformationen, die aufgrund von Geschwindigkeitsschwankungen des Motors 80 beim Aufzeichnen auf die bzw. bei der Wiedergabe von der Magnetspeicherplatte 70 hervorgerufen werden. Demzu­ folge hat das Taktsignal keine konstante Frequenz, son­ dern unterliegt Frequenzschwankungen synchron zum Video­ signal Y + S, das von der Magnetspeicherplatte 70 gelesen worden ist. Das durch die PLL-Schaltung 120 erzeugte Taktsignal wird dem A/D-Wandler 130 und einem Speicher 140 zugeführt.

Der Startsignaldetektor 102 erkennt ein Startsignal, das im reproduzierten Videosignal Y + S enthalten ist. Wenn das Startsignal detektiert worden ist, führt der Start­ signaldetektor 102 ein Ausgangssignal einem Schreibsi­ gnalgenerator 104 für den Speicher 140 zu. Der Schreib­ signalgenerator 104 gibt für eine vorgegebene Dauer, d. h. eine effektive Horizontalperiode, ein Speicher­ schreibsignal ab, um das Einschreiben der Videoinforma­ tionen in den Speicher 140 zu gestatten.

Das dem A/D-Wandler 130 zugeführte Videosignal Y + S wird in ein digitales Videosignal auf der Basis des Taktsi­ gnals gewandelt, welches Jitterinformationen enthält. Das digitale Videosignal wird dann im Speicher 140 abge­ speichert. Dies bedeutet, daß das digitale Videosignal im Speicher 140 auf der Grundlage eines Taktsignals ab­ gespeichert wird, das die Frequenzschwankungen des Vi­ deosignals enthält, d. h. mit denselben Jitterinformatio­ nen versehen ist. Daher enthält das im Speicher 140 ge­ speicherte resultierende Videosignal keine Jitterinfor­ mationen mehr, denn diese Jitterinformationen im Video­ signal sind durch die im Taktsignal enthaltenen Jitter­ informationen ausgeglichen bzw. entfernt worden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Jitterinformation durch das Einschreiben des Videosignals in den Speicher 140 unter Verwendung des von der PLL-Schaltung 120 er­ zeugten Taktsignals entfernt worden.

Das im Speicher 140 gespeicherte Videosignal wird dann unter Verwendung eines Taktsignals mit einer konstanten Frequenz ausgelesen. Dieses Taktsignal wird durch einen Taktgenerator 160 erzeugt. Das gelesene Videosignal wird durch einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) 150 auf der Grundlage des vom Taktgenerators 160 erzeugten Takt­ signals gewandelt. Danach wird das analoge Videosignal einem Addierer 175 zugeführt, der es mit einem Synchro­ nisationssignal verknüpft, das durch einen Synchronisa­ tionssignal-Generator 170 auf der Grundlage des Taktsi­ gnals des Taktgenerators 160 erzeugt wird. Das mit dem Synchronisationssignal verknüpfte Videosignal wird da­ nach vom Addierer 175 an eine Bildschirmeinheit (nicht dargestellt) ausgegeben.

Da das von der Einrichtung 200 nach der Fig. 1 verar­ beitete Videosignal jeweils Intervalle enthält, in denen das Referenzsignal und die Startsignale hinzugefügt wer­ den, ist die effektive Horizontalperiode um diese Inter­ valle verringert. Dieser Nachteil wird bei einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung 200A vermie­ den, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die mit der Ein­ richtung 200 nach Fig. 1 übereinstimmenden Bausteine sind gleich bezeichnet und werden nicht noch einmal er­ läutert.

Die Einrichtung 200A hat an Stelle des in Fig. 1 ge­ zeigten Startsignal-Generators 42 bzw. des Startsignal­ detektors 102 einen Offsetspannungs-Generator 45 bzw. einen Offsetspannungs-Detektor 105. Der Offsetspannungs- Generator 45 erhält vom Burst-Torimpulsgenerator 20 Burst-Torimpulse und das Referenzsignal, d. h. das Takt­ signal des Taktsignalgenerators 40. Der Offsetspannungs- Generator 45 zählt die Taktimpulse des Taktsignals und erzeugt eine Vorspannung für eine vorbestimmte Dauer, die mindestens das Zeitintervall enthält, in welchem ein Burst-Torimpuls im HIGH-Zustand ist. Die Vorspannung wird dem Videosignal Y + S durch den Addierer 47 hinzuge­ fügt. Dies bedeutet, daß während eines HIGH-Zustandes des Burst-Torimpulses das durch den Taktsignalgenerator 40 erzeugte Referenzsignal (d. h. das Burstsignal) dem Video­ signal Y + S durch den Addierer 35 hinzuaddiert und gleichzeitig der Gleichspannungspegel (d. h. der Schwarzwertpegel) des Videosignals durch die Offsetspannung erhöht wird, die durch den Addierer 47 hinzuaddiert wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Das mit dem Referenzsignal bei erhöhtem Gleichspan­ nungspegel versehene Videosignal Y + S wird dann durch die Y-Signal-Aufzeichnungsschaltung 50 frequenzmoduliert und durch den Magnetkopf 60 auf der Magnetspeicherplatte 70 aufgezeichnet.

Beim Wiedergabeprozeß wird das auf der Magnetspeicher­ platte 70 aufgezeichnete Videosignal Y + S durch den Ma­ gnetkopf 60 gelesen und dann durch die Y-Signal-Wieder­ gabeschaltung 90 einer Frequenzdemodulation unterzogen. Das demodulierte Videosignal Y + S wird der Synchronisati­ onssignal-Trennschaltung 100, dem Offsetspannungs-Detek­ tor 105, der PLL-Schaltung 120 und dem A/D-Wandler 130 zugeführt.

Der Offsetspannungs-Detektor 105 detektiert die abfal­ lende Flanke der Gleichspannungskomponente des Referenz­ signals (d. h. der Offsetspannungs-Detektor 105 erfaßt den Zeitpunkt, zu dem das die Gleichspannungskomponente enthaltende Signal fehlt). Dies bedeutet, daß die Gleichspannungskomponente des Referenzsignals die Funk­ tion eines Startsignals hat, welches unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 beschrieben worden ist. Die de­ tektierte abfallende Flanke triggert den Schreibsignal­ generator 104, so daß ein Schreibsignal zum Einschreiben der Videoinformationen in den Speicher 140 während einer effektiven Horizontalperiode erzeugt wird. Die gespei­ cherten Videoinformationen werden dann gelesen und der Bildschirmeinheit in gleicher Weise zugeführt, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert worden ist.

Die PLL-Schaltung 120, welche das Taktsignal erzeugt, ist näher in Fig. 5 dargestellt. Sie enthält eine Refe­ renzsignal-Trennschaltung 121, einen Phasenkomparator 122, ein Tiefpaßfilter 123, einen spannungsgesteuerten Oszillator 124 und einen N-Frequenzteiler 125, der die ihm zugeführte Frequenz um einen Faktor N herunterteilt. Die Referenzsignal-Trennschaltung 121, welcher das von der Magnetspeicherplatte 70 gelesene Videosignal Y + S so­ wie die Burst-Torimpulse zugeführt sind, filtert das Re­ ferenzsignal aus dem Videosignal Y + S auf der Grundlage der Burst-Torimpulse heraus. Das extrahierte Referenzsi­ gnal wird dem Phasenkomparator 122 zugeführt, dem auch das Signal des Frequenzteilers 125 zugeführt ist, der die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuer­ ten Oszillators 124 um den Faktor N herunterteilt. Der Phasenkomparator 122 führt sein Ausgangssignal dem Tief­ paßfilter 123 zu, dessen Ausgangssignal wiederum dem spannungsgesteuerten Oszillator 124 zugeführt ist. Der Phasenkomparator 122, das Tiefpaßfilter 123, der Oszil­ lator 124 und der N-Frequenzteiler 125 bilden zusammen einen phasengesteuerten Regelkreis (phase-locked loop) zum Erzeugen eines Taktsignals, das auf das Referenzsi­ gnal einrastet. Wenn der Phasenkomparator 122 betrieben wird, ohne daß ein Referenzsignal von der Referenzsi­ gnal-Trennschaltung 121 vorliegt, dann ist das von ihm ausgegebene Taktsignal mit dem Referenzsignal nicht syn­ chronisiert. Um dies zu vermeiden, werden Burst-Torsi­ gnale dem Phasenkomparator 122 zugeführt, so daß er die Phasen der zugeführten Signale nur dann vergleicht, wenn das Referenzsignal aus dem Videosignal Y + S herausgefil­ tert ist.

Da das digitale Videosignal in den Speicher 140 auf der Basis des wiedergewonnenen Taktsignals eingeschrieben ist, welches auf das Referenzsignal eingerastet ist, entsprechen die im Speicher 140 abgespeicherten Videoda­ ten mit hoher Präzision dem Videosignal, wie es auf der Magnetspeicherplatte 70 aufgezeichnet und/oder von die­ ser wiedergegeben wird.

Die Einrichtung 200A nach Fig. 2 kann Videobilder mit hoher Qualität wiedergeben, da die effektive Horizontal­ periode relativ lang ist.

Claims (4)

1. Einrichtung (200) zum Aufzeichnen und Wiedergeben eines Videosignals auf bzw. von einem Aufzeichnungsmedium (70), mit
Mitteln (10, 20, 30, 35, 45, 47) zum Erzeugen eines modifizierten Videosi­ gnals durch Hinzufügen eines ersten und eines zweiten Referenzsignals zu dem Videosignal, wobei das zweite Referenzsignal ein den Gleichspan­ nungspegel des Videosignals erhöhendes Gleichspannungssignal ist, des­ sen Signaldauer die Signaldauer des ersten Referenzsignals einschließt und dessen abfallende Flanke dem ersten Referenzsignal nacheilt,
Mitteln (50) zum Aufzeichnen des modifizierten Videosignals auf dem Auf­ zeichnungsmedium (70),
Mitteln (90) zum Wiedergeben des modifizierten, auf dem Aufzeichnungs­ medium (70) aufgezeichneten Videosignals,
Mitteln (100, 110, 120) zum Wiedergewinnen des ersten Referenzsignals aus dem wiedergegebenen modifizierten Videosignal,
Mitteln (105) zum Erfassen des zweiten Referenzsignals aus dem wiederge­ gebenen modifizierten Videosignal und
Mitteln (104, 130, 140, 150, 160, 170, 175) zum Wiedergewinnen des Video­ signals aus dem wiedergegebenen modifizierten Videosignal,
wobei die Mittel zum Wiedergewinnen des Videosignals einen Speicher (140), der mit Erfassen der abfallenden Flanke des zweiten Referenzsignals beginnt, das wiedergegebene modifizierte Videosignal synchron mit dem wiedergewonnenen ersten Referenzsignal zu speichern, einen Taktgenerator (160) zum Erzeugen eines Taktsignals und Auslesemittel umfassen, die das in dem Speicher (140) gespeicherte modifizierte Videosignal auf Grundlage des Taktsignals auslesen.

2. Einrichtung (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (100, 110, 120) zum Wiedergewinnen des ersten Referenzsignals einen Phasenregelkreis (122) umfassen, dem das modifizierte Videosignal zuge­ führt wird und der synchron zu dem ersten Referenzsignal ein weiteres Takt­ signal ausgibt, auf Grundlage dessen der Speicher (140) das wiedergewon­ nene modifizierte Videosignal speichert.

3. Einrichtung (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Phasenregelkreis (122) ausgegebene Taktsignal Signaleigenschaften hat, die sich von denen des ersten Referenzsignals unterscheiden, das dem Vi­ deosignal hinzugefügt wird.

4. Einrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als erstes Referenzsignal eine Sinusschwingung mit ei­ ner Frequenz verwendet wird, die das 227,5-Fache der Frequenz eines Hori­ zontalsynchronisationssignals (H-SYNC) des Videosignals beträgt.