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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Videoaufzeichnung
und insbesondere die Reproduktion mit anderen als normalen Geschwindigkeiten.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Ein
digitales Videosignal kann verarbeitet werden, um einen Bitstrom
mit einer reduzierten Bitrate zu bilden. Eine derartige Verarbeitung
für eine Bitratenreduktion
kann gemäß einem
MPEG-Kompressionsverfahren implementiert werden und kann beispielsweise
mit einer Struktur wie etwa der formatiert werden, wie sie in einem
digitalen Satellitensystem verwendet wird, beispielsweise DSSTM oder dem vorgeschlagenen terrestrischen
Grand-Alliance- oder GA-System.
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Ein
Verbrauchervideorecorder kann dafür adaptiert sein, Aufzeichnungsfähigkeiten
sowohl für analoge
Signale als auch digital codierte Signale bereitzustellen, die beispielsweise
zur Kompatibilität
mit einem MPEG-Standard verarbeitet worden sind und beispielsweise
GA- oder DSSTM-Signalformaten aufweisen. Der adaptierte
Verbrauchervideorecorder kann als zwei Elektroniksysteme innerhalb
eines Kastens angesehen werden, die sich einen Aufzeichnungsmechanismus,
Servo- und Steuersysteme teilen. Ein herkömmliches analoges Aufzeichnungsverfahren
kann verwendet werden, bei dem eine analoge Luminanzsignalkomponente
die Frequenz eines HF-Trägers
moduliert und eine analoge Chrominanzsignalkomponente die Amplitude
eines zweiten HF-Trägers
moduliert. Bei Reproduzierung werden die beiden modulierten Signale
demoduliert, verknüpft
und für
ein Videodisplay gekoppelt.
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Das
digitale Aufzeichnen kann erreicht werden durch Verwenden des Verbrauchervideorecorders
als einen digitalen Bitstromrecorder/-player. Der MPEG-kompatible
Bitstrom, beispielsweise Transportpakete, kann aufgezeichnet werden
durch Umformatieren und Verarbeiten, um das Aufzeichnen und Reproduzieren
zu erleichtern. Im Abspielmodus (Playback) werden die Aufzeichnungsprozesse
im Grunde umgekehrt und der Bitstrom wird wiederhergestellt, so
daß er
die ursprünglichen
MPEG-Format- und Zeitbeziehungen aufweist.
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Die
Materialkosten eines digitalen Verbraucherrecorders können auf
ein Minimum reduziert werden, wenn die MPEG-Verarbeitung oder -Decodierung entfällt. Somit
wird der MPEG-Paketstrom von dem Recorder ohne Änderungen oder Zusätze aufgezeichnet
und wieder abgespielt. Somit funktioniert der digitale Verbraucherrecorder
als ein Bitstromrecorder für
den Einsatz mit Programmverzögerung
oder Zeitverschiebung.
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Das
MPEG-Kompressionsverfahren verwendet Intra-Coded-Frames oder I-Frames,
Forward-Predicted-Frames oder P-Frames und Bidirectionally-Predicted-Frames
oder B-Frames. Diese drei Arten von Frames treten in als "Groups of Pictures" oder GOPs bekannten
Gruppen auf. Die Anzahl der Frames in einer GOP ist benutzerdefinierbar,
kann aber beispielsweise 12 oder 15 Frames umfassen. Jede GOP enthält ein I-Frame,
an das zur Übertragung
ein P-Frame angehängt
wird, auf das eine Sequenz aus B- und P-Frames folgt. Nur I-Framedaten können unabhängig von
einem beliebigen anderen Frame decodiert werden, P-Frames können anhand eines
vorausgegangenen I- oder P-Frame vorhergesagt werden. Bidirectionally-Predicted-Frames
oder B-Frames erfordern eine Vorhersage von umgebenden I- oder P-Frames.
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Bei
einem analogen Verbrauchervideorecorder lassen sich Trickabspiel-Features
wie etwa Bild im Vorwärts-
oder Rückwärtsshuttle,
schnelle oder langsame Bewegung, ohne weiteres erzielen, da jede
aufgezeichnete Spur in der Regel ein Feld mit benachbarten Spuren
enthält,
die ähnliche,
aber zeitlich versetzte Bilder enthalten. Reproduktion bei anderen
als der aufgezeichneten Geschwindigkeit führt dazu, daß der reproduzierende
Kopf oder die reproduzierenden Köpfe
mehrere Spuren überqueren
und erkennbare Bildsegmente wiederherstellen. Wenn jedoch ein MPEG-Signal
aufgezeichnet ist, belegen die I-, P- und B-Frames jeder GOP benachbarte
Spuren. Wenn mit Abspiel- oder normaler Geschwindigkeit wieder abgespielt
wird, müssen
die I-Framedaten zuerst wiederhergestellt werden, um die Rekonstruktion aufeinanderfolgender
P- und B-Frames zu gestatten. Wenn die MPEG-Aufzeichnung mit einer
anderen als der Normalgeschwindigkeit wieder abgespielt wird, wandeln
die Wiederabspielköpfe
Sektionen oder Segmente von mehreren Spuren um. Diese wieder abgespielten
Segmente enthalten jedoch Teile einer GOP, die im Gegensatz zu dem
analogen Aufzeichnungszustand nicht länger Sektionen diskreter Aufzeichnungen
von aufeinanderfolgenden Bildern repräsentieren. Stattdessen enthalten
die umgewandelten Segmente Daten, die sich hauptsächlich aus vorhergesagten
P- und B-Frames der GOP ergeben. Da während des Trickabspielbetriebs
die Menge an wieder abgespielten I-Framedaten zunehmend sinkt, wenn die
Trickabspielgeschwindigkeit zunimmt, gibt es eindeutig kaum eine
Möglichkeit
zum Decodieren von P- und B-Frames aus den reproduzierten Stücken von
I-Framedaten. Wenn die wieder abgespielten I-Framedaten decodiert
werden sollen, müssen sie
außerdem
der von dem MPEG-Standard geforderten Syntax entsprechen. Somit
kann bei einem digitalen Verbraucherrecorder, der den MPEG-Strom nicht
verarbeitet, um I-Framedaten neu zu verteilen oder Trickabspieldaten
für redundantes
Aufzeichnen zu bilden, eine Reproduktion mit einer anderen als der
normalen Abspielgeschwindigkeit ausgeschlossen sein.
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EP 0505985 A2 beschreibt
eine Codierungssteuerschaltung, die die I-, P- und B-Framedaten zeitmultiplexiert.
Die I-Framedaten
werden mit einem I-Prozeßflag
identifiziert. Während
der Reproduktion stellt beim Detektieren des I-Prozeßflags eine die Reproduzierungsgeschwindigkeit
bestimmende Schaltung die Reproduktionsgeschwindigkeit ein und mindestens
die I-Framedaten werden reproduziert. Während einer Spezialreproduktion
wird das I-Prozeßflag detektiert
und die I-Framedaten können
decodiert werden. Ein die Aufzeichnungsposition vermutender Mechanismus
vermutet die Aufzeichnungsposition der I-Framedaten anhand der Ausgabe
eines Flagdetektors. Die Reproduktionsgeschwindigkeit wird auf der
Basis des Werts einer Geschwindigkeitsmultiplizierungszahl zum Zeitpunkt
der Reproduktion und der Ausgabe des die Aufzeichnungsposition vermutenden
Mechanismus gesteuert.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufzeichnungs- und Wiederabspielvorrichtung umfaßt ein Umwandlungsmittel zum
Reproduzieren eines digitalen Signals von einem Medium. Ein Steuermittel
steuert einen Reproduktionsmodus der Vorrichtung. Ein Decodiermittel
ist an das Umwandlungsmittel gekoppelt, um das digitale Signal zu decodieren
und daraus ein einen spezifischen Bildtyp anzeigendes Signal abzuleiten.
Der Reproduktionsmodus weist eine erste Reproduktionsperiode mit
einer normalen Abspielgeschwindigkeit und eine zweite Reproduktionsperiode
mit einer Geschwindigkeit größer als
der Abspielgeschwindigkeit auf. Die erste und die zweite Periode,
die mit der ersten Periode abwechselt, werden initiiert als Reaktion
auf das einen spezifischen Bildtyp anzeigende Signal.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist eine Aufzeichnungs- und Wiederabspielvorrichtung an einem Eingang
an eine Quelle eines MPEG-Bitstromsignals zum Aufzeichnen gekoppelt.
Ein erstes Umwandlungsmittel zeichnet ein den MPEG-Bitstrom repräsentierendes
digitales Signal auf und reproduziert es. Ein Steuermittel ist an
das MPEG-Bitstromsignal gekoppelt und erzeugt ein Signal, das das
Auftreten eines Intra-Coded-Frames im MPEG-Bitstrom anzeigt. Ein
zweites Umwandlungsmittel zeichnet ein Servoreferenzsignal auf und
reproduziert es. Ein Erzeugungsmittel reagiert auf das anzeigende
Signal zum Erzeugen eines identifizierenden Signals zum Aufzeichnen
mit dem Servoreferenzsignal.
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Bei
noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist eine Aufzeichnungs-
und Wiederabspielvorrichtung einen Trickabspiel-Reproduktionsmodus
auf, der die folgenden Schritte umfaßt:
- a)
Initiieren eines Abspielmodus zur I-Frame-Reproduktion von einem
aufgezeichneten Medium;
- b) Initiieren eines Schnellabspielmodus zum Passieren des aufgezeichneten
Mediums;
- c) Wiederaufnehmen des Abspielmodus zur Reproduktion eines nachfolgenden
I-Frames von dem Medium und
- d) Steuern von Übergängen zwischen
dem Abspiel- und dem Schnellabspielmodus als Reaktion auf eine für den Schnellabspielmodus
vorbestimmte Sequenz.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist eine Aufzeichnungs- und Wiederabspielvorrichtung einen Trickabspiel-Reproduktionsmodus
auf, der die folgenden Schritte umfaßt:
- a)
während
eines normalen Abspielmodus Bestimmen einer mittleren Anzahl von
zwischen I-Frames auftretenden Steuerspurimpulsen;
- b) während
eines Trickabspielmodus Zählen
von Steuerspurimpulsen und Testen eines Zählwerts der Steuerspurimpulse
auf Gleichheit mit einer Zahl, die die mittlere Anzahl von Steuerspurimpulsen
betrifft, die zwischen I-Frames auftreten;
- c) bei einer Zählwertgleichheit
Reproduzieren von Frames während
des Trickabspielmodus mit einer Geschwindigkeit des normalen Abspielmodus
bis zur Reproduktion eines nächsten
I-Frames und
- d) Wiederholen der Schritte b) und c) bis zur Abwahl des Trickabspielmodus.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein beispielhaftes Blockdiagramm, das verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen
enthält.
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2A zeigt
unter Einsatz erfindungsgemäßer Ausführungsformen
auf einem Medium aufgezeichnete Spuren.
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2B–2D zeigen
auf einem Medium aufgezeichnete Steuerspurimpulse einschließlich verschiedener
erfindungsgemäßer Ausführungsformen.
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3A–3C zeigen
verschiedene Steuerspurimpulswellenformen einschließlich Impulsbreitenmodulation
durch ergänzende
Informationen.
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4A zeigt
das aufgezeichnete Muster von 2A.
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4B zeigt
eine die Trickabspielreproduktion erleichternde erfindungsgemäße Bandgeschwindigkeitssteuersequenz.
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4C zeigt
eine sich aus der in 4B dargestellten Steuersequenz
ergebende Trickabspielframesequenz.
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5 ist
ein beispielhaftes Flußdiagramm, das
ein erfindungsgemäßes Trickabspielverfahren zum
Voraussehen einer ein I-Frame enthaltenden Spur darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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In 1 ist
ein vereinfachtes digitales Verbraucheraudiovideosystem dargestellt.
Ein Empfänger
IRD 100 ist an eine Empfangsantenne 50 gekoppelt
gezeigt, jedoch kann ein HF-moduliertes Signal von einem nicht gezeigten
Kabelverteilnetz geliefert werden. Das modulierte paketierte Signal
wird abgestimmt, demoduliert und ein benutzerbestimmtes Programm
innerhalb des Empfängerpaketwählerblocks
separiert, dargestellt als RCV. PKT. SEL. 55. Ein Ausgangssignal
von dem Empfängerpaketwähler 55 umfaßt einen
Transportpaketstrom von Audio-, Video- und Steuerdaten, die durch
einen Decodierer 117 MPEG-decodiert werden. Der MPEG-Decodierer arbeitet
in Verbindung mit einem Speicher MEM. 116, der mehrere
Frames einschließlich
des letzten I-Frames speichert. Im Fall eines MPEG-Datenstromverlustes
oder verstümmelter
MPEG-Syntax werden Decodierer 117 und Speicher 116 von
einem Controller 115 gesteuert, die Ausgangssignalerzeugung
aufrechtzuerhalten durch Wiederholen eines vorausgegangenen Frames
aus dem Speicher 116. Somit verursacht ein Datenstromverlust
oder eine Datenstromverzerrung, beispielsweise aufgrund von Fading durch
Regen, Wiederabspieldatenverlust, Aussetzer oder Verzerrung, daß der letzte
Frame dupliziert wird, wodurch für
die Dauer des Datenausfalls ein eingefrorenes oder Standbild erzeugt
wird. Der Decodierer erzeugt Audio- und Videosignale, die an einen Ausgabeblock
O/P 118 gekoppelt werden, der analoge Audio- und Videoausgangssignale 101 und 104 produziert,
die zur Überwachung
durch ein Display 300 gekoppelt werden.
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Eine
Wiederabspielpaketquelle 200, die beispielsweise den Aufzeichnungsformaten
D-VHS oder DVC entsprechen kann, ist in dem vereinfachten beispielhaften
Blockdiagramm von 1 dargestellt. Wie oben beschrieben
können
Kostenüberlegungen diktieren,
daß der
digitale Recorder 200 keine MPEG-Codierung und -Decodierung
enthält.
Somit funktioniert der digitale Recorder 200 als ein Bitstromrecorder/-player
und stellt eine Zeitverschiebungs- oder Programmverzögerungskapazität bereit. Durch
den Wegfall der MPEG-Decodierung und den Komplexitätsgrad,
der erforderlich ist, um eine Wiederabspielkapazität mit einer
vom Standard abweichenden Geschwindigkeit zu erleichtern, wird die Bildreproduktion
bei anderen Geschwindigkeiten als der Abspielgeschwindigkeit erschwert.
Zusammengefaßt
koppelt der Empfänger
IRD 100 einen MPEG-kompatiblen Paketstrom über einen
digitalen A/V-Bus 112 zum Aufzeichnen durch den Recorder 200.
Analog wird ein Wiederabspielpaketstrom über Bus 112 an den
Empfänger
IRD 100 zur MPEG-Decodierung
und Audio-/Videoerzeugung gekoppelt.
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Der
in 1 dargestellte Player-Recorder 200 empfängt demodulierte
Transportpakete vom Empfänger
IRD 100 über
einen bidirektionalen Datenbus 112. Der Transportpaketstrom
wird zur Busübertragung
beispielsweise als ein Superpaket mit Superpaketkopfteil formatiert
und über
einen Schnittstellenport 110 an den Datenbus 112 gekoppelt.
Das formatierte Transportpaket wird beim Recorder 200 mit
Hilfe eines Schnittstellenports 210 empfangen, der einen
Aufzeichnungsbitstrom 211 ableitet. Die Schnittstellenports
werden von einem Steuerdatenstrom gesteuert, der auf einem in dem
Datenbus 112 enthaltenen eigenen Leiter geführt wird.
Steuersignale können
aus Benutzereingabe durch Aktivierung von nicht gezeigten Steuerschaltern
oder durch vom Benutzer erzeugte Fernsteuerbefehle abgeleitet werden.
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Der
Aufzeichnungsbitstrom 211 wird zur Verarbeitung durch einen
Aufzeichnungsblock DIG. REC. 215 gekoppelt. Der digitale
Aufzeichnungsblock 215 enthält einen Pufferspeicher, der
dazu verwendet wird, die intermittierende Zuführung von Transportpaketen
zu glätten,
um ein Signal zu produzieren, das sich besser für das Aufzeichnen eignet. Der
gepufferte Datenstrom wird aus dem Pufferspeicher ausgelesen, um
Synchronisationsblöcke
zu bilden, die mit Fehlerdetektions-/-korrekturdatenwörtern codiert
werden können.
Der synchronisationsblockformatierte Datenstrom kann wie beschrieben für das Aufzeichnen
moduliert und von dem Aufzeichnungsblock DIG. REC. 215 über einen
Wählerschalter
A4 gekoppelt werden. Die Wählerschalter
A4 und A5 werden als Reaktion auf den gewählten D-VCR-Arbeitsmodus gesteuert.
Beispielsweise sind die Schalter A4 und A5 so gezeigt, daß sie für einen digitalen
Betrieb positioniert sind, wobei digitale Aufzeichnungssignale von
Schalterkontakten DR und digitale Abspieldaten von Schalterkontakten
DP gelenkt werden. Ein Aufzeichnungs-/Abspielschalter A6 koppelt
den Datenstrom 251a zu und von Wandlerköpfen 251, die sich
auf einer rotierenden Kopfbaugruppe 250 befinden. Ein analoger Betrieb
wird durch abwechselnde Positionen der Schalter A4 und A5 erleichtert,
die mit analogem Aufzeichnen AR und analogem Abspielen AP bezeichnet
sind. Synchronisationsblockformatierte Daten vom Aufzeichnungsblock DIG.
REC. 215 werden an die rotierende Kopfbaugruppe 250 zum
Aufzeichnen durch Köpfe 251 auf
einem Magnetband 249 gekoppelt.
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Während des
Wiederabspielbetriebs werden synchronisationsblockformatierte Daten
von dem Magnetband 249 durch auf der Baugruppe 250 positionierte
umwandelnde Köpfe 251 reproduziert.
Das wiederhergestellte Signal wird von dem digitalen Wiederabspielblock
DIG. REP. 220 demoduliert, um eine etwaige Aufzeichnungskanalmodulation
zu entfernen. Das Wiederabspielsignal wird dann einer Fehlerdetektion
und Korrektur mit Hilfe der vor dem Aufzeichnen eingefügten Datenwörter unterzogen. Nach
der Fehlerkorrektur wird die Synchronisationsblockformatierung entfernt
und der Transportpaketstrom wiederhergestellt, so daß er im
wesentlichen das gleiche Paketformat und die gleiche Paketzeitsteuerung
aufweist wie das zum Aufzeichnen an den Recorder gekoppelte. Der
Transportpaketstrom von Block DIG. REP. 220 wird an den
Schnittstellenport 210 gekoppelt, der als Reaktion auf
den Recorderabspielmodus den Paketstrom zur MPEG-Decodierung durch
den Decodierer 117 an den bidirektionalen Datenbus 112 koppelt.
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Der
Player-Recorder 200 enthält ein innerhalb eines gestrichelten
Kastens 201 dargestelltes Servosteuersystem. Beim analogen
Betrieb werden synchronisierende Signale AS von dem Analogsignal zur
Aufzeichnung in einem Analogaufzeichnungsprozessorblock 240 getrennt
und gekoppelt, um den Synchronisationsgenerator 285 zu
synchronisieren. Synchronisation ist erforderlich, um sicherzustellen, daß der Servoblock 280 die
Drehung des Tonmotors 255 und des sich drehenden Kopfmotors 246 synchron
zu dem analogen Videosignal steuert. Einfach ausgedrückt muß die Antriebswelle
das Band mit einer konstanten, auf das analoge Signal synchronisierten
Geschwindigkeit ziehen, und der sich drehende Kopf muß das Analogsignal
an vorbestimmte Medienorte schreiben. Im Gegensatz zu Analogsignalen jedoch
kann der MPEG-Paketstrom das synchronisierende Signal AS, das für eine Servosystemsteuerung
des Recorders 200 erforderlich ist, nicht ohne weiteres
liefern. Deshalb verwendet das Servosystem 201 bei digitalem
Betrieb von dem Synchronisationsgenerator 285, der als
ein Quarzoszillator X bezeichnet ist, erzeugte synchronisierende
Signale. Somit liefert der Synchronisationsgenerator 285 stabile Steuersignale,
die sicherstellen, daß die
Kopfbaugruppe 250 bei 30 Umdrehungen pro Sekunde synchronisiert
ist und das Band mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit
wie während
analogem Betrieb transportiert wird.
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Der
Pufferspeicher des Aufzeichnungsblocks 215 ermöglicht zusätzlich zum
Glätten
der intermittierenden Zufuhr von Transportpaketen das Aufzeichnen
des Ausgangssignals 216 an vorbestimmten Orten auf dem
Band 249. Beispielsweise kann der Pufferspeicher synchron
zur Drehung der Kopfbaugruppe 250 ausgelesen werden. Analog kann
jeder von dem Puffer formatierte Videodatensynchronisationsblock
so ausgelesen werden, daß er einen
spezifischen Ort auf jeder aufgezeichneten Spur aufweist. Die Synchronisation
des Pufferspeichers von Block 215 wird durch ein von dem
Controller 205 erzeugtes Steuersignal CTRL. 1 bereitgestellt.
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Wie
beim analogen Aufzeichnen bekannt ist, werden die Aufzeichnungskopfbaugruppe 246, 250 und
die Tonmotorbaugruppe 253, 555 so servogesteuert,
daß sie
sich synchron zueinander und synchron zu einem analogen Synchronisationssignal drehen.
Beim digitalen Aufzeichnen können
die Kopf- und Tonmotoren auf den quarzgesteuerten Synchronisationsgenerator 285 referenziert
werden. Um eine Wiederabspielsynchronität zwischen der Antriebswelle
und der Videokopftrommel sicherzustellen, wird entlang einem unteren
Bandrand eine Steuerspur aufgezeichnet, wie in der beispielhaften 2A gezeigt.
Steuerspurimpulse werden beispielsweise von der Kopftrommel abgeleitet
und weisen folglich eine Wiederholungsrate von 30 Hz auf. Für jede Kopftrommelumdrehung
markiert somit ein Steuerspurimpuls eine Spur, beispielsweise mit
einem Azimutwinkel ⌀1. Da
die Kopftrommel zwei um 180 Grad beabstandete Köpfe verwendet, werden pro Sekunde
nominell 60 Spuren aufgezeichnet. Das aufgezeichnete Steuerspursignal
ist in 2B dargestellt und zeigt einen den
Start abwechselnder Spuren markierenden Steuerspurimpuls. Zwölf Framegruppen
von Bldern sind in 2A dargestellt, und der Einfachheit
halber sind Längsaudiospuren
und Querspurwinkel nicht gezeigt.
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Eine
Reproduktion bei anderen Geschwindigkeiten als der normalen Abspielgeschwindigkeit kann
vorteilhafterweise durch die Verwendung einer gespeicherten automatisierten
Abspielsteuersequenz erleichtert werden, die Recordersteuermoden zwischen
normalem Abspielgeschwindigkeits- und Schnellabspielgeschwindigkeitsbetrieb
umschaltet. Während
des Schnellabspielbetriebs bleibt die Andruckwalze 254 in
Eingriff mit der Antriebswelle 253, und unter Servosteuerung
wird die Drehzahl erhöht und
aufrechterhalten. Beispielsweise sind in 2A 12
Framegruppen von Bildern dargestellt, die sich im Durchschnitt alle
24 Spuren wiederholen, wobei die ersten beiden Spuren mit I-Framedaten
dargestellt sind. Falls ein normaler Abspielgeschwindigkeitsbetrieb
von irgendeinem Ort in den Spurmustern von 2A initiiert
wird, müssen
I-Framedaten innerhalb von
24 Spuren oder zwölf
Steuerspur-(CT)-Impulsen wiederhergestellt
werden. Somit kann in der oben beschriebenen automatisierten Steuersequenz
der normale Abspielgeschwindigkeitsbetrieb für eine Dauer von 12 CT-Impulsen
aktiviert und ein schnelles Abspielen, beispielsweise mit der vierfachen
Geschwindigkeit, für
etwa 256 Steuerspurimpulse gewählt werden. Somit tastet diese
beispielhafte automatisierte Trickabspielsequenz die aufgezeichneten
Spuren etwa alle 2 Sekunden ab, was bei Trommelraten von 30 Hz etwa
8,5 Sekunden an vorbeigelaufenem Band oder Programmzeit oder etwa
10 Sekunden bei Geschwindigkeiten von 25 Hz entspricht. Somit wird
ein Vorwärtssuchtrickabspielmodus
bereitgestellt, der eine Reihe von I-Frames-Standbildern umfaßt, die durch
nominell 8-10 Sekunden verstrichener Programmzeit beabstandet sind.
Während
Schnellabspielperioden kann die reproduzierte MPEG-Syntax verstümmelt sein
und der Datenstrom verloren gegangen sein, doch erhalten der IRD-Decodierer 117 und
der Speicher 116 vorteilhafterweise das Ausgangssignal
aufrecht durch Wiederholen des letzten vorausgegangenen Frames aus
dem Speicher. Ein Rückwärtssuchtrickabspielmodus
kann ähnlich
vorgesehen sein, wo die Antriebswellendrehung für die Periode der beispielhaften 256 Steuerspurimpulse umgekehrt
wird. Eine derartige umgekehrte Bandbewegung erfordert jedoch einen
gesteuerten Betrieb der Aufwickel- und Abwickelbandspulen, um Durchhang
oder eine Überspannung
zu verhindern, die eine Bandbeschädigung verursachen können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform empfängt der
Controller 205 Steuerdatensignale 202 von der
Busschnittstelle 210 über
Steuerleitung 202a. Das Steuerdatensignal 202 wird
innerhalb IRD 100 erzeugt und enthält eine Signalkomponente IF,
die das Auftreten eines I-Frames in dem zum Aufzeichnen gekoppelten
Transportpaketstrom markiert. Das Intra-Frame-Markierungssignal IF kann an den Recorder 200 mit
Hilfe eines Kopfteils übermittelt
werden, der zu einem Superpaket hinzugefügt wird, das zur Transportpaketbuskommunikation
verwendet wird, oder als ein über
den Bus 112 gekoppeltes separates Steuersignal. Der Superpaketkopfteil wird
von dem digitalen Aufzeichnungsblock 215 gelesen und eine
IF-Markierung extrahiert
und zum Controller 205 über Steuerleitung 205a geschickt.
Bei einer alternativen Anordnung kann der digitale Aufzeichnungsblock 215 den
Bitstrom 211 filtern, um durch Extrahieren von Bildkopfteilinformationen
aus der GOP und Sequenzkopfteilen ein Intra-Frame-Auftreten zu bestimmen.
Der Controller 205 kann das I-Frame-Markierungssignal IF
zusammen mit Kopf- und
Antriebswellenphaseninformationen verwenden, um das Steuersignal
CTRL 1 zu bilden. Das Steuersignal CTRL 1 steuert das Auslesen vom
Pufferspeicher von Block 215, um sicherzustellen, daß I-Framedatenaufzeichnung
in Spuren mit dem gleichen aufgezeichneten Azimut initiiert wird.
Somit stellt die erfindungsgemäße Verwendung
der I-Frame-Markierung
IF sicher, daß jede
I-Frame-Aufzeichnung in Spuren mit dem gleichen aufgezeichneten Azimutwinkel
initiiert wird.
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Bei
der beispielhaften 2A ist ein Magnetband 249 mit
einem MPEG-repräsentativen
Signal aufgezeichnet gezeigt mit einer Bildgruppengröße von 12
Frames. Intracodierte Daten sind mit horizontaler Schattierung in 2A gezeigt
und mit einer in Spur 1 initiierten Aufzeichnung mit einem Azimutphasenwinkel ⌀1 und
fortgesetzt in Spur 2 mit einem Azimutwinkel ⌀2 dargestellt. Forward-Predicted-
oder P-Framedaten
sind in Spur 3 mit einem Azimutwinkel ⌀1 aufgezeichnet und sind
diagonal schattiert gezeigt. Die übrigen 9 Frames dieser beispielhaften 12-Frame-GOP
sind in den folgenden unschattierten Spurbereich geschrieben. Da
sich die aufzeichnende Kopftrommel mit 1800 UpM dreht und zwei diametral gegenüberliegende
Köpfe aufweist,
werden nominell 60 Spuren pro Sekunde geschrieben. Somit ist die GOP-Größe von 12
Frames als 24 Spuren belegend dargestellt. Da jedoch die in jedem
komprimierten Frame vorliegende Datenmenge gemäß Bewegungs- und Szenenkomplexität variiert,
kann die tatsächliche
Dauer individueller Frames variieren. Somit kann die Dauer einer
GOP variieren und somit erfordern, daß ungefüllte Aufzeichnungsspurkapazität mit Nullen
gefüllt
wird. Bei den einfachen aufgezeichneten Spurmustern der beispielhaften 2A können I-Framedaten
die von den Spuren 1 und 2 bereitgestellte Datenkapazität vollständig füllen oder
nicht, somit kann die Aufzeichnung von P-Framedaten in Spur 2 initiiert
werden und in Spur 3 fortgesetzt werden. Analog für die übrigen Frames
der Gruppe von Bildern, die konsekutiv geschrieben werden und zwischen
benachbart aufgezeichneten Spuren verteilt sein können. Außerdem ist
die GOP-Größe benutzerdefiniert
und kann beliebig geändert
werden, wobei eine neue GOP mit einem I-Frame initiiert wird. Somit
stellt die vorteilhafte Kopplung der I-Frame-Markierung IF sicher,
daß jede
I-Frame-Aufzeichnung
immer mit der gleichen Azimutphase initiiert wird. Beispielsweise
weisen in 2A I-Frame-Spuren einen Azimut ⌀1 auf und werden mit einem
Steuerspurimpuls angegeben, wie in 2B gezeigt. Steuerspurimpulse
werden beispielsweise von der Kopftrommel abgeleitet, weisen eine
Wiederholungsrate von 30 Hz auf und markieren eine Spur jedes Paars,
beispielsweise ⌀1,
für jede
Umdrehung der Kopftrommel.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann die Trickabspielreproduktion vorteilhafterweise durch gesteuerte
Reproduktion nur von Spuren erleichtert werden, die Intra-codierte oder
I-Framedaten enthalten. Da die I-Frame-Markierung
IF die aufgezeichnete Spurauswahl bestimmte, d.h. Azimut ⌀1 oder ⌀2, und
Steuerspurimpulse abwechselnde Spuren markieren, können I-Framedaten
enthaltende Spuren vorteilhafterweise zur Reproduktion identifiziert
werden. Um eine Wiederabspielidentifikation von I-Framedaten zu
erleichtern, werden spezifische Steuerspurimpulse vorteilhafterweise
während
des Aufzeichnens mit Signal A moduliert, das wie oben beschrieben
von dem Auftreten von I-Framedaten in dem aufzeichnenden Bitstrom 211 abgeleitet
ist. Dieses Signal A moduliert das Steuerspursignal zum Markieren
von I-Frames enthaltenden Spuren. 2C zeigt
eine vergrößerte Sektion des
in 2B dargestellten Steuerspursignals. Die in der beispielhaften 2C gezeigte
Sektion ist beispielsweise um einen in Spur 25 aufgezeichneten I-Frame
zentriert und veranschaulicht eine Sequenz von reproduzierten Steuerspurimpulsen.
Impuls A, mit einer massiven schwarzen Sektion gezeigt, markiert
I-Frame-Spur 25 und wurde während
des Aufzeichnens vorteilhafterweise impulsbreitenmoduliert, um I-Framedatenspuren
spezifisch anzuzeigen.
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Im
VHS-Format ist Steuerspurimpulsbreitenmodulation bekannt und wird
dazu verwendet, das Suchen mit Systemen wie etwa VISS (Video Index Search
Signal) oder VASS (Address Search Signal) zu erleichtern. Zusammenfassend
jedoch arbeitet die Steuerspurimpulsbreitenmodulation wie folgt.
Während
des Abspielens werden die Vorderflanken des Steuerspursignals, in 3A durch
Pfeilköpfe
dargestellt, zur Abspielgeschwindigkeitssteuerung verwendet. Die
nichtzeitkritische Hinterflanke des Steuerspurimpulses kann jedoch
steuerbar phasenverschoben oder umpositioniert werden. Daten können codiert
werden durch Variieren der Phase oder Position der Hinterflanke
des aufgezeichneten Steuerspursignals zwischen zwei verschiedenen
Phasen oder Positionen, die ein digitales Wahr und Falsch oder Ein- und
Null-Wert-Datenbits darstellen.
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3A zeigt
ein Standardsteuerspurimpulssignal mit einem nominellen Impulsbreitentastverhältnis von
zwischen 50% und 60%. 3B stellt einen phasenmodulierten
Steuerspurimpuls dar, der sowohl logische "1"-
als auch "0"-Werte zeigt. Eine
logische "1" wird beispielsweise
codiert durch Vorschieben der Phase der Vorderflanke, wodurch der positive
Abschnitt des Steuerimpulses auf eine Dauer von etwa 27,5 der Impulswiederholperiode
verkürzt
wird. Ein logischer "0"-Wert verzögert die
Hinterflanke im Vergleich zu einem nominellen Tastverhältnis von
50%, um beispielsweise einen Impuls mit 60% Dauer zu erzeugen. 3C veranschaulicht zum
Aufzeichnen geformte phasenmodulierte Steuerspurimpulse. Einfache
Zeitsteuerungs- und Austastungsschaltungen können zwischen Impulsen mit einem
Tastverhältnis
unterscheiden, das länger
oder kürzer
ist als eine Referenzdauer (z.B. 50%).
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Vorteilhafterweise
kann eine zusätzliche Steuerspuridentifikation
vorgesehen werden, um Spuren anzuzeigen, die beispielsweise Forward-Predicted-Frames,
P-Frames oder bidirektional codierte Frames, B-Frames, enthalten.
Solche zusätzlichen Daten
können
P- und/oder B-Frames durch eine zusätzliche Impulscodierung zwischen
28% und 60% Tastverhältnis
des Steuerspurimpulses anzeigen. Solche P- und/oder B-Frameindikatoren können zum Vereinfachen
der Detektion einem Auftreten eines vorausgegangenen I-Framecodierten
Steuerspurimpulses folgen und dadurch aktiviert werden. Beispielsweise
zeigt 2D eine vergrößerte Sektion des
Steuerspursignals, die um eine I-Frame-Spur 25 zentriert ist, wie
in 2A dargestellt. Eine Sequenz von reproduzierten
Steuerspurimpulsen ist in 2D dargestellt,
wobei Impuls A 25 markiert, und Impuls B, mit horizontaler Schattierung
gezeigt, vorteilhafterweise breitenmoduliert ist, um P-Framedatenspuren anzuzeigen,
beispielsweise Spur 27.
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Die
vorteilhafte Verwendung der Steuerspurimpulsmodulation ermöglicht es,
aufgezeichnete Spuren während
der Reproduktion bei Abspielgeschwindigkeit und anderen Geschwindigkeiten
als der Abspielgeschwindigkeit zu identifizieren. Somit können spezifische
Spuren, beispielsweise intracodierte Daten oder intra-codierte und
Forward-Predicted-Daten identifiziert und reproduziert werden. Als beim
Trickabspielen nicht-decodierbar identifizierte und somit unerwünschte Spuren
können
mit erhöhter Bandgeschwindigkeit übergangen
werden. Durch Identifizieren des aufgezeichneten Spurinhalts wird ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Trickabspielreproduktion ermöglicht,
wobei decodierbare Daten, beispielsweise Intracodierte oder Intra-codierte
und Forward-Predicted-Daten bei normaler Geschwindigkeit wieder
abgespielt werden können,
wobei unerwünschte
Datenspuren mit erhöhter
Bandgeschwindigkeit übergangen
werden. Die Medien und aufgezeichneten Signale von 2A sind
in 4A gezeigt. 4B veranschaulicht
ein beispielhaftes automatisiertes Trickabspielbandgeschwindigkeitsprofil mit
Bereichen unterschiedlicher Bandgeschwindigkeit S, P, A, F und D,
die zu verschiedenen Zeiten auftreten. Beispielsweise entspricht
Bereich S einem angehaltenen Bandzustand vor der Reproduktion. Bereich
P stellt normalen Abspielgeschwindigkeitsbetrieb dar, der für die Dauer
der Intra-codierten Daten aufrechterhalten wird, bei denen in diesem
Beispiel angenommen wird, daß sie
in zwei aufgezeichneten Spuren 1 und 2 enthalten sind. Da der modulierte A-Impuls
den Start eines I-Frames markiert, ist die tatsächliche aufgezeichnete Dauer
nicht markiert, weshalb der durch Bereich P angezeigte Abspielmodus
für zwei
oder mehr Steuerspurzählwerte
aufrechterhalten werden kann. Nach dem den Steuerspurzählwert bestimmenden
Bereich P wird das Band beschleunigt, um während Bereich A mit einer höheren Geschwindigkeit
transportiert zu werden, beispielsweise der vierfachen. Das beispielhafte
automatisierte Trickabspielbandgeschwindigkeitsprofil von 4B veranschaulicht
einen Schnellabspielzustand, Bereich F, mit einer Dauer von nominell
5 Spuren oder etwa 2 CT-Impulszählwerten.
Eine derartige kurze Dauer ist aufgrund der mechanischen Einschränkungen
von Antriebswellenträgheit
und Band- und Spulenmassen möglicherweise
schwierig zu implementieren. Das in 4B dargestellte
automatisierte Geschwindigkeitsprofil kann jedoch modifiziert werden,
um spezifische Recordermechanismen zu berücksichtigen. Die in 4B dargestellte
automatisierte Trickabspielsequenz kann zu einer Sequenz decodierter
Frames wie dargestellt führen,
horizontal, vertikal und zeitlich in 4C. Die
Anzahl wiederholter Frames wird eindeutig durch die Verfügbarkeit eines
neu reproduzierten decodierbaren Datenstroms bestimmt. Wenn nur
I-Frames von 4A reproduziert würden, würde das
Programm unter der Annahme einer 12-Frame-GOP mit der zwölffachen normalen Geschwindigkeit
betrachtet werden. Wenn ein reproduzierter Frame etwa für die Dauer
einer GOP gehalten oder wiederholt wird, dann gibt es keine tatsächliche
oder wahrgenommene Beschleunigung der Programmlieferung, und die
aufgezeichneten beweglichen Bilder werden effektiv als eine Reihe von
Einzelbildern repräsentiert.
Somit wird im Beispiel von 4A die
Programmlieferrate um geringfügig
mehr als das Zweifache erhöht.
Das reproduzierte Auftreten des I-Frame-Markierungsimpulses A kann
dazu verwendet werden, einen Zählwert
aufeinanderfolgender nichtmodulierter Steuerspurimpulse zu initiieren,
um das Auftreten der nächsten
automatisierten Abspielsequenz zu bestimmen oder vorherzusagen.
Eine Schnellabspieldauer über
einer GOP kann durch das Zählen
von A-Impulsen und dann Verlangsamen erleichtert werden, um vor
dem Auftreten des nächsten
I-Frames eine normale Abspielgeschwindigkeit anzunehmen.
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Wie
bereits beschrieben kann das Steuerspursignal moduliert werden,
um Impuls A zu ergeben, was vorteilhafterweise weiter von der Recordersteuerlogik 205 genutzt
werden kann, um erfindungsgemäß eine mittlere
Länge reproduzierter
Gruppen von Bildern zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerlogik 205 während eines
normalen Abspielzustands vom Steuerspurprozessor 208 Signale
empfangen, die reproduzierte I-Frames anzeigen. Mit diesen I-Frame-Markierungen kann
die Länge
oder Dauer reproduzierter Gruppen von Bildern oder GOPs adaptiv
gemessen werden durch Zählen
der zwischen I-Frame-Markierungen auftretenden Anzahl von Steuerspurimpulsen.
Zum Wiederabspielen können
GOP-Längen
gemittelt und verarbeitet werden, beispielsweise durch Subtraktion,
damit man eine Vorhersage des nächsten
I-Frames erhält
und um Medienverlangsamung zu berücksichtigen, wie durch Bereich
D von 4B angezeigt.
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5 ist
ein beispielhaftes Flußdiagramm, das
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum dynamischen und adaptiven Vorhersagen eines Wiederabspielauftretens
einer einen I-Frame
enthaltenden Spur darstellt. In 5 wird bei
Schritt 100 ein Abspielmodus ausgewählt und wie beschrieben wird das
aufgezeichnete Signal reproduziert, doch tritt eine Decodierung
möglicherweise
erst dann auf, wenn ein I-Frame
reproduziert wird. Bei Schritt 200 wird der Wiederabspiel-I-Frame
oder alternativ der Steuerspur-I-Frame-Markierungsimpuls
A gemessen, um ein mittleres Intervall zwischen I-Frames und Markierungsimpulsen
zu bestimmen. Dieser mittlere Intervallwert stellt die Dauer jeder
Gruppe von Bildern (GOP) dar, und wird gemittelt, um Effekte verkürzter oder
variabler GOPs zu reduzieren oder zu entfernen. Bei Schritt 200 wird
durch die I-Frames oder Markierungsimpulse die Summierung oder der
Zählwert
reproduzierter Steuerspurimpulse aktiviert oder geschaltet, wodurch
eine direkte lineare Messung der Dauer jeder GOP bereitgestellt
wird. Der Steuerspurimpulszählwert
wird gemittelt und ein Wert N bestimmt. Da Steuerspurimpulse während des Schnellabspiel-
oder Shuttlemodus wiederhergestellt werden, kann somit die nächste einen
I-Frame enthaltende
Spur durch Zählen
von CT-Impulsen lokalisiert und darauf zugegriffen werden. Da die
Wiederabspielvorrichtung und das Aufzeichnungsmedium jedoch Trägheit aufweisen,
wird der mittlere Wert N bei Schritt 300 beispielsweise
durch Subtraktion eines Verlangsamungswerts D verarbeitet, um einen geringeren
CT-Impulszählwert zu
ergeben, der das Auftreten der nächsten
I-Frame-Spur vorhergesagt und eine Antriebswellenservoverlangsamung
und Spurerfassung gestattet. Verschiedene Verlangsamungswerte werden
in Beziehung mit der Schnellabspiel- oder Shuttlegeschwindigkeit
verwendet. Somit befindet sich bei Schritt 300 die Wiederabspielvorrichtung
in einem Abspielmodus und bestimmt einen mittleren CT-Impulszählwert zum
nächsten
I- Frame. Bei Schritt 400 wird
ein Test durchgeführt,
um die Auswahl eines Trickabspielmodus zu bestimmen. Ein NEIN bei
Schritt 400 bildet eine Schleife, die wartet, bis Trickabspielen
ausgewählt
wird, was zu einem JA führt.
Das JA bei Schritt 400 setzt, aktiviert oder lädt einen
Zähler
bei Schritt 500 mit dem Wert (N-D). Der Zähler wird
bei Schritt 600 mit reproduzierten Steuerspurimpulsen dekrementiert
und bei Schritt 700 auf einen Nullwert hin geprüft. Der
Trickabspielmodus wird für
von Null verschiedene Zählwerte
durch ein NEIN bei Schritt 700 aufrechterhalten, der zu
Schritt 400 zurückschleift.
Wenn jedoch Schritt 700 JA testet, wird die nächste einen
aufgezeichneten I-Frame enthaltende Spur vorhergesagt und bei Schritt 800 ein
Abspielmodus initiiert. Schritte 400 bis 800 werden
durch das Auftreten des reproduzierten I-Frames oder Steuerspurmarkierungsimpulses
A wiederholt, was den Zähler
bei Schritt 500 setzt oder lädt. Der Trickabspielmodus wird
beendet, wenn Schritt 400 NEIN testet, beispielsweise als
Reaktion auf einen Benutzerbefehl.
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Das
in dem beispielhaften Flußdiagramm von 5 dargestellte
Verfahren verwendet Steuerspurimpulse, die während des Aufzeichnens markiert wurden,
um das aufgezeichnete Auftreten eines I-Frames anzuzeigen. Bei einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
jedoch kann das beispielhafte Verfahren von 5 mit Aufzeichnungen ohne
Steuerspur-I-Frame-Markierungsimpulse verwendet werden. Bänder ohne
einen Steuerspurmarkierungsimpuls A können den dargestellten Schritten folgend
abgespielt werden. Eine Bestimmung einer mittleren GOP-Größe, Schritt 200,
hinsichtlich Steuerspurimpulszählwert
wird jedoch mit Hilfe von I-Frame-Markierungen oder -Impulsen erleichtert,
beispielsweise Signal IFR, abgeleitet von dem decodierten reproduzierten
MPEG-Datenstrom, beispielsweise durch IRD 100. Das Wiederabspiel-I-Frame-Signal
IFR wird, wie bereits beschrieben, an den Controller 205 gekoppelt
und verarbeitet, um einen mittleren Wert von GOP-Größe festzulegen.
Wenn der Trickabspielbetrieb gewählt
wird, wird eine automatisierte Trickabspielsteuersequenz aus dem
Speicher ausgelesen, wobei die Steuersequenz durch das Auftreten
des I-Frame-Signals IFR initiiert wird, das den Zähler bei
Schritt 500 setzt. Die Periode zwischen Reproduktion bei
normaler Geschwindigkeit wird durch den verarbeiteten gemittelten
GOP-Wert bestimmt, wie weiter oben beschrieben. Somit können Aufzeichnungen
ohne I-Framecodierte Steuerspuren in einem Trickabspielbetriebsmodus
wieder abgespielt werden.