JP2559354B2 - ディジタル信号変調方法 - Google Patents

ディジタル信号変調方法

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JP2559354B2 JP59033543A JP3354384A JP2559354B2 JP 2559354 B2 JP2559354 B2 JP 2559354B2 JP 59033543 A JP59033543 A JP 59033543A JP 3354384 A JP3354384 A JP 3354384A JP 2559354 B2 JP2559354 B2 JP 2559354B2
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    • H04N9/80Transformation of the television signal for recording, e.g. modulation, frequency changing; Inverse transformation for playback
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ディジタル信号の変調技術に係わり、特
に、相関性の強いテレビジヨン信号などを磁気記録媒体
に高信頼に記録するのに好適なディジタル信号変調方法
に関するものである。
〔発明の背景〕
テレビジョン・システムの映像信号をVTR(Video Tap
e Recorder)あるいはビデオ・ディスク等にディジタル
で記録する場合、先ずA/D変換器によりアナログ映像信
号をNビットのディジタル信号に変換してから、磁気媒
体に記録する。その場合、通常の磁気記録では、非常に
低い周波数や直流の成分を再生できないので、ディジタ
ル磁気録画装置では、直流成分が発生しないように、A/
D変換して得られたディジタル信号に交流分を含ませる
ため、種々の変調方式が提案されている。
これらの変調技術の中では、変換比率が小さく、最小
磁化反転間隔(時間)を狭くすることなくディジタル信
号の磁気記録媒体への記録が可能で、且つ記録するテレ
ビジヨン信号などの相関性を利用したいわゆるN−Nマ
ッピング・テーブル技術が注目されている。
第1図は、従来の8−8マッピング・テーブルの例を
示す図である。
ディジタル・テレビジョン信号としては、人間の目に
不自然を感じさせない256レベル以下の段階を表現で
き、SNが−54dB以上であるような信号が望ましいので、
通常8ビットで扱われている。この8ビットの2進符号
を直流分の少ない8ビットのコードに変換するためのテ
ーブルが8−8マッピング・テーブルである。8−8マ
ッピング・テーブルの場合、A/D変換器の出力信号で得
られる2進信号を、第1図に示すように、8ビットの中
に含まれる“1"の数(n1)が少ない順に並び替えたコー
ドに変換する。例えば、レベル16に対応する2進符号は
“00010000"であるが、これを“1"の数が2個含まれる
コード“01000010"に変換する。256レベルのコードは、
“00000000"から“11111111"までの“1"と“0"の組み合
わせで表わされるので、8ビットの中の“1"の数(n1
=0のコードは“00000000"のみでありn1=1のコード
は“00000001"から“10000000"までの8個であり、n1
2のコードは“00000011"から“11000000"までの16個で
あり、以下第1図に示すようにn1=8のコードまでの合
計が256個となる。これを順番に配列させると、レベル1
6に対応するコードは“01000010"となる。
また、テレビジョン信号は相関性の強い信号であり、
隣接するサンプル値はあまり変化しない。このため、例
えばレベル16のサンプル値の次のサンプル値が32であれ
ば、第1図から明らかように、変換後の8ビットの“1"
の数(n1)はやはり2である。すなわち、サンプル値を
連続して配列した場合、“0"の数が連続することによ
り、直流分が生ずる。そこで、サンプル値32の変換後の
ディジタル符号を反転すると、1の数(n1)は6となる
ため、2つのサンプル値(16,32)に対する変換後のデ
ィジタル符号は“1"と“0"が同数の直流分のない符号と
なる。
このように、8−8マッピング・テーブル方式は、テ
レビジョン信号の相関性を利用して、直流成分が発生し
難いディジタル・コードに変換できる。
また、磁気記録に係るディジタル変調技術を考察する
上でもう一つの重要な問題は、“0"あるいは“1"が連続
する数と磁気記録密度との関係で発生するパターン・ピ
ーク・シフトである。すなわち、NRZ(Non Return to Z
ero)記録等の場合、“0"あるいは“1"が連続するパタ
ーンでは、磁気記録密度を高くすると、パターン・ピー
ク・シフトが発生し、正しく再生できなくなるという問
題である。以下、第9図を用いて、このパターン・ピー
ク・シフトの詳細を説明する。
第9図に示すように、「00001111」、「111000
0」、「00001111」の8ビット群が連続した場合のパタ
ーン(「00001111|1101000|00001111」)などでは、
磁気記録密度を高くして最小磁化反転間隔(時間)を狭
くした場合にパターン・ピーク・シフトが発生する。す
なわち、「1」が長く(第9図では7個)続いた後に、
「0」−「」−「0」と反転し、さらにその後「0」
が長く(第9図では7個)続いた場合で、且つ最小磁化
反転間隔(時間)が狭い場合に、アンダーライン部分の
」の再生信号のピーク位置が、他のビットのピーク
位置とは違って、正規の位置から移動する。このことを
パターン・ピーク・シフトという。再生信号の波形は一
般的に、孤立した記録パルス「1」の応答波形を線形加
算で推定できる。しかし、磁気記録の場合は、このよう
な線形加算で求められるピークの位置よりさらに大きく
ずれることが観測されている。これは、磁気記録による
非線形記録のためと解釈されており、再生不良の原因と
なる。
このような磁気記録における再生不良の原因となるパ
ターン・ピーク・シフトを抑えるためには、磁気記録密
度を低くして最小磁化反転間隔(時間)を広くするか、
できるだけ“0"あるいは“1"が連続しないよう、N−N
マッピング・テーブルを修正する必要がある。N−N変
換では、変換比率はN:N(=1:1)で変化しないので、磁
気記録密度を変換前と同じとすれば、各Nビットのデー
タ中、および、各データの隣接部分で連続する“0"ある
いは“1"の数(最大磁化反転幅nmax)を小さくすること
のみを考慮すれば、パターン・ピーク・シフトの発生に
対処できる。
このようなN−N変換において、最大磁化反転幅nmax
を小さく設定して、“0"あるいは“1"が連続する数を制
限することにより、パターン・ピーク・シフトの発生を
抑えることができ、さらに記録密度を高くした設計を行
なうことができる。しかし、“0"あるいは“1"が連続す
る数を制限しようとすると、Nビットの中で許されるパ
ターンの数が減少してしまい、利用できるパターンの数
(量子化レベル数)が不足してしまう。このため、でき
る限り“0"あるいは“1"が連続しないように、且つでき
るだけ十分な量子化レベル数を確保できるように、N−
Nマッピング・テーブルを修正することが望まれる。
このため、できる限り“1"あるいは“0"が連続しない
ように、8−8マッピング・テーブルを修正することが
望まれる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、設定された最大磁化反転幅nmaxに対
応して“1"もしくは“0"の連続数を抑え且つ利用できる
パターン数を最大とするN−Nマッピング・テーブルの
作成を容易とし、そして、このN−Nマッピング・テー
ブルを用いて磁気記録対象のディジタル信号を「N−N
変換」することにより、直流成分やパターン・ピーク・
シフトの発生等を抑えた高信頼なディジタル信号の磁気
記録媒体への記録を可能とするディジタル信号変調方法
を提供することである。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明のディジタル信号変
調方法は、(i)磁気記録対象のNビットのディジタル
信号をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、
隣接する2つのNビットのディジタル信号での直流成分
およびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるために
設定される最大磁化反転幅nmaxとして、偶数値(nmax
2k)が選択された場合、符号極性が反転するまでの先頭
から数えたディジット数(ns)および終わりから数えた
ディジット数(nr)が「ns≦k,nr≦k」を満足するNビ
ットのディジタル信号のパターン群を優先的に用いて、
所定の量子化レベル数を有する変換テーブルを予め構成
し、この変換テーブルを用いてディジタル信号のN−N
変換を行なうことを特徴とする。
また、(ii)上記(i)に記載のディジタル信号変換
方法において、N−N変換が「8−8」変換で且つ最大
磁化反転幅nmaxとして「6」が設定された場合、ディジ
ット数(ns)および(nr)が3個以下の8ビット・パタ
ーンを優先的に用いて変換テーブルを構成し、量子化レ
ベル数が不足する場合には、8ビット・パターンのディ
ジット数(ns)もしくは(nr)の一方が4個以下、他方
が3個以下で且つ8ビット中の“1"の数が6個のパター
ンを追加することを特徴とする。
また、(iii)磁気記録対象のNビットのディジタル
信号をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、
隣接する2つのNビットのディジタル信号での直流成分
およびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるために
設定される最大磁化反転幅nmaxとして、奇数値(nmax
2k+1)が設定された場合、符号極性が反転するまでの
先頭から数えたディジット数(ns)および終わりから数
えたディジット数(nr)が「ns≦k,nr≦k+1」を満足
するNビットのディジタル信号のパターン群を優先的に
用いて、所定の量子化レベル数を有する変換テーブルを
予め構成し、この変換テーブルを用いてディジタル信号
のN−N変換を行なうことを特徴とする。
また、(iv)磁気記録対象のNビットのディジタル信
号をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、隣
接する2つのNビットのディジタル信号での直流成分お
よびおよびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるた
めに設定される最大磁化反転幅nmaxとして、奇数値(n
max=2k+1)が設定された場合、符号極性が反転する
までの先頭から数えたディジット数(ns)および終わり
から数えたディジット数(nr)が「ns≦k+1,nr≦k」
を満足するNビットのディジタル信号のパターン群を優
先的に用いて、所定の量子化レベル数を有する変換テー
ブルを予め構成し、この変換テーブルを用いてディジタ
ル信号のN−N変換を行なうことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の原理と実施例を、図面により説明す
る。
いま、2つの8ビットのデータを連続して出力する場
合、パターン・ピーク・シフトの発生等を抑えるため
に、“0"あるいは“1"が連続する数を制限しようとする
と、8ビットの中で許されるパターンの数が減少する。
すなわち、“0"あるいは“1"の連続数を少なくすれば、
削減されるパターンの数が多くなり、信頼性は高くなる
が、サンプル値となるレベル数が不足する一方、“0"あ
るいは“1"の連続数をある程度の数まで許すとすれば、
レベル数はあまり減少しないが、信頼性がそれほど高く
ならないという互いに相反する関係が存在する。
任意の8ビット・パターンに対して、“1"あるいは
“0"が連続する数を評価する方法は、上記パターンの先
頭のディジットの符号極性(“1"または“0")と異なる
符号極性のディジットが現われるまでの先頭からのディ
ジットの数ns、同じパターンの終りのディジットの符号
極性と異なるディジットが現われるまでの終りから数え
たディジットの数nr、およびパターンに途中で連続する
“1"あるいは“0"の数nmで表わされる。
いま、連続する2つの8ビット・データの前の方を
A、後の方をBとすると、例えばA=“00100010"に対
しては、(ns)A=2,(nr)A=1,(nm)A=3で表わされる。
また、B=“01001000"に対しては、(ns)B=1,(nr)B
3,(nm)B=2で表わされる。上記2つの8ビット・デー
タAとBが連続して出力した場合、データAの終りの符
号極性とデータBの初めの符号極性が同一であれば、
“1"あるいは“0"の連続数は増加することになる。ま
た、データBがAより前方になる場合も考慮すると、デ
ータBの終りの符号極性とデータAの初めの符号極性と
が同一のときの連続数も問題となる。
したがって、2つの8ビット・データA,Bが順序不同
で連続的に出力された場合には、(nr)A+(ns)B=2,(nr)
B+(ns)A=5,(nm)A=3,(nm)=2のうちの最大値5が
最大磁化反転幅となる。すなわち、任意の2つのnビッ
トのデータa,bを連続させる場合に発生する最大磁化反
転幅nmaxは次式で表わされる。
なお、max〔 〕は、この中で最大値を採用するこ
とを意味する。
第2図は、最大磁化反転幅nmaxが6の場合、すなわ
ち、“1"あるいは“0"が6個以上連続しないパターンの
選び方と、そのパターンの総数を示す図である。
なお、CCIR(国際無線諮問委員会)による勧告案で
は、コンポーネント符号化(輝度信号,色信号をそれぞ
れ独立にサンプリング量子化する)する場合、輝度信号
に200レベル,色信号に224レベルがそれぞれ割り当てら
れている。したがって、8ビット量子化による256レベ
ルを全部利用する必要はない。
第2図において、例えば、nmax=6のとき、ns≦4お
よびnr≦2を満足するものと、ns≦3およびnr≦3を満
足するものと、ns≦2およびnr≦4を満足するものと、
ns≦1およびnr≦5を満足するものとについて、それぞ
れ組み合わせを計算すると、第2図右欄に示すパターン
数となり,ns≦3およびnr≦3を満足するものの組み合
わせのパターンが最大数である。つまり、nmax=6の8
ビット・パターンを用いる場合には、ns≦3,nr≦3を満
足するものを選択すれば、196レベルまで使用できるの
で最も有利である。
一般にnmaxの値を種々変更して組み合わせの数を検討
した結果、nmaxが偶数(=2k)のときに、nr=ns≦kを
満足する組み合わせにすることが最適であるという結論
に達した。また、nmaxが奇数(=2k+1)のときには、
nr≦kかつns≦k+1あるいはns≦kかつnr≦k+1を
満足するものを選択することが最適である。
第3図は、“1"あるいは“0"がn個以上連続しない場
合(nmax=4〜8)について、利用できる8ビット・パ
ターンの最大数、すなわち量子化レベル数を示す図であ
る。
第3図から明らかなように、量子化レベル数は、nmax
=4のとき130,nmax=5のとき168,nmax=6のとき200,
nmax=7のとき210,nmax=8のとき225となる。量子化
レベル数の多い方がよいが、信頼性を考慮して、nmax
6近辺を選択することが望ましい。このように、最大磁
化反転幅nmaxは、信頼性を考慮した設計値として設定さ
れるものであり、例えば、映像信号に最適な6〜8ビッ
トの変換(6−6変換,7−7変換,8−8変換)に限ら
ず、磁気記録対象のディジタル信号に対する一般的なN
−N変換においても、信頼性を考慮して、パターン・ピ
ーク・シフトの発生等を抑えるように最大磁化反転幅n
maxが設定される。
第4図は、本発明の一実施例を示すディジタル録画装
置の信号系統図である。
カラー・カメラ(図示省略)からのR,G,B信号出力が
マトリックス回路4のR,G,B入力端子1,2,3に入力され、
マトリックス回路4から輝度信号Y,色信号C1,C2が出力
される。これらの出力信号(Y,C1,C2)は、A/D変換器5,
6,7によりそれぞれ8ビットのディジタル信号に変換さ
れる。
第5図は、第4図のA/D変換器における入力信号と量
子化レベルの関係図であり、第6図は本発明の実施例を
示すディジタル録画方式の処理フローチャートである。
第4図のA/D変換器5,6,7における入力レベルと量子化
レベルの関係は、第5図に示すように直線的関係にあ
る。入力レベルのうち、Y信号の最大入力レベル(Yi
n)は、A/D変換後の量子化レベルが200より大きくなら
ないように制限される(CCIR勧告で割り当てられたレベ
ルにするため)。同じようにして、色信号C1,C2も、最
大入力レベル(C1,C2in)を量子化レベルで224になるよ
うにされる。
第6図に示すように、本発明を用いたディジタル録画
処理では、先ず、8−8マッピング・テーブルとして、
Y信号用には、nmax=6(nr=3,ns=3)のパターンを
優先的に使用して量子化数196を確保し、残り4レベル
分のパターンはnmax=7の中から8ビット中の“1"の数
が6個存在するパターンを選択して使用することによ
り、第4図のテーブル8,9,10に格納する(ブロック2
1)。また、C1,C2信号用マッピング・テーブルとして
は、量子化レベル数が224必要であるため、nmax=8(n
r=ns≦4)を採用して、第4図のテーブル8,9,10に格
納する(ブロック22)。
このようにすれば、Y信号用テーブルは、殆んどの量
子化レベルでnmax=6が満足される。ただ、最大入力レ
ベル附近では、nmax=7に設定したが、これが発生する
頻度はテレビジョン信号の性質上きわめて少ないため、
実質上、nmax=6のパターンが確保できる。
次に、実際にテレビジョン・カラー・カメラで撮像す
ることにより、R,G,B信号が出力されると、これらをマ
トリックス回路4に入力し(ブロック31),マトリック
ス回路4から輝度信号Y,色信号C1,C2を出力させる(ブ
ロック32)。これらのY,C1,C2信号をA/D変換器により、
それぞれ8ビットのディジタル信号に変換する(ブロッ
ク33)。これらのディジタル信号を先に作成した8−8
マッピング・テーブル8,9,10により、“0",“1"の連続
数が制限されたディジタル信号に変換する(ブロック3
4)。次に、変換されたディジタル信号をNRZ記録アンプ
11,12,13によりヘッド14,15,16を介して磁気テープ等の
記録媒体に記録する(ブロック35)。
第7図,第8図は、それぞれ本発明の実施例を示すY
信号用およびC1,C2信号用の8−8マッピング・テーブ
ルの一部内容図である。
第7図では、入力レベルの1〜196にはnmax=6(nr
≦3,ns≦3)のパターンを使用し、197〜200にはnmax
7(nr≦4,ns≦4)のパターンのうち“1"の数が6個あ
るものを使用している。マッピング・テーブルのパター
ンの次の欄に示す括弧内の数字は、テーブルで変換され
る前のディジタル情報のときのレベル番号である。つま
り、第7図のテーブルにおける入力レベル1は、変換前
のレベル17であったパターンを用い、また入力レベル2
は変換前のレベル18であったパターンを用いている。レ
ベル17より前のレベルは“1"の数が2以下で、かつ“0"
の連続数が4以上となるため使用できない。nm,ns,nr,n
1は、それぞれ8ビット・パターンの途中の連続数、先
頭の連続数、終りの連続数、“1"の数を示している。
第7図から明らかなように、nmax=7の中で8ビット
中の“1"の数が6個存在するパターンを選ぶことによ
り、2サンプルごとにディジタル情報を反転すれば、記
録波形としてのディジタル信号に直流成分を少なくする
ことができる。
第8図では、入力レベル1〜226のすべてにnmax=8
(nr=ns≦4)のパターンを用いている。第7図と同じ
ように、パターンの次の欄の括弧内の数字は、そのパタ
ーンの変換前のレベル数を示す。
尚、映像信号を対象とする場合、量子化ビット数N=
6〜8が最適であって、本発明においても、この値を利
用することが、変換マッピングを構成する上から得策で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、設定された最
大磁化反転幅nmaxに対応して“1"もしくは“0"の連続数
を抑え且つ利用できるパターン数を最大とするN−Nマ
ッピング・テーブルの作成が容易となり、そして、この
N−Nマッピング・テーブルを用いて磁気記録対象のデ
ィジタル信号を「N−N変換」することにより、直流成
分やパターン・ピーク・シフトの発生等を抑えた高信頼
なディジタル信号の磁気記録媒体への記録が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の8−8マッピング・テーブルの例を示す
図、第2図は最大磁化反転幅がnmax=6の場合のパター
ンの選び方と総数を示す図、第3図はnmax=4〜8にお
ける8ビット・パターンの最大数を示す図、第4図は、
本発明の一実施例を示すディジタル録画装置の信号系統
図、第5図は第4図のA/D変換における入力信号と量子
化レベルの関係図、第6図は本発明を用いたディジタル
録画処理の一実施例を示すフローチャート、第7図,第
8図はそれぞれ本発明の一実施例を示すY信号および
C1,C2信号用の8−8マッピング・テーブルの一部の内
容図であり、第9図はパターン・ピーク・シフトの発生
形態を示す説明図である。 4:マトリックス回路、5,6,7:A/D変換器、8,9,10:マッピ
ング・テーブル、11,12,13:NRZ記録アンプ、14,15,16:
ヘッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三田 誠一 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 道川 勇一 勝田市大字稲田1410番地 株式会社日立 製作所東海工場内 (72)発明者 泉田 守司 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 片山 仁 小平市御幸町32番地 日立電子株式会社 小金井工場内 (72)発明者 六田 守人 勝田市大字稲田1410番地 株式会社日立 製作所東海工場内 (72)発明者 金田 英宏 小平市御幸町32番地 日立電子株式会社 小金井工場内 (56)参考文献 特開 昭58−195349(JP,A) 特開 昭58−31644(JP,A) 特開 昭59−218068(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気記録対象のNビットのディジタル信号
    をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、隣接
    する2つの前記Nビットのディジタル信号での直流成分
    およびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるために
    設定される最大磁化反転幅nmaxとして、偶数値(nmax
    2k)が選択された場合、符号極性が反転するまでの先頭
    から数えたディジット数(ns)および終わりから数えた
    ディジット数(nr)が「ns≦k,nr≦k」を満足するNビ
    ットのディジタル信号のパターン群を優先的に用いて、
    所定の量子化レベル数を有する変換テーブルを予め構成
    し、該変換テーブルを用いて前記ディジタル信号のN−
    N変換を行なうことを特徴とするディジタル信号変調方
    法。
  2. 【請求項2】前記N−N変換が「8−8」変換で且つ前
    記最大磁化反転幅nmaxとして「6」が設定された場合、
    前記ディジット数(ns)および(nr)が3個以下の8ビ
    ット・パターンを優先的に用いて前記変換テーブルを構
    成し、量子化レベル数が不足する場合には、8ビット・
    パターンの前記ディジット数(ns)もしくは(nr)の一
    方が4個以下、他方が3個以下で且つ8ビット中の“1"
    の数が6個のパターンを追加することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載のディジタル信号変調方法。
  3. 【請求項3】磁気記録対象のNビットのディジタル信号
    をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、隣接
    する2つの前記Nビットのディジタル信号での直流成分
    およびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるために
    設定される最大磁化反転幅nmaxとして、奇数値(nmax
    2k+1)が設定された場合、符号極性が反転するまでの
    先頭から数えたディジット数(ns)および終わりから数
    えたディジット数(nr)が「ns≦k,nr≦k+1」を満足
    するNビットのディジタル信号のパターン群を優先的に
    用いて、所定の量子化レベル数を有する変換テーブルを
    予め構成し、該変換テーブルを用いて前記ディジタル信
    号のN−N変換を行なうことを特徴とするディジタル信
    号変調方法。
  4. 【請求項4】磁気記録対象のNビットのディジタル信号
    をN−N変換するディジタル信号変換方法であり、隣接
    する2つの前記Nビットのディジタル信号での直流成分
    およびパターン・ピーク・シフトの発生を抑えるために
    設定される最大磁化反転幅nmaxとして、奇数値(nmax
    2k+1)が設定された場合、符号極性が反転するまでの
    先頭から数えたディジット数(ns)および終わりから数
    えたディジット数(nr)が「ns≦k+1,nr≦k」を満足
    するNビットのディジタル信号のパターン群を優先的に
    用いて、所定の量子化レベル数を有する変換テーブルを
    予め構成し、該変換テーブルを用いて前記ディジタル信
    号のN−N変換を行なうことを特徴とするディジタル信
    号変調方法。
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