JP2596420B2 - ビデオアナログ信号をデジタル形式で記録する方法及びその再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 従来の録音及び再生は、アナログ式の電子装置によっ
て行なわれていた。音源から発生した音波は、その１つ
１つが電気信号に変換される。また音波は、マイクロホ
ン又はレシーバ、ターンテーブル若しくは磁気テープ供
給装置において使用されるプリ−アンプ回路によって生
じる電流と類似性を有している。再生の際、この電気信
号は増幅され、スピーカを駆動するのに用いられるが、
このスピーカは、電磁石及びスピーカコーンの機械的な
動きによって、電気信号を音波へ変換するものである。

従来のビデオレコーダは、画像を表示するべく、ビデ
オカメラにより生成した電気的波形を記憶している。波
形を記憶するために使用されている通常の記憶装置は、
磁気テープ若しくは磁気ディスクである。これらの装置
は、磁気粒子の媒体中に、磁気勾配の形状で、電気的波
形の類似物を記憶する。

波形は、システムに応じて、赤、緑、青等の色信号を
合成したものか、それぞれ独立したものである。しか
し、システムのアナログ特性のために、ノイズレベルは
高くなり、再生された時、画像に表面の欠損が見られる
ようになる。

同様に、従来の録音再生装置の出力は、ビニル媒体に
切り込まれ、又はテープ上の磁気を帯びた粒子に与えら
れた信号波形の形状を有する電気信号より成る。再生の
際、信号波形は、上記のような音波に変換される。再生
された音波の精度は、金属性又はプラスチック製のレコ
ード又はテープの品質によって直接左右される。

ディスクコピーとテープの作成及びその再生装置によ
って、再生されたアナログ信号の質は低下する。従って
汚染、摩耗、及び媒体の固有の出力によるノイズは、従
来のアナログ対アナログ式の録音再生技術を利用する録
音再生装置においては避けることができない。

最近開発されたオーディオデジタル式記録再生装置
は、このノイズに関する問題点を、減少又は解決する努
力がなされている。

このような装置は、1974年１月15日登録のメイヤー
（Meyers）らによるアメリカ合衆国特許（以下も同じ
故、省略する。）第3,786,201号、1978年２月21日登録
のボーン（Borne）らによる第4,075,665号、1978年２月
20日登録のヤマモト（Yamamoto）による第4,141,039
号、1982年５月４日登録のストッカム，ジュニア（Stoc
kham,Jr）らによる第4,328,580号、1982年９月７日登録
のツチヤ（Tsuchiya）らによる第4,348,699号、及び198
2年９月28日登録のボールドウィン（Baldwin）による第
4,352,129号の各明細書に開示されている。本明細書に
おいては、これらの明細書を参考例として引用する。

これらの装置は、デジタル式の電子計算機の高速度操
作を利用しているという特徴がある。デジタル式録音再
生装置における音を示す信号波形を高頻度にサンプリン
グし、一連のデータの流れを生じさせ、それを二進コー
ドに変換して、各サンプル毎に数値を割当てする。これ
は、連続的なカーブを極めて多数の極めて短いステップ
状のセグメントに分割することによって視覚化すること
ができる。各セグメントの各数値を出力電圧に変換する
ことによって、この過程は逆戻りをして再生される。

この過程を迅速に行なうと、音波の示す信号波形が
「切刻され」、かつ再びアセンブルされるという事実
は、人間の耳では知覚することができない。

このような方法で、音響がデジタル化された二進コー
ドにされ記録されると、音楽のような音響は、記憶媒体
上の磁気トラックによって示される一連の数値のみとな
り、適当な電子装置で読み取る際は、中間の値なしの
「オン」又は「オフ」になる。

このような二進信号は、時間の経過に伴い、ひずみ、
エラー、及び劣下が見られるようになる。アナログ装置
に関する全てのノイズ源は、テープヒス、トラッキング
エラー、及び表面効果のすべてがないので、減少され
る。SN比は、デジタル対アナログ変換回路そのものと、
パワーアンプによるものだけであるので、機械的又は磁
気的アナログ対アナログ変換回路の感度によるものより
小さい。

しかし、これらの装置は、種々の欠点を有する。現
在、レコード業界においてマスターレコードを録音する
際に一般に用いられている代表的な装置は、50KHzとい
う高速サンプリングの結果得られる優れた音質と、各サ
ンプルに対して16ビットワードの形状を有する優れたデ
ジタル二進コード分解能を有するものである。

この装置における問題点は、各サンプルを、再生のた
めに大容量記憶装置内に保存しなければならないという
点にある。記憶装置は、45分レコードに対して4,320,00
0,000ビットの情報の命令を保持しなければならない。
このような容量の記憶装置は、大型で価格も高くつき、
市場生産には適していない。

記憶容量問題を解決する試みは、各サンプルの分解能
を減少させ（「ワード」毎のビットを少くする）ると同
時に、サンプリング速度を（12KHzまで）減少させるこ
とにより行なわれた。このような減少は、データ記憶要
求を係数４によって減少することになる。しかし、出力
の忠実度は、音楽の高忠実度録音に必要な忠実度以下と
なる。

電信会社などにとって都合のよい他の試みは、前述の
ビット数を減らすこと、それに入力信号の帯域幅を、人
の声（３乃至8KHz）によって使用する帯域幅に限定して
いる点についてなされている。約12の全データ減少係数
とすることは、この方法によって可能であるが、音質も
それに伴って低下する。

記憶容量及び忠実度低下に関する問題点についての解
決策として、最近では、レーザ記録技術による超高密度
デジタル記録を利用する試みがなされている。

この方法は、改良された記憶容量によって、適当な再
生時間が得られるという点で部分的に成功したと言え
る。しかし、その製造技術及び装置は、記憶媒体内に
「レーザによって焼いた孔」「ピット」又は「ブラック
スポット」を作らなければならないので、「レーザディ
スク」や「レーザフィッチ」は、「再生のみ」の用途に
制限され、家庭での使用においては、録音又は消去編集
は不可能である。

デジタルビデオ記録について、従来のコンピュータ装
置に使用されているものと同一のデジタル記憶装置に、
超高品質の画像が記憶されることがわかった。10から50
0メガバイトの小さなデジタル記憶装置が、しばしば画
像プロセッサのフレーム記憶装置に使用され、特別な効
果を達成する。経費を節約するために、デジタル記憶装
置は小型に作られている。

生成された時に、ビデオ画像は、アナログ形式で磁気
テープに記録され、次に、テープの小さな部分がデジタ
ル化され、操作のために、デジタル画像記憶装置に送ら
れる。画像処理タスクが終った時に、デジタル記憶装置
中のデータが、アナログ形式に戻され、磁気テープに記
憶される。

現在使用されているデジタル画像記憶再生装置は、２
つの問題点を持っている。即ち、費用が高いことと、ア
クセス速度が遅いことである。

画像記憶デジタル記憶装置の製造費が高い理由は、ア
ナログビデオがデジタル化される際に、データが多量に
生成するためである。ビデオ信号の広い帯域幅は、毎秒
80,000,000の２進数（ビット）の割合で、記憶を消費す
る。また、記憶された画像に対するアクセス速度の遅い
理由は、アナログテープからデジタル装置へ、所望の画
像を配置し、伝達し、更に次のセグメントが処理される
前に、再び戻されるタスクが時間を消費するためであ
る。

現在、デジタルビデオレコーダは、ビデオカメラ、デ
ジタイザ、フレームバッファリング用デジタル記憶装
置、及びウインチェスターディスク又は光学ディスクデ
ータ記憶補助装置のような画像装置から構成されてい
る。

記憶補助装置内部及び外部のデータチャネルの限定さ
れた帯域幅により、これらのレコーダは、非リアルタイ
ムに限定されない。最も速いディスク記憶装置は、毎秒
10,000,000ビット未満の平均データ伝達速度を維持す
る。これは、連続可動画像を捉えるのに必要な速度の約
1/8である。

このような問題の解決法は、アクセス時間、デジタル
記憶サイズ、及びテープ移動速度の間の関係により限定
されてしまう。

従って、本発明の第１の目的は、前記の問題点を解決
した高忠実度音響録音再生装置及び方法を提供すること
にある。

本発明の第２の目的は、急速にアクセスしえ、耐久性
があり、安価な、高品質デジタルビデオオーディオデー
タを記憶し、そのデータを再生するためのビデオオーデ
ィオ再生装置及び方法を提供することにある。

発明の簡単な説明 本発明は、デジタルオーディオビデオデータを処理す
るために、ランダムアクセスメモリと、ビット伝送速度
を減少させた装置において、磁気テープ、磁気ディス
ク、光磁気ディスク、光ディスクのような、低価格の磁
気媒体に高密度に記録するためのデジタルオーディオビ
デオ記録再生装置及び方法を提供するものである。

発明の要約 本発明は、上述したデジタル式録音再生装置に関する
記憶及び再生に関する問題点を解決するものである。高
度の忠実性は、特殊な電子信号処理装置を用いる限られ
たコンピュータ記憶容量によって達成できる。

この信号処理装置とは、 （１）アナログデータからデジタルデータの流れのサン
プルに変換し、 （２）サンプルの１部を選択して、振幅、周波数及び波
形特性を示す少くとも３つのデータの流れを生じさせ、 （３）所定の持続時間を有する波形を示すデータのサン
プルを記憶し、波形データの各サンプルを所定の波形パ
ラメータと比較し、所定部分のみを選択かつ保持し、こ
の波形データサンプルの、保存された部分を、既存の波
形及びリアルタイムデータと比較し、この比較によって
得られた波形データコードを生じさせ、次に波形数及び
振幅を示すデータの流れより選択されたデータと、波形
データコードとを比較して、元のアナログ信号の周波数
及び振幅に比較する他のデータコードを生じさせ、続い
て、振幅を示すデータの流れと、周波数及び振幅を示す
データコードと波形を示すデータコードとを、記録媒体
上に記録し、連続的に記録されたデータの処理によって
再生するものである。

オーディオビデオ記録を実行する場合、次のようにし
て行われる。

デジタルデータ形式に、アナログオーディオ信号を記
録するためのマイクロコンピュータ記録装置は、アナロ
グオーディオ信号を複数のデジタルデータの流れに変換
する装置を備えている。

この変換装置は、データの流れの少くとも１つが、オ
ーディオ周波数の所定の範囲の振幅を、相当に広い基準
信号表現を示し、もう１つのデータの流れが、アナログ
オーディオ信号をフィルタリングして、データの流れの
チャネルを生成し、データの流れのチャネルが、第１デ
ータの流れにより表示された帯域幅により包含された複
数の周波数を示し、別の１つのデジタルデータと流れが
基準信号であり、この基準信号が、複数の個別周波数の
それぞれのために、オーディオ信号の振幅を表示するよ
うになっており、またデジタルデータの各流れに、サン
プルの連続的流れを生成するサンプリング装置と、デジ
タルデータの各流れに、前記サンプリング装置により、
生成されたデジタルデータサンプルの所定の部分の選択
するための選択装置と、振幅データを含む基準データの
流れを、周波数データを含む基準データの流れと比較し
て、最初のオーディオ信号の周波数とエネルギーの周波
スペクトロ写真データを生成するための装置と、ヒスト
グラムデータを選択された波形パラメータと比較し、最
初の入力データの波形のアドレス指定可能なデータ表現
を生成するための装置と、アナログビデオ信号を複数の
デジタルデータの流れに変換するための装置であって、
この変換装置において、第１のデジタルデータの流れ
が、各ビデオフレームの初期の次のタイムコード表現で
あり、もう１つのデジタルデータの流れが、アナログ時
間領域信号をフィルタリングして、色度を表示するデー
タの流れのチャネルを生成し、またもう１つのデータの
流れが、輝度を表示し、もう１つのデジタルデータの流
れが、空間的な画素関係を表示し、もう１つのデータの
流れが、フレームからフレームへの一時的な関係を表示
し、更に、データの各流れを個別に受け取るコード化装
置を備え、このコード化装置が、デジタルデータの各流
れを、変形データの流れに数字的に変換する装置を備
え、それぞれが、各変形データの流れに含まれた色度、
輝度及び空間的要素を比較することにより、連続的に分
析されうるようになっており、更にビデオ表示のため
に、各色度、輝度及び空間的画素を再構成するのに十分
な量で、比較した後に、各変形データストリームから所
定のデータビットを選択するための装置と、検索のため
にデジタルデータビットを記憶する装置を備えている。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるデジタル記録再生装置のブロ
ック図である。

第２図は、第１図のデータ収集モジュールの機能の分
析モデルを示す図である。

第３図は、記録された波形データを示す図である。

第４図は、ディスク上に記憶されそれによって再生さ
れる二進コードの単一ユニットを示す図である。

第５図は、本発明で用いられている電子装置の配列を
示すブロック図である。

第６図は、本発明による装置の斜視図、 第７図は、第６図の装置のアナログ信号出力を示し、 第８図と第8a図は、本発明による装置におけるデジタ
ルビデオレコーダのブロック図、 第９図と第9a図は、本発明によるデジタルオーディオ
ビデオ記録再生装置のソフトウエアモジュールのブロッ
ク図、 第10図は、表示される１個のビデオフレーム（VF_n）
のための変換されたデジタルビデオ信号の斜視図、 第11図は、第10図に続くビデオフレーム（VF_n+1）の
変換されたデジタルビデオ信号の斜視図、 第12図は、第10図（V_n）と第11図（VF_n+1）のフレー
ムの間の差異の斜視図、 第13図は、5 1/4″可撓性磁気ディスケットの上の、
オーディオビデオデータ示す図、 第14図は、１個のデジタルビデオ画像素子（画素）に
関する分析合成ピクチャ要素の図、 第15図は、デジタルビデオフレーム画像のビットマッ
プの図、 第16図は、１個のピクチャ素子（画素）の三刺激値を
コード化する図を示す。

実施例 本発明は、オーディオ信号のような入力アナログ信号
をデジタル信号に変換し、続いて、圧縮したデジタル形
にして記録するために構成されたデータセットへコード
化し、さらにアナログ信号に再変換する前に、元のデジ
タル信号入力と同様のデジタルデータセットに再構成し
得る装置及び方法を提供するものである。

従って、広い意味で、再生のためにオーディオ信号を
デジタル形式に変換する記録は、マイクロコンピュータ
記録装置によって達成され、その装置は、予め選択した
範囲のオーディオ周波数の振幅を示す比較的広帯域の基
準信号であるデジタルデータの第１の流れと、この第１
のデータの流れによって示される帯域幅より狭い周波数
のサンプリングされた帯域幅を示す少なくとも１つのデ
ータの流れのチャネルを生じさせるために、アナログオ
ーディオ信号をフィルタリングすることによって生じる
第２のデータの流れと、オーディオ信号のサンプリング
した周波数を示す第３の基準データの流れとより成る少
くとも３つのデジタルデータの流れへアナログオーディ
オ信号を変換する電子装置と、各該デジタルデータの流
れよりデータサンプルの次の流れを発生させるサンプリ
ング装置と、各データの流れにおいてサンプル装置によ
り生じたデジタルデータのサンプルの予め定められた部
分を選択する選択装置と、サンプリング装置によって発
生し、選択されたデジタルデータのサンプルの各々を別
個に記憶する装置と、振幅データを含む基準信号データ
の流れと周波数データを含む第２のデータの流れとを比
較して、もとのオーディオ信号の周波数及び振幅を示す
周波数スペクトログラムデータを生ぜしめる装置と、狭
い帯域幅より選択された第３のデータの流れのチャネル
のデータサンプルを、各帯域幅ごとの時間対振幅のヒス
トグラムを示すデータに変形する装置と、そのヒストグ
ラムと選択された波形パラメータとを比較して、もとの
オーディオ入力の波形を示すアドレス指定可能なデータ
を発生させ、かつ記憶する装置と、周波数スペクトログ
ラムデータと第１のデータの流れの振幅基準データとア
ドレス指定可能な波形データとを、再生のために、連続
的にアセンブルかつ記憶する装置とにより構成されてい
る。

第１図において、入力信号は、第１段階であるデータ
収集モジュール（DAM）において調節され、かつ増幅さ
れる。DAMは、標準型集積回路を利用する装置に基づく
多重チャネルプログラミングマイクロプロセッサであっ
て、３つの機能を有するものである。

その３つの機能は、次の通りである。

（１）0.01秒毎に振幅の広帯域（20Hz乃至20KHz）のオ
ーディオ信号レベル（直流電圧）を42KHzにおいてサン
プリングし、保持しかつデジタル化する。このように、
１秒ごとに100回、４乃至14ビットから成るデジタル
「ワード」が、ディスク録音ファイルの１部としてアセ
ンブルされるように生じる。

（２）128のチャネルをサンプリングし、かつ使用され
る全帯域幅上に対数的に配列されている論理バンドパス
フィルタの128のセグメント配列より、0.01秒毎に、オ
ーディオ周波数スペクトログラムをサンプリングし、保
持し、かつデジタル化する。

この機能によって生じるデータセットは、０（どのチ
ャネルにも信号が０）から（ｎ）〔（７ビット識別子）
＋（７ビットスケーラ）＋（２ビットポインタ）〕の範
囲となり、（ｎ）は信号を含むチャネル数である。

（３）デジタル記憶オシロスコープローダのように機能
し、（２）において選択されたバンドパスフィルタの配
列に応じて、デジタル化された振幅対時間データ（ヒス
トグラム）の列をアセンブルする。このアセンブルされ
たデータセットは、0.01秒毎に生じ、最も大きい単一の
データ構造であり、稼働中のバンドパスフィルタ毎に時
間連続リストを含む。各列内の「ワード」数は、フィル
タセンタ周波数の関数であり、20KHzチャネルでは、4,0
00ものサンプルを、また20Hzチャネルにおいては、ほん
の５つのサンプルだけを必要とする。このデータセット
は、（１），（２）のファイルアセンブラには送られ
ず、波形アナライザー及びコーダモジュールによって接
近し得るランダムアセセスメモリ（RAM）内にロードさ
れる。

波形アナライザ及びコーダモジュール（第１図におけ
るWAC）の関数は、上述のDAMによってRAM内に記憶され
たデータセットより特性波形を抽出するようにプログラ
ムされたデジタル数字プロセッサ列となる。

波形データは、コード化された各波形の１ピリオドが
１つの波のテーブルに割り当てられる表の形に減少され
る。そのテーブルはＸ軸には各バイトに８ビットの「ワ
ード」を含む1.024のバイドを有し、Ｙ軸には−127より
＋127までの256の目盛りを有するデジタル化されたＸ−
Ｙ座標から成ることが望ましい。

一連の波テーブルは、0.10秒毎に、全稼動バンドパス
フィルタに対して生じる。０乃至128P.M.S.テーブルの
範囲は、サイクル（0.01秒）ごとに生じる。

０乃至128の範囲のP.M.S.テーブルは、サイクル（0.0
1秒）ごとに生じられ得る。

WACは、波形を発生させるために、数種のP.M.S.短縮
分析方法のうちのいずれか１つを利用するものである。
第１の方法としては、ファースト・フーリエ・変換（Fa
st Fourier Transform）（FET）があり、第２の方法と
しては、ファースト・デルタ・アダマール変換（Fast D
elta Hadamard Transform）（FDHT）がある。これら２
つの方法を簡単に説明すると、次の通りである。

まずFFTは、振幅の周期２の場合の周期関数ｆ（ｘ）
は、サイン及びコサインの三角関数によって、ほとんど
が示されるという原理に基づくものであり、一般的に
は、次式で表わされる。

この演算方法は、最初に、レイビナー（Rabiner）と
ゴールド（Gold）によって1974年に発表され、続いて、
オッペンハイム（Oppenheim）及びシェイファー（Schaf
er）によって1975年に発表されている。

FDHTは、データセットのスペクトル合成の分析に利用
される。スペクトルΨは、 で表わされ、Fiは周波数で、Ψｉは信号強度を示す。

この方法の応用において、（２）において説明した論
理フィルタのデジタル出力は、各フィルタごとに見積ら
れ、全周波数がサンプリングされるまで、次の出力に加
えられる。

最後の段階においては、全出力は、 となる。

スペクトル（Ψ′）の概算は、マトリックス乗法によ
って計算できる。その式は、次の如くである。

FDHTを補充する演算方法は、1983年にロスアラモスナ
ショナルラボラトリー（Los Alamos National Laborato
ry）のイー・イー・フェニモア（E.E.Fenimore）によっ
て発表された。

Ｂ−スプラインコンピュータ用アルゴリズムは、特性
波形を抽出するのに用いられる。

毎秒10回で最後に生じた一連の波形テーブルが、ディ
スクレコードアセンブラ（Disk Record Assembler）
（第１図のDRA）に送られる。

ディスクレコードアセンブラ（DRA）は、0.10秒毎
に、WACより波形テーブル基準（アドレス）を、かつ0.0
1秒毎に、データ収集モジュール（DAM）より全広帯域信
号強度を示すデジタルワールド及び（２）で述べた周波
数スペクトログラムデータセットを、入力として受け取
る。波形テーブルは、DRA内のローカルメモリバッファ
に保持され、0.10秒毎に、波形カタログメンテナンスと
呼ばれるサブルーチンによって修正又は破棄される。

記憶に対するディスク記録（第４図参照）は、長さは
変わるが、フォーマットは、常に次のようになってい
る。

最初の14ビットは、フィールド長ステートメントで、
次の７ビットは、周波数フィルタ、即ちチャネルアイデ
ンティファイヤ、それから順次、２ビットのポインタ
（フラッグ）、およびその７ビットのスケーラ、７ビッ
トの波形テーブルアイデンティファイヤ、７ビットの同
時波形テーブルアイデンティファイヤ（必要ならば繰り
返す）、２ビットのフラッグ（フィルタアイデンティフ
ァイヤの次にくる信号）など、最後に、14ビットのワー
ド、これは広帯域信号レベルである。データの流れフォ
ーマットを、図式的に第４図に示す。

ある記録が、記憶用に準備されると、それは、１サイ
クルする間、DRAにおけるローカル・メモリー・バッフ
ァに保持され、そこで、次に続く記録と比較される。

これによって、DRAは、「トークン」を利用すること
が可能になる。このトークンは、記憶スペースを節約す
べく組み立てられている現記録における「リピート」、
「同じエクセプト」および「ナル」を判別するのに予約
されたシンボルである。

波形カタログ・メンテナンス・サブルーチンは、波形
テーブルの入ってくる更新を、前以て記憶されている波
形テーブルに対して評価を行なったり、またそれら自身
の中で評価をできるようプログラムされている。

DAMの振幅ヒストグラム出力の記憶用に使用できるチ
ャネル数は、128チャネルしかないので、WACの波形出力
のDRAの記憶された波形データとの比較は、冗長性を決
定し、かつデュープリケートは捨てられる。

入ってくる残りのテーブルは、既に記憶されている形
式のできるだけユニークなバージョンか、または簡単に
改良されたバージョンである。

現に存在しているテーブル上で新しい特徴を含んでい
る波形は、それらの以前のテーブルレジデントの代わり
に貯えられる。ユニークな形式は、新しいテーブルに割
当てられる。「フルハウス」によりオーバーロードが生
じたり、ユニークな波形が到来する際、フルハウスは、
その反復性を決定するため、１サイクルの間、ローカル
バッファに置かれる。仮りに、フルハウスが、間違いな
く次の0.10秒のサイクル以内に生じるとすれば、波形カ
タログにおけるスペースは、別のスペースに最も類似す
る波形を捨てることによって、つくられる。

これらの評価に用いられるアルゴリズムは、２つの曲
線の相互の適合度を測定するために用いられる標準的な
統計的方法に基づいている。

本発明による好適実施例では、記憶媒体として、通
常、デジタル磁気記憶及び検索用に使用される13.3cm
（5.25インチ）の磁気ディスクを用いる。これらのディ
スクの容量は、約１メガバイト（100万バイト、即ち８
百万ビット）であり、将来、10メガバイトになると期待
されている。例として、５メガバイトのディスクを挙げ
ておく。

DRAから出てきたもので組み立てられているディスク
記録は、ディスク・リード／ライト・モジュールに対す
る入力である。「ライト」モードにおいて、既に述べた
データ流れフォーマット形式の記録は、使用できるスペ
ースがある限り、ディスクの記憶部に書き込まれる。平
均記録が20バイトのデータであることを考慮すると、デ
ィスクは、約240,000記録を含み、それぞれ0.01秒のリ
アルタイムを表わしている。更に、ディスクのすべての
スペースが、波形カタログ自体に必要な130キロバイト
を除いて満された後、全部の波形カタログが、ディスク
に書き込まれる。

検索モード、若しくはブレイバックにおいて、ディス
ク・リード／ライト・モージュールは、ディスクから取
り出される波形カタログを最初にRAMに読み込む。次
に、各ディスク記録の内部に呼び出された際に、プレイ
ヤーモジュールが波形テーブルにアクセスする。各0.01
秒のディスク記録は、連続的にディスクから読み取ら
れ、原音響源のリアルタイムとの関連性が確保される。

本発明において用いられるプレイヤーモジュールは、
連続的アナログ機能のデジタル表示に固有の「ステッ
プ」を除去するべく、出力信号および「平滑化」フィル
タを生成しうるデジタル発振器を含んでいる。

プレイヤーモジュールの論理がベースにしている原理
は、付加的合成である。要約すれば、この付加的合成理
論が使えるということは、各瞬時における各周波数サブ
セットに係る信号の電圧成分をすべて合計することによ
り、複合音響信号を構成できることを意味する。

したがって、もし、データ整理プロセスが、正確に、
しかも同位相で同時間に再結合されるように、それが、
時間対電圧に関する元の情報のすべてを保っているとす
れば、出力信号は、各特定周波数、即ち「ピッチ」の点
で元の入力信号に等しくなる。

本発明による好適実施例において、付加的合成に関す
るこれらの条件は、知覚的分解能のレベルで維持されて
いる。従って、人間の耳で開くものは、大抵の音響源に
対しオリジナルのものと識別できないようになってい
る。

プレイヤーモージュールは、各発振器の音色をセット
するべく、波形基準データを利用しているディスク記録
によって特定化された周波数で出力するため、発振器に
命令を与え、かつ広帯域振幅基準データは、電圧レベル
を設定する。同期タイミングは、0.01秒のサイクル時間
に基づく感応度によって装置に組み込まれている。

この装置に関する好適実施例は、多くの「既製の」集
積回路素子を用いている第５図示の略図とは異なって、
単一の半導体チップに回路の論理グループを集約させる
ため、大規模集積回路（VLSIC）を用いる。

第２図は、分析モデルを図解したものである。

このモデルは、測定に係る３つの基準軸元を持つ。即
ち、時間軸、振幅（直流電圧）軸、および周波数軸であ
る。時間軸は、0.01秒の増分で分割されている。

本発明による装置を理解する上で重要なことは、0.01
秒の間隔が、音声信号の増分音響「スナップショット」
が記録される速度に対応することを知ることである。全
体の信号における0.01秒きざみの連続した変化を、人間
の聴力によって、生理学的に連続状のものとして聞きわ
けるには短か過ぎるため、この増分を選んだ、音響「ス
ナップショット」の流れは、映画フィルムにおける「フ
レーム」の流れに全く類似している。

聴覚の「スナップショット」は、（第１図の）DAMよ
り得られる２進形で全広帯域（20乃至20,000Hz）振幅、
周波数スペクトログラム及び波形テーブルレファレンス
を含むものである。

第２図において、（ah₆）のような振幅ヒストグラム
は、波形テーブルを書き込むのに用いられる生データセ
ットである、いわゆる「振幅ヒストグラム」内に含まれ
る波形を示している。これに関しては、以後で詳しく説
明する。

全広帯域振幅レコードは、毎秒42,000「ワード」の速
度で、広帯域サンプル及び保留及びデジタル化された回
路によって「書き込まれた」14ビットのワードの連続的
なデジタルの流れを、0.01秒毎に読み取ったものであ
る。他の観点から見ると、発生する420ワードのうち、
たった１ワードのみが保管されるということである。

この一連の振幅の読み取りは、RAMバッファモジュー
ルよりこの装置の出力端部におけるデジタル発振器の
「プレイイング」において利用される。各周波数チャネ
ルにおける各振幅の読み取りは、この基準レベルに目盛
られる。

第２図において、（BBR）「広帯域基準レコード」
は、２次元のデータ配列であり、そのデータ配列におい
ては、最初の期間は、（０秒、0.01秒、0.02秒のよう
に）0.01秒毎に増分する0.10秒の時間フレーム内におけ
る時間値である。

第２の期間は、各時間増における直流電圧レベル又は
増幅を二値表示したものである。電圧レベルは、14ビッ
トのワードの精密度まで記録される。これによって、0.
05ボルト乃至５ボルト、即ち、100dbの直流電圧範囲を
示す16.384の離散値が可能となる。絶対的精密度は、4.
95を16.384で割った値、即ち±0.0003vdcとなる。

各帯域フィルタ溝に記録されたvdc測定のためには、
この程度の精度が好ましい。しかし、この記憶スペース
の経済性を得るために、各チャネルの信号の振幅を表示
する際に、出来るだけ少ないビットを使用するとよい。
これらの相反する目的を達成するために、相対表示法を
用いるとよい。

各周波振幅レコードは、スケーラー値と呼ばれるビッ
トワードである。このスケーラー値は128値であり、こ
れは、広帯域値の比率として、各チャネルの信号を記録
する。そこで、広帯域値が3.250である時に、0.250vdc
となるvdcを有するチャネルは、広帯域信号に対し、0.0
7692なる比例値を有する。７ビットスケールにおいて、
これは、128の中において３である。

この方法の第２の利点は、各チャネルにおける14ビッ
トの正確な「ワード」を蓄積し、符号化するためのロジ
ックを費すような長い時間に比べ、モジュールによる算
術ロジックの比較性により、計算速度を増大しうること
である。そこで、14ビットワードの代わりに、７ビット
ワードを使用出来るので、記憶スペースを50％節約しう
る。

第３図について説明すると、分光写真Fs（10）は、各
128の別の狭い帯幅が、0.01秒ごとに節約される点を除
いて、広帯振幅レコードと同様である。128のチャネル
は一例であり、帯幅を限定したデジタイザ回路により、
予め選択したデジタル帯域フィルタにより聞くことが出
来る。

20Hzから20,000Hzのチャネルの配置は、ユーザによ
り、等化器型のスライドスイッチにより制御されるか、
自動的に信号を探索しうるようになっているとよい。即
ち、128チャネルアレイのロジックは、各128の別々の狭
い帯幅と、「ライブ」帯幅の回りの「セルフ−センター
ズ」の中で、電圧の振幅に応答する。この原理は、信号
探索ラジオ受信器に使用されるものと同じである。

第２図に示されているように、周波数分光写真軸の陰
影のある三角部により示されたチャネルの間で、重合す
る。

重合部の信号は、次のようなシステムロジックを示す
ものである。即ち、チャネルアレイが、到来デジタル信
号により、「インチューン」でなく、また中央チャネル
を読み取るべく、次の超音波「スナップショット」に対
する「ステップオーバー」への自動範囲回路により、使
用されうるフラッグ値を定めるように使用されうる。

例えば、第２図の実施例ah₆のように、周波ヒストグ
ラムは、チヤネルが「ライブ」である時には、いつでも
生成される。これらのヒストグラムは、真の持続時間に
生成する時間二進プロットに対し、振幅が逐次示され
る。これらは0.01秒の「スナップショット」ではない。

ヒストグラムをプロットするのに必要とされる時間の
実際の長さは、チヤネルの可聴周波数とともに変化す
る。周波数が高くなればなる程、波形アナライザ及びコ
ードを「フィード」するのに必要なデータ点は増大とす
ることが、一般的に認められる。勿論、この方法におけ
る時間の上限は、0.10秒であり、全システムの同期化が
なされる。

振幅シストグラムの目的は、WACを操作するFFT又はFD
HTルーチンのために、生データを提供することである。
FFTが同期的な曲線関数として、一連のＸ−Ｙ座標を特
徴付けるべく、周期関数の少なくとも２個の完全なサイ
クルが集められなくてはならない。多くの場合、「セト
リングタイム」外乱として見做される電子的記録ロジッ
回路遅延により、２サイクル以上のデータが、解析のた
めに集められなくてはならない。

第３図には、波表カタログ情報の、本発明による好適
実施例が示されている。第１図の波形アナライザ及びコ
ーダが、第２図ah₆の振幅ヒストグラムの「波形」を見
つけるや否や、波形の一期間の波形データは、第３図の
波表wtiのように、Ｘ−Ｙ座標システムで描かれてい
る。波の振幅は、ｙ次元中の、1,020の８ビット二進ワ
ードで描かれている。

この二進ワードは、Ｘ軸上下の127段階の精度と確保
している。Ｘ軸自体は、波形時間の任意部分を1020増分
に分ける。波表は、128テーブルのカタログ内の、テー
ブル状態についての情報を貯えた４個のバイトを持って
いる。波表位置についての情報は、各0.01秒超音波「ス
ナップショット」で作られ、この「スナップショット」
により、レコーディングが進行し、より多く、あるいは
より良い情報が入手するにつれ、改訂が行われる。

ウェーブテーブル（波表）のすべての書き込みは、デ
ィスクレコードを介しての、１回のパスにおける、全レ
コーディングセッションの終りになされるとよい。

第４図には、代表的な超音波「スナップショット」の
ビットパターンが示されている。平均的なディスケット
は、超音波「スナップショット」を24,000個含んでい
る。

第１の二進ワードは、14ビットの長さと、超音波「ス
ナップショット」に続く、バイトの全数に等しい二進数
である。再生のシステムデータフローのコントロール
に、この領域の長さのステートメントが必要である。
「プレイヤー」モジュールは、コントロールソフトウエ
アにより、真の時間出力の0.10秒に、どの位のバッファ
データがあるかを知らされなくてはならない。

次の７ビットワードは、周波数変換のため２ビットフ
ラグの次の超音波「スナップショット」、即ち、それ
が、どの方向に必要であるか否かという情報を含むもの
の中に含まれる第１の周波数識別子をプレイヤーに告げ
なくてはならない。

第３の７ビットワードは、前に述べた周波出力のため
の相対的な振幅（電圧レベル）を定める１から128まで
の２進数である。

第４の７ビットワードは、上記の周波数により宛てら
れた波形表中で、どこで波形を見つけるかをプレイヤー
に告げる。

第５及び第６の７ビットワードは、又は第１の周波ス
テーメントに適用される波形表基準である。

動作中に、「プレイヤー」は、聴覚的な「スナップシ
ョット」（ディスクレコード）を介して読み取り、その
後、基準によって位置づけられた値、およびそれが聴覚
的な「スナップショット」から直接に読み取った値で、
デジタル発振回路を「ロード（負担）」するように作動
する。例えば、第４図に示されているレコードの場合に
は、要求される周波数は４つである。これらの各々は、
既知の数の発振周波数を有しており、それ等はチャネル
帯域と同じである。これ等の周波数は、特定のデジタル
発振器に割当てられる。

発振器を駆動するため使用されるエネルギーの量は、
聴覚的な「スナップショット」の終端における14ビット
ワードによって特定化される広帯域の基準信号に対する
スケーラの関係によって特定される。波形テーブル基準
は、それ等が聴覚的な「スナップショット」に現われる
オーダと同じオーダで、周波数発振器に接続されてい
る。

それぞれの短振器は、プレイヤーによってそれに与え
られる波形の総和によって現わされる特性音を得る。発
振器の代わりに、プレイヤーによって、１個の波テーブ
ルが毎秒当り読み取られる回数は、その発振器の周波数
の作用である、即ち、440Hzの発振器サイクル（即ち読
み取り）は、１秒当り440回の速度における１個の波テ
ーブルの作用である。

第５図を参照して説明する。

複数個の素子群の代表的な図解されたレイアウトと、
それらの相互結合状態が示されており、本発明の好適な
１つの実施例を説明している。

第１図に示されている必要素子に関するさまざまな作
用と、種々の使用可能な電子的な素子群の能力と比較す
ると、必要な能力を有する素子群を選択することによっ
て、本発明を実施することができる。

例えば、データ獲得モジュール（DAM）において使用
される広帯域デジタイザは、ヒューレットパッカード・
デーテル・インコーポレイデット、インテル、またはR.
C.エレクトロニクスから求め得るような高速アナログ−
デジタルエンコーダから選択すること−ができる。

データ獲得モジュール（以下、DAMと記載）における1
28チャネルアレイもまた、同様にヒューレットパッカー
ド社から得ることができ、各チャネルに関する特定化さ
れた通過特性によって、アナログ−デジタル変換するも
のである。現在ある16チャネル素子群は、この様な８個
の素子群が得られる様に利用できる。

図面において示され、かつ明細書で説明している様
に、RAMの様な素子群は、500キロバイトまでの容量を持
たなければならない。リードオンリーメモリ（ROM）320
キロバイト、および第５図に示されている中央処理装置
（CPU）は、多重80バイト数値データプロセッサの付加
容量を有する16バイト８メガヘルツ容量を有しているこ
とが望ましい。示されているディスク駆動ユニットは、
磁気バブルメモリパック、リニャーテープドライブズ、
レザーベースドディスまたはフィチェズ等のデジタルリ
ード／ライト記憶装置のような適当な装置と置換し得
る。

ユーザーコントロールパドも、音色、利得、範囲、ト
ラック選択、および他の付加的な特徴を与えることもで
き、またはオン／オフ、レコード（記憶）／プレイバッ
ク（再生）と同じ様に簡単である。信号入力および出力
は、従来のRCA型ジャックを介してなされる。

本発明の好適な実施例は、使用しているシステムロジ
ックの中の素子群の必要な機能特性に関して特に強調し
て述べられて来た。

種々の種類の素子群も、同様な結果または同じ結果を
達成するとされている一般的なシステムにおいて広く利
用し得ると考えられる。例えば、異なるサンプリング速
度もしくは類似のものが、本発明の精神から逸脱するこ
となく、他の素子をも都合よく使用し得るのである。実
際、レコーディングおよび再生機能は、一体化したり分
離したりすることが可能であり、また実際開示されたレ
コードフォーマットは、記録されたデータを離れた再生
装置へ送るためのモデムの様なコンピュータ、またはコ
ンピュータ通信リンクとともに使用することも可能であ
る。

さらに、デジタル情報は、必要な波テーブル情報によ
って局部メモリを負荷するために、離隔位置へrf（ラジ
オ周波数）信号によって放送することも可能であり、か
つその後、レコード上のデジタルデータセット情報を、
離隔位置における再生用に送ることも可能である。

オーディオ信号は次に、伝送されたrfデジタル情報か
ら離れた位置における再生装置によって再生される。再
び、このシステムは、デジタル通信システムに本質的に
ある高い信号／雑音比出力を達成すると云う利点を有し
ている。

本発明の好適な実施例は、音響のレコーディングおよ
びその再生に関して記載されて来た。説明したオーディ
オ再生用のシステムを使用することに加えて、出力は、
補聴器または人工耳によって達成される様に、聴神経を
刺激するために使用することも可能である。この出力応
答を行うために、ソフトウェアを変える必要がない。

本発明と同じ考えが、医学的に関連のある聴覚的な信
号、EEGまたはEKGアナログ信号にも良く適用可能であ
る。

これらの身体の内部に入り込まない手段による診断技
術を使用する基本的な医学的検査の間に確立された波形
テーブルは、ストレス状態、手術後、または診断処理後
の間に、アナログ信号をデジタル化および凝縮化するこ
とが可能である。医学的な入力も、また同じ様に超音波
探査装置を介して入力され得る。

本発明はまた、超音波探映像を記憶するとともに、そ
れ等を濃度および他の音響波を検出し得る特徴に関連し
て分析することも可能である。

本発明の入力は、安全聴取装置であってもよい。本発
明のデータの流れは、この様に安全音響情報を指示する
ものである。

ランダムアクセスメモリは、突然入り込む音のパター
ン（break−in sound patterns）と、前もって集音した
レコードとの間の比較用のデータを供給する。これによ
れば、警報システムの故障している取り外し装置を取り
除くことができる。例えば、「ウィーク・エンド」ディ
スクは、「ナイトシフト」ディスクとは全く異なる基準
を有している。

入力装置は、ダイナモ、ミル、または製造プラントに
おけるプレス、もしくは過重にまたは循環的に負荷され
るベアリングを内蔵している他の装置などの様な機械装
置の部分に音響学的に結合している振動検出装置であっ
てもよい。

アナログ入力は、これ等のベアリングの条件を指示す
る数多くの周波数、振幅および波形情報を含んでいる。
この情報は、本発明のマイクロコンピュータシステムに
よって分析することができ、他の場合には、これ等の信
号パラメータにおける微妙な変化を検出して、差し迫っ
たベアリングの故障等を予知するのに使用し得る。

第６図は、上述のマイクロコンピュータの他の応用を
示す図である。

この実施例において、調査用の検出及び分析装置が示
されている。第１図のデータ収集モジュールへの入力装
置は、手動の距離形（10）である。好適には、レンジフ
ァインダ（10）は、ホログラフ型の離隔バーコードリー
ダを含む。レンジファインダ（10）は（完全な可搬性を
付与するために、バッテーリー−パックを使用するタイ
プが好適である）、第１図の機能装置を取り入れている
マイクロコンピュータ（12）に接続されている。

商品Ｇは、目録作成用のたなに配列される。

棚は、各棚の空間の少くとも一端部上にバーコード
（Ｂ）を有するものである。棚の奥行きが商品の１つ分
よりも深い場合は、商品を棚の背部より重ね、部分的に
しか商品が入ってない段は、装置（10）によって露光さ
れ容易に検出される。

バーコードは、商品コード又はバーコードのついた棚
に配列されている商品の他の記述である。

装置（10）によって各棚を走査する前に、これらの情
報を手動で入力するためにキーパッドを使用することも
できる。操作時において、携帯用のマイクロコンピュー
タが初期化され、ディスクレコードアセンブラモジュー
ル及び他のコントロールコードが入力される。

オペレータは、棚上の商品の正面に立って、必要に応
じて（商品コード、ストック数等）の商品記述をキーボ
ードより入力する。バーコードリーダが装置（10）内に
組入れられている時に、この段階は不要である。

装置（10）を、棚に入った商品に突き付けて、棚の全
長に亘って走査する。その結果得られた典型的な例は、
第７図に示されている。この信号は、距離計のエコーに
よって決定された時間の関数として示され、棚に載置さ
れた商品に伴う空間の深さに比例する。この実施例にお
ける時間は、（応用し得る）直立の棚上のバーコード、
又は、直立の棚自体の検出の間の時間に比例する。

このアナログは、周波数、振幅及び波形特性を含み、
処理され、変更され、かつ圧縮され、上述のデジタルデ
ィスクレコードを形成する。このデジタルレコードは、
その後、従来式のモデムによって、中央在庫品調査コン
トロールステーションに送られ、図形又は表形でディス
プレイされる。

データコンプレッサ及び本発明による記録装置の非聴
覚出力は、震度計データの記録、圧縮及び分析にも応用
が可能である。この場合における出力は、特定の範囲に
亘って「グルームド」（形の整った）グラフの特徴を有
しており、かつ高調波の特定のオーダを超えるノイズま
たは反響を減らすものである。

アナログ波形型の信号を出力するセンサは、本発明に
よる装置及び方法をデータコンプレッサ及び記録装置と
して使用することができる。

これらのセンサの例は、圧力トランスデューサ、流量
計、フォトダイオード、（レーダ及びラジオ周波数の）
マイクロ波受信機、光電池、圧電装置、電荷結合デバイ
ス、シンチレーション計数管等である。

同様に、まずデジタルデータをアナログ信号に変換
し、本発明による方法により、本明細書において説明し
た装置を使用して処理することによって、波形データを
示すデジタルデータを圧縮することができる。

以上説明した装置において、サンプリングし、分析
し、コーディングし、記録し、その後ディコーディング
し、再生する一連の作業によって、この装置は、従来の
装置の300倍の記憶密度を有するようになる。

本発明によるデジタル記録再生装置は、第８図、第8A
図、９図及び9A図に示されているように、オーディオと
ビデオの両方の記録再生に使用され、前述のような可撓
性又は硬質の磁気ディスク、例えば光磁気ディスク又は
光ディスクのようなデータ記憶媒体に使用される。

前述したように、可撓性及び硬質の磁気ディスク、光
磁気ディスク及び光ディスクのような記憶媒体は、固体
シリコンチップ記憶装置又は磁気バブルメモリよりも安
価で、種々の容量を持っている。

効率的なデジタル記録再生装置は、画像記録記憶再生
装置の一部として現在使用されている従来のアナログデ
ジタル記憶装置の組合わせよりも経済的に有利であり、
非常に安価で望ましい。

本発明による好適実施例においては、「ミニフロッピ
ー」として普通に知られている5 1/4″フレキシブルデ
ィスケットが用いられる。

このような記憶装置においては、媒体に超高密度の記
憶データが記憶されることが必要である。硬質又は可撓
性磁気ディスクのような磁気媒体を使用する際に、平方
インチ当りのビット数は、本発明者により、1984年５月
14日に出願された米国特許出願第609,765号明細書に記
載されているように、平方インチ当りのトラック数を増
加させることにより、使用レベルを増大させることが出
来る。

本発明を、第９図及び第9A図に概略的に示されている
ように、ビデオデジタル記録再生装置に使用する際に、
フロッピディスクのための好適フォーマットは、少くと
も640トラックである。全記憶部分は、1/2秒以内にアク
セスすることが出来る。そのため、記録された材料のど
こでも、ジャンプカット接続を含むように連続的に再生
しえる。

第13図に示すように、本発明の好適実施例において、
オーディオビデオ記録再生装置は、最悪の場合、約0.5
秒である。オーディオビデオのすべてのセグメントの回
復と操作を容易にするために、データは、ディレクトリ
ー、サウンドファイル、イメージファイル及び編集リス
トに書き込まれたセクターの制御フォーマットに記録さ
れる。

上に述べたように、システムへのデータのフォーマッ
トは、前記の方法、及び1985年５月に、米国カリフォル
ニア州のアナハクムの第78回音響工学学会（78th Audio
Engineering Society convention）に、本発明者によ
り提出された「フロッピディスクへのデジタルオーディ
オ記録法」（Digital Audio Recording on Floppy Dis
k）なる論文に記載された方法で実施される。

記憶されるビットの数を減少させるにもかかわらず、
オーディオビデオ表示をなすための十分な情報を保持す
るように、オーディオビデオ情報のためのデジタル信号
処理は実行されることが必要である。

高忠実度の記録と再生のためのデジタルオーディオデ
ータのビット伝送速度における減少は、前述の方法と同
様にして行われる。この方法は、チャネルに付き、毎
秒、56,000ビットから400,000ビットのビット伝送速度
で実行された、幾多のビデオビット伝送速度の減少案が
提案され、実行された。米国ユタ州ソルトレークシティ
のコンプレッション・ラブス（Compression Labs）、カ
リフォルニア州キャンベルのウィドコム・インコーポレ
ーテッド（Widcom,Inc.）、及び米国マサチューセッツ
州リンのピクテル（Pictel）は、毎秒、56,000から8,00
0,000ビットの速度を達成した。

本発明の好適実施例によれば、オーディオについて
は、毎秒200,000ビットビデオについては毎秒200,000ビ
ットを達成した。

第８図及び第９図に示されている本発明のビデオデー
タ処理モジュールは、次のような主要機能セクションを
必要としている。

（１）信号条件 （２）アナログ／デジタル、及びデジタル／アナログ変
換 （３）フレームバッファ（処理中の一時的な画像記憶） （４）画像の解析と分析及び画像のコード化とデコード
化 −色度のフィルタリング −輝度と振幅における、隣接する画素冗長の除去、 −フレーム部分のフレームスキッピングと条件補充によ
る時間領域冗長除去 オーディオデータ解析合成モジュールについては、特
に第８図、8A図、９図及び9A図において前に説明した。

図面について説明すると、アナログビデオ信号とアナ
ログオーディオ信号は、別々に、レコーダに入力する。
両方の信号は、ディスク・レコード・アセンブラ・モジ
ュール（DRAM）（第９図）に達する迄、それぞれ別々に
処理される。

そのモジュールで、コード化されたオーディオ及びビ
デオデータは、同期化し、別々のデータブロック（第13
図参照）の中で、フロッピディスクに書き込まれる。そ
こで、オーディオビデ処理モジュールは、非同期と考え
られるが、しかし、これらのモジュールはDRAMにより使
用された一時バッファメモリの大きさと速度により定め
られた２個の信号の間で、リアルタイム内で、最大位相
シフトとともに、処理されるようになる。

特に、出力RAMバッファ（第9A図参照）における再同
期化の前に、ビデオオーディオ信号は、0.5秒以上の時
間で、位相の外に出ない。

オーディオ処理モジュールについては、前に十分に説
明したので、以下には、ビデオと、オーディオ特許に関
するDRAMへの変化について説明する。

ビデオ信号については、必要に応じて、アナログフィ
ルタリング、増幅、及び減衰について、条件を整えた後
に、（第8A図参照）従来のアナログデジタル変換器によ
り、毎秒30画像のフレーム速度でデジタル化される。各
画像は、各画素のためにデータ８ビット（１バイト）と
ともに、480×576の画素の解像度を持っている。フレー
ム速度、解像度及び画素データは、用途と経費利益率に
応じて変えるとよい。処理される画像は、一時バッファ
メモリに記憶される。

バッファメモリは、４メガバイトのファースト・イン
・ファースト・アウト・デジタル・メモリ（FIFO）であ
る。大きさは、用途と経費／利益率に応じて、変えられ
るとよい。各フレーム画素は、連続的に処理されるにつ
れ、バッファを通過する。

各フレーム画像は、ビットの数を、出力ビデオ信号の
合成に必要な最小値まで減少させる。この出力ビデオ信
号は、入力信号に酷似している。

処理量及びデータをコード化するに必要なビットの実
数は、装置の用途と、経費／利益率の要因に対応する。
特に、元のデジタル化したフレーム内の2,200,840ビッ
トは、平均約8,000ビットを含むコード化されたフレー
ムにより表示される。これは、処理アルゴリズムの主題
に基づく性質により、平均的に述べられている。

画像分析合成コーダ・デコーダ（IAC）論理は、（第
９図及び9A図参照）フレーム画像中の各画素の三次元的
13要素分析に基づいている。３つの次元は、色スペクト
ルと、空間的関係と、時間よりなっている。13の要素
は、二次元平面で、画素に隣接する８種類のもの、即
ち、赤、緑、青、時間及び輝度（電力）である。画像処
理に関する文献には、これらの要素の間の関係の一般的
表現が記載されている。

前に述べた方法で、各要素のためのデータを、各要素
のためのライブラリと比較することにより、次のような
数学的分析がなされる。

例えば、輝度のような画像変数又は画像振幅特性内の
三刺激値は、「平均」、「変数」、「歪度」、「劣
度」、「エネルギー」、「エントロピー」の値により記
載された第１順序画像ヒストグラムのための型を提供す
るのに使用される。

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一時的要素、空間的要素、輝度及び色度の信号を処理
するために、上記に述べたソフトウェア又はファームウ
ェアは、スペクトログラム及びヒストグラムをコード化
し、かつデコードするための同一の原理を利用し、記憶
されるに必要なデータを減少させ、それにより、これら
の各要素を、必要なリアルタイムで再構成することが出
来る。

コード化されたフレーム画像データは、バッファから
DRAMへ通過させ、（第9A図参照）そこで、対応するコー
ド化されたオーディオデータとともに、一時的に一合わ
される。位置合わせされるとすぐに、オーディオ・ビデ
オデータブロックは、ディスクメモリ位置へ割当てられ
る、適当なデコードするディレクトリーと波形テーブル
ベークトルは、同様に、ディスク記憶スペースに割当て
られる。次に、コード化され、編成されたデータとパラ
メータ情報はディスクに書き込まれる（第9A図参照）。

再生において（第9A図参照）、オーディオビデオデー
タブロックは、DRAMにより分離され、各処理バッファメ
モリに送られる。オーディオ合成装置については、前に
既に説明されている。

ビデオデータについては、コード化と逆の方法によ
り、合成される。元のデータと類似するデジタルデータ
の多元的な再構成は、リアルタイムでなされる。ビデオ
アナログ信号は、画像分析コーダ／デコーダモジュール
におけるデジタル信号の数学的変換による減少デジタル
形式に変換される。

次に、合成されたデータは、デジタル形式からアナロ
グ形式に変換され、状態を整えられ、テレビに表示する
ためのアナログビデオ信号としての出力、又は合成され
たRGB入力によるモニタとして現れる。この信号はま
た、CRT、プラズマ、LCD又はLED装置のようなデジタル
ラスタディスプレイ装置に表示するために、デジタル形
式で出力する。再生は、画像デコーダとオリジナルデー
タ流に類似している追加のデータ流を作り、かつもとの
数学的な分析において使用された演算の逆を利用して記
録されている明確な差信号と周波数データから数学的な
分析を行うことよって出来るだけそれを類似させるシン
セサイザモジュールを介して達成される。

装置のコード化及びデコードする機能については、図
面に基づき、以下に詳しく説明する。

画像の三刺激値は、色情報を含んでいる。画像のビッ
トマップは、第15図に示されている。

第16図には、１個の画素とその三刺激値が示されてい
る。

画像の三刺激値は、分析目的が、空間的、一自的に理
解されるように設定されるとよい。フレームからフレー
ムへの主題の動きにより引き起こされる各画素と、画素
の副画像グループにおける三刺激値の絶対的変化は、画
像色彩化における空間的変化を引き起こす。動かない、
固定された物体の色変化は、三刺激値の時間領域（一時
的）変化を生じさせる。両者の効果は結合されるとよ
い。

各画素とデータ圧縮ための値の変化のコード化は、そ
れらを直接操作するか、それらを数学的に変換した値に
つき操作するかのいずれかにより、三刺激値のフレーム
とフレームの比較によりなされる。

フレームとフレームとの差信号は、短縮したデータセ
ットとして記憶されるか、計算に必要な情報と、変換係
数が記憶されるか、分析されるビデオフレームデータた
めの出力処理効率に基づき、係数自体が記憶されるとよ
い。

第11図は、第10図の初期の段階の次のビデオフレーム
を示している。ビデオフレームの主題即ち内容の変化に
より、データプロットはわずかに変化した。

フレームからフレームへのこの実施例においては、ほ
とんど変化がないことに留意するべきである。ある場合
には、変化が非常に大きくなるが、すべての軸について
の100％に達する相異は滅多に生じない。

第12図は、第10図と第11図の間の唯一の変化の３−Ｄ
表示である。この図から、第11図に含まれる情報の小部
分だけが、記憶されるためにコード化されねばならない
ことが明確である。

この実施例において、コード化は、変換された状態、
一連の係数の中での差信号に関してである。記憶された
差信号に基づく画像のデコード化と合成は、記憶された
係数で操作される分析に使用される逆数学的変換の計算
を必要としている。

色度、輝度、及び異なるフレーム画像の間の一時的な
値に関連する値について請求の範囲第１項に述べてい
る。フレーム間の正味の差異を記録するためには、各フ
レームについての完全なデータ流を記録するよりも多少
大きい記録量を必要とする。それによって、本発明が合
理的なコストでリアルタイム再生の可能性を提供し得る
能力が与えられる。もし、たとえば、ビデオフレーム画
像が以前のフレームの正確なコピーであるならば、また
はより以前のフレームのコピーであるならば、以前のフ
レームのアドレスのみが大きい記録量を節約して記録さ
れる。

第14図は、主要な分析合成要素のダイアグラムであ
る。

データ削減は、これらの要素に基づいて、１個以上の
コード化処理の組み合わせにより実施される。前の実施
例に記載された変換差信号が生じ、それにより、色度
（RGB）要素とともに、空間一時情報をコード化する。

同様な装置により、ビデオフレーム内の輝度と隣接す
る画素のグループの分布が、ビット伝送速度を減少する
べく、フレームからフレームへの異なるコード化に記憶
されるとよい。

多くの場合、ビデオフレームは、同一か、若しくは互
いにほとんど識別出来ない程度で異なっている。これ
は、次の若しくは次に続かないフレーム内で生じる。

どちらの場合にも、繰り返されるフレームデータのア
ドレスのみを記憶することによって、データの削減が実
行されるとよい。DRAMは、画像ベクトルテーブルにこの
ような発生を記憶する。画像ベクトルテーブルは、ディ
スクのような記憶媒体内のビデオ基準データのライブラ
リに存在する。

オフライン、即ちリアルタイムデジタルビデオ記録の
非リアルタイム通知処理は、このような冗長コード化に
より、更にデータの削減を実行する。この場合、「リア
ルタイム」は、実際の時間間隔と異っていても、同一の
時間間隔を意味する。

第13図は、フロッピディスクに記憶されたコード化オ
ーディオビデオデータの配置のダイアグラムを示してい
る。データトラックφは、各セクターで、オーディオビ
デオのディレクトリー情報を記憶する。

ディレクトリーは、DRAMにより使用されるデジタルア
ドレスのマップ又はセットを含み、トラック２から639
又はそれ以上に含まれるコード化されたオーディオビデ
オデータを編成する。ディレクトリーは、また、オーデ
ィオビデオコード化のためのライブラリ基準データのた
めのカタログを含んでいる。

これらのライブラリは、波形テーブル、ヒストグラ
ム、画像アドレスベクトル、周波数スペクトログラム、
及び再生のためのオーディオビデオデータの流れを合成
するに必要な他の基準情報を含んでいる。

画像分析コーダデコーダジュールにおいて、各デジタ
ルデータの流れを処理するには、２段階がある。

第１段階は、デジタル信号データを、効果的な分析に
関する適当なフレームに数学的に変換する過程である。

第２段階は、データの変換スペース描写に生じる顕著
な要素の比較分析と、データを表示するために必要なビ
ット数の削減とよりある過程である。

第10図には、アダマール、フーリエ又はホテル変換の
ような数学的手段により、振幅、時間及び周波数の次元
よりなる分析スペースに変換された信号の３−Ｄプロッ
トが示されている。このタイムフレームは、１秒の約1/
30、若しくは１ビデオフレームであるとよい。振幅は、
０から1.0までの無単位ユニットの範囲に、正規化され
る。周波数は、画像のエネルギースペクトルにまたがる
64バンド又は「ビンズ」に割り当てられる。オリジナル
データ流が分析のための基準効果フレームに変換された
後のビデオフレームの表示に関連している。

このバンド幅の正確な範囲は、ビデオ装置の種類、そ
の光学的又は電磁気特性により変わりうる。装置の赤外
線夜間視覚のための周波数範囲は、Ｘ線画像医療装置と
実質的に異なっている。

コード化されたビデオデジタル信号の再生は、複数の
段階でなされる。これらの段階のいくつかは、連続的若
しくは平行に行われるかのいずれかである。装置のいく
つかの実施例においては、経済的及び機能的な理由で必
要な場合に、１つの方法又は他の方法で独占的に操作さ
れる。

再生装置の好適実施例は、次のようにして行われる。

（１）デジタルデータの１個の連続的流れは、ディスク
ドライブコントローラモジュール又は同様な読み取り装
置により、ディスク又は他の記憶装置から読み取られ
る。

前に述べた生成データの流れは、異なる形にコード化
されたビデオデータ、即ち、ビデオ信号を後で拡大した
り、合成するのに必要なデコードパラメータ及びフレー
ム同期タイムコードマーカと異なる型のものを含んでい
る。好適実施例において、ディスクドライブコントロー
ラモジュールからのデータの流れは、オーディオビデオ
セパレータモジュールに通過するとよい。異なるオーデ
ィオ録音複製装置が使用された場合、分離が維持され、
次に同期化される。

（２）オーディオビデオセパレータモジュールは、オー
ディオデータとして示されたデータブロックを求め、除
去し、次に、波形テーブル、ヒストグラム等のようなパ
ラメータをデコード化する。同期化タイムコードマーカ
のコピーとともに、オーディオ合成情報は、前に述べた
オーディオデコードサブシステムに通過する。全てビデ
オよりなる残りの情報と、タイムコードマーカのコピー
は、画像デコーダ合成モジュールを通過する。

（３）画像デコーダ合成モジュールは、データバッファ
とデータ処理ルーチンを含んでいる。データバッファソ
フトウェアは、処理されつつ、一時記憶ビデオフレーム
データに使用されるシステムメモリの部分を割り当てか
つ管理する。これらの記憶セグメントは、ビデオフレー
ムデータのビットマップ、FIFO（ファースト・イン・フ
ァースト・アウト）、又は他の形のコード化されたビデ
オデータの一時記憶のためのLIFO（ラスト・イン・ファ
ースト・アウト）記憶バッファメモリとして構成される
RAMのブロックである。

データ処理ルーチンは、記憶されたデータからビデオ
信号を再構成するためのソフトウェア又はファームウェ
アを含んでいる。ソフトウェアモジュールは、合成する
ために色度、輝度、空間的要素及び一時的要素を別々に
処理する。

いくつかの用途においては、これらのルーチン自体
は、ディスクメモリに記憶されたサブルーチン内に置換
することにより修正するとよい、ソフトウェアは、A/V
セパレータモジュールにより与えられ、コード化された
ビデオデータに基づき動作する。

コード化されたビデオデータは、ソフトウェアモジュ
ール（パラメータ）にデコード化命令を表示する二進数
の列と、これらの命令により処理されたデータと、タイ
ムコードマークよりなり、それにより再生の間に、合成
されたビデオフレームと合成されたオーディオフレーム
の同期化を実行している。

タイムコードマーカーなしに、オーディオビデオ信号
が位相内にない可能性は、非常に大きい。話したり歌う
人々のビデオにおいて、「唇の同期化」の不足を解消す
るには、ウィドコム（Widcom）システムのような従来の
技術では、質的に不十分であった。

画像デコーダ及びシンセサイザーモジュール（IDSM）
においては、適当なデコードサブシステムに処理するた
めに、コード化されたビデオデータが割り当てられる。
例えば、IDSMに通過したデータのブロック内で、パラメ
ータとデータのカテゴリー（データの流れ）が４種まで
あるとよい。色度のためのパラメータとデータは、色度
デコーダシンセサイザに送られる。空間的要素のための
パラメータとデータは、空間的デコーダシンセサイザに
送られる。一時要素のためのパラメータとデータは、一
時デコーダシンセサイザに送られる。

データの４つのすべての流れは、ビデオの特殊なフレ
ームのためには、必要ではない。特に、デコーダシンセ
サイザの最小セットだけが、どんなビデオフレームにも
用いられる。また、デコード合成は、平行に起きる。

各処理は、同一のデータと、異なるデコードパラメー
タを使用する各デコーダシンセサイザで同時に生じ、
又、デコーダ・シンセサイザーからデコーダシンセサイ
ザまで通過した部分的結果を生じさせ、再び１つのデー
タセットとマルチプルパラメータセットから出発する。

動作時に、ビデオフレームのデコードとの合成は、次
のように動作する。

（１）ディスクドライブコントローラは、DMAを介し
て、CPUからの要求を受取り、次のビデオフレームを検
索する。

（２）ディスクドライブコントローラモジュールは、デ
ィスクにオーディオビデオディレクトリを配置し、それ
らを読取って、第13図のように、ディスク上で、データ
セクターのアドレスの次のセットを見つける。

（３）ビデオフレームのビデオオーディオに関する記憶
されたデータは、必要に応じてライブラリ情報を含むデ
コードパラメータと、タイムコードを含んでおり、コー
ド化されたビデオフレームデータは、A/Vセパレータモ
ジュールに伝達される。

（４）オーディオデータ、タイムコード及びパラメータ
は、除去され、ビデオ部はIDSMに送られる。

（５）IDSMは、次のセットのデータを受け取り、メモリ
バッファに置く。

（ａ）画素サブグループビットマップ。

これは、第15図に示すように、２−Ｄメモリ構造であ
る。このメモリは、三刺激空間一時データパラメータに
より動作するデコーダ合成ソフトウェアを満たすため
に、フレームの部分を識別する。

（ｂ）データによる三刺激デコードパラメータ。

（ｃ）ホテル変換係数及び空間的一時合成のためのデー
タ。

（ｄ）関連する周波数スペクトログラムによる波形デー
タ。

（ｅ）再構成されたビデオフレームの始点と終点のため
のタイムコードマーカー。

（６）IDSMは、逆ホテル変換、三刺激値、波形スペクト
ログラムからのバックグラウンド組織を計算し、合成デ
ジタルビデオ画像によるビットマップを満たし、必要な
フレーム長さに対応するように、ビデオフレームの始点
と終点を定める。

毎秒30フレームのビデオ又は毎秒24フレームのフィル
ムである。空間一時情報は、１つの数学変換から再構成
されることに留意するべきである。他の場合には、２つ
が必要である。また、三刺激データは、輝度のための別
処理が不要なように、輝度情報を含んでいる。

この説明がモノクロームイメージのためである場合、
色度合成は省略され、１セットの輝度パラメータとデー
タが、画像を再構成するために必要とされる。

（７）１フレームの再構成されたデジタルビデオ画像
は、信号処置モジュールに入り、そこで、アナログ形式
に変換され、条件を整えられ、前に述べたオーディオデ
コーダから、オーディオ信号と同期化されて出力する。

本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、
次の請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変更修正が可
能である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビデオアナログ信号をデジタル形式で記録
   する方法であって、以下の（ａ）（ｂ）（ｃ）及び
   （ｄ）の順序の段階からなるものにおいて： （ａ） アナログ信号を多重のデジタルデータ流に変換
   する段階であって、少なくとも前記デジタルデータ流の
   第１のものはアナログビデオ信号の色度を表しており、
   前記デジタルデータ流の第２のものは、前記色度の絵素
   の輝度を表しており、前記デジタルデータ流の第３のも
   のは、前記色度及び輝度を表す絵素位置を指示し、さら
   に前記デジタルデータ流の別の１つは前記アナログビデ
   オデータの一時的な値を表している段階と； （ｂ） 前記各デジタルデータ流の所定の部分を選択す
   る段階と； （ｃ） 前記デジタルデータ流の前記選択された所定の
   部分のそれぞれを記録する段階と； （ｄ） 連続的にかつ順々に前記選択された所定の部分
   を、差信号のもとの色度、輝度並びにもとのアナログ信
   号の一時的なタイムフレームを表す周波数データを生じ
   させるために、前記記録された差信号と周波数データか
   ら前記もとのアナログ信号を表すデジタルデータを数学
   的に合成することによって、次の再生に使用する前記差
   信号と周波数データを記録して、前記各デジタルデータ
   流の記録された前記所定の部分とを比較し、分析する段
   階；とから成ることを特徴とするビデオアナログ信号を
   デジタル形式に記録する方法。