JPH04362576A - 固定ヘッド型デジタルオーディオテープ記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッドを固定し、
この磁気ヘッドの前を磁気テープを走行させてオーディ
オ信号をデジタル信号で記録再生する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声などのアナログ信号をデジタル信号
に変換し、さらに所定の変調方式で変調してセルフクロ
ック可能なデジタル信号を生成し、これを磁気テープな
どの磁気記録媒体に記録し、または再生するデジタル磁
気記録再生装置が開発されている。このデジタル磁気記
録再生装置では従来のアナログ磁気記録再生装置に比し
て非常に広い周波数帯域を必要とする。そのため、固定
ヘッド型磁気記録再生装置ではマルチトラックヘッドを
使用し、デジタル信号を複数のトラックに分配して記録
再生を行ない、１トラック当たりの記録密度を低減して
いる。磁気ヘッドとしては１０〜６０個のヘッドを１つ
のケースに収納したマルチトラックヘッドが必要とされ
るため、薄膜磁気ヘッドが使用される。

【０００３】図１０に、固定ヘッド型デジタルオーディ
オテープ記録再生装置のオーディオ信号処理系のブロッ
ク図を示す。記録時は、端子Ｌ，Ｒより２チャンネルの
オーディオ信号がＡ／Ｄ変換器１に入り、１６ビットの
デジタル信号に変換された後、上下８ビットずつのシン
ボルに分割され、ＲＡＭ２に配置される。次いで、サブ
コード、ＩＤコード器３により１６ビットのサブコード
、１ビットのＩＤコードが付加され、インターリーブ施
すとともに、ＥＣＣ回路４によってテープの長手方向の
パリティのＣ１，テープ幅方向のパリティＣ２の２種類
の符号からなる二重リードソロモンで誤り訂正符号を構
成する。変調回路（ＭＯＤ）５はシンボル毎に８−１０
変調した後、チャンネルビット毎に２０トラック分まと
めて記録アンプ６へ送り出す。テープ上への記録はパル
ストレイン方式により、マルチトラックヘッド８によっ
て、１トラック１チャンネルビットずつのデータと、ト
ラック番号を一組としてドライブされ、トラック番号を
デコードして特定のトラックを選択し、このトラック番
号に相当する記録ヘッドへデータに対応した正または負
の電流を供給して行なわれる。

【０００４】再生は、マルチトラックヘッド１０の出力
が各トラックで増幅された後、６ＭＨｚのクロックでＣ
ＭＯＳアナログスイッチからなるマルチプレクサ（ＭＰ
Ｘ）１１により多重化され、Ａ／Ｄ変換器１２によりＡ
／Ｄ変換される。この信号は電磁変換系の帯域制限を受
けているため等価回路（ＥＱ）１３により波形干渉を補
正され、さらに各サンプリングデータ列から位相とデー
タの判定を演算により求めるデジタル処理型ＰＬＬ回路
１４によりデータとデータとクロックに分離される。復
調回路（ＤＥＭ）１５はＰＬＬ出力をトラック毎に集計
し同期検出し、１０−８変換を行ない、復調したシンボ
ルをＲＡＭ２に配置する。次いで、サブコード３により
データインターリーブを施すとともに、ＥＣＣ回路４に
より誤り訂正を行なう。訂正しきれなかった場合には、
シンボル毎に訂正不能フラッグを付加し、補間を行なう
。そしてＤ／Ａ変換器１６でＤ／Ａ変換され、端子Ｌ，
Ｒにオーディオ信号が得られる。

【０００５】ＳＹＳＣＯＮ回路７は以上のような信号の
流れやインターリーブ、ＲＡＭなどの管理を行なう。ま
た再生時のテープ速度変動はＲＡＭ上のバッファで吸収
するが、定常的な速度偏差に対しては端子１７に誤差信
号を出して速度サーボをかけている。（たとえば、１９
８６年電子通信学会発行　　電子通信学会技術研究報告
ＥＡ８６−９「固定ヘッド方式デジタルオーディオテー
プレコーダ」）固定ヘッド型デジタルオーディオテープ
記録再生装置は回転ヘッド型記録再生装置に比べて、本
来回転ヘッドドラムがないことにより小型軽量に構成す
ることが可能なため、ウォークマンタイプのオーディオ
記録再生装置が試作されている。（たとえば、ＡＥＳと
右京コンペティション′８７予稿集１９２頁〜１９５頁
「固定ヘッド型Ｓ−ＤＡＴの試み」）この固定ヘッド型
デジタルオーディオテープ記録再生装置の仕様を表１に
示す。表１より２０トラックの薄膜磁気ヘッドを使用し
、コンパクトカセットタイプの磁気テープに９０分の記
録が可能であることがわかる。

【０００６】

【表１】

【０００７】固定ヘッド型デジタル記録再生装置は、た
とえば８ｍｍＶＴＲで実用されている対数圧縮と、折線
近似を組合わせた方法、また電子通信学会論文誌１９８
４年１０月号　　Ｖｏｌ．Ｊ６７−ＢＮｏ．１０，１０
３３頁〜１０３９頁「欠陥ビットのアキュムレーション
による差分圧伸ＰＣＭ（ＤＣ−ＰＣＭ）」に記載された
方法、その他の圧縮技術が使用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、固定ヘ
ッド型デジタルオーディオテープ記録再生装置は、小型
軽量化に適したシステムであるが、数１０トラックのマ
ルチトラックヘッドの製造技術の確立が困難であること
、記録面密度が回転型に比べて低いため磁気テープが大
量に必要であり、カセットサイズを小さくしにくいなど
の問題がある。特に、ヘッドホンタイプのオーディオ装
置の大きさは使用するカセットサイズによって規定され
る部分が大きく、コンパクトカセットサイズ以下の磁気
カセットテープ（たとえば、マイクロカセットと同等の
サイズのカセットテープ）を使用した場合、テープの長
さはコンパクトカセットの１／３程度となり、そのため
録音時間は４５分程度となるので、商品価値の低いもの
となる。そのため現在のコンパクトカセット装置以下に
固定ヘッド型デジタルオーディオテープ記録再生装置の
小型化を図ることができなかった。上記の装置において
、オーディオ信号のデータ圧縮は対数圧縮と折線近似を
組合わせた方法、差分圧伸ＰＣＭ等が使用されているが
、これらのデータ圧縮率は１／２程度であり、不十分で
あった。またこれらの圧縮技術は聴感上の音質劣化が顕
著であった。

【０００９】また、テープを有効に使用するためには未
使用部分をなくす必要があるが、テープエッジ部は高密
度記録ができず、テープの有効利用が制限されている。 このことは、図９の磁気テープのトラック位置とエラー
レートの関係を示す図によって説明される。図９の横軸
は、テープの中央、０からテープの両エッジまでの距離
であり、縦軸はエラーレートである。図９からわかるよ
うに、テープエッジ部はテープ中央に比べてノイズなど
の影響によりエラーの発生率が高く、テープエッジ部分
に高密度記録をすることができない。

【００１０】それゆえに、この発明は帯域圧縮による聴
感上の音質劣化を防止するとともに、テープエッジ部の
有効利用を行なうことのできる固定ヘッド型デジタルオ
ーディオテープ記録再生装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の固定ヘッド型デ
ジタルオーディオテープ記録再生装置は、上記の課題を
解決するために、オーディオ信号をデジタル信号に変換
した後、多重適応帯域変換（ＭＳＣ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
　　Ａｄａｐｔｉｖｅ　　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　　Ａｕｄ
ｉｏ　　Ｃｏｄｉｎｇ）によるオーディオ信号の符号化
を用いた圧縮回路を通し、聴感上の音質劣化を生じるこ
となく、必要データ量を１／４〜１／８に圧縮する。

【００１２】アナログデジタル変換は、図８（ａ）に示
すようにアナログ信号Ｓの一定の時間間隔における振幅
が２進−１０進コードによりデジタル信号に変換され、
Ｓ０　〜Ｓ５　はそれぞれ表２のようなデータ列で表わ
される。

【００１３】

【表２】

【００１４】ここでたとえばデータＳ４　の中の１ビッ
トが誤ったとする。データＳ４　（１０００１０）＝−
３０の最下位ビットが誤った場合、（１０００１１）＝
−２９となり、元のデータとの変化は図８（ｂ）に示す
ように少ない。しかし、データＳ４　の最上位ビットが
誤った場合、（００００１０）＝２となり、元のデータ
Ｓ４　との変化は図８（ｃ）に示すようにかなり大きい
。このようにデジタルデータは誤りを生じるビット位置
によって元のデータに与える影響は異なる。すなわち、
上位ビットの誤りは元のデータに与える変化が大きく、
下位ビットの誤りは元のデータに与える変化が小さい。 このように、デジタルデータにはデータの重みの順位が
ある。本発明は上記の観点よりデータの重みの順番に従
って記録トラックの配置を決定し、重みの小さいデータ
トラックをテープエッジ側に配置して記録する。

【００１５】

【作用】多重適用帯域変換（ＭＳＣ）は、音質劣化を伴
なわずにデータ量を１／４〜１／８に圧縮できるので、
単位時間当たりに処理する信号量は同じ割合だけ少なく
なり、回路を簡単化することができる。また記録データ
量が低減するので、テープの消費量を少なくでき、実用
性が高くなる。

【００１６】また、データの重みを考慮してデータトラ
ックを決定しているので、テープエッジ側でのエラーレ
ートが大きくてもデータに与える影響を軽減することが
できる。上記多重適用帯域変換と合わせて、データ圧縮
率を大きくすることができるとともに、テープエッジ側
も高密度記録を行なうことが可能となり、テープの有効
使用面積が大きくなる。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図７に基づいて
説明する。

【００１８】固定ヘッド型デジタルオーディオテープ記
録再生装置の信号処理系ブロックダイヤグラムを図１に
示すが、従来技術の項で説明した図１０のブロックダイ
ヤグラムと同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。本発明の第１の特徴部分はＡ／Ｄ変換後のデジタル
信号を多重適応帯域変換（ＭＳＣ：ＭｕｌｔｉｐｌｅＡ
ｄａｐｔｉｖｅ　　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　　Ａｕｄｉｏ　
　Ｃｏｄｉｎｇ）によるオーディオ信号の符号化を用い
た圧縮回路２１で、１／４〜１／８に圧縮して、信号処
理を行なっている部分である。この多重適用帯域変換（
ＭＳＣ）は、音源からの聴覚までの情報の流れの心理学
的側面を解明し、信号の統計的性質と人間の聴覚の能力
の限界を積極的にデータ量の圧縮に利用した方式である
。コンパクトディスクをリファレンス信号として使用し
た場合のデータ圧縮に伴なう音質の変化は知覚困難なレ
ベルである。したがって、コンタクトディスク程度のハ
イファイ信号を音質を劣化させることなく、データ量を
１／４〜１／８程度に圧縮することが可能になる。この
圧縮回路２１の一例を図２に示す。図２は、データ圧縮
フロー２１−１と、復調フロー２１−２を示す。データ
圧縮の場合、ステップＳＡ１で図３に示すような時間窓
ｆＡ　（ｎ）を設定し、ステップＳＡ２ではディスクリ
ート・フーリエ変換（ＤＴＦ）を行なう。ＤＴＦは単に
信号の冗長を現象するだけでなく、人間の聴覚の処理方
法を模倣することによりデータリダクションに利用する
ことを可能にする。ディスクリート・フーリエ変換（Ｄ
ＴＦ）はファースト・フーリエ変換（ＦＥＴ）を用いて
行なう。ＦＦＴの計算のためには連続する時間のブロッ
クの中でサンプリングされた信号 　　Ｓ（ｎＴ）＝Ｓ（ｎ）　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（
１）ｎ＝−∞（１）∞、Ｔ＝サンプリング時間を細分化
する必要がある。信号Ｓ（ｎ）は窓設定された限定時間
内での解析機能 　　ｆＡ　（ｎＴ）＝ｆＡ　（ｎ）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（
２）によって乗算される。この限定時間内窓解析機能は
ブロックからブロック間でＲ＝９６０サンプルにされて
おり、Ｉｎｄｅｘ　　ｍのブロックは以下のサンプルを
含む。

【００１９】 　　Ｓ（ｎ，ｍ）＝Ｓ（ｎ）・ｆＡ　（ｎ−ｍ・Ｒ）　
　　　　　　　　　　　・・・・（３）　　　　　　　
　　　ｎ，ｍ＝−∞（１）∞、Ｒ＝９６０　　　　ｆＡ
　（ｎ）＝Ｓｉｎ（πｎ／１２８）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　：ｆｏｒ　　ｎ＝０（１）６３　　
　　　　　　　　　　　　＝１ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　：ｆｏｒ　　ｎ
＝６４（１）９５９　　　　　　　　　　　　　　＝ｃ
ｏｓ（π（ｎ−９６０）／１２８）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　：ｆｏｒ　　ｎ＝９６０（１）１０
２３　　　　　　　　　　　　　　＝０ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　：ｆｏｒ　　ｎ
＝ｏｔｈｅｒ　　ｗｉｓｅ図３は、ｎ〜ｍにおける窓解
析機能の経過を示す。ｆＡ　からわかるように、Ｎ＝１
０２４サンプルで構成される１ブロックは、４４．１Ｋ
Ｈｚでサンプルされた場合、２３ｍｓｅｃ必要である。 ブロックのなだらかな包絡線の区切りは解析する特性に
本質的な改良をもたらす。それに対して６４サンプルで
区切られた隣合わせのブロックとの条件付き結合、ある
いはＰ＝６．２５％でのブロック長さのＮは、１／（１
−Ｐ）＝１．０７の比で増加する。

【００２０】次に、ブロックの結合が継続する１つのデ
ータに移る経過を説明する。信号が入力されると、逆フ
ーリエ変換の後、各ブロックに対してのサンプル値Ｓ（
ｎ，ｍ）が示される。ブロックはさらに出力信号Ｓ（ｎ
）へと結合され、そのつど窓構成関数ｆｓを掛け、次に
足算する。

【００２１】 　　ΣＳ（ｎ，ｍ）ｆｓ（ｎ−ｍ・Ｒ）　　＝ΣＳ（ｎ
）・ｆＡ　（ｎ−ｍ・Ｒ）ｆｓ（ｍ−ｍ・Ｒ）　　＝Ｓ
（ｎ）ΣｆＡ　（ｎ−ｍ・Ｒ）ｆｓ（ｎ−ｍ・Ｒ）＝１
・・・・・（４）ただし、Σはｍ＝−∞〜∞までの和を
示す。窓構成関数は、次のように決められる。

【００２２】 　　ｆｓ＝ｆＡ　（ｎ）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・
（５）　　　　ｎ＝−∞（１）∞ 上記（４）式によるｆＡ　によると、（５）式で求めら
れた条件を満たすことが説明できる。この窓合成は逆フ
ーリエ変換後の信号は欠点が多く、窓合成による時間的
な意味だけをもっている。これらの窓のなだらかな特性
により、ブロック間での移動の際に起こる信号の大きな
飛びはなくなり、パチッという雑音はなくなる。

【００２３】ステップＳＡ３でファースト・フーリエ変
換により信号のスペクトラル値は振幅、位相の形に表現
されるが、各周波数軸は聴覚現象から導き出されたサン
プル周波数のグループに分割される。ステップＳＡ４で
各グループの中の振幅値は、グループ内の最大値に対応
して対数法則により量子化を繰返して符号化される。

【００２４】ステップＳＡ３、ＳＡＳ４をより詳細に説
明すると、ＦＥＴアルゴリズムによりスペクトラル値は
、振幅、位相の形で表わされる。周波数グループの周波
数軸は決められた２６サンプルで半分の周波数（約２２
ＫＨｚ）まで分割される。そのサンプルは値によってグ
ループを形成する。各グループの中での最大および最小
の振幅値が各グループに分配されたエネルギに従って決
められる。このデータに基づき、各グループ内での１つ
のしきい値が決められる。そしてそのときのしきい値以
下になっている振幅値はゼロになる。残りの振幅値はグ
ループの最大値との関連で対数法則により大まかに量子
化される。

【００２５】最初に各グループの最大値が伝送される。 コードワードは各グループ用にしきい値をその前の最大
値と関連付ける。そしてコードワードを大まかに量子化
された振幅値と同様にゼロの値を決める。振幅値はその
ときに有効とされるしきい値の位置に従属するように、
最大２桁のコードワードによって示される。このように
して、大まかに量子化された振幅スペクトラムに基づい
て振幅値の細かい量子化が対数法則により量子化される
。そして、第２段階として、予め決められた振幅値の補
正と、より正確な表示のためにさらにデータが転送され
る。ここでそれぞれの振幅値に割当てられたビット数は
次のとおりである。

【００２６】ａ）　　振幅値の大きさ ｂ）　　出発点の長さ ｃ）　　周波数軸の長さ ｄ）　　配分の上限 ｅ）　　大まかな量子化に関係するが、細かい量子化の
ための定義づけられたビット数を付加える。（異なった
量子化基準に適応可能となる。） さらに、量子化された位相値が、振幅値の細かい量子化
された内容の１つとして転送される。ゼロに設定された
振幅値に付属する位相値は抑圧される。

【００２７】圧縮データの復調は図２の復調フロー２１
−２に示すように、データ圧縮の逆のフローをたどり行
なわれる。すなわち、まずステップＳＢ１でデコーディ
ングが行なわれ、次にステップＳＢ２で逆ＦＥＴが行な
われ、その後ステップＳＢ３でセグメントの復調が行な
われる。

【００２８】本発明の第２の特徴部分は、変調回路５と
増幅器６との間に挿入される記録アドレス回路２２と、
等価回路１３とＰＬＬ回路１４との間に挿入された再生
アドレス回路２３とによって構成される。

【００２９】記録時に変調器５はＮビットのデータをＭ
ビットの符号語に変換して出力する。このＭビット符号
長を以下にシンボルと称する。変調回路５により得たシ
ンボルは、記録アドレス回路２２を構成する図４のアド
レス算出回路２２−１に入力される。アドレス算出回路
２２−１は入力データよりシンボルの最初を検出してシ
ンボルＤ１　〜Ｄ１０を図５に示すように上位側ビット
Ｄ１　ａ，Ｄ２　ａ，・・・，Ｄ１０ａと、下位側ビッ
トＤ１　ｂ，Ｄ２　ｂ，・・・，Ｄ１０ｂに分けて順番
にアドレス１，２，３，４，・・・，１９，２０を付け
、このアドレスに基づいて下位側ビットＤ１　ｂ，Ｄ２
　ｂ，・・・，Ｄ１０ｂをテープのエッジ側のトラック
Ｎｏ．１からトラックＮｏ．１０に記録するよう、上位
側ビットＤ１　ａ，Ｄ２　ａ，・・・，Ｄ１０ａをテー
プの中央側のトラックＮｏ．１１からトラックＮｏ．２
０に記録するようＲＡＭ２２−２に書込む。

【００３０】図６は、本発明の磁気記録再生装置で使用
する磁気テープ上の記録フォーマットを示す。デジタル
信号は一定のデータ毎に並列に分割して複数のトラック
を構成し、各チャンネルデータには同期パターン（以下
、ＳＹＮＣという）、誤り訂正のためのパリティを付加
して記録される。ここでＳＹＮＣから次のＳＹＮＣを１
フレームと呼ぶ。したがって、この例では２０トラック
、１フレーム３０シンボルで構成されている。

【００３１】上記ＲＡＭ２２−２の出力はテープエッジ
側から中央のトラックＮｏ．１〜Ｎｏ．１０に順番に、
下位側ビットＤ１　ｂ，Ｄ２　ｂ，・・・，Ｄ１０ｂ、
トラックＮｏ．１１〜Ｎｏ．２０に順番に上位側ビット
Ｄ１　ａ，Ｄ２　ａ，・・・，Ｄ１０ａが記録される。

【００３２】再生時、等価回路１３の出力は図７に示す
ように、再生アドレス回路２３を構成するアドレス発生
回路２３−１に入力される。アドレス発生回路２３−１
は再生データより各シンボルの最初を検出し、それらの
基づいて記録アドレス回路２３がつけたアドレスに従っ
て、エッジ側のトラックのデータが下位ビットとなるよ
う、中央トラックのデータが上位ビットとなるようにア
ドレスを発生し、ＲＡＭ２３−２に加える。ＲＡＭ２３
−２はこのアドレスに応じて再生データが書込まれ、Ｒ
ＡＭ２３−２からは元の配列に戻ったデータが得られる
。

【００３３】上記実施例はシンボルＤ１　〜Ｄ１０を上
下に２分割したが、２分割以上に分割し、ビットの準位
に従い上位側から順に中央に配置してもよい。

【００３４】

【表３】

【００３５】本発明の実施例の装置の仕様を表３に示す
。表３からわかるようにマイクロカセットを使用して９
０分と１８０分の録音時間が得られる。また表３におい
て、第２に実施例ではヘッドのトラック数が１０であり
、ヘッドの製造が容易になる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は多重適応帯域変換（ＭＳＣ）を
使用することにより音質低下を伴なうことなく、データ
圧縮を行ない、超小型のマイクロカセットで実用性の高
い長時間記録が可能となる。また、データの重みに応じ
て記録するトラックを決定しているので、テープエッジ
側も高密度に記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録再生装置のブロックダイアグラム
である。

【図２】多重適応帯域変換の処理フローを説明する図で
ある。

【図３】時間窓設定を説明する図である。

【図４】図１の記録アドレス回路のブロックダイアグラ
ムである。

【図５】入力データのアドレス順番を説明する図である
。

【図６】磁気テープ上のフォーマットを説明する図であ
る。

【図７】図１の再生アドレス回路のブロックダイアグラ
ムである。

【図８】アナログ−デジタル変換およびデジタルデータ
列構成を説明する図である。

【図９】磁気テープのトラック位置とエラーレートの関
係を説明する図である。

【図１０】従来の記録再生装置のブロックダイアグラム
である。

【符号の説明】

２１　　多重適応帯域変換（ＭＳＣ） ２２　　記録アドレス回路 ２３　　再生アドレス回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　オーディオ信号をデジタル化し、複数
   のトラックに記録再生するマルチトラック方式の固定ヘ
   ッド型デジタルオーディオテープ記録再生装置において
   、デジタル信号を多重適応帯域変換によるオーディオ信
   号の符号化を用いたデータ圧縮を行なった後、Ｎビット
   のデータをＭビットの符号語に変換して記録することを
   特徴とする固定ヘッド型デジタルオーディオテープ記録
   再生装置。
2. 【請求項２】　　オーディオ信号をデジタル化し、複数
   のトラックに記録再生するマルチトラック方式の固定ヘ
   ッド型デジタルオーディオテープ記録再生装置において
   、ＮビットのデータをＭビットの符号語に変換する変調
   器と記録増幅器との間に記録アドレス回路を挿入し、マ
   ルチプレクサと復調器との間に再生アドレス回路を挿入
   したことを特徴とする固定ヘッド型デジタルオーディオ
   テープ記録再生装置。