JPH09322118A - ディジタル映像・音声信号用インタフェース回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高ビットレートのディジタル映像・音声信号
の連続性を確保しつつ高速かつ安定したデータ転送を可
能とする。 【解決手段】 ビデオ入出力部１１から入力されたディ
ジタル信号を映像のフィールド単位またはフレーム単位
で蓄積するフィールドメモリ（フレームメモリ）１６
と、このメモリ１６内に蓄積されたディジタル信号をフ
ィールド単位またはフレーム単位でアドレス管理するア
ドレス管理部（メモリ制御部１３）と、前記メモリ１６
に蓄積されたディジタル信号をフィールド単位またはフ
レーム単位で転送してハードディスク３に記憶させると
共に、このハードディスク３に記憶されたディジタル信
号をフィールド単位またはフレーム単位で再生して転送
させるディジタル映像・音声信号用のデータ転送手段
（インタフェースプロトコル制御部１４、ディスクコン
トローラ１７）とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル映像信
号やディジタル音声信号を連続的かつ高速に転送するこ
とを可能としたディジタル映像・音声信号用インタフェ
ース回路に関する。

【０００２】［発明の概要］本発明は、映像信号のよう
な高ビットレートで連続的なディジタル信号を記録再生
装置に記録し、この記録再生装置に記録されたディジタ
ル信号を再生する際に使用されるインタフェース回路に
おいて、入力されたディジタル信号を映像のフィールド
単位またはフレーム単位でメモリに蓄積し、蓄積された
ディジタル信号のアドレス管理をフィールド単位または
フレーム単位で実行し、また、蓄積されたディジタル信
号をフィールド単位またはフレーム単位で転送して記録
再生装置に記憶させると共に、記録再生装置に記憶され
たディジタル信号をフィールド単位またはフレーム単位
で再生して転送させるようにしたものである。このよう
に構成した本発明では、ディジタル映像音声信号の連続
的な転送を保証し、かつ高速な転送を実現可能にする。

【０００３】

【従来の技術】従来より、ハードディスク装置の基本的
な構成は、図５に示すように、ホストシステム１０１
と、インタフェース回路１０２と、ディスクドライブ装
置１０３とを備えており、ホストシステム１０１のオペ
レーティングシステムの下にあるファイルシステムによ
り、記録再生されるディジタルデータが管理制御されて
いる。

【０００４】現在、インタフェース標準規格としては、
ＳＣＳＩやＡＴＡ（ＩＤＥ）が広く採用されている。ホ
ストシステム１０１とディスクドライブ装置１０３とを
接続する上記インタフェース回路１０２では、これらの
インタフェース規格に準拠してホストシステム１０１と
ディスクドライブ装置１０３との間で記録再生対象とな
るディジタルデータの転送が行われている。

【０００５】従来のインタフェース回路１０２では、ハ
ードディスクに記録再生するディジタルデータが文書や
図形などの基本サイズの小さいバースト的なデータであ
ることを前提に設計されている。したがって、記録再生
するディジタルデータを例えば４ｋバイトから３２ｋバ
イトのサイズを基本単位としてアドレスを付加して、ハ
ードディスク装置における記録・再生データを管理制御
するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ハー
ドディスク装置に、従来の文書や図形以外に映像信号の
ディジタルデータを記録再生するアプリケーションが増
加してきている。映像信号は、従来の文書や図形のディ
ジタルデータとは異なり、１画面を構成する基本データ
サイズが大きく、しかも連続的に長時間の処理が必要と
なる。例えば、映像フィールドサイズのデータは１／６
０秒間で、映像フレームサイズのデータは１／３０秒間
で連続的に流れる必要がある。従来のインタフェース回
路１０２で映像信号を転送した場合、図６に示すように
データ転送の特性を持っている。図６において、横軸は
クラスタ番号を、縦軸はデータ転送速度を示しており、
クラスタによってデータ転送速度が著しく相違する。こ
れは、インタフェース回路１０２がホストシステム１０
１のオペレーティングシステムによる処理時間などの統
計的なパラメータにより映像信号と非同期なデータ入出
力を行うからである。このため、インタフェースデバイ
ス規格上の最大転送速度はバースト的に実現できても、
連続的にはかなり低速なデータ転送になってしまう。映
像信号を記録する際には、バッファを使用してデータの
連続性をとる工夫をしているが、平均的な転送速度が大
きく変動する場合があるので、完全には連続性は保証で
きない。特にデータが高ビットレートになる程、転送効
率が悪くなり、その連続性の確保が益々難しくなるとい
う問題点があった。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、高ビットレートのディジタル映像
・音声信号の連続性を確保しつつ高速かつ安定したデー
タ転送を可能とするディジタル映像・音声信号用インタ
フェース回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１の発明は、連続的なディジタル信号である
ディジタル映像信号やディジタル音声信号を記録再生装
置に記録し、この記録再生装置に記録されたディジタル
映像信号やディジタル音声信号を再生する際に使用され
るインタフェース回路において、信号入出力部から入力
されたディジタル信号を映像のフィールド単位またはフ
レーム単位で蓄積するメモリと、このメモリ内に蓄積さ
れたディジタル信号をフィールド単位またはフレーム単
位でアドレス管理するアドレス管理部と、前記メモリに
蓄積されたディジタル信号をフィールド単位またはフレ
ーム単位で転送して記録再生装置に記憶させると共に、
この記憶再生装置に記憶されたディジタル信号をフィー
ルド単位またはフレーム単位で再生して転送させるディ
ジタル映像・音声信号用のデータ転送手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

【０００９】上記構成によれば、ディジタル信号をフィ
ールド単位またはフレーム単位でアドレス管理し、転送
するようにしたので、高ビットレートのディジタル映像
・音声信号の連続性を確保しつつ高速かつ安定したデー
タ転送が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るインタフェ
ース回路が適用されるディジタルビデオシステムの構成
を示している。

【００１１】このディジタルビデオシステムは、ディジ
タル映像信号用インタフェース回路１と、パーソナルコ
ンピュータ等で構成されたホストシステム２と、このホ
ストシステム２の外部記憶装置を構成する複数のハード
ディスク３と、映像信号をカラー表示するカラーモニタ
４とを備えている。

【００１２】インタフェース回路１は、ビデオ信号を入
力すると共に、カラーモニタ４に対してビデオ信号を出
力するビデオ入出力部１１と、システムコントローラ１
２と、メモリ制御部１３と、インタフェースプロトコル
制御部１４と、チャンネル分割部１５と、フィールドメ
モリ１６と、ハードディスク３を駆動するディスクドラ
イブ装置（ＨＤＤ）毎に設けられたディスクコントロー
ラ１７とを備えている。

【００１３】上記の構成において、今、ディジタル映像
信号をハードディスク３に記録する場合を例に説明す
る。記録対象となるディジタル映像信号がビデオ入出力
部１１を介してインタフェース回路１内に取り込まれる
と、初めにチャンネル分割部１５において、所定のチャ
ンネルに分割される。なお、このチャンネル分割部１５
は、記録するデータをディスクドライブ数に応じたチャ
ンネル数に分割するもので、再生時には全チャンネルデ
ータを合成して出力する。分割された映像信号はフィー
ルド毎にアドレッシングされ、フィールド単位でフィー
ルドメモリ１６に蓄積される。フィールドメモリ１６に
蓄積されたディジタル映像信号は、ディスクコントロー
ラ１７に供給される。このディスクコントローラ１７で
は、インタフェースプロトコル制御部１４からの指示に
従い、転送シーケンスを生成して伝送路に供給する。こ
の一連の処理はシステムコントローラ１２がメモリ制御
部１３、インタフェースプロトコル制御部１４を制御す
ることによって行われる。

【００１４】このようなデータ転送が行われることで、
連続データ転送時のオーバーヘッドを、従来の約３５％
から約１５％に減らすことができ、高速な連続データ転
送を行うことができる。

【００１５】次に、ハードディスク３から映像信号を再
生するには、先ず、ホストシステム２からディジタル映
像信号の再生シーケンスデータをインタフェース回路１
のシステムコントローラ１２内に設けられたＲＡＭに書
き込む。インタフェース回路１は、その再生シーケンス
に従って、ディジタル映像信号用の前記ファイルシステ
ムに基づいてアドレッシングを実行してハードディスク
３に記録されたディジタル映像信号の中から該当する映
像信号を抽出する。このとき、ハードディスク３からフ
ィールドメモリ１６へはディスクコントローラ１７を介
して映像フィールド単位で転送される。

【００１６】このようにしてフィールドメモリ１６に転
送されて映像フィールド単位で蓄積されたディジタル映
像信号は映像信号の再生クロックに従ってビデオ入出力
部１１へ出力され、カラーモニタ４に表示される。

【００１７】このように、この実施の形態によれば、図
３に示すように、フレーム番号毎のデータ転送速度はほ
ぼ一定しており、高ビットレートの映像信号の連続した
データ転送が可能となり、しかも従来に比較しても高速
なデータ転送が可能となる。

【００１８】＜具体的回路構成例＞次に、図１に示した
インタフェース回路１を含んだディジタルビデオシステ
ムの具体的な回路構成例を図７を用いて説明する。な
お、図１と同一構成部分には同一符号が付されている。
また、この具体例では、ディジタル映像音声信号はフレ
ーム単位で、記録再生処理及び転送処理が実行され、ハ
ードディスクはＡバンクと、Ｂバンクの２チャンネルと
する。

【００１９】このディジタルビデオシステムは、ホスト
システム２と、インタフェース回路を構成する映像音声
入出力部２１、マザーボード２２及びシステムコントロ
ーラ１２と、ディスクコントローラ１７（Ａバンク用デ
ィスクコントローラ１７Ａ、Ｂバンク用ディスクコント
ローラ１７Ｂ）と、２チャンネル用のハードディスク３
（Ａバンク用ハードディスク３Ａ、Ｂバンク用ハードデ
ィスク３Ｂ：ＷＩＤＥＳＣＳＩ）とを備えている。

【００２０】映像音声入出力部２１は、図１のビデオ入
出力部１１に対応し、ディジタルＶＴＲ（Ｄ２やＤ３）
のパラレルインタフェース（ＳＭＰＴＥ２４４Ｍ規格）
を介してディジタル映像信号及びディジタル音声信号を
入力してマザーボード２２に出力すると共に、このマザ
ーボード２２からの再生されたディジタル映像信号及び
ディジタル音声信号を入力してＳＭＰＴＥ２４４Ｍ規格
の信号形式に変換して外部機器に出力する。

【００２１】マザーボード２２は、ハードディスク３
Ａ，３Ｂに対応してＡバンク系統とＢバンク系統の２チ
ャンネルから成る記録系フレームメモリ１６Ｍ及び再生
系フレームメモリ１６Ｒと、各フレームメモリ１６Ｍ，
１６Ｒの入力側及び出力側にそれぞれ設けられた４つの
プログラマブル論理素子ＰＬＤとを備えている。このプ
ログラマブル論理素子ＰＬＤには、図１に示したメモリ
制御部１３及びインタフェースプロトコル制御部１４の
各機能を実現する論理回路が書き込まれている。なお、
このマザーボード２２には、図示は省略されているが、
図１に示したチャンネル分割部１５が設けら、入力され
たディジタル映像音声信号がシステムコントローラ１２
からの指令に基づいて、Ａバンク系統またはＢバンク系
統に分割される（データストライピング処理）。

【００２２】システムコントローラ１２は、ＣＰＵ１２
１と、メモリ１２２と、ＳＣＳＩチップ１２３とを備え
ている。メモリ１２２上にはハードディスク３Ａ，３Ｂ
のアドレスＬＢＡ情報が記録されており、ハードディス
ク３Ａ，３Ｂに記録再生される映像音声信号のデータア
ドレスが管理される。また、このシステムコントローラ
１２は、ホストシステム２と通信回線（ＲＳ２３２Ｃ）
で接続され、ホストシステム２からのシーケンスデータ
（前述した再生シーケンス）をシステムコントローラ１
２のメモリ１２２上に書き込むことができるようになっ
ている。システムコントローラ１２がこのメモリ１２２
上のシーケンスデータに従い、フレームメモリ１６Ｍ，
１６Ｒを切り換えたり、ディスクコントローラ１７Ａ，
１７Ｂを制御したりして、インタフェース回路全体をコ
ントロールする。また、ＲＳ４２２インタフェース回線
を介してディジタルＶＴＲのリモートコントロールが行
え、ディジタルＶＴＲをハードディスクに連動して動作
させることができる。

【００２３】フレームメモリ１６Ｍ，１６Ｒは、Ａバン
ク用ハードディスク３Ａ、Ｂバンク用ハードディスク３
Ｂに対応して設けられている。すなわち、Ａバンク系
統、Ｂバンク系統のそれぞれに記録系フレームメモリ１
６Ｍと再生系フレームメモリ１６Ｒとが設けられ、それ
ぞれフレーム単位でデータを記憶する。

【００２４】ディジタルコントローラ１７Ａ，１７Ｂも
ハードディスク３Ａ，３Ｂに対応してＡ，Ｂの２系統各
別に設けられ、それぞれＣＰＵ１７１と、メモリ１７２
と、ＳＣＳＩチップ１７３とを備えている。

【００２５】次にこの具体例の作用を記録系と再生系と
に分けて説明する。

【００２６】《ハードディスクに記録する場合》映像音
声入出力部２１では、ディジタルＶＴＲ（Ｄ２やＤ３）
のパラレルインタフェース（ＳＭＰＴＥ２４４Ｍ規格）
を介してディジタル映像信号及びディジタル音声信号を
入力してフレーム単位のデータに分割する。なお、音声
信号は、映像信号の同期信号に多重した形式で扱う。同
期信号を検波することにより、フレーム切換信号を生成
してマザーボード２２に供給する。

【００２７】マザーボード２２においては、映像音声入
出力部２１からのディジタル映像音声信号を、プログラ
マブル論理素子ＰＬＤによってＡバンクとＢバンクの各
チャンネルに分割する。分割された各チャンネルについ
てフレーム切換信号に基づいてシステムコントローラ１
２がフレームメモリ１６Ｍを切り換えて、フレーム単位
でデータバッファする。システムコントローラ１２がハ
ードディスク３Ａ，３ＢのアドレスＬＢＡを指定し、フ
レームメモリ１６Ｍから読み出したデータをディスクコ
ントローラ１７Ａ，１７Ｂに渡す。

【００２８】ディスクコントローラ１７Ａ，１７Ｂで
は、マザーボード２２からハードディスク３Ａ，３Ｂ
へ、システムコントローラ１２が指定したアドレスにフ
レーム単位のデータ転送を行い記録する。ＡバンクとＢ
バンクのデータはそれぞれに対応するディスクコントロ
ーラ１７Ａ，１７Ｂで処理される。

【００２９】《ハードディスクから再生する場合》ディ
スクコントローラ１７Ａ，１７Ｂにおいては、ハードデ
ィスク３Ａ，３Ｂからマザーボード２２へ、システムコ
ントローラ１２が指定したアドレスからデータが読み出
され、フレーム単位でマザーボード２２にデータ転送さ
れる。Ａバンク、Ｂバンクのデータはそれぞれに対応す
るディスクコントローラ１７Ａ，１７Ｂで処理される。

【００３０】マザーボード２２においては、ディスクコ
ントローラ１７Ａ，１７Ｂから受け取ったフレーム単位
のデータを、システムコントローラ１２が指定する各チ
ャンネルのフレームメモリ１６Ｒに書き込む。フレーム
の切れ目は、プログラマブル論理素子ＰＬＤに内蔵され
たカウンタにより、フレームメモリ１６Ｒ内に書き込ま
れたデータ数をカウントすることで検出される。この検
出情報により、システムコントローラ１２がフレームメ
モリ１６Ｒの切り換えを実行する。フレームメモリ１６
Ｒに書き込まれたデータは、映像音声信号の再生クロッ
クに従って読み出され、プログラマブル論理素子ＰＬＤ
の内蔵機能によってＡバンクとＢバンクの信号が合成さ
れた後、映像音声入出力部２１に渡される。静止画再生
では、各チャンネルのフレームメモリ１６Ｒに同一フレ
ームデータを繰り返し書き込むことにより実現される。

【００３１】映像音声入出力部２１では、マザーボード
２２から受け取った映像音声信号データをＳＭＰＴＥ２
４４Ｍ規格の信号形式に変換してディジタルＶＴＲなど
の映像音声機器に出力するのである。

【００３２】＜実験例＞次に、以上の転送方法が適用さ
れた具体例として、マルチメディア番組制作のキーデバ
イスとなるスタジオ用高画質ビデオハードディスクの実
験についてその概要を説明する。

【００３３】《実験の背景と目的》ハードディスクは、
高速なランダムアクセスができることから、インタラク
ティブな映像データの取扱いや、ノンリニア編集などＶ
ＴＲではできない機能が実現でき、マルチメディア時代
に必須の映像記録デバイスになりつつある。しかし、ハ
ードディスクはもともとコンピュータのデータ記録用に
設計されているため、スタジオ用映像信号のような高ビ
ットレートで連続的なデータの記録または再生には必ず
しも適さない。

【００３４】そこで、放送局の番組制作設備への導入を
めざして、無圧縮で高ビットレートなディジタル映像信
号を効率良くリアルタイム記録・再生できるビデオハー
ドディスクの研究・開発を進めたものである。

【００３５】《実験の概要》今回高画質な番組制作を目
的として、映像信号に適したインタフェース方式を新た
に提案し、映像信号用高速インタフェース回路を開発し
た。図４には、今回提案する方式と従来方式の連続デー
タ転送レートの比較が示されている。図４に示すよう
に、連続データ転送レートは従来より大幅に改善でき、
１チャンネル当たり１２０Ｍｂｐｓを実現した。

【００３６】ディスクドライブを含めた実験装置の主な
諸元を表１に示す。本装置は、無圧縮の現行テレビディ
ジタル信号を２台のディスクドライブにリアルタイムで
記録・再生でき、番組制作に必要なノンリニア編集、高
速再生、コマ送りなどが可能である。

【表１】

【００３７】《特徴》 映像データを、従来の約２倍のレートで連続的に転
送できるため、無圧縮のスタジオ映像信号を従来のハー
ドディスクに記録・再生できる。 無圧縮のスタジオ映像信号のノンリニア編集、高速
再生、コマ送りがリアルタイムで行える。 インタフェースプロトコルは標準規格のＳＣＳＩに
準拠しており、将来的な互換性、拡張性がある。

【００３８】《今後の展望》高画質かつコンパクトなデ
ィスクカメラやハイビジョンノンリニア編集システムな
どの番組制作設備の開発に応用できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、ディジタル信号をフィールド単位またはフレーム
単位でアドレス管理し、転送するようにしたので、高ビ
ットレートのディジタル映像・音声信号の連続性を確保
しつつ高速かつ安定したデータ転送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディジタル映像・音声信号用イン
タフェース回路の実施の形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示す実施の形態におけるレイヤ構成を示
す説明図である。

【図３】本発明に係るインタフェース回路におけるデー
タ転送の特性を示す説明図である。

【図４】本発明の有効性を示す実験結果の説明図であ
る。

【図５】ハードディスク装置の基本構成を示すブロック
図である。

【図６】従来のインタフェース回路におけるデータ転送
の特性を示す説明図である。

【図７】本発明に係るディジタル映像・音声信号用イン
タフェース回路の具体的な回路構成を含むディジタルビ
デオシステムの構成図である。

【符号の説明】

１ ディジタル映像信号用インタフェース回路 ２ ホストシステム ３ ハードディスク ４ カラーモニター １２ システムコントローラ １３ メモリ制御部 １４ インタフェースプロトコル制御部 １５ チャンネル分割部 １６ フィールドメモリ（フレームメモリ） １７ ディスクコントローラ

【手続補正書】

【提出日】平成８年６月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

フロントページの続き (72)発明者 奥田 治雄 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 大島 英男 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 井上 徹 東京都町田市玉川学園七丁目31番14号 イ ーグルズ有限会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続的なディジタル信号であるディジタ
   ル映像信号やディジタル音声信号を記録再生装置に記録
   し、この記録再生装置に記録されたディジタル映像信号
   やディジタル音声信号を再生する際に使用されるインタ
   フェース回路において、 信号入出力部から入力されたディジタル信号を映像のフ
   ィールド単位またはフレーム単位で蓄積するメモリと、 このメモリ内に蓄積されたディジタル信号をフィールド
   単位またはフレーム単位でアドレス管理するアドレス管
   理部と、 前記メモリに蓄積されたディジタル信号をフィールド単
   位またはフレーム単位で転送して記録再生装置に記憶さ
   せると共に、この記憶再生装置に記憶されたディジタル
   信号をフィールド単位またはフレーム単位で再生して転
   送させるディジタル映像・音声信号用のデータ転送手段
   と、 を具備することを特徴とするディジタル映像・音声信号
   用インタフェース回路。