JPS6141059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、アナログ信号をPCM（パルス符
号変調）化して記録媒体に記録再生するPCM記
録再生装置に関するものである。

従来より、PCM記録再生装置はデイジタル的
な記録再生技術の適用例として知られている。
PCM方式で記録再生することにより、例えばオ
ーデイオ信号へ適用すればアナログ方式では不可
能な高Ｓ／Ｎ比、高ダイナミツクレンジ、低歪率
といつた高忠実な記録再生装置が実現できる。こ
こではオーデイオ信号のPCM方式による磁気記
録再生装置を例にとり説明する。

こうした記録媒体に磁気的なものを利用する装
置としてはVTR（ビデオテープレコーダ）のよ
うに回転ヘツド機構を利用する方法と、マルチト
ラツクを有する固定ヘツドを利用する方法とが知
られている。VTRでは、テープとヘツドとの相
対速度が数十ｍ／secにもなり、広帯域が得られ
るが高精度で高速回転する機構を有するため、構
造が複雑になり高価になる。これに対して固定ヘ
ツド方式ではVTRのように回転ヘツド機構が必
要でなく、安価な構成が期待できる。

マルチトラツクの固定ヘツド方式の信号記録形
式には、ビツトごとに各トラツクを割り当てる方
法と、各標本に対応するそれぞれのパルス列をい
くつかまとめて１フレームとし、フレーム単位で
各トラツクに割り当てる方法とがある。

このような磁気記録再生装置で大きな問題とさ
れているドロツプアウトに対しては、後者のフレ
ーム単位に各トラツクに分配する方式が、影響を
受ける標本数が少ない点などで有利とされてい
る。第１図にこのフレーム単位の分配方式の磁気
テープ１上への記録パターンの例を示す。この図
の場合、１フレームは３ビツトのフレーム同期信
号と、５ビツトで１標本のPCM信号が３標本と
で構成されている。１ａ〜１ｆは記録トラツクで
ある。

第２図に記録系の概念を示す信号系統図を示
す。入力アナログ信号は入力端子ａからサンプ
ル・ホールド回路１１に入る。ここで入力信号の
帯域をFcとすると、標本化周波数Fsは、標本化
定理により次式を満足しておればよい。

Fs≧２×Fc (1) サンプル・ホールド回路１１の出力は、アナロ
グ・デイジタル変換器１２（以下Ａ／Ｄ変換器と
略す）で符号化されたパルス列となる。ここで、
符号化ビツト数Ｂとすれば、１標本値がＢビツト
のパルス列に変換されたことになる。また、Ａ／
Ｄ変換器１２の出力パルスの基本クロツク周波数
Ｃ_RAは、 Ｃ_RA＝Fs×Ｂ (2) となる。Ａ／Ｄ変換器１２の出力パルス列は、分
配器１３によりＳ個の標本値に対応するパルス
列、すなわち１フレームごとのパルス列に区切ら
れ、各トラツクに順次分配される。各トラツクご
とに分配された１フレーム分のパルス列はシフト
レジスタ１４に一度ビツトレートＣ_RAで書き込ま
れ、次いでビツトレートＣ_RBで読み出される。こ
のように速度変換された１フレーム分のパルス列
の先頭に、フレーム識別用としてＭビツトのフレ
ーム同期パルスをフレーム同期パルス挿入回路１
５により挿入する。

ここで、信号のデータパルス数Ｌは、Ｌ＝Ｓ×
Ｂであり、シフトレジスタ１４の読み出し時のビ
ツトレートＣ_RBは、マルチトラツクのトラツク数
をＮとすると次式で与えられる。

Ｃ_RB＝Ｆｓ（Ｍ＋Ｌ）／Ｎ×Ｓ (3) フレーム同期パルスが挿入され、式(3)のビツト
レートで転送された信号は、変調器１６により記
録再生系に適した変調を受け、記録増幅器１７、
記録ヘツド１８により記録媒体上に記録される。
変調方式としては既知のMFM変調方式や、PE変
調方式が利用できる。また分配器１３、シフトレ
ジスタ１４、フレーム同期パルス挿入回路１５、
変調器１６、記録増幅器１７、記録ヘツド１８
は、Ｎトラツク分必要である。

第３図は、以上説明した記録系に対応する再生
系の信号系統図である。

記録系の逆の過程をたどれば、元の信号が再現
されるのであるが、再生信号にはテープヘツド系
で受けたジツタを含んでおり、これを除去する必
要がある点が再生系の特徴である。

まず、再生ヘツド２１で、記録媒体１に記録さ
れた信号を再生し、再生増幅器２２、復調器２３
で元のフレーム同期パルスとデータパルスが合成
されたパルス列に復元する。復元されたパルス列
は、フレーム同期パルス検出回路２４で各フレー
ムの識別がなされ、フレーム毎にシフトレジスタ
２５に書き込まれる。シフトレジスタ２５から
は、式(2)で示したクロツクレートで各トラツクよ
り順次読み出され、集合器２６で一連のパルス列
になるよう集められ、デジタル・アナログ変換器
２７（以下Ｄ／Ａ変換器と略す）でアナログ信号
に各標本ごとに変換され、補間ろ波器２８で不用
周波数成分が除去され、出力端子ｂより出力され
る。

上記のジツタの吸収は、シフトレジスタ２５に
おいて速度変換されると同時に行なわれる。すな
わち、シフトレジスタ２５への書き込みには、再
生されたジツタを含むクロツク信号が用いられ、
読み出しには、水晶発振器などの周波数安定度の
高い発振器より発生したクロツク信号が用いられ
る。したがつて再生時には、再生されたクロツク
信号と、発振器よりのクロツク信号とが時間平均
的に周波数が等しくかつ位相が一致するように再
生サーボ系を構成することが必要であり、このよ
うに構成したサーボ系とシフトレジスタとの併用
によりジツタを吸収することができる。

他方、記録時にはテープ１は一定速度で走行す
るようにキヤプスタンにサーボ系を構成してい
る。したがつて、記録時のモニタ、すなわちリー
ドアフタライト時には、再生サーボ系を利用する
ことができず、再生信号はジツタを含む。なぜな
らば、再生サーボ系は既に一定速度で記録された
信号に対して再生時の制御を行うものであり、記
録時に再生サーボをかけることはできない。も
し、記録時に再生サーボのみで記録しようとすれ
ば記録密度は一定でなくなつてしまう。

従つてリードアフタライト時には記録サーボす
なわち一定速で走行するようにサーボをかける
が、その時のデータの読み出しを可能にするため
には記録ヘツドと再生ヘツドとは、テープが剛体
と考えられる程度の距離に、かつその距離が一定
に保たれるように配置されなければならない。

一定に保たれていると、記録ヘツド１８で記録
したフレームのタイミングと再生ヘツド２１で再
生したフレームのタイミングは一義的に決まるの
で、シフトレジスタ２５の書き込みを読み出しの
タイミングが不都合をきたさないように記録ヘツ
ド１８と再生ヘツド２１の位置を調整すれば良
い。

こうした要請から記録ヘツド１８と再生ヘツド
２１とが一体で構成されたものが計算機用等の磁
気テープ装置で実用に供されている。

しかしながら、アナログ連続信号をPCM化し
た場合のように大容量のデータを記録再生するた
めには高密度な記録再生が必要となるが、上述し
たように記録ヘツドと再生ヘツドを一体化した場
合には、記録ヘツド１８と再生ヘツド２１とが接
近するため、クロストークが発生し、高密度な記
録再生ができず、一体化での実現は不可能であ
る。

また、第４図に示すように、記録ヘツド１８と
再生ヘツド２１とをジツタを生じないような微少
な一定距離に保つたまま実装することは、記録密
度から要請される精度の点から、また、振動等の
外乱に対する対策の点からも不可能である。した
がつて、第４図のような独立に２個のヘツドを配
置した構成では、記録時のモニタを可能にするた
めには、記録ヘツド１８と再生ヘツド２１の相対
距離を調整する必要があるという欠点があつた。

また、再生時には上記のように再生サーボ系が
必要とされるが、再生ヘツド２１の取り付け位置
により、再生信号の位相が変化するため、その取
り付けに精度が要求され、高密度記録になればな
る程その要求は厳しくなるという欠点がある。

この発明は、録音ヘツドと再生ヘツドを一体化
することなく、又両ヘツド間隔を微少な一定距離
に取り付けることを要せずに、記録ヘツドと再生
ヘツドとを任意の間隔で配置してもリードアフタ
ライトが自動的に同期して行なえるよう、ジツタ
吸収回路の機能を強化したPCM記録再生装置を
提供することを目的としている。

目的達成の第１の手段は、再生側に正確な発振
器を備えそのクロツク信号によつて読み出すよう
にした事である。

ただし、再生側のクロツク信号が記録信号のフ
レーム同期信号と位相的に無関係であつてはなら
ない。

そこで第２の手段として、再生ヘツドから読み
出された信号からフレーム同期信号を検出し、こ
れにより再生側の基準信号源から発生されるクロ
ツク信号の位相を自動的に調整する回路を構成し
て、記録時のモニタを可能にしている。また再生
時においてテープ上の記録信号に不連続があつた
り、ドロツプアウトが発生したり、再生ヘツドの
位置がずれたりして再生信号の位相がずれたり、
大きく変化した場合にも、フレーム同期信号が欠
落した後に回復したことを検出して、位相の自動
調整が行なわれる。

以下に、この発明を一実施例により説明する。
第５図にこの発明による再生信号の同期スタート
パルスを与える信号系統図を、第６図イ〜ヘにそ
の信号波形図を示す。以下では第６図を参照しな
がら第５図の説明をする。ここでPCM信号の１
フレームは、Ｍビツトの同期パルスと、Ｌビツト
のデータパルスから構成されているものとする。
図において入力端子ｃ，ｄからそれぞれジツタを
含んだ再生信号ｅと、再生信号ｅから抽出したビ
ツト信号に対応するタイミング信号ｆが入力され
るものとする。再生信号のパルス列ｅは、フレー
ム同期パルス検出回路４１の入力となり、フレー
ム同期パルス列の終了パルスｇを発生させる。こ
のフレーム同期終了パルスｇにより、Ｌビツトカ
ウンタ４２をリセツトし、タイミング信号ｆの数
を数えはじめ、データビツト数であるＬ個を数え
るとデータ終了パルスｈを発生する。このデータ
終了パルスｈによりフレーム同期パルスのビツト
数Ｍよりわずかに長い期間単安定マルチ４３を働
かせ、その出力ｉとフレーム同期終了パルスｇと
をナンド回路４４に通した出力が、同期スタート
パルスｊとなる。

ここで、フレーム同期終了パルスｇは、ドロツ
プアウト時や磁気記録再生装置が停止状態にある
時には発生しないものである。又、データ終了パ
ルスｈはフレーム同期終了パルスｇが検出される
と、必ず一定の期間をおいて発生するものであ
る。従つて、同期スタートパルスｊは、ドロツプ
アウト時や磁気記録再生装置の起動時等の最初に
フレーム同期終了パルスｇが検出された時に必ず
発生するものであり、このパルスｊによつて第３
図の速度変換用のシフトレジスタ２５の読み出し
の位相を決定するためのタイミングを与え、信号
の同期をとる動作を完全にするものである。

次に、上記の同期スタートパルス検出回路も含
めた再生系の信号系統図を第７図に示す。第７図
は、複雑さを避けるために１トラツクのものだけ
を示している。第８図イ〜ルは第７図の各部分の
信号波形図を示す。以下では第８図を参照しなが
ら第７図の説明をする。

まず、再生ヘツド２１で磁気テープ上に記録さ
れた信号を再生し、再生増幅器２２、復調器２３
で元のフレーム同期パルスとデータパルスとから
構成されたパルス列に復元する。復調器２３の出
力であるデータ信号ｅとタイミング信号ｆは、前
述の同期スタートパルス発生回路５０により、フ
レーム同期終了パルスｇ、データ終了パルスｈ、
同期スタートパルスｊを発生する。ここで、タイ
ミング信号ｆは再生データ信号ｅより発生させら
れるものであるが、ドロツプアウト等で消滅しな
いように、PLL等の回路を通したものを用いる。

フレーム同期終了パルスｇが、フリツプフロツ
プ５３の入力となり、その出力信号がｋである。
フリツプフロツプ５３の出力ｋとその反転出力
ｌ、セツトリセツト形フリツプフロツプ５１、ア
ンド回路５２，５４，５５、オア回路５８、５９
によつて、シフトレジスタ５６，５７にデータを
交互に書き込むクロツクを制御する。ここでフリ
ツプフロツプ５３は、同期スタートパルスｊをプ
リセツト入力としているので、同期スタートパル
スｊが発生した時にどちらのシフトレジスタに最
初に書き込まれるかは、一義的に決定される。

この場合、シフトレジスタ５６，５７を２個用
いて速度変換とジツタ吸収を行なつているので、
ジツタ吸収量は約１フレーム分となる。各トラツ
クにＰ個のシフトレジスタを用いた場合は、ジツ
タ吸収量は約（Ｐ−１）フレーム分となる。

さて、この２個のシフトレジスタ５６，５７か
ら、交互に必要なタイミングでデータを取り出す
ことになる。そのタイミングは、一方のシフトレ
ジスタたとえばシフトレジスタ５６にデータを書
き込んでいる時は、その書き込んでいる１フレー
ムの期間のほぼ真中の時期に、シフトレジスタ５
７から１／Ｎの時間（Ｎ倍の速さ）で読み出せば
よい。この動作を交互にくり返す。１フレームの
真中の時期に読み出すのは、真中が時間的なずれ
の影響を最も受けにくいからである。ここで再生
時にはテープ走行系に、再生信号から発生させた
クロツクと基準発振器からのクロツクで走行サー
ボをかける事ができ、従つてこのサーボ用クロツ
クに、２フレーム周期のクロツクを用いれば、シ
フトレジスタ５６，５７に必要なタイミングを与
えることは可能である。

また、リードアフタライト時は記録モードで動
作するため、前述のようにテープが一定速度で走
行するようにサーボをかけており、再生時と同様
にシフトレジスタ５６，５７に必要なタイミング
を与えることができる。

しかし、再生時にドロツプアウト等でサーボ系
に乱れが発生したり、あるいはリードアフタライ
ト時に前回の動作時からの間に記録ヘツドと再生
ヘツドの相対的な位置がずれたりした場合にも適
確なタイミング（フレームの真中の時期）を与え
なければならない。第７図の実施例では、フレー
ム同期パルスが欠落した後に回復した事を検出
し、回復したフレーム同期パルスを基準として１
フレームの真中のタイミングで読み出すようにし
ている。乱れやずれが生じない正常時は、記録再
生装置の起動時に最初に再生したフレーム同期パ
ルスを基準として１フレームの真中で読み出す事
になる。第７図の同期スタートパルス発生回路５
０は、起動時のフレーム同期信号又は、欠落後に
回復したフレーム同期信号を検出して位相の基準
となる同期スタートパルスｊを発生する回路で、
基本クロツク発振器６２、カウンタ６３，６４、
フリツプフロツプ６５、ゲートパルス発生回路６
０は基準スタートパルスｊを基準として１フレー
ムの真中の時期にシフトレジスタ５６，５７から
信号を読み取るための回路である。

この発明による同期スタートパルスｊを用いる
ことで自動的に位相の調整が可能となり、したが
つて走行系サーボはその構成法に制限はなく、そ
の性能としてジツタがジツタ吸収量（この場合は
約１フレーム分）以下であればよいという点に大
きな特徴がある。

この動作は以下のようになされる。同期スター
トパルスｊによりＮ／２カウンタ６３を（Ｎはト
ラツク数で、Ｎが奇数の場合は（Ｎ−１）／２と
する。）リセツトし、Ｎ／２カウンタ６３は、基
本クロツク発振器６２から発生される周波数
Fs／Ｓのクロツク信号ｍを計数し、Ｎ／２（あ
るいは（Ｎ−１）／２）個数えるとリセツトパル
スｎを発生する。他方、Ｎカウンタ６４はリセツ
トパルスｎをプリセツト入力とし、クロツク信号
ｍを計数し、リセツトパルスｐを発生する。フリ
ツプフロツプ６５は、読み出しのシフトレジスタ
５６，５７を選択するゲートパルスを発生させる
もので、リセツトパルスｎのプリセツトされなが
ら、Ｎカウンタ６４からのリセツトパルスｐか
ら、ゲートパルスｑ，ｒを発生する。ここでゲー
トパルスｒは、ｑの反転出力である。

ゲートパルス発生回路６６は、基本クロツク発
振器６２からの信号を受け、リセツトパルスｐで
プリセツトされて、ゲートパルスｑの周期１／
2Nの幅をもつトラツク毎の読み出しゲートパル
スｓを発生する。この読み出しゲートパルスｓと
ゲートパルスｑ，ｒで、アンド回路６０，６１
で、読み出しクロツク信号ｔにゲートをかけ、シ
フトレジスタ５６，５７の読み出し用クロツクと
して用いられる。従つて、第８図でｋのの期間
にシフトレジスタ５６に書き込まれた信号はS₁の
の期間（この期間はフレーム同期終了パルスｇ
の発生間隔のほぼ真中の期間である）に読み出さ
れることになる。これら２つのシフトレジスタ５
６，５７の出力が、オア回路６７に入りその出力
がこのトラツクの信号出力となる。そして各トラ
ツクの出力を集めたものが、記録系でＡ／Ｄ変換
器１２によつて得られたパルス列と同じものにな
り、この信号がＤ／Ａ変換器２７に送られて元の
アナログ信号が再現されることになる。

ここで第５図、第７図は、１つのトラツクの信
号系統図を示したものであり、他のトラツクも同
様の構成となる。ただし第７図の基準発振器６２
は各トラツクに共通の１個のものでよく、またゲ
ートパルス発生回路６６は代表的な１つのトラツ
クから第８図リ，ヌ，ルに示すように各トラツク
用のゲートパルスS₁〜Ｓ_Nを発生させることがで
きる。

なお、この実施例においては、サーボ系を構成
するための特別の記録チヤンネルをもうけること
なく、信号記録用のチヤンネル内の１チヤンネル
からフレーム同期信号検出することで動作させて
いるが、サーボ系のために特別のチヤンネルを用
いれば、上記のフレーム同期信号に相当するもの
がサーボ信号となり、これを用いて同様な効果を
有するものである。

以上のように、再生ヘツドから読み出されたフ
レーム同期信号の欠落を検出し、同期スタートパ
ルスを発生せしめ、これにより、再生系に必要と
されるクロツク信号の位相を自動的に調整するこ
とで、記録ヘツドと再生ヘツドが任意の間隔で配
置されてある場合でもその距離を微調整すること
なく記録時のモニタ（リードアフタライト）を可
能にし、再生時においても、記録信号の不連続、
ドロツプアウト、再生ヘツドの位置ずれ等に関係
なく正しいタイミングを与えるPCM記録再生装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁気テープ上の記録パターンの一例
図、第２図は記録系の概念を示す信号系統図、第
３図は再生系の概念を示す信号系統図、第４図は
ヘツドの配置図、第５図はこの発明に係る同期ス
タートパルス発生回路の信号系統図、第６図イ〜
ヘは第５図の各部の信号波形図、第７図はこの発
明の再生系の信号系統図、第８図イ〜ルは第７図
の各部の信号波形図である。 図中、１１はサンプル・ホールド回路、１２は
Ａ／Ｄ変換器、１３は分配器、１４はシフトレジ
スタ、１５はフレーム同期パルス挿入回路、１６
は変調器、１７は記録増幅器、１８は記録ヘツ
ド、２１は再生ヘツド、２２は再生増幅器、２３
は復調器、２４はフレーム同期パルス検出回路、
２５はシフトレジスタ、２６は集合器、２７は
Ｄ／Ａ変換器、２８は補間了波器、４１はフレー
ム同期パルス検出回路、４２はカウンタ、４３は
単安定マルチ、４４はナンド回路、５０は同期ス
タートパルス発生回路、５１，５３はフリツプフ
ロツプ、５２，５４，５５，６０，６１はアンド
回路、５８，５９，６７はオア回路、５６，５７
はシフトレジスタ、６２は基本クロツク発振器、
６３はＮ／２カウンタ、６４はＮカウンタ、６５
はフリツプフロツプ、６６はゲートパルス発生回
路である。なお図中、同一符号は同一、又は相当
部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アナログ信号をPCM（パルス符号変調）化
   して、１標本に対応したパルス列を複数個集め、
   フレーム同期信号を挿入してフレームとし、フレ
   ームごとに記録媒体のトラツクに速度変換しなが
   ら記録し、再生時には、再生された上記フレーム
   同期信号と基準信号源から供給されるクロツク信
   号とが同期するように記録媒体の走行を制御しな
   がら、再生信号を各フレームごと逆速度変換し、
   フレームを分解して各標本を得、元のアナログ信
   号にするPCM記録再生装置において、記録した
   信号を直後に再生する場合に、再生信号のパルス
   列から起動時のフレーム同期信号および欠落後に
   回復したフレーム同期信号を検出して同期スター
   トパルスを発生する手段と、この同期スタートパ
   ルスにより、一定期間遅延した遅延パルスを発生
   する手段と、上記遅延パルスに同期して基準信号
   源から供給されるクロツク信号をゲートする手段
   とを備え、上記のゲートされたクロツク信号によ
   り上記逆速度変換された再生のパルス列を読み出
   すようにしたことを特徴とするPCM記録再生装
   置。