KR100239339B1 - 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법 및 기록/재생장치 - Google Patents

하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법 및 기록/재생장치 Download PDF

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    • G11B20/12—Formatting, e.g. arrangement of data block or words on the record carriers

Abstract

본 발명은 Hi-8 비데오 장치에 하이-파이(Hi-Fi) 오디오 데이타를 기록하기 위한 새로운 테이프 포맷과 그 기록장치에 관한 것으로, 일반적으로 사용되고 있는 기존의 하이-파이 오디오 데이타의 기록방식과 기록/재생장치는 입력된 오디오 신호가 10 비트로서 아날로그-디지탈 변환되기 때문에 기존의 콤팩트 디스크에서 사용하는 16비트의 아날로그-디지탈 변환방식보다 정도가 훨씬 떨어짐으로 높은 다이나믹 레인지를 갖을 수 없는 등 하이-파이 오디오 기록/재생하는 미흡한 점이 있다.
따라서 기존의 콤팩트 디스크와 같은 정도의 음질을 기록/재생하기 위하여 입력된 아날로그 오디오 신호를 16 비트로 디지탈 변환하여 기록/재생하면서도 기록/재생 시간 또한 Hi-8 피씨엠 모드의 720분 보다 길게 할 수 있는 방법이 필요하게 된다.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 Hi-8 비데오 장치 및 테이프의 기록 포맷에 따르는 문제점을 해결하기 위하여 Hi-8 오디오 테이프의 기록 용량을 늘리기 위해 오디오 신호의 압축, 신장 부호화 기술을 활용하였으며 구체적인 부호화 방식으로서 서브밴드 부호화 방식, ADPCM(Adaptive Differencial Pulse Code Modulation) 방식 또는 변환 부호화 방식 어느 것을 활용하여도 비슷한 결과를 얻을 수 있게 하는 테이프 포맷 및 기록 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법 및 기록/재생장치
제1도는 Hi-8 비데오의 오디오 전용 모드의 테이프 포맷의 구성도.
제2도는 종래의 Hi-8 피씨엠 오디오 데이타의 처리 장치에 대한 구성도.
제3도는 본 발명 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법에 의한 기록 포맷의 구성도.
제4도는 제3도의 메인 데이타에 대한 상세 구성도.
제5도는 제3도의 AUX 데이타의 상세 구성도.
제6도는 본 발명 하이-파이 오디오 데이타의 기록/재생장치의 구성도.
제7도는 본 발명에 따른 하이-파이 오디오 기록/재생 포맷의 다른 실시예.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
30 : ADC(Analog to Ddigital Converter) 31 : 서브밴드 부호화기
32 : 에러정정 부호화기 및 포맷터 33 : 변조부
34 : 테이프 35 : 복조부
36 : 에러정정 복호화기 및 포맷터 37 : 서브밴드 복조부
38 : DAC(Digital to Analog Converter)
본 발명은 Hi-8 비데오 장치에 하이-파이(Hi-Fi) 오디오 데이타를 기록하기 위한 새로운 테이프 포맷과 그 기록장치에 관한 것으로, 특히 서브밴드 부호화 장치에 의해 오디오 데이타를 고능률적으로 부호화하고 기존의 Hi-8 비데오 테이프에 부호화된 데이타를 기록하는데 적당하도록 한 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법 및 기록/재생장치에 관한 것이다.
기존의 Hi-8 비데오에서는 테이프상에 비데오 신호와 피씨엠(PCM:Pulse Code Modulation) 오디오 신호가 함께 기록/재생하는 포맷과 테이프면 전체를 피씨엠 오디오 신호만으로 기록/재생할 수 있게 하는 두가지 형태의 포맷이 제안되고 실용화되고 있다.
이 중에서 오디오 신호만을 기록/재생하는 포맷에 관하여 살펴보면 제 1 도와 같은 포맷으로 기록/재생이 이루어진다. 한 헤드(헤드 A 또는 B)의 테이프 주행길이는 총 221°가 되며 이 총 길이는 6개의 동일 간격(36°)의 데이타 트랙으로 구성되어 있으며, 기록/재생 장치의 플레이(play)시 한 트랙의 데이타만이 기록/재생된다.
따라서 120분 기록/재생용 Hi-8 테이프의 경우 총 720분의 기록/재생시간을 갖게된다. 각 트랙은 셀프-클럭킹(self-clocking)을 위한 프리앰블(preamble;②)이 필요하고 데이타의 기록시 속도 오차에 의해 다른 부위의 데이타가 지워지지 않도록 하기 위한 포스트앰블(postamble;④) 및 데이타 영역(③)으로 이루어져 있으며 각 트랙은 일정 길이의 갭(gap;①,⑤)으로 구분되어 있다.
오디오 신호의 기록/재생 장치는 제 2 도와 같이 아날로그 입력신호가 각 처리 블록을 거쳐 디지탈로 테이프에 기록되고 또한 기록된 디지탈 신호는 각 처리 블록들을 거쳐 다시 아날로그로 재생 출력되는 구조로 되어 있다.
데이타 영역은 데이타 블록단위로 데이타가 기록되어 있으며 한 트랙당 132개의 데이타 블록이 존재하며 각 데이타 블록은 8개의 데이타 워드 및 리던던시 비트(redundancy bit)를 포함하며 총 107비트로 되어 있다.
따라서 한 트랙의 데이타 용량은 모두 14124 비트가 된다.
상기와 같이 구성된 종래의 Hi-8 비데오의 기록/재생장치와 테이프의 기록 포맷에 대하여 그 동작과 문제점을 상세히 설명하면 다음과 같다.
입력된 아날로그 신호는 제 2 도에서와 같이 아날로그 압축기 및 앤티-에일리어스(anti-alias) 필터(11)를 거쳐 10 비트 아날로그/디지탈 변환기인 ADC(12)에 입력되고 상기 ADC(12)는 입력신호를 10 비트의 디지탈 신호로 변환한다.
변환된 10 비트의 디지탈 데이타는 비선형 피씨엠 부호와 방식에 의해 8 비트의 오디오 데이타로 압축되고 이 압축된 데이타에 에러 정정 부호와 규칙에 따른 패리티 부호가 첨가되고 바이패이즈(biphase)-마크(mark) 변조방식에 의해 테이프(15)에 기록될 신호로 변환된다.
이렇게 변환된 신호는 제 1 도의 테이프 포맷의 형태로 테이프에 기록된다. 또한 재생의 경우 테이프(15)에서 읽힌 오디오 데이타는 기록시와는 반대로 복조되어 메인 데이타 성분만을 얻어내고 이 메인 데이타는 에러정정 복호기(16)에서 에러 정정이 되어 비선형 디지탈 디코더부(17)로 전송된다.
상기 비선형 디코더(17)는 8 비트 데이타를 10 비트의 데이타로 복호화하여 10 비트의 오디오 데이타를 10 비트 DAC 및 저역필터(18)를 통해 아날로그 신호로 변환한 후 출력하게 된다.
여기에서 헤드가 각 트랙을 정확하게 트랙킹하기 위해서는 각 트랙에는 매 기록시 마다 서보(servo) 데이타가 기록되어 있어야 한다.
따라서 이 서보 데이타는 메인 오디오 데이타와 혼합되어 데이타 영역에 기록되어 있으며 트랙을 읽을 때 밴드 패스 필터를 이용하여 메인 오디오 데이타와 서보 데이타를 분리하게 된다.(서보 데이타는 메인 오디오 데이타보다 훨씬 낮은 주파수 성분을 갖고 있으므로 분리가 가능하다).
그러나 이러한 기록방식과 기록/재생장치는 입력된 오디오 신호가 10비트로서 아날로그-디지탈 변환되기 때문에 기존의 콤팩트 디스크에서 사용하는 16비트의 아날로그-디지탈 변환방식보다 정도가 훨씬 떨어짐으로 높은 다이나믹 레인지를 갖을 수 없는 등 하이-파이 오디오 기록/재생하는 미흡한 점이 있다.
따라서 기존의 콤팩트 디스크와 같은 정도의 음질을 기록/재생하기 위하여 입력된 아날로그 오디오 신호를 16 비트로 디지탈 변환하여 기록/재생하면서도 기록/재생 시간 또한 Hi-8 피씨엠 모드의 720분 보다 길게 할 수 있는 방법이 필요하게 된다.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 Hi-8 비데오 장치 및 테이프의 기록 포맷에 따르는 문제점을 해결하기 위하여 Hi-8 오디오 테이프의 기록 용량을 늘리기 위해 오디오 신호의 압축, 신장 부호화 기술을 활용하였으며 구체적인 부호와 방식으로서 서브밴드 부호화 방식, ADPCM(Adaptive Differencial Pulse Code Modulation) 방식 또는 변환 부호화 방식 어느 것을 활용하여도 비슷한 결과를 얻을 수 있게 하는 테이프 포맷 및 기록 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서는 아날로그 입력신호를 16 비트로 양자화하여 기록/재생하면서도 그 기록/재생 시간이 Hi-8 피씨엠 모드의 720 분보다 길게 할 수 있는 새로운 포맷의 제정과 그에 따른 기록/재생 장치를 설계하는 방법을 제시하고자 한다.
제 3 도는 본 발명에서 제안하는 하이-파이 오디오 신호의 기록/재생을 위한 새로운 포맷을 나타내고 있다. 한 헤드(헤드 A 또는 B)의 테이프 주행 길이는 총 221°이며 이것은 12개의 메인 오디오 트랙(16.05°)과 2개의 AUX 데이타 트랙(6.97°)으로 구성되어 있다.
트랙킹을 위한 서보 정보는 메인 및 AUX 데이타 영역내에 데이타와 혼합되어 기록되어 있으며, 데이타의 리드(READ)시 밴드 패스 필터에 의해 오디오 데이타와 서보 데이타가 분리된다.
제 4 도는 메인 데이타 영역의 데이타 블록의 구성을 나타낸 것으로서, 11.93°의 메인 데이타 영역은 25개의 데이타 블록으로 구성되어 있으며, 각 데이타 블록은 3 바이트의 헤더(header) 데이타와 48 바이트의 메인 데이타로 총 51 바이트로 구성되어 있다.
메인 데이타 바이트내에서는 순수 오디오 데이타와 에러 정정을 위한 패리티 데이타 및 텍스트 정보등의 시스템 정보가 포함되며 헤더 바이트는 동기(SYNC) 바이트 하나와 블록 어드레스를 지정하는 2 바이트의 어드레스 바이트로 구성되어 있다.
제 5 도는 AUX 데이타 영역의 데이타 블록의 구성을 나타낸 것으로 2.85°의 AUX 데이타 영역은 6개의 데이타 블록으로 구성되어 있고 각 데이타 블록은 3 바이트의 헤더와 48 바이트의 AUX 데이타로 구성되어 있으며 AUX 데이타에는 서치 기능을 수행하기 위한 여러 정보가 기록되어 있다. 그리고 AUX 데이타 영역은 동일한 내용이 제 1 AUX 데이타 및 제 2 AUX 데이타에 복사되어 있다.
제 6 도는 오디오 데이타의 기록/재생 장치로서 입력된 아날로그 오디오 데이타는 32KHz, 44.1KHz, 48KHz 중의 하나의 표본화 주파수로 표본화된 후 16 비트의 ADC(30)를 통해 양자화된다.
양자화된 데이타는 서브밴드(subband) 부호화기(31)를 거치면서 전송속도가 1/4배가 되도록 정보 압축이 행해진다. 여기에서 상기 서브밴드 부호화기(31)는 입력신호를 32개의 서브밴드로 나누고 각 서브밴드의 신호의 파워(power)를 계산하여 인간 귀의 가청 범위 이하의 파워를 갖는 서브밴드는 부호화하지 않으며 또한 인접 서브밴드간의 상대적 매스킹(masking) 효과도 고려하여 각 서브밴드별로 최적의 비트 할당을 함으로써 하이-파이 오디오 음질의 열화엾이 입력 데이타를 1/4배 압축시킬 수 있는 고능률 부호화기이다.
상기 서브밴드 부호화기(31)의 출력은 에러 정정 부호화기 및 포맷터(32)에서 패리티(parity)심볼이 부가된 후 제 3 도와 같은 포맷으로 구성되어 변조부(33)를 통해 테이프(34)에 기록된다.
한편, 테이프(34)로부터 기록 데이타를 재생할 경우는 기록시의 동작 순서의 반대로 행하면 되는데, 테이프(34)부터 리드 데이타를 복조하고 에러정정하여 순수 오디오 데이타만을 추출해낸 뒤 서브밴드 복호부(37)를 통해 원래의 전송속도로 데이타를 신장시킨다.
이 신장된 각 서브 밴드 데이타는 서브밴드 복호부(37)내의 합성 필터에서 합성되어 원래의 16 비트 오디오 데이타를 생성하고 이 16 비트 데이타가 DAC(38)를 거쳐 아날로그 신호로 출력된다.
제 6 도의 각 기능 블록의 출력 데이타 전송 속도를 살펴보면=16비트×2채널×fs
따라서 f2=32KHz 일 때=1024K 비트/초
=44.1KHz 일 때=1411.2K 비트/초
=48KHz 일 때=1536K 비트/초
에서의 전송속도는 표본화 주파수와는 관계없이 서브밴드 부호화기(31)가 384K 비트/초의 전송속도로 데이타를 출력한다.
또한 시스템 제어기로부터 6K 비트/초의 속도로 시스템 정보를 받아 에러정정 부호화기 및 포맷터(32)에 입력된다. 따라서 상기 부호화기(32)의 출력의 전송속도는
=(384K+6K)×=576K bits/sec가 된다.
여기에서 에러 정정 부호화 방식을 C1(24,20,5), C2(32,26,7) 리드-솔로몬 부호화방식을 채용하는 것으로 한다.
또한 상기 포맷터(32)에서는 테이프(34)에 기록 시간을 일치시켜주기 위하여 입력신호보다 15.094배 빠른 속도로 데이타를 출력시킨다.
∴=576K bits/sec×15.094=8.694M bits/sec
그리고 변조부(33)에서는 동기 바이트를 추가하고 ETM 변조를 행함으로써
=(8.698M bits/sec)××1.004=11.593M bits/sec가 된다.
따라서 최대 쓰기 주파수(maximum write frequency)=5.796MHz로서 Hi-8 비데오 피씨엠 모드의 스펙과 일치하게 된다.
한편, AUX 데이타에 보다 많은 정보를 기록하기 위해서는 제 1 AUX 데이타와 제 2 AUX 데이타의 영역을 합하여 제 7 도와 같은 포맷으로 활용할 수 있으며 전체 기록/재생 회로의 동작은 AUX 데이타의 읽기 방식을 제외하고는 동일하다.
이상에서와 같이 본 발명은 종래의 6 채널 PCM 포맷보다 훨씬 우수한 음질을 기록/재생할 수 있으며 기록/재생 시간도 크게 늘릴 수 있는 효과를 준다.

Claims (6)

  1. 221°의 헤드의 테이프 주행길이를 분할하여 5°의 마진, AUX 데이타를 위한 프리앰블 2.06°, 제 1 AUX 데이타 2.85°, 포스트앰블 2.06°, 갭 0.343°를 할당하고, 메인 데이타를 위한 프리앰블 2.06°, 메인 데이타 11.93°, 포스트앰블 2.06°, 갭 0.343°이 순차적으로 반복되는 메인 오디오 데이타 트랙을 12개 할당하고, 제 2 AUX 데이타를 위한 프리앰블을 2.06°, 제 2 AUX 데이타를 2.85°, 포스트앰블을 2.06°, 마진을 5°할당한 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법.
  2. 제1항에서 있어서, 상기 메인 데이타 블록은 25개의 데이타 블록으로 구성되고 각 데이타 블록은 3바이트의 헤더 데이타와 48 바이트의 메인 데이타로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 AUX 데이타 영역은 6개의 데이타 블록으로 구성되며 각 데이타 블록은 3 바이트의 헤더와 48 바이트의 AUX 데이타로 구성된 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법.
  4. 제1항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 AUX 데이타는 제 1 AUX 데이타와 제 2 AUX 데이타가 동일한 데이타를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법.
  5. 221°의 헤드의 테이프 주행길이를 분할하여 5°의 마진, AUX 데이타를 위한 프리앰블 2.06°, AUX 데이타 9.82°, 프리앰블 2.06°, 갭 0.343°를 할당하고, 메인 데이타를 위한 프리앰블을 2.06°, 메인 데이타 11.93°, 포스트앰블 2.06°, 갭 0.343°이 순차적으로 반복되는 메인 오디오 데이타 트랙을 12개 할당하고, 마진 5°를 할당한 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록 포맷방법.
  6. 아날로그 오디오 데이타를 디지탈 데이타로 변환하여 양자화하는 ADC(30)와, 상기 ADC(30)의 출력 데이타를 입력받아 다수개의 서브밴드로 나누고 가청범위 이하의 파워를 갖는 서브밴드를 부호화하지 않음으로써 입력 데이타를 압축하는 서브밴드 부호화기(31)와, 상기 서브밴드 부호화기(31)로부터 압축된 데이타를 입력받아 패리티를 부가하고 각 데이타를 포맷팅하는 에러정정 부호화기 및 포맷터(32)와, 상기 에러정정 부호화기 및 포맷터(32)의 출력 데이타를 변조하고 테이프(34)에 기록하는 변조부(33)와, 테이프(34)에 기록된 디지탈 데이타를 복조하는 복조부(35)와, 상기 복조부(35)를 통해 복조된 데이타의 에러를 정정하고 순수 오디오 데이타만을 추출하는 에러정정 복호화기 및 포맷터(36)와, 상기 에러정정 복호화기 및 포맷터(36)의 출력 데이타로부터 원래의 전송 속도로 데이타를 신장시키고 이 신호를 합성하여 압축되기 전의 원래의 데이타를 생성시키는 서브밴드 복호부(37)와, 상기 서브밴드 복호부(37)의 출력 디지탈 데이타를 아날로그 데이타로 변환하는 DAC(38)로 구성된 것을 특징으로 하는 하이-파이 오디오 데이타의 테이프 기록/재생장치.
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