數字記錄和重放裝置的製作方法

2023-04-23 01:29:21 2

專利名稱：數字記錄和重放裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字記錄和重放裝置，其中，通過壓縮記錄信號的帶寬，能夠實現相對長的記錄以及具有不同搜索速度的多種搜索重放模式。
為建立被期望成為下一代的、家用的數字盒式磁帶錄象機VTR的國際統一標準規範，已經建立了高清晰度數字VCR聯合會(HD-DIGITAL VCR CONFERENCE)，並且於1994年4月已在當前電視系統(為了簡化，此後用SDTV表示)和高清晰度電視系統(HDTV)的記錄方案之間達成了國際統一意見。被通過的規範的特徵在於，用於SDTV和HDTV的電視信號能被用共同的設施進行記錄。這種方法主要實施高效幀內編碼技術，在其中主要執行離散餘弦變換(此後，稱作DCT)和可變長度編碼。採用高效幀內編碼技術的一個原因是，需在高速搜索模式下平滑地重放高質量的圖象，它使完成編輯工作容易。這就是，當以至少10倍或較低一些的速度用搜索模式重放圖象時，系統應能重放高質量的圖象而不會不自然。


圖1是一個框圖，簡化地表示了已被國際上認可的上述家用DVCR(此後，將把那些SD-VCR規範稱作SD-VCR)。被輸入的原始視頻圖象信號經A/D轉換成亮度信號Y和兩種色度信號CN和CW，並且然後被分成8×8象素塊。之後，被劃分的數據在每塊的塊混合部101被混合。這樣既實現了分散頻率分量以提高主要包括DCT的、後繼的高效編碼的效率，又實現了分散在重放模式中由於漏失(信息)而將產生的脈衝錯誤。高效編碼部102實施應用DCT技術的正交變換，從而使信號用與頻率分量有關的餘弦表示。部分102進而自適應地實施對係數的量化以及可變長度編碼，以去除冗餘和連續的0。通過足夠多地去除高效編碼部分102的冗餘，可顯著降低信號比特率。在糾錯編碼部分103，加上了經過如此高效編碼的、被壓縮的信號，以及用以糾正在重放模式中將產生的誤碼的必要的奇偶校驗位。在SYNC(同步)和ID(標識)添加部分104，將實現PCM同步的同步碼和用於區別塊內容的ID碼都添加在每個包括同步碼的SYNC塊中。調製部分105表示一個用於有效地記錄數字記錄信號的調製器。DVCR規範的裝置中所用的調製器採用24-25調製方法，以達到降低記錄信號直流(d.c.)分量的目的。經調製的輸出信號經過記錄放大器被放大，並通過視頻磁頭被記錄到磁記錄介質上。在重放模式，通過視頻磁頭接收到被記錄信號，並且通過重放放大器，使如此重現的信號被放大並被加到解調部分107，以便在那裡恢復數位訊號。然後，正好是以相反方向，即按照與在記錄模式下所進行的方向相反的方向進行操作。即，SYNC和ID檢測部分108檢測用於PCM的同步碼，並對ID碼進行解碼和解密。糾錯和解碼部分109檢測誤碼並完全糾正可能出現的錯誤。解碼和修正部110將經高效編碼部分壓縮的視頻信息進行可變長度解碼和反向量化，並對被如此處理的記錄信息進行IDCT以恢復和原始視頻信號近似相當的視頻信號。如果有不可恢復的錯誤碼，部分110就利用有問題的碼前後的碼來進行內插。因此，被如此恢復的輸出仍不是完整的視頻信號，但是應當通過下面反混合部分111的每個塊進行反混合，從而重現原始視頻信號。
圖2表示了上述DVCR中SYNC塊的結構和記錄格式。每個SYNC塊包括90位元組，90位元組中有2個字節用作同步碼，3個字節用作ID碼，以及77位元組用於視頻數據，8位元組用於Reed-Solomon碼的內部校驗碼。在該格式中被分配給視頻數據的有135個SYNC塊(簡寫為SB)，每個有77位元組。
圖3A和3B表示SD-VCR可用的兩類磁頭結構。
目前，還沒有建立採用磁帶驅動器、信號處理器以及上述DVCR中的記錄和重放系統的、基於由MPEG(運動畫面圖象編碼專家組織)制定的高效編碼方案對於通過壓縮圖象數據而形成的信號進行記錄的具體方案。圖4表示了一個被建議作為用於ATV的臨時標準的編碼結構。圖中，符號I代表幀內的編碼過程，P代表與向前幀相關的、作為幀間編碼過程的可預測性編碼過程，以及B代表另一個與向前、向後幀都相關的可預測性編碼過程。在基於上述幀間可預測編碼而形成的視頻信號如同基於已認可的SD標準那樣被記錄的情況下，當系統運行在圖象搜索重放模式下時，信號從幾個不同磁軌重新產生，就象圖5A和5B所示的互不連接的數據那樣。因此，幾乎不可能產生有清晰內容的完整圖象。
在象ATV中那樣採用MPEG信號處理方案的情況下，注意這一事實，即每個第12幀重複出現一次幀內處理的I-圖象，這是在日本電視工程師組織的技術報告Vol，17，No.59中公開的一種技術，其中準備用於特殊重放的特殊數據被記錄在被專門分配的記錄區。但是，這種方案要求相當大量的數據以便重現用於ATV的I-圖象(這將在下面示出)。
考慮一種情況，即用降低的圖象質量(例如相當於NTSC或比它更差的質量)對I-圖象進行記錄，其中只使用對8×8象素的每個DCT塊象素出現一次的直流(d.c.)分量的DCT係數。在這種情況下，假定有效抽樣數為1,9 20；有效掃描行為1,080，因此，塊總數為32,400。當只有每個DCT的每6 4個分量才有一次的直流分量被轉換成8位數據時，要被記錄的總數據量為32,400位元組。而且，如果給每個剩餘的、用於交流(a.c.)分量的係數分配4比特，那麼就需要另外的1,020,600位元組的數據，因為每個DCT塊有63個交流分量。換言之，使用交流係數集將使要求的數據量達到32倍。另一方面，實際上，在搜索重放模式的可用數據量取決於記錄系統和所用記錄信號的類型。作為ATV的例子，如果傳輸數據分組被以速率19.3Mbps來傳輸，並且磁頭的旋轉速率被設為高達150rps，那麼，每條磁軌需有105SB的數據記錄區以便完整地記錄被傳輸的數據分組。因此，在搜索重放模式下，30SB能被作為用於數據的數據記錄區來進行分配，並且因此允許的用於每個第12幀周期性出現的ATV信號的I-圖象的數據記錄區總量為3600SB。只記錄I-圖象的直流分量要求421SB，這相應於允許的數據記錄區的八分之一，而記錄每個DCT塊的8字交流係數另外要求3366SB。
如果考慮能被兩類磁頭裝置(見圖3A和B)共同使用的數據區(隨後將參考圖25進行描述)，對於3倍速搜索重放模式，30個磁軌需要15個數據記錄區。這就是，在12幀的周期內需要60個數據區，每個數據區包括60SB。這些數據區中，40個區能被有效地用於上述搜索重放模式，並且這和2,400SB或184,800位元組相對應。這種情況下，每個DCT塊所允許有的交流分量數為4.7。當所有區域都被分配給3倍速搜索模式時，其結果就是如此。實際上，數據記錄區應被分配給5倍速模式、15倍速模式等等，這樣每種搜索模式所允許的有效數據量就顯著減少了。例如，假設1,740SB被取作為3倍速搜索模式所允許佔用的數據記錄區，那麼可用記錄區達1,160SB或89,320位元組。下面將進一步討論細節。
具體地說，在實現高速搜索模式(例如，15倍速搜索模式)時，在30條磁軌中獲得10個有效數據記錄區則需要96個已建立的記錄區。這將隨後參考圖13描述。
下面是在此描述的記錄裝置所要解決的問題(1)作為未來的廣播技術，計劃通過地面廣播、衛星廣播和CATV來並行地傳送用於高質量圖象的ATV廣播以及SDTV(NTSC、PAL或SECAM)。但是，沒有任何裝置既能記錄高比特率信號，又能記錄低比特率信號，因此，要求有兩類記錄裝置來記錄與其相應的信號。(2)傳統的裝置與本發明不同，在本發明中具有的設備可同時記錄高比特率信號和低比特率信號，並且允許低-比特率信號被用於普遍重放和特殊重放。在傳統的設備中，就需用高價格、高清晰度、寬屏顯示器來顯示特殊播放的圖象，即使是在搜索模式中能重新產生的圖象的質量比SCTV低的情況下。(3)因為在已經被建議為MPEG記錄和ATV記錄的特殊重放方法中只在I-圖象將被記錄並且被用於特殊重放操作，不可能平滑地重新產生動態圖象。(4)已有一項關於將幀內和幀間分開進行記錄的方法的報導。由於幀內數據量一般是幀間數據量的10倍，這使建立用於特殊播放的記錄區非常困難。另外有一項建議，是將幀間轉化為幀內以用於特殊重放，但這種方法仍增加了特殊播放所需的數據量。(5)如果被記錄信號的幀周期和多個記錄區的數量無關，那麼使普通重放數據記錄位置和特殊重放數據記錄位置一致就變得很困難。這使在搜索-重放模式中確定磁帶上的數據內容變得困難，並使數位訊號處理電路複雜。(6)如果必需確保正向和反向搜索操作，僅分配用於特殊重放集的、將要被記錄數據量的記錄區。(7)關於磁頭裝置，為了在使用雙磁頭和使用單磁頭之間建立可互換性，需更大的記錄區。(8)由於在高速搜索-重放中，磁頭的重新尋跡的周期變長，不可能有效地跟隨搜索-重放速度的變化。為了系統能實現積極地跟隨，必須在不同地方記錄重複的數據。這就要求更大的數據記錄區。
本發明在上述問題方面已有改進，因此，本發明的一個目的是提供一種數字記錄和重放裝置，即使幀內和幀間都根據高效編碼方案來編碼，該裝置也能在搜索-重放模式下重現高質圖象。
本發明已經實現了上述目的，並且本發明的核心如下首先，根據本發明的第一個特徵，一種數字記錄和重放裝置，用於記錄和重放供普通重放用的相對高的比特率數據和供特殊重放用的相對低的比特率數據，它被這樣地構造，使得作為特殊重放數據而進行記錄的數據的量被適當調整，從而使用於記錄普通重放數據的記錄區易於被改變。
根據本發明的第二個特徵，一種用於記錄和重放圖象的數字記錄和重放裝置，該圖象是通過高效編碼而進行頻帶壓縮的，該裝置被這樣構造，使得當既具有幀內信息又具有幀間信息的信號被經過處理以便記錄和重放圖象時，相對高的比特率和相對低的比特率的信號被同時記錄在接近相同的位置，而且全部的或部分的相對低的比特率的信號被用於實現作為視頻記錄裝置的不可缺少功能的特殊重放，從而可以自適應地改變用於特殊重放的數據量。
本發明的第三個特徵在於，一種具有上述第二特徵的數字記錄和重放裝置，其中一個用於自適應地改變特殊重放的數據量的裝置被用於在任意整數個磁軌上以每個一定數量的幀作為一個單元來記錄圖象數據。
根據本發明的第四個特徵，一種用於記錄和重放以高效編碼進行了頻帶壓縮的圖象的記錄和重放裝置，它被這樣地構造，使得當具有幀內信息和幀間信息的數位訊號被經過處理以便記錄和重放圖象時，相對高的比特率和相對低的比特率的信號同時地被記錄在接近相同的位置，並且相對低的比特率信號的全部或一部分被用來完成特殊重放。
其次，本發明的第五個特徵是，一種具有上述第四個特徵的數字記錄和重放裝置，它被構造成這樣，使得根據MPEG方案實現頻帶壓縮，並且圖象數據以一個序列作為一個單元被記錄在固定數目的磁軌上，該序列包括至少一個GOP(圖象組)作為一個單元，而用於特殊重放的數據量能自適應地變化。
本發明的第六個特徵是，一種數字記錄和重放裝置，它具有上面的第二特徵，該裝置被構造成這樣，使得當在VCR磁帶上以已被記錄的數據來進行插入和替換的方式來記錄不同的視頻節目數據時，如果用於新的被插入視頻節目的數據量和平均數據量不同，可以自適應地調節用於特殊重放的數據量，以使得用於新插入的視頻節目的數據只被錄在磁帶上的規定區域上，並且被從該區域重放。
根據本發明的第七個特徵，一種數字記錄和重放裝置的特徵在於，其操作包括步驟接收輸入信號；將輸入信號分配到多個SYNC塊以便將數據記錄到VCR上；為了保護例如是被包括在輸入信號中的數據分組頭那樣的重要信息，將包括作為整體的重要信息或只包括例如數據分組頭那樣的重要部分的SYNC塊記錄到先前為備用數據而保留的數據區中；以及當重要數據出現任何錯誤並且該錯誤不能糾正時，用被記錄成備用數據的相應SYNC塊代替具有錯誤數據的整個SYNC塊，或者用相應的重要部分代替錯誤數據本身。
其次，本發明的第八個特徵在於，一種具有上述第七個特徵的數字記錄和重放裝置，它被構造成這樣，使得可在高速操作模式下搜索被複製並記錄在備用記錄區中的數據分組頭。
本發明的第九個特徵是，具有上述第七個特徵的記錄和重放裝置，其中使用一種具有上述第二特徵的設備，通過自適應地改變用於特殊重放的數據量，來建立用於記錄包括重要部分或只有重要部分的SYNC塊及相似結構的備用數據的記錄區域。
最後，根據本發明的第十個特徵，一種數字記錄和重放裝置包括一個同時重放磁頭；以及用於檢測有關在用該磁頭進行記錄時被重放出的數據分組頭的誤碼的檢測電路，並且該設備被構造成這樣，使得當檢測電路在數據分組頭中檢測出誤碼時，記錄信號中包括數據分組頭的數據部分被重新插入到被記錄信號中，從而使數據能被正確地記錄。
為了實現上述特徵，用到以下兩種設備。作為第一種設備，數字記錄和重放裝置包括一種能在同一節目內容上同時記錄高比特率信號數據和低比特率信號數據的裝置；一種使用低比特率信號數據的裝置(該低比特率信號數據以分層方式既包括幀內信息又包括幀間信息)，以產生特殊重放數據；一種記錄裝置，用於記錄如此形成的三類數位訊號數據，從而使所有數據與被記錄的高比特率信號的幀周期相關地記錄在記錄磁頭的相同位置上；以及一種用於為記錄磁軌上的特殊重放信息建立記錄區的裝置，它使得該記錄區的出現周期和高比特率信號幀周期之間的關係成為一個簡單的整數比，並且由某個或若干個搜索速率的1.c.m或多個1.c.m來確定記錄磁軌的單元。
第二設備被這樣地構造，使得用於低比特率的記錄區一起都被放在磁帶上大約中間的位置，以便確保使用用於搜索-重放的低比特率數據，並且各種不同搜索速率模式可用的數據組從低速搜索數據起被以分層方式分配，而記錄用於在幀之間實現向前可預測性編碼處理的P-圖象的區域被確保是處在用於低速搜索數據的記錄區域中，從而，能重放出平滑的動態圖象。而且，所有被確保用於最低速搜索重放的數據適合於共同使用在普通重放模式下進行的重放，因此，只用於搜索重放模式的數據被最大程度地減少。以這種配置，實現上述各種不同互換功能變為可能。
在本發明中，能基於例如19.3Mbps的ATV信號形成5Mbps或更低的低比特率信號，這樣，所形成的低比特率信號能被用於顯示和包括在ATV信號中的一樣的節目。另外，幾乎所有上述低比特率信號(包括P-圖象和雙向可預測B-圖象)適於作為搜索-重放數據而被共同使用。因此，如果在不遠的將來開始同時廣播ATV信號和低比特率信號，該裝置既用於記錄同時廣播的信號，又能以搜索-重放模式重放平滑的動態圖象。另外，上述搜索-重放圖象能在低價格、小巧、重量輕的當前系統的顯示器(它例如被內裝在VTR之中)上顯示。而且，能在多媒體終端設備的顯示器上顯示搜索-重放圖象而不用變換系統方案。而且，如所需要的話，能在用於ATV的、寬屏面的高質量顯示器上顯示搜索重放圖象，這只需增加簡單的雙掃描系統轉換設備。
圖1是先有的SD-VCR技術的電路框圖；圖2是先有的SD-VCR技術的SB的結構；圖3A是先有的SD-VCR技術中按徑向相對位置設置的單晶片磁頭對的磁頭結構的一個視圖；圖3B表示先有的SD-VCR技術中的雙晶片磁頭的磁頭結構的一個視圖4表示了用於先有的典型ATV的傳輸數據分組的幀結構；圖5A用以表示採用先有的單晶片磁頭(其中，單晶片磁頭對按徑向相對位置排列)在9倍速搜索-重放模式下的數據重現方式的例子。
圖5B用以表示以先有的雙晶片磁頭在9倍速搜索重放模式下的數據-重現方式的例子。
圖6是一個框圖，表示本發明第一實施例的記錄系統，其中ATV比特流被作為它的輸入。
圖7是一個框圖，表示本發明第一實施例的重放系統，其中ATV比特流被作為它的輸入。
圖8是一個框圖，表示本發明第一實施例的記錄系統，其中高比特率和低比特率數據被同時輸入；圖9是一個框圖，表示本發明第一實施例的重放系統，其中高比特率和低比特率數據被同時輸入；圖10A是一個示意圖，表示本發明第一實施例的磁軌上的數據分組結構，其中磁軌上包括以3倍速和5倍速搜索-重放操作的數據；圖10B是一個示意圖，表示本發明第一實施例的磁軌上的數據分組結構，其中，磁軌上包括以15倍速搜索-重放操作的數據。
圖11A是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中的沿磁軌方向上的普通重放操作的SB結構；圖11B是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中沿磁軌方向上的輸入數據包的SB結構；圖11C是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中的沿磁軌方向上的用於特殊重放數據的數據分組的SB結構；圖12是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中的用於搜索-重放操作的磁帶上的數據分布；圖13是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中的用於15倍速重放操作的磁頭軌跡及其數據分布；圖14是一個示意圖，表示本發明的第一實施例中的用於5倍速搜索-重放操作的磁頭軌跡及其數據分布；圖15是一個框圖，表示本發明的第二實施例的記錄系統，其中ATV數據被作為它的輸入；圖16是一個框圖，表示本發明的第二實施例的重放系統，其中ATV比特流被作為它的輸入；圖17是一個框圖，表示本發明的第二實施例的記錄系統，其中高比特率和低比特率信號被同時輸入；圖18是一個框圖，表示本發明的第二實施例的重放系統，其中高比特率和低比特率信號被同時輸入；圖19A是一個示意圖，表示在本發明的第二實施例中當ATV分組上的數據被分配給SB時的普通重放數據的SB結構；圖19B是一個示意圖，表示在本發明的第二實施例中當ATV數據分組中的數據被分配給SB時的輸入信號的SB結構；圖19C是一個示意圖，表示在本發明的第二實施例中，當ATV數據分組中的數據被分配給SB時的特殊重放數據的SB結構；
圖20是一個示意圖，表示用於本發明的第二實施例的專用磁頭的結構；圖21A是一個示意圖，表示本發明的第二實施例中的磁帶上的GOP數據的記錄區的情況，其中數據被記錄在固定數目的磁軌上；圖21B是一個示意圖，表示本發明的第二實施例中的磁帶上的GOP數據的記錄區的情況，其中數據被記錄在整數數目的磁軌上；圖21C是一個示意圖，表示一個比較性的例子，其中磁軌不被用作用於記錄GOP數據的單元，從而作為和圖21A和21B的比較，而在那兩種情況下，第二實施例中的磁帶上具有GOP數據的記錄區；圖22A是一個示意圖，表示一種在本發明的第二實施例中的磁帶上的GOP數據的記錄區中調整搜索數據量的方法，其中，用首先的50個區(大的區域具有40SB，以及小的區域具有38SB)來調整數據量；圖22B是一個示意圖，表示一種在本發明的第二實施例中的磁帶上的GOP數據的記錄區中調整搜索數據量的方法，其中，用首先的3個區(大的區具有40SB，小的區域具有20SB，並且用點劃線表示的區域中無數據)來調整數據量；圖23A是一個示意圖，表示在本發明的第二實施例中的連接性記錄中的編輯點的情況；圖23B是一個示意圖，比較性地表示與圖23A所示實施例相比較的連接性記錄中的編輯點情況；
圖24A是一個示意圖，表示當本發明第二實施例中的搜索數據量變化時用於搜索-重放操作的磁頭軌跡及其數據分布，其中搜索-數據的每個單元按5SB而遞增；圖24B是一個示意圖，表示在本發明的第二實施例中當搜索數據量變化時用於搜索重放-操作的磁頭軌跡及其數據分布，其中每個搜索數據單元按5SB而遞減；圖25是一個示意圖，表示在本發明的第一實施例中用於3倍速搜索重放操作的磁頭軌跡及其數據分布；圖26A是一個示意圖，表示當在編輯時將視頻節目插入或記錄到磁帶上時的磁帶上數據記錄區的情況，以及和本發明第二實施例中相似的情況；以及圖26B是一個示意圖，表示當在編輯時將視頻節目插入或記錄到磁帶上時的磁帶上數據記錄區的情況，以及與圖26A所示實施例相比較時的類似情況。
下面將描述本發明的第一實施例。
開始，圖6和8表示一個應用了本發明的舉例性的VCR的記錄部分的框圖，而圖7和9表示相同例子的重放部分的框圖。儘管將參考SD-VCR來描述該實施例，但本發明將不限於SD-VCR系統。也就是說，本發明與糾錯碼(ECC)、數據調製和解調方案、磁帶類型、機械結構以及輔助機構都無關。
圖6和7表示一種情況，其中輸入ATV比特流信號以形成用於特殊播放的數據。圖8和9表示一種情況，其中高速和低速比特流都作為輸入信號被提供，並且低速比特流被用於形成用於特殊播放的數據。
當低速數據信號被輸入時，數據能被搜索數據和普通重放模式下的低速數據信號共同使用。相反地，ATV比特流數據或高比特率信號被用於準備搜索數據時，所產生的搜索數據被只用於該目的的作為專用數據。
用一種情況來舉例表示基本操作，其中，輸入的是ATV比特流。
在圖6中，輸入側的數據分組接口部分221和典型ATV解碼器一樣。首先，該裝置接收ATV比特流211，並檢測數字同步碼，以從相應的數據分組頭形成所要求的時序信號。術語「數據分組頭」(packet header)在這裡被用來指不同的所有頭。ATV的傳送層包括一個連結分組頭(Link header)和一個適配分組頭(adaptation header)。被MPEG用來傳送的層包括一個PES分組頭以及用於不同的較低級別層的分組頭。該裝置按照連結分組頭、適配分組頭、PES分組頭等實現諸如數據攏頻、PID處理等所需的處理。
之後，裝置開始在速率轉換器222中轉換數據速率，其中，輸入數據被轉化成兩類數據流，即用於普通重放模式和搜索模式的數據流。
對於用於普通重放模式的數據，將比特流(188位元組×2＝376位元組)的兩個數據分組分配給5個SD-VTR SYNC塊(被稱作SB塊)並被記錄在其中(77位元組(有效區)×5＝385位元組)。在重放中，找到所有數據，以重新構成原始比特流，並將其輸出。
按如下方式來準備和記錄用於搜索-重放模式的數據首先在數據分組和分組頭處理電路225中分析每個數據分組的語法，並且按可編長度碼來解碼有效數據(在可變長度碼的解碼部分226中)。然後，DCT係數選擇電路227從數據中選出DCT係數，並且從這些係數為相應的搜索-重放模式構造數據。在這個實施例中，在相應的數據緩衝器228、229和230中準備了三類數據，即，用於3倍速模式、5倍速模式和15倍速模式的數據。下面將更詳細地討論。
然後，多路復用器223對用於普通重放的數據和用於搜索重放模式的三類數據進行復用，以形成下面的磁帶結構型式(tapepattern)。為完成這項操作，磁軌映象信號生成電路224產生一個控制信號，用於根據輸入的數據分組的數據分組頭、SB號和磁軌信號進行復用。
按照和普通SD-VCR中一樣的方法來進行記錄時的後續處理，這就是，給數據加上糾錯信號，並對數據進行24-25調製，並且通過記錄放大器(設置在SD-VCR重放系統中的數字調製/解調/記錄器231中)將其記錄在磁帶上。
這裡，在普通重放和搜索重放模式下，操作都按普通SD-VCR方式一樣進行，數據在通過重放放大器和量化器之後，對其進行數字調製和糾錯(在SD-VCR重放系統中的數字解調/ECC231中進行)。然後在SB數據處理電路322中，對SB數據進行鑑別。
在普通重放模式下，緩衝器323控制來自SB數據處理電路322的信號的時序，並且將信號輸出到多路分離器324，該多路分離器324處理該數據，以使其成為與初始數據分組一樣。數據分組重建電路325實現速率轉換和添加分組頭等操作，並通過數據分組接口326輸出所獲得的數據。
在搜索-重放模式下，在SB數據處理電路322中，完成了相同數據的鑑別之後，特殊重放數據的數據分組處理電路327組構來自分組頭的數據、有效數據、無效數據(填充字節)。然後再插入填充字節，這樣，最終數據就變成了188個字節的數據分組。
在多路分離器324中實現普通重放數據和特殊重放數據之間的轉換以及對特殊重放數據輸出時序的控制，而由數據分組頭處理和時序信號生成電路328來產生控制信號。
下面，圖11A到11C表示作為磁帶結構型式的例子的一個磁軌上的數據結構。
圖11A到11C表示了一個磁軌上的數據排列結構。
在這些圖中，用沿磁軌方向上排列的SB單元表示數據。如圖10A所示，用於5倍速和3倍速模式的數據大約位於磁軌中間部分。這種排列允許5倍速模式和3倍速模式共享數據。用於15倍速模式的數據被分成5個段，如圖10B所示排列。
在本發明中，考慮了正向和反向搜索模式以及兩種磁頭的排列方式。在兩類磁頭排列方式之一中包括有兩個磁頭，它們排列在一個共同的基片上，類似於一個雙方位磁頭(使用雙晶片磁頭的情況)；另一種結構具有兩個以徑向相對位置排列的磁頭(使用單晶片磁頭的情況)。
圖12表示包含15倍速模式的所要保有的記錄區。圖13和14表示用於15倍速、5倍速和3倍速的磁帶上的磁頭軌跡，以及軌跡和用於相應的搜索-重放模式的數據位置之間的關係。
表1表1表示用於將為每種搜索-重放模式而寫入的所有數據的SB數隻用於15倍速率的數據 132(1)5倍速率 378(2)只用3倍速率的數據 292(3)總計 802(4)表2為搜索-重放模式而讀出的數據量區域數區域內SB數總SB數15倍速率2 12 24(5)96BS(因為12幀組成一個I-圖象)5倍速率 6 40 240(6)3倍速率 10 40 400(7)總計18 644(8)表3可用於搜索-重放模式的數據量用於SD-VCR輸入的數據率24.94Mbps(9) 4050SB*ATV比特流 19.30Mbps(10) 3175SB*上述兩者之間的差異(對於搜索-重放模式) 5.32Mbps(11) 875SB**在數據平均分配給所有磁軌的情況下，30個磁軌上的SB數。
875SB＞802SB(4)剩餘73SB(12)當要考慮一些因素(例如，正向和反向搜索重放操作、磁頭排列類型、為搜索-重放增加起始位置數)時，有必要記錄重複的數據。如圖12所示的，30條磁軌(即，所有搜索-重放模式速度倍數的最小公倍數的2倍)被選擇作為用於記錄區域排列型式的一個周期。因此，即使當用於15倍速度模式的記錄區已被確保在5個磁軌的範圍，以降低用於15倍速度模式的鎖定時間，該區域與用於5倍速度模式的記錄區精確地相對應，從而使記錄區域能有效地被共享。下一步，將詳細說明用於搜索模式的數據結構。在從ATV比特流中準備出用於搜索的數據的情況下，假定每個GOP包括12幀，其中只有一幀(即I-圖象)被用作搜索數據，用於搜索的數據將按如下方式結構。這裡，各色度信號的信號分量比是4∶1∶1，並且12幀的120個磁軌與I-圖象相對應)。
在單一幀中DCT塊的數目1,920×1,080/64＝32,400(13)假定，分配給Y-信號的直流分量和色度信號1個字節，分配給有最低頻率的兩個交流分量係數1個字節，分配給有次最低頻率的三個係數0.5個字節，並且，數據被平均地分配給30條磁軌。在這種情況下，在30條磁軌內用於3倍速度模式搜索數據的SB數為32,400×1.5/4×2.5/77＝395 SB(14)(＜400SB(7)，剩餘部分5(15))。
當分配給Y-信號的直流分量和色度信號1個字節，分配給有最低頻率的兩個交流分量係數0.5個字節時，5倍速率模式搜索數據的SB數目為32,400×1.5/4×1.5/77＝237SB(16)(＜240SB(6)，剩餘3(17))。
當平均分配給Y-信號的直流分量和色度信號0.6個字節時，SB數是32,400×1.5/4×O.15/77＝24SB(18)(＜24SB(5)，剩餘0(9))。
圖(15)、(17)和(19)中表示的剩餘的SB可被用於保護象數據分組頭那樣的重要數據之類等目的。除數據分組頭外，ATV包括一些重要信息，諸如，由程序映象表和程序相關表等組成的程序特別信息。因此，在這些重要信息和數據分組頭中，通過考慮它們的重要性，根據用於保護的可用數據區數目，在事先選擇出將被保護的數據。
下一步將描述第二實施例的總體結構。
在此描述的第一實施例有如下問題。當普通重放數據將被編輯時，例如，如果輸入數據由已經基於MPEG方案而被數據壓縮過的數據組成，那麼必須以每個GOP作為單元或以一個序列為單元來完成編輯工作，該序列包括幾個GOP作為一個單元。在這種情況下，當兩個GOP之間的邊界點出現在磁軌中間時，從機械精度和控制特性的角度來看，在編輯時很難記錄從那個點起的下一個信號。具有這些功能的裝置將變得太昂貴，特別是作為通用VCR而言。在編輯時通過插入方式來記錄視頻節目的情況下，如果監視器顯示視頻節目的時間和分配給用於插入視頻節目的區域的時間相等，那麼其數據量就可以彼此不同。特別是，如果將被插入的數據量不比該區域所能記錄的數據量小，那麼，不可能實現插入記錄。顯然，對於用在ATV中的編碼器和MPEG來說，平均數據速率是確定的，但是，對於每個GOP，數據量則未被明確規定。如果它們之間數據量差異太大，那麼空白期或分配給非顯示圖象的顯示時間將變得長。這將會引起多種錯誤，諸如解碼器的緩衝區下溢或者監視器上圖象的不連續性。為了避免這一點，必須在監視器上顯示不必要的圖象。
而且，被用於保護象數據分組頭等那樣的重要部分的記錄區必須事先被設定。因此，如果有很多數據要被保護，那麼，必須選擇要被保護的數據。相反地，如果沒有數據要被保護，那麼保有記錄區就變得沒用處。
與之相反，在第二實施例中，可編輯的幀數被作為一個數據單元，它被分配給整數個磁軌，從而用於編輯工作所需的控制等功能就被簡化了。這就是說，提供了一種用於調整在記錄特殊重放數據(特別是搜索-重放數據)時的數據量的裝置，以便控制記錄階段的總數據量，從而使總數據量能和能被記錄在整數條磁軌上的數據量相對應。因此，任何編輯點都出現在磁軌開始之處，這樣就沒必要考慮伺服信號的連續性或用於PLL操作的信號的連續性，這是在進行編輯工作時(例如，從磁軌中間點開始連接性記錄時)應該注意到的事。沒有必要採取措施來防護這樣一種偶然性，即由於缺乏機械互換性的精度，而使應被保有的信號數據被錯誤地擦除。
通過上述的用於在記錄中調整特殊重放數據量的裝置，能夠自適應地建立將被用於保護重要部分(例如被包括在輸入信號中的數據分組頭)的記錄區。這就是說，當輸入信號比特流被分配給將被記錄在VCR中的SB之後，包括了重要部分的SB作為備用數據被記錄。在重放時，如果不能對包括重要部分的某個SB進行糾錯，就由作為備用數據被記錄的相應SB代替整個錯誤的SB。或者，當只把例如數據分組頭這樣的重要部分分配給SB時，以及如果包括了數據分組頭等的重要部分不能被糾錯，那麼，只有出錯部分才被作為備用數據來存儲的相應重要部分所代替。
按照這種方式，在第二實施例中，例如，根據例如為19.3Mbps的ATV信號形成搜索數據，並且，兩類數據(即普通重放數據和搜索數據)被記錄在磁帶上接近於相同的位置上。同時，通過考慮從輸入比特流所得到的GOP數據量，自適應地設定搜索數據量，然後，在記錄階段如此建立的數據就作為一個整體被記錄在整數條的磁軌上。因此，這一方案在記錄時不再要求更複雜的控制，過去，在為了完成(象連續性記錄這樣的)編輯時通常需要這些複雜控制，在這裡新記錄的數據將被記錄在已經記錄有數據的磁帶上，從而使較前的數據將與較後的數據相連續地記錄。另外，本發明的方案不要求有大的間隙，這種間隔是在傳統方法中當沒有控制時在已記錄的信號數據和新記錄的信號數據之間所必需的。這就是說，可以通過有效地利用磁帶而不必設置浪費性的大間隔來記錄信號。而且，由於無需象過去習慣做的那樣為了考慮已完成(象這種連續性記錄的)編輯工作的磁帶的可交換性，而需提高機械精度或對信號進行複雜的控制，因此，這種裝置適於大批量生產。
在過去，當某個視頻節目的數據被插入或記錄時，如果將被插入的數據量稍微大於記錄區，那麼，不可能插入數據。根據本發明，由於在記錄階段通過調整搜索數據量而使總的數據量受到了控制，因此，就可以插入數據量大於磁帶上的被指定區域的視頻節目。或者，即使將被插入的數據量小於指定的區域，也可以記錄視頻節目而不存在不連續性。因此，本發明的方法不僅通過參考某個視頻節目的顯示期間的時鐘時間(該時鐘時間是不可靠的，因此不可依靠它)就能夠確定插入該視頻節目是否可行，並且還使得能夠實現實際的插入記錄操作。而且，在傳統裝置中，直到某個視頻節目完整地被實際接收之前，不能確定該視頻節目是否能被插入，這是因為，在接收結束時不能知道將被插入的信號數據量。特別是，當將被插入的記錄數據量大於指定的插入區時，超出指定的插入區的數據必須被拋棄。但是，通過本發明的方法，如果，例如通過廣播節目安排表能夠知道將被插入的某個視頻節目或其中一部分的所需時間，就能實現包括連續性記錄在內的編輯工作。
下面將描述本發明第二實施例的進一步的細節。第二實施例的描述將以與上述第一實施例中的數字VCR相比較的方式來進行。
圖15和17表示本實施例的記錄部分的框圖，而圖16和18表示同一實施例的重放部分的框圖。和第一實施例(在圖6到9中表示)的VCR結構的不同之處是，在記錄側，有檢測GOP中數據量的電路401(被稱作GOP數據檢測電路401)、和用於控制搜索數據的量的信號生成電路402(被稱作搜索數據控制信號生成產路402)，而在重放側，有通過檢測專用磁頭的SB選擇信號生成電路404(基於專用磁頭的SB選擇信號生成電路404)、以及數據處理條件建立ROM405。
本發明將不限於SD-VCR系統。也就是說，本發明與糾錯碼(ECC)、數字調製和解調方案、磁帶類型、機械結構以及伺服機械無關。只要輸入數據速率能被調整，並且數據分組格式能被轉換，那麼，任何數字輸入都能被處理，並且任何數字VCR都能被使用。下面將通過示例性SD-VCR來描述該實施例。
本實施例能被用於ATV比特流作為高比特率信號被輸入的情況、以及從ATV比特流準備特殊重放數據的情況(記錄側見圖15，而重放側見圖16)，並且其中高數據率比特流和低數據率比特流都作為輸入信號被輸入，並且從低數據率比特流中準備特殊重放數據(記錄側見圖17，以及重放側見圖18)。由於作為本實施例的基本操作，在圖15和圖17的裝置之間是一樣的，並且在圖16和18的裝置之間也一樣，因此只對圖15和16所示裝置進行描述。
首先，將描述記錄側的操作(圖15)。輸入的ATV比特流通過接口之後，被輸入到GOP數據檢測電路401之中，並在那裡計算每個GOP中的數據量。然後，搜索數據控制信號生成電路402檢查緩衝器中的上溢/下溢情況，並且輸出和被檢測條件相對應的可接受的搜索數據量。這就是，電路402具有預定信息，其中根據每個不同緩衝器關於上溢和下溢的條件規定了可接受的搜索數據量。根據如此指定的搜索數據量，DCT係數選擇電路227為先前建立起的每種搜索速率模式選擇適當數量的搜索數據(這裡，具有三種搜索速率模式)。磁軌映象信號生成電路224生成用於控制復用器223的控制信號，從而當復用器復用不同種類數據(即，普通重放數據、±15倍速率數據、±5倍速率數據、±3倍速率數據、和用於備份數據分組頭的數據)時，這些數據的每一個都能被記錄在磁軌的位置上。由搜索數據控制信號生成電路402形成關於轉換的定時的信息。
上述搜索數據控制信號生成電路402根據數據處理條件建立ROM405中先前指定的數據量(對不同數據中的每一個)產生數據量控制信號。
而且，上述搜索數據控制信號生成電路402有另一種功能。這就是，根據先前在ROM405中為每種不同搜索速度模式所確定的可接收搜索數據量，電路402生成控制信號以用來控制用於不同速率模式的不同數據緩衝器，在磁軌映象信號生成電路224中，根據搜索數據量事先地建立起搜索數據分配。電路224生成輸出信號以用來控制復用器223並適當地分配SB，從而，能根據被檢測到的搜索數據量自適應地形成磁帶上的數據結構型式。
在再生成操作中，如圖16所示，在普通重放模式和搜索-重放模式，基於專用磁頭的SB選擇信號生成電路404將根據新提供的一個字節數據的專用分組頭(dedicated header)來鑑別SB。SB數據處理電路322根據數據的類型適當地完成轉換，從而使普通重放數據的SB被輸出到緩衝器，而搜索-重放數據的SB被輸出到特殊重放數據的數據分組處理電路327、以及數據分組頭處理和時間信號生成電路328。圖20表示了專用分組頭的結構，其細節將在稍後描述。然後，在搜索重放中找到的數據被重新構造成有數據分組結構的數據，它能被ATV解碼器解碼。
下面參考圖19A到19C，通過解釋一個其中使用了國際上一致的SD-VCR的例子，來說明在本實施例中將ATV數據分組的數據分配到SB。將ATV比特流上的兩個數據分組(188位元組×2＝376位元組)分配給5個SD-VTR SB(77位元組(有效區)×5＝385位元組)，並且以那種格式進行記錄。剩餘9位元組中，每個SB的一個字節被用於上述專用分組頭，如圖19A到19C所示。5個SB中每一個的剩餘4個字節被用於以結構型式數據來填充，作為可被識別為空位數據的填充字節。或者，還能使用用於其它目的的存儲數據空間。圖19A說明這樣一種情況，其中剩餘的4個字節中的2個字節被插入SB。插入方式已被寫在上述專用分組頭中，從而在重放過程中被插入的部分能被恢復成普通比特流。圖19B表示用於特殊重放的數據的SD-VCR SB的例子。將輸入比特流分配給SD-VCR SB的方法不限於以上例子。
現在，將對這樣一種情況進行描述，其中本發明的輸入比特流上的GOP被逐個地找到，並且每個被找到的GOP上的數據被記錄到固定數目的磁軌上。在NTSC信號(幀頻率59.94Hz)被記錄到SD-VCR上的情況下，如果磁鼓以150rps(9000rpm)的速率旋轉，那麼每幀上的數據被分配給10條磁軌。這就是，GOP中的幀號乘以10磁軌/幀從而成為該固定磁軌數。例如，如果一個GOP由12幀組成(隨後將通過這種情況的實例進行描述，即GOP具有12幀)，相應的磁軌數是120。因此，數據處理條件就被建立，從而包括搜索數據在內的總數據就可分配給120條磁軌。在數據處理條件建立ROM405中規定了這些條件。圖21A至21C表示了數據存儲方式。在圖21A至21C中，雙向箭頭指明GOP上的數據區域。
現在，將對這樣一種情況進行描述，其中本發明的輸入比特流將被以每GOP為一單元進行處理，並且每個GOP上的數據被記錄在任意整數條磁軌上。如果輸入數據的增加量等於或少於通過從磁軌上的SB總數中減去磁軌上用於搜索數據的SB的數目之差所計算出的數的一半，那麼確保用於搜索數據的SB數就要減去如此計算而得的SB數，從而可以防止磁軌數的增加。另一方面，如果輸入數據增加量大於通過從磁軌總SB數中減去磁軌上用於搜索數據的SB數所計算得到的數目的一半，那麼用於搜索數據的SB數就增加，從而去使用另一條磁軌。
當輸入數據量減少時，進行同樣的操作。這就是，不論增加或減少，用於GOP幀數的記錄磁軌數通過增加或減少搜索數據量而保持為一個整數。其結果是，磁軌內沒有無效數據，這樣能提高磁帶上記錄區的使用效率。
關於數據的排列，通過增加或減少用於3倍速率搜索模式數據的記錄區來調整總的數據量。圖22A和22B表示這種情況的例子。由於用於15倍速率模式的有效重放數據數量較少，所以如果數據量變化，圖象質量就受到很大影響，因此，在這個實施例中，即使數據量大幅度變化，也應該通過調整多數用於3倍速率模式和5倍速率模式的數據量來調節數據量。
當實際上準備好的搜索數據量被調整到如上所計算出的搜索數據量時，不需要以精確的方式完成調整。如果實際準備好的搜索數據量處在計算出的值之內，那麼它可能有用，並且對於實際操作，能夠容許有數十比特那樣大的差值。
從上述方案可以很顯而易見，在編輯時，是以一個GOP作為一個單元、或者以包括某一個或幾個GOP在內的序列作為一個單元來進行記錄。這時，作為一個單元的GOP或序列的數據被記錄在整數條磁軌上。這就增加了對設備機械精度的容限，並使得易於進行控制。
更具體地說，當用於編輯的記錄操作從磁軌中間開始時，需提高磁頭安裝的絕對位置的精度，以便精確地調整PG脈衝的絕對位置以及檢索信號從而控制記錄的定時。而且，為了保持可互換性，需要有更高的精度。然而，即使這種精度被增加到最大程度，也不可能實現完全連續的記錄。
而且，由於在編輯點上信號的相位變化，所以從PLL操作的角度看，最好提供前同步區信號(preable)。因此，不可能消除所希望的新數據開始點和新數據實際記錄點之間的浪費部分。圖23B表示了這種情況。在這個圖中的間隙和前同步區是被給出的、僅用於連接性記錄的浪費部分。
當GOP的末端處在磁軌的中間時，如果用於編輯的記錄操作被強制從下一磁軌開始，那麼就能避免上述問題。但是，除了包括GOP的尾端的SB落在磁軌末端的情況之外，這種方法都會增加浪費部分。
如果給GOP單元的普通重放數據分配固定數目的磁軌，那麼就必須根據普通重放數據量的改變量來改變搜索數據量。這就是說，如果如同在先有技術的例子中所說的那樣，普通重放數據量包括30條磁軌內的3175個SB，那麼，30條磁軌上的搜索數據量最多可改變64SB(它大約是輸入數據的2％，並且和0.47條磁軌相對應)。因此，搜索模式的圖象質量會受到很大影響。
在磁軌數改變、但保持為整數的情況中，假設GOP中最後搜索數據例如是40SB，並且由於一條磁軌上用於視頻信號的有效數據量是135SB，則按如下計算得到一個數被作為閾值來建立(135－40)/2＝47.5SB在這種情況下，如果，例如普通重放情況下的數據比對於整數條磁軌通常的可記錄數據量增加了47SB，則搜索數據量被減少47SB，從而防止磁軌數增加，並且，如果普通重放時的數據增加48SB則增加一條磁軌，並且搜索數據量也增加47SB(135-40-48)。因此，搜索數據量的變化能被限制在47SB之內，搜索模式時的圖象質量不會有顯著變化，並且觀察者不會注意到質量有降低。
當實行這種控制時，如果連續地出現許多GOP，每個GOP包含著增加了(48＋n)SB(其中，n＝0，1，…47)的數據量(這是對於整數條磁軌的通常的可記錄數據量的超出量，並且因而每個GOP的搜索數據增加(47－n)SB，則在相應於由用於搜索數據的SB引起的增加的時間的期間內，不可能從VCR輸入側緩衝器內讀取用於普通重放的數據，並在緩衝器中建立這些未被檢索的數據。發生這種情況是因為增加一條磁軌時，輸入數據量應該增加，但是，只有搜索數據被記錄在該增加磁軌的剩餘部分，並且只有等到下一個磁軌出現時才能將數據記錄在下一個GOP上。因此，未被檢索的數據在緩衝器中積累，可能引起VCR輸入側緩衝器的溢出。因此，在VCR輸入側緩衝器設有用於監視溢出狀態的設備，這樣，如果緩衝器中的數據將要溢出，可迫使本裝置去減少搜索數據並減少記錄磁軌數，從而加速緩衝器中數據的檢索，即使上述的數據增加量是48SB或更多時也是如此。
如果連續地出現許多GOP，每個GOP包含著增加了1SB到47SB的數據量，(這是對於整數條磁軌通常的可記錄數據量的超出量)，則可以使VCR的輸入緩衝器下溢。在這種情況下，操作受到控制，從而與上述情況相反地強行加上一條磁軌。
在數據量減少的情況下，則以模擬方式來控制操作。這就是，如果連續地出現許多GOP，每個GOP包含著減少了mSB(其中，m＝0，1，…，47)的數據量，並且因此每個GOP增加的搜索數據為mSB，從而不減少磁軌數，則裝置將受到控制以防止數據溢出。相對地，如果連續地出現許多GOP，每個GOP包含著減少了(48＋m)SB的數據量，並且搜索數據被減少(47－m)SB以減少一條記錄磁軌，則裝置將受到控制以防止數據下溢。
而且，當數據增加mSB的情況和數據減少(48＋m)SB的情況交替出現時，裝置將受到控制以防止下溢。當數據增加(48＋m)SB的情況和數據減少mSB的情況交替出現時，裝置將受到控制以防止上溢。
因為在實際操作中，在足夠長時間內輸入的數據速率受到控制而會聚到恆定數據率，因此很少出現連續地跨過許多GOP的類似趨勢。但是，如果象場景改變那樣的非正常狀態發生，上述情況可能局部地發生。
在這種情況下，當所舉例子中的值和上面一樣時，搜索數據量的最大變化為135－40＝95SB
關於輸入數據，由於每個GOP的數據量平均會聚於一定值，只要VCR輸入緩衝器有足夠大的容量，上述問題將不會發生。但是，從費用的角度看，最好是減少緩衝器的容量，因此最好通過比較上述控制電路與緩衝器的費用，從而選擇一種較低廉的方法。
儘管在上面的描述中搜索數據量被規定為40SB，但是，也可以使用任何其它值。而且，對每條磁軌，這個值可以變化。這就是說，如果搜索數據量根據磁軌而不同，可事先在數據處理條件建立ROM405中設定該值，這樣就能容易地進行如上的處理。
關於至此所說明的記錄操作，將參考具體例子詳細說明其中的基本操作(這個例子將不會限制本發明)。
首先，在數據處理條件建立ROM405中事先設定輸入比特流上GOP的數據量；一個閾值(根據該數據量來確定該閾值，並且基於該閾值確定磁軌數應當增加或減少)；一些記錄磁軌；以及搜索數據量。對於輸入數據流，為每個GOP計算出數據量。然後，通過檢查用以指示VCR緩衝器狀態的標誌以確認是否上溢或下溢，並且檢索記錄磁軌數以及搜索數據量，這些都是根據數據處理條件建立ROM405中的閾值來確定的，然後，就進行操作。從輸入比特流中準備出所要求的、適當的搜索數據量。用於不同速率模式的數據緩衝器228、229和230按下面方法被用來為不同搜索重放模式準備數據。這就是，被用於準備上述搜索數據的數據將由在可變長度碼解碼部分226解碼的DCT係數的直流分量的係數、以及交流分量組成(當一個DCT塊是由8×8象素組成時，有63個交流分量，儘管它們中有許多為「0」)。在DCT係數選擇電路227中，從這些數據中選擇每種搜索-速率模式所需數目的直流分量和交流分量。在選擇時，根據數據處理條件設定ROM405中的設定值來設定各種不同搜索-速率模式的直流分量和交流分量的選擇值。之後，實行將數據映象到磁帶上。在映象中，用於普通重放的數據和搜索數據被登記在磁帶的位置上。如所需的那樣延遲輸入數據。
參考圖12所示的一個例子，其中解釋了當數據的大小等於或大於普通重放操作數據的一半時數據便變得有效的情況下，修改每種搜索-速率模式的數據量的方法。圖24A和24B表示修改的方法。圖24A表示的是每個搜索數據增加5SB的情況，而圖24B表示每個搜索數據減少5SB的情況。這些圖是根據圖14所示的、用於5倍速率模式的磁帶結構型式的例子，其中，對於每個搜索數據區修正±5SB(在這個例子中，具有9個記錄區域)。
在120條磁軌中(GOP將由多達12個幀組成)，SB數是9×5×120/30＝180SB。對這麼大的數據量進行修改。當然，要增加或減少的SB數可根據情況而改變，或者，要被改變的SB數根據每條磁軌而變化。
當整個場景變化時，這樣大的數據量變化特別易於發生。
在上面的示例性VCR中，由於在3倍速率搜索模式下可找出所有用於3倍速率數據的搜索數據區，因此在如同上述那樣當數據量的變化是發生在許多不同分布的搜索-數據區之中、以及在數據量的變化是發生在少數相鄰的磁軌之中這兩種情況之間時，其結果沒有不同。
在這個例子(圖13)中的15倍速度模式的情況下，由於伺服鎖定因而用於15倍速率的搜索數據被排列在5條磁軌的區間；如果磁頭從某個磁軌開始進行15倍速率搜索，磁頭通過計數每五條磁軌找不出第一和第二出現的磁軌上的數據。在某種情況下，例如，對於3倍速率搜索的數據也實行這一操作，如上所述，如果在一個特定磁軌上進行搜索數據量的調整，那麼，在搜索模式下，被顯示圖象的質量將根據搜索從哪個磁軌上開始而變得不同。
為了在雙晶片磁頭排列(或在單晶片磁頭排列)中使用於一次特定的正向(或反向)搜索重放的數據不被減少，最好是使要發生變化的搜索數據量平均地分配給至少多條磁軌。
如果要發生變化的數據量少到只有幾個SB，並且因而數據量的變化對搜索的圖象的質量產生的影響很小，則可以在任何磁軌上集中地進行數據量的改變。
因為，在任何重放模式下進行重放時重放出數據必需按SB級別分類成用於搜索模式的數據、和用於普通重放的數據，所以為此需要有專用分組頭。在本發明的實施例中，一個SB(例如，77位元組)中的有效數據區的1個字節被分配給專用分組頭。因此，SB中的可用數據區是76位元組。
圖20表示了用於此目的的專用分組頭的結構例子。專用分組頭的前3個字節被用來指示SB的類型，這就是，普通重放數據、3倍速率搜索數據、5倍速率搜索數據、15倍速率搜索數據、和用戶定義數據。接下來的3個比特用於指明SB中的備用數據量。剩餘2個比特中，一個被用於指明GOP的開始SB，另一個指明GOP的終止SB。專用分組頭並不限於上述結構。這就是說，應當這樣來構造分組頭，使得可滿足輸入比特流與SB相對應的方案。
根據在本發明第一實施例的從(1)到(19)中所計算的數據量來對第二實施例進行描述。假定GOP由12個幀組成，在SD-VCR顯示出圖象的12幀時，SD-VCR將數據寫到120條磁軌上。
首先，描述GOP數據被寫在固定數目的磁軌(例如，120條磁軌)上的情況。例如，如果輸入信號中的GOP的數據量減少100SB，應當只從用於3倍速率搜索模式的數據中減去100SB。這就是說，在這個例子中，從確保用於該模式的292SB中減去用於3倍速率搜索模式的數據而成192SB。因為在這種情況下，用於搜索-模式數據的磁軌結構型式具有一個為30條磁軌的周期；將30條磁軌作為一個單元來考慮，則30條磁軌上的數據應減少25SB(100SB除以4)。因此，例如從前10條磁軌中的每一條中減去2SB，並且從接下來的5條磁軌中的每一條中減去1SB。
在這種情況下，改變的數量既能被分配給和雙磁頭排列相對應的雙向搜索數據、又能分配給和單晶片磁頭排列相應的雙向搜索數據。因此，參考圖25，按一種磁頭排列方式在搜索操作時可被檢索和使用的數據量將如下進行計算400－(100×10/15)＝333SB(20)(當結果包括小數時，將其略去)在這種情況下，由於SB數應除以4，所以會出現有一些數字不可除的情況。考慮這些不可除的情況，控制電路需要變得龐大。為避免這一點，讓我們略去除法過程並且為每120條磁軌(120磁軌對應於一個GOP)考慮進行數據變化處理。然後，把要被減少的數據量分配給60條磁軌，這些磁軌中只具有用於3倍速率模式的搜索數據區。這就是說，由前20條磁軌的每一條上的搜索數據中減去1SB，並且從剩餘的40條磁軌的每一條的搜索數據中減去2SB。
數據的分配並不局限於上述方法。例如，考慮到120條磁軌的情況時，則也可以從包含著搜索數據的前50條磁軌中的每一條中減去2SB。或者，也可以從最後幾條(例如，3條)磁軌中減去100SB。在圖22A和22B中示出了數據調整方式。
當要被改變的數據量這樣多時，可以通過調整僅用於3倍速率模式的搜索數據而不必調整用於5倍速率模式的搜索數據就能處理此數據的減少情況。但是，隨著變化數據量的進一步增加，用5倍速率模式的搜索數據應當並且能夠被用來實行對數據量的調整。
下一步，將描述這樣一種情況，其中，不固定數目的磁軌被用來記錄GOP數據，而磁軌數按整數條磁軌變化。象在上面的例子中那樣，假定GOP數據增加到100SB。假定第121條磁軌包括40SB的搜索數據，即使所有40SB都被減去，還有60SB的存儲量。由於這一數據量欠缺超出上述閾值47.5SB，因而磁軌數增加。例如，當增加一條磁軌時，剩餘的存儲量就變成為100－(135－40)＝5SB這個數目小於47.5SB，從而不再增加更多的磁軌，並且將通過將第121條磁軌上的搜索數據減少到35SB來補償存儲量(即5SB)。
在上述情況中，包括搜索數據的GOP數據最終能被記錄在整數條(具體地說，121條)磁軌上。如果增加量是142SB，用於將要被調整的搜索數據的SB數是142－95＝47SB在這種情況下，將增加1條磁軌。
參考圖25，用於3倍速率模式的搜索數據存在於第109條(相應於No.18)、第110條(相應於No.19)、第112條(相應於No.21)、第115條(相應於No.24)、第116條(相應於No.25)、和第118條(相應於No.27)磁軌上。在這6條磁軌中，從第109條磁軌中減去搜索數據7SB，並且從剩餘的5條磁軌的每一條中減去8SB。在這種情況下，只調整用於3倍速率模式的數據，從而成功地從用於單晶片磁頭排列的數據中和用於雙晶片磁頭排列的數據中減去基本上相同多的數據。對將要被減少的SB的調整不局限於上述分配。
下面將描述保護例如數據分組頭的重要部分的方法。為了保護象數據分組頭這樣的重要部分以及使能數據分組頭被高速搜索，應當保護某一個或幾個SB。通過按上述方式自適應地使將要被用於搜索重放的數據量減少幾個SB，或通過利用備用SB(例如，SD技術說明中的視頻輔助區域)就能做到這一點。所得到的SB被用於記錄包含著數據分組頭的SB的拷貝。
保護方法中的一種包括從比特流中找出諸如數據分組頭這樣的重要部分的步驟、將找到的數據分配給一些SB的步驟、以及將SB記錄成數據分組頭和其它重要部分的備份的步驟。
另一保護方法包括有如下各步驟複製一些包含著象ATV數據分組頭這樣的重要部分的SB；將被複製的SB按原樣分配並記錄到被確保用於保護的SB中，以產生一個備份；當包含著ATV數據分組頭的原始SB不能被糾錯時，用相應的備份SB來替換整個的有錯的SB。
特別地，當每個包括188位元組的兩個ATV數據分組被分配給5個SB時；如果，例如5個SB中的兩個包含著數據分組頭，則該兩個SB應該且能夠被按原樣記錄以產生一個備份。在重放時，如果SB被發現有錯並且不能糾正，那麼就用作為備份而記錄的相應SB來取代整個該SB。
當只包含圖象數據的SB有不顯著的錯誤時，圖象質量必然稍有變差。但是，即使稍有錯誤的數據被恢復成將要被輸入到ATV解碼器中的ATV比特流時，如果數據分組頭中無錯誤，那麼裝置將不會在作業系統中引起異常情況。除此之外，因為圖象數據本身包括異常的標誌，並且將標誌設置成表示在ATV數據分組頭中「出現錯誤」。
當被錄是ATV信號時，要進行保護的數據分組頭例如包括適配分組頭、PES分組頭等。作為其他的重要信息的例子，包括程序說明信息等。當有許多SB需要作備份時，為了達到記錄備份數據的目的，可以把要被記錄的搜索數據量設定成不大的數據量。
關於連結分組頭(link header)，因為每個數據分組有一個連結分組頭，當整個SB被保留用於備份時，不可能拷貝連結分組頭，因為這樣要有太多的SB將被備份。因此，當整個SB應被備份時，不記錄用於連結分組頭的拷貝。因此，當連結分組頭不能被糾錯時，有三種可能的方法來處理這種情況。即ATV數據分組本身應被放棄；連結分組頭中的出錯標誌應被置位；或者，通過根據相鄰ATV數據分組中的連結分組頭來猜測PID、連續性標誌和量化控制，以便將一種固定結構型式的SYNC以及在要被輸出的ATV中不使用的標誌附加到如此預測的數據中。在這些方法中，只要不引起系統故障，就可以應用其中任何一種。
為了實現如上的替換，可使用上述5個SB中的剩餘4個字節。在記錄時，這些備用數據區(1至4位元組)被分配給包含著將要被備份的ATV數據分組頭的SB並被用於編號。進行計數以便使備份SB和原始SB有相同號碼。因此，在重放時，如果不能糾正SB的錯誤，就用有相同號碼的備份SB代替這個SB。
後一種方法能同時備份圖象數據和重要數據，並且，此方法和只備份重要部分的方法相比時，從磁帶使用效率的角度看是降低了。但是，由於這種方法不影響字節-單元控制和字節-單元處理(這二者在處理ATV比特流中象數據分組頭這樣的短-長度數據等時都是必需的)，因而控制和處理電路能被簡化。
本發明可使用除上面實施例所用的之外的其它VCR，所謂的可同時重放的VCR即為其中之一。這種VCR使用雙晶片磁頭並且能夠在數據被記錄之後立即重放出數據。在可同時重放的VCR中，一個磁頭位於雙晶片磁頭的向前例(相對於磁鼓的旋轉方向是向前)，該磁頭記錄包含數據分組頭的SB，在該磁頭剛剛完成記錄之後，位於雙晶片磁頭後側的另一個磁頭將重放出這個在先剛剛記錄的SB以便檢查記錄情況。如果VCR檢測到SB的丟失情況，該設備就重放這個有問題的SB的正確數據並重新插入SB以將其記錄在正確的位置上。
為了實現以上操作，VCR需作為備份而存儲將被使用的每個SB，直到該同時重放裝置判斷出是否發生SB丟失為止。這種方法對於採取措施防止記錄中出現丟失是有效的。
下一步，將對搜索數據結構進行描述。我們假定，普通重放數據如上面所描述的那樣增加100SB，並且考慮將要被記錄的搜索數據量減少100SB的方法。與此同時在這個實施例中可被讀出的3倍速率搜索數據被限制在333SB以內(上述的(20))。在第一個實施例中，當3倍速率搜索數據被產生時，2.5位元組被分配給5個交流係數。如果這種分配減少到1.2位元組，從而總共2.1位元組被分配給Y-信號的直流分量和兩個色度信號以及交流分量，則3倍速率搜索數據量從395SB(14)減少到332SB(20)，這樣，就使數據量落在上面指定的333SB(20)的範圍之內。這時，剩餘的5SB(15)減少到1SB。這個剩餘的SB可被用於備份數據分組頭。
以除上述搜索數據準備方法之外的任何方法，通過改變比特分配、適當地選擇係數量、和選擇合適的塊，從而可自適當地改變搜索數據量。
現在，描述將視頻節目作為被編輯數據插入的情況。在這種情況下，如果要被插入的視頻節目的顯示時間大約和將要被視頻節目替代的磁帶上的數據的時間相等，那麼可以指望視頻節目平均量大約等於將被替代的磁帶上的數據的平均量。因此，可以基本上實施上述的對編輯工作有益的插入-記錄過程。因為在本發明中可以調整搜索數據量，即使兩個數據集合的數據量之間有些小的差異，也可能通過調整搜索數據量精確地將節目數據插入到將要被替代的數據之中。圖26A和26B說明插入記錄的情況，在圖26A和26B中，雙向箭頭指示GOP上的數據區域。
如在上面的第一實施例中所說明的那樣，因為SD-VCR處理的是用於記錄的、數據速率為24.94Mbps的數據而ATV比特流的數據速率是19.30Mbps，因而SD-VCR可記錄的數據是ATV系統的1.3倍。這就是說，如果所有用於搜索數據的區域都用於記錄將要被插入的視頻節目，則平均可以記錄如同記錄普通ATV比特流時的大約1.3倍的數據。但是，如果這樣地記錄數據，搜索畫面將不能被顯示。當如圖16和18那樣進行低比特速率信號的記錄時，輸出必須作為低比特速率信號來進行傳送。因此，數據區不能被完全地消除，但能在一定的範圍之內調整數據量。
即使將要被插入的數據量較少，也能在一定程度上通過將緩衝器控制和快進控制相組合來實現短數據的插入以及對其連續重放。例如，當將29分59秒的視頻節目插入到30分的區域中時，將在普通重放操作中顯示出1秒鐘的無用圖象。但是，這種操作被加以控制，從而使得與1秒相對應的各磁軌被「快進」，而在與快進相應的時間裡的顯示空白將被緩衝器中的圖象數據所填充。可以通過擴大緩衝器容量來增加空白時間，但是，緩衝器容量的增加加大了開銷。特別地，如果要使裝置能處理1分鐘空白，當數據速率是19.3Mbps(是1秒所要求的19.3M比特的60倍)時，緩衝器容量要求1.2G比特，從而造成費用的增加。這種方案有這樣的局限性，但是，如果數據量不是非常地不同，觀察者能夠連續地看到內容，而不會在被插入視頻節目的期間以及這之前和之後有不舒服的感覺。
在這種情況下，用戶有必要在插入視頻節目之前提前在用戶區中設定控制規程。將被設定的內容例如包括有多少條磁軌是快進的；以及經過多少秒之後數據開始被重放，並且被傳送給緩衝器；以及其它所需信息。
在第一實施例中，已經被記錄的視頻節目和新的、來自其它的源的視頻節目通常不能被單個VCR設備連續地記錄(需要兩個VCR設備)，但是通過有效地利用上述方案，可以用一個VCR來實現記錄，就象這兩個視頻節目是被連續地進行記錄那樣，儘管這裡存在著一定的限制性。
儘管是針對這樣的一種情況進行了上述所有特徵的描述的，這種情況就是將ATV比特流用來準備用於普通重放和用於特殊重放的數據，但是，本發明將不被限於此。這就是說，可以用相似的方法記錄及重放通過MPEG 2編碼的頻帶壓縮圖象數據。
本發明是用於提供一種記錄裝置，該裝置用於記錄用於ATV、HDTV等具有寬的帶寬的電視信號，近年來，作為不久的將來的高質量、具有寬屏顯示的電視裝置，它們吸引了廣大公眾注意。這就是說，本發明將提供這樣一種數字VTR，它能處理同時的廣播，或者它在記錄比特率為17至60Mbps的頻帶壓縮視頻節目時，能產生出具有相同的節目內容的相對的低比特率信號(有效抽樣被減半、有效行被減半的1.5-5Mbps)，並且使用了該相對的低比特率信號作為數據以用於特殊重放。
根據本發明，用於自適應地改變搜索數據量的設備，可使得將整數條磁軌分配給GOP從而來簡化編輯工作，儘管在採用利用可變長度碼的高效編碼方案的數字VTR中對整數條磁軌的分配曾經是困難的。因此，本發明的裝置將從來不從磁軌的中間開始進行記錄，並且將足夠的精度容差提供給設備中的機構以及使用於控制的精度可有足夠的容差(該控制作用用來維持可互換性，以使磁帶結構型式符合標準)，因此，該裝置適用於批量生產。
由於用於自適應地改變搜索數據量的該設備能夠形成和保護記錄區域，所以，可以錄製象數據分組頭ATV或MPEG 2比特流被保護記錄區那樣的重要部分，如果在原始的重要數據中出現錯誤並且不能被糾正，就用備份數據代替出錯數據。因此，本發明的裝置幾乎不會產生系統級別上的錯誤。
權利要求
1.一種數字記錄和重放裝置，既能用於記錄和重放用於普通重放的相對高的比特率數據，又能用於記錄和重放用於特殊重放的相對低的比特率數據，其特徵在於，適當地調整要被作為特殊重放數據來進行記錄的數據量，從而使用於記錄普通重放數據的記錄區易於被改變。
2.一種數字記錄和重放裝置，用於記錄和重放用高效編碼進行了頻帶壓縮的圖象，其特徵在於，當既有幀內信息又有幀間信息的數位訊號經處理以記錄和重放圖象時，相對高的比特率和相對低的比特率信號被同時地記錄到接近相同的位置上，並且全部或部分的相對低的比特率的信號被用於實現作為視頻記錄裝置不可缺少的功能的特殊重放，從而可自適應地改變用於特殊重放的數據量。
3.根據權利要求2的記錄和重放裝置，其特徵在於，一個用於自適應地改變特殊重放數據量的裝置被用於將以一定數目的幀作為一個單元來將圖象數據記錄在任意整數條磁軌上。
4.一種數字記錄和重放裝置，用於記錄和重放用高效編碼進行頻帶壓縮的圖象，其特徵在於，當既有幀內信息又有幀間信息的數位訊號經處理以記錄和重放圖象時，相對高的比特率和相對低的比特率的信號同時地被記錄在接近相同的位置上，相對低的比特率信號的全部或部分被用於實現特殊重放。
5.根據權利要求4的數字記錄重放裝置，其特徵在於，根據MPEG方案實現頻帶壓縮，並且圖象數據以一個序列作為一個單元被記錄到固定數目的磁軌上，所述序列包括至少一個GOP作為一個單元，而用於特殊重放的數據量可自適應地變化。
6.根據權利要求2的數字記錄和重放裝置，其特徵在於，其中，當通過在VCR磁帶上插入和替換已經被記錄的信號來記錄不同的視頻節目數據時，如果用於新的被插入視頻節目的數據量和平均數據量不同，可以自適應地調整用於特殊重放的數據量，從而使得用於新插入的視頻節目的數據只被記錄在磁帶上的規定區域中，並且從該區域被重放。
7.一種數字記錄和重放裝置，其特徵在於，其操作包括步驟接收輸入信號；將輸入信號分配到多個SYNC塊或相似物上，以便將數據記錄到VCR上；為了保護例如是被包括在輸入信號中的數據分組頭那樣的重要信息，將包括作為整體的重要信息或只包括例如數據分組頭那樣的重要部分的SYNC塊，記錄到事先為備用數據保留的數據區中；並且當重要數據出現任何錯誤且該錯誤不能被糾正時，用被記錄成備用數據的相應SYNC塊代替有錯誤數據的整個SYNC塊，或者用相應的重要部分取代錯誤數據本身。
8.根據權利要求7的數字記錄和重放裝置，其特徵在於，其中，可在高速操作模式下搜索被複製且記錄在備用記錄區中的數據分組頭。
9.根據權利要求7的記錄和重放裝置，其特徵在於，當既有幀內信息又有幀間信息的數位訊號經過處理來記錄和重放圖象時，相對高的比特率和相對低的比特率信號被同時地記錄在接近相同的位置上，相對低的比特率信號的全部或部分被用於完成特殊重放，從而，通過自適應地改變特殊重放的數據量，來建立用於包括重要部分或只有重要部分的SYNC塊及相似結構的備用數據的記錄區域。
10.一種數字記錄和重放裝置，包括同時重放磁頭；用於在用所述磁頭進行記錄時檢測同時地重放的數據分組頭中的誤碼的檢測電路，其特徵在於，當所述檢測電路在數據分組頭中檢測到誤碼時，記錄信號中的包含著數據分組頭的數據部分被重新插入到被記錄信號中，從而使數據能夠被正確地記錄。
全文摘要
同時記錄相同視頻節目的兩種數位訊號的數字記錄和重放裝置，由高效編碼產生的相對高的速率信號或相對低的速率信號被記錄在磁帶上大致相同的位置，當低比特率信號被普通重放和搜索-重放所共用時，或者當它只被用於搜索-重放時，調整搜索-重放數據量，這樣在一幀或一些幀上作為一個單元用於編輯工作的數據能被記錄到整數條磁軌上。
文檔編號H04N5/92GK1133532SQ9510841
公開日1996年10月16日 申請日期1995年7月14日 優先權日1994年7月14日
發明者野上浩昭, 片山浩誠 申請人:夏普公司