DE69424582T2

DE69424582T2 - Digitaler Videorecorder für hochauflösende Fernsehsignale mit Betriebsarten für spezielle Wiedergabe

Info

Publication number: DE69424582T2
Application number: DE69424582T
Authority: DE
Inventors: Saiprasad V. Naimpally
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2014-02-22
Also published as: CA2115976A1; US5589993A; EP0613297A2; EP0613297A3; CA2115976C; KR940020386A; JPH0759047A; EP0613297B1; DE69424582D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Videobandrecorder zur Aufzeichnung von hochauflösenden Fernseh-(HDTV; High Defmition Television)Signalen und insbesondere auf einen Recorder, welcher bewegungskompensierte komprimierte hochauflösende Fernsehsignale aufzeichnet und spezielle (trick-play) Merkmale bzw. Betriebsarten ermöglicht, wie zum Beispiel eine Betrachtung während eines schnellen Vorlaufs und Rücklaufs.
Digitale hochauflösende Fernseh-Erzeugungs- bzw. -Herstellungs-Verfahren wurden während mehrerer Jahre entwickelt. Diese Verfahren erzeugen gewöhnlich Fernsehbilder und Ton mit einer höheren Qualität als herkömmliche Fernsehsysteme. Um diese durchzuführen, befördern bzw. benötigen diese Systeme mehr Information, als in einem herkömmlichen Fernsehsignal vorhanden bzw. übermittelt ist.
Neuere Regulierungen bzw. Vorschriften, welche von der Federal Communications Commission (FCC) herausgegeben wurden, erfordern es jedoch, dass diese größere Menge einer Information innerhalb des gleichen Frequenzbandes gesendet wird, wie ein herkömmliches Fernsehsignal. Um dieses hoch auflösende Fernseh- (HDTV)Signal mit einer relativ großen Bandbreite in einen Standard-Fernsehkanal einzupassen, muss der Informationsgehalt des HDTV-Signals komprimiert werden.
Aufgrund des relativ großen Grades einer räumlichen Redundanz und einer zeitlichen Redundanz in den HDTV-Signalen können relativ große Grade bzw. Pegel einer Datenkompression bei den meisten Fernsehsignalen erzielt werden.
Ein Verfahren, durch welches eine räumliche Redundanz aus einem Fernsehsignal entfernt wird, besteht darin, eine Darstellung des Bildes in bzw. durch diskrete Kosinustransformation zu erzeugen. Diese Darstellung löst ein Vollbild (image frame) in Koeffizienten-Werte auf, welche dessen verschiedene räumliche Frequenzbestandteile darstellen. Teile eines Bildes, welche von Bildelement bzw. Pixel zu Pixel gleich sind oder welche ein Wiederholungsmuster aufweisen, werden von mehreren Pixel-Werten in eine relativ kleine Anzahl von Frequenz- Koeffizienten-Werten aufgelöst bzw. zerlegt. Zusätzlich können die hohen räumlichen Frequenzkoeffizienten grob quantisiert werden, um die Menge der Daten weiter zu verringern, verwendet wird, um das Bild darzustellen, weil das menschliche Auge weniger empfindlich bezüglich Quantisierungsfehlern bei Bildbestandteilen ist, welche hohe räumliche Frequenzen aufweisen, als bei Bildbestandteilen, welche relativ niedrige räumliche Frequenzen aufweisen.
Eine zeitliche Redundanz in einem Bild wird entfernt, indem nur die Bereiche eines gegebenen Vollbildes (frame) kodiert werden, welche sich von entsprechenden Bereichen eines vorangehend kodierten Vollbildes unterscheiden. Dies ist allgemein als prädiktive Kodierung bekannt. Eine zeitliche Redundanz kann weiter ausgenutzt werden, um noch größere Grade einer Datenkompression zu erhalten, durch das Durchführen einer Bewegungskompensation. Unter Verwendung dieses Verfahrens werden, bevor ein Bildblock kodiert wird, die Blöcke, welche diesen in einem vorangehenden kodierten Vollbild umgeben, nach einem Block durchsucht, welcher dem Block in dem aktuellen Vollbild am besten ähnelt bzw. am nächsten kommt. Der aktuelle Block wird dann von dem passenden Block in dem vorangehenden Vollbild subtrahiert. Die räumlichen Frequenz-Koeffizienten-Werte werden, basierend auf den Differenzen zwischen den zwei Bildblöcken, erzeugt. Ein beispielhaftes Videobild-Kompressions-System, welches bewegungskompensierende prädiktive Kodiertechniken verwendet, ist dasjenige, welches von der Motion Picture Experts Group (MPEG) vorgeschlagen wurde und in der Schrift mit dem Titel "Coded Representation of Picture and Audio Information" ISO- IEC/JTC1/SC2/WG11 N0010 MPEG 90/41 vom 25. Juli 1990 beschrieben ist.
Andere Kodiertechniken werden bei dem MPEG-System auch verwendet, wie zum Beispiel eine Lauflängen-(run-length)-Kodierung, bei welcher Abfolgen bzw. Strings von identischen Werten als eine kleinere Anzahl von Werten kodiert werden; und eine Kodierung mit variabler Länge, bei welcher häufig auftretende Datenwerte einem digitalen Kodewert zugeordnet bzw. zugewiesen sind, welcher eine geringere Anzahl an Bits aufweist, als weniger häufig auftretende Datenwerte.
Welche Kodierungstechnik auch immer verwendet wird, das HDTV-Signal muss dekodiert werden, bevor es dargestellt werden kann. Für prädiktiv kodierte oder bewegungskompensierte prädiktiv kodierte HDTV-Signale kann die Dekodiervorrichtung einen oder mehrere Vollbildspeicher aufweisen, welche Bilder speichern, welche schon dekodiert wurden. Die Pixelwerte, welche in diesen Speichern gespeichert sind, werden verwendet, um die prädiktiv kodierten Daten in dem aktuellen Vollbild zu rekonstruieren bzw. wieder herzustellen.
Unter Verwendung der MPEG-Kodiertechniken können HDTV-Signale mit einer Datenrate von zwischen 600 und 1200 Megabits pro Sekunde (Mbps) komprimiert werden, um ein Signal mit einer Datenrate von weniger als 20 Mbps zu erzeugen. Wie bei anderen terrestrischen Rundfunksignalen wollen die Verbraucher dazu fähig sein, Signale wiederzugeben und aufzuzeichnen, welche hoch auflösende Videobilder darstellen, mit nur einer geringen oder keiner Beeinträchtigung der Auflösung.
Bei einer ersten Analyse sollte das Komprimieren von HDTV-Signalen für das Aufzeichnen der Signale auf zu Hause verwendete Videobandrecorder (VTR's; Video Tape Recorders) vorteilhaft sein, weil diese Einheiten bzw. Geräte gewöhnlich nur eine begrenzte Bandbreite aufweisen, welche zur Aufzeichnung von Videosignalen verfügbar ist. Zum Beispiel offenbart eine Schrift von C. Yamamitsu u. a. mit dem Titel "A Study on Trick-plays For Digital VCR", IEEE Transactions on Consumer Electronics, Auflage 37, Nr. 3, August, 1991, Seiten 261-266 einen zu Hause verwendbaren VCR mit einer Aufzeichnungsrate von 27 Megabits pro Sekunde (Mbps). Ein gewöhnliches HDTV-Signal hat vor der Kodierung eine Bit- Rate von 600 Mbps. Kompressionsverfahren, wie zum Beispiel MPEG, können diese HDTV-Signale verringern, so dass diese eine Bit-Rate von ungefähr 18 Mbps aufweisen, ohne die Bildqualität merkbar zu verschlechtern bzw. beeinträchtigen, wenn das komprimierte Signal expandiert bzw. dekomprimiert wird.
Das Problem bei prädiktiv kodierten HDTV-Signalen tritt nicht bei der Aufzeichnung oder bei normalen Rücklauf-Betriebsarten auf, sondern bei speziellen (trick-play) Betriebsarten, wie zum Beispiel ein schneller Vorlauf und Rücklauf, bei welchen das Videobild bei einer höheren Rate angezeigt wird, als diejenige, bei welcher es aufgezeichnet wurde.
Das Problem ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Fig. 1 zeigt die Spur- Abtast-(scanning)Sequenz einer vorher aufgezeichneten Videoinformation während eines normalen Rücklaufs. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden Teilstücke des Videobildes 110, 112, 114 und 116 in einer Reihenfolge bzw. Sequenz abgetastet, wenn der Bandkopf sich entlang der Spur 0 bewegt. Jedes dieser Teilstücke stellt die gleiche Anzahl der Pixel in dem wiedergegebenen Bild dar. Wie in der Figur gezeigt, kann jedoch die Datenmenge in einem Teilstück sich von Teilstück zu Teilstück verändern. Diese Veränderung der Menge der Daten in einem Teilstück tritt aufgrund der relativen Kodier-Wirkungsgrade der Teilstücke in dem ursprünglichen HDTV-Signal auf. Teilstücke, welche stille bzw. ruhende Bereiche eines Mehrfachrahmen- bzw. Mehr-Vollbild-(multi-frame)Bildes darstellen, oder welche Teilstücke darstellen, welche eine relativ geringe Veränderung aufweisen, können unter Verwendung einer relativ kleinen Anzahl von Datenwerten kodiert werden. Bildteile, welche einen hohen Detaillierungsgrad aufweisen und keine entsprechenden Teilstücke bzw. Bereiche in vorher kodierten Vollbildern aufweisen, können eine erheblich größere Anzahl an Datenwerten benötigen, wenn diese kodiert werden.
Wenn die Bildsignale von dem Band während eines normalen Rücklaufs gelesen werden, wird jedes Teilstück von jedem Vollbild von dem Band in Reihenfolge gelesen. Wenn das Kodierverfahren, welches die HDTV-Signale erzeugt, prädiktive Kodier-Techniken verwendet, enthalten die aufgezeichneten Daten beides: selbstkodierte (intra-frame coded) Daten und prädiktiv kodierte Daten. Bei einem normalen Rücklauf, wenn die Daten von dem Band genommen bzw. gelesen werden, werden die Pixel-Werte für die selbstkodierten Vollbilder (intra-frames) in einem Speicher gespeichert und sind zur Verwendung beim Rekonstruieren der prädiktiven Vollbildern verfügbar.
Fig. 2 veranschaulicht die Spur-Abtast-(scanning)Sequenz während einer speziellen Schnell-Vorlaufbetriebsart. Bei dieser Betriebsart werden anstelle des sequentiellen Abgreifens bzw. Lesens der Teilstücke 110, 112, 114 und 116, die Teilstücke in der Sequenz bzw. Reihenfolge 110, 118, 120, 122 und 124 wiedergewonnen bzw. gelesen. Wie in dieser Figur gezeigt, werden einige Teilstücke, zum Beispiel die Teilstücke 112, 114, 116, 119 und 121, nie von dem Band gelesen. Wenn einige dieser Teilstücke (z. B. 112 und 114) von einem selbstkodierten Vollbild stammen, dann werden die entsprechenden bzw. zugehörigen Datenwerte nicht verfügbar sein, wenn die entsprechenden Teilstücke (z. B. 122 und 124) eines prädiktiven Vollbildes, welches auf dem selbstkodierten Vollbild basiert, von dem Band gelesen werden. Folglich kann es unmöglich sein, das prädiktive Vollbild zur Anzeige zu rekonstruieren bzw. wiederzugeben.
Aufgrund der Schwierigkeiten beim Lesen bzw. Wiederherstellen der prädiktiven Vollbilder bei speziellen (trick-play) Betriebsarten, haben die meisten der vorgeschlagenen Verfahren zum Aufzeichnen von digital komprimierten (Bit-Raten verringerten) Signalen die Kodiertechniken beschränkt, welche verwendet wurden, um Daten zur Aufzeichnung auf VTR's zu kodieren, um prädiktive Vollbilder auszuschließen. Beispielhafte Systeme dieses Typs sind in einem Artikel von C. Yamamitsu u. a. beschrieben mit dem Titel "An Experimental Study for a Home- Use Digital VTR", IEEE Transactions on Consumer Electronics, Auflage 35, Nr. 3, August 1989, Seiten 450-457, und in einem Aufsatz von J. Lee u. a. mit dem Titel "A Study on New DCT-Based Bit Rate Reduction Algorithm and Variable Speed Playback For A Home-Use Digital VCR", IEEE Transactions 011 Consumer Electronics, Auflage 38, Nr. 3, August 1992, Seiten 236-242. Wie oben beschrieben, können diese Systeme Daten nicht mit dem Wirkungsgrad eines Systems komprimieren, welches prädiktive Vollbilder verwendet, weil diese Systeme keine prädiktiven Vollbilder verwenden. Folglich können diese für die gleichen Kompressionsverhältnisse nicht die gleichen Detaillierungsgrade bei dem wiedergegebenen Bild als ein System erzielen, wie zum Beispiel MPEG, welches bewegungskompensierende prädiktive Kodier-Techniken verwendet.
Die EP 0 353 758 A2 offenbart eine Video-Daten-Aufzeichnungs-Vorrichtung, welche Video-Daten aufzeichnet, indem eine Anzahl von parallelen Spuren zueinander auf einem Aufzeichnungsmedium ausgebildet werden, wobei eine Periode, in welcher jede der Spuren ausgebildet ist, nicht ein ganzzahliges Vielfaches einer Periode der Zeit ist, für welche bzw. während welcher ein Feld bzw. Teilbild eines Videosignals aufgezeichnet wird, und wobei ein Zeit-Kode bei einer konstanten Position bei jeder der Spuren aufgezeichnet wird.
Die EP 0 606 857 A2, welche nach dem Prioritätstag des vorliegenden Patents veröffentlicht wurde, offenbart einen digitalen Video-Band-Recorder (VTR; Video Tape Recorder), welcher Daten auswählt, welche zur Erzeugung von Bildern während speziellen Rücklauf-Betriebsarten nützlich sind, und zeichnet die Daten in speziellen Abspiel-(trick-play)Band-Segmenten bzw. -Teilstücken auf, welche auf einem Band angeordnet sind, um schnelle Abtastspuren und Mehrfach- Geschwindigkeits-Rücklauf-Spuren auszubilden. Jede der schnellen Abtastspuren weist spezielle Abspiel-(trick-play)Band-Segmente auf, welche in einer Diagonale angeordnet sind, relativ zu der Länge des Bandes, unter dem gleichen Winkel, wie der Winkel, mit welchem die Köpfe eines VTR sich voraussichtlich über das Band bewegen, während einer speziellen Abspiel-Betriebsart bei einer bestimmten Geschwindigkeit und Richtung der Betriebsart. Jede Mehrfach-Geschwindigkeits- Rücklaufspur weist eine Mehrzahl von speziellen Abspiel-Band-Segmenten auf, welche parallel zu der Länge des Bandes angeordnet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in einem digitalen VCR verkörpert, welcher HDTV- Signale aufzeichnet, welche beides aufweisen: selbstkodierte (intra-coded) und prädiktive Rahmen bzw. Vollbilder (frames), auf eine Art, welche eine spezielle (trick-play) Anzeige der aufgezeichneten Videosignale ermöglicht. Die Vorrichtung umfasst eine Quelle der HDTV-Signale und einen Schaltkreis, welcher mit der Quelle gekoppelt bzw. verschaltet ist, zum Erzeugen eines Signals, welches ein Bild mit niedriger Auflösung darstellt. Die Quelle der HDTV-Signale ist auch mit einem Schaltkreis gekoppelt, welcher expandierte (d. h. nicht komprimierte) Daten erzeugt, welche HDTV-Signale darstellen. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung einen Schaltkreis, welcher beide unterteilt bzw. teilt: den Datenstrom mit niedriger Auflösung und den komprimierten HDTV-Datenstrom, in jeweilige Segmente bzw. Abschnitte. Die Segmente, welche das Bild mit niedriger Auflösung darstellen bzw. repräsentieren, sind mit den Segmenten verschachtelt bzw. versetzt (interleaved), welche die HDTV-Signale darstellen, und ein kombinierter Datenstrom wird auf dem Band aufgezeichnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 (Stand der Technik) ist eine grafische Darstellung eines Segments eines Videobandes, welche den Abtast-(scan)Weg der Videoköpfe in einem normalen Modus bzw. Betriebsart veranschaulicht.
Fig. 2 (Stand der Technik) ist eine grafische Darstellung eines Segments eines Bandes, welche den Abastweg der Videoköpfe in einer speziellen (trick-play) Betriebsart veranschaulicht.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Video-Kodier-Systems, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 3a ist ein Blockdiagramm eines alternativen Video-Kodier-Systems, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Schaltkreises, welcher zur Verwendung beim Wiedergewinnen bzw. Lesen von Daten zur Anzeige von dem Band geeignet ist, wobei die Daten unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Verarbeitungssystems kodiert wurden.
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die Struktur des verschachtelten Datenstroms veranschaulicht, welcher von dem in Fig. 3 gezeigten Schaltkreis erzeugt wird.
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung eines Segments des Bandes, welches unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Schaltkreises hergestellt bzw. erzeugt wurde, und welches den Abtastweg der Videoköpfe in einer speziellen (trick-play) Betriebsart veranschaulicht.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines HDTV-Kodierers, welcher verschachtelte hochauflösende und niedrigauflösende kodierte Datenströme erzeugt, welche ein Bild darstellen.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Schaltkreises, welcher zur Aufzeichnung des verschachtelten Datenstroms geeignet ist, welcher von dem in Fig. 7 gezeigten Schaltkreis erzeugt wurde.

Ausführliche Beschreibung

Überblick

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei getrennte Datenströme, welche das HDTV-Videosignal darstellen, erzeugt, wobei einer dieser Datenströme ein komprimiertes HDTV-Signal ist, welches, wenn es wiedergewonnen bzw. gelesen und angezeigt bzw. dargestellt wird, ein voll- bzw. hoch-auflösendes HDTV-Bild erzeugt. Der zweite Datenstrom stellt ein Bild mit niedriger Auflösung dar, welches ausreichend zur Anzeige bzw. Darstellung in speziellen (trick-play) Betriebsarten ist, und welches effizient bzw. wirksam auf eine relativ kleine Anzahl von Datenwerten komprimiert werden kann, unter Verwendung von nur selbst- (intra-frame)kodierenden Techniken.
Jeder dieser Datenströme wird in relativ kleine Datensegmente bzw. -teilstücke unterteilt. Die Segmente von mindestens einem der Datenströme werden durch einen Kopf bzw. Header identifiziert und auf dem Band aufgezeichnet. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Segmente niedriger Auflösung in der Länge fixiert bzw. festgelegt, werden durch die Header identifiziert und sind mit den Segmenten, welche Daten für das hochauflösende Bild enthalten, verschachtelt. Die Header-Information für die Segmente mit niedriger Auflösung gibt die Pixel-Anordnung der Bilddaten an, welche von dem Segment in dem Vollbild (image frame) transportiert bzw. befördert wird.
Alternativ können beide, die niedrigauflösenden Segmente und die hochauflösenden Segmente, in ihrer Länge variabel sein, wobei die Segmente mit niedriger Auflösung eine festgelegte maximale Länge aufweisen. In diesem Fall enthalten die Header der Segmente mit niedriger Auflösung wünschenswert ein Feld, welches die Länge des Segments angibt.
Wenn die Daten-Segmente mit niedriger Auflösung in einer speziellen Betriebsart wiedergewonnen bzw. gelesen werden, werden die wiedergewonnenen Daten- Werte in einem Vollbild-Speicher gespeichert, welcher verwendet wird, um die Anzeige während einer speziellen Betriebsart zu erzeugen. Durch die Verwendung von herkömmlichen Fehler-Verbergungs- bzw. -Verdeckungs-Techniken können die wiedergewonnenen Bilddaten mit niedriger Auflösung verwendet werden, um ein Bild zu erzeugen, welches für spezielle Betriebsarten ausreichend ist, wie zum Beispiel solche, welche während eines schnellen Vorlaufs und Rücklaufs dargestellt werden, wobei es ermöglicht wird, dass ein voll- bzw. hoch-auflösendes HDTV- Signal (d. h. die hoch auflösenden Segmente) während normalen Betriebsarten wiedergewonnen und dargestellt werden.
Während eines normalen Ablaufs wird der kombinierte Datenstrom wiedergewonnen und demultiplext, um den ursprünglichen HDTV-Datenstrom zu regenerieren, welcher dann durch einen herkömmlichen HDTV-Dekoder expandiert wird. Das wiedergewonnene expandierte HDTV-Signal wird dann als ein hochauflösendes HDTV-Bild dargestellt.

Ausführliche Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen

Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Rundfunk HDTV-Signal durch den Empfänger 308 demoduliert, um ein komprimiertes Basisband-Videosignal zu erhalten. Dieses Signal wird parallel an einen HDTV-Dekoder 310 und ein Verzögerungselement 320 angelegt. Der Dekoder 310 expandiert das komprimierte Signal, um das vollständige hochauflösende HDTV-Videosignal wieder herzustellen. Wiederhergestellte Leuchtdichte- und Farbwert- bzw. Chrominanz-Bestandteile, welche von dem Dekoder 310 erzeugt werden, werden an den Schaltkreis 312 angelegt, welcher das Signal tiefpass-filtert und dezimiert bzw. verringert, um Abtastwerte bzw. Einzelwerte (samples) zu erzeugen, welche das gleiche Bild darstellen, jedoch bei einer viel niedrigeren Auflösung.
Die Leuchtdichte- und Farbwert- bzw. Chrominanz-Abtastwerte, welche von dem Filter- und Dezimier-Schaltkreis 312 erzeugt werden, werden an einen Kodierer 314 angelegt, welcher die Abtastwerte komprimiert, welche das niedrig auflösende Video-Bild darstellen, nur unter Verwendung von selbstkodierenden Techniken. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen diese Techniken eine diskrete Kosinustransformation, adaptive Quantisierung, eine Lauflängen-(run-length)-Kodierung und eine Kodierung mit variabler Länge.
Das kodierte Signal mit niedriger Auflösung, welches von dem Schaltkreis 314 geliefert bzw. zur Verfügung gestellt wird, wird an einen Schaltkreis 316 angelegt, welcher die Daten in relativ kleine Blöcke unterteilt, welche eine festgelegte Länge aufweisen können, und fügt eine Header-Information bei dem Beginn eines jeden Blocks ein. Die Daten werden so unterteilt bzw. segmentiert, dass die Pixel-Werte, welche von jedem Block dargestellt werden, ohne eine Bezugnahme auf irgendeinen anderen Block wiedergewonnen werden können. Wenn ein Segment größer ist, als erforderlich ist, um einen komprimierten Block aufzunehmen, wird der verbleibende Platz in dem Segment mit Dummy-Daten-Werten aufgefüllt. Alternativ können die komprimierten Segmente mit niedriger Auflösung in ihrer Länge variabel sein, bis zu einer festen maximalen Länge. In diesem Fall kann die Länge des niedrig auflösenden Segments in dem Segment-Header gespeichert sein.
Wie oben beschrieben, werden die komprimierten Basisband-Video-Daten auch an ein Verzögerungselement 320 angelegt. Dieses Element kompensiert bezüglich Verarbeitungsverzögerungen durch den HDTV-Dekoder 310, den Filter- und Dezimier-Schaltkreis 312 und den Selbst-Kodier-Schaltkreis 314. Die verzögerten Abtastwerte, welche von dem Verzögerungselement 320 zur Verfügung gestellt bzw. geliefert werden, werden an den Schaltkreis 322 angelegt, welcher die Daten in Segmente unterteilt und wahlweise eine Header-Information bei dem Start eines jeden Segments einfügt.
Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung stellt jedes Segment der Daten mit niedriger Auflösung wünschenswert einen Teil eines Bildes dar, welches ohne eine Bezugnahme auf irgend ein anderes Segment dekodiert werden kann. Das heißt, dass jedes Segment der Daten mit niedriger Auflösung ein unabhängiges Teilstück des Bildes mit niedriger Auflösung darstellt.
Die Segmente des Bildes mit hoher Auflösung sind nicht so beschränkt. Weil die Daten in diesen Segmenten rekombiniert werden, bevor das Bild mit hoher Auflösung angezeigt wird, wie unten unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, kann ein Teilstück des Bildes mit hoher Auflösung über mehrere hochauflösende Datensegmente aufgeteilt werden.
Die Segmente, welche von dem Schaltkreis 322 erzeugt werden, werden an einen Signal-Eingabe-Anschluss eines Multiplexers 318 angelegt, wobei der andere Signal-Eingabe-Anschluss davon so verschaltet ist, um die Segmente des Signals mit verringerter Auflösung zu empfangen, welches von dem Schaltkreis 316 zur Verfügung gestellt wird. Die Schaltkreise 316, 318 und 322 werden alle von dem Schaltkreis 328 gesteuert, welcher in Reaktion auf die Signale, welche von einem VTR (nicht gezeigt) geliefert werden, abwechselnd Segmente, welche von dem Schaltkreis 316 und dem Schaltkreis 322 geliefert werden, an einen Schaltkreis 326 anlegt, welcher die Datenwerte zur Aufzeichnung formatiert. Der Schaltkreis 326 kann zum Beispiel einen Fehler-Korrektur-Kode-(ECC; Error Correction Code) Kodierer, einen Kanal-Kodierer und einen Aufzeichnungs-Verstärker aufweisen.
Die Steuersignale, welche von dem Schaltkreis 328 von dem VTR empfangen werden, ermöglichen es dem in Fig. 3 gezeigten Kodierer die Segmente der Video-Information mit hoher Auflösung und der Video-Information mit verringerter Auflösung bei vorgegebenen Stellen in jeder Spur auf dem Band anzuordnen. Diese Anordnung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.
Zusätzlich zur Aufzeichnung von Basisband-Video-Signalen ermöglicht der in Fig. 3 gezeigte Schaltkreis, dass hochauflösende Luminanz-(Y) Signale und Chrominanz-(C) Signale kodiert und aufgezeichnet werden. Die zum Beispiel von einer hochauflösenden Videokamera erzeugten Y- und C-Signale werden parallel an einen HDTV-Kodierschaltkreis 324 und an den Tiefpassfilter- und Dezimier- Schaltkreis 312 angelegt. Der Schaltkreis 312 arbeitet auf die oben beschriebene Art, um segmentierte bzw. unterteilte Daten zu erzeugen, welche ein Bild mit niedriger Auflösung bei dem Ausgabeanschluss des Schaltkreises 316 zum Einfügen des Headers darstellen. Der HDTV-Kodierer 324 verarbeitet andererseits die Signale Y und C, um komprimierte Daten zu erzeugen, welche ein HDTV-Bild darstellen. Der Kodierer 324 kann nur selbstkodierende Kodier-Techniken verwenden, wie zum Beispiel eine diskrete Kosinustransformation und eine Kodierung mit variabler Länge, oder kann wahlweise ein herkömmlicher MPEG- Kodierer sein, welcher bewegungskompensierende prädiktive Kodiertechniken verwendet. Das Ausgangssignal, welches von dem HDTV-Kodierer 324 geliefert wird, wird an einen Schaltkreis 322 angelegt, wie oben beschrieben, anstelle des verzögerten komprimierten Basisband-Videosignals.
Fig. 3a ist eine alternative Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten Verarbeitungssystems. Bei diesem alternativen System wurde der Filter- und Dezimier-Schaltkreis 312 entfernt. Die von diesem Schaltkreis durchgeführten Arbeitsschritte sind in einem modifizierten partiellen bzw. Teil-HDTV-Dekodierer 310' und einem modifizierten selbstkodierenden (intra-frame) Kodierer 314' mit niedriger Frequenz enthalten.
Um die Arbeitsweise des modifizierten Dekodierers 310' und des modifizierten Kodierers 314' zu verstehen, ist es nützlich, die diskreten Kosinustransformationen zu verstehen. Allgemein verarbeitet eine diskrete Kosinustransformations- Verknüpfung einen Block von zum Beispiel 64 Pixeln, welche in einer 8 · 8 Matrix angeordnet sind, um 64 Koeffizientenwerte zu erzeugen, welche die relativen räumlichen Frequenzbestandteile der Pixel in dem Block darstellen. Ein beispielhafter Block der Koeffizienten, welche durch eine diskrete Kosinustransformationsverknüpfung erzeugt werden, ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Bei diesem beispielhaften Koeffizientenblock stellt der Koeffizient Coo die Amplitude des Mittelwert- bzw. Gleichstrom-(DC)Bestandteils der Pixel-Werte in dem Block dar. Die Koeffizienten C&sub0;&sub1; bis C&sub6;&sub3; stellen sukzessiv bzw. aufeinanderfolgend höhere räumliche Frequenzbestandteile des Bildes dar, welches von dem Block der Pixel gebildet wird. Der Teil-HDTV-Dekodierer 310' maskiert den Block der DCT-Koeffizienten wie in Tabelle 2 veranschaulicht, so dass es nur 16 Koeffizienten in jedem Block gibt, welche von Null verschieden sind, nämlich die Koeffizienten in dem oberen linken Quadranten. Tabelle 2
Weil die Koeffizienten, welche relativ hohe räumliche Frequenzbestandteile darstellen, auf Null gesetzt werden, ist das Ergebnis, welches durch das Dekodieren dieses Blocks der DCT-Koeffizienten erhalten wird (d. h. die inverse DCT-Transformation des maskierten Blocks der Koeffizienten) ein tiefpassgefiltertes Signal. Durch das Dezimieren der Pixel in dem Block um 2 zu 1 in beiden Richtungen, horizontal und vertikal, kann das Bild um einen Faktor von vier dezimiert bzw. verkleinert werden.
Wenn die komprimierten Basisband-Videosignale bewegungskompensierte prädiktive bzw. vorausbestimmte Vollbilder darstellen, kann es wünschenswert sein, die Bewegungsvektoren, welche die Blöcke oder Makro-Blöcke der komprimierten Pixel begleiten bzw. zugeordnet sind, so einzustellen, dass die Bewegungsvektoren weiterhin auf die entsprechenden Blöcke oder Makro-Blöcke von den geeigneten vorher dekodierten Vollbildern zeigen. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist jede Komponente des Bewegungsvektors wünschenswert durch zwei geteilt, weil der partielle bzw. Teil-Dekodierer 310' ein expandiertes Bild erzeugt, welches um 4 zu 1 dezimiert ist, in Bezug auf das hochauflösende Bild. Es ist wichtig, dass der Referenz-Bild bzw. -Rahmen- Speicher, welcher das wiederhergestellte Bild zur weiteren Dekodierung speichert, nur ein Viertel der Größe eines vollen HDTV-Bild bzw. -Rahmen-Speichers aufweisen muss.
Der selbstkodierende (intra-frame) Kodierer mit niedriger Frequenz 314' komprimiert das Signal mit niedriger Auflösung durch das Neuanordnen der Pixel in Blöcken (reblocking) in dem dezimierten Bild in 8 · 8 Blöcke, wandelt diese Blöcke in DCT-Koeffizienten um, wendet eine adaptive Quantisierung und eine Kodierung mit variabler Länge an, mit der Beschränkung, dass eine bestimmte festgelegte Anzahl von 8 · 8 Blöcken der Pixel durch eine festgelegte maximale Anzahl von Bits kodiert wird (d. h. die maximale Länge eines Blocks mit niedriger Auflösung).
Der Rest des in Fig. 3a gezeigten Schaltkreises arbeitet identisch zu dem in Fig. 3 gezeigten und ist demzufolge nicht im Detail beschrieben.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des Schaltkreises in dem VTR, welcher die Daten von dem Band wiedergewinnt und entweder das hochauflösende HDTV-Signaloder das niedrigauflösende Signal zur Anzeige zur Verfügung stellt, in Abhängigkeit von der Position eines Schalters für eine spezielle Betriebsart (trick-play) 432.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Verarbeitungsschaltkreis werden die Daten von dem Band dem Schaltkreis 410 zur Verfügung gestellt, welcher die Daten dekodiert, um die digitalen Werte wieder herzustellen bzw. zu reproduzieren. Der Dekodier- Schaltkreis 410 kann zum Beispiel einen Kopf-Verstärker, einen Detektor und einen ECC-Dekodierer aufweisen. Digitale Werte, welche von dem Schaltkreis 410 zur Verfügung gestellt werden, werden an einen Demultiplexer 418 angelegt. Zusätzlich liefert der Schaltkreis 410 Signale an einen Schaltkreis 412, welcher die Header-Information in dem aufgezeichneten Datenstrom erkennt und Segmente der Bildsignale mit niedriger Auflösung und hoher Auflösung identifiziert bzw. bestimmt.
Die Segment-Identifikations-Information, welche von dem Schaltkreis 412 erzeugt wird, wird an einen Steuerschaltkreis 416 angelegt. Der Schaltkreis 416 erzeugt ein Ausgangssignal, welches an dem Steuereingangsanschluss eines Demultiplexers 418 angelegt wird. In Reaktion auf dieses Signal legt der Demultiplexer 418 Blöcke von Daten, welche das Signal mit niedriger Auflösung darstellen, an den Schaltkreis 420 an, und Blöcke von Daten, welche das Bild mit hoher Auflösung darstellen, an den Schaltkreis 422. Unter der Steuerung des Schaltkreises 416 entfernt bzw. löscht der Schaltkreis 420 die Header-Information von den kodierten Video-Daten mit niedriger Auflösung und legt das Ergebnis an den selbstdekodierenden (intra-frame) Dekodier-Schaltkreis 424 an. Der Schaltkreis 424 kehrt die selbstkodiert (intraframe) Kodierung um, welche von dem Schaltkreis 314 durchgeführt wurde, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, um Luminanz-(YL) und Chrominanz-(CL) Signale mit niedriger Auflösung zu erzeugen. Diese Signale werden an einen Vollbild-(frame)Speicher 426 mit niedriger Auflösung angelegt.
Der Steuerschaltkreis 416 steuert auch den Schaltkreis 422, und verursacht, dass dieser jede Header-Information, welche an die Segmente von hochauflösenden kodierten Video-Signalen angehängt wurde, löscht bzw. entfernt. Wie oben beschrieben, bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, gibt es keine Header-Information bei den hochauflösenden Blöcken, nur bei den niedrig auflösenden Blöcken.
Der Schaltkreis 422 rekombiniert auch die Segmente des Bildes mit hoher Auflösung in einen Datenstrom, welcher im wesentlichen identisch zu dem in Fig. 3 gezeigten komprimierten empfangenen Basisband-Video-Signal ist. Das Signal, welches von dem Schaltkreis 422 erzeugt wird, wird an einen HDTV-Dekodierer 428 angelegt, welcher dieses verarbeitet, um voll- bzw. hoch auflösende Luminanz- (YH) und Chrominanz-(Ca)Komponenten HDTV-Signale zu erzeugen.
Die Signale YL' und CL', welche von dem Vollbildspeicher 426 wiedergewonnen bzw. ausgelesen werden, werden an ein Paar der Eingabeanschlüsse eines Multiplexers 430 angelegt, wobei die Signale YH und CH, welche von dem HDTV- Dekoder 428 erzeugt werden, an ein zweites Paar von Signal-Eingabe-Anschlüssen des Multiplexers 430 angelegt werden. Der Multiplexer 430 wird durch den Schalter 432 für eine spezielle Betriebsart gesteuert, um die niedrigauflösenden Signale in einem speziellen (trick-play) Anzeige-Modus zur Verfügung zu stellen und die hoch auflösenden Signale in einem normalen Abspielmodus zur Verfügung zu stellen.
Um mit dem in Fig. 3a gezeigten Schaltkreis kompatibel zu sein, wird daran gedacht, dass der selbst-(intra)dekodierende Schaltkreis 424, welcher in Fig. 4 gezeigt ist, eine modifizierte bzw. geänderte DCT-Koeffizienten-Maske verwenden kann, wie zum Beispiel diejenige, welche in Tabelle 2 gezeigt ist, und dass der Vollbild-Speicher 426 mit niedriger Auflösung eine Anzahl von Zellen aufweisen kann, welche ungefähr 1/4 der Anzahl der Zellen beträgt, welche normal verwendet werden würden, um ein voll- bzw. hoch-auflösendes HDTV-Video-Bild zu speichern. Bei dieser alternativen Ausführungsform kann es wünschenswert sein, jeden Pixelwert und jede Zeile der Pixelwerte, welche aus dem Vollbildspeicher 426 gelesen wird, dreimal zu wiederholen, um eine Anzeige mit niedriger Auflösung zu erzeugen, welche die gleiche Größe aufweist, wie die Anzeige mit hoher Auflösung.
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die Struktur des Signals veranschaulicht, welches von dem Multiplexer 318 der Fig. 3 und 3a zur Verfügung gestellt wird, und des Signals, welches an den Demultiplexer 418 von Fig. 4 angelegt wird. Wie bei diesem Zeitablaufdiagramm gezeigt, wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein vollständiges HDTV-Video-Bild durch 50 zusammengesetzte bzw. verbundene Segmente dargestellt, wobei jedes zusammengesetzte Element einen Header 510, ein Bildsegment 512 mit niedriger Auflösung und ein Bildsegment 514 mit hoher Auflösung aufweist. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Segmente mit niedriger Auflösung eine festgelegte Länge auf und wird bei einer vorgegebenen Stelle auf dem Videoband aufgezeichnet. Dies ist in Fig. 6 veranschaulicht, welche die Spur 610 und 612 zeigt, welche von den VTR-Köpfen bei einer speziellen Betriebsart bei dem Fünffachen der normalen Geschwindigkeit durchlaufen wird. Es wird daran gedacht, dass die Segmente mit niedriger Auflösung bei Stellen auf der Bandspur aufgezeichnet werden können, welche nicht genau festgelegt sind. Dies könnte zum Beispiel durchgeführt werden, wenn Datensegmente mit niedriger Auflösung und variabler Länge verwendet würden. Die Segmente würden jedoch bei Intervallen bzw. Abständen entlang des Bandes aufgezeichnet werden, welche ausreichend sind, um sicherzustellen, dass bei speziellen Betriebsarten ein Bruchteil der Segmente (z. B. 1/2, 1/3, 1/4, etc.) wiedergewonnen bzw. gelesen werden könnte, was in einem umgekehrten bzw. inversen Verhältnis zu der Bandgeschwindigkeit (z. B. 2x, 3x, 4x, etc.) steht. Selbst wenn die Blöcke mit niedriger Auflösung eine variable Länge aufweisen können, ist es wünschenswert, deren Länge auf irgendeine definierte maximale Länge zu begrenzen. Diese Länge kann zum Beispiel die maximale Menge der Daten sein, welche von einem Band-Kopf wiedergewonnen werden kann, wenn dieser entlang einer Spur mit seiner höchsten Geschwindigkeit scannt bzw. abtastet.
Wie bei dieser Figur gezeigt, nimmt der Band-Kopf, welcher der Spur 610 folgt, die Segmente 510, 620, 622, 624 und 626 mit niedriger Auflösung auf. Weil die Bilddaten in diesen Segmenten selbstkodierte Daten mit niedriger Auflösung sind, welche ein Teilstück des Bildes mit niedriger Auflösung darstellen, können die Bildelemente, welche durch diese Daten dargestellt werden, ohne Bezugnahme auf irgendwelche anderen Segmente wiedergewonnen und dargestellt werden.
Die Größe der Segmente mit niedriger Auflösung relativ zu den Segmenten mit hoher Auflösung und die Platzierung bzw. Anordnung der beiden Arten der Segmente auf dem Band sind wichtige Überlegungen. Im allgemeinen würden diese Faktoren bei verschiedenen HDTV-Formaten schwanken bzw. sich verändern. Als ein Beispiel wird ein MPEG HDTV-Formal ausgewählt, bei welchem kodierte Daten, welche ein Bild mit hoher Auflösung darstellen, bei einer Datenrate von 18 Mbps zur Verfügung gestellt werden. Weil Vollbilder (frames) 30 mal pro Sekunde aktualisiert werden, wird die durchschnittliche Vollbild-Länge für das hochauflösende Bild FLH durch die Gleichung (1) definiert:
FLH = 18 · 10&sup6;/30 = 600000 (1)
Einzelne Vollbilder können weniger oder mehr Daten zur Kodierung benötigen. Die Puffersteuerung (nicht gezeigt) des Videokodierers (nicht gezeigt), welche das kodierte, hoch auflösende Bildsignal erzeugt, stellt sicher, dass die durchschnittliche Datenrate 600.000 Bits pro Vollbild beträgt.
Wie bei den oben in Bezug genommenen Artikeln beschrieben, erzeugen MPEG Kompressionstechniken komprimierte Videosignale mit Datenraten von ungefähr 18 Mbps und Videoaufzeichnungsraten in der Größenordnung von 25 Mbps werden gegenwärtig für digitale Videobandrecorder für Konsumenten geplant. Entsprechend sind ungefähr 7 Mbps (25 Mbps - 18 Mbps) verfügbar, um das Videosignal mit niedriger Auflösung zu speichern. Dies wird in eine Rahmen- bzw. Vollbildlänge FLL von 233.333 Bits pro Vollbild des Signals mit niedriger Auflösung übersetzt, wie in Gleichung 2 gezeigt.
FLL = 7 · 10&sup6;/30 = 233333 (2)
Wenn die 600.000 HDTV-Bits über 10 Spuren verteilt werden, dann sollten die 233.333 Bild-Bits mit niedriger Auflösung über die gleichen 10 Spuren verteilt werden. Dies stellt sicher, dass während speziellen Betriebsarten, wenn der VCR nur das Signal mit niedriger Auflösung rückspielt bzw. rückspult, das Bild, welches erzeugt wird, ungefähr in dem gleichen zeitlichen Rahmen (frame) ist, wie das hochauflösende Bild, welches erzeugt werden würde. Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt, das Bild mit niedriger Auflösung so unterteilt würde, dass es fünf Bildblöck pro Spur über die 10 Spuren geben würde, dann würden SO Bildblöcke benötigt werden, um ein Vollbild des Signals mit niedriger Auflösung zu reproduzieren. Demzufolge würde jeder Bildblock grob 4.666 Bits enthalten.
Jeder Bildblock würde eine Header-Information enthalten, welche die Adressen der Pixel angeben würde, welche von dem Bildblock dargestellt werden, relativ zu dem Anzeigeschirm. Der Header würde auch wünschenswert eine Art eines Synchronisations-Kodes umfassen, so dass der Header von dem Datenstrom von dem Band identifiziert werden könnte. Es würde keine Notwendigkeit für einen separaten Header auf bzw. bei den hochauflösenden Blöcken bestehen, weil die Blockgröße für die Bildblöcke mit niedriger Auflösung entweder in dem Header enthalten sein würde, oder bei einem vorgegebenen Wert festgelegt ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird nur ein Teil des Signals mit niedriger Auflösung während speziellen Betriebsarten wiedergewonnen. In Fig. 6 wird grob 115 des Bildes mit niedriger Auflösung wiedergewonnen, weil das Band bei dem Fünffachen der normalen Geschwindigkeit abgetastet wird. Wenn ein ähnliches Diagramm (nicht gezeigt) für die zweifache Geschwindigkeit angegebenen würde, würde dieses zeigen, dass ungefähr 1/2 des Signals mit niedriger Auflösung wiedergewonnen würde. Herkömmliche Fehlerverbergungs- bzw. Überdeckungs- Techniken können verwendet werden, um die Bild-Blöcke aufzufüllen, welche nicht von dem Band während der speziellen Betriebsarten wiedergewonnen werden würden.
Diese fehlenden Blöcke können zum Beispiel von den gespeicherten vorher wiedergewonnenen Vollbildern zur Verfügung gestellt werden. Bezugnehmend auf Fig. 4 würde dieses dadurch erzielt werden, indem der selbst-(intra)-dekodierende Schaltkreis 424 Blöcke von Pixeldaten in den Vollbildspeicher 426 mit niedriger Auflösung bei den Adressen schreiben würde, welche in den Block-Headern identifiziert bzw. bestimmt sind. Das Bild mit niedriger Auflösung würde dann aus dem Speicher 426 abgetastet bzw. ausgelesen werden und durch den Multiplexer 430 durchgeführt werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Kompressions-Wirkungsgrade der verschiedenen Video-Vollbilder ist die Anzahl der Pixel, welche von einem Bild-Block des Signals mit niedriger Auflösung dargestellt wird, keine Konstante. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist dies vorteilhaft, weil dieses so wirkt, dass Zustände vermieden werden, bei welchem Bild-Blöcke nur bestimmte Teile des Bildes darstellen, welche wiederholt aktualisiert werden, während Bild-Blöcke, welche andere Teile des Bildes darstellen, entweder überhaupt nicht aktualisiert werden, oder nur selten aktualisiert werden.
Um diese Art einer Flickwerk- bzw. fleckenhaften (patchwork) Anzeige während speziellen Betriebsarten zu verhindern, kann es auch wünschenswert sein, die Aufzeichnung der Datenblöcke in dem Vollbild mit niedriger Auflösung zu randomisieren bzw. zufällig auszugestalten, oder einen festgelegten Versatz bzw. Offset bei der Auswahl der Block-Positionen für die Bildblöcke mit niedriger Auflösung festzulegen, so dass ein Block in einer bestimmten Spur-Position sich um das Bild bewegen kann, wenn aufeinanderfolgende Bilder kodiert werden.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Bild mit niedriger Auflösung zu der gleichen Zeit erzeugt wird, wie das Bild mit hoher Auflösung. Der in Fig. 7 gezeigte Schaltkreis kann entweder bei dem Transmitter bzw. Sender implementiert werden, wie in Fig. 7 gezeigt, oder direkt in einem digitalen VTR. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Schaltkreis werden ein hochauflösendes Luminanz-Signal (YHD) und ein hochauflösendes Chrominanz-Signal (CHn) parallel an einen Filter- und Dezimier- Schaltkreis 710 und an einen bewegungskompensierenden diskreten Kosinustransformations-Kodierer 720 angelegt.
Der Schaltkreis 720 führt einen vollen hochauflösenden Televisions- bzw. Fernseh- Kodier-Vorgang durch unter Verwendung von zum Beispiel einem MPEG- Kodierverfahren. Wie oben beschrieben, nutzt diese Technik den Vorteil der Redundanz innerhalb eines Vollbildes (Selbstkodierung) und eine zeitliche Redundanz, d. h. eine Redundanz zwischen Rahmen bzw. Vollbildern (prädiktive Kodierung). Es ist wohlbekannt, dass diese Art einer Kodierung einen Datenstrom, welcher ein hochauflösendes Bild darstellt und eine Bitrate von 600 bis 1.200 Mpbs aufweist, auf ein Signal mit einer Bitrate von 18 Mbps reduzieren kann, welcher mit keiner oder kaum merkbarer Verschlechterung der Bildqualität reproduziert bzw. wiedergegebenen werden kann.
Die Abtastwerte, welche an den Filter- und Dezimier-Schaltkreis 710 angelegt werden, werden in beiden Richtungen, vertikal und horizontal, tiefpassgefiltert, um im wesentlichen alle räumlichen Hochfrequenzbestandteile zu eliminieren bzw. unterdrücken. Die niedrig auflösenden Luminanz-(Y') und Chrominanz- (C')Signale, welche von dem Schaltkreis 710 zur Verfügung gestellt werden, werden an einen selbstkodierenden (intra-frame) Schaltkreis 712 angelegt. Dieser Schaltkreis kann zum Beispiel eine Kombination einer diskreten Kosinustransformation, einer adaptiven Quantisierung, einer Kodierung mit variabler Länge und einer Lauflängenkodierung durchführen, um den Datenstrom auf ungefähr 1 Mbps zu verringern. Dieser Bit-Strom wird an den Schaltkreis 714 angelegt, welcher den Bit-Strom in die Bildblöcke mit niedriger Auflösung segmentiert bzw. unterteilt und eine Header-Information einfügt, um beides durchzuführen, die Identifikation des Blocks mit niedriger Auflösung und die Trennung der Blöcke mit niedriger Auflösung von den Blöcken mit hoher Auflösung.
Die Blöcke mit hoher Auflösung werden von dem Schaltkreis 722 erzeugt, welcher so verschaltet ist, dass er den Ausgabe-Bit-Strom empfängt, welcher von dem bewegungskompensierenden DCT-Kodierer 720 zur Verfügung gestellt wird. Die Schaltkreise 714 und 722 werden von dem Schaltkreis 726 gesteuert, um die jeweiligen niedrig auflösenden und hoch auflösenden Datenströme in einem Verhältnis von 1 zu 18 zu segmentieren bzw. zu unterteilen. Die zwei segmentierten Datenströme werden an jeweilige Eingabeanschlüsse eines Multiplexers 716 angelegt, welcher auch von dem Schaltkreis 726 gesteuert wird.
Der Multiplexer 716 erzeugt ein Zeitmultiplex-Ausgangssignal, ähnlich zu dem in Fig. 5 gezeigten, außer dass die zusammengesetzte Bit-Rate der Datensignale mit niedriger Auflösung 1 Mbps beträgt, anstelle von 7 Mbps, wie in Fig. 5. Dieses gemultiplexte Ausgangssignal wird an den Schaltkreis 724 angelegt, welcher dieses zur Übertragung formatiert. Dieser Schaltkreis kann zum Beispiel einen 16 Quadratur-Amplituden-Modulator-(QAM)Schaltkreis aufweisen.
Es wird festgestellt, dass bei dem in Fig. 7 gezeigten Schaltkreis der Filter- und Dezimier-Block 710 eliminiert werden kann und der selbstkodierende Schaltkreis 712 so modifiziert werden kann, um beides durchzuführen, die Filter- und Dezimier-Vorgänge. Eine beispielhafte Abwandlung kann darin liegen, alles außer dem einen Viertel der Koeffizienten zu maskieren, welche die Koeffizienten des Bildes mit der niedrigsten räumlichen Frequenz darstellen, wie von dem diskreten Kosinus-Transformations-Verfahren erzeugt.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, welches veranschaulicht, wie das Signal, welches von dem in Fig. 7 gezeigten Schaltkreis erzeugt wurde, bei einem Verbraucher VTR gehandhabt werden würde. In Fig. 8 wird das gemultiplexte Basisband- Signal, welches beides aufweist, Segmente mit niedriger Auflösung und hoher Auflösung, an einen Schaltkreis 810 angelegt, welcher die Segmente in dem Daten- Strom identifiziert. Wie oben beschrieben, kann dieser Schaltkreis arbeiten, indem er den Datenstrom nach einem bestimmten Muster durchsucht, welcher dem Anfang der Header-Information eines Bildblocks mit niedriger Auflösung entspricht. In Reaktion auf diese Identifikation bzw. Bestimmung konditioniert bzw. stellt der Schaltkreis 810 den Demultiplexer 812 so ein, dass die Daten durchgelassen werden, welche nur den Bildblockk mit niedriger Auflösung darstellen, zu einem First in-First out-Speicher 814. Nachdem der Bildblock mit niedriger Auflösung in den Speicher 814 geschrieben wurde, stellt der Schaltkreis 810 den Demultiplexer 812 so ein, dass der Bildblock mit hoher Auflösung durchgelassen wird, zu dem First in-First out-Speicher 816.
Die Daten-Werte in den Speichern 814 und 816 werden unter der Steuerung des Schaltkreises 826 gelesen. Die Werte, welche von den Speichern 814 und 816 gelesen werden, werden an optionale Schaltkreise 818 und 820 angelegt. Diese Schaltkreise können zum Beispiel die Daten in Blöcke mit unterschiedlicher Größe umformatieren. In Abhängigkeit von der relativen Frequenz, mit welcher das Bildsignal mit niedriger Auflösung in das gemultiplexte HDTV-Signal eingefügt wird, kann es wünschenswert sein, einen einzelnen Block mit niedriger Auflösung in mehrere Blöcke aufzuteilen bzw. aufzuspalten, oder mehrere Blöcke mit niedriger Auflösung in einem einzelnen Block zu kombinieren, bevor der Block auf dem Band aufgezeichnet wird. Dies kann zum Beispiel durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass eine geeignete Anzahl von Bildblöcken mit niedriger Auflösung bei geeigneten Positionen auf dem Band aufgezeichnet wird.
Wenn jedoch der Datenstrom, welcher von dem Transmitter bzw. Sender geliefert wird, die Bildblöcke mit niedriger Auflösung und hoher Auflösung in der geeigneten Sequenz und Wiederholungsrate zur Aufzeichnung aufweist, dann können die Schaltkreise 818 und 820 eliminiert bzw. weggelassen werden.
Die Bildblöcke mit niedriger Auflösung und hoher Auflösung, ob bei den Speichern 814 und 816 oder bei den Umformatierungs-Schaltkreisen 818 und 820 vorgesehen, werden an jeweils unterschiedliche Eingabeanschlüsse eines Multiplexers 822 angelegt. Dieser Multiplexer wird auch von dem Schaltkreis 826 gesteuert, um die Bildblöcke mit niedriger Auflösung und hoher Auflösung in Segmente zu kombinieren, welche in einer geeigneten Sequenz zur Aufzeichnung sind. Um sicherzustellen, dass diese Segmente bei geeigneten Positionen auf dem Band angeordnet sind, empfängt der Steuerschaltkreis 826 ein Synchronisations-Signal von dem VTR (nicht gezeigt). Dieses Synchronisations-Signal kann zum Beispiel die aktuelle Position des Bandkopfes auf der Spur angeben.
Das Ausgangssignal, welches von dem Multiplexer 822 erzeugt wird, wird an den Schaltkreis 824 angelegt, welcher die Daten zur Aufzeichnung formatiert. Dieser Schaltkreis kann identisch zu dem in den Fig. 3 und 3A gezeigten Schaltkreis 326 sein.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von beiden, einem niedrig auflösenden Bild und einem hoch auflösenden Bild auf einem VTR eines Verbrauchers beschrieben. Dies wurde durchgeführt, um es dem VTR zu ermöglichen, das niedrig auflösende Bild während speziellen Betriebsarten anzuzeigen, während der Aufzeichnung eines effizient bzw. wirksam komprimierten hochauflösenden Bildes. Es wird jedoch festgehalten, dass das Bild mit niedriger Auflösung für verschiedene Zwecke verwendet werden kann. Zum Beispiel kann ein Rundfunk-Bild mit niedriger Auflösung, wie zum Beispiel das, welches von dem in Fig. 7 gezeigten Schaltkreis erzeugt wird, bei dem Empfänger wiederhergestellt und dargestellt werden, als das eingefügte bzw. Einsatz-Bild in einer Bild-in-einer-Bild-(PIX-in- PIX)Anzeige. Alternativ können die Bilder mit niedriger Auflösung von jedem Signal in der Scan- bzw. Abtast-Liste wiedergewonnen werden, um eine Mehr- Bild-Anzeige zu erzeugen, welche die momentane Programmierung auf jedem Kanal anzeigt. Schließlich wird daran gedacht, dass die wiedergewonnenen Bilddaten mit niedriger Auflösung verwendet werden, um bekannte Fehler in den wiedergewonnenen hochauflösenden Daten zu verdecken bzw. zu verbergen.
Zusätzlich wird daran gedacht, dass, während das Bild mit niedriger Auflösung als ein Farbbild beschrieben wurde, ein weiterer bzw. besserer Kompressionswirkungsgrad erzielt werden kann, indem nur der Luminanz- bzw. Farbwertteil des Bildes kodiert und dargestellt wird.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, wird festgestellt, dass diese, wie oben umschrieben, innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche durchgeführt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung, welche Daten verarbeitet, welche Video-Bild-Informationen darstellen, um ein Signal zu erzeugen, welches auf Spuren eines Bandes durch einen digitalen Videoband-Recorder (VTR= Video Tape Recorder) aufgezeichnet werden soll, wodurch das Bild von dem aufgezeichneten Signal angezeigt bzw. wiedergegeben werden kann, wenn der VTR in einem speziellen (trick-play) Modus arbeitet, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Vorrichtung (310) zum Erzeugen bzw. zur Verfügung stellen eines ersten Datenstromes, welcher ein Videobild mit einer relativ großen Auflösung darstellt;

eine Datenkompressionsvorrichtung (312, 314, 316) zum Komprimieren des ersten Datenstromes, um einen segmentierten bzw. unterteilten zweiten Datenstrom zu erzeugen, welcher einen zweiten Satz von Datensegmenten bildet, welcher eine Version des Bildes mit hoher Auflösung bei einer relativ niedrigen Auflösung darstellt, wobei jedes Segment des zweiten Datenstromes unabhängig von jedem anderen Segment expandiert bzw. entwickelt werden kann;

eine Vorrichtung (322) zum Segmentieren bzw. Unterteilen des ersten Datenstromes, um einen ersten Satz von Datensegmenten zu erzeugen, welche das Bild mit hoher Auflösung darstellen;

eine Vorrichtung (318, 328) zum Verschachteln bzw. Verschränken (interleave) der jeweiligen Datensegmente, welche die ersten und zweiten Datenströme darstellen, um das Signal zu erzeugen, welches von dem VTR auf einem Videoband aufgezeichnet werden soll, wobei Bilddaten, welche in den Datensegmenten mit niedriger Auflösung aufgezeichnet werden, in einem speziellen (trick-play) Modus dargestellt werden;

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Vorrichtung (318, 328) zum Verschachteln das Signal, welches aufgezeichnet werden soll, so erzeugt, dass die Datensegmente des zweiten Datenstromes bei einer Mehrzahl von Stellen entlang bzw. über den Spuren und über bzw. entlang der Breite des Videobandes aufgezeichnet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern des zeitlichen Ablaufs des Verschachtelns der jeweiligen Datensegmente in den ersten und zweiten Sätzen, um sicherzustellen, dass die Segmente in dem zweiten Satz auf dem Band bei ungefähr bzw. angenähert gleichmäßigen bzw. regelmäßigen Intervallen bzw. Abständen aufgezeichnet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei:

der erste Datenstrom ein digital komprimiertes Signal aufweist, welches das Videobild mit hoher Auflösung darstellt;

die Datenkompressionsvorrichtung eine Vorrichtung zur Verarbeitung des komprimierten Videosignals mit hoher Auflösung aufweist, um als den zweiten Datenstrom ein digitales komprimiertes Signal zu erzeugen, welches die Version mit niedrigerer Auflösung des Videobildes mit hoher Auflösung darstellt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenkompressionsvorrichtung aufweist:

eine Expansionsvorrichtung (310) zum Erzeugen eines expandierten bzw. ausgedehnten Videosignals mit hoher Auflösung aus dem komprimierten Videosignal mit hoher Auflösung;

eine Filtervorrichtung (312) zum Verarbeiten des expandierten Videosignals mit hoher Auflösung, um Bestandteile davon mit höheren räumlichen Frequenzen relativ bzw. im Verhältnis zu Bestandteilen mit niedrigeren räumlichen Frequenzen zu dämpfen bzw. abzuschwächen, um ein Ausgangssignal mit einer relativ niedrigen Auflösung zu erzeugen; und

eine Kompressionsvorrichtung (314) zum digitalen Komprimieren des Ausgangssignals mit niedriger Auflösung, um den zweiten Datenstrom zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:

der erste Datenstrom ein Videosignal aufweist, welches digital kodiert wurde; um räumlich redundante Bestandteile bzw. Komponenten des Videobildes mit hoher Auflösung durch eine relativ kleine Menge an Daten darzustellen;

die Datenkompressionsvorrichtung eine Vorrichtung (314) aufweist zur Verarbeitung des kodierten Videosignals, um als den zweiten Datenstrom ein weiteres digital kodiertes Signal zu erzeugen, welches die Version mit niedrigerer Auflösung des Videobildes mit hoher Auflösung darstellt, wobei räumlich redundante Bestandteile bzw. Komponenten des Videobildes mit niedriger Auflösung in bzw. mit einer relativ kleinen Menge an Daten kodiert werden.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenkompressionsvorrichtung aufweist:

eine Vorrichtung (310') zum partiellen bzw. teilweisen Dekodieren des ersten Datenstromes, um Komponenten bzw. Bestandteile mit niedriger Auflösung des Videobildes mit hoher Auflösung relativ bzw. im Verhältnis zu den Komponenten mit hoher Auflösung davon hervorzuheben bzw. zu betonen bzw. zu verstärken; und

eine Vorrichtung (314') zum digitalen Kodieren des teilweise dekodierten ersten Datenstromes, um den zweiten Datenstrom zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:

der erste Datenstrom Videodaten aufweist, welche digital kodiert wurden, um räumlich redundante Komponenten und zeitlich redundante Komponenten des Videobildes mit hoher Auflösung durch eine relativ kleine Menge an Daten darzustellen; und

die Datenkompressionsvorrichtung weist eine Vorrichtung (314) auf zur Verarbeitung des kodierten Videosignals, um als den zweiten Datenstrom ein weiteres digital kodiertes Signal zu erzeugen, welches die Version mit niedrigerer Auflösung des Videobildes mit hoher Auflösung darstellt, wobei räumlich redundante Komponenten des Videobildes mit niedriger Auflösung in bzw. mit einer relativ kleinen Menge an Daten kodiert werden.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenkompressionsvorrichtung aufweist:

eine Vorrichtung (310') zum teilweisen bzw. partiellen Dekodieren des ersten Datenstromes, um Daten auszudehnen bzw. zu expandieren, welche komprimiert wurden, um eine zeitliche Redundanz zu verringern und um Daten zu expandieren, welche komprimiert wurden, um eine räumliche Redundanz zu verringern, wobei die Expansion der Datenwerte, welche relativ niedrige räumliche Frequenzbestandteile des Bildes darstellen, verstärkt bzw. betont bzw. hervorgehoben wird, relativ bzw. im Verhältnis zu Komponenten, welche Frequenzbestandteile des Bildes mit einer relativ hohen räumlichen Frequenz darstellen; und

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:

der erste Datenstrom Videodaten aufweist, welche unter Verwendung einer diskreten Kosinustransformation kodiert wurden; und

die Datenkompressionsvorrichtung weist eine Vorrichtung (310') auf zum Dekodieren der Videodaten im ersten Datenstrom unter Verwendung einer inversen diskreten Kosinustransformation, welche Frequenzbestandteile des kodierten Datenstromes mit einer relativ niedrigen räumlichen Frequenz hervorhebt bzw. verstärkt, relativ bzw. im Verhältnis zu Komponenten bzw. Bestandteilen, welche höhere räumliche Frequenzen darstellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend:

eine Filtervorrichtung (312) zur Verarbeitung des ersten Datenstroms, um Komponenten des ersten Datenstromes zu dämpfen bzw. abzuschwächen, welche Teile des Videobildes mit hoher Auflösung darstellen, welche relativ hohe räumliche Frequenzen aufweisen, relativ bzw. im Verhältnis zu anderen Komponenten des ersten Datenstromes, welche Teile des Videobildes mit hoher Auflösung darstellen, welche relativ niedrige räumliche Frequenzbestandteile aufweisen, um einen ersten gefilterten Datenstrom zu erzeugen, welcher eine Version mit einer relativ niedrigen Auflösung des Videobildes mit hoher Auflösung darstellt;

wobei die Datenkompressionsvorrichtung den ersten Datenstrom verarbeitet, um einen komprimierten ersten Datenstrom zu erzeugen, welcher das Videobild mit hoher Auflösung darstellt; und

den ersten gefilterten Datenstrom verarbeitet, um einen komprimierten zweiten Datenstrom zu erzeugen, welcher das Videobild mit einer relativ niedrigen Auflösung darstellt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei

die Datenkompressionsvorrichtung den ersten Datenstrom verarbeitet, um die Daten, welche verwendet werden, um die räumlich redundanten und zeitlich redundanten Komponenten des Videobildes mit hoher Auflösung darzustellen, zu verringern; und

der erste gefilterte Datenstrom verarbeitet wird, um nur räumlich redundante Komponenten bzw. Bestandteile des Videobildes mit der niedrigeren Auflösung zu verringern.