JPS58223977A - 映像信号デイジタル記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、映像借上をディジタル信号に変換し、これに
予測符号化方式を用いて記録ビットレートを低減したデ
ィジタル映像信号を記録再生する記録再生装置に関する
。

映像信号を磁気テープにディジタル記録する場合、映像
信号を性変換したディジタル信号をそのまま記録すれば
、記録信号のビットレートが高いため、テープ消費量が
多くなる。例えば、ＮＴＳＣ方式のカフーＴＶ信号をサ
ンプリング周波数ｆ、＝３ｆｓｃ（８Ｃ色副搬送波周波
数ａ５８ＭＨ２）、８ビツト／サンプルでんΦ変換する
場合のビットレートは、約８６Ｍｂｐｓとなる。

そこで、映像信号の相関性を利用し、画質の劣化を少な
くして、ビットレートを低減する符号化方式が用いられ
ている。この符号化方式は帯域圧縮方式とも呼ばれ、各
種の方式が提案されている。

つぎに、帯域圧縮方式の一例として、フレーム間ＤＰＣ
Ｍ方式について説明する。入力信号をＮｌＳＣ方式カラ
ーＴＶ信号（以下カラーＴＶ信号と略記する）とすると
、ｌ／３０秒毎に１フレームの映像信号が送出されてい
る。フレーム間ＤＰＣＭ方式は、第１図に示した様に第
にフレーム内の１つの画素Ｘｏに対しＹ：、第（Ｋ−１
）フレーム内のいくつかの画素の信号から、予測ｉｆ！
（Ｘｏを求め、現入力画素の値ｘ０とその予測値■との
予測誤差（差分と呼ぶ）を計算し、該予測誤差値を符号
化するものである。予測値の計算方法として、例えばつ
ぎの様な方法がある。

第１図において、第にフレームの画素Ｘ０の１フｖ−ム
前に当たる第（Ｋ−１）フレームの画素をｘｌとする。

画素ｘ１と同一ライン上にある前後の画素をそれぞれｘ
１ｙＸ＠とし、画素ｘ１のちょうどｉ′ｙイン上と下に
ある画素をそれぞれＸ４．Ｘ５とする。予測値■をこれ
ら５つの画素の線形結合で表わすと、■＝α１ｘ１＋α
２ｘ２＋α３ｘ３＋α４ｘ４＋α５ｘ５・・・（１）た
だし、 また、予測値として１画素ＸｌＯ値を用いることもある
。これは、α）式で町＝１．α、＝α、：ｌ：α、＝α
。

＝０としたときに対応する。

第２図にフレーム間ＤＰＣＭ方式を用いた伝送装置のブ
ロック図を示す。第２図において、入力端（１）にカフ
ーＷ信号を供給する。Ａ／Ｄ変換器（匂は該カヲーＴＶ
信号ご標本化、量子化し、ディジタル映像信号Ｘへ変換
する。例えば、サンプリング周波数ｆｓを４ｆ、ｃ、　
８ビツト／サンプルとすれば、ビットレートは約１１５
Ｍｂｐ８となる。減算器（３）はサンプμ毎にディジタ
ル映像信号Ｘとその予測信号又との差をとり、差分信号
ｄを得る。ディジタμ映像信号Ｘおよび予測信号Ｘを８
ビツト／サンプルとすれば、差分信号は９ビツト／サン
プルとなる。予測値が適切な場合、差分信号ｄの値は０
の近傍の出現確率が高く、絶対値の大きな値の出現確率
は小さくなる。そこで、差分信号ｄの２９ケの値を、例
えば２４ケの値で代表させることにより、ビットレート
を低減させることができる。量子化器（４）はこの様に
して９ビツト／サンプルの差分信号ｄを４ビツト／サン
プμの量子化信号ｑに変換する。

変調器（５）は、量子化信号ｑを伝送路の特性に適合し
た伝送路符号Ｃへ変換し、伝送路＋１０１へ送出する。

例えば、磁気記録を行なう場合には、伝送路１１０）と
して、電磁変換系が対応することになる。

量子化信号ｑは局部再量子化器（６）へも加えられる。

局部再量子化器（６）は４ビツトの量子化信号ｑを９ビ
ツトの値のうち２４ケの代表値で表わした局部復号差分
信号ｄ′に変換する。局部加算器（７）は局部 部復号差分信号ｄ′と予測値Ｘとの和をと９、局部復号
信号Ｘ′を再生する。該局部復号信号Ｘ′はディジタル
映像信号Ｘの受信側で再生する値に対応するものである
。この局部復号信号ｘ’に１フレームメモリ（８）に記
憶し１次のフレームの予測信号Ｘを求めるときに利用す
る。予測回路（９）は１フレームメモリ（８）から第１
図で示した様な画素Ｘ１（１＝１〜５）ｋ　Ｈ’Ｍみ出
し、０）式から予測値を求め、減算器（３）および局部
加算器（７）へ送出する。

復調器（１１）は伝送路符号Ｃを受信（あるいは再生）
し、これを復号して量子化信号ｑを再生する。再量子化
ｉ＋Ｈ２１は送信側における局部再量子化器（６）と同
じ址子化特性を持ち、４ビツトの量子化信号ｑを９ビツ
トの復号差分信号ｄ′へ変換する。加ｆｉ：器０渇は復
号差分信号ｄ′と予測信号Ｘとの和をとり、復号信号Ｘ
′を再生する。ル値変換器θＱは復号信号Ｘ′をアナロ
グ信号に変換し、カラーＴＶ信号として、出力端（１η
から送出する。１ｆｃ、復号信号Ｘ′を１フレームメモ
リα０に記憶し、次のフレームの予測信号を求めるとき
に利用する。予測回路ｏ４は送信側の予測回路（９）と
同じ回路である。

上記の説明の様に、送信側の局部復号差分信号、局部復
号信号および予測信号は、受信側の復号差分信号、復号
信号および予測信号と同じ信号となる。この様に、受信
側でディジタル映像信号が正しく再生できるためには、
送信側、受信側それぞれの１フレームメモリの内容が一
致していなければならない。

次に、ビットレートを低減したディジタル映像信号を磁
気テープに記録する場合について説明する。第３図に、
ヘリカルスキャン型回転ヘッドを。

用いて記録した時のトラックＴを示す。例えば、１本の
トラックに帯域圧縮した１フレ一ム分のディジタル信号
を記録するものとする。テープを記録時と同じ速度で走
行させ再生する場合（以下ノーマル再生と呼ぶ）には、
第２図に示した受信側の装置を用いて、カラーＴＶ信号
を再生することができる。しかし、テープを記録時より
速い速度で走行させ再生する場合（以下高速再生と呼ぶ
）に２は、記録したトラックＴｉとヘッドの走行軌跡Ｓ
、とは一致しなくなり、ヘッドの１スキャン時に、複数
フレームの信号のうち一部分ずつしか再生することがで
きない。第４図（ａ）に４倍速再生の場合を示す。第４
図の様に、１回のスキャンでは各フレームの約１／４ず
つしか再生しないため、例えば、トラックＴ３から再生
したディジタｌし信号を復号するのに必要な！フレーム
前の信号が、トラックＴ１から再生されていないため、
正しい復号は不可能である。ここでに）はテープ走行方
向である。

また、テープを記録時より遅い速度で走行させ再生する
り合（以下低速再生と呼ぶ）にも、記録したトラックＴ
１とヘッドの走行軌跡ＳＪとは一致しない。第４図■に
１／２倍速再生の場合を示す、１本のトラックＴ、を再
生するには、２回のスキャン（Ｓｌと謁）が必要である
。例えばトラックＴ１までノーマル再生を行ない、トラ
ックＴ、から低速再生を行なうとすれば、スキャンＳ１
は、トラックＴ、内の信号も再生するため、同じ差分信
号を２回使用することになり、復号信号の値に誤差を含
むことになる。

第４図に示した例の他に、ＡＳＴと呼ばれるトラッキン
グ方式がある。これは、ヘッドにパイモμプ等の電圧に
より変形する台座をとりっけ、高速、低速再生時にも、
記録したトラック上を正しくトレースするように制御す
る方式である。ＡＳＴを用いた場鋒について＋：ＳＳ、
明すれば、先に述べた問題点が明確になる。ＡＳＴｈ用
いて４イ速再生を行なう場合は、１回目のスキャンｓ１
でトラックＴ１１！：正しくトレースし、次のスキャン
Ｓ、でトラックＴ、Ｆｒ、トレースする。この場合、ト
ラックＴ、に記録したディジタル信号を用いて映像信号
を再生するために必要なトラックＴ４のディジタル信号
が再生されないため、トラックＴ、の映像信号を再生ず
ることは困・ノイｔである。

ＡＳＴを用いて１／２倍速再生を行なう場合は、１回目
のスキャンＳ１と次のスキャンＳ、ともトラックＴＩを
トレースするため、２回目のスキャンで同じ差分信号を
用いて復号すれは復号信号の値が変化する。

本発明は、　ＤＰＣＭ方式を用いて、記録ビットレート
を低減したディジタル映像信号をＶ′ｒＲＫ記録し、こ
れを高速あるいは低速で再生したときに発生する復号信
号のエラーを防止することを目的としている。

本発明は、　ＤＰＣＭ方式における復号信号のエラーの
伝搬を防止するため、帯域圧縮しないＰＣＭ信号を定期
的に挿入し、しかも、とのＰＣＭ信号を各トラックの一
部分に挿入し、高速再生時には、このＰＣＭ信号部分だ
けを再生することにより、高速再生を実現しミうとする
ものである。

また、低速再生時には、複数回再生される差分信号に対
しては、２四目以降の復号動作を停止することにより、
低速再生を実現しようとするものである。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本発
明の詳細な説明する前に、ＰＣＭ信号の挿入方法につい
て説明する。ＤＰＣＭ方式の様に次の信号を復号するた
めに、以前の信号を利用する方式では、磁気記録におけ
るドロップアウトや伝送における雑音などにより、復号
信号にエラーが発生した場合、その復号信号を用いて予
測する次の信号にもエフ−が発生することになり、エラ
ーが伝搬していく。これを防止するため、ＤＰＣＭ信号
の途中に、ＰＣＭ信号を挿入し、この信号で予測に用い
る信号（第２図では１フレームメＳ−Ｖに記憶している
データ）をセットする。本発明では、このＰＣＭ信号を
各トラックに少しずつ挿入する。例えば、１秒間で画面
全体をリセットする場合、３０フレームの信号に１フレ
ームのＰＣＭ信号を挿入することになる６　１フレーム
は５２５フインで構成されているため、１フレーム当り
約１８フィンｔ−ＰＣＭ信号で伝送すればよい。

各フレーム毎にどの部分をＰＣＭ信号で伝送するかは、
各種の方法が考えられる。その例を第６図に示す。第６
図（ωでは、１）Ｖ−ムの画面を１８フインずつ３０ケ
のブロックに分割し、各フレーム毎に１ブロツクずつＰ
ＣＭ信号で伝送する場合を示している。また、第６図■
では、画面をほぼ正方形のブロックに分割する場合を示
している。また。

画面上の各画素を画素単位で３０ケのグループに分割し
、グループ毎に伝送する方法も考えられる。

次に、トラック上でのＰＣＭ信号の記録フォーマットに
ついて説明する。・記録フォーマットも各種の方法が考
えられるが、本発明の実施例では、第５図に斜線部で示
す様に、各トラックの先端部にＰＣＭ信号部ｔ−まとめ
て記録する。

次に、本発明を実施した磁気記録再生装置の一例につい
て説明する。ここでは、以上で説明した方法により、Ｐ
ＣＭ信号を挿入するフレーム間ＤＰＣＭ方式を用いた場
合の実施例である。第７図に記録側のブロック図を示す
。

第７図において、入力端（１）、Ａ／Ｄ変換器（２）、
減算器（３）、量子化器（４）、変調器（５）１局部再
量子化器（６）、局部加＃器（７１ｉフレームメモリ（
８）および予測回路（９）は、第２図における同一番号
のものと同じであり、フレーム間ＤＰＣＭを行なう動作
も同様であるので、詳しい説明は省略し、ＰＣＭ信号を
挿入する動作について説明する。

んの変換器（匂の出力であるディジタμ映像信号Ｘは、
第１のＩ７１換回路しＩ）およびブロックメモリシフへ
加えられる。第１の切換回路い）は、通常は１局部加算
器（７）の出力を１フレームメモリ（８）の入力に接続
している。制御回路（３）から送出する切換信号ｓ１に
従って、んの変換器（２）の出力を１フレームメモリ（
８）の入力に接続する。制御回路（転）は、第石図に示
した様に、ＰＣＭ信号で記録するブロックに属するディ
ジタル映像信号Ｘを１フレームメモリ（８）に書込む様
に、切換信号ｓ１を送出する。ブロックメモリ（２のは
、該切換信号ｓ１に従って、該ブロックに属するディジ
タル映ヂ信号ＸをＰＣＭ信号ｐとして記憶する。制御回
路シ０は、ＰＣＭ信号で記録するブロックが画面上のど
のブロックかを示すアドレス信号ａｄを発生し、付加回
路（？３）へ送出する。付加回路（イ）はブロックメモ
リ＋２２から読出したＰＣＭ　＠号ｐにアドレス信号ａ
ｄを付加し、第２の切抄（回路（２４Ｊへ送出する。ま
グζ、制御回路シロ）は、第５図に示した記録フォーマ
ットとなるように切換信号Ｓ２を発生させる。第２の切
換回路侃４は、切換信号Ｓ２に従って、量子化信号ｑと
ＰＣＭ信号ｐとをり換えて変調器（５）へ送出する。変
調器（５）は記録符号Ｃに変調し、これを記録アンプ（
財）で増幅し、ヘッド郊を通して、磁気テープ噌へ記録
する。このとき、記録トラックのフォーマットは第５図
に示した様になっている。つまり、トラックの先端部に
、１ブロツク分のＰＣＭ信号ｐとブロックのアドレスを
示すアドレス信号ａｄが記録され、つづいて、フレーム
間ＤＰＣＭ信号が記録されている。

第８図に再生側のブロック図を示す。第８図において、
Ｍ調器（１１）、再ｈｆ子止器（１、加算滞ＯＬ予測回
路（１舶、１フレームメモリ０翰。Ｄ／Ａ変換器０鈴お
よび出力端（ｌηは、第２図における同一番号のものと
同じであり、フレーム間ＤＰＣＭの復号動作も同様であ
るので、ノーマシ再生については詳しい説明は省略し、
ＰＣＭ信号を再生する動作について説明する。

磁気テープＱηからヘッド（２檜を通して再生した信号
を再生アンプ（８Ｉ）で増幅し、復調器（１１）で記録
符号Ｃから％ＰＣＭ信号ｐ信号び量子化信号ｑを復調す
る。このうち、量子化信号ｑをフレーム間ＤＰＣＭ復号
部（再量子化器θり、加算器Ｈ１予測回路０４）、１フ
Ｖ−ムメモ！Ｊ（１５１）へ送り、復号信号Ｘ′を再生
する。この復号信号Ｘ′は第３の切換回路（ハ）の端子
←）へ加えられる。第３の切換回路−はモード切換信号
ｍに従って３つの端子（イ）（りぐ）から１つを選択す
る。ＤＰＣＭ再生モードの場合は、端子←）を選択し、
復号信号ｘｒ：ｌフレームメモ！ＪＱ５１および再生バ
ッファメモリ（３６）へ書き込む。

識別回路（３４）はアドレス信号ａｄを検出し、このア
ドレス信号ａｄを再生制御回路（叫べ送出し、また、検
出信号ｋをＰＣＭ分離回路（３４へ加える。ＰＣＭ分離
回路＠淘は検出信号ｋに従ってＰＣＭ信号信号分離し、
第３の切換回路０６１の端子（ハ）へ送出する。再生制
御回路（財））は、アドレス信号ａｄを受けると、モー
ド切換信号ｍをＰＣＭ再生モードとする。また、ＰＣＭ
信号信号−記録時のブロック位置へ再生するため、アド
レス信号ａｄに従って、フレームメモリ制御信号ｆと再
生バッファメモリ制御信号すを発生させ、それぞれのメ
モリ（１５）と０６へ送出する。

第３の切換回路（３均は、モード切換信号ｍがＰＣＭ１
モードとなると、端子（ハ）を選択し、ＰＣＭ信号信号
１フレームメモリθ荀、再生バッファメモリ（ト）へ送
る。各メモリは、それぞれフレームメモリ制御信号ｆ、
再生バッファメモリ制御信号すに従って、ＰＣＭ信号信
号記録時のブロック位置に対応させて書込む。

以上のＰＣＭ信号信号書込みが終了すると、再生制御回
路（ト）はモード切換信号ｍをＤＰＣＭモードにもどす
。

ノーマル再生では、この様にして、各トラック毎に記録
したＰＣＭ信号を再生し、予測に用いる信号と記憶した
１フレームメモリ（１５１や再生バッファメモリ（３瞬
の内容をセットし直すため、エラーの伝搬を防止するこ
とができる。

次に、高速再生を行なう場合について説明する。

高速再生の場合は、すでに述べた様に、前フレームの信
号が必ずしも再生されないため、　ＤＰＣＭの復号を行
なえば、著しいエラーが発生する。本発明では、　ＰＣ
Ｍ信号の部分だけを再生することにより高速再生を実現
する。

第８図において、高速再生を行なう場合、高速　　　　
　↑再生モード指定信号βをモード入力端子−へ加える
。再生制御回路■は、高速再生モード指定信号βを受け
ると、モード切換信号ｍを常にＰＣＭモードとする。モ
ード切換信号ｍがＰＣＭモードとなった後の動作は、前
述のノーマル再生時のＰＣＭ信号信号再生の動作と同様
である。ただし、モード入子 万端へ（囮から、フープｌし再生モード指定信号α、低
速再生モード指定信号γが加えられないかぎＶ％モード
は切埴らない。

また；この様に、ＤＰＣＭの復号に用いる１ブレームメ
モリ（１５）もＰＣＭ信号で書き換えておくことによυ
、つぎにフープＩし再生にモードを変更したとき、予測
信号のエフ−を少なくすることができる。

次に、低速再生を行なう場合について説明する。

低速再生の場合は、すでに述べたｂに、同じフレームの
差分信号が複数回再生されることがあるため、伝送エラ
ー（記録、１１生時のエラー）は発生し−Ｃいないのに
、復号イ訂号にエラーを含むことがある。本発明で（寸
、２回目以降の閤号ｄｉυ作を停止することにより、低
速再生を実現する。

第８図において、低４再生を行なう場合、低速再生モー
ド指定信りｒをモード入力端子顛へ加える。再生制御回
路■は、低速再生モード指定信号γを受けると、識別回
路（財）が送出するアドレス信号ａｄのチェックを開始
する。もし、同じアドレス信号ａｄを続いて検出した場
合、モード切換信号ｍを禁止モードとする。第３の切換
回路０［ｉｌは、モード切換信号ｍが禁止モードとがる
と、端子に）を選択する。端子（イ）には何も接続させ
ていない。

また、再生制御回路（（４）は、フレームメモリ制御信
号ｆ、再生バッファメモリ制御信号すを用いて、各メモ
リの書込み動作を禁止する。

異なるアドレス信号ａｄを検出したとき、再生制御回路
（刻は、モード切換信号ｍを禁止モードから、ノーマル
再生時と同じＰＣＭモードとＤＰＣＭモードの繰返しに
もどす。

再生パップアメモリ（イ）は、以上の様にして、各モー
ドでの復号信号を書込み、出力信号のレートに応じて、
順次、復号信号を読出す。Ｄ／Ａ変換器（１０は復号信
号をアナログ信号に変換し、カラーＴＶ信号として出力
端０ηよシ送出する。

本実施例では説明を簡単にするため、ＤＰＣＭ復号に用
いるｉフレームメモリ（１５）と釘止バッファメモリ（
３６）を分けたが、これは１つのフレームメモリで兼用
することもできる。

以上説明したように、本発明によれば、フレーム間ＤＰ
ＣＭなどの予測符号化方式を用いたディジタ／ｌ／記録
再生装置においても、画質劣化の少ない、高速再生およ
び低速再生を可能とする映像信号ディジタル記録再生装
置を提供できるものである。

なお１本実施例では、予測符号化方式として、・フレー
ム間ＤＰＣＭ方式を用い、また、記録フォーマットとし
て、１）ラックに１フレームのディジタル信号を記録す
る方式をと９あげたが、これは説明を簡潔にするための
ものであり、この方式に限定されるものではない。一般
的に述べれば、１本のトラックに含まれるディジタル信
号から、映像信号を再生するために、他のトラックに含
まれるディジタル信号が必要となる方式であれば、不発
ｊ明を実施することができる。

また、本実施例では、ヘリ力！レスキャン型ＶＴＲを例
として説明を行なったが、これに限定されるもＣではな
く、例えば、磁気や光によるディスクに対しても、容易
に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム間の画素の対応を示す模式図、第２図
はフレーム間ＤＰＣＭ方式を用いたディジタμ伝送装置
のブロック図、第３図はヘリカルスキャン型ＹｒＨの記
録トラックを示す模式図、第４図は高Ｃに谷生および低
速再生を行なう時のヘッドスキャンの軌跡とトラックの
相対関係を示す模式図、第５図はＰＣＭ信号を挿入する
場合の記録フォーマットの例を示す模式図、第６図は画
面の分割方法を示す模式図、第７図に本発明によるディ
ジタルＶＴＲの記録側の構成を示すブロック図、第８図
ｎ：上記ディジタｔｖ　ＶＴＲの再生側の構成を示すブ
ロック図である。 （２）・・・んの変換器、（３）・・・減算器、（４）
・・・量子化器、（６１・・・変調器、（Ｉｌｌ・・・
復調器、（１２１・・・再量子化器、（Ｌ４・・・加算
器、；９）α４・・・予測・・回路、＋８１０１ｆｌ・
・・１フレームメモリ、（圃・・・Ｄ／Ａ変換器、（３
）・・・記録制御回路、ｆ２＋１　Ｈｍｌ・・・切換回
路、翰・・・ブロックメモリ、−・・・再生制御回路、
（至）・・・イ：１加回路、イｚ・・・ＰＣＭ分離回路
、（財）・・・識別回路、（３員・・・再生バッファメ
モリ代理人　　森　木　義　弘 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　映像信号をディジタル変換し、予測符号化方式を用
   いた帯域圧縮を行ない、記録ビットレートを低減したデ
   ィジタル信号を記録、再生するディジタμ記録再生装置
   において、該帯域圧縮を施した第１のディジタル信号と
   ともに帯域圧縮を行なわない第２のディジタル信号を同
   一トラック上に記録する手段と、再生時に、第１のディ
   ジタル信号から復号した第１のディジタル映像信号と第
   ２のディジタル信号から再生した第２のディジタル映像
   信号との一方を選択する切換回路と、該切換回路の出力
   信号を順次記憶するメモリと、該メモリから、ディジタ
   ル映像信号を読み出しアナログ信号に変換し、映像信号
   を再生する変換手段を備えた映像信号ディジタ／Ｌ’記
   録再生装置。 λ　切換回路は、記録時より高速で映像信号を再生する
   場合に、第２のディジタル映像信号だけを選択する様に
   制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の映像信号ディジタル記録再生装置。 ＆　切捜回路およびメモリは、記録時より低速で映像信
   号を再生する場合に、同一トラックの信号を重複して再
   生した信号に対して切換回路からの出力およびメモリへ
   の書込みを禁止され、すでに書込まれているディジタル
   信号を繰返し読出す様に制御されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の映像信号ディジタμ記録再生
   装置。