JP2624706B2

JP2624706B2 - Ｐｃｍ信号記録装置

Info

Publication number: JP2624706B2
Application number: JP62243713A
Authority: JP
Inventors: 清一斉藤; 弘道田中; 敏文竹内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPS6488967A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁気テープにPCM信号を記録再生する装置
に係り、特に映像信号と、予め圧縮されたPCM音声を記
録再生するVTRに関する。

〔従来の技術〕

映像信号と音声信号を記録再生するVTRの方式にはい
くつかあるが、コンパクトで高画質であり特に音声信号
としてPCM信号を記録再生することができるものとして
例えば８ミリビデオがある。この方式は、「小型と記録
特性の両立を図った８ミリビデオ標準規格」日経エレク
トロニクス（1983.5.23）に解除されている。

一方静止衛星BS−２を利用した高画質高音質なテレビ
放送が開始され（実験放送）一般家庭に普及しつつあ
る。特に音声信号はPCM信号になっておりこの方式につ
いては「テレビジョン衛星放送ディジタル音声伝送方
式」テレビジョン学会誌Vol.37.No.11（1983）に記載さ
れている。ここで衛星放送と８ミリビデオは音声信号が
PCM信号化されているにもかかわらず８ミリビデオは標
本化周波数、量子化ビット数、チャンネル数の点で異な
っており、８ミリビデオで衛星放送のPCM音声を直接デ
ィジタル記録するような配慮がされていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術において、８ミリビデオは衛星放送と同
様に音声信号がPCM信号化されている。ここで、衛星放
送は、４つの異なるソースを同時に送る４チャンネル伝
送が可能であるのに対し、この放送を受信し記録する際
に８ミリビデオでは２チャンネルの容量しかない。また
８ミリビデオでは音声信号入力は、アナログ入力のみで
ある。この様に８ミリビデオには、PCM音声信号を記録
する機能は持ちながら、衛星放送の４チャンネル放送を
高音質として記録再生するような配慮がされていないと
いう問題があった。

本発明の目的は、４チャンネル放送に対応してディジ
タルで、記録再生することのできる音声記録再生方式を
もたせたVTRを実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、圧縮された複数のチャンネルデータを、
さらに圧縮し１または複数のシンボルに分割し、このシ
ンボルデータを分散（インタリーブ）させると同時に誤
り訂正符号、同期信号、制御信号を付加して映像信号の
フィールドに同期したデータフレームを構成し、シンボ
ルデータを変調して磁気記録媒体に記録し、再生時に
は、同期信号を検出することによって変調されたシンボ
ルデータを復調し、誤り訂正符号により誤り訂正を行な
い、分散されたシンボルデータを基にもどして（ディイ
ンターリーブ）、制御信号に基づいて再生することによ
り、達成される。

〔作用〕

上記手段において、予め圧縮された10ビットの準瞬時
圧縮データを、さらに９ビットに圧縮し、これを６ビッ
ト−３ビットに分割し、６ビット単位のシンボルとして
信号処理することにより、データの記録密度を下げると
共に、符号変調を容易にし、インターリーブ、誤り訂正
符号付加により再生時の再生信号の誤りを低減し、デー
タフレーム構成において、シンボルデータをフレーム毎
に増減する余裕をもたせることにより、映像フィールド
周期と標本化周波数との非同期吸収ができ、符号変調に
より低減スペクトルを低減し記録再生信号の信頼性を高
めるとともに高密度記録を行うことができるので、高音
質でディジタルダビング可能なPCM記録ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を示す。第１図が本発明を音声
信号とビデオ信号を磁気テープ上にエリア分割して記録
するVTRへ応用した実施例の基本ブロック図である。１
は記録しようとする元信号のアナログ信号入力端子であ
る。２は、ディジタル出力のある機器から接続されるデ
ィジタル信号入力端子である。３はアナログ／ディジタ
ル変換回路、４はレンジ情報検出回路、５は圧縮シンボ
ル生成回路（ADC）、６は制御信号生成回路、７はブロ
ック生成回路、８はインターリーブ回路、９は誤り訂正
符号生成回路、10はフレーム生成回路11は符号変調回
路、12は非同期吸収回路、13は基準同期信号入力端子、
14はビデオ信号と音声信号をエリア分割し、決められた
部分に音声データを記録するための時間軸圧縮回路であ
る。15はビデオ信号を記録するためのビデオ信号処理回
路。16は、ビデオ信号のための変調回路、17はビデオ信
号と音声信号をテープ上に記録するための記録アンプ、
18は（磁気）テープ、19は記録再生用ロータリーヘッド
を内蔵するシリンダ、20はビデオ信号入力端子である。
101はシステム制御用コントローラ、100は制御ラインで
ある。このVTRは、第２図に示すようにテープ21に斜め
にビデオ信号22を記録するいわゆる回転ヘッドヘリキャ
ルスキャン型のVTRである。第２図23に示すように音声
信号はPCMディジタル信号としてビデオ信号の延長上の
エリアに記録するものである。

以上基本動作を示す。アナログ信号入力端子１から入
力されたアナログ信号は、あらかじめ定めた周期（標本
化周波数）で標本化し、標本化されたアナログ信号は、
Nsビットに量子化してディジタル信号に変換する。例え
ば標本化周波数を48KHzとし、量子化ビット数Nsを16ビ
ットとするとADC3の出力は16ビット単位のディジタル信
号となる。この16ビットのディジタル信号を、次の圧縮
シンボル生成回路５に入力する。一方ディジタル信号入
力端子２から入力されるディジタル信号は、標本化され
ているので、そのまま圧縮シンボル生成回路５に入力さ
れるが、準瞬時圧縮を施されている場合は、レンジ情報
検出回路４で予め定められた周期で入力されるレンジ情
報を検出し、そのレンジデータは、新たな規則に基づい
て生成され制御信号生成回路６に入力され制御信号に付
加される。圧縮シンボル生成回路５では、ADC3からの入
力と、ディジタル信号入力端子２からの圧縮されていな
い16ビットのディジタル信号は、第３図のように元のア
ナログ信号の性質を損わないようビット圧縮する。例え
ば16ビットを12ビットに圧縮する。つづいて、ディジタ
ル信号の処理を容易にし、またテープなどの媒体に記録
し再生した時のエラー長を考慮して、前記12ビットの信
号を複数に分割し新しいデータ単位を作る。例えば12ビ
ットを２分割し６ビットを１単位とする。この１単位を
１シンボルデータとする。また、ディジタル信号入力端
子３からの、準瞬時圧縮を施されたディジタル信号は、
例えば、衛星放送のフォーマットに従って14ビットを10
ビットに準瞬時圧縮されたディジタル信号入力に対して
は、さらに10ビットを９ビットに圧縮する。その際レン
ジ情報も５レンジから６レンジに変換し、第４図のよう
に、14ビットを９ビットに準瞬時圧縮したディジタル信
号となる。この９ビットの信号を第５図のように、２つ
の９ビットデータを３分割し６ビットを１単位とする３
シンボルデータとする。

次に前記したシンボルデータを、媒体に記録再生した
時バーストエラーに対処するため、データをインターリ
ーブ回路８によって分散させる。これと同時に、同期信
号を先頭にして、ブロック生成回路７でブロックを構成
する。このブロック内に再生時発生するエラーを訂正す
るための誤り訂正符号を、誤り訂正符号生成回路９によ
ってフレーム生成後に付加する。

以上のブロックを記録フォーマットの基準となる基準
同期信号の周期に従ってデータフレームを構成する。デ
ータフレームに構成されたデータは前記シンボル単位で
符号変調を行う。これは、記録媒体により効率的に多く
の情報を記録するなどの効果がある。

また、誤り訂正符号はデータフレーム生成において、
ブロック間に渡って符号を生成し、訂正能力を向上させ
るものである。非同期吸収は、シンボルデータの周期
（標本化周波数）と、記録上の基準同期信号との非同期
をデータフレーム内シンボルデータ量で制御するための
ものである。

次に各主要ブロックの説明をする。第３図は、圧縮シ
ンボル生成回路３の16ビット入力時のシンボル生成を示
している。ADC回路３の２チャンネルの入力、あるい
は、ディジタル信号入力端子２から入力された16ビット
の１サンプルデータ24をデコーダ25によって12ビットの
圧縮データ26に変換する。変換ビット数は音声の性質を
損わないレベルとして12ビットが適当である。デコーダ
25の機能は、折線瞬時圧縮等のいわゆるディジタル圧縮
を用いることで実現できる。一方ディジタル信号入力端
子２から入力された上記以外のディジタル信号には、例
えば、BSチューナーに用いられている複数のサンプルデ
ータを１ブロックとし、１ブロック内の最大値を規準に
１ブロック内サンプルデータを一率に圧縮する準瞬時圧
縮を施した10ビット５レンジのディジタル信号である。
第５図はこの場合の圧縮シンボル生成回路３のシンボル
生成を示している。10ビット５レンジの圧縮されたサン
プルデータ29と30は、デコーダ31で第４図のようにさら
に９ビット６レンジに圧縮される。この方式は、基本的
には、10ビットの最下位ビットを切り捨てて９ビットと
するが、レンジ４で（−100）₁₆〜（FF）₁₆の10ビット
データに対しては、レンジ情報検出回路４で新たにレン
ジ５を増設するものである。このレンジ情報は、制御信
号生成回路６にBSチューナーの場合1m secの周期で入力
される。

制御信号生成回路６では、レンジ情報入力周期と、デ
ータのフレーム周期（＝ビデオのフィールド周期）が非
同期であり、これを吸収する必要がある。例えば、１デ
ータフレーム中のレベル情報の数は、フィールド周期が
1.001/60secであることからとなり、端数がでてしまう。そこで、１フィールド中で
最初のレベル情報の入力された時のブロックアドレス47
（第８図）の値と、シンボルアドレスの値を記憶してお
いて、１データフレーム中のレベル情報をまとめてIDコ
ードに書き込む。

この方式で必要なビット数は例えば次の様になる。ブ
ロックアドレスが７ビット（108ブロック時）、シンボ
ルアドレスが６ビット（44シンボル時）、６レンジの情
報は、３ビットで最大４チャンネル分あるので上記計算
結果を用いて必要ビット数＝７＋３＋17×３×４＝214 となる。

一方、制御信号は、１ブロックに１シンボル６ビット
とすると、108ブロック44シンボルのフレーム中には、制御信号ビット数＝６×108 ＝648 となり、充分の余裕があることがわかる。ここで例え
ば、制御信号の６ビット中３ビットを、レンジ情報にあ
てるとすると、３×108＝324ビットとなり、約110ビッ
ト余ることになる。この110ビットをレンジ情報の誤り
訂正にあてる事で、レンジ誤りによるエラーを減少させ
ることができる。この様に１フレーム分の制御信号を生
成したあと制御信号は、ブロック生成回路７に入力す
る。

ADC回路３からの４チャンネルの入力に対しても1m se
cごとにレンジ情報を発生させる準瞬時圧縮を行うこと
で、記録することは可能である。

また、前記実施例では、圧縮則として14−９ビット６
レンジの準瞬時圧縮を用いたが、入力される４チャンネ
ルのディジタル信号の量子化ビット数、例えば、14ビッ
ト、（あるいは16ビット）を９ビットに瞬時圧縮する方
法でも実施可能である。

圧縮シンボル生成回路３の中で圧縮されたデータは、
信号処理を容易にしテープ上の誤りを分散させるために
第３図の圧縮データ26は、６ビット２シンボル27と28
に、第５図の圧縮データ32と33は、６ビット３シンボル
34,35,36に変換する。６ビット１シンボルは６−８符号
変調とのビット整合性にもすぐれている。

次にブロック生成回路7,フレーム生成回路10及びイン
ターリーブ処理、誤り訂正符号付加について説明する。
第６図，第７図はビデオ信号が、525ライン/60フィール
ドNTSCフォーマットの時のデータフレーム構成を示して
いる。第８図は第６図、第９図は第７図に対応したブロ
ック構成を示している。

第６図において、37が音声信号のデータフレームであ
り、テープ上に同時記録するビデオ信号の１フィールド
と対になるものである。左から縦長のブロックがブロッ
ク０（Block0），ブロック１………ブロック107まで計1
08ブロックで１データフレームを構成する。図面上で示
すＢはブロック、Ｓはシンボルの単位である。38は各ブ
ロックの先頭にある同期信号等のコントロールデータ、
39,40は音声信号のデータ、41は各ブロック内のデータ
から成生する誤り訂正符号（C₁内符号）、42は各ブロッ
ク間のデータから成生する誤り訂正符号（C₂外符号）で
ある。

C₁内符号は、ブロック内の音声データ36シンボルと、
コントロールデータ38の中にあるブロックアドレスデー
タ１シンボルの計37シンボルに対し４シンボルの誤り訂
正符号を付加した例えば符号構成（41,37）のリードソ
ロモン符号である。またC₂外符号42は、各ブロック間
（面面上で横方向）の音声データ23シンボルに誤り訂正
符号４シンボルを付加した例えば符号構成（27,23）の
リードソロモン符号であり、この27シンボルを４組用い
横軸108ブロックとなる。以上縦方向C₁内符号と、横方
向C₂外符号より２重符号化リードソロモン符号を成す。

音声の標本化データは奇数標本化データと偶数標本化
データに分け、テープ上別エリアに記録するとテープ上
のキズ等から発生するエラーが分散し連続エラーを防ぐ
ことができる。このため、例えば偶数標本化データをデ
ータ39に、奇数標本化データをデータ40に配置する。

さて、データフレーム内の必要とする音声のデータ量
は、音声データの標本化周波数と、チャンネル数と、映
像のフィールド周波数に等しいデータフレーム周波数に
よって決まる。本実施例では標本化周波数を48KHz,44.1
KHz,32KHzとし、チャンネル数を48KHz,44.1KHzについて
は２チャンネル、32KHzについては、４チャンネルとし
ビデオ信号のフィールド周波数を（＝データフレーム周
波数）をNTSCのカラーフォーマットに対応した60/1.001
Hzとすると、標本化周波数48KHzで２チャンネル、16ビ
ット直線量子化の場合は１標本化データを２シンボルと
するので、となる。

標本化周波数44.1KHzの場合は、同様に、標本化周波数32KHzの場合、最大４チャンネルで、14
−９ビット６レンジ準瞬時圧縮とすると共に、先に述べ
た様に、２標本化データを３シンボルとすると、となり、標本化周波数48KHz、２チャンネルの16ビット
直線量子化の場合と全く同じシンボル数となり、フォー
マットをつくる上で無理がない。

なお、ここで生じる小数点以下の端数については後述
する。

一方第６図における１データフレーム内音声データの
容量（シンボル数）は、容量（シンボル数）＝36×46×２＝3312 であり、前記１データフレームに必要なシンボル数を効
率よくカバーできる。

第７図は、第６図同様にビデオ信号NTSCフォーマット
におけるデータフレーム構成の１例である。第６図との
違いは、第６図では、C₁内符号とC₂外符号が直交型であ
るのに対し、第７図は斜交型を用いていることである。
第７図において、C₂外符号43は、データフレーム上斜め
のラインのデータに対し符号を生成し、その符号は各ブ
ロックの中に配置するものである。

第８図は、第６図におけるブロックの構成を示してい
る。コントロールデータ（以下CDと記す）38は、45の同
期信号（SYNC）,46の識別語（ID）,47のブロックアドレ
ス（B.ADDR）及び48のバリティ（PARITY）から成る。パ
リティ48はID46とB.ADDR47に対するエラーチェック用の
符号である。49は36シンボルの音声データであり、第６
図のC₂外符号42のブロックにおいてはデータの代りにC₂
外符号（C₂−PARITY）となる。41はC₁内符号（C₁−PARI
TY）となる。41はC₁内符号（C₁−PARITY）で４シンボル
ある。

第９図は、第７図におけるブロックの構成を示してい
る。第８図のブロック構成に４シンボルのC₂外符号43を
加えたものである。

次に、第１図に示した非同期吸収、ならびに第６図の
データフレーム説明で述べたデータの端数について述べ
る。第10図は、第６図に示したフレームと同構成のもの
である。前記したようにデータの容量は3312シンボル、
必要とするデータは3204シンボル（小数点以下切上げ）
であるからその差108シンボルは空領域となる。例えば
図に示すように50が空領域である。ところで、このデー
タフレーム周波数は、同時に記録するビデオ信号のフィ
ールド周波数に同期させてテープ上に記録する必要があ
る。一方音声データ量は標本化周波数で決まる。フィー
ルド周波数と標本化周波数は無関係、非同期であるか
ら、理想的な計算では108シンボル残ることになるが、
その時々で必ずしも一定のデータ量3204シンボルが割り
合たるとは限らない。つまり、3204シンボル前後でデー
タを増減させることで、長い周期において同期化が可能
である。瞬時瞬時の書き込みデータ量を増減させ固定化
しないとフィールド周波数と標本化周波数の非同期を吸
収することができる。第13図におけるxsで示す空領域50
は非同期吸収のために使う領域である。よって数十シン
ボルの変動を考慮すると、前記したようにNTSCのフレー
ムフォーマットで、１データフレーム内データ配分が32
03.2シンボルと端数が生じても、無視できる量であるこ
とがわかる。

又、このようにデータフレームごとに書き込まれるデ
ータ量が異なっていることを再生側で識別するため、デ
ータフレーム内データ量を、CD38のID46エリア等にその
識別符号を書き込めば、正しくデータを再生することが
できる。第10図においては空領域50を右下に配置した
が、データをインターリーブ処理することによって空領
域を分散したり他のエリアに設けてもかまわない。

上記したフレーム構成によって、ビデオ信号とエリア
分割したVTR、例えば8mmビデオの音声PCMエリアを使用
した時の記録波長を求める。

NTSCフォーマットにおいて第６図より１フレームシン
ボルデータは、108×44＝4752シンボル、１シンボル６
ビットを符号変調によって８ビットに変換するので、１
フレームのビット数は、4752×８＝38016ビット。テー
プ上のPCMエリア圧縮率は（ビデオ対PCMがテープのラッ
プ角で180゜対26.32゜より）約6.839でありデータフレ
ーム周波数は、フィールド周波数に等しく60/1.001Hzで
あることから、伝送レートは、となる。

記録波長は伝送ビット２ビット分であり、テープとヘ
ッドの相対速度は、3.752m/sであるから最短記録波長λ
minは、 λmin＝3.752÷15.584×10⁶×２≒0.482μｍとなる。またPCMエリア前後のガードバンドエリアに拡
張するが、PCMエリアそのものをガードバンドを含めて
拡張すると上記波長をより長くすることは可能である。

以上８ミリビデオを実施例とすると、サンプルデータ
16ビットを12ビットにすることにより3/4の圧縮を、フ
レーム構成及び誤り訂正符号の配置により、冗長度が従
来８ミリビデオの40.5％に対し32.6％（NTSC）に圧縮で
き、６−８変換により、上記12ビット圧縮との整合性を
得ると共に従来のFM変調（Bi−φ）より0.667（FMが２
に対し６−８が8/6）に圧縮することにより、前記した
ようにテープ上の最短記録波長が約0.5μｍと従来のCCI
R8ミリビデオ（0.54μｍ）に近いレベルで実現すること
ができる。

以上データフレームの構成が完了したデータは時間軸
圧縮した後、符号変調回路11を通って、記録アンプ17を
介しテープに記録する。この符号変調回路11は、テープ
上にデータを記録する時、いかに効率良く記録し、また
誤りをよく少なく再生できるようにするものであって、
本実施例のようにロータリートランスを用いた系におい
ては直流分が遮断されることを考慮して記録信号の低域
スペクトラムが少ないものが適している。

つづいて第11図は、本実施例で生成した信号を記録し
たテープから信号を再生する再生機の例である。テープ
18からヘッドを介して得られた再生アナログ信号104
は、プリアンプ51で増幅し、クロック再生回路52を用い
てこの再生信号からクロックを挿出する。挿出されたク
ロックはデータ信号処理の基準となる。このクロックを
用い、データ検出回路53でディジタル信号を得、符号復
調回路54によって符号変調波から元のディジタル信号を
再生する。

又、プリアンプ51は、ビデオ信号も検出するので、こ
の出力信号を入力とし、ビデオ信号処理回路63によっ
て、ビデオ信号を得る。103,102はシステム制御用コン
トローラ及び制御ラインである。

再生されたディジタル信号は、時間軸伸長回路55によ
って伸長し、ディジタル信号処理回路56と制御信号検出
回路57に入力される。ディジタル信号処理回路56では、
データのディインターリーブ、誤り訂正処理を行うこと
によって、正しい配列のディジタル信号をシンボルデー
タ伸長回路59に出力する。一方、制御信号検出回路57で
は、記録されていたID46を検出しコントローラ103へ送
る。また、IDコードの中に、準瞬時圧縮時のレンジ情報
が含まれている場合は、ID46は、レンジ情報検出回路58
に入力されレンジ情報を検出し、シンボルデータ伸長回
路59に入力される。シンボルデータ伸長回路59では、圧
縮されたデータをその圧縮則に基づいて伸長する。デー
タが準瞬時圧縮を施されている場合は、レンジ情報検出
回路58から入力されるレンジ情報を用いて伸長される。
伸長されたデータは、DAC回路60と、ディジタル信号出
力端子61へ出力される。DAC（ディジタル−アナログ変
換）回路60では、通常のアナログオーディオ信号をオー
ディオ出力端子62に出力する。

以上、再生回路を用いて本発明の記録フォーマットに
従ったPCM信号を再生することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、データの圧縮、高能率の誤り訂正符
号を付加しかつ冗長度をおさえたフレーム構成、および
符号変調を用いて、限られたエリアに高密度記録を可能
にできるので、高音質の音声記録再生ができ、また標準
の標本化周波数を使用し、ビデオ信号とのクロックが独
立しているのでディジタルダビングが可能であり、特に
衛星放送の４チャンネルのPCM放送を、PCMで記録できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本ブロック図である。第２図は８
ミリビデオのテープフォーマットのパターン図、第３図
は圧縮シンボルの説明図、第４図は14−９ビット６レン
ジの準瞬時圧縮の説明図、第５図は10ビットデータにお
ける圧縮シンボルの説明図、第６図と第７図は、データ
フレームの構成図、第８図と第９図は、ブロックフォー
マットの構成図、第10図は非同期吸収の説明図、第11図
は、本発明の記録信号を再生する回路例のブロック図で
ある。１……アナログ入力端子２……ディジタル入力端子４……レンジ情報検出回路５……圧縮シンボル生成回路６……制御信号生成回路９……誤り訂正符号化回路 12……非同期吸収回路37 ，44……データフレーム 41……C₁内符号 42,43……C₂外符号 18……シリンダ 19……テープ 57……制御信号検出回路 58……レンジ情報検出回路 61……ディジタル信号出力端子 62……オーディオ信号出力端子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】あらかじめ外部において、所定の圧縮則で
圧縮を施された圧縮ディジタル情報信号を、媒体に記録
する記録装置において、前記圧縮ディジタル情報信号の圧縮率を、前記所定の圧
縮則を用いて変更する圧縮手段を設けたことを特徴とす
るPCM信号記録装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の記録装置に
おいて、前記圧縮手段が、前記所定の圧縮則の量子化ビット数を
変更することにより、圧縮率を変更したものであること
を特徴とするPCM信号記録装置。