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発明の名称 ディジタル信号再生装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−121996
公開日 平成7年(1995)5月12日
出願番号 特願平5−268705
出願日 平成5年(1993)10月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 森岡 芳宏 / 岡山 睦之
要約 目的
再生信号のSN比を飛躍的に改善し、高密度記録においてもエラーレートを十分実用可能なレベルに保つことができるVTRを提供する。

構成
サンプリング・クロック信号を用いて再生信号をMビットのディジタル信号に量子化するA/D変換器と、前記Mビットの出力信号を同期信号を基準に決めた特定の番地に記憶し、かつ、記録媒体上の同じ信号が繰り返して再生される毎に、同期信号を基準に決めたメモリ回路8上の特定の番地に記憶されているMビットのデータを呼び出してA/D変換器6の出力信号と加算し、かつ加算回数分の平均値を算出してメモリ回路8上の特定の番地に記憶させる演算回路7と、メモリ回路8の出力を用いて記録媒体に記録された信号のレベル検出を行うディジタル復調回路9を具備した構成である。
特許請求の範囲
【請求項1】記録媒体上に記録されたディジタル信号を複数回再生する磁気再生装置において、前記記録媒体より再生された信号より同期信号を検出する同期信号検出回路と、サンプリング・クロック信号の位相を前記同期信号に同期させるクロック同期回路と、前記クロック同期回路の出力であるサンプリング・クロック信号を用いて前記記録媒体より再生された信号をMビット(Mは自然数)のディジタル信号に量子化するA/D変換器と、前記A/D変換器のMビットの出力信号を前記同期信号を基準に決めた特定の番地に記憶し、かつ、前記記録媒体上の同じ信号が繰り返して再生される毎に、前記同期信号を基準に決めたメモリ回路上の特定の番地に記憶されているMビットのデータを呼び出して前記A/D変換器の出力信号と加算し、かつ加算回数分の平均値を算出して前記メモリ回路上の特定の番地に記憶させるディジタル信号処理回路と、前記メモリ回路の出力信号を用いて前記記録媒体に記録された信号のレベル検出を行うディジタル復調回路を具備したディジタル信号再生装置。
【請求項2】クロック同期回路は、位相同期ループ(PLL)方式の同期回路であることを特徴とする請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項3】サンプリング・クロックの周波数は、ディジタル復調回路より復調されたディジタル信号の最高繰り返し周波数の2倍であることを特徴とする請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項4】Nを16以上の整数として、サンプリング・クロックの周波数はディジタル復調回路より復調されたディジタル信号の基本クロック周波数のN倍以上であり、1サンプリング周期をNで均等に割った期間毎に位相がゼロとなるN個のサンプリング・クロックを持ち、前記N個のサンプリング・クロックより最も前記同期信号の再生位相に近いものを選択する位相同期ループであることを特徴とする請求項2記載のディジタル信号再生装置。
【請求項5】同期信号は”ハイレベル”と”ローレベル”を組み合わせて構成されており、再生時に同期信号およびその前後の信号を選択するゲート信号により抜き出された後、同期信号に変換されることを特徴とする請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項6】同期信号は”ハイレベル”と”ローレベル”を組み合わせて構成されたバースト状の信号であり、再生時に同期信号およびその前後の信号を選択するゲート信号により抜き出された後、帯域通過フィルタに入力されることを特徴とする請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項7】記録媒体は磁気テープであり、前記磁気テープをその円周上に約190度に渡り巻き付けた回転シリンダと、前記回転シリンダの円周上にほぼ180度対称に取り付けられていて前記磁気テープ上を斜めに走査して記録トラックを形成する2つの磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドが1つのトラック上を複数回走査する様に前記磁気テープの走行速度を制御するテープ送り速度制御回路を具備した請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項8】記録媒体はディスク状記録媒体であり、前記ディスク状記録媒体の信号記録面に円周状に形成された信号トラックに記録された特定データ群を複数回再生する様に前記ディスク状媒体および前記ディスク状媒体の再生デバイスの位置関係を制御する制御回路を具備した請求項1記載のディジタル信号再生装置。
【請求項9】ディスク状記録媒体は光ディスクであることを特徴とする請求項8記載のディジタル信号再生装置。
【請求項10】ディスク状記録媒体はハードディスクであることを特徴とする請求項8記載のディジタル信号再生装置。
【請求項11】ディスク状記録媒体はフロッピーディスクであることを特徴とする請求項8記載のディジタル信号再生装置。
【請求項12】記録媒体上に記録されたディジタル信号を2個の再生デバイスにより再生する磁気再生装置において、前記記録媒体より第1の再生デバイスにより再生された信号より同期信号を検出する第1の同期信号検出回路と、連続的に発生するサンプリング・クロック信号を前記同期信号に同期させる第1のクロック同期回路と、前記第1のクロック同期回路の出力である第1のサンプリング・クロック信号を用いて前記記録媒体より再生された信号をディジタル信号に変換する第1のA/D変換器と、前記第1のA/D変換器の出力信号を前記同期信号を基準に決めたメモリ回路上の特定の番地に記憶するメモリ回路と、前記記録媒体より第2の再生デバイスにより再生された信号より同期信号を検出する第2の同期信号検出回路と、連続的に発生する第2のサンプリング・クロック信号を前記同期信号に同期させる第2のクロック同期回路と、前記クロック同期回路の出力であるサンプリング・クロック信号を用いて前記記録媒体より再生された信号をディジタル信号に変換する第2のA/D変換器と、前記第2のA/D変換器の出力信号を前記同期信号を基準に決めた前記メモリ回路上の特定の番地に加算平均して記憶させる前記メモリ回路と、前記メモリ回路の出力信号を用いて前記記録媒体に記録された信号のレベル検出を行うディジタル復調回路を具備したディジタル信号再生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気テープ、磁気ディスクまたは光ディスクなどの記録媒体に記録されたカラー映像信号、音声信号または各種データにより構成されるデイジタル信号を高SN比化するディジタル信号の再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、映像信号の帯域圧縮技術や高能率符号化などディジタル信号処理技術の進歩に伴い、アナログ方式のVTRの発展システムとしてディジタルVTRの開発が盛んに行われている。たとえば、山光長寿郎著、「画像情報記録技術の将来ー民生用ディジタルVTRー」、テレビジョン学会、Vol.46,No.10,pp1222〜1229、1992年や江藤、三田、土居著、「ディジタルビデオ記録技術」に詳しく解説されているディジタルVTRである。これらは従来の1インチ方式、VHS(登録商標)方式または8mm方式などを基本として改良したディジタルVTRである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在、これらのディジタルVTRは記録密度の低さに問題がある。すなわち、近年のメタル蒸着テープやメタル塗布型テープなどにおけるテープ性能アップにより、テープのみの再生SN比として、ヘッド・トラック幅が5ミクロンメートル以下でも十分実用的に記録再生できる様になってきた。
【0004】しかし、VTR再生信号のSN比は、テープノイズよりむしろヘッドアンプ回路の熱雑音などにより制限されており、高密度記録を阻害している。
【0005】また、VHS方式や8mm方式などを基本として改良したディジタルVTRにおいては、記録時および再生時にヘッドがトラックを走査する直線性が悪く、たとえば、記録時間を増加させるためにトラック幅を5ミクロンメートルにした場合、デッキ間の互換再生時などに再生出力が10dB以上も低下してしまい、再生が不可能になるという課題がある。すなわち、VTRにおいては、トラック幅が10ミクロンメートル未満のものはなく、トラック幅を5ミクロンメートル以下にするにはSN比向上のブレークスルーが必要である。
【0006】本発明はかかる点に鑑み、再生信号のSN比を飛躍的に改善し、高密度記録においてもエラーレートを十分実用可能なレベルに保つことができるVTRを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達するため、記録媒体より再生された再生信号より同期信号を検出する同期信号検出回路と、サンプリング・クロック信号の位相を前記同期信号に同期させるクロック同期回路と、前記クロック同期回路の出力であるサンプリング・クロック信号を用いて前記記録媒体より再生された再生信号をMビット(Mは自然数)のディジタル信号に量子化するA/D変換器と、前記A/D変換器のMビットの出力信号を前記同期信号を基準に決めた特定の番地に記憶し、かつ、前記記録媒体上の同じ信号が繰り返して再生される毎に、前記同期信号を基準に決めたメモリ回路上の特定の番地に記憶されているMビットのデータを呼び出して前記A/D変換器の出力信号と加算し、かつ加算回数分の平均値を算出して前記メモリ回路上の特定の番地に記憶させるディジタル信号処理回路と、前記メモリ回路の出力信号を用いて前記記録媒体に記録された信号のレベル検出を行うディジタル復調回路を具備した構成である。
【0008】
【作用】本発明は上記した構成により、記録媒体より複数回に渡り再生されたディジタル信号を、PLL回路などを用いて時間基準とする同期信号に対して一定の位相で複数回サンプリングした後、メモリ回路で同一信号の加算平均をとることによりSN比の飛躍的な改善を図る。
【0009】
【実施例】以下本発明の第1の実施例について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施例におけるディジタル信号の再生装置を具現化したディジタル信号再生回路の要部ブロック図である。
【0010】図1において、ディジタルVTRの磁気ヘッドの再生信号がロータリー・トランスフォーマーなどを通して、再生信号入力端子1より入力され、再生ヘッドアンプ2に至る。ここで、再生された信号は”ハイレベル1”レベル、および”ローレベル0”レベルの2値の信号が再生されている。なお、ここで、ディジタルVTRのテープ/ヘッド系におけるディジタル信号の記録容量は30Mbps、また、NTSC方式映像信号および音声信号は3Mbpsに圧縮され記録されているとする。
【0011】この3Mbpsの信号としては、たとえば、1993年10月現在標準化作業が行われているMPEG−2方式の信号を当てはめることができる。また、回転シリンダは映像信号の1フレームに1回転し、かつ、磁気テープの送り速度は5フレームで1トラック分とすることにより、磁気テープ上の1つのトラックに5フレーム分のディジタル信号がメモリを介して間欠的に記録されているとする。磁気テープにおけるディジタル信号の記録トラック配置を図2に示す。
【0012】図2において、磁気テープ12が矢印13の方向に走行している。また、磁気テープ12上をトラック幅が15ミクロンメータの磁気ヘッド14が矢印15の方向に走査し、記録時にはトラック幅が10ミクロンメータのディジタル信号記録トラックを形成し、再生時にはディジタル信号記録トラック上を走査しディジタル信号を再生する。ここでは、磁気ヘッド14のトラック幅HTWは、磁気テープ12上の記録トラック幅の1.5倍とし、隣接トラックの記録アジマスとはお互いに逆アジマスの関係となる様に磁気ヘッドのアジマス角度を設定する。また、磁気テープの幅wは1/4インチとし、記録トラックが磁気テープ走行方向13となす角度θを6度とする。
【0013】前述した様に、1本のトラックには、5フレーム、すなわち、10フィールド分のディジタル映像信号が、図2に示すFo1、Fe1、Fo2、Fe2、・・・Fo5、Fe5のごとく記録されている。ただし、Fo1は5つのフレームのうちの1番目フレームの奇数フィールドであること、また、Fe1は5つのフレームのうちの1番目フレームの偶数フィールドであることを意味する。そこで、磁気テープが1本のトラック分の長さだけ矢印13の方向に走査する時間ttrackは、10/59.94=0.167[秒]となる。
【0014】一方、記録トラック上の信号アジマス角度と等しいアジマス角度を持った磁気ヘッドは、回転シリンダの1回転、すなわち、2/59.94=0.0333[秒]毎にそのトラック上を走査するので、(1.5HTWーHTW)/HTW=0.5より、記録トラック幅全体の信号をエンベロープ獲得率100%で約5回は繰り返し再生することができ、この繰り返し再生信号を加算利用できる。エンベロープ獲得率が70%以上でよいならば、繰り返し再生による加算回数をより大きくすることができる。
【0015】図1に示すように、再生ヘッドアンプ2において約60dB程度の増幅が行われた再生RFディジタル信号は、同期信号検出回路3に入力し、同期信号が分離される。この同期信号検出回路3において検出された同期信号はサンプリング・クロック同期回路4に入力し、連続的に発生するサンプリング・クロックの位相を同期信号の時間軸基準に対して一定に制御する。なお、同期信号の検出は非常に重要であり、ひとたび同期信号が検出できれば、シリンダ回転に対して一定位相で発生させる同期信号検出ゲート信号を用い、より検出精度を高めることができる。また、サンプリング・クロック周波数は、ディジタル信号の最高繰り返し周波数の2倍に設定する。
【0016】一方、再生ヘッドアンプ2の出力である再生RFディジタル信号は、遅延回路5においてタイミング調整をされた後、A/D変換器6に入力され、サンプリング・クロック同期回路4の出力であるサンプリング・クロックにより10ビットに量子化され、この量子化データ(その1)は演算回路7を通過してメモリ回路8の決められたアドレス上に一時的に記憶される。
【0017】ここで、磁気ヘッドが磁気テープより同じ信号トラック上を2回走査し、同じ信号を複数回再生する場合を考える。すなわち、前述した信号を再び再生し、前述の動作を行い量子化データ(その2)を得る。そして、この量子化データ(その2)は、前回メモリ回路8上に一時的に記憶した量子化データ(その1)と算術加算を行い算術平均をとり、再びメモリ回路8内の決められたアドレス上に一時記憶する。
【0018】以上の単純な動作、すなわち、磁気テープより複数回に渡り再生されたRFディジタル信号を、同位相で複数回サンプリングした後、メモリ上で同一信号の加算平均をとるという動作によりSN比の飛躍的な改善を行うことができる。ここで、VTRの典型的なRF系の信号およびノイズの周波数特性を示した図3を用いてその原理を説明する。図3において、横軸は周波数であり、縦軸はレスポンスである。Ctapeは、磁気ヘッドの再生効率を含んだ磁気テープの信号出力を表す。Ntapeは、磁気ヘッドの再生効率を含んだ磁気テープのノイズ出力を表す。Nsysは、磁気ヘッドおよび再生ヘッドアンプ回路の熱雑音を表す。
【0019】Ctapeが大きい領域ではNtapeも大きい。しかし、Ctapeが小さい領域ではNtapeも小さく、この領域ではトータルノイズNtotalは、Nsysにより制限されているのが現状である。VTR設計において、一般に議論されるCN比は、CtapeとNtotalの比であり、SN比はCN比を使用するRF帯域に渡り積分した平均値である。そこで、SN比は、低域および高域における低CN比の悪影響を受け、中域でCN比が良いにもかかわらず、低い値となる。すなわち、従来のテープ/ヘッド系では、テープの持っている潜在的な優れたCN比を引き出し活用することができない。
【0020】しかし、本実施例においては、前述した様に、1トラックに5フレーム分の信号が記録されているので、再生RFディジタル信号を同位相で複数回サンプリングし算術平均を取ることは容易である。そこで、特に、Nsysを低減することができる。2回走査の算術平均をとるとNsysを約3[dB]低減し、3回走査の算術平均をとるとNsysを約4.7[dB]低減し、Nを整数として、N回走査の算術平均をとるとNsysを10log10(N)[dB]低減することができる。
【0021】そこで、特に、低域と高域のCN比を改善できるので、総合SN比を大きく改善し、エラーレートを低減できる。本実施例において、ヘッドのトラック幅を記録トラック幅の約1.5倍に設定すると、Nを3回から5回に設定することは容易であり、最大約7dBのCN比改善が可能となる。
【0022】さて、図1において、以上の様に算術平均によりSN比が改善されたメモリ内の量子化データはディジタル復調回路9に入力し”ハイレベル1”および”ローレベル0”の信号検出が行なわれる。ディジタル復調回路9の出力信号は、誤り訂正回路10に入力し誤り訂正が行われる。その後、ディジタル信号は出力端子11より出力され、映像信号、音声信号または、各種データに復号される。
【0023】次に、本発明の第2の実施例について、図4を参照しながら説明する。図4において、光ディスク16の各トラックに記録されたディジタル信号は、矢印17の方向に再生されていくとする。本実施例においては、各トラックは光ディスク16の回転中心18より円周方向に円周状に閉じた形で独立して形成されているが、回転方向にらせん状に連続する様にトラックが形成されている場合について基本的に同じである。
【0024】本実施例においても、第1の実施例と同様に、同じトラックを複数回再生して得たRFディジタル信号を、図1における入力端子1に入力することにより、再生信号のSN比を飛躍的に向上することができる。以下の信号処理は、第1の実施例と同様である。
【0025】次に、本発明の第3の実施例について、図5を参照しながら説明する。図5では、第1の実施例のVTRにおいて1つの記録トラック上に記録された信号を2つの磁気ヘッドが複数回再生する場合についての構成例について説明する。
【0026】まず、第1の磁気ヘッドおよび第2の磁気ヘッド(図示せず)の再生信号が、それぞれ、第1の入力端子20及び第2の入力端子21より入力される。2つの入力信号は、それぞれ第1の再生ヘッドアンプ22および第2の再生ヘッドアンプ23において増幅された後、それぞれ第1の同期化サンプリング回路24および第2の同期化サンプリング回路25において再生同期信号に同期した位相を持ったサンプリング・クロックにより10ビットに量子化される。ここで、第1の同期化サンプリング回路24および第2の同期化サンプリング回路25は、それぞれ、図1において点線で囲んだ同期化サンプリング回路ブロック19を表している。
【0027】次に、第1の同期化サンプリング回路24および第2の同期化サンプリング回路25の出力である2系統の量子化信号は、それぞれ、2つのバッファー回路26および27において適切な遅延を与えられ、それぞれ同じ再生信号が同じタイミングで演算回路28に入力される。演算回路28では、第1の実施例において説明した原理により2つの入力信号を加算平均し、再生ディジタル信号のSN比を改善することができる。演算回路28の出力はメモリ回路8において一定期間記憶され、そのままディジタル復調回路29に出力される。
【0028】また、ここで、メモリ回路8に記憶された信号は、第1の実施例と同様に演算回路28で再び再生された信号と加算平均された後、ディジタル復調回路29に出力することによりSN比をさらに改善することが可能である。ディジタル復調回路29の出力は、誤り訂正回路30に入力され、誤り訂正が行われた後、出力端子31より出力される。
【0029】なお、本発明の大きな特徴は、ディジタル信号の再生に際して、サンプリング・クロックの位相を再生された同期信号に対して一定に保ちつつ、算術平均を取るところにあり、本実施例で説明した構成例以外の構成にも適用可能である。たとえば、同期信号検出やPLL回路をディジタル方式としてA/D変換器の後に配置した構成に適用することができる。また、複数の磁気ヘッドや光ヘッドからの複数の再生信号に本構成の信号処理を行うことによりSN比の改善を行うこともできる。
【0030】また、本発明は、磁気テープ、ハードディスクまたは光ディスクだけでなく、ISDNやB−ISDNなど電線や光ケーブルを使用する一般の信号伝送システムに適用してもその効果を発揮することができる。
【0031】
【発明の効果】以上の様に、磁気テープや光ディスクなどの記録媒体より複数回に渡り再生された同一のRFディジタル信号を、PLL回路などを用いて時間基準とする同期信号に対して一定の位相で複数回サンプリングした後、メモリ上で同一信号の加算平均をとることによりSN比の飛躍的な改善を図れる。そこで、現在は実現不可能なトラック幅が5ミクロンメートル以下の狭トラック記録VTRなどが実現可能となる。
【0032】また、磁気テープや光ディスクの記録密度を極めて高くするとともに実用信頼性も向上することが可能となるので、記録時間の長時間化、記録容量の増大、記録メディアの小型化による記録再生機器の小型化などが実現できる。




 

 


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