专利名称：用旋转式磁头记录或读取多种速率资料的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转磁鼓的媒体记录和读取装置及方法，其特点是能用来记录及读取多种速率资料。
旋转磁鼓的媒体记录技术早已普遍的使用在许多记录装置上，例如家用录象机(VTR)及数字录音机(DAT)等。与旋转磁鼓装置相关的发明文献有美国专利4,837,641及5,045,954，这两篇专利文献的内容将被引用为参考资料。
图1代表一个典型的旋转磁鼓装置，磁鼓装置一般成滚筒状，上面有数个等距离的磁头，当装置工作时磁鼓会转动，造成磁头一个接一个的接触正在同步移动的媒体(例如VTR或DAT磁带)，这些媒体可能环绕磁鼓达180度。为了说明上的方便，图1中假设有四个沿磁鼓11表面间隔90度排列的磁头A、B、C、D，磁鼓以图中显示的箭头方向转动。如图2所示，磁鼓11在转动时与接触的媒体12有一个夹角。磁头A、B、C、D会依序在接触媒体12表面时被启动。由于如图3所示媒体12环绕磁鼓11，所以可以有两个磁头会在同一时间，不同的接触位置被使用，图3中的磁头A和磁头B。
图4是用旋转磁鼓装置记录到磁带12的资料形式，就是通称的螺旋式扫描。螺旋式扫描会在记录媒体的垂直方向上，产生如图中之An-1到An+1的斜纹状的资料轨迹。由于安装的磁头有不同的磁偏角，所以扫描出的相邻的两磁轨也有不同的磁偏角(图中使用不同的细纹表示)。同样的，读取时也需用不同偏角磁头读取不同磁偏角的磁轨。如图1所示，磁头A、C有“正磁偏角”，而B、D有“负磁偏角”，所以磁头A、C记录的磁轨有正磁偏角，而B、D记录的磁轨有负磁偏角。
图4同时也显示，在一个特定的时间，磁头A和B的位置落在这磁带上(代表A、B分别在磁轨An及Bn上)，由图上来看磁头A在靠近An磁轨的尾端，B磁头落在Bn的中间而C磁头(没有在图上)会落在Cn的开端。在螺旋式扫描过程中，即使B磁头实体接触到正磁偏角磁轨An或Cn，也会因为其不同的磁偏角而无法读取其资料。图5显示旋转磁鼓上(如图1所示)的磁头开关控制信号，信号表示磁头产生作用或被启动的时间，A′表示A磁头产生作用的时间，同样的B′、C′及D′分别表示B、C及D磁头产生作用的时间。要注意的是当启动控制信号交错时，代表磁头同时记录或读取。
不同来源的信息，被记录的资料传输率也有可能不同，同样地，读取资料的速率也会不同。例如记录或读取传统电视系统(NTSC)的数字资料传输率，就比高清晰度电视(HDTV)的传输率低。因此，有必要使旋转磁鼓装置能够记录或读取多种传输速率的资料。
在前述美国专利4,837,641中，发明了一种能够以多种传统速率，记录或读取资料的旋转磁鼓装置。这种装置利用磁鼓转速及磁带行走速度各降一半的方法达到记录或读取只有标准资料速率一半的信息。这种方法较不实用的是，它很难提供更多种的记录或读取传输率。因为降低磁鼓转速对读取信号的特性有很大的影响，为弥补这种影响，在后级的放大器及锁相回路也要作各种不同的选择。这样的选择太困难也太昂贵，并不是人们所期望的。此外由于磁鼓的转速，对产生磁轨的倾斜度影响甚大(比磁带行走影响等级大1000)。所以基本上改变磁鼓转速并不是很好的方法(因为会严重的影响磁轨的倾斜角度)。
前述另一项美国专利5,045,954中，发明了一种能够以多种传输速率，记录或读取资料的旋转磁鼓装置。这种装置利用降低磁鼓转速及磁带行走速度的方法，达到记录或读取资料速率为标准速率除以磁头数目的整数倍。也就是说，假设磁鼓有四个磁头，则当记录资料的速率降低为四分之一时，磁带及磁鼓就会减速。使得每一个磁头都扫描到同一个磁轨一次，若只使其中一个磁头有作用，就可达到四分之一资料速率的记录或读取。但实际上由于磁带的移动，作用磁头落在磁轨上会有高度的偏移，所以这个磁头必需是一个“动态磁头”，使其能作微量的高度调整。这种额外的精密元件及复杂的控制需求，是此方法的一大缺点。
本发明的目的是提供一种改善旋转磁鼓装置的方法，使其能在不变动太多硬体的条件下，达到多种传输速率资料的记录及读取。
本发明亦提供了不用改变磁鼓转速及记录或读取信号特性的方法，所以不用重新设计原来的磁头、信号放大器、均衡器及锁相回路等线路。
当资料要被记录时，假设其传输速率为已知标准资料记录速率N。如果资料速率比标准记录速率低到某一个实际记录的资料速率N/X，则磁鼓的转动速率保持不变，磁性媒体的行走速度会减慢，而控制磁头开关的顺序也会改变。记录资料的速率是低于或等于实际记录的资料速率N/X，这个实际速率是依据一个由标准资料记录速率N及媒体行走速度降速比1/X计算出的预测量N/X。磁头的开关顺序受媒体行走速度影响，假设媒体标准走速度是L/T(L是媒体长度、T是媒体以标准速度播放花费的时间)，若媒体行走速度变为L/XT，则同一磁轨会扫描X次，所以磁头的开关顺序需变为每隔X次才开关一次。
为了配合螺旋式扫描例子中不同磁偏角轨迹之交错的关系，X必需保持奇数。例如媒体行走速度由标准速度L/T降为L/3T，那么磁头的开关顺序需变为每隔3次才开关一次。在图1中四个磁头A、B、C、D的开关顺序就会变为A、D、C、B。
在读取资料时由于磁鼓的转动速度保持不变，原始资料被记录在每个磁轨的资料率仍为标准资料率N。所以仍可以用标准速率N读取资料。等到检测出原始资料传输速率时，即降低媒体行走速度为L/XT，则每个磁轨被反覆扫描X次，读取资料的传输速率也变为N/X，然后再将其转换回原始的资料传输速率。
上述这些发明目的与特征将参照以下附图作详细的叙述图1显示一个转动的磁鼓有四个磁头；图2显示转动磁鼓与记录媒体的正视图；图3显示转动磁鼓与记录媒体的上视图；图4显示在标准资料记录速率时，螺旋扫描在记录媒体上所产生的磁性轨迹；图5显示在标准资料记录速率时，磁头开关控制信号；图6显示本发明的标准资料记录功能方块图；图7显示本发明的标准资料记录工作流程图；图8显示在低资料传输速率时，螺旋扫描在记录的媒体上所产生的磁性轨迹；图9显示在低资料传输速率时，磁头开关控制信号；图10显示本发明的原始资料回读功能方块图；图11显示本发明的原始资料回读工作流程图。
这是一个针对改善标准旋转磁鼓的媒体记录及读取装置的发明。以下的描述是针对一个有四个磁头的螺旋扫描装置，但是很明显的这个发明可以不使用在四磁头或螺旋扫描装置技术上。
图6是这个发明的标准资料记录功能方块图。图6描述一个有四磁头A、B、C、D的旋转磁鼓装置，记录资料到一个磁性媒体12的系统10。也就是说系统10是座落在输入9与旋转磁鼓装置11之间。例如对传统的VTR，系统10座落在天线输入与接触磁带的记录磁头之间。
要被记录到磁性媒体12的资料会被输入到信息传输率控制器14与资料传输率检测器16。这些装置有一个先决的配合，就是它们处理的资料标准传输率也就是最高传输率是每秒N个比特。资料传输率检测器16能检测到输入9的资料传输率，这个传输率称为资料源传输率。资料传输率检测器16的输出会告知信息传输率控制器14、磁带走速控制器18及磁头开关控制器20。
信息传输率控制器14会依据资料传输率检测器16的输出，将资料转换成实际的记录资料速率N/X。这种转换有许多方法例如可以重复资料源中某些资料，或者加入一些无效的资料来降低资料传输率，使其符合实际的记录资料速率N/X，然后才输出到数字信号处理器22。
信息速率控制器以传输率N，输出原始信息到数字信号处理器(DSP)22，数字信号处理器具备一些熟知的功能，将信息记录于磁带，这些功能包含编码、调制与错误控制编码。因为这些功能是大家所熟知的，且在本发明中无需了解其操作方式，因此省略了有关这些功能的讨论。数字信号处理器将处理后的信息送到一个记录信号放大器24，这记录信号放大器24同时也接收磁头开关控制器20的输出，记录信号放大器24将信息传送到旋转磁鼓11上的磁头A、B、C、D，经由这些磁头将信息记录至磁带12。
相位信号产生器26产生磁鼓11的相位信号，这相位信号被应用到磁头开关控制器20以决定磁头A、B、C、D相对于磁带12的位置。
图7是由记录系统10所执行的程序100的流程图，信息速率检测器16决定了欲记录信息的原始信息速率P(步骤102)。假如P接近标准记录传输率N(通常是最高的记录传输率)的第一数字范围内，警如N/3＜P(1)其中；磁鼓旋转周期＝T秒(sec)
磁带长度＝L毫米(mm)磁带的速度＝L/T(mm/sec)此信息以近似于磁鼓记录装置的平常旋转方式记录。
特别是在原始信息速率P等于标准传输率N的情况下(步骤103)，不须变更传输率，信息即被记录(步骤104)。如果P＜N，信息速率检测器16将指示信息速率控制器14提高传输率到N(比特/秒)(步骤106)。当信息速率检测器16所决定的P是接近N(譬如，当P是在由方程式(1)所定义的范围内)(步骤108)，此装置以类似于正常速度的记录方法将信息记录(步骤104)，注意P小于N而且P接近于N时，被记录信息的磁轨长度是P/X，少于当P＝N的磁轨长度，而未用的磁轨长度(1-(P/N))则留为空白。磁带走速控制器18维持磁带12的运转速度在正常的速度(L/T)，磁头开关控制器20以图5所示的顺序启动磁头。如图1的实施例所示，每个磁头依磁鼓每转90度而轮流启动。
当信息速率检测器16侦测出的原始信息速率P不属于第一个范围时(步骤108)，就不以平常的方法记录此信息。辟如，P可能是位于第二个范围内N/5＜P＜N/3 (2)其中；磁鼓旋转周期＝T秒(sec)磁带的长度＝L毫米(mm)磁带的速度＝L/3T(mm/sec)在这种情况下，磁带走速控制器18会对应这个传输率检测信号而减少磁带的运转速度到L/3T(步骤110)，也就是正常速度的三分之一。磁鼓11以相同的速度旋转，但磁头工作顺序已变更(步骤112)，因为在这例子中，磁带运转速度已被减少到正常的速度的三分之一，磁头开关控制器20将依每转三个磁头而启动一次。如此，记录的情形(步骤104)如下当正偏磁轨An接触磁鼓，磁头A启动，当邻接的负偏磁轨出现于磁鼓，邻接的负偏磁磁头B则不作用，再下去的正偏磁磁头C也同样的不作用，因为这磁带依三分之一的比例减速，磁鼓旋转270度后，在A之后的第三磁头才产生作用。因此，负偏磁磁头D经由磁头开关控制器20启动。因磁带的速度减慢，当磁头A完成记录信息，磁头B将接触磁带12而且位于磁轨A上。如此，磁头B应被遮罩住，磁头C接触磁带12时，将接触磁轨A，因此也应是遮罩住的。当磁头D接触磁带12时，磁带已经运转一个充分的长度，因此它能记录而不重叠到磁轨A的信息，这样有利于有效地使用磁带的记录空间。如图8所示，在这例子中，没有不当的间隙存在于邻接的磁轨之间。
因为记录的比特比率总是N(比特/秒)，在播放时不需要改变位于再生电路上的锁相回路，与高频信号(RF)均衡器电路。
图8显示由一台螺旋式扫描器，依上述方式在P位于第二数值范围内时所记录的轨道。在此实施例中，毗连An的磁轨是Dn，同样地，下一个正偏磁轨由磁头D后的第三磁头所记录，也就是磁头C，接下来的负偏磁轨是被磁头C后的第三磁头所记录，也就是磁头B，在此实施例中，磁头开关控制器20的切换顺序是A、D、C、B，如图9所示。A”、D”、C”与B”表示每个磁头启动的时间间隔。
明显的，其他种的磁带速度与磁头作用顺序的关系也是可能的。比如，假如原始信息速率P落在一个特别的范围之内，可能包含例如P＝N/5，则这些磁头以5的间隔作用。在四磁头磁鼓的实施例中，这顺序将是A、B、C、D，而在此实施例中显示，在磁头B作用之前，这四磁头磁鼓将完成一个450度旋轮(也就是360°＋90°)。假如P落在一个特定的范围之内，可能包含，比如P＝N/7，则每第七个磁头将启动，其顺序则是A、D、C、B，磁鼓在下一个磁头作用之前将旋转630度(也就是360°＋270°)。当然，此发明不被限制只应用于四磁头磁鼓。
因为实施例是一台有偶数磁头的螺旋式扫描器，上述关系会涉及单数的磁带减速(例如L/3T或L/5T或L/7T)。由于正负偏磁，每个随后作用的磁头与前面磁头有相反的偏磁角，因此这些间隔必定得单数。对于一个不考虑相对磁偏角的旋转磁鼓装置，这些关系可以是偶数或者是奇数。相对于磁带减速的每一个分数L/T，其倒数则相对于磁头作用的顺序。比如，当磁带速度被减少到L/XT，作用顺序是每一个第X磁头。
图10所示之旋转磁鼓装置播放系统40，是根据本发明所实施的方块图。图11是此播放系统40实行程序(200)的流程图。
再生电路40在播放过程中是必要的，由磁头A、B、C、D从磁带12读取信息。例如，在录象机中，再生电路40一般而言是位于接触磁带的再生磁头，与录象机到电视机的输出41之间。
参考图10，相位信号产生器26产生磁鼓11的相位信号，此信号被应用到磁头开关控制器20，以决定磁头A、B、C、D相对于磁带12的位置。从这些磁头所读取的信息，被送到再生信号放大器28。如上所述，即使信息的原始信息速率少于N，亦可以以N的记录率记录，而不需要调整磁鼓的旋转速度。
再生信号放大器28同时也接收控制磁头启动的磁头开关控制器的20输出，这再生信号放大器从磁带读取信息(图11步骤202)然后送它到数字信号处理器22。数字信号处理器处理由磁带取得的信息(步骤204)，此处理方式是众所周知的，在此不多做详述。数字信号处理器的输出，被应用到原始信息速率检测器32，决定出先前记录信息的原始速率，并且产生一个控制信号，此数字信号处理器输出同时也被应用到一个信息速率恢复装置30，这个速率恢复装置响应原始信息速率检测器32的输出信号，而输出未被改变的信息(假如这原始比率是N(步骤210))或在信息输出(步骤210)之前转换信息至原始的传输率(步骤212)。
原始信息速率检测器32的控制信号，与再生信号放大器28的信号，被应用到一个传统的循轨控制器34，因而可按照记录时的磁带速度，来就更目前的磁带速度。
原始信息速率检测器32所产生的控制信号，与相位产生器26的输出被应用到磁头开关控制器20，控制信号指示磁头开关控制器20，根据磁带速度适当地依序启动磁头，而相位产生器的输出显示磁头相对于磁带的位置。
上述本申请附图与说明所揭示的，仅为本发明之实施例，凡熟悉领域的技术人员，其所依本案精神范畴所做的等效变化或修饰，都应涵盖于以下本申请的权利要求书内。
权利要求
1.一种使用旋转磁鼓元件控制信息传输率的方法，其特征在于包含下列步骤(1)决定被记录于媒体上的原始信息的传输率；(2)根据原始信息传输率，去控制媒体的行进速度；(3)根据媒体的行进速度，在适当的时间，依序地启动旋转磁鼓上的磁头。
2.如权利要求1所述的使用旋转磁鼓元件控制信息传输率的方法，其特征在于控制媒体行进的速度包含(1)当原始信息传输率介于记录速率N及第二个预设传输率之间时，并不改变媒体的行进速L/T，L代表磁带长度，T代表旋转磁鼓的旋转周期，而且(2)当原始信息传输率，低于第二个预设传输率时，则改变媒体的行进速度为原来的1/X倍，成为L/XT，X是大于1的整数，X的大小则是根据原始信息传输率与标准传输率相差多少而决定，其中磁头启动的次序是每隔X个磁头启动一次，若N＝1则媒体的行进速度是不变的。
3.如权利要求1所述的使用旋转磁鼓元件控制信息传输率的方法，其特征在于读取已记录在媒体上的信息，包含下列步骤(1)以标准传输率读取记录在媒体上的信息；(2)判断记录在媒体上原始信息传输率；(3)根据来源传输率，改变媒体行进的速度及磁头的启动次序；(4)将由媒体上读取的信息，从标准传输率转变成来源传输率。
4.如权利要求2所述的使用旋转磁鼓元件控制信息传输率的方法，其特征在于第二个预设的传输率是N/3。
5.如权利要求2所述的使用旋转磁鼓元件控制信息传输率的方法，其特征在于X是个奇数。
6.一种用来传输信息介于具有多磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，包含(1)一个输入端；(2)一个连接到输入端的信息传输率检测器；(3)一个连接到信息传输率检测器的媒体行进速度控制器，依据所获得的信息传输率与预设传输率相差的多少，而控制媒体的行进速度；(4)一个连接信息传输率检测器的磁头开关控制器，依序地将磁头启动，启动的次序是每隔X个磁头，X是根据信息的来源传输率与标准传输率相差的多少而决定的。
7.如权利要求6所述的用来传输信息介于具有多个磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，其特征在于其中之媒体行进速度控制器(1)当原始信息传输率，介于第一个预设传输率与第二个预设传输率之间时，并不改变媒体的标准行进速度L/T，L是磁带长度T是旋转磁鼓的旋转周期；(2)当原始信息传输率低于第二个预设传输率时，本控制器将媒体行进的速度由L/T改变为L/XT。
8.如权利要求6所述的用来传输信息介于具有多磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，其特征在于更包含(1)连接到输入端及信息传输率检测器的信息传输率控制器，用来将被记录于媒体的原始信息传输率转变成预设的传输率；(2)一个连接到信息传输率控制器的信号处理器；而且(3)一个连接到旋转磁鼓及磁头开关控制器之间的相位信号产生器，用来显示旋转磁鼓上的某一磁头与磁带的相对位置关系。
9.如权利要求8所述的用来传输信息介于具有多磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，其特征在于包含一个再生电路，该再生电路包括(1)一个再生放大器，其输入端连接到旋转磁鼓及磁头开关控制器，其输出则连接到信息处理器；(2)一个信息来源传输率的检测器，其输入端连接到信号处理器，其输出则连接到磁头开关控制器；(3)一个信息传输率回复元件，连接到信号处理器的输出，及信息来源传输率检测器的输出；(4)一个循轨控制器，其输入端连接到再生放大器及信息来源传输率检测器，其输出端则连接到旋转磁鼓元件；并且(5)经回复为来源传输率的信息，由信息传输率回复装置的输出端输出。
10.如权利要求6所述的用来传输信息介于具有多磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，其特征在于旋转磁鼓元件包含一个具有偶数个磁头的螺旋扫描器，并且X是个奇数。
11.如权利要求9所述的用来传输信息介于具有多磁头的旋转磁鼓与磁性媒体之间的装置，其特征在于还包括一个相位信号产生器，其输入端连接到旋转磁鼓元件，其输出端则连接到磁头连接开关。
全文摘要
旋转磁鼓的媒体读写装置，如资料速率比标准记录速率低到实际记录资料速率N/X，则磁鼓转速保持不变，磁性媒体的行走速度减慢，控制磁头开关的顺序也改变。记录信息的速率是低于或等于实际记录资料速率N/X，实际速率是依据由标准资料记录速率N及媒体走速降速比1/X计算出的预测量N/X。磁头的开关顺序受媒体走速影响，设媒体标准走速是L/T，若媒体走速变为L/XT，则同一磁轨扫描X次，磁头的开关顺序需变为每隔X次开关一次。
文档编号G11B5/53GK1134016SQ95106458
公开日1996年10月23日 申请日期1995年6月14日 优先权日1994年10月6日
发明者蔡荣宗, 陈天任, 吴宗晓 申请人:财团法人工业技术研究院