专利名称：数字信号记录方法和装置和数字信号再现方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于记录数字信号到记录介质和从记录介质再现数字信号的方法和装置，特别是涉及一种用于用数字视频信号的压缩记录数字视频信号到盘形记录介质和从盘形记录介质再现数字视频信号的数字信号再现方法和装置。
使用磁带的磁带录像机(VTR)用作用于记录视频信号和音频信号到记录介质和从记录介质再现视频信号和音频信号的装置。家庭VTR可在标准模式和长时间模式(例如，三倍长)模式之间正常地转换，以便选择能用于记录视频信号到磁带的预定长度上的时间。当记录能在标准模式的时间内记录的电视节目时，用户通常选择标准模式，能够得到较好的画面质量。当用户要求在单个磁带上记录超过如果在标准模式下的磁带长度的长时间节目时，或当用户要求在单个磁带上记录各种节目时，通常选择长时间模式。
另一方面，光盘等已广泛扩展作为一种能够把视频信号和音频信号作为数字信号记录/再现的介质。与磁带相比较，盘形的记录介质在随机存取能力方面占优，并且能够记录/再现高质量画面，但是，不能够在相应于上述标准模式和长时间模式的两模式之间选择。
因此，本发明的目的是提供一种数字信号记录方法和装置和一种能在两个模式，即对应于在VTR中的上述标准模式和长时间模式的高质量模式和长时间模式中，使用能记录数字视频信号等的盘形记录介质。
为了实现上述的目的，本发明提供一种用于压缩数字信号和记录压缩数字信号在能随机存取的记录介质上的数字信号记录方法。根据本发明的数字信号记录方法包括一个用于压缩输入的数字信号的压缩步骤；一个用于在存储器中累积压缩的数字信号的累积步骤；和一个用于在记录介质的记录区上记录累积的数字信号的记录步骤。
而且，根据本发明的数字信号记录装置包括压缩装置，用于以由一控制信号从多个压缩比中确定即选择的压缩比压缩数字信号；存储器，用于累积压缩的数字信号；和记录装置，用于在按照上述确定的压缩比确定的记录区上记录。
在上述数字信号记录方法和装置中，可以在不同压缩比的高质量模式和长时间模式下把诸如视频信号之类的数字信号记录在单个记录介质上。
而且，本发明提供一种用于再现记录在能随机存取的记录介质上的压缩数字信号的数字信号再现方法。根据本发明的数字信号再现方法包括读出步骤，用于从记录介质的不同记录区读出用不同压缩比压缩的数字信号；累积步骤，用于在存储器中累积已读出的数字信号；和解码步骤，用于解码累积的数字信号。
而且，根据本发明的数字信号再现装置包括读出装置，用于从能随机存取的记录介质的不同记录区读出用不同压缩比压缩的数字信号；存储器，用于累积已读出的数字信号；和解码装置，用于解码累积的数字信号。
在上述的数字信号再现方法和装置中，可以再现在单个盘形记录介质上用不同压缩比记录的数字信号和根据压缩比执行一处理，以减小块失真，能以实际画面质量再现在具有高压缩比的长时间模式下记录的视频信号。
图1表示根据本发明的实施例的数字信号记录装置结构的方框图。
图2表示用于以可变比特率记录的压缩电路20的结构例子的方框图。
图3说明用可变记录比特率的记录操作。
图4表示当在高质量画面模式和长时间模式中把视频信号记录在单个盘形记录介质上时记录区分配的一个例子。
图5表示相对于记录介质的使用容量的记录比特率的阶梯形转换。
图6示意地表示用于通过限制要压缩和记录的信号的频带改变压缩比的方法。
图7示意地表示用于通过改变构成屏幕的块的数目即分辨率改变压缩比的方法。
图8示意地表示用于通过改变画面的尺寸来改变压缩比的方法。
图9示意地表示用于通过改变每个单元时间的帧数目来改变压缩比的方法。
图10表示根据记录到记录介质的时间控制的信号数据量。
图11表示根据相应于图1的数字信号记录装置的本发明的数字信号再现装置的结构例子的方框图。
图12表示图11的后置滤波器45的结构例子的方框图。
现在结合附图针对本发明的优选实施例予以描述。首先，说明数字信号记录装置的结构例子，并且结合该结构说明数字信号记录方法。接着，将对相应于数字信号记录装置的上述结构例子的数字信号再现装置给予说明，并且参照该结构，对数字信号再现方法予以说明。
图1表示根据本发明的实施例的数字信号记录装置的结构例子的方框图。该数字信号记录装置在盘形的记录介质100上记录作为数字信号的由调谐器11接收的电视广播节目、由外围设备输入的信号等。可以在两种记录模式，即着重画面质量容许短时间记录的高质量画面模式和着重长记录时间容许降低画面质量的长时间模式中的任一模式下，把视频信号和音频信号记录在这个盘形记录介质100上。后面将对这些记录模式予以描述。
下面将参照图1对此数字信号记录装置的部件和操作给予说明。
调谐器11用于选择和接收电视广播和分离以及解调，以便输出模拟视频信号、模拟音频信号和用于各种控制的伴随数据。这个调谐器11的操作由操作系统61、控制系统62、和来自计时器(未表示)的预定信息控制。
在声音/数据分离部12中，由调谐器11输出的模拟视频信号，模拟音频信号和伴随数据相互分离。模拟视频信号经输入切换电路13送到A/D变换器14。模拟音频信号送到A/D变换器34。后面将详细说明由调谐器11输出的伴随数据是一些控制信号，例如送到控制系统62用于高画面质量/长时间模式判定和切换的音频信号的单声/立体声判定信号和EDTV判定信号。
输入转换电路13用于在来自调谐器11的模拟信号和由诸如卫星广播(BS)调谐器之类的外部设备输入的外部输入信号之间转换。应该注意，当选择来自BS调谐器的外部信号时，作为伴随数据同时输入的控制信号控制这个数字信号记录装置，以执行在高质量画面模式下的记录操作。
A/D变换器14把来自输入转换电路13的模拟视频信号变换成数字视频信号。
在Y/C分离电路15中，分离数字视频信号的亮度(Y)信号和彩色(C)信号。然而，在彩色解调电路16中，两个彩色差值信号Cr和Cb从分离的C信号中解调。Cr是在三个基色的红色(R)信号分量中去掉Y信号的信号，Cb是从蓝色(B)信号分量中去掉Y信号的信号。
数字输入转换电路17执行在来自Y/C分离电路15的Y信号和来自彩色解调电路16的两个彩色差值信号Cr和Cb，和诸如高质量画面广播之类的外部数字输入信号之间的转换。当对画面质量和声音质量的数据作为与上述数字输入信号一起的伴随数据输入时，该数据用于在控制系统62中的高质量画面/长时间模式判定。在此选择的数字视频信号传送到前置滤波器18。
与再抽样电路19一起的前置滤波器18和压缩电路20构成压缩装置的主部件，用于压缩要记录在盘形记录介质100上的数字视频信号。
根据来自控制系统62的高质量画面/长时间模式控制信号，前置滤波器18把数字视频信号限制到频带的预定值。频带的这种限制是通过减小视频信号较高频侧的信号分量执行的。
根据上述高质量画面/长时间模式判定的结果，在再抽样电路19中选择抽样率。
在压缩电路20中，来自再抽样电路19的数字视频信号是用根据高质量画面/长时间模式的预定压缩比进行压缩的，以便送到多路复合电路41。在此使用的压缩方法可以是MPEG(运动图像专家组)1、MPEG2等。而且，用于压缩比控制等的参数转换由控制系统62馈送的高质量画面/长时间模式转换信号执行。下面将结合图2对以可变比执行压缩的电路结构予以详细描述。
另一方面，来自输入转换电路13的音频信号由A/D变换器34变换成数字音频信号。数字转换电路37执行在数字音频信号和外部数字输入信号之间的转换，并经前置滤波器38、再抽样电路39、和压缩电路40送到多路复合电路41。应该注意，在各电路中的相应参数是以与视频信号相同的方法，根据由控制电路62馈送的高质量画面/长时间模式转换信号进行转换的。
在多路复合电路41中，来自压缩电路20的数字视频数据、来自压缩电路40的数字音频数据、和伴随数据，即表示由控制系统62馈送的高质量画面/长时间模式的控制信号，变换成串行数据，以便送到FIFO(行进先出)存储器42。
FIFO存储器42是用于累积压缩的数字信号的存储器，并累积来自多路复合电路41的串行数据。在FIFO存储器42中累积的数据根据对盘形记录介质100的传送速率读出并由预定记录装置记录在盘形介质100上。应该注意，该记录装置与传统的相同，并将省略对其说明。
控制系统62根据由操作系统61输入的指令和事先特定的预定信息执行诸如调谐器11的信道选择之类的控制。
在上述数字信号记录装置中，可以执行在高质量画面模式或在长时间模式的记录。在此，高质量画面模式是用低压缩比记录，以便着重画面质量容许每个记录介质的记录时间变得较短。另一方面，长时间模式用于较高压缩比记录，以便着重记录时间容许降低画面质量。在此，假设执行可变比率记录，即在高质量画面模式用使用常数压缩比的固定比率执行记录，而在长时间模式，通过转换压缩比(记录比特率)执行记录。
而且，在本发明的实施例中，假设视频信号的像素数目是，例如在高质量画面模式，704×480像素(60场/秒)和在长时间模式352×240像素(30帧/秒)。这些数目是根据现有的视频信号规格。前者根据ITU-R601(ITU-R国际电信联盟无线电通信部)，后者根据SIF(源输入格式)，它用作使用MPEG1和称为视频CD的盘形记录介质等的规格。
在本实施例中，像素的数目可与上述不同，但是，如果在高质量画面模式的像素的数目等于在长时间模式的像素的数目乘以一个整数，就可以使用简单的电路结构。
在高质量画面模式中，假设视频信号的亮度(Y)信号的抽样频率是13.5MHz和两个彩色差值信号Cr和Cb的抽样频率分别是6.75MHz。由于它的抽样频率比，这种视频信号被称为4∶2∶2视频信号。另一方面，在上述长时间模式中，假设视频信号的亮度(Y)信号具有抽样频率为13.5MHz，与高质量画面模式中的频率相同，和在奇数扫描行中，Cr的抽样频率是6.75MHz，在偶数扫描行中Cb的抽样频率是6.75MHz，这种视频信号称为4∶1∶0。
关于音频信号，假设20KHz作为相应于高质量画面模式的高质量声音模式的抽样频率，和在长时间模式下假设12KHz。
应该注意，通过限制在视频信号的压缩以前的输入频带，可以减小由于在其比特率受限的输出中出现的块失算和蚊式噪声引起画面质量变差。众所周知，这种画面质量变差容易在使用DCT(离散余弦变换)的压缩期间产生。
例如，在高质量画面模式中，上述4∶2∶2视频信号限制到在Y信号中最大频率为6MHz和在两个彩色差值信号Cr和Cb的每一个中最大频率为3MHz。另一方面，在长时间模式中，4∶1∶0视频信号限制到在Y信号中最大频率为3MHz，在两个彩色差值信号Cr和Cb的每一个中最大频率为1.5MHz。
考虑上述输入信号特征，假设在高质量画面模式中视频信号的压缩比为6Mbps和在长时间模式中为1Mbps。而且，音频信号的压缩比在高质量画面模式中为128Kbps和在长时间模式中为64Kbps。
在高质量画面模式和长时间模式之间的转换通常地由用户通过操作系统61手动地执行，但是，数字信号记录装置也可以识别要记录的节目内容和自动地选择模式。当表示广播节目的类别的数据作为伴随数据传送时，这类数据被识别来执行模式转换。例如，若要记录的节目是一部电影，就选择高质量画面模式；如果节目是普通节目，就选择长时间模式。也可以在控制系统2中的计时器(未表示)等中存储这种模式设置，每天或每星期广播的一组节目以相同模式记录，除非用户改变模式。
而且，在当给数字输入转换电路17和37提供来自外部设备等的高质量视频信号和音频信号例如高质量画面广播的数字输入时，在高质量画面模式执行记录。在此，上述高质量画面广播假设是高分辨率电视的日本方法的高清晰度电视(HDTV)，使用与基于NTSC方法的当前电视广播相同的扫描行的数目的所谓清晰图像广播(EDTV)，根据例如除日本以外采用的PAL+视频规格的广播和各种数字广播等。
接着，将针对当在图1的数字信号记录装置中执行可变比率记录时使用的结构进行说明。如上已描述的，在该数字信号记录装置中，长时间模式执行可变速率记录。
图2表示假设在图1的数字信号记录装置中执行可变速率记录的压缩电路20的结构例子的方框图。该压缩电路20用于使用诸如上述MPEG等之类的压缩方法压缩视频信号，它还包括根据由控制系统62馈送的用于确定高质量画面/长时间模式的控制信号改变记录比特率的功能，以转换压缩比。注意，后面将对用于改变记录比特率的方法予以详细说明。
由再抽样电路19的数字视频信号经差分电路23送到DCT电路24，并经受正交变换类型的DCT(离散余弦变换)，以便分解成各频率分量。
在量化部25中，在DCT部24中已经受DCT的视频信号通过消除上述频率分量的高频项进行量化和压缩。更具体地说，构成画面的每个像素值通过某除数值(量化步长)相除并把余数四舍五入。舍入的余数在伸长-再现期间相乘量化步长时不被恢复，于是实现了压缩。为了增加压缩比，必需增加上述除数的量化步长。也就是，如果增加量化步长，大部分高频项变为零并增加了压缩比。在量化部量化的视频信号的量化变换系数传送到多路复合电路41和到逆量化部26。
在逆量化部26中，根据在量化部中量化的逆过程执行逆量化。已经受逆量化的量化变换系数送到逆DCT部27和根据在DCT部24中DCT的逆过程经受逆DCT(逆离散余弦变换)。
来自逆DCT部27的输出经加法电路28存储在双向运动补偿图像存储器29中。来自这双向运动补偿图像存储器29的输出返回到加法电路28与来自上述逆DCT部27的输出相加，和加法结果再由双向运动补偿图像存储器29取出。双向运动补偿图像存储器29的输出也作为反向输入提供到上述差分电路23，以便由数字视频信号建立一差值。该差值是传送到DCT部24上的上述视频信号。
在该结构中，仅与前面图像比较的改变部分被检测，用于执行压缩，这样可以有效地执行运动图像压缩。
关于来自再抽样电路19的数字视频信号，它的复杂度是通过为复杂度检测装置的复杂度检测电路21进行检测的。检测视频信号复杂度的最简单方法是通过检测包含在视频信号中的水平方向和垂直方向的高频分量的数量来实现的。也就是，视频信号的复杂度是根据具有大量细小部分的复杂画面包括较多高频率分量和具有小变化的简单画面包含较少高频分量的事实确定的。
复杂度的检测结果送到比特率控制部22，在那里记录比特率(即压缩比)通过来自控制系统62的控制信号转换到特定的高质量画面模式或长时间模式。根据这个记录比特率的可变速率记录将在后面予以描述。比特率控制部22建立以不同方法处理的称为I(内)图像、B(双向预测)图像和P(预测)图像的宏块类型。这些宏块类型送到多路复合电路41。记录比特率的控制输出送到后面将详细说明的量化部25。并也作为量化特性指定信息送到多路复合部41。
在多路复合电路41中，上述的I、B、P宏块类型，量化特性指定信息和量化变换系数，以及音频数据和诸如各种控制信号之类的伴随数据变换成串行数据和送到FIFO存储器42。
在FIFO存储器42中积累的串行数据，当相对于盘形记录介质100执行记录头的跟踪控制时，根据传输率读出，以便记录在盘形记录介质100上。
图3是用于说明通过图2所示的压缩电路20视频信号的可变比特率记录的操作示意图。
如上面已描述的，在本实施例中，在长时间模式，根据视频信号的复杂度通过改变压缩比执行可变比特率记录。视频信号的记录比特率假设，例如，对于每一个0.1秒，对复杂图像4Mbps数据和对简单图像1Mbps。
为了执行可变率记录，必需假设足够的传输率，用于执行最大记录比特率的高质量画面模式记录。为此，盘形记录介质100的转动速度设置为与高质量画面模式相同的模式和对每个扇区记录视频信号。当在FIFO存储器42中累积的视频信号不足以填满一个扇区时，上述记录操作被暂停，不再进行跟踪控制。当在FIFO存储器42上累积的视频信号足以填满一个或大于一个扇区时，恢复跟踪控制，以致于记录操作在下一个扇区上执行。
下面说明假设在由压缩电路20压缩的视频信号连续如图3A所示输出的情况下，上述的记录操作。也就是说，以4Mbps输出0.2秒的视频信号71；以1Mbps输出总数为0.4秒的视频信号72a和视频信号72b；以4Mbps输出0.1秒的视频信号73；和以1Mbps输出总数为0.8秒的视频信号74a和74b。这个压缩视频信号经多路复合电路41暂时存储在FIFO存储器42。如果这个FIFO存储器具有1Mbit(1M比特)容量，当1Mbit的压缩视频信号在FIFO存储器中累积时，累积信号被读出和传送到盘形记录介质100，完成了一个记录操作。
图3B表示这个记录操作。在这个例子中，假设5Mbps为对盘形记录介质100的记录速率，并且以0.2秒完成来自FIFO存储器42的1Mbit视频信号的记录操作。也就是，在最初的一次记录操作81中，0.2秒长4Mbps下的视频信号71和0.2秒长1Mbps下的视频信号72a被传送以被记录到盘形记录介质100。当这个记录操作完成时，记录操作被暂停，如由图中记录暂停时间82所示。下一个记录操作83在FIFO存储器42中累积了另一个1Mbit视频信号时开始。在这个记录操作83中，0.2秒长1Mbps下的视频信号72和0.1秒长4Mbps下的视频信号73和0.4秒长1Mbps下的视频信号74a被传送以被记录到盘形记录介质100。
如果盘形记录介质100是一个光盘，在一次记录操作完成时结束光拾取器(光学头)的跟踪。并且在FIFO存储器42中累积了1Mbit视频数据时，为执行记录操作而起动光拾取器的跟踪。于是，如果复杂画面的视频信号连续输出，就减小记录暂停时间82；如果简单画面的视频信号连续输出，就增加记录暂停时间82。这样就平均了记录比特率，执行了可变速率记录。应该注意，如果输入信号规范是SIF(源输入格式)，则可以使最大记录比特率相当大，即，4Mbps，能够减小画面变差。
在长时间模式中，执行上述可变速率记录，而在高质量画面模式中，执行固定速率记录。在高质量画面/长时间模式之间的转换通过把来自控制系统82的模式转换指令传送到比特率控制电路22来执行。
在一个或两个节目能记录在单个盘形记录介质100的情况下，如果以高质量画面模式执行可变速率记录，因为记录时间被改变就不能连续记录目标节目。然而，在长时间模式中，可变速率记录能够把许多节目记录在盘形记录介质100上，并且虽然可以改变各个节目记录时间值，但整个记录时间改变不大。由于该长时间模式是用于记录大量节目，最好是记录比特率能够由可变速率记录降低。
应该注意，在本实施例中，可变记录比特率仅用在长时间模式而固定比特率用在高质量画面模式。然而，也可以在高质量画面模式中执行可变速率记录。在这种情况，对于盘形记录介质100的视频信号的传输率做成大于上述的5Mbps(例如8Mbps)，而视频信号积累在FIFO存储器42中时的平均传输率做成为5Mbps，于是，能执行更高质量画面的记录/再现。
图4表示当在高质量画面模式下记录压缩数字信号和在长时间模式下记录压缩数字信号时记录区布局的例子。
在盘形记录介质100是光盘的情况下，在光学头和盘之间的相对速度(线速度)控制成恒定的。高质量画面模式的数字信号以相对速度2m/s记录在盘形记录介质的外圆周侧提供的记录区100b中。另一方面，长时间模式的数字信号从最内圆周开始以相对速度1m/s记录在盘记录介质100的内圆周侧上提供的记录区100a。如果记录区这样分配在盘形记录介质100上，可以使达到对于各自记录模式的恒定相对速度的控制的旋转数的变化减到最小。因此，可以减小驱动盘形记录介质100旋转的主轴伺服上的负担以及减小记录信号再现时间。
然而，在盘形记录介质100是磁盘(硬盘)的情况下，盘形记录介质100以恒定转数正常地驱动。如果以与上述光盘中相同的方法在硬盘上安排各记录区，具有较大压缩比(较大传输率)的长时间模式的视频信号记录在磁头和盘之间相对速度低的盘内圆周侧，因此，可以实质上增加记录在内圆周侧的信号的传输率，就能减小硬盘的负担，例如减小用于对外侧进行恒定传输率的超高速缓冲存储器的大小。
接着，将针对用于在本实施例中改变视频信号的压缩比的方法进行说明。
图5表示根据记录介质的空容量(剩余可记录容量)和记录用时间转换压缩比。也可以连续改变压缩比，但是以如图5所示的阶梯方法改变更实际。在根据本实施例使用高质量画面模式和长时间模式的数字信号记录方法和数字信号记录装置中，在两个台阶之间转换压缩比。在此，水平轴表示记录介质100的容量相对于在记录开始时容量的比，垂直轴表示记录在记录介质100上的信号数据量相对于在记录开始时数据量的比。
也就是，当介质容量与记录开始的容量相比减少到50％时，记录在记录介质100上的视频信号、音频信号等被控制，以致于与在记录开始的数据量相比，数据量压缩到75％。此后，在记录介质100的空容量已变成在记录开始的容量的40％时刻，压缩比被增加，以致于在记录介质100上记录的信号数据量与记录开始相比较压缩到50％。此外，当记录介质100的空容量已变成记录开始的容量的20％，控制压缩比增加，以致于记录在记录介质100上的信号数据量压缩到在记录开始时的25％。
压缩比的转换可通过限制输入信号的频带的方法、转换输入信号的抽样频率的方法、帧丢弃的方法等来实现。此外，可以执行分段编码(zoneencode)，改变在数字信号再现装置中再现滤波器的特性，和其它各种方法。此后，将对用于压缩比转换的几种方法给予说明。
图6表示用于改变压缩比的改变被压缩信号频带的方法。
其增益被限制的信号频率在图6A中为f1、在图6B中f2、在图6C中f3，和图6D中f4。在此，假设f1＞f2＞f3＞f4。于是，信号频率分量在较高频率开始连续受限制。在该信号是视频信号的情况下，连续减少表示画面的细小部分的信号分量，并随着数据量减少，画面清晰度从图6A向图6D变差。
图7表示通过改变构成屏幕的块数，即通过改变分辨率的视频信号的压缩比转换的方法。从图7A向图7D，构成屏幕的块数被减少，降低了分辨率。于是，减少了一屏幕需要的数据量和实际上压缩了信号。
图8表示通过改变显示图像大小的压缩比转换的方法。从图8A向图8D，一个屏幕图像的尺寸被减小。在图8A到图8D，虽然构成屏幕的块的尺寸是相同的，构成一屏幕的块数被减少。于是，必需数据量被减少和信号实际上被压缩。
实际上，通常有一个不需要根据节目的内容按预定全尺寸再现画面的情况。利用这一点，可以实际地压缩视频信号数据量。例如，通过把长时间模式的画面的水平和垂直尺寸减小一半，就可减小必需数据量到1/4。
而且，当在画面中的目标移动不多时，可以减少每单元时间的帧数小于在预定视频信号规范中规定的帧数(例如，30帧/秒)，而没有使图像大大地变坏。通过检测图像运动，可以调整帧数，以便改变压缩比。
图9示意地表示通过改变每单元时间的帧数改变压缩比的方法。在此，为了简化说明，假设每个单元时间中一个屏幕由7帧组成。
图9A表示在上述单元时间内安排的帧91到帧97的7个帧，以便构成一个屏幕。这里，在帧中的黑圈表示在屏幕中从左到右移动的目标。
在图9B中，帧93和帧96的两帧从上述7个帧中移去，和剩余5个帧按相同时间间隔安排在上述单元时间内。这里，帧92a可以是帧92或帧93。然而，最好是通过在帧92和帧93之间的平均处理或插值处理来建立帧92a。同样应用到帧95a。利用这个操作，视频信号压缩到5/7。
在图9C中，帧92、帧94、和帧96三帧从上述7个帧中除去，和剩余的4个帧排列在该单元时间内。利用这个操作，视频信号压缩到4/7。
在图9D中，四个帧，帧92、帧93、帧95、和帧96从上述7个帧中除去，和剩余的3个帧排列在该单元时间内。利用这个操作，视频信号压缩到3/7。
于是，可以通过改变要从构成每单元时间的视频信号的一个屏幕的帧中除去的帧数来改变压缩比。这里，随着帧消除(抽取)值增加，压缩比就增加。应该注意，在消除一帧后产生的空间中，保留老的帧。
在上述高质量画面模式和在长时间模式中，改变抽取率，以控制压缩比。在具有较大压缩比的长时间模式中，抽取率就增加。
图10示意地表示在长时间记录模式中可变速率记录的上述方法，以便根据记录介质的空容量和记录时间改变数字信号的压缩比。这里，压缩比根据该时间连续改变，但是，如上已描述的，压缩比实际上在几个台阶之间转换。
在本实施例中，如图10A所示，从记录开始经过时间T1以后，压缩比是线性改变的，而如图10B所示，也可以从记录开始线性改变压缩比。而且，如图10C所示，也可以从记录开始经过时间T2以后，通过使用非线性函数，例如分数函数、指数函数，和对数函数改变压缩比，或如图10D所示，也可以从记录开始按一曲线改变压缩比。
应该注意，当执行上述压缩比控制时，在数据压缩比增加时，传输率也增加，为此，最优选的是，最大压缩比使数据量压缩到在记录开始的数据量的20％。
在本实施例中，用于改变记录比特率的上述方法根据需要也可以组合使用。此外，也可以采用分段编码来实际地提高压缩比。也就是，在由输入的数字信号组成的屏幕中，对周边部分分配的比特数的减少大于对中心部分分配比特数据的减少。其根据如下。在长时间模式中，压缩比是相当高的，和再现信号比特率被降低，常常产生块失真和蚊式噪声。为了解决这个问题，对于通常显示较多重要内容的屏幕中心部分分配的比特比屏幕周边部分要多。
接着，将针对根据本发明实施例的数字信号再现方法和装置予以说明。
图11表示相对于图1所示的数字信号记录装置的数字信号再现装置的结构例子的方框图。该数字信号再现装置用于再现诸如在被记录在盘形记录介质100上之前已经在上述高质量画面模式或长时间模式中压缩的视频信号和音频信号之类的数字信号。在这个数字信号再现装置中，与图1的数字信号记录装置中部件相同的部件标有相同的符号。
通过预定读出装置从盘形记录介质100读出诸如视频信号之类的压缩数字信号累计在FIFO存储器42中，以便变换成连续数据，该信号在多路分解电路43中分解成视频信号、音频信号、和伴随数据。该伴随数据是一个包括高质量画面/长时间模式转换信号的控制信号。应该注意，上述读出装置与传统的相同，且省略其说明。
在多路分解电路43中分离的视频信号通过用作解码装置的压缩解码电路44从压缩状态进行解码，并使用根据高质量画面/长时间模式转换信号选择的参数，经受由后置滤波器45进行的后置滤波。该信号还通过NTSC编码器46编码和由D/A变换器47变换成用于输出的模拟视频信号。
另一方面，已在多路分解电路43分离的音频信号通过压缩解码电路54从压缩状态进行解码，和使用根据高质量画面/长时间模式转换信号选择的参数经受由后置滤波器55进行的滤波。该信号由NTSC编码器56进一步编码，和由D/A变换器57变换成用于输出的模拟音频信号。
应该注意，图11表示基于NTSC方法的视频信号规格情况的结构例子。然而，也可以采用与NTSC方法不同的，例如PAL方法和SECAM方法的视频信号规格。在这种情况下，NTSC编码器46和56用满足这些视频信号规格的编码器代替。
图12表示图11的后置滤波器45的结构例子的方框图。
在长时间模式中，视频信号的压缩比设置到较高值，以便延长把视频信号记录在盘形记录介质100上的可用时间。为此，块失真会在再现的画面中出现。该块失真在再现期间通过用后置滤波器45滤波来减少。这里，在用于对视频信号每场执行的噪声减少的场噪声减少(FNR)中，有一种方法，即当在时间上连续的场之间的差值小于某个值时，执行减法，以便减小该差值，于是减轻了由于在场之间块失真的巨变，使再现的画面的图像变差。该方法已在实际中实施。
更具体地，一个场或一个帧的视频信号由压缩解码电路44解码，在存储器45a中累积和在差分电路45b中与视频信号的下一个场或一个帧相减，以得到一差值。该差值由限制电路45c限制到某个值或在以下和经衰减器45d送到差分电路45e。该衰减器45d的衰减量是根据高质量画面/长时间模式转换信号控制的。在差分电路45e中，来自衰减器45e的差值与从压缩解码电路44提供的视频信号相减，以输出到NTSC编码器46。于是，在再现期间可减小块失真。
应该注意，在本实施例中，在高质量画面模式中，已经实现这种设定，使得不容易出现块失真，因此，这个FNR很少执行或完全不执行。这是因为已经受FNR的画面在经受摇动/倾斜时使其细小部分变差。
由此，当具有高附加价值著作物的电影等以数字信号记录时，通常要在高质量画面模式下执行记录，以便得到优等的画面质量。应通过收取相应费用来限制或禁止对此种高画面质量的作品的私自复制。
因此，当在高质量画面模式下在盘形记录介质100上记录的信号在高质量画面模式复制到另一个装置或记录介质上时，最好是，禁止该复制或应限制复制操作的数目或收取高额费用。相反地，当在长时间模式下用稍降低画面质量执行复制时，最好是减小上述的限制，收取低一点的费用。
在根据本发明的数字信号记录方法和装置中，数字信号用由多个压缩比中通过控制信号确定的压缩比进行压缩，因此，可以在具有不同压缩比的高质量画面模式和长时间模式下把视频信号记录在能记录视频信号的一个盘形记录介质上。
而且，在根据本发明的数字信号再现方法和装置中，上述的数字信号记录方法和装置用于再现用不同压缩比记录在一个盘形记录介质上的数字信号和该信号经受处理，以减小在被输出以前根据各自压缩比的块失真。因此，即使对在长时间模式下记录具有高压缩比的视频信号，也可以以实用画面质量再现。
当利用上述具有比磁带优良的随机存取能力和能高画面质量记录/再现的盘形记录介质执行记录/再现时，可以选择分别对应于在VTR中的标准模式和长时间模式的高质量画面模式和长时间模式。于是，根据要记录信号的内容，可以有选择地使用着重画面质量容许短记录时间的高质量画面模式和着重长记录时间容许画面质量变差的长时间模式。
权利要求
1.一种用于压缩和记录数字信号到能够随机存取的记录介质上的数字信号记录方法，所述的方法包括压缩步骤，用于以由一控制信号从多个压缩比中确定的压缩比压缩输入的数字信号；累积步骤，用于在存储器中累积压缩的数字信号；和记录步骤，用于在所述记录介质的记录区中记录累积的数字信号。
2.如权利要求1所述的数字信号记录方法，其中，如果设置一第一模式以从所述的多个压缩比中确定第一压缩比，则数字信号用固定速率记录在记录介质上；和如果设置一第二模式以确定比所述第一压缩比高的第二压缩比，则数字信号用可变速率记录在记录介质上。
3.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中所述记录介质具有以第一模式记录数字信号的记录区和以第二模式记录数字信号的记录区域，这些区域分别根据所述的压缩比来确定。
4.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中所述的记录介质是一个具有提供在外圆周边上的第一记录区和提供在内圆周边上的第二记录区的盘形记录介质，并且，如果设置第一模式则数字信号记录在所述第一记录区，和如果设置第二模式则数字信号记录在所述第二记录区。
5.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述第二模式中数字信号的抽样频率比在所述第一模式中数字信号的抽样频率低。
6.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述第二模式中的数字信号的最大频率比在所述第一模式中的数字信号的最大频率低。
7.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述第二模式中每单元时间由数字信号连续构成的屏幕的数目比在所述第一模式中在单元时间内由数字信号连续构成的屏幕的数目少。
8.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述第二模式中用数字信号构成一屏幕的像素的数目比在所述的第一模式中用数字信号构成一屏幕的像素的数目小。
9.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述第二模式由数字信号构成的屏幕的尺寸比在所述第一模式由数字信号构成的屏幕尺寸小。
10.如权利要求2所述的数字信号记录方法，其中在所述的第二模式，执行减小给由数字信号构成的一屏幕的周边部分分配的比特数比减少给屏幕中心部分分配的比特数具有更高优先权。
11.一种数字信号记录装置，包括压缩装置，用于用由一控制信号从多个压缩比中确定的压缩比压缩数字信号；存储器，用于累积压缩的数字信号；和记录装置，用于把累积的数字信号记录在记录介质上根据所述压缩比从多个记录区中确定的记录区中。
12.如权利要求11所述的数字信号记录装置，所述的装置还包括复杂度检测装置，用于检测所述数字信号的复杂度，以便根据检测的复杂度转换所述数字信号的压缩比。
13.如权利要求11所述的数字信号记录装置，其中所述的压缩装置根据输入信号的信号规格和表示输入信号内容的伴随数据转换压缩比。
14.如权利要求11所述的数字信号记录装置，其中所述的记录介质是一个具有用于记录数字信号的在内圆周侧的第一记录区和用于记录其压缩比比记录在所述第一记录区上数字信号的压缩比低的数字信号的在外圆周侧上的第二记录区的盘形记录介质。
15.一种用于再现记录在能随机存取的记录介质上的压缩数字信号的数字信号再现方法，所述的方法包括读出步骤，用于读出具有按照所述记录介质的记录区变化的压缩比的数字信号；累积步骤，用于把读出数字信号累积在存储器中；和解调步骤，用于解调累积的数字信号。
16.如权利要求15所述的数字信号再现方法，其中所述的记录介质是盘形的记录介质。
17.一种数字信号再现装置，包括读出装置，用于读出用不同压缩比记录在能随机存取的记录介质的不同记录区中的数字信号；存储器，用于累积读出的数字信号；和解码装置，用于解码累积的数字信号。
18.如权利要求17所述的数字信号再现装置，其中所述的解码装置包括存储器，用于累积由数字信号构成的过去画面；差分电路，用于获得在由视频信号构成的当前画面和所述累积的过去画面之间的差分视频信号；信号限制装置，用于限制所述的差分视频信号的频带和幅度；和具有减法装置的滤波器，用于从已经根据压缩比解码的数字信号中减去具有限制频带和幅度的信号。
19.如权利要求17所述的数字信号再现装置，其中所述的记录介质是一个盘形的记录介质。
全文摘要
本发明能够在高质量画面模式和在长时间模式用不同压缩比在单个盘形记录介质上记录和再现数字信号。由确定高质量画面/长时间模式的控制信号来转换压缩比。压缩的视频信号、压缩的音频信号,和伴随数据由多路复合电路41组合成串行数据和经FIFO存储器42记录在盘形记录介质100上。在再现期间,视频信号和音频信号根据上述过程的反过程输出。
文档编号G11B20/10GK1198066SQ9810828
公开日1998年11月4日 申请日期1998年2月17日 优先权日1997年2月17日
发明者平井纯 申请人:索尼公司