JPH0242605A - ３レベルｆｍ信号記録方式 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、主としてビデオテープレコーダやビデオディ
スク等、低搬送波ＦＭ信号を記録する装置に応用し、解
像度や画質等の向上を計る。

く背景技術とその問題点〉 従来のビデオテープレコーダ等では、ビデオ信号の高域
周波を高くしてＦＭ信号周波数に近づけると、ビート妨
害が発生する。この現像はカラービデオ信号では特に影
響が大きく、いわゆるモアレじまあるいはカラービート
と呼ばれて、良く知られた現象である。たとえばＦＭ信
号周波数の低い家庭用ビデオテープレコーダで、カラー
信号の低域変換記録を行なっているのも、このビート妨
害をさけるためである。このビート妨害をさけるために
は、記録するビデオ信号の高域周波数成分を制限せねば
ならず、これがビデオテープレコーダの解像度を上げる
ことの障害になっている。

このビート妨害は一般には、記録再生系におけるＦＭ信
号の非直線歪によって発生すると説明されている。確か
にその通りであるが、ここでは以下の説明に必要な、こ
のビート妨害の三つの性質を取り上げて説明しておく。

（１）ビート妨害は、ＦＭ信号が方形波で有ることが最
大の原因である。

（２）ビート妨害の本質は、ビデオ信号の高域周波とＦ
Ｍ信号周波との位相関係が、９０度の位相差になった場
合に、ＦＭ信号からビデオ信号の情報が欠落して起こる
ビデオ信号の濃淡である。

（３）ビート妨害が実用上問題とならないビデオ信号の
周波数帯域は、ＦＭ信号周波数の３分の２以下である。

まず（１）と（２）について、第１図を使って説明する
。

第１図Ａを、ビデオ信号に含まれる高い周波数成分とす
る。Ａによって変調された、Ａと同じ周波数の方形波の
ＦＭ信号の例を、ＣおよびＤに示す。ＣのＦＭ信号は、
Ａのビデオ信号と位相が−致しており、Ａのビデオ信号
の正の半サイクルに対応する部分では波長が短か（、負
の半サイクルに対応する部分では波長が長くなっている
。すなわちＦＭ変調が行なわれている。一方りに示すＦ
Ｍ信号の半サイクルには、ビデオ信号Ａの正負の部分が
半分づつ対応している。そのため、方形波のＦＭ信号の
半サイクル内で、ビデオ信号は平均化され打消し合って
、ＦＭ変調は行なわれない。

つまりビデオ信号ＡとＦＭ信号りのように、９０度の位
相関係に有る時は、ビデオ信号の情報はＦＭ信号から欠
落し、無変調になってしまう。実際には、ビデオ信号周
波数とＦＭ周波数が一致し続けることは無く、通常は両
者の周波数差の倍の周期で変調と変調低下をくり返し、
これによって生ずるビデオ信号の濃淡が、ビデオテープ
レコーダで発生するビート妨害の正体である。

次は（３）について、第２図を使って説明する。

パルスカウント方式ＦＭ復調では、Ｆ　Ｍ　（Ｋ　号の
１サイクル当たり２個のパルスを発生させるので、ＦＭ
信号周波ｆは消えて、代って２倍のＦＭ周波２ｆが現わ
れる。この２倍の周波数のＦＭ信号に伴なって、第２次
側帯波も大きなレベルで発生する。この様子を第２図に
示す。図ではビデオ信号を実線で、ＦＭ信号を点線で表
わしている。第２図で、ビデオ信号の高域の周波２と、
この２のビデオ周波に起因して発生する第２次ＦＭ下側
帯波５が重なるのは、２で示すビデオ周波がＦＭ周波数
の３分の２の時である。すなわち、ビデオ信号帯域が、
ＦＭ信号周波数の３分の２を超えて高くなると、５で示
す第２次ＦＭ下側帯波がビデオ帯域内に侵入して、ビー
ト妨害を起こす。

最後に、ビート妨害を発生させる回路について考える。

ＦＭ信号が方形波であることがビート妨害の原因である
から、出力が方形波であるマルチノくイブレータ形ＦＭ
変調器では、すでに変調器の段階でビート妨害が発生し
ていることになる。ＦＭ変調器出力が正弦波の場合につ
いては、磁気テープの非直線性でもビート妨害は相当発
生する。しかし、決定的なのは復調器のりミツターで方
形波が作られることであり、ここで発生するビート妨害
は、原理上さけられないものとされてきた。

〈発明の目的〉 ビート妨害の原因となる方形波のＦＭ信号波形を改良し
て、ビート妨害を発生しないＦＭ信号波形を案出するこ
とにより、ビデオテープレコーダの解像度を向上させる
ものである。

〈発明の構成〉 ビデオ信号の高域の周波と方形波のＦＭ信号との位相関
係がビート妨害の原因であるなら、第１図ＣとＤのＦＭ
信号を同時に記録することによって、ビート妨害は改善
できる。なぜならこのふたつのＦＭ信シ引よｔ７に９０
度の位相差を保ち、相手の不足を補い合う。以！−の考
えから、ＣとＤの波形を重ね合わせて、Ｅで示す波形の
３レベルＦＭ信号方式が発明された。その特徴は、１サ
イクルおきに信号の極性が逆転する波形の形状にある。

以下、本発明による変調から復調までの全過程を、第１
図を使ってたどって見る。

Ａに示すビデオ信号で変調したＦＭ信号が、Ａのビデオ
信号の２倍の周波数であったとしこれをＢで示す。ここ
ではＢで示すＦＭ信号の周波数に対し、ビデオ信号への
それは３分の２以下なのでビート妨害は発生しない。Ｂ
のＦＭ信号を、その立下リエッヂにて駆動されるカウン
タで半分の周波数にカウントすると、Ｃで示すＦＭ信号
が得られる。同様に、Ｂを立上りエッヂにて駆動される
カウンタで半分の周波数にカウントすると、Ｄで示すＦ
Ｍ信号が得られる。ＣとＤの両波を重ね合わせて、Ｅの
波形のＦＭ信号を得、記録ヘッドを通じて磁気テープに
記録する。

再生、復調側にも新しい考えが必要である。なぜなら、
再生ヘッドより得られた第１図のＦｌこ示すＦＭ信号は
、Ａに示すビデオ信号と周波数が同じため、従来通りそ
のままリミッタ−で方形波にすれば、ビート妨害が発生
してしまう。そこでＦの２倍の周波数のＦＭ信号■に変
換してから復調する方式で、ビデオ信号帯域がＦＭ信号
周波数の３分の２以下と言う条件を満足させることにす
る。

周波数を２倍に変換する方法は、再生ＦＭ信号Ｆと交替
する２本の横線で示す基準電圧を持った、２系統の電圧
比較器を用いる。すなわち、Ｆの波形の正の半サイクル
側の電圧比較器出力にＧの波形が得られ、負の半サイク
ル側の電圧比較器出力にＨの波形が得られる。Ｇおよび
Ｈの波形を重ね合わせてＩのＦＭ信号が得られ、これを
パルスカウント復調する。パルスカウント復調は、ｒの
ＦＭ信号の立上りおよび立下りごとに一定幅のパルスを
発生させてＪに示すパルス列を得、Ｊをローパスフィル
タに導ひけば、パルスの粗密に応じてＫに示すビデオ信
号が復調される。

再生波の処理について、もうひとつの例を示す。

第１図Ｆの再生ＦＭ信号を両波整流することにより、２
倍の搬送周波数のＦＭ（ｉ号を得、これをリミッタにか
けて１のＦＭ信号となし、復調する。

なお記録されたＥの３レベルＦＭ信号が、再生へノドか
らは正弦波に近いＦの波形として得られる理由は、記録
や再生時の各種高周波損失によりＥの搬送波の高調波成
分が失なわれるからである。

ただしＥの側帯波成分が失なわれない限り、４分の１サ
イクルごとにＦの波長が変化すると言う形で、Ｅの情報
はＦに伝えられている。すなわちＦは３レベルＦＭ信号
の特性を夫な−ておらず、ビート妨害は起らない。３レ
ベルＦＭ信号を磁気記録した場合、磁気記録媒体−Ｌの
残留磁気は、実際にＦの波形で記録されている。

磁気記録は、記録磁化の過程がヒステレシス曲線による
非直線的なものであるため、記９ＦＭ信号の特性劣化を
引起こす。たとえば正弦波のＦＭ信号は、それの側波帯
の中にビート妨害を引起こす不要な周波を持たない理想
的な信号であるが、ひと及び磁気記録を行えば波形歪を
受けて、方形波ＦＭ信号と大差のないビート妨害を発生
する。

正弦波のＦＭ信号は磁気ヒステレシスの曲線を連続的に
たどって記録されるので、波形歪を受けるのは当然であ
る。３レベルＦＭ信号の場合は磁気ヒステレシスの曲線
部を飛び越して、不連続に記録が行なわれる。すなわち
３レベルＦＭ信号の正極性パルスは最大残留磁束密度に
、負極性パルスは正極性パルスと逆向きの最大残留磁束
密度に、パルスの存在しない信号部分の残留磁束密度は
ゼロに記録が行われる。磁気ヒステレシスの曲線部分を
たどって記録されるような信号部分は３レベルＦＭ信号
には存在しない。記録減磁の影響を無視できる比較的低
記録密度の場合に限ると言う條件付ながら、３レベルＦ
Ｍ信号は磁気ヒステレシス曲線からの歪を受けない信号
形態である。

３レベルＦＭ信号の記録減磁は、記録中のパルスの磁界
が、その直前に記録した逆極性パルスの残留磁気を減磁
する形で進行する。この減磁は当然パルスの残留磁気の
前半部より後半部に強く作用し、３レベルＦＭ記号の波
形を歪ませる。３レベルＦＭ信号を高密度で磁気記録す
ることは一見不可能なように思える。しかしこれも３レ
ベルＦＭ信号のすぐれた特性の一つで有るが、それの記
録減磁による波形歪は一簡易な方法で補償できる。

この記録減磁の補償法は、本願とは別の発明であるので
冗長な説明はさけるが、正弦波のように連続して変わる
ＦＭ波より、３つのレベルしか持たないＦＭ波の方が波
形歪の補償も容易と言える。

正弦波のＦＭ信号とｊ全い、３レベルＦＭ（Ｎυハヒー
ト妨害を受けずに高密度磁気記録ができる。

本発明を別の観点から説明すれば、ＦＭ信号をその２分
の１の周波数で記録する技術であると言える。方形波の
ＦＭ信号を、■サイクルおきに極性反転すると周波数が
半分になると言う興味ある現象は、従来の技術では見落
されていたと思える。

この技術を使えば、記録ＦＭ信号の周波数を変えずに２
倍の情報計を記録でき、ビデオテープレコーダ等の画質
や解像度を飛躍的に向上させ得る。

〈実　施　例〉 第３図は３レベルＦＭ信号にて磁気記録を行う場合のブ
ロック図である。記録ＦＭ信号の２倍の周波数のＦＭ変
調器７の出力は、その出力波形の立下りエツジにて駆動
されるカウンタ８と、立上りエツジにて駆動きれるカウ
ンタ９とで、それぞれ２分の１の周波数のＦＭ信号に分
周される。両者は加算器ｌＯで重畳されて本発明による
記録ＦＭ信号となり、記録へラド１１に送られて記録さ
れる。

ビデオディスクに３レベルＦＭ信号を記録する場合にも
、記録へ、ドをそれ用に変えれば、第３図のブロック図
はそのまま使える。ただしディスク」−に記録するビッ
トの形状には、３レベルＦＭ信号に対応した工夫が要る
。第４図りを従来のビットとすると、Ｍはビットの幅を
変えて、またＮはビットの傑さを２段に変えて、３レベ
ルＦＭ信号の波形に対応させている。

〈発明の性能〉 ここではビート妨害無しに得られる、３レベルＦＭ信号
の復調信号の帯域幅について述べる。

記録再生を行なわずに、第１ＵＸＪＥに示す３レベルＦ
Ｍ信号を復調すれば、ＥのＦＭ信号周波数の３分の４倍
の帯域幅を持った復調信号が得られる。

復調信号の帯域幅がＦＭ信号周波数を起えるのは、従来
の技術からすると奇兵に感じられるが、これは復調前に
ＦＭ信号周波数を２倍する時、下側帯波の折返し波と、
それに対応する上側帯波が合成されて、正常な下側帯波
を１１１生するからである。

下側帯波のみの復調では、−ヒ記折返し波はそのまま妨
害ビートとなるので、復調信号の帯域幅はＦＭ信号周波
数と同じ値以下に制限しなければならない。

ビデオテープレコーダ等では、高密度記録を行う必要上
、残留側波帯記録を行なっている。これは下側帯波のみ
の記録と同じと考えてよく、復調信号の帯域幅はＦＭ信
号周波数以下の直になる。

これが３レベルＦＭ信号を、磁気記録に使用した場合の
性能である。

〈発明の効果〉 本発明を応用した場合の効果について、いくつかの具体
例を列挙して見る。

（１）ＦＭ信号周波数４ＭＨ２程度の家庭用ビデオテー
プレコーダに応用しても、性能の向上は期待できない。

なぜならビート妨害の発生する周波数帯域は、低域変換
カラー信号用に利用しているからである。ただし７〜９
ＭＨ２までＦＭ信号周波数に高めたハイバンド家庭用ビ
デオテープレコーダでは、輝度信号のビート妨害を除去
できるので、再生画質が改善される。

（２）ＦＭ信号周波数の２分の１程度のビデオ周波数帯
域幅で使用している放送用ビデオテープレコーダでは、
ビデオ信号周波数帯域幅を従来の２倍波度迄拡げること
ができ、解像度が向上する。

（３）ＩＯＭＨ２程度の周波数の低いＦＭ信号に使って
、帯域幅８ＭＩ（Ｚ程度のビデオ信号の記録再生は十分
可能なので、ＭＵＳＥ方式のハイビジョン用ビデオテー
プレコーダ等に応用できる。

本発明を応用するに当っては、記録再生回路を中心とす
る回路の改良が主となるため、実施が容易である。

将来より高密度記録の出来る記録媒体が開発された時に
おいては、それの性能に本発明の性能が上乗せできる。

〈追　記〉 第１図の各波形は、説明を簡単にする目的で、遅延時間
や再生出力の位相変移は無視して描いた。

４、　１２１面の簡ｔｉｉな説明 第１図は本発明を使ったビデオテープレコーダのタイム
チャート、第２図はビート妨害の発生全説明する周波数
スペクトル図、第３図は実施例のブロック図、第４図は
ビデオディスクのビットの形状全示す。

Ａはビデオ信号波形、Ｅは本発明による３レベルＦＭ信
号波形、Ｂ−ＤはＥを作る過程のＦＭ信号波形、Ｆ〜■
（は再生信号より復調出力までの各波形、Ｌは従来のビ
デオディスクのビット、ＭとＮは３レベルＦＭ信号記録
用ビットである。

１はビデオ信号帯域、２はビデオ信号の高域周波、３は
記９ＦＭ信号の２倍の周波数のＦＭ信号、４はそれの第
１下側帯波、５はそれの第２下側帯波である。

６はビデオ入力端子、７は記録ＦＭ信号の２倍の周波数
のＦＭ変調器、８は７の出力の立下りエツジで駆動され
るカウンタ、９は７の出力の立上りエツジで駆動される
カウンタ、１０はアナログ加算器、１１は記録ヘッドで
ある。

周波数→ 第２図 第３図 第１図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１図Ｂに示すような方形波のＦＭ信号を正極性のパル
   ス列とみなして、この正極性パルスをひとつおきに負極
   性パルスに反転した第１図Ｅに示すごとき、正極性パル
   スと負極性パルスが交互に配列された波形のＦＭ信号を
   記録媒体上に記録することを特徴とする３レベルＦＭ信
   号記録方式。