JPS5821322B2 - デジタル信号の変調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ） 本発明はデジタル信号の記録、または再生の際に使
用される変調方式の新しい方式を提案するもので、特に
磁気テープや磁気ディスクのように磁気的に記録再生す
るときに使用されている公知の変調方式では不都合が生
ずるようなシステム、例えばＴＥＤの圧力式ピックアッ
プを用いたビデオディスクシステムにデジタル信号を記
録、再生する際に使用すれば極めて優れた性能を発揮で
きる変調方法に係わるものである。

従来デジタル信号の記録、再生には紙テープ、磁気テー
プ、磁気ディスクＩＣメモリー等が用いられてきた。

デジタル信号を記録、再生する際には信号をそのままの
形で記録再生する場合とシステムの性質によってはデジ
タル信号を一度変調して記録し、再生に際して復調回路
を経て元のデジタル信号を得る方法がとられている。

磁気テープ磁気ディスクを用いるときには殆んど後者の
変復調方式が採用されている。

現在既に多くの変調方式が提案され、また実用に供せら
れている。

各方式には一長一短があって要求される記録密度、信頼
性、経済性等の問題から使用される変調方式が選ばれて
いる。

これらの公知の方式については既に多くの文献がある。

例えば［日経エレクトロニクスＪ １９７７年１月１０
日号、６２頁よシロ４頁まで、「ラジオ技術」１９７６
年１０月号Ｐ１３０−ＰＩ３２に解説されている。

また工業技術振興会主催による１９７７年３月１４．１
５日に行なわれた「最近の磁気記録技術」の講習会テキ
ストの中に（４−５から４−１８まで）詳細に紹介され
ている。

各方式を列記するとＲＺ方式、ＲＢ方式、ＮＲＺＲＺ方
式ＲＺ−Ｉ方式、ＦＭ（またはＤＦ）方式、Ｐ］Ｍ（ま
たはＰＥ）方式そしてＴＭ（またはＭＦＭ）方式がある
。

各方式について自己同期の可否、周波数帯域の大小、記
録密度の大小等について検削され使用日的によって選択
されている。

本発明は後述するように一本のトラックまたは一本の溝
を使用するために自己同期の可能なことが必要条件とな
るので、ここで検討の対称となるものはＦＭ、ＰＭ、Ｍ
ＦＭ方式の３種類になる。

本発明を適用しようとしている装置は既に日本西独で発
売されているＴＥＤ方式のビデオディスクシステムであ
る。

本来この装置は予めカラー映像信号を記録したディスク
をプレーヤーで再生してカラーテレビ受像機にカラー映
像を再生することを目的としている。

この記録再生システムを利用してディスクにデジタル信
号を記録しさらにプレーヤーで忠実に再生することがで
きれば映像の分野のみならず広範囲に利用することがで
きる。

例えば多チャンネルの音声のＰＣＭ時分割多重信号を記
録再生できれば今までのＬＰレコードと異った特徴のあ
るレコード及びプレーヤーを作ることができる。

また映像と音声の多重においても音声をＰＣＭ信号にす
ることによって高品位の音声を映像と共に楽しむことが
できる。

さて、このようにＴＥＤのビデオディスクシステムでデ
ジタル信号を記録再生するときは前述した磁気的に記録
するとき多く用いられているＦＭ。

ＰＭ、ＭＦＭ方式が不適当なのである。

つぎにこれらの不都合な理由を述べ、改良した新しい変
調方式を提案する。

ＴＥＤ方式に用いられているピックアップは圧力走査方
式と称せられ、従来のオーディオのＬＰレコードのピン
クアップとは全く異った動作原理に基くものであり、Ｒ
ＣＡの静電容量式ピックアップやＰＨＩＬＩＰＳの光学
式ピンクアップとも異っている。

ＴＥＤ方式のピンクアップの動作原理については既に［
日経エレクトロニクスｊ １９７４年２月２５日号Ｐ９
９−Ｆ’１０６、またｒＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ
ＳＭＰＴＥＪ ＶＯＬ、８１１９７２年４月号Ｐ３
０３−Ｐ３０４に詳細に述べられている。

即ちピンクアップは第１図のようにそり状に研磨された
ダイヤモンドの上面に圧電素子を接着したものでダイヤ
モンドの下部の前端は丸みを帯びて滑らかにディスクの
溝をすべるようになっていて反対の後端は約９０に鋭く
切ってあり、ディスクに刻まれた信号の凹凸の数個の山
の上にまたがっである一定の圧力で山を圧縮している。

ディスクが回転するにつれて圧縮された山が後端で開放
される毎に圧力変化を生じ、それが圧電素子に伝達され
て電気信号に変換される。

こ；のような動作で電気信号に変換される場合には第２
図のＡのように正弦波の場合には山の位置において信号
を発生するので適当な低域口波器を通じて元の正弦波を
再正することができるが、第２図のＢのようにパルス巾
及び繰り返し同期が不規則に異る場合、このデジタル信
号に含まれる情報を忠実に再正できるような電気信号を
ピンクアップするためにはある条件をもったデジタル信
号である必要がある。

例えば、第２図のＢのように１００１１１０１のような
８ビツトの信号が記録されていて、これをＴＥＤ方式の
ピックアップで再生すると第２図Ｃのように第１ビツト
の１と第６、第８ビツトの１の後縁で信号がでるが第４
．５ビツトの１については信号を再生することか困難で
ある。

従って第２図のＢのようなデジタル信号が再生しても前
と同様１００ＬＩＩＯＩと言った情報を含んだ信号にな
らなければならない。

ＴＥＤ方式の場合には第２図り図のように変調して記録
しておけば良い。

これをピンクアップで再生すると第２図Ｅのようになる
。

第２図りは後述するように予め自己同期がとれるように
変調されているので、Ｅの出力信号からクロックパルス
Ｆを導出することができる。

従って、ＥとＦをアンドゲートを通すことによって元の
ディジタル情報１００１１１０１を復調することができ
る。

前述したように信号を記録する溝が一本の場合にはビッ
ト同期をとるために自己同期がとれるような信号形式に
変調する必要のあることは衆知である。

第２図りのｍはそのために挿入されたにせ信号パルスで
ある。

しか腰復調したときにはにせ信号として入らないように
容易に取り除くことができるような形で入れる必要があ
る。

また、磁気ディスクでもビデオディスクでも機械的回転
によって信号を出すときには轟然回転むらによるジッタ
ーを伴うことになる。

従って、再生の際に忠実に情報を抽出するためには再生
した出力信号に含まれるジッター量と同じジッター量を
含んだクロックパルスを作ることが必要であり長期間ク
ロックパルスの情報が欠けることは好ましくない。

また、再生系においては必ずしもきれいな矩形波で再生
することを期待できない。

特に、上述のＴＥＤのシステムにおける再生系において
は動作のメカニズム及び周波数帯域幅等を考えてピーク
検波方式によって情報が検出できることが必要条件にな
ってくる。

以上の自己周期、ジッター、ピーク検波の三点から最適
の変調方式が選択される。

前述したように磁気テープ、磁気ディスクの場合に上記
三点を考慮して実用に供されている方法にＦＭ、ＰＭ、
ＭＦＭの三方式があり、第３図にこれらの変調方式によ
る波形を示した。

第３図においてＨが原情報のデジタル波形で １００１１１０１０００１１を示り、 Ｉがクロック
パルス、Ｊが情報ビットパルス、Ｋ、Ｌ、Ｍがそれぞれ
ＦＭ、ＰＭ、ＭＦＭの変調波形で、Ｎが本発明による新
しい変調方式による波形である。

既に第２図を用いてＴＥＤシステムのピンクアンプの信
号の発生機構を説明したようにピックアップの後端でデ
ィスクの信号の山が開放されるときに正確なタイミング
で電気信号の変化が発生するので、デジタル情報が変調
波の立下シのみに存在するか、極性を反転して記録する
こともできるから、立上りのみに存在するか、何れかで
なければならない。

この条件から見て、第３図のＫとＭの矢印とＪと比較し
てＰＭ方式とＭＦＭ方式は不適格であることが理解され
る。

この点、ＰＭ方式は。元来一方向にのみ情報が入るよう
に設計されているので適格と云える。

Ｌかし乍ら、第３図りのＰＭ方式の波形を見れば解るよ
うにパルスの幅が一定ではない。

いまり田ツク周波数をｆＯその周期をＴｏとするとｆ
ｏ＝ ｌ ／Ｔ ｏの関係になること。

は当然であるが、ＰＭ方式の変調波ではパルスの幅がＴ
ｏのものとＴｏ／２の二種類になるために信号の伝送回
路中に周波数帯域がせまい部分があると信号のピーク値
の位置が正確なタイミングの位置からずれてしまうこと
になる。

その結果、ピー。り検波によってクロックパルスとのア
ンドゲートを通したときににせ信号が混入したり、必要
な信号が脱落してしまう欠点を有していて、このＰＭ方
式も好ましい変調方式ではない。

この欠点を改良したものが第３図Ｎの変調方式で仮にＭ
ＰＭ（ＭＯＤＩＦＩＥＤ ＰＭ）と名付けておく。

この方式では情報は必ず０から１の立上りにあり、また
パルス巾はすべて一定でＴ ｏ／２になっている。

従って１からＯへの立下りの部分をとっても正確な情報
を抽出することが出来る。

第３図のＮにはｍ記号で示した余分のパルスが３１固入
っているが、これは前述した自己同期によってビット同
期をとり易くするために、またジッターを含むクロック
パルスを作り易くするために挿入されたものであるが、
挿入位置が必要な情報ビットに対してＴ ｏ／２の奇数
倍の間隔をおいて挿入されている。

従って復調器においてＴｏの周期のクロックパルスでア
ンドゲートを通すことによってこの不必要なパルスは除
去することができる。

本発明は上記に説明したようにデジタル信号を記録また
は再生するに際して、０または１のいづれかの側のパル
ス巾がすべて一定であって、必要な情報がＯから１への
立上り、及び１から０への立下りの何れの側にもすべて
含まれていて、ビット同期のための自己同期をと９易く
するためにパルス間隔が２Ｔｏ以上にならないように情
報を含むパルスに対してＴ ｏ／２の奇数倍の間隔ヲオ
イテ擬似パルスを挿入した変調方法に特徴を有し、また
本発明の他の特徴としては上記のような変調方式によっ
て変調されたデジタル信号を記録したディスクから圧力
走査式ピックアップによって信号を再生し、元のデジタ
ル信号を復調する方法に特徴を有するものである。

つぎに図面を用いて本発明の変調方式のプロセスについ
て具体的に説明する。

第１図はＴＥＤ方式のビデオディスクのピックアップの
構造図、第２図はピックアップの動作説明図、第３図は
各種変調方式による波形、第４図は本発明の変調方式の
一実施例、第５図は第４図の回路の動作を説明するため
のタイム・チャートである。

第１図において１が圧電素子、２がダイヤモンド針、３
が出力端子、４がディスク、５が丁度圧縮から開放され
た信号の山でこの開放されたときの圧力変化が２のダイ
ヤモンドを通して１の圧電素子に伝達されて電気信号に
変換されて出力端子３に導出される。

６はピックアップによって圧縮された信号の山である。

ディスクが矢印の方向に移動するにつれて６の山は順次
開放されて電気信号に変換される。

このような動作原理によるものであるから第２図のＡ、
Ｂ、Ｄのような信号がディスクに記録されているときに
図中Ｐ点において圧力変化を生じて電気信号を発生する
。

前述したように第２図Ｂのような形式のデジタル信号は
忠実に再生することができないことが理解される。

そこで本発明は第２図のＤのように変調することを提案
するもので、第３図を用いて前述したとおりの特徴を有
するものである。

つぎに第４図と第５図を用いて本発明による変調波形を
得る方法について説明する。

第４図において７はデータ入力端子、８はクロックパル
スＡの入力端子、９はクロックパルスＢの入力端子であ
る。

り田ツクパルスＢｌ／ｉクロックパルスＡＩＣ対して位
相が１８０ ずれたパルス列である。

１０゜１３．１．Ｉｆはアンド（ＡＮＤ）回路、１２は
ノット（ＮＯＴ）回路、１１．１５はＪＫフリップフロ
ップ回路、１６はオアー（ＯＲ）回路である。

１８．１９はそれぞれ抵抗Ｒとコンデンサー〇で積分回
路を構成している。

いま端子７に第５図のＯの例に示すデータ（１００１１
１０１０００１１）が入力され８，９にそれぞれ第５図
のＰ、ＱのようにＣＰ−ＡとＣＰ−Ｂが印カロされたと
きの第４図の回路の動作について説明する。

アンド回路１０にデータ０とＣＰ −Ａ（Ｐ）７５Ｅ７
１１１わるとその出力端子２０には第５図のＲの出力が
出る。

これをＪＫフリップフロップのクロック端子に加えクリ
ア一端子にクロックパルスＣＰ−Ｂ（Ｑｌを加える。

ＪをＨＩＧＨ，ＫをＬＯＷＩ／ｉ１ｍ固定すると出力Ｑ
端子２１には第５図のＳの出力が得られる。

つぎに７のデー。り入力を１２のノット回路にカロえる
とその出力端子２２に第５図のＴの波形を得る。

とのＴをアンド回路１３に力口えると同時に適当な積分
定数をもった１８．１９からなる積分回路に加えその出
力をアンド回路１３に入力するとその出力端子２３゜に
は第５図のＵのようにＴの波形に比較して立上り時間が
少しおくれ、立下り時間が同じ波形が得られる。

この立上りの遅延時間はＴｏ より小さくなければなら
ない。

つぎにとのＵの波形とクロックパルスＣＰ−Ｂ（Ｑ）を
アンド回路１４に入力するとその出力端子２４に第５図
の■のパルスを得る。

このパルスＶをＪＫフリップフロップ１５のクロック端
子にカロえ、クロックパルスＣＰ−Ａを中）をクリア一
端子に力口え、ＪをＨＩＧＨ，ＫをＬＯＷに固定すると
その出力端子Ｑすなわち２５に第５図のＷのパルス列を
得る。

つぎにオアー回路１６に第５図のＳとＷのパルス列を加
えるとその出力端子１７に第５図のＸのパルス列を得る
。

このＸが目的とする変調波形である。

即ち各パルスはＴｏ／２の巾で一定である。

２６〜３２のパルスが必要な情報を含んだパルスで第５
図のＯのデータの１に対応していて、しかもパルス巾が
一定であるからその立上りのみまたは立下シのみに着目
しても・正確にＯのデータの１の情報に対応している。

３３．３４．３５はビット自己同期を可能にするためと
ジッターに対して安定な動作をさせるために挿入された
パルスであるが２６〜３２の情報をもつパルスはＴｏ／
２の偶数倍の間隔で配置されているのに対して３３は２
６．２７に対して、また３４．３５は３０．３１に対し
てＴｏ／２の奇数倍の間隔で配置されている。

この両者の差を用いて復調回路において、３３，３４．
３５のパルスを除去して正しい情報のみを復調すること
ができる。

また２９と３０のパルス間隔が２Ｔｏになっているがデ
ータ中に０が沢山連続して出てきても変調波形のパルス
間隔は２Ｔｏ より広いものは存在し得ないのでビッ
ト自己同期は極めて安定に得ることができる。

またパルス巾が一定であるため第２図のＥに示したよう
にピックアップの出力が情報を取り出し易い波形になる
特徴をもっている。

以上の通シ詳細に説明した如く本発明による変調方式を
圧力走査方式のピックアンプを用いたＴＥＤ方式のビデ
オディスクシステムに適用してデジタル信号を記録、再
生する場合には極めて優だ性能を示すことが理解される
。

しかし乍らこの変調方式はＴＥＤ方式のビデオディスク
システムのみならず他のビデオディスクシステムやまた
磁気テープ磁気ディスクにデジタル信号を記録再生する
場合にも極めて効果があるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はピックアップの構造を示す一部省略側面図で、
本発明を適用できる一実施例として引用したＴＥＤ方式
のビデオディスクシステムに用いられている圧力走査式
ピックアップである。 第２図Ａ−Ｇはピックアップの動作説明図で圧力走査式
ピックアップの電気信号抽出の原理を説明すると同時に
電気信号に変換した出力信号からデジタル情報を復調す
る方法を説明するだめの説明図である。 第３図は各種変調方式による波形で現在実用に供せられ
ているＦＭ、ＰＭ、ＭＦＭ方式の欠点および本発明の変
調方式の特徴を説明するための波形図である。 第４図は本発明の一実施例を示す回路図である。 第５図は第４図の動作を説明するための変調回路各部の
タイムチャートである。 図中１は圧電素子、２は針、３は出力端子、４はディス
ク、５，６はディスクの情報の山、７はデータ入力端子
、８，９はクロックパルス入力端子１０〜１３．１４は
アンド回路、１１，１５はＪＫフリニップフロップ回路
、１２はノット回路、１６はオアー回路、１７，２０．
２２〜２４は出力端子、１８は抵抗、１９はコンデンサ
ー、２１は出力Ｑ端子２５は出力端子Ｑ、２６〜３２は
パルス、３３〜３５はパルス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デジタル信号を記録または再生に適した形に変調し
   た２値のパルス列において、該２値パルスのいずれかの
   側のパルス巾がすべてニ定値であって、このパルス列の
   各パルスを二つのグループに分け、一方のグループのパ
   ルス列はすべてのデジタル情報を含み、Ｔ ｏ ／ ２
   の２Ｎ倍の間隔で配列され、必要なデジタル情報は２値
   パルスの立上りにも、２値パルスの立下りにもいづれの
   側にも含まれていて、他のグループのパルス列はデジタ
   ル情報を含まないで前記情報を含むパルス列に対してＴ
   ｏ ／ ２の２Ｎ＋１倍の間隔で挿入され、両者あわ
   せたパルス列全体としては任意の隣接する２個のパルス
   の間隔が２Ｔｏ以上にならないようにしたことを特徴と
   するデジタル信号の変調方法。 但し、ここにＴｏは前記デジタル信号用のクロッパルス
   の一周期、Ｎは正の整数を表わす。 ２ 変調されたデジタル信号を記録媒体に記録せしめる
   記録装置を有する特許請求の範囲第１項記載の変調方法
   。 ３ 変調されたデジタル信号を記録せしめた記録媒体を
   有する特許請求の範囲第１項記載の変調方法。 ４ 記録媒体からデジタル信号を再生する再生装置を有
   する特許請求の範囲第３項記載の変調方法。 ５ 再生装置において圧力操作式ピックアップを用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の変調方法
   。 ６ デジタル信号を用いるシステムにおいて、２値パル
   スのデジタル情報信号の立上りまたは立下りの何れかを
   使用して正しい元のデジタル情報に復調する再生装置を
   有する特許請求の範囲第１項記載の変調方法。