本发明是一种在录有图象信号的磁道上，再记录脉码调制的声音信号等其他数字信号，并可进行分离再生的高密度磁性记录再生方法。 在过去的磁性记录再生装置，例如旋转磁头式录相机（以下简称VTR）中，将组成图象信号的亮度信号和色度信号记录在视频磁道上，而将声音信号记录在另外的音频磁道上。使录相用的两个旋转磁头的方位角不同，利用所谓方位记录，将所用磁带表面几乎全部加以利用了。
近来，为了提高声音信号记录的性能，在VTR的视频磁道上，将调频的声音信号与图象信号一起记录的方法已进入实用阶段。这种记录方式的频率分布如图1所示，沿磁带纵深方向的记录状态图如图2所示。沿磁带纵深方向的记录状态图如图2所示。
在图1中，1为含有调频同步信号的亮度信号，2为经低频变换后的载波色度信号。3为将声音信号进行频率调制（FM）后的信号，利用声音专用磁头将此信号记录在低频变换后的载波色度信号2和FM亮度信号1之间的频带上，该声音专用磁头的方位角不同于图象信号用磁头。
如图2所示，调频声音信号在图象信号之先，以较大的记录电流记录在磁性层4的深层4a上，然后再将图象信号记录在磁性层4地表层4上。图中的5表示带基。
通去由于用调频方式记录声音信号，因而S/N比大，质量高，并且即使磁带走行速度减慢，音质也不会变坏，可以说是用于长时间的VTR记录方式的一种强有力的手段。同时，过去未曾用到的磁带磁性层的深层也加以利用了，这一点也值得注意。
但是上述过去采用的方法存在若干问题。首先，为了将调频声音信号记录到深层中，需要给磁头提供大电流，限制了记录的频带。因此要想向比调频记录的质量更高的脉码调制（PCM）记录发展是不可能的（因为PCM需要更大的频带宽度）;由于声音信号是用大电流记录在低频端，因而当再生图象信号时，记录在深层的声音信号的影响就不能忽略;为了记录声音信号而设的大电流供给电路比较庞大;大电流亦对其他视频电路产生不良影响。第二，后期记录成为不可能。过去由于VTR将图象和声音分别记录在不同的磁道上，所以能够采用后期记录方法，即一边再生图象，一边进行录音。然而由图2可见，由于声音信号记录在深层，因而若想消去声音而重新录音时，图象信号就被抹掉了。因此不能进行后期录音。
VTR中采用PCM录音方式最近已有开发例。这就是利用一个旋转磁头的广播用VTR，如图3所示，在图象磁道6之间的保护带（非记录空间）7中设置供PCM声音信号用的磁道8，而用另一磁头进行记录和再生的方法。采用这种方法，就能够将PCM声音信号进行充分的记录和再生，以获得高质量的再生声音。
然而上述方法难以原封不动地用于采用方位角录音方式的民用VTR。这是因为，上述的广播用VTR的保护带宽足够大，而方位角式的民用VTR则如图4所示，保护带基本上不存在。
最近的民用VTR考虑到长时化，可在标准方式（VHS·VTR的场合下两小时）和长时方式（同样场合下8小时）之间进行切换，这两种方式多采用共同旋转磁头。这种VTR的记录磁道样式（图象部分）示于图5a和b。图中a为标准方式，b为长时方式。对VHS方式来说，标准方式的一个磁道节距为58微米，而长时方式为其三分之一，即19.3微米。如果选取图象磁头宽度为30微米，则标准方式见有总计28微米的保护带12和14。然而在长时方式下，图象磁头宽度大于磁道节距，因此不存在保护带。因而存在着这样的问题，即尽管对具有保护带的标准方式来说，原理上可利用保护带来记录声音PCM信号，但对长时方式来说，便无法记录声音PCM方式。
本发明的目的就在于解决上述问题，就是在记录图象信号的图象磁道的浅层部分中，记录下将声音信号脉码化的PCM信号之类的宽频带数字信号，以获得VTR的高密度记录。同时，也能够将记录在浅层部分上的数字信号进行消去和再记录，而且对于民用VTR的存在保护带的标准方式或者不存在保护带的长时方式，皆可进行声音信号的PCM记录和再生，以此来显著提高声音信号的质量。本发明就是要提供这种磁性记录再生方法。
本发明的磁性记录再生方法就是在记录了图象信号的磁道上，利用与录象磁头方位角不同的另一磁头重叠记录数字信号，凭借方位角不同的磁头再生图象信号和数字信号，据此可再生出PCM声音信号这样的高质量信号。此外，由于可以进行数字信号的消去和再记录，便能够作为一种高密度记录方法而得到广泛的应用。在图象信号磁道间没有保护带的第一记录方式和存在保护带的第二记录方式皆具备的旋转磁头型VTR，对第一记录方式来说，是在图象信号磁道上，用具有不同方位角的磁头重叠记录声音PCM信号;对第二记录方式来说，是把声音PCM信号记录在保护带上。这样就可利用这两种方式把再生声音信号的质量显著提高。
如上所述，本发明就是在记录了图象信号的磁道上，再用与录象磁头方位角不同的另一磁头把数字信号记录在浅层中，并利用方位角不同的磁头分别将图象信号和数字信号再生出来，可在图象信号的质量不致恶化的情况下将另一数字信号记录上去。也就是说，用记录电流来控制沿磁性层纵深方向的记录层，利用方位角损失来分离两种信号，是一种高密度的记录方法。
记录在浅层中的数字信号可以与图象信号共有频带，能够实现极宽的频带。由于记录在浅层中，所以具有容易消去和改写的优点。因此，在声音的PCM记录方面很容易使用这种数字信号。结果，对具有标准方式和长时方式的VTR的每一种方式来说，使声音PCM记录成为可能。对标准方式来说，使图象信号的S/N无任何损失;对长时方式来说，S/N只有微小的损失，而声音信号却可进行PCM记录再生。因此，与过去的VTR中的再生声音信号相比，可使S/N、频率特性、失真率等特性得到飞速的提高。特别是由于标准方式和长时方式皆可进行声音的PCM记录，由于不需要过去的录音方式所用的固定磁头记录和FM记录，由于可以减少磁带上磁性层的厚度，因此是一种可能降低磁带价格的一种极为有用的方法。
图1和图2分别为用来说明过去状况的频率分布图和磁带纵深方向记录状态图。图3示出了广播用VTR中的磁道样式。图4示出了过去的民用方位角记录方式VTR的磁道样式。图5a和b分别为不同方式中的方位角记录式的磁道样式扩大图。图6为用来说明本发明原理的磁性层纵深方向记录状态图。图7和图8示出了实施例子的频率分布，图9所示为本发明中所用磁头群的结构，图10为利用本发明的磁性记录再生方法所作装置的主要部分方块结构图。图11和图12是说明本发明一实施例的磁性记录再生方法时所用的磁头配置图和磁道样式与磁头位置的关系图。图13为上述主要磁性部分的结构图。
被认为最佳的实施状态
下面参照插图说明本发明的实施例子。图6为用来说明本发明原理的磁性层纵深方向记录状态图。如果用过去的旋转磁头将图象信号记录在磁带上，则记录层的深度为记录波长的0.25-0.3倍，现在民用VTR的记录深度为0.2-0.8微米。而一般磁带的磁性层9的厚度为2-4微米，因此存在一个如图6所示的无记录层9c。虽然图1和图2所说明的过去的例子利用了这个无记录层，实际上却只记录了低频信号。对宽频带信号来说，只利用了磁带磁性层的浅层部分。实际上，图象信号仅仅记录在极靠表面的部分上。
本发明着眼于数字信号的记录再生不需要模拟信号的记录再生那样的S/N，在记录了图象信号的记录层9b的浅层部分中再记录宽频带的数字信号，形成数字信号记录层9a。图6中的10为带基。在数字信号的再生当中，如果S/N为15dB，则相当于10-5量級的误码率，接近实用值。加上适当裕度，保证20-30dB的S/N就足够了。因此，只要将受到浅层信号调制的数字信号记录在能满足上述S/N值的深度中就可以了。记录层的深度可用记录电流加以控制，如果用最佳记录电流（使再生输出最大的记录电流值）记录图象信号，则数字信号的记录电流取其1/4-1/6即可。当然，由于将受到已录图象信号调制的数字信号记录在浅层中，降低了图象信号的再生输出，但因数字信号的记录电流很小，因此上述输出的降低也是很少的。若以上述记录电流值为例，则不过降低2-5dB。而由于磁带表面性质所形成的噪声是一种记录在浅层中的数字信号，因而难以与图象信号的再生直接相关。由于调制性噪声的降低，使实际的图象信号S/N只降低2-3dB。这样，减少已录图象信号S/N的损失，在其上记录具有实用误码率的数字信号是可能的。
如果图象信号所占的频率范围相分离，则可用滤波器从再生信号中得到所需要的信号。但两者的频率范围接近或重叠时，则需使记录再生两种信号的旋转磁头的方位角有所不同。通常记录磁头缝隙与再生磁头缝隙之间的夹角如果是θ，则损失L如下式所示。
L＝20log〔 (Sin πwtanθ/λ)/(πwtanθ/λ) 〕（dB）……（1）
式中W为磁道宽度，λ为记录波长。
因此，图象信号用的旋转磁头只用于再生9b中的图象信号，数字信号用的旋转磁头也只用于再生9a中的数字信号，据此设定方位角。例如，图象用和数字用磁头的方位角相差30°时，在实用的磁道宽度下，便可使两种信号共同占有1.5-2MHz以上的整个频率范围。
图7是本发明的一实施例的频率分布图。此例可在现有民用VTR中进行PCM记录，将数字信号用记录再生磁头的缝隙长度缩短一点，即可将记录频带向高频端稍微延伸。
声音信号采用保真度最高的PCM。将20KHz的声音频带用14比特进行A/D变换，将二通道加以合成，并附加误码修正比特，便能够以2兆字节/秒的比特速率进行变换。若将其变换成NRZ码，则1MHz的基底频带宽度就够了。
图7示出这种PCM的约有1MHz基底频带宽度的声音信号记录方法，将FM亮度信号1和低频变换后的载送色度信号2叠加，记录在图6中的包含图象信号记录层9b和数字信号记录层9a的磁性层上。然后将PCM声音信号进行调幅，并将变换成6-8MHz频带宽度的信号17记录在数字信号记录层9a上，这样便将图象信号和调幅的PCM声音信号重叠记录在同一磁道上了。在这种情况下，虽然图象信号和PCM声音信号的频带有一部分重叠，但可利用方位角损失将相互再生的不需要的成分抑制掉。从被调制的PCM声音信号方面来看，图象信号是有害成分。该成分在图象信号的偏斜部分最大。在图7所示的实施例中，以低电平记录的被调制的PCM声音信号17可用5MHz以上的旁路滤波器分离出来，这样可将有害成分多的，图象信号的偏斜部分进一步衰减，使声音信号易于再生。在图7所示频率分布情况下，图象信号S/N的降低只有2-3dB，可记录大约2兆字节/秒的数字信号。例如，可将声音信号加以PCM后进行数字记录，与图1、图2所示的过去的声音FM记录相比，可获得远为优良的声音信号记录再生。当然，数字信号也可以用于PCM声音信号以外的情况。此外，使用金属带可以加宽记录的频带，这对本实施例来说也是适用的。
图8所示为利用本发明的其他的实施例。此例可在过去的VTR中实现PCM声音信号记录所达到的频带。与图7所示实施例不同之处在于，见有大约1MHz频带的PCM声音信号如曲线18所示，其偏斜部分的频带宽度与FM亮度信号1几乎相同，继图象信号之后加以记录。这时虽然图象信号和FM后的PCM信号可用方位角损失加以分离，但若方位角较小时，相互之间会产生串音而形成有害成分。然而有害成分较大的偏斜部分相互位于调频载波频率的附近，由于调频的三角噪声的性质，便有可能在不降低S/N的情况下再生图象信号和PCM声音信号。这样可以在不加宽记录频带的条件下来记录PCM声音信号，这对窄频带的民用VTR来说是非常适宜的。此外，由于PCM声音信号是经调频后记录的，因此具有调频式磁性记录的各种优点。
实施例中，将基底频带的数字信号加以调幅和调频，再在记有亮度信号磁道的浅层部分中重叠记录。数字信号的这种调制方式也适用于其它场合。
图9所示为实现本发明的磁性记录再生方法所采用的旋转双磁头群的结构。磁带19沿箭头A的方向走动，圆柱体24沿箭头B的方向以30Hz的转速旋转，即所谓旋转磁头螺旋式VTR。这时，图象信号磁头22先于数字信号磁头20与磁带接触，图象信号磁头23先于数字信号磁头21与磁带接触。并假定图象信号磁头22和23的方位角为±6°，数字信号磁头20和21的方位角为±30°。这样，磁带上的磁道先记录图象信号，然后用另一方位角的磁头将数字信号经调制后记录在磁道的浅层部分中。各磁头的记录电流设定如下：图象信号磁头22和23为最佳记录电流;数字信号磁头为该电流的几分之一，使受调制的数字信号仅仅记录在浅层部分中即可。
图10为本发明的一实施例的主要部分方块图。图象信号加到端子25上，经过记录系统的图象处理电路26，用记录放大器27放大，通过旋转磁头22、23记录到磁带上。记录系统的图象处理电路26将亮度信号进行调频，将载送色度信号进行低频变换，变换成图7和图8所示的亮度信号1和载送色度信号2的频带宽度。然后，加到端子28上的声音信号用脉码调制器进行PCM，用低通滤波器（LPF）将其限制在需要的频带内，用调制器36进行调频，变换成图8的曲线18所示的信号，用记录放大器30进行放大，然后通过旋转磁头20和21记录到磁带上。
记在磁带上的图象信号和调频的数字化声音信号经方位角不同的专用磁头进行再生。图象信号由旋转磁头22和23进行再生，经放大器31放大后，解调成原先的图象信号，由端子33输出。声音信号由旋转磁头20和21进行再生，经放大器34放大后，用解调器37解调成基底频带的声音信号。经解调的数字信号再进一步用解调器38进行脉码解调，以得到原来的模拟信号，即声音信号，再经低通滤波器（LPF）39由端子40输出。
对本实施例来说，数字化的声音信号仅仅记录在磁性层的表面部分中，因此用弱电流便可容易地进行改写和消去。适当选定消去和改写的电流，即可几乎毫不影响图象信号。
下面对存在保护带的方式（标准方式）和不存在保护带的方式（长时方式）中的任何一种，就可以进行PCM记录的实施例加以说明。
对于不存在保护带的长时方式来说，可利用上述的浅层重叠记录方法记录PCM声音信号。这时如果图象用和声音PCM用磁头的方位角足够大，则长时方式的声音PCM磁头的磁道位置可位于图象磁道上的任何地方。在这样的条件下，声音PCM用的磁头位置可参照标准方式的性能来决定。图11所示为一实施例。a为旋转圆柱体45上的磁头配置图，图象磁头41和42以反方位角相差180°。声音PCM信号以专用磁头43和44进行记录，此二磁头与图象磁头41和42构成角度φ。另外如b所示，相对于基准面错开一个高度h。根据图11的φ和h，图象磁头和声音PCM磁头的滑动轨迹之间有一间隔d：
φd＝ (φ)/180 （磁道节距）+h……（2）
适当设定φ和h，可如图（c）所示，在标准方式中使声音PCM用记录磁头43和44位于保护带的中间。图（c）是声音PCM磁头宽度20微米，φ＝45°，h＝20微米的例子。对长时方式来说，图（d）示出了声音PCM磁头43和44在图象磁道上所处的位置。
如上所述，在长时方式中，凭借浅层记录和方位角损失，使声音PCM信号能够记录到图象磁道上，不过图象信号的S/N稍有降低。然而如图11的实施例所示，在存在保护带的标准方式中，为把声音PCM记录到保护带上而全无S/N的降低。如果设置一对标准方式和长时方式能够兼用的声音PCM用磁头，可使两种方式都能实现高质量的声音PCM记录。
此外，由于标准方式基本上是在图象信号的保护带上进行声音PCM记录，因而声音PCM记录信号不致影响图象信号，记录声音PCM信号时的记录电流即使大于长时方式也无妨。
在图11的实施例中，声音磁头的宽度为20微米。这一长度可以小于长时方式的图象磁头宽度，并仅使声音PCM信号读出时S/N稍有降低。即使误码率超过需要值，对再生声音几乎毫无影响。这时图象磁道由于在浅层部分留下一点未进行PCM记录的范围，因而图象信号的S/N比图11所示情况要高些。只要适当地设定φ和h，即可在标准方式中将声音PCM磁道置于图象磁道间的保护带的正中间。
图12是说明本发明另一实施例的图，它表示出标准方式的磁道样式与将声音PCM记录在保护带上所用专用磁头之间的位置关系。
图（a）所示专用磁头43′的安装角θ和高度h的设定依据是：使磁头43′的磁带宽度小于保护带12的宽度，靠近图象磁道R13一侧而远离图象磁道L11一侧。而且磁头43′的方位角相对于图象磁道R13的方位角（-6°）为反向方位角（+α°）。若按此结构，则尽管磁头的宽度和高度少许偏离设定值，图象磁道R与声音PCM磁道间的串音也会相当小而不致相互影响。也就是说，当磁头43′向下移动时，相对于图象磁道R的方位角为反向，方位角损失急剧增大。当向上移动时，便空出一点保护带，所以不会与图象磁道交叉。此例中，专用磁头43′的方位角可以小一些，磁头的制造比较容易。
此外，如果将标准方式中声音PCM信号的记录电流设定为使再生输出最大的最佳记录电流，则不需特别的消去磁头，并能够改写信号，因此容易实现声音的后期记录功能。
图13为本发明的一个实施例的主要部分方块构成图。图中，图象信号加到端子46上。通过记录系统的图象信号处理电路47，用记录放大器48放大，通过旋转磁头41和42记录到磁带上。电路47将亮度信号进行调频，将载送色度信号进行低频变换，并进行频率叠加。
其次，加到端子49上的声音信号通过记录系统的声音信号处理电路50，用记录放大器51放大，通过旋转磁头43和44记录到磁带上。电路50将声音信号进行脉码调制（PCM），再将其变换成容易记录的形式，如调频信号。
下面说明再生情况。利用改变了方位角的各专用磁头，将记录在磁带上的图象信号和数字化声音信号再生出来。用放大器52放大后，输入给再生系统的图象信号处理电路53，解调成原来的图象信号，再由端子54输出。声音信号由旋转磁头43和44再生出来，用放大器55放大后，输入给再生系统的声音信号处理电路56，再由端子57输出。