|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 16  COB (/4, a В единичное состояние - задними фронтами импульсов f/i С помощью сигнала Ug, снимаемого с выхода триггера 6, на элементе И 7 из импульсов f/1 формируются импульсы врезок f/ которые затем вводятся в УФМ? сигнал с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. На временной диаграмме Ug приведен записываемый в блоке 9 на магнитный носитель УФМ? сигнал с частотными предыскажениями (импульсы предыскажений заштрихованы). С помощью аналогичной схемы можно формировать любой сигнал с частотными предыскажениями из семейства классических и модифицированных УФМ^ сигналов. Фазовые предыскажения - основной вид коррекции в высокоплотной цифровой звукозаписи, применяемый и совместно с другими видами коррекций. Коррекция фазовыми предыскажениями основана на том, что при воспроизведении существуют детерминированные сдвиги моментов нуль-пересечений сигнала. Поэтому при записи осуществляют смещение моментов переключения тока записи таким образом, чтобы компенсировать сдвиги нуль-пересечений воспроиз-Например, для модифицированных УФМ? сигналов обычно различают пять положений нуль-пересечений, т. е. временных положений импульсов кода: номинальное (обозначаемое буквой N), задержанное (L, при соотнощениях 5 : 3 временных интервалов до и после импульса), существенно задержанное (LL, при соотнощениях 5 : 2; 4 : 2; 3 : 2), опережающее (Е, при соотношениях 3 : 5), существенно опережающее {ЕЕ, при соотношениях 2 : 5; 2 : 4; 2 : 3) [65]. Обычно задачи формирования сигнала записи и введения в него фазовых предыскажений решаются раздельно. Более целесообразно выполнять формирование сигнала и его предкоррекцию с помощью одного и того же автомата [30]. Для этого при записи соответствующего перепада необходимо знать значения г-символьных перекодированных к-омбинаций в предыдущем, текущем и последующем тактах (или полутактах) функционирования автомата. Варианты орграфов таких автоматов для УФМ? и М^УФМ? сигналов показаны на рис. 4.21. Значения г-символьных комбинаций в предыдущем, текущем и последующем полутактах расположены в вершинах орграфов соответственно сверху вниз. Текущий полутакт отмечен штриховкой, а справа от значения текущей г-символьной комбинации указан вид фазовых предыскажений. SS NN SS г Рис. 4.20. Фазовые предыскажения: а - ток записи без коррекции; б - коррекция тока записи; в - ЭДС воспроизведения: г - намагниченность носителя веденного сигнала (рис. 4.20). Ш! LL т \1С rl \ о 1 I о IIOLL о о о о ОЕЕ , 7Т , > о ШЕ t о о о 0/ /V Б-Т /API ЕЕ щ ¥ о I t о
Ои\0 О о 0J. ~Т£Ш f О , 00 ШЕЕ /АО ILLi I о О о и I о А < о ЕЕ Рис. 4.21. Орграф с задержкой УФМ? (а) и М'-УФМ? (б) сигналов Для уменьшения числа вершин орграфа можно в некоторых случаях не определять значения г-символьных комбинаций в предыдущем такте, а использовать вес входящих в вершины ребер. В приведенных орграфах для различения информационных и маркерных нулей введены обозначения: 0 , 0 . Подобные орграфы можно также использовать для декодирования информации. В этом случае направление перехода в орграфе определяет значение воспроизведенной г-символьной комбинации, а вес соответствующего ребра является искомым значением передаваемой информации.  Рис. 4.22. Структурная схема модулятора ФМ; сигнала с фазовыми предыскажениями (а) и временные диаграммы ее работы (б) Us Л Us Ul Ue Ul Ui Un U,3 Un
Структурная схема модулятора ФМ} сигнала с фазовыми предыскажениями изображена па рис. 4.22, а. Модулятор содержит два двухразрядных двоичных счетчика 5, 8 с импульсными выходами, на счетные и нулевые установочные входы которых раздельно поступают импульсы информационных единиц Ug и нулей (/4 (рис. 4.22, б). С помощью этих счетчиков из входной информац-ии выделяются импульсы первых нулей Ul и единиц Ul, следующих после последних разноименных символов, а также импульсы последующих нулей ul и единиц ul. Импульсы Ul и Ul задерживаются на время ti с помощью триггеров 6, 9, элементов И 7, J0 и синхропоследовательности U2. Импульсы ul задерживаются на время с помощью элемента задержки П, а импульсы информационных единиц f/g - на время, равное 0,57, относительно синхроимпульсов Uf с помощью элемента И 12. Последовательности импульсов Ul, U, (/ю, и и 12 смешиваются на элементе ИЛИ 13 и преобразуются счетным триггером 14 в выходной ФМ сигнал с фазовыми предыскажениями. 6С т
Ue Ul
Рис. 4.23. Структурная схема модулятора УФМ? сигнала с фазовыми предыскажениями (а) и временные диаграммы ее работы (б) 4.2. Фазовые предыскажения в УФМ', сигнале о В этом сигнале ((/J длительности больших характеристических интервалов, граничащих с меньшими интервалами, дополнительно увеличены на время или т^. Для формирования более сложных сигналов с фазовыми преды-скаженкя.ми можно воспользоваться автоматным представлением, развитым в работе [40]. Например, для введения фазовых предыскажений в УФМ? сигнал потребуется использовать 4-разрядный последовательно-параллельный сдвигающий регистр, 256-битовое ПЗУ, 8-входовый параллельно-последовательный регистр и два D-триггера (рис. 4.23). Схема, показанная на рис. 4.23, а, работает следующим образом. С помощью регистра 5 информационная двоичная последовательность Ul (рис. 4.23, 6} преобразуется в 4-разрядные слова, сдвигаемые в регистре на одну позицию положительными фронтами синхроимпульсов f/*. В результате в процессе перекодирования анализу подвергаются текущий, последующий и два предыдущих такта. Значения выходов сдвигающего регистра 5 образуют адрес ПЗУ 4, где хранятся эквиваленты входных слов с учетом фазовых предыска- 4.3. Содержимое ячеек ПЗУ
Входные слова Выходные слова
жений. 256-битовое ПЗУ выбрано для того, чтобы в случае необходимости в нем можно было сформировать УФМ? сигнал без фазовых предыскажений. 8-битовые слова (/4, снимаемые с выходов ПЗУ 4 (при наличии сигнала разрешения выборки (/р.в) поступают на входы параллельно-последовательного регистра 7, который преобразует их в последовательную форму (/7. При этом используется серия синхроимпульсов f/f, частота которых в восемь раз выше тактовой. С помощью D-триггеров 5, 6 формируется сигнал (У загрузки регистра 7. Когда сигнал Ug имеет низкий уровень, S-битовые слова, снимаемые с выхода ПЗУ 4, заносятся в регистр 7 по первому положительному фронту синхросерии U2. Если сигнал Ug - высокий, то входы регистра 7 отключаются, а его содержимое сдвигается последовательно на одну позицию каждым положительным фронтом синхросерии f/f. Импульсы, снимаемые с выхода регистра 7, преобразуются далее с помощью счетного триггера 8 в записываемый УФ]Н? сигнал с фазовыми предыскажениями. Вид кодовых комбинаций входных символов и величина требуемых фазовых предыскажений при их записи сведены в табл. 4.2. В таблице минус означает, что кодовый импульс должен появиться раньше нормального положения (без предыскажений), а плюс - позже нормального положения. Вариант содержимого ячеек ПЗУ 4 приведен в табл. 4.3. Глава 5 ОБРАБОТКА ВОСПРОИЗВЕДЕННЫХ СИГНАЛОВ 1. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВОСПРОИЗВЕДЕННЫХ СИГНАЛОВ В высокоплотной цифровой магнитной звукозаписи, когда амплитуды воспроизводимых сигналов относительно малы и при наличии специфических помех и искажений (например, вследствие тепловых шумов магнитных головок, шумов усилителей воспроизведения, ПАМ, ИО, взаимовлияния сигналов смежных дорожек записи), достоверность воспроизводимой информации определяется методом ее обработки. Отклик канала магнитной записи-воспроизведения значительно отличается от воздействия, поэтому для выделения информации из воспроизведенных сигналов их необходимо преобразовать, восстановив исходную форму или временные соотношения между нуль-пересечениями. В настоящее время наибольшее распространение получили четыре метода формирования воспроизведенных сигналов: амплитудный (пороговый), дифференцирующий (по нулю производной, пиковое детектирование, альтернативно интегрирующий), интегрирующий, парциальный. При амплитудном формировании (рис. 5.1, а) воспроизведенный сигнал подается на пороговый элемент (компаратор, триггер Шмидта и др.), срабатывающий при достижении сигналом установленного порогового уровня. Так как воспроизведенные отклики имеют положительные и отрицательные полярности, то в целом структура сигнала трехуровневая. Взаимовлияние откликов тракта, ПАМ, величина и неточности установки порогов существенно снижают допустимую плотность записи при этом методе формирования. При воздействии ИО, ПАМ требуются малые значения пороговых уровней,. hi Vi( которые надо увеличивать при наличии шумов и временных флуктуации. Теоретически оптимальным является значение порогового уровня, равное 0,33 амплитудного значения сигнала [31]. Поэтому амплитудное формирование применяется преимущественно при низких плотностях записи, когда длительность откликов меньше минимального интервала между смежньтги откликами или в комбинированных системах обработки. Амплитудное формирование является примером нелинейной обработки воспроизведенного сигнала. В случае дифференцирующего формирования (рис. 5.1,6) пороговые элементы срабатывают при достижении воспроизведенным сигналом максимумов амплитуд. В этом случае определяющими точность фор'. мирования факторами являются временные флуктуации максимумов воспроизведенных сигналов. Смещения максимумов существенно меньше и проявляются при более высоких плотностях записи, чем смещения нуль-пересечений сигнала. Из сравнения с амплитудным формированием
Рис. 5.1. К пояснению методов формирования воспроизведенного сигнала: я - амплитудное; б - дифференцирующее; в - интегрирующее; г - парциальное ВИДНО, что диф|)еренцирующее формирование состоит из двух операций: линейной и нелинейной. Дифференцирующее формирование наиболее подвержено влиянию аддитивных шумов. При интегрирующем формировании (рис. 5.1, в) компенсируется дифференцирующее действие индукционной магнитной головки. Операция интегрирования - линейная, а форма сигнала на выходе интегратора подобна исходной. После интегрирующего формирования сигнал остается двухуровневым. Включение интегрирующего формирователя в канал воспроизведения накладывает ограничения на полосу его пропускания в области верхних частот и проявляется в виде сглаживания фронтов воспроизведенных сигналов. Парциальное формирование обычно применяется к сигналам высокого порядка. На рис. 5.1, г показано парциальное формиро- вание БВН^ сигнала. В соответствии с алгоритмами формирования сигналов цифровой звукозаписи БВН) сигнал получается суммированием по модулю 2 входной информационной последовательности л; и значений задержанного на два такта сигнала записи Ф„ 2. Воспроизведенный магнитной головкой БВН] сигнал и его точная задержанная на один такт копия линейно суммируются, а суммарный сигнал подвергается амплитудному формированию    - Рис. 5.2. Диаграммы измерения гибких пределов воспроизведенных сигналов при интегрирующем (а), амплитудном (или дифференцирующем) (б) и парциальном (в) формировании  Такое разделение методов формирования в определенной мере условно, так как, например, дифференцирующее формирование эквивалентно амплитудному при соответствующем перекодировании входной информации, а также двухуровневому парциальному. Сравнение методов формирования воспроизведенных сигналов удобно проводить с помощью диаграммы измерения гибких пределов сигналов, называемых иногда глаз-диаграммами. Диаграмма измерения гибких пределов сигнала представляет собой воспроизведенные на экране осциллографа сигналы, синхронизированные сигналом тактовой частоты. При этом анализируемый сигнал обычно представляет собой псевдослучайную последовательность символов максимальной длины, чтобы воспроизвести все возможные кодовые сочетания. На рис. 5.2 показаны диаграммы измерения гибких пределов воспроизведенных сигналов для разных методов формирования [72]. Наибольшим окном детектирования обладает двухуровневый сигнал, получаемый при использовании метода интегрирующего формирования. Нормализованные спектральные характеристики канала воспроизведения для разных методов формирования (рис. 5.3) получены для случайной входной последовательности при соблюдении первого условия Найквиста и значении коэффициента спада Ко == 0,5 (О < Ко < 1). Только при интегрирующем формировании нормализованная спектральная характеристика включает в себя крайние низкие частоты и постоянную составляющую. Спектральная характеристика канала воспроизведения при парциаль- о,г ОЛ 0,6 ulUr Рис. 5.3. Спектральная характеристика канала воспроизведения для разных методов формирования: 1 - амплитудное или дифференцирующее; 2 - интегрирующее; 3 - парциальное ном формировании существенно смещена в область более низких частот по сравнению с характеристикой амплитудного канала. При увеличении продольной плотности цифровой магнитной звукозаписи уровень воспроизводимого сигнала и, следовательно, отношение сигнал/шум уменьшаются. В этих условиях преобладающее влияние на отношение сигнал/шум оказывают шум усилителя воспроизведения и температурный шум сопротивления воспроизводящей головки. Разработана эквивалентная схема процесса воспроизведения, позволяющая исследовать влияние инструментального шума при различных методах формирования сигнала [72]. В этой схеме выделены корректоры, с помощью которых компенсируются три вида частотно-зависимых потерь при воспроизведении: контактные Кк, щелевые Кщ и в сердечнике магнитной головки Кг (рис. 5.4). Если для простоты предположить, что после компенсации указанных потерь форма воспроизведенного отклика описывается функцией дифференцированного котангенса, то его амплитудный спектр <-ЭНЧ+У Рис. 5.4. Эквивалентная схема процесса воспроизведения сигнала при наличии шума = Г- ехр [- Йо,5Я I /г ], 1т (5.1) где йо,5 - отношение ширины одиночного воспроизведенного отклика, измеренного на уровне 0,5 к тактовому интервалу. Таким образом, в цепь выравнивания сигнала при воспроизведении необходимо включить фильтр с характеристикой, обратной выражению (5.1). Эквивалентная схема процесса воспроизведения сигнала без искажений включает в себя сглаживающий фильтр Найквиста с характеристикой при0</< = /Г'соз^(я/2Ко) /г1 О при- 2 1 + Ко при 2 fr<\f\- Ы И фильтр, соответствующий методу формирования сигнала: 1 п^. , . при интегрирующем формировании; / sin (Щ/lf} 1 при амплитудном или дифференци- рующем формировании; 2соз(я /г) при парциальном формировании. Эквивалентная схема процесса воспроизведения составлена в предположении, что воспроизводящая магнитная головка осуществляет идеальное дифференцирование записанного сигнала. Тогда среднеквадратичное значение шума на выходе эквивалентной схемы £ш - J ! /С7КщЧгр-ФеФд feldf, (5.2) о где бш - спектральная плотность входного белого шума. Расчеты по формуле (5.2) показывают, что отношение сигнал/ шум почти не зависит от значения коэффициента спада Ко при Ко < < 0,5. Для этих же значений Ко отношение сигнал/шум при интегрирующем и парциальном формированиях примерно на 3 дБ больше, чем при амплитудном или дифференцирующем формированиях. Увеличение неконтакта приводит не только к ПАМ, но и к ограничению АЧХ тракта в области высоких частот. Результаты экспериментальных исследований показывают, что наибольшей помехоустойчивостью в этих условиях обладает интегрирующий формирователь, а наименьшей - амплитудный [72]. При повышении поперечной плотности записи значительно возрастает воздействие переходных помех. Влияние этих помех тем больше, чем больше длина волны записываемого сигнала. Воздействие переходных помех и связанное с ним увеличение частоты ошибок можно интерпретировать как воздействие гауссовского шума, так как мощность переходных помех максимальна в низкочастотном диапазоне, а записанные на дорожках информационные сигналы не-коррелированы друг с другом. Очевидно, что системы цифровой звукозаписи необходимо проектировать таким образом, чтобы уровень переходных помех был существенно меньше других шумов. Наименьшее влияние переходные помехи оказывают при амплитудном формировании, а наибольшее - при интегрирующем. 2. КОРРЕКЦИЯ СИГНАЛА В КАНАЛЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ В цифровой магнитной звукозаписи уровень воспроизводимых сигналов мал, вследствие чего при плотностях записи, не превышающих 2500...3000 бит/мм, магнитную головку можно считать линейным элементом. В этих условиях эффективно используется принцип взаимности. Зная распределение поля магнитной головки Я (х), можно рассчитать поток Ф через произвольное поперечное сечение магнитного носителя, который создается током / в обмотке головки. Тот же ток /, протекая через поперечное сечение магнитного носителя, возбуждает такой же поток Ф, пронизывающий обмотку головки. При движении магнитного носителя намагниченные участки последовательно воздействуют на магнитную головку, т. е. интенсивность намагничивания М = М {х - х'), где х' = vt. Переменная (х - х') определяет среднюю линию зазора неподвижно установленной головки как начало системы отсчета для М.х', равное нулю, 1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 16 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||