Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 16

родвигателей, вибрациями конструкций и т. п. Широкополосные составляющие возникают вследствие переменного трения в подшипниках, фрикционах и ременных передачах, магнитного носителя о головки и стойки, а также вследствие случайных возмущений в тракте (например залипания носителя). По мере совершенствования механизмов транспортирования носителя относительный уровень узкополосных составляющих уменьшается и законы распределения колебаний скорости носителя приближаются к нормальным. Типичные амплитудные спектры колебаний скорости разных лентопротяжных механизмов изображены на рис. 2.15.


W х,мим

Рис. 2.14. Расчетная глубина провалов огибающей воспроизведенного сигнала при фиксированных размерах дефектов и длинах волн записи = 5 мкм,

- 10 мкм, Я,з = 20 мкм: 1 - выкрашивание; 2 - окатыши или песчинка

30 h,n

Рис. 2.15. Амплитудные спектры колебаний скорости ленты низкокачественного фрикционного (1) и высококачественного кольцевого (2) механизмов

Если скорость воспроизведения отличается от скорости записи Оз, т. е.

то частота воспроизводимого сигнала = !з U + Кг, (t)], где Kv (О = А (О^з - коэффициент колебаний скорости; /з - частота записываемого сигнала [14; 25].

Таким образом, воспроизведенный сигнал промодулирован по частоте с глубиной модуляции, равной коэ4)фициенту колебаний скорости. Если колебания скорости происходят при записи и при воспроизведении и \Kv(i)\K то фаза воспроизводимого сигнала

[1 +K.(t)-KoAi)]dt,

где Мз - круговая частота записываемого сигнала; /( , Кив - коэффициенты колебаний скорости при записи и восиронзвегепии соответственно.

Тогда /р = /Л1 + KvB (О - Коз (t)], т. е. частота воспроиапо-димсго сигнала промодулирована по закону несовпадения скорос-т<-й записи и воспроизведения.



Колебания скорости приводят к появлению в воспроизводимом сигнале временных искажений

которые значительно затрудняют синхронизацию сигналов цифровой магнитной звукозаписи.

3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ШУМОВ и ПОМЕХ В КАНАЛЕ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ-ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Уровень шума является одной из важнейших характеристик канала магнитной записи-воспроизведения. В отличие от обычного для радиотехнических каналов аддитивного воздействия шума, в канале магнитной записи-воспроизведения шумы оказывают на сигнал комбинированное воздействие.

Рабочий слой магнитных носителей состоит из частиц, неравномерно распределенных в немагнитном связующем веществе. Частицы отличаются геометрическими размерами и магнитными свойствами. При намагничивании носителя возникает поток рассеяния, который при воспроизведении создает шум, называемый структурным. Величина шума зависит от уровня намагниченности носителя. Ориентировочное значение шума размагниченного носителя составляет 68...63 дБ, значение шума после многократного стирания носителя составляет 63...58 дБ, а относительный уровень шума намагниченного носителя достигает 48...31 дБ. Структурный шум магнитных носителей имеет нормальное распределение и является преимущественно низкочастотным, его волновой энергетический спектр описывается выражением [14]

Р (Q) = У л/2 [о^ (/n,)/s] ехр (- Q/2s),

где (т^) - дисперсия структурного шума; s = (1...2) Vl/см для современных магнитных носителей.

Шумы возникают также из-за несовпадения дорожек записи и воспроизведения. Глубина появляющейся при этом ПАМ определяется тем, какая часть ширины дорожки воспроизведения А& не попадает на след записи Ь [14]: = Ablb.

Шумы магнитных носителей ограничивают динамический диапазон в основном в высококачественной, но не в широкополосной аппаратуре магнитной записи. В широкополосной аппаратуре отношение сигнал/шум определяется флуктуационными шумами входных цепей усилителей воспроизведения, собственными шумами магнитных головок, помехами, создаваемыми источниками электропитания и перекрестными (переходными) помехами. Все они оказывают аддитивное воздействие на сигнал. Мерой перекрестных помех является относительное проникание, дБ: L = 20 Ig (UJUS), где Un, Uc - амплитудные значения переходной помехи и сигнала соответственно.



Различают две составляющие перекрестных помех, обусловленные электромагнитной связью между магнитными головками в одном блоке и взаимным влиянием процессов записи-воспроизведения по соседним дорожкам. Первая составляющая возрастает по мере роста частоты сигнала, вторая - растет с увеличением длины волны записи. На рис. 2.16, а показаны экспериментальные зависимости величины переходного затухания для многодорожечных

смещенных магнитных головок от частоты и длины волны сигнала гармонической формы (2...6 дорожек на ленте шириной 6,35 мм, заштриховано), а на рис. 2.16, б- величины переходного затухания при записи импульсного сигнала (4...9 дорожек на ленте шириной 6,35 мм). Из приведенных рисунков видно, что при цифровой звукозаписи основное значение имеет вторая составляющая перекрестных помех.

При хранении носителей записи возникает специфическая помеха - копирэффект. Зависимость уровня помехи из-за копирэффекта от длины волны записи имеет макси-


0,15


Рис. 2.16. График относительного проникания в многодорожечных блоках магнитных головок:

1,ММ а, б ~ гармоническая и импульсная запись соответственно

мум при X = 2ndx {dx - общая толщина магнитного носителя). Разность уровней оригинального сигнала и его копии у современных носителей составляет 50...58 дБ. Воздействие помехи вследствие копирэффекта возрастает с увеличением времени копирования и повышением температуры.

Глава 3

СПОСОБЫ ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

1. ОСНОВНЫЕ ФОРМАТЫ ЦМЗ

Информацию на магнитный носитель записывают последовательно или параллельно-последовательно. Последовательная запись обычно применяется в накопителях на магнитных дисках, в малогабаритных аппаратах на магнитной ленте. При этом на носителе входной цифровой сигнал записывается по одной дорожке. Для выделения цифровой информации из воспроизводимого сигнала требуется тактовый синхросигнал, а для разделения сигнала по каналам (при многоканальной записи) необходим также сигнал цикловой



синхронизации. При последовательной записи оба вида синхросигнала должны включаться в структуру записываемого цифрового сигнала. Обычно эта операция осуществляется на этапе канального кодирования. Цифровые сигналы, в структуре которых содержатся синхросигналы, называют самосинхронизирующимися; остальные сигналы относят к классу несамосинхронизирующихся. При последовательной записи можно использовать только самосинхронизирующиеся цифровые сигналы.

При параллельно-последовательной записи информации на носителе каждому разряду кодовой группы предоставляется отдельная дорожка, а для синхросигналов отводятся специальные дорожки,

Индекс

ное слодо ное слабо

Адрес

Блок синхро-низаш'м

с s;

ASpec дорож-ни

Адрес

Блок синхронизации

Блон информации

Бпонаин-лишного ионтропя

0 0 0 0 0

0 0 0 0

Рис. 3.1. Размещение информации на радиальной дорожке при записи словами (а) и формат сектора (б)

Параллельно-последовательная запись применяется в накопителях на магнитной ленте и накопителях на магнитном барабане. При этом возможно использование как самосинхронизирующихся, так и несамосинхронизирующихся сигналов.

Для обеспечения обмена информационными массивами между разными системами размещение информации на магнитных носителях, используемых в вычислительной технике, стандартизировано.

За малым исключением, в современных накопителях на магнитных барабанах и дисках дорожки записи имеют форму окружности. Физическое начало дорожки обозначается индексом. Индекс может быть записан на одной из служебных дорожек, а может быть нанесен механическим способом. На рис. 3.1, а показано часто встречающееся размещение информации на дорожке при записи, например, ФМ или УФМ способами. Каждое слово отделено от другого промежутком в один такт, где обычно записывается двоичный 0. Каждое информационное слово начинается с синхронизирующего маркера, в качестве которого записывается двоичная 1. На промежутки и синхромаркеры затрачивается полезная площадь носителя. Эти затраты увеличиваются с уменьшением длины слова. Дорожка записи делится на сектора фиксированной длины (рис. 3.7, 6). Более подробные данные о форматной записи иа диски приведены в работе [49].



Для размещения информации на ленте в последние годы в качестве международного стандарта для вычислительной техники принята 9-дорожечная запись. Ширина ленты, дорожек на ней и их размещение также стандартизированы (рис. 3.2).

Запись информации на ленту выполняется параллельно-последовательным способом, при котором одно слово часто размещается

Слог продольного контроля по четности Информационный

\J , иитербал 0,5мм

Информационная зона метанный промег \ жутои 12мм

Информаии- базоВый ? f


Рис. 3.2. Стаидартизированиое размещение информации на магнитной ленте

В нескольких последовательных строках поперек магнитной ленты, разряд за разрядом (рис. 3.3, а).

Минимальное расстояние между последней информационной строкой и контрольной строкой (информационный интервал) равно трем строкам по международному стандарту - минимум 0,5 мм (рис. 3.3, б).


Рис. 3.3. Контроль записи-воспроизведения информации (а) и участок записи (б) на магнитной лепте

дарота поперечного контроля

ГЬПТТПТ'

ГПО. TXDTZZa

ZZlAT±rnj.tlZZSL


0,5m I Чгтс,!! рродвг.снсга нонтрйля

Более совершенный формат данных на ленте используется при ФМ записи с плотностью 63 бит/мм. В формате зоны отделены друг от друга 40 двоичными нулями и одной двоичной единицей. Двоичные нули используются для ввода в синхронизм устройстп синхронизации, а двоичная единица указывает начало записи информации. Временные сдвиги между разрядами в строках, появляющиеся при перекосах ленты, легко компенсируются с помощью буферной памяти.



с момента выпуска НМЛ IBM 3420 (1973 г.) применяется формат, предусматривающий запись данных с плотностью 246 бит/мм способом УБВН-4/5 [45]. При записи в начале каждого массива формируется пробел, содержащий 15 подгрупп по пять двоичных символов в каждой. Из них 14 подгрупп представляют собой поле синхронизации, которое содержит только двоичные единицы; 15-я подгруппа представляет собой адресный маркер 1 , обозначающий начало поля данных и имеющий вид 00111 (рис. 3.4, а). Поле данных каждого массива состоит из информационных групп по восемь

шеи [Допояни: поля {тельный 1 \ маркер 1 нонца \10 f 0 1 0 f t f f

CuHXpo- 1 низания 1

1 i i i l\

) \cuHxpo-1 1 низания

Маркер f 0 0 if 1

Информационная группа j

Маркер г I ffujuuuf, i низания \мтер i 11 1 0 o\l 1 f 1 l\i 1 i 1 1\0 0 1 1 1

Ингрормацийнная группа j

ЛЛ jfS ]) D г f I

ft пятисимдальных подгрупп

Остаток

Группа uuH.iu- \ чеекой про- таркер верки 1

Синхро- j низания 1

1 винхро-1 низааия

Маркер 1 конца 1

\hhhhhhn e

весе сех е\1П 0 0

11111]

\п 1 1 1

1 1 1 1 о\

Рис. 3.4. Формат дорожки при УБВН-4/5 записи:

а - начало массива; б - поле повторной синхронизации; в - окончание массива

байт В каждой, семь байт представляют собой данные записи (D), а один байт служит для контроля ошибок с помощью циклического кода (£). Контрольный байт позволяет обнаружить и исправить любую одиночную ошибку, а также обнаружить двойную ошибку. Для уменьшения вероятности ошибки в пределах массива через каждые 158 информационных групп записи предусмотрена запись поля повторной синхрснизации (рис. 3.4, б). Поле повторной синхронизации, так же как и пробел, содержит кодовые комбинации, не встречающиеся в потоке данных.

В конце каждого массива записываются символы циклической проверки избыточности (с) и символы дополнительной циклической проверки избыточности (п) (рис. 3.4, в). Эти символы обеспечивают окончательную проверку данных после воспроизведения.

Фсимат УБВН-4/5 записи предусматривает преобразование каждых четырех двоичных символов, принятых из канала врода-



вывода, в пять двоичных символов и обратное преобразование при воспроизведении (рис. 3.5).

Для обеспечения высоких показателей качества цифровой магнитной записи звука, удобства ее эксплуатации и возможности выполнения монтажа, перезаписи, сведения и других функций, присущих аналоговой записи, в последние годы разработан новый стандарт DASH (digital audio stationary head)* [79]. DASH - это стандарт на цифровую студийную магнитную запись звука на магнитофонах с неподвижными магнитными головками.

Стандарт DASH обусловливает 16 разрядов квантования при двух дополнительных разрядах. Частоту дискретизации можно

Ё^даитная информационная грума

Ч Sauma 4 5айта

Ю'Штная группа записи

5 байт 5 байт

.-1-

/

----

X

Ъуфгр данных

Магнитная шта

Рис. 3.5. Преобразование информационных групп при УБВН-4/5 записи

выбрать равной 44,1 кГц (для совместимости с записью компакт-дисков), 48 кГц (для синхронизации с сигналами цветности систем PAL и NTSC) или 32 кГц (для синхронизации с частотой кадров кинофильма). Число каналов максимально при записи одного канала на одной дорожке магнитной ленты шириной 25,4 мм при скорости ее движения 76,2 см/с. При уменьшении скорости ленты в два раза для записи одного канала используются две дорожки ,при уменьшении скорости ленты в четыре раза - четыре дорожки. На магнитной ленте шириной 12,7 мм предусматривается запись по 24 дорожкам, на ленте шириной 25,4 мм - по 48 дорожкам.

Первый цифровой магнитофон РСЛ1-3324 в соответствии со стандартом DASH выпустила фирма Sony. В нем использована лента шириной 12,7 мм. Запись осуществляется по 24 цифровым дорожкам и двум аналоговым, при использовании одной синхродорожки и одной дорожки временного кода. Для уменьшения влияния перекосов магнитной ленты синхродорожка и дорожка временного кода помещены в середине ленты. По краям ленты находятся дорожки аналоговой служебной информации (рис. 3.6).

Совершенствование технологии цифровых кассетных магнитофонов потребовало разработки новых форматов размещения инфор-

* Имеется аналогичный стандарт на цифровую магнитную запись на ленте шириной 3,81 мм, в кассете S-DAT (stationary digital audio tape) [70].



y /Z\ hmozoks 2

\ . Цифро1ай 2f VZZZZZZZZZ2ZSZZl Hmotuf 23

ZZ27777ZZi.

-TTTZ/? /,

77,

у /Х uumiM 2

y / Цифровой 1 \ Л ШяогоЬы 1

Цифровое lif цифровая 13 Синхреназир!/юша> Временного коВа Цифровой 12 Цифровой II

Рис. 3.6. Формат дорожек по стандарту DASH в цифровом магнитофоне РСМ-3324

V/y/MoPomu tz /,

Лоромна Zy y/yA

\ .

\ Ш^ларота г^г^Й^

Ш1г> онштшшя

Рис, 3.7. Формат дорожек в кассетном цифровом магнитофоне

18 бит

16 bum 10 слов (8 bum хгоспов)

1В Sum

Синхронизация

/Пресный маркер

ИНформаиионная группа

Р

а

цикличЁСкая

превериа

Синхро-низат

Мресный маркер

информационная группа

Р

цикличе:;кйя npoSepKtt

Синхронизация

йЯресный маркер

информационная группа

Р

а

Циклическая продерка

Синхронизация

Мресяый маркер

Информационная группа

Р

а

циклическая проверка

ситро-низааий

Вресный маркер

Информационная группа

Р

0 1 Цикличесиая f j прэВерка \

Синхронизация

Адресный маркер

Иикличесная проверка

Синхронизация

Адресный маркер

Информационная группа

Р

а

Циклическая

проберка

синхронизация

Мресный маркер

Информационная группа

Р

а

Циипичеокая продерка

Синхро-низаш

Мpes ный маркер

Информационная группа

Р

а

Циклическая

проверка

CUHX,JJ-

низоция

Мресный

nap/fep

Информационная группа

Р

а

Циклическая проверки

Синхрснизации

Мресный маркер

Информационная группа

Р

в

Циклическая проверка

СанхзО Щресиый низаиия\(4арн5Р

Ц'м'личесиан

Рис. 3.8. Вариант размещения информации на 12 дорожках компакт-кассе-Гы и микрокассеты



мации на компакт-кассетах и микрокассетах. В работе 176] приведены 1яарианты тг.ких форматов для случаев двухканальной записи звука с частотой дискретизации 44,1 кГц и 16-битовым линейным квантованием на компакт-кассете и с частотой дискретизации 32 кГц и нелинейным 8-битовым квантованием на микрокассете. На ленте информация размещается так, как показано на рис. 3.7. Каждая информационная зона содержит 8 синхронизирующих бит, 8 бит адресного маркера, 10 двухбайтовых слов данных (при использовании ко.мпакт-кассеты) или 20 однобайтовых слов (при использовании микрокассеты), код корректирующий ошибки Р и Q, двухбайтовый код циклической проверки избыточности. Для каждых пяти дорожек предусмотрен поперечный контроль R (рис. 3.8). Таким образом, вся информационная зона содержит 192 бита.

2. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

В цифровой магнитной звукозаписи информация представляется последовательностью символов (чаще всего двоичных) определенного алфавита. Форма передаточной характеристики КМЗВ накладывает жесткие ограничения на структуру последовательности и вызывает необходимость такого перекодирования информации, чтобы сформировать согласованный с каналом сигнал.

В БВН-1 сигнале информационные единицы отображаются в виде изменения состояний намагниченности поверхности носителя, а информационные нули - в виде отсутствия таких изменений. В процессе воспроизведения изменения состояний намагниченности приводят к появлению импульсов напряжения; в то время как отсутствие изменений - к отсутствию сигнала в воспроизводящей головке. В таких системах записи разделение переходов уровня намагниченности носителя выполняется с учетом следующих особенностей:

если переходы расположить близко друг от друга, то интерференция откликов чрезмерно усиливается. Это устанавливает нижний предел Гмин на расстояние между последовательными переходами;

если смежные переходы расположить далеко друг от друга, то отсутствие сигнала может привести к потере самосинхронизации и вызвать другие трудности детектирования. Это устанавливает верхний предел Тмакс на расстояние между последовательными переходами. Максимально допустимое расстояние обычно поддерживает самосинхронизацию.

Рассмотренный пример БВН-1 записи является частным случаев более общих ограничений, которые могут быть формализованы следующим образом.

Заданный L-ичный алфавит (L 2) представляется в виде ряда целых чисел /х, {О, 1, L - 1); dfe-ограниченная L-ичная последовательность одновременно удовлетворяет следующим условиям:

1) (i-ограничение - два ненулевых символа отделены цепочкой последовательных нулей длиной не менее d;



2) /-ограничение - любая цепочка последовательных нулей име^г длину не более k.

Для дальнейшего рассмотрения сигналов цифровой магнитной записи в рамках Л-ограничений введем следующие обозначения:

М, N - число символов во входных и выходных (перекодированных) словах соответственно;

R = MIN - относительная скорость блочного кода (информативность кодового символа, символ/символ);

Тт - длительность входного такта (входного бита);

Тс = MTt/N - длительность такта синхронизации;

Ткр - временной интервал предельно допустимых флуктуации ауль-пересечений (окно детектирования), обычно равный Т,;

Кп - Тмин/Т-у = {d I) R - коэффициент плотности записи, 6 = Гмаис/Т'мин = (k + l)/{d + 1) - коэффициент эффектЕБности (коэффициент эффективной полосы частот сигнала);

фс = Тмакс/Т'кр = + 1 - коэффициент синхропизации.

Характеристическое уравнение, связывающее d, k я максимально достижимую относительную скорость R, получено Тангом и Боллом и имеет вид

1 =2

2-(*-+-2)R (3.1)

Если нормализовать Ткр, Тмин и Тмакс ПО длитсльпости такта Тт, то выражение (3.1) молено записать с временными переменными:

J 2Р -j- 2 2 ? . (3 2)

Кроме нормировки по Тт в выражении (3.2) необходимо, чтобы

Тмакс = Тмин Ь /кр, / ~ 1> 2, ... (3.3)

Графики зависимостей Ткр от Тмнн для различных значений / и постоянной плотности записи изображены на рис. 3.9 [66]. Здесь же показан предельный случай, когда Тмакс = оо, а характеристическое урав-

Рис. 3.9, Зависимость величины окна детектирования от минимального временного интервала между переходами сигнала при постоянной плотности и Г„з^ = Г„ -f /Г^р (-----для

кодов ограниченной длины)

нение (3.2) приобретает форму, симметричную относительно Т'кр

и Тмин, Т. е. 1 = 2 + 2~ .

Для заданных головки, магнитного носителя и способа детектирования максимальная частота ошибок при постоянной плотности записи в основном является функцией Ткр, Тмин и Тмакс с уменьшением Тмин сдвиг пиков воспроизведенного сигнала увеличивается, а амплитуда сигнала уменьшается. При увеличении Тмакс возрастает о'пибка синхронизации и увеличиваются низкочастотные эффекты (возрастают колебания базовой линии), с уменьшением Т,<р




1 2 3 4 5 6 7 8 ... 16
Яндекс.Метрика