СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК G11B9/08 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике записи цифровой информации, и может использоваться в аппаратуре передачи и приема, регистрации и обработки информации систем измерений, связи, вычислительной техники, цифровой звуко- и видеотехники.

Известен способ магнитной записи цифровой информации, состоящий в распределении исходных двоичных сигналов по блокам, формировании сигналов записи блоков из отрезков синусоидального сигнала, амплитуды которых устанавливают в зависимости от значений двоичных сигналов блоков, и записи отрезков синусоидального сигнала на магнитный носитель (Заявка Франции 2527819, кл. G 11 В 5/09, 1983).

Известен также способ магнитной записи цифровой информации, включающий распределение исходных двоичных сигналов по блокам и кодовым группам в блоках, добавление к блокам двоичных сигналов, значения которых являются признаками записи кодовых групп в прямом или обратном коде, формирование сигналов записи преобразованного блока в виде последовательности маркерных полупериодных отрезков синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, длительности и амплитуды которых устанавливают в зависимости от значений прямых или обратных кодов соответствующих кодовых групп блоков, и запись сформированных сигналов записи блоков на магнитный носитель (Авторское свидетельство СССР 1786507, кл. G 11 В 5/02, 5/09, 1991).

Наиболее близким по совокупности признаков и технической сущности к предлагаемому способу является способ магнитной записи цифровой информации, включающий распределение исходных двоичных сигналов по блокам и кодовым группам в блоках, добавление к блокам двоичных сигналов, значения которых являются признаками записи кодовых групп в прямом или обратном коде, формирование сигналов записи преобразованного блока в виде последовательности маркерных полупериодных отрезков синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, длительности и амплитуды которых устанавливают в зависимости от значений прямых или обратных кодов соответствующих кодовых гpyпп блоков, минимизацию средних значений сигналов записи блоков и запись сигналов на магнитный носитель (Патент РФ 2082222, кл. G 11 В 5/09, 1997).

Известные способы не обеспечивают при их осуществлении достаточно высоких показателей плотности упаковки исходной цифровой информации в запоминающей среде. Так, самый совершенный из известных способов по патенту РФ 2082222 при весьма малых элементарных приращениях длительности Δτ = 0,05-0,03τ₀ обеспечивает плотность упаковки исходной нформации не более 6,6-7,0 битов на минимально допустимый битовый интервал τ₀. Дальнейшему повышению плотности упаковки цифровой информации в запоминающей среде при использовании известного способа препятствует невозможность существенного сокращения длительности сигналов записи блоков.

Данное изобретение предназначено для решения задачи сокращения длительности сигналов записи блоков кодовых групп при заданном объеме цифровой информации в блоках за счет представления исходных кодовых групп блока меньшим числом преобразованных кодовых групп без потерь информации. Благодаря этому при использовании заявляемого изобретения может быть существенно повышена плотность упаковки цифровой информации в магнитных запоминающих средах. Так, при записи предлагаемым способом блоков, например, из 32 четырехбитовых кодовых групп при 5-, 4- и 3%-ных приращениях Δτ к минимальному битовому интервалу τ₀ плотность упаковки информации может составить 9,4-10 бит/τ₀.
Вышеуказанная задача решается тем, что в известном способе магнитной записи цифровой информации, включающем распределение исходных двоичных сигналов по блокам и кодовым группам в блоках, добавление к блокам двоичных сигналов, значения которых являются признаками записи кодовых групп в прямом и обратном коде, формирование сигналов записи преобразованного блока в виде последовательности маркерных полупериодных отрезков синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, длительности и амплитуды которых устанавливают в зависимости от значений прямых или обратных кодов соответствующих кодовых групп блоков, минимизацию средних значений сигналов записи блоков и запись сформированных сигналов на магнитный носитель, согласно изобретению блоки кодовых групп преобразовывают путем установления в них совокупностей взаимосвязанных кодовых групп, формирования для каждой совокупности кодов типа взаимосвязи, адреса начала и размера, а также указательную двоичную последовательность, одни значения которой соответствуют позициям взаимосвязанных кодовых групп, а другие - позициям промежуточных кодовых групп, и исключения из блока всех взаимосвязанных кодовых групп совокупностей или всех кроме базовых кодовых групп, а минимизацию средних значений сигналов записи осуществляют путем выбора в каждом блоке местоположения соответствующего маркерного полупериодного отрезка синусоидального сигнала с корректировкой в случае необходимости длительности отрезка без изменения эталонного значения амплитуды.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его сущность.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1) содержит блок 1 запоминания и распределения исходных двоичных сигналов, блок 2 выявления совокупностей взаимосвязанных кодовых групп и формирования для каждой совокупности служебных кодов, схемы 3 определения типа взаимосвязи, адреса ее начала и размера, формирователь 4 указательных двоичных последовательностей, блок 5 перестановок и коммутации кодовых групп, блок 6 формирования дополнительных битов и преобразования кодовых групп, блок 7 оценки и минимизации средних значений сигналов записи блоков кодовых групп, дешифратор 8 адреса, постоянное или перепрограммируемое ЗУ 9, цифроаналоговый преобразователь 10, управляемый формирователь 11 серии импульсов, блок 12 записи, блок 13 управления, формирователь 14 синхросигналов записи, формирователь 15 синхросигналов чтения, блок 16 воспроизведения, формирователь 17 средних значений считанных сигналов блоков, блок 18 дешифрации считанных сигналов блоков, формирователь 19 эталонов амплитуды, измеритель 20 текущих значений амплитуды сигналов, дешифратор 21 амплитуды сигналов, формирователь 22 эталонов длительности, измеритель 23 текущих значений длительности сигналов, дешифратор 24 длительности сигналов, блок 25 формирования выходных двоичных сигналов.

Блок 1 запоминания и распределения исходных двоичных сигналов информационным входом подключен к входу устройства, а выходом - к информационным входам схем 3 определения типов взаимосвязей блока 2 выявления совокупностей взаимосвязанных кодовых групп, к одному из информационных входов блока 5 и к информационному входу формирователя 4 указательных двоичных последовательностей, выход которого подключен к одному из информационных входов блока 5 перестановок и коммутации, все другие информационные входы которого подключены к выходам схем 3, подключенным также к соответствующим информационным входам формирователя 4, выход блока 5 связан с первым информационным входом блока 6 формирования дополнительных битов, подключенного одним выходом к информационным входам дешифратора 8 адреса и блока 7 оценки среднего значения, связанного выходом со вторым информационным входом блока 6, а другим выходом - к другому информационному входу блока 7 и к информационному входу управляемого формирователя 11 серии импульсов, соединенного одним выходом с управляющими входами ЗУ 9 и цифроаналогового преобразователя 10 и первым управляющим входом дешифратора 8 адреса, а другим выходом с одним из входов формирователя 14 синхросигналов записи, подключенного вторым и третьим входами к управляющим входам "Запись" и "Пуск" устройства, выход дешифратора 8 подключен к адресному входу ЗУ 9, выход которого через цифроаналоговый преобразователь 10 связан с информационным входом блока 12 записи, подключенного выходом к выходной шине устройства "На носитель". Выход формирователя 14 синхросигналов записи блока 12 управления подключен к управляющим входам блоков 1 и 2, схем 3, формирователей 4 и 11, блоков 5, 6, 7 и 12.

Блок 16 воспроизведения связан входом с входной шиной устройства "С носителя", а выходом - с информационными входами формирователя 15 синхросигналов чтения, формирователя 17 средних значений считанных сигналов записи блоков, формирователя 19 эталонов амплитуды, измерителя 20 текущих значений амплитуды, формирователя 22 эталонов длительности и измерителя 23 текущих значений длительности сигналов. Информационные выходы формирователя 19 и измерителя 20 подключены к информационным входам дешифратора 21 амплитуды сигналов, а информационные выходы формирователя 22 и измерителя 23 подключены к информационным входам дешифратора 24 длительности сигналов, выходы дешифраторов 21 и 24 подключены к соответствующим информационным входам блока 25 формирования выходных двоичных сигналов, связанного выходом с выходной шиной устройства. Вход формирователя 15 синхросигналов чтения подключен к шине "Чтение" устройства, а выход - к управляющим входам формирователя 17 и дешифраторов 21 и 24, а также к одним управляющим входам формирователей 19 и 22, измерителей 20 и 23 и блока 25, а выход формирователя 17 подключен к другим управляющим входам формирователей 19 и 22, измерителей 20 и 23 и блока 25.

На фиг. 2 показаны: а) - последовательность исходных двоичных сигналов, распределенных по блокам (для удобства рассмотрения представлен один блок из 128 двоичных сигналов) и по кодовым группам внутри блоков (в примере - по 32 кодовым группам), стрелками и буквами с цифрами H1 и Н2 обозначены начала двух взаимосвязанных совокупностей кодовых групп, а стрелками и буквами с цифрами К1 и К2 - их концы; б) - сигналы преобразованного по предлагаемому способу блока кодовых групп, в которых фигурными скобками и цифрами снизу выделены: 1 - код типа взаимосвязи (здесь - арифметические прогрессии в нечетных членах и четных членах совокупности по определению с одинаковым значением разности d = -1 и базовыми кодовыми группами 1111 и 1101 соответственно) в первой совокупности взаимосвязанных кодовых групп (условно принят шестибитовым и равным, например, 011110), 2 - код адреса начала первой совокупности (условно принят трехбитовым, измеряемым, например, единицами в четыре кодовые группы и равным 000, так как начало первой совокупности совпадает с началом блока), 3 - код размера первой совокупности (измеряемого также единицами в четыре кодовые группы и равным 101, так как первая совокупность включает 20 кодовых групп), 4 - код типа взаимосвязи (здесь - подобие базовому коду 1100) во второй совокупности взаимосвязанных кодовых групп (также условно принят шестибитовым и равным 000000), 5 - код адреса начала второй совокупности (также условно принят трехбитовым и измеряемым единицами в четыре кодовые группы, в примере равен 101), 6 - код размера второй совокупности (измеряемого в принятых единицах и равного 100), 7 - указательная двоичная последовательность для первой совокупности взаимосвязанных кодовых групп (позициям взаимосвязанных кодовых групп присвоены, например, единичные значения двоичных сигналов, а позициям промежуточных кодовых групп, семнадцатой и девятнадцатой, - нулевые значения), 8 - указательная двоичная последовательность для второй совокупности взаимосвязанных кодовых групп (позициям взаимосвязанных кодовых групп также присвоены единичные значения двоичных сигналов, а позициям промежуточных - нулевые), две кодовые группы - 0011 и 0000 (обведены штриховой линией) являются невзаимосвязанными, а промежуточными во второй совокупности и поэтому сохранены, две другие промежуточные для второй совокупности кодовые группы (вторая - 0101 и третья - 0111) не сохраняются, так как входят в первую совокупность взаимосвязанных кодовых групп с присвоением их позициям единичных значений; в) - тот же преобразованный по предлагаемому способу блок кодовых групп, но дополненный двумя парами двоичных сигналов (подчеркнуты снизу), причем одна пара относится к нечетным кодовым группам блока, а вторая - к четным, значения которых являются признаками записи кодовых групп в прямом или обратном коде (например, значение 00 соответствует записи всех нечетных или четных кодовых групп блока в прямом коде, значение 01 - записи только четных кодовых групп из всех нечетных или четных кодовых групп блока в обратном коде, значение 10 - записи только нечетных кодовых групп из всех нечетных или четных кодовых групп блока, значение 11 - записи всех нечетных или четных кодовых групп блока в обратном коде), в соответствии с значением 01 первой пары дополнительных битов четные кодовые группы всех нечетных кодовых групп блока (верхняя строка) представлены в обратных кодах, а в соответствии с значением 10 второй пары дополнительных битов нечетные кодовые группы всех четных кодовых групп блока (нижняя строка) представлены в обратных кодах, при этом выбор представления осуществляют, как и в способе-прототипе, по минимуму суммы значений соответствующих кодовых групп; г) - результаты минимизации среднего значения сигнала записи блока, заключающейся в оценке в условных единицах (τ₀ • α₀) сигналов записи пар кодовых групп (значения которых определяют длительность и амплитуду соответствующего полупериодного отрезка синусоидального сигнала), при всех возможных позициях одного из маркерных отрезков в блоке, например первого, выборе местоположения в ряду кодовых групп блока указанного маркерного полупериодного отрезка синусоидального сигнала, соответствующего минимальному значению разности сумм оценочных значений положительных и отрицательных сигналов (в данном примере минимальное значение указанной разности, равное +0,8τ₀ • α₀, обеспечено выбором местоположения первого маркерного отрезка на восьмой позиции от начала блока), и корректировке длительности первого маркерного отрезка без изменения эталонного значения амплитуды (в примере нулевое среднее значение сигнала записи блока обеспечено за счет увеличения длительности маркерного отрезка на 0,4τ₀, отмеченного штриховкой); д) - сигнал записи преобразованного блока, сформированный в виде последовательности маркерных информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, при этом длительности информационных полупериодных отрезков соответствуют значениям кодовых групп нижнего ряда блока, а значения экстремумов их амплитуды - значениям кодовых групп верхнего ряда, первая пара маркерных полупериодных отрезков имеет эталонные значения длительности τ_эт = τ₀ и амплитуды α_эт = 2α₀ и не относится ни к одному из сигналов записи блоков, а служит для задания точной нулевой величины среднего значения сигнала в начале процесса записи, за этой парой эталонных маркеров следуют семь информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, входящих в сигнал записи блока, затем следуют первый маркерный отрезок сигнала записи блока с эталонной амплитудой 2α₀ и с увеличенной длительностью τM₁ = τ₀+0,4τ₀, два информационных отрезка, а также второй маркерный отрезок сигнала записи блока с эталонными значениями амплитуды 2α₀ и длительности τ₀; е) - считанный с носителя сигнал записи преобразованного блока кодовых групп; ж) - дешифрованный из считанного сигнала преобразованный блок кодовых групп; з) - двоичные сигналы задержанной и приведенной к исходному виду выходной последовательности двоичных сигналов (задержка на чертеже для удобства представления не показана).

Способ магнитной записи цифровой информации включает операции, реализующие специальные режимы записи цифровой информации на магнитный носитель, и осуществляется следующим образом.

В режиме "Запись" по сигналу "Пуск" и соответствующим синхросигналам записи с выхода формирователя 14 блока 13 управления последовательность исходных двоичных сигналов (фиг.2,а) подают с входа устройства на вход блока 1 запоминания и распределения, с помощью которого осуществляют накопление последовательности и ее распределение по блокам заданной длины (в примере на фиг.2 для удобства рассмотрения представлен один блок из 128 двоичных сигналов) и на кодовые группы заданной разрядности, например четырехразрядные, в блоках. С выхода блока 1 данные подают в блок 2 выявления совокупностей взаимосвязанных кодовых групп и формирователь 4 указательных двоичных последовательностей совокупностей. В блоке 2 с помощью схем 3, каждая из которых настроена на определенный тип взаимосвязи, выявляют совокупности взаимосвязанных кодовых групп и для каждой из них формируют коды типа взаимосвязи, адреса начала и размера совокупности, а в формирователе 4 по этим кодам и исходным кодовым группам блока формируют указательные двоичные последовательности для каждой совокупности, присваивая позициям взаимосвязанных кодовых групп одни значения, например, единичные, а позициям промежуточных кодовых групп другие, например, нулевые значения. С выходов блоков 1 и 2 и формирователя 4 исходную последовательность кодовых групп блока, коды типов взаимосвязей (фиг. 2,б-1,4), адресов начала (фиг.2,б-2,5), размеров (фиг.2, б-3, б) и дополнительных кодовых групп указательных последовательностей всех совокупностей взаимосвязанных кодовых групп блока (фиг.2,б-7,8) подают в блок 5 перестановок и коммутации кодовых групп, с выхода которого снимают преобразованный блок кодовых групп вида фиг.2,б, содержащий вместо 32 исходных кодовых групп всего 17, из которых 15 - вновь сформированные и только 2 - исходные (обведены штриховыми линиями).

С выхода блока 5 преобразованный описанным образом блок кодовых групп подают в блок 6, в котором формируют дополнительные двоичные сигналы (на фиг.2,в подчеркнуты снизу), значения которых соответствуют записи определенных кодовых групп в прямом или обратном коде и устанавливаются по минимуму суммы значений этих кодовых групп, и производят обращение соответствующих кодовых групп (четные группы верхнего ряда и нечетные группы нижнего ряда на фиг. 2, в). С выходов блока 6 преобразованный указанным образом блок кодовых групп по соответствующим синхросигналам с формирователя 14 подают в представленном на фиг.2,в виде в блок 7 для оценки и минимизации среднего значения сигнала записи блока, а затем результаты минимизации в представленном на фиг.2,г виде подают обратно в блок 6, в котором производят дополнение преобразованного блока кодами маркерных отрезков, причем местоположение кода первого маркерного отрезка в блоке и значения кодов соответствуют минимизированному (в данном примере нулевому) среднему значению сигнала записи блока.

С одного выхода блока 6 на информационный вход дешифратора 8 адреса подают кодовые группы верхнего ряда, определяющие значения экстремумов амплитуд соответствующих полупериодных отрезков синусоидального сигнала, с другого выхода блока 6 на информационный вход управляемого формирователя 11 подают кодовые группы нижнего ряда, определяющие длительности тех же полупериодных отрезков синусоидального сигнала. По соответствующим синхросигналам с формирователя 14 запускают управляемый формирователь 11 серии заданного числа j импульсов, период следования которых определяется значением текущего кода на его информационном входе и с помощью которых осуществляют последовательную выборку из соответствующих ячеек ЗУ 9, адрес которых задается значением текущего кода на информационном входе дешифратора 8 адреса, двоичных кодов j ординат (помеченных на фиг.2,д кружками на синусоидах) полупериодного отрезка синусоиды с соответствующим значением экстремума амплитуды. С помощью цифроаналогового преобразователя 10 двоичные коды ординат преобразуют в полупериодный отрезок непрерывного синусоидального сигнала, плавно переходящий в следующий полупериодный отрезок синусоидального сигнала с параметрами, определяемыми значениями очередной пары кодовых групп преобразованного блока. С помощью блока 12 сформированный сигнал записи преобразованного блока кодовых групп в виде, представленном на фиг.2,д, записывают на магнитный носитель.

В режиме "Чтение" воспроизведенные с магнитного носителя сигналы записи преобразованных блоков кодовых групп в виде подпоследовательностей полупериодных отрезков синусоидальных сигналов (фиг.2,е) усиливают в блоке 16 воспроизведения и подают на входы формирователя 15 синхросигналов чтения, формирователя 17 средних значений воспроизведенных сигналов записи блоков кодовых групп и блока 18 дешифрации считанных сигналов блоков кодовых групп. Чтобы минимизировать влияние искажений длительности полуволн на нулевом уровне из-за нелинейностей в местах стыка полуволн, значения длительностей всех полуволн воспроизведенного сигнала определяют, как и в способе-прототипе, по ширине полуволн на отличном от нуля уровне, например, на уровне ±0,5α′, что не нарушает зависимостей между значениями параметров сигнала и соответствующих кодов. В формирователе 15 по началу каждого воспроизведенного сигнала записи блока кодовых групп формируют сигналы управления формирователем 17, с помощью которого определяют фактическое среднее значение воспроизведенного сигнала, формирователей 19 и 22, с помощью которых определяют текущие значения эталонов амплитуды и длительности для данного сигнала, измерителей 20 и 23, с помощью которых измеряют в текущих эталонных единицах значения амплитуды и длительности информационных полупериодных отрезков воспризведенного сигнала блока, дешифраторов 21 и 24, с помощью которых осуществляют дешифрацию полученных значений амплитуды и длительности каждого полупериодного отрезка синусоидальных сигналов блока в значения соответствующих кодовых групп, и блока 25, с помощью которого формируют сначала преобразованный блок кодовых групп (фиг.2,ж), а затем осуществляют обратные преобразования последнего и формируют выходную последовательность двоичных сигналов в ее исходном, до записи на носитель, виде (фиг.2,з), подаваемую на выход устройства.

Способ обеспечивает существенно более высокую по сравнению со способом-прототипом плотность упаковки цифровой информации в магнитных запоминающих средах за счет значительного сокращения длительности сигналов записи блоков кодовых групп, достигаемого путем преобразования состава и сокращения числа кодовых групп в блоках перед их записью на магнитный носитель. Эффективность способа тем выше, чем большим количеством типов взаимосвязей кодовых групп способ обеспечен, при этом число типов взаимосвязей практически может быть любым. Максимальное сокращение числа кодовых групп в блоке, например, из 32 четырехразрядных кодовых групп, достигается, когда все 32 кодовые группы связаны одной зависимостью, при этом число кодовых групп в блоке сокращается в 2,6 раза. Помимо этого в предложенном способе существенно упрощена по сравнению со способом-прототипом процедура минимизации среднего значения сигналов записи блоков за счет исключения операций задания допустимых граничных значений среднего значения сигналов, сравнения среднего значения с задаваемыми граничными, поочередной попарной перестановки кодовых групп блока до приведения среднего значения к допустимой величине, запоминания числа перестановок и формирования параметров одного из маркерных полупериодных отрезков в зависимости от этого числа. Кроме того, предложенный способ позволяет обходиться корректировкой только длительности маркерных отрезков, не меняя эталонного значения амплитуд обоих маркерных отрезков, что существенно повышает точность дешифрации сигналов воспроизведения. При этом предложенный способ обеспечивает, как и способ-прототип, возможность контроля считанных сигналов записи блоков путем проверки сбалансированности сигналов по постоянной составляющей.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в аппаратуре приема и передачи, регистрации и обработки информации. Исходные двоичные сигналы распределяют по блокам и кодовым группам в блоках. Добавляют к блокам сигналы признаков записи кодовых групп в прямом или обратном кодах. Блоки кодовых групп преобразовывают путем установления в них совокупностей взаимосвязанных кодовых групп. Формируют для каждой совокупности коды типа взаимосвязи, адреса начала и размера, а также указательную двоичную последовательность. Одни значения последовательности соответствуют позициям взаимосвязанных кодовых групп, а другие - позициям промежуточных кодовых групп. Исключают из блока все взаимосвязанные кодовые группы совокупностей или все кроме базовых кодовых групп. Минимизация средних значений сигналов записи осуществляется путем выбора в каждом блоке местоположения соответствующего маркерного полупериодного отрезка синусоидального сигнала с корректировкой в случае необходимости длительности отрезка без изменения эталонного значения амплитуды. Технический результат - повышение плотности упаковки цифровой информации в магнитных запоминающих средах. 2 ил.

Способ магнитной записи цифровой информации, включающий распределение исходных двоичных сигналов по блокам и кодовым группам в блоках, добавление к блокам дополнительных сигналов, значения которых являются признаками записи кодовых групп в прямом или обратном кодах, формирование сигналов записи преобразованного блока в виде последовательности маркерных полупериодных отрезков синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, длительности и амплитуды которых устанавливают в зависимости от значений прямых или обратных кодов соответствующих кодовых групп блоков, минимизацию средних значений сигналов записи блоков и запись сформированных сигналов на магнитный носитель, отличающийся тем, что блоки кодовых групп преобразовывают путем установления в них совокупностей взаимосвязанных кодовых групп, формирования для каждой совокупности кодов типа взаимосвязи, адреса начала и размера, а также указательную двоичную последовательность, одни значения которой соответствуют позициям взаимосвязанных кодовых групп, а другие - позициям промежуточных кодовых групп, и исключения из блока всех взаимосвязанных кодовых групп совокупностей или всех кроме базовых кодовых групп, а минимизацию средних значений сигналов записи осуществляют путем выбора в каждом блоке местоположения соответствующего маркерного полупериодного отрезка синусоидального сигнала с корректировкой в случае необходимости длительности отрезка без изменения эталонного значения амплитуды.