СПОСОБ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА МАГНИТНЫХ ПОЛОСАХ И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ/ЗАПИСИ Российский патент 2002 года по МПК G06K11/00 G11B5/00 

Область изобретения
Изобретение относится к способу записи и воспроизведения звуковой информации, а также видео и другой информации на магнитных полосах, и соответствующему устройству считывания/записи.

Предшествующий уровень техники
Считывание/запись звуковой информации на магнитной полосе обычно происходит при использовании ленты, являющейся подложкой для полосы и намотанной на катушку, и как средство считывания/записи магнитной головки, установленной близко к ленте, которая движется ниже ее с одинаковой скоростью, приводимое в действие соответствующим моторным средством, которое гарантирует выравнивание ленты ниже головки и равномерность относительного движения.

Равномерность движения - существенное требование и является критическим фактором.

Если это не так, то звуковое воспроизведение неприятно искажается, в то время как, наоборот, ошибки выравнивания и изменения угловой ориентации воздушного промежутка магнитной головки относительно магнитной дорожки как во время записи, так и во время считывания являются намного менее значимыми для воспроизведения, приводя к ослаблению сигнала считывания (который может быть в значительной степени компенсирован системами для автоматического управления усилением, таким образом осуществляется управление уровнем громкости), и ограничению частотного отклика, заметного только для наиболее чуткого уха.

Сущность изобретения
Способ согласно изобретению позволяет считывать/записывать на полосу, используя устройство подходящей формы, например, подобное ручке и, следовательно, имеющее такой размер, что может быть удержано одной рукой, снабженное цифровой или аналоговой внутренней памятью сигнала, и которое передвигается вручную, и, следовательно, со скоростью, которую трудно сохранить одинаковой над магнитной полосой, которая имеет ограниченную длину приблизительно 20-30 см и прикреплена к подходящей подложке, такой как, например, лист бумаги, при этом нет необходимости перемещать магнитную полосу электромеханическими приборами.

С этой целью при записи сигнала, представляющего звуковую информацию, на магнитную полосу сигнал непосредственно посылают на головку записи, предпочтительно после сжатия с коэффициентом n, смешивают или, в противном случае, связывают с последовательностью из импульсов меток времени, которые определяют интервалы времени заданной продолжительности Т.

Источником сигнала, который должен быть записан, может быть то же самое устройство, используемое для считывания и воспроизведения, или им может быть другое устройство, и импульсы меток времени могут, как будет отмечено позже, быть импульсами, смешанными с сигналом, импульсами, записанными на дорожке синхронизации параллельно дорожке для записи сигнала, или оптически считываемыми периодическими метками, расположенными на предварительно записанной дорожке параллельно дорожке для записи сигнала (или даже наложенной на дорожку).

Во время считывания выходной сигнал от головки считывания дискретизируется подходящей частотой таким образом, чтобы быть определяемым, как объяснено ниже, и отдельные выборки сохраняются в памяти записи/считывания (после квантования, если память цифрового типа).

Согласно типу и способу связи импульсов меток времени с сигналом, импульсы меток считываются той же самой магнитной головкой, которая считывает сигнал (смешанные импульсы), дополнительной магнитной головкой считывания, или секцией двухдорожечной магнитной головки считывания (импульсы, записанные на дорожке синхронизации), или оптическим датчиком (импульсы, предварительно записанные на оптической дорожке).

Также возможно сформировать систему, в которой периодические метки времени являются "виртуальными", и соответствующие импульсы меток формируются кодером вместо оптического датчика, который срабатывает при относительном движении между устройством считывания/записи и подложкой для записи.

Как будет объяснено ниже, импульсы меток используются для того, чтобы определить частоту стробирования во время считывания или, если она фиксирована и задана заранее, определить количество Ns выборок между одним импульсом метки и следующим, эта последовательность выборок ниже называется "последовательностью выборок между метками".

В этом втором случае количества Ns, относящиеся к последовательным последовательностям выборок между метками, также сохраняемые, используются для определения частоты стробирования, т.е. частоты считывания из памяти, которая может изменяться между последовательностями, для использования при воспроизведении.

Отдельные выборки, если они сохранены в цифровой форме, затем восстанавливают, принимая связанные значения, закодированные в цифровой форме из памяти с соответствующей частотой считывания и в том же порядке, в котором они были сохранены, и посылают эти значения на цифроаналоговый преобразователь.

Наконец, сигнал восстанавливают, пропуская упомянутые выше восстановленные выборки, или аналоговые выборки, считанные из памяти, через фильтр нижних частот так, что исходный не сжатый сигнал является пригодным для преобразования в акустический сигнал с помощью микрогромкоговорителя.

Другие варианты осуществления изобретения указаны ниже в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей
Особенности и преимущества изобретения станут более ясными из последующего описания и из сопроводительных чертежей вариантов осуществления, данных в качестве не ограничивающих примеров, где:
фиг. 1 является схематическим представлением магнитной полосы и наложенной головки записи;
фиг. 2 является схематической диаграммой синхронизации, представляющей звуковой сигнал, не смешанный с импульсами меток, поданных на вход головки записи;
фиг.3 является диаграммой синхронизации, представляющей импульсы метки;
фиг. 4 является диаграммой синхронизации, представляющей собой смешанный сигнал, подаваемый к головке записи;
фиг. 5 представляет собой пространственное изменение намагничивания на полосе после записи;
фиг. 6 является блок-схемой первого варианта осуществления схемы для записи на магнитной полосе;
фиг. 7 является блок-схемой первого варианта осуществления схемы для считывания с магнитной полосы;
фиг. 8 является блок-схемой второго варианта осуществления схемы для считывания с магнитной полосы;
фиг.9 является блок-схемой второго варианта осуществления схемы записи и воспроизведения, которая использует предварительно записанную дорожку синхронизации, отдельную от дорожки для записи; и
фиг. 10 является блок-схемой варианта генератора частоты дискретизации (выборок) для схемы на фиг.9.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Возможны различные варианты осуществления изобретения: устройство может включать схемы для записи на магнитную полосу, которые являются отдельными от считывающего устройства, и устройство считывания может быть сформировано, например, подобно ручке, для считывания только предварительно записанной дорожки, поставляемой поставщиком, так же, как и связанной подложки.

Или же, устройство может включать схемы для записи и считывания с магнитной полосы, поставляемой, например, в незаписанном состоянии поставщиком на связанной подложке, или накладываемой (и с этой целью снабжаемой клейкой поверхностью) пользователем на подложку в виде аннотации.

Типовые применения способа и устройства состоят, поэтому, в создании мультимедийных передач сообщений, например, для обучающихся языкам, в которых сообщения или звуковая информация связаны вместе с напечатанным текстом с возможностью записи и воспроизведения словесных выражений, и в мультимедийных воплощениях напечатанных текстов и документов, к которым пользователь может приложить звуковое аннотирование.

Следовательно, выгодно исследовать отдельно аспекты в отношении записи на магнитную полосу и в отношении считывания с нее.

1-ый пример схемы записи
Со ссылкой на фиг.1, система записи согласно изобретению обеспечивает запись сигнала на магнитную полосу 1, которая нанесена на подходящую подложку, например, лист бумаги, карточку или другую листовую подложку, посредством магнитной головки записи 2, которая проходит над магнитной полосой с одного конца до ее другого конца.

Головка может, например, быть расположена на конце устройства, имеющего форму ручки, которое может удерживаться пользователем.

Практически невозможно гарантировать для устройства этого типа, что магнитная головка проходит над магнитной полосой с постоянной относительной скоростью и ее повторяемостью во время последующих операций записи и считывания.

Однако выравнивание и ориентация головки на дорожке записи являются менее критичными и могут быть облегчены, в случае необходимости, линейкой для выравнивания и/или наличием специфичной формы наконечника инструмента относительно его захвата, или расположением полосы на крае или близко к краю подложки таким образом, чтобы край полосы или подложки образовывал направляющую для выравнивания головки на магнитной полосе, что обычно видно на кредитных карточках, значках и т.п.

Во время скольжения записываемый сигнал, который является смешанным (или иначе, связанным) с импульсами меток времени, появляющимися с постоянными интервалами времени Т, равными, например, 0,2 сек, посылают на входную схему головки.

Фиг. 2, в качестве примера, является диаграммой синхронизации, показывающей часть несмешанного электроакустического сигнала, фиг.3 показывает импульсы меток, а фиг.4 показывает сигнал после смешения.

После того как сигнал записан на магнитную полосу, распределение (картина) намагничивания вдоль самой полосы непосредственно представляется пространственно так, как на фиг.4, если головка записи проходит над полосой с одинаковой скоростью (как могло быть в случае с механически перемещаемой головкой).

Эта картина, однако, искажается пространственно, как показано, например, на фиг. 5, если указанная скорость головки изменяется во время скольжения, как могло быть в случае с головкой, установленной на конце подходящего устройства (также описанное ниже как "ручка"), перемещаемого вручную пользователем.

Преимущество системы записи, описанной выше, заключается в том, что записанная таким образом магнитная полоса (другие возможные варианты осуществления будут рассмотрены позже) считывается при ручном скольжении головки считывания ручного инструмента (которым может быть то же самое устройство записи), независимо от скорости скольжения.

Это устройство может иметь размеры обычной авторучки, в которой уровни миниатюризации, достигнутые в производстве электроакустических преобразователей и электронных компонентов, являются такими, чтобы позволить встраивание внутрь ручки всех необходимых компонентов для считывания сигнала, записанного на магнитной полосе, обработку его, временное сохранение и воспроизведение.

Это, естественно, предполагает информационное содержание сигнала, поданного на ручку, не превышающее емкость памяти средства считывания (возможно также используемого для записи).

Компоненты, необходимые для приема звукового сигнала, обработки его, временного хранения его и повторной передачи его для записи на магнитной полосе, могут также быть добавлены к упомянутым выше компонентам в ручке.

Схема для хранения сигнала в ручке и его последующая запись на магнитную полосу
Пример этой схемы показан на фиг.6.

Назначение различных блоков следующее:
3: преобразователь-детектор (например, микрофон);
4: схема выборки с возможным аналого-цифровым (АЦП) преобразователем 5;
6: память с возможным цифроаналоговым (ЦАП)
преобразователем 7;
8: фильтр нижних частот;
9: смеситель;
10: головка магнитной записи;
11: микропроцессорный блок обработки;
12: генератор импульсов метки; и
24: генератор импульсов синхронизации.

Во время записи сигнала ручкой (запись может быть автоматической или вызвана соответствующей командой пользователя), работа схемы может быть описана следующим образом.

Акустический входной сигнал в преобразователе 3 в реальном времени преобразуется в электрический выходной сигнал, который подают на схему выборки 4, которая производит выборку его с заданной частотой f_c выборки под управлением блока обработки, синхронизированного генератором 24 импульсов синхронизации.

Выборки из схемы выборки 4 посылаются на аналого-цифровой преобразователь 5, который преобразует отдельные выборки сигнала в кодированные числовые значения в цифровой форме.

Эти кодированные значения затем сохраняются в памяти 6, которая управляется блоком обработки (процессором) 11.

Наличие на рынке постоянных электронных устройств памяти, имеющих аналоговую память, которая используется, например, в обычном телефоне-автоответчике, означает, что АЦП 5 (и ЦАП 7) являются избыточными и необходимы только в случае, если требуется цифровая память.

Передача сигнала, сохраненного в памяти 6, к головке записи 10, может быть описана следующим образом:
Выборки сигнала, сохраненные в цифровой или аналоговой форме в памяти 6, извлекают под управлением блока обработки 11 в том же самом порядке, в котором они были сохранены в памяти, и посылают с частотой передачи, которая, для ясности описания, равна частоте f_c выборки (хотя практически, по причинам, которые станут ясны, она является кратным коэффициенту сжатия n), на ЦАП 7, который восстанавливает выборки первоначальных сигналов.

С выхода ЦАП 7 (или непосредственно из памяти, если она аналогового типа) эти выборки сигнала подают на фильтр нижних частот 8, который восстанавливает первоначальный сигнал.

Выходной сигнал фильтра поступает на смеситель 9, который, как только сигнал смешивается с импульсами метки (частоты 1/Т), сформированными генератором 12, посылает смешанный сигнал на головку считывания/записи 10.

Как показано на фиг.4, амплитуда импульсов метки предпочтительно является больше, чем максимальная амплитуда электроакустического сигнала для того, чтобы различить два компонента составного сигнала во время считывания.

Операция, описанная выше, применяется в теоретическом случае, когда продолжительность сигнала записи соответствует отрезку времени, в течение которого пользователь проводит ручку над полосой с одного ее конца к другому.

Если, например, предполагается, что во время записи на полосе пользователь соблюдает максимальную скорость скольжения головки, чтобы гарантировать, что всю полосу он проходит приблизительно за одну секунду, этот теоретический случай соответствует продолжительности сигнала записи не более 1 секунды.

В действительности, предварительно записанный в ручке сигнал будет обычно длиться дольше, таким образом он может достигнуть, например, значения даже больше 15 секунд.

Приняв во внимание эту возможность, блок обработки 1 может быть запрограммирован таким образом, чтобы сохранить всю длительность сигнала в памяти 6 и, в результате, изменять частоту, с которой выборки извлекаются из памяти 6, и частоту генератора импульсов метки при записи на полосу.

Если предполагается, что полная продолжительность звукового сигнала, хранимого в памяти 6, равна S секунд, а время для записи на полосу RT обычно равно 1 секунде, блок 11 будет затем осуществлять выборки из памяти 6 с частотой считывания f_CR, равной fc•S/RT=S•fc, и будет менять значение частоты f_M генератора сигналов меток времени в том же самом соотношении, от значения 1/Т до значения S/T•RT=S/T.

Таким образом, если, например, продолжительность S была 15 секунд, Т было равно 0,2 секунды и частота fc выборок звукового сигнала была 7,000 выборок/сек, новое значение частоты сигнала меток равно 15/0,2=75 импульсов/сек, а значение частоты f_CR, с которой выборки извлекаются из памяти, равно 7,000•15=105,000 выборок/сек.

Таким образом, в данном примере продолжительность сигнала 15 секунд сжата в течение записи на магнитную полосу до 1 сек, чтобы исключить возможную частичную потерю сигнала.

Пространственно запись простирается фактически по всей длине магнитной полосы, независимо от продолжительности звукового сигнала.

Более просто, независимо от продолжительности звукового сигнала, которая может быть, предположительно, ограниченной, как в данном примере, максимум 15 секундами из-за емкости памяти 6, и, обеспечивая время записи, которое несущественно отличается от 1 секунды, коэффициент сжатия n может быть постоянным и равным 15, т.е. f_CR=15•fc, и частота импульсов метки может также быть постоянной и равной 15/Т импульсов/сек.

Предшествующий пример касается схемы для перезаписи на магнитную полосу, в которой импульсы меток времени смешаны с электроакустическим сигналом и записаны к тому же на одной магнитной дорожке.

Однако ничто не мешает записать импульсы меток времени (без любого ограничения их амплитуды) на отдельной дорожке синхронизации, используя двойную головку записи типа обычной стереофонической головки, в которой одна секция головки используется для записи электроакустического сигнала, другая секция используется для записи импульсов синхронизации, которые, в этом случае, могут также содержать периодический сигнал, имеющий относительно высокую частоту, равную или взаимосвязанную с частотой f_CRS•fc, с которой выборки сигнала считываются из памяти и записываются на магнитную полосу.

Как будет рассмотрено ниже, это позволяет осуществить синхронизацию операций считывания в течение стадии считывания таким же образом, как синхронизированы операции записи, посредством хорошо известных систем фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ).

Таким образом, как показано пунктирной линией на фиг.6, наряду с головкой 10 записи может также присутствовать вторая головка 25 (в действительности, секция головки 10, лучше двухдорожечного типа), которая принимает на свой вход сигнал синхронизации от генератора 12.

Хотя это и не относится к изобретению, следует отметить, что с головкой записи может быть связана головка стирания, причем головка стирания может быть постоянным магнитом стирания или магнитом предварительного стирания, при этом не обязательно располагать ее близко к головке записи (например, если устройство имеет форму ручки на конце средства, противоположном тому, где расположена головка записи).

Ниже описан вариант осуществления в качестве возможного варианта, в котором дорожка синхронизации вместо магнитной дорожки является предварительно записанной оптической дорожкой или даже виртуальной дорожкой.

В сущности, способ записи сигнала происходит в две стадии:
1-ая. Осуществление выборки сигнала в реальном времени с заданной частотой fc и сохранение выборок в памяти. Измерение длительности сигнала необязательно.

2-ая. Запись на полосе со сжатием во времени и коэффициентом сжатия n, который является фиксированным и заданным (например n=15), или функцией S (например n=S), посредством считывания выборок из памяти с частотой f_CR=fc•m и подачи их через фильтр на головку записи.

В то же самое время периодические сигналы меток времени, выдаваемые с частотой n/Т, и период которых представляет собой интервал времени Т, связаны с записью.

Следовательно, ясно, что блок записи или сегмент, находящийся в одном периоде сигнала метки времени, независимо от его длины на дорожке записи, представляет собой блок звукового сигнала или сегмент длительностью Т.

1-ый пример схемы считывания
Схема для считывания с магнитной полосы показана на фиг.7.

На фиг.7 различные части обозначены следующим образом:
13: головка считывания;
14: схема выборки, возможно с АЦ преобразователем (АЦП) 15;
16: память, возможно с ЦА преобразователем (ЦАП) 17;
18: фильтр нижних частот;
19: преобразователь воспроизведения (микрогромкоговоритель );
20: пороговая схема;
21: счетчик;
22: память;
23: блок обработки (процессор);
26: генератор импульсов синхронизации. Работа схемы может быть объяснена следующим образом:
для считывания пользователь (используя соответствующую команду для инициализации считывания, которая активизирует непосредственно схему) проводит головкой считывания 13 ручки над предварительно записанной магнитной полосой.

Таким образом, в головке считывания 13 формируется выходной сигнал, который посылается на схему выборки 14 и на пороговую схему 20. Пороговая схема 20 при получении первого импульса метки (или же после команды инициирования) посылает сигнал сброс/начало (reset/start) на счетчик 21, который начинает отсчет с соответствующей скоростью подсчета (равной или кратной) частоте выборки схемы выборки 14, которая может иметь произвольное значение но, предпочтительно, имеет значение, равное емкости памяти, выраженной как количество сохраняемых выборок, деленное на максимально предусмотренное реальное время (например, 15 секунд) сигнала, который должен быть воспроизведен.

Этот подсчет продолжается, пока не поступает другой импульс метки. При получении этого другого импульса, другой импульс сброс/начало посылается на счетчик 21, по поступлении которого счетчик разгружает результат первого счета в память 22 счета, после чего сбрасывается и начинает новый счет.

Эта процедура повторяется, пока не будет получен последний импульс метки.

В то же самое время, входной сигнал на схему выборки 14 и выборки, выданные схемой выборки, подаются на преобразователь 15, который преобразует их в цифровые значения, которые посылаются в память 16, где они сохраняются.

Таким образом, для каждой последовательности выборок, принимаемых между одним импульсом метки и следующим ("последовательность выборок между импульсами метки"), соответствующее количество принимаемых выборок сохраняется в памяти 22.

Как только сигнал, записанный на магнитной полосе, был считан, цифровые значения (или аналоговые значения, если память 16 аналогового типа) выборок сигнала остаются сохраненными в памяти 16, пока они не будут заменены новой записью (или сброшены соответствующей командой).

Когда пользователь решает воспроизвести то, что считано, команда воспроизведения посылается на схему, изображенную на фиг.7.

При получении этой команды устройство 23 считывает первое количество N1 (число выборок первой последовательности выборок между импульсами метки), сохраненное в памяти 22, а затем заставляет кодированные значения принимать из памяти 16 в том же самом порядке, в котором они были сохранены, посылать их на преобразователь 17 с частотой передачи, равной N1/T, таким образом, обеспечивая, чтобы общее время передачи последовательности было равно Т.

Когда последнее кодированное значение выборки первой последовательности послано, устройство 23 считывает второе количество N2 (число выборок второй последовательности выборок между импульсами метки), сохраненное в памяти 22, и заставляет кодированные значения второго ряда принимать из памяти 16 в том же самом порядке, в котором они были сохранены, посылая их на преобразователь 17 с частотой передачи, равной N2/T, и обеспечивая общее время передачи второй последовательности также равным Т.

Это продолжается до тех пор, пока все кодированные значения в памяти 16 не будут считаны.

Во время считывания выборок из памяти 16 схема при циклическом смещении по ходу полосы при выдаче из памяти функционирует следующим образом.

Каждая выборка, принятая преобразователем 17, преобразуется в аналоговый сигнал и передается на фильтр 18 нижних частот.

Выходной сигнал из этого фильтра является воспроизведением первоначального сигнала и передается на преобразователь 19 в ручке, что позволяет непосредственно воспроизводить сигнал.

Работа и структура схемы считывания очень похожа, когда импульсы метки времени записываются на дорожку синхронизации отдельно от дорожки сигнала.

В этом случае схема 20 порогового дискриминатора на фиг.7 является лишней, и вторая головка считывания, представленная пунктирной линией на фиг.7 и обозначенная позицией 27, подает импульс метки на счетчик 21.

В обоих случаях, описанных выше, считывание магнитной записи и ее временное хранение в памяти происходит с выборками произвольной частоты: временная коррекция происходит в стадии последующего воспроизведения из-за временной информации, обеспечиваемой импульсами метки, которые должны быть самостоятельно сохранены в памяти 22 (фиг.7) для последующего использования во время воспроизведения.

Такая же схема выборки схемы считывания может быть, однако, понята, если сигнал меток времени, который пространственно связан с сигналом записи, является периодическим пространственным сигналом, имеющим период, равный или кратный заранее заданному периоду выборок 1/fc (использованному во время сохранения предшествующей записи), естественно записанного с тем же коэффициентом сжатия, используемым для записи звукового сигнала.

Кратность приблизительно 4-8 1/fc, соответствующая частоте 1-2 кГц, является предпочтительной для того, чтобы обеспечить сигнал, распознаваемый даже в присутствии ошибок ориентации головки считывания по отношению к дорожке.

В этом случае, как показано на фиг.8, на которой элементы, обозначенные позициями 13-19 и 23, 26, соответствуют элементам на фиг.7, обозначенным теми же позициями, головка 28 считывания считывает периодический сигнал синхронизации и подает его на схему 29 умножителя частоты, например, фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая выдает периодический импульсный сигнал меток с частотой, которая является заданной кратной частоте сигнала cинхронизации и равной частоте fc выборок.

Выходной сигнал от схемы 29 ФАПЧ используется для управления с той же частотой, непосредственно или через процессор 23, схемой 14 выборки и записью в память 16.

В этом случае, вместо откорректированного сигнала, записанного в память 16, во время последующей стадии воспроизведения сигнал для считывания магнитной записи дискретизируется с соответствующим периодом для коррекции, с пренебрежимо малой ошибкой, для каждой пространственной позиции магнитной полосы, разности в относительных скоростях полосы и головки, которые возникают во время стадии записи и последующей стадии считывания.

Если сигнал синхронизации, выданный головкой 28, имеет период выборки 1/fc, схема ФАПЧ является избыточной.

В сущности, процесс воспроизведения сигнала, записанного на магнитную полосу, происходит в различных данных примерах аналогично записи за две стадии:
1-ая. Считывание магнитной записи, осуществление выборки ее с соответствующей частотой и сохранение выборок в памяти.

2-ая. Последующее считывание из памяти с соответствующей частотой и с той же самой частотой подача считанной информации, преобразованной в аналоговую форму, в случае необходимости, и отфильтрованной, на преобразователь (громкоговоритель).

Частота выборки в одной из двух стадий определяется метками времени, связанными с магнитной записью, которые считываются во время первой стадии и которые могут быть также сохранены, для определения частоты выборки, которая может изменяться со временем, для использования во время второй стадии.

2-ой пример звуковой записи и схемы воспроизведения
Вместо схемы, детализирующей различные конструктивные блоки, представленные на фиг.6, 7, 8, которые для специалистов, как только проблема и решение были определены, являются очевидными в смысле конструктивных деталей (и также коммерчески доступными), следует описать вариант осуществления системы, в соответствии с настоящим изобретением, который использует для синхронизации связь между операциями записи и воспроизведения, предварительно записанную дорожку синхронизации, отдельно от дорожки для записи звукового сигнала.

Предварительная запись, которая выполняется только один раз, может быть магнитного типа и считывается магнитной головкой, но, чтобы избежать риска нежелательного стирания или исправлений, вызванных несовпадением головки записи во время последующих операций записи, она выбирается предпочтительно оптического типа и содержит последовательность равноудаленных параллельных дорожек, которые оттиснуты или сформированы иным образом вдоль оптически считываемой дорожки, параллельно магнитной дорожке записи (или наложенной на нее).

Пространственный интервал между двумя последовательными разделами определяет область записи магнитной полосы, внутри которой располагается заранее заданный интервал для электроакустического сигнала, независимо от скорости относительного перемещения полосы и головки во время записи и воспроизведения.

Во время записи оптическая дорожка считывается и подает на устройство записи периодический сигнал, имеющий частоту fo, которая изменяется как функция скорости относительного перемещения.

Этот сигнал используется устройством записи для управления частотой, с которой извлекаются различные выборки звукового сигнала, который сохранен в памяти, из памяти и подаются на головку записи.

Таким образом, блок или сегмент звукового сигнала заранее заданной и постоянной длительности записывается в каждый пространственный интервал или область магнитной полосы.

Тот же самый периодический сигнал с частотой fo, полученный считыванием предварительно записанной дорожки, используется устройством при считывании магнитной полосы для управления частотой, с которой сигнал считывания дискретизируется и сохраняется.

Воспроизведение осуществляется посредством считывания из памяти и извлечения выборок с заранее заданной и постоянной частотой, равной частоте, используемой устройством записи для сохранения звукового сигнала.

Другими словами, во время записи и благодаря предварительному сохранению звукового сигнала происходит нормализация в пространстве, что корректирует возможные изменения скорости относительного перемещения, и во время считывания записи сохранение происходит с нормализацией во времени, которая корректирует возможные различия или изменения скорости относительного перемещения по отношению к операции записи, так что последующее воспроизведение может быть достигнуто посредством извлечения выборок сохраненного сигнала из памяти с постоянной частотой.

Фиг.9 является блок-схемой, представляющей звуковую систему записи и воспроизведения, которая реализует указанную выше концепцию с использованием очень малого количества компонентов.

Система включает в себя:
- микрофон 30;
- магнитную головку считывания 31;
- магнитную головку записи 32;
- датчик 33, предпочтительно оптический (ДЕТЕКТОР МЕТКИ), для считывания дорожки синхронизации 34, связанной с полосой 43 записи;
- схему умножителя частоты с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) 35;
- микрогромкоговоритель 36;
первую бистабильную (с двумя устойчивыми состояниями) клавишу (ЗВУК/ЛЕНТА) 37 для приведения в действие двух переключателей 38, 39 и двухконтактный переключатель 40;
- вторую бистабильную клавишу (ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ/ЗАПИСЬ) 41 для приведения в действие переключателя 42;
- третью клавишу (ПУСК/ОСТАНОВКА) 4 для приведения в действие переключателя 45; и
- интегральную схему 46 типа, продаваемую фирмой ISD под кодовым номером ISD25XX, нужным образом модифицированную, которая выполняет все функции выборки, хранения и воспроизведения звукового сигнала.

Без углубления в конструктивные и функциональные подробности интегральной схемы 46, которые не существенны для понимания изобретения, и для понимания которых ссылка может быть сделана к техническим деталям производителя (ISD2500 Series: Single Chip Voice Recorder/Playback Devices - 45-60-75 и 90 секунд длительности - Preliminary data sheet, 1993), следует только отметить, что на схему подают напряжение + 5В, имеются последовательные ввод-вывод и выводы управления, для которых производителем используется следующая нумерация:
- вывод 17: вход для сигнала, который должен быть сохранен, обычно от микрофона (или телефонной линии);
- выводы 14, 15: выход сохраненного сигнала на внешний громкоговоритель;
- вывод 27 для выборочного соединения с землей или положительным напряжением.

Положительное напряжение, приложенное к выводу 27, переводит схему в режим работы для воспроизведения. Когда вывод 27 заземлен, схема находится в режиме работы для записи, или скорее хранения, чтобы не путать эту операцию с записью на магнитной ленте.

- вывод 26: вход для внешнего сигнала синхронизации. Если не используется, должен быть заземлен.

- вывод 23: для соединения с землей или положительным напряжением выборочно. Когда вывод 23 заземлен, разрешается работа интегральной схемы. Когда вывод 23 соединен с положительным напряжением, схема не способна функционировать.

Интегральная схема 46 включает в себя внутренний генератор синхронизации, энергонезависимую внутреннюю память для аналоговых выборок, входной усилитель с автоматической регулировкой усиления, выходной усилитель, схемы выборки и хранения для хранения входного/выходного сигнала, активные входной и выходной фильтры и логические схемы управления.

Интегральная схема, управляемая с выводов 23 и 27, способна хранить сигнал, принятый от микрофона (или телефонной линии), и впоследствии воспроизвести его, используя громкоговоритель.

Следовательно, интегральная схема может выполнять известным способом функции телефонных автоответчиков и электронных записей, имея емкость памяти, которая, согласно модели и используемой частоте выборки, может достигать 120 секунд.

Коммерчески доступная интегральная схема предназначена для функционирования с заданной частотой выборки звукового сигнала, наложенной генератором сигнала внутренней синхронизации или сигналом внешней синхронизации, поданным на вывод 26.

Так сделано потому, что внутренние фильтры оптимизированы для заданной рабочей частоты, и применения, предсказанные производителем, не требуют работы на переменных частотах.

Однако ничто не мешает изменить характеристику фильтров, чтобы дать возможность схеме работать с частотами, которые изменяются в широких пределах, без проблем "наложения", оптимизируя их для использования в системе, которая является предметом настоящего изобретения.

Как показано на фиг.9, датчик/считыватель дорожки синхронизации соединен с ФАПЧ 35 для подачи на нее периодического сигнала метки времени, имеющего частоту to, который изменяется как функция изменения относительной скорости, и появляющегося в результате считывания дорожки синхронизации.

ФАПЧ 35 формирует сигнал, имеющий переменную частоту fn=K•fo, которая является произведением заданного коэффициента К на частоту fo.

Этот сигнал подается через переключатель 39 на вывод 26 схемы 46, когда бистабильная кнопка 37 переведена в положение ЛЕНТА.

Когда кнопка 37 находится в этом положении, выходной сигнал головки считывания 31 подается к входу 17 схемы 46, и входы головки 32 записи соединены с выводами 14, 15 схемы 46.

Когда кнопка 37 находится в положении ЗВУК, микрофон 30 соединен с входом 17, и головка считывания 31 отсоединена, схема ФАПЧ 35 отсоединена от входа 26, который заземлен, и выводы 14, 15 схемы 46 соединены с громкоговорителем 36, в то время как головка записи 32 отсоединена.

При нажатии кнопки 44 (ПУСК/ОСТАНОВКА) вывод управления 23, который обычно подсоединен к положительному напряжению, заземляется, и активизируется интегральная схема.

Когда бистабильная кнопка 41 (ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ/ЗАПИСЬ) находится в положении ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ, вывод 27 соединен с положительным напряжением +V, которое управляет режимом воспроизведения интегральной схемы 46 и, когда она находится в положении ЗАПИСЬ, вывод 27 заземлен, вызывая действующий режим хранения в памяти.

Работа системы, показанной на фиг.9, сразу становится понятной.

1. Чтобы сохранять звуковой сигнал в схеме 46, кнопку 37 нажимают в положение ЗВУК, кнопка 41 нажата в положение ЗАПИСЬ, а кнопка 44 удерживается нажатой в течение всей длительности звукового сигнала, который должен быть сохранен (не большей, чем максимальное запоминаемое время).

Звуковой сигнал затем дискретизируется с частотой fc, наложенной сигналом внутренней синхронизации интегральной схемы 46, и выборки сохраняются в памяти.

Громкоговоритель 36, даже если он соединен с выводами 14, 15, не включен, и головка считывания 31 и головка записи 32, так же, как и ФАПЧ 35, отсоединены от интегральной схемы.

2. Чтобы записать сигнал, сохраненный в интегральной схеме 46, на магнитную ленту, кнопка 37 нажимается в положение ЛЕНТА, а кнопка 41 нажата 10 в положение ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ.

Головка 32 записи затем соединяется с выводами 14, 15, и выход ФАПЧ соединяется со входом 26.

Головка считывания 31 также соединена со входом 17, но это не имеет никакого влияния.

Нажатие кнопки 44 активизирует интегральную схему 46 и, в то же самое время, головка 32 и датчик 33 могут быть вручную проведены над магнитной лентой 43 и связанной дорожкой синхронизации соответственно.

После того, как короткие последовательности импульсов синхронизации приняты датчиком 33, ФАПЧ захватывает фазу полученного сигнала и начинает выдавать сигнал с частотой fn=K•fo, пропорциональный скорости головки 32 и датчика 33.

Схема 46 считывает сохраненные выборки сигнала из памяти с частотой fn и выдает их в качестве входного сигнала на головку 32 записи.

Коэффициент К целесообразно выбирать таким образом, чтобы сжать временной интервал сигнала единичной продолжительности на дорожке ленты заданной длины L, например, 2 см (длина, которая, как ожидается, будет пройдена за короткий интервал времени, приблизительно 0,1 сек), которую легко проверить, используя формулу K=fc•P/L.

Фактически, скорость, измеряемая датчиком 33, задается выражением v= T•fo, время t, необходимое для пересечения длины L, задается t=L/v, и частота выборки fc, необходимая для сжатия выборки во времени t, задается выражением fn=fc/t, из которых fn=fc/t=fc•v/L=fc•P•fo/L.

Следовательно, если fc= 8 кГц (чтобы получить частотный отклик приблизительно 3 кГц), Р=0,2 мм (нижнее ограничение для обычной технологии печати), и L=2 см, К будет равен 80 и, например, для скорости ручного перемещения приблизительно 10 см/сек, fo=500 Гц и fn=40 кГц.

3. Чтобы считать таким образом записанную магнитную ленту, кнопка 37 нажимается в положение ЛЕНТА для подсоединения головки считывания 31 и ФАПЧ 35 к интегральной схеме, и кнопка 41 нажимается в положение ЗАПИСЬ для управления схемой 46 во время записи, которая активизируется замыканием переключателя 45.

При проведении головкой 31 над магнитной лентой и датчиком 33 над дорожкой синхронизации ФАПЧ 35 фиксирует частоту fo сигнала, выдаваемого датчиком 33, и управляет выборкой и хранением сигнала, выдаваемого головкой считывания на частоте fn=Kfo.

4. Для воспроизведения записи, сохраненной в интегральной схеме 46, достаточно нажать кнопку 37 в положение ЗВУК и кнопку 41 в положение ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ.

В этом случае отсоединяется ФАПЧ 35 от схемы 46 и подключается громкоговоритель.

Замыкание переключателя 45 посредством кнопки 44 активизирует схему 46, ее память считывается с частотой fc считывания с наложенным сигналом внутренней синхронизации, и сохраненная информация точно воспроизводится.

Ясно, что система, изображенная на фиг.9, является законченной системой записи и воспроизведения: если требуется получить устройство, которое только воспроизводит запись с предварительно записанных магнитных лент, микрофон 30 и связанный переключатель 38 являются избыточными, так же, как головка записи и связанный переключатель 40.

Однако полный вариант, показанный на фиг.9, предпочтителен, поскольку предлагает возможность записи так же, как и использование устройства в качестве обычной электронной записной книжки.

Также ясно, что возможны многочисленные варианты. В частности, головка считывания и головка записи, показанные для ясности отдельными и, предпочтительно, являющиеся отдельными в действительности (так, что дорожка записи является более широкой, чем дорожка считывания, чтобы разрешить поперечные движения относительно головок во время двух стадий записи и считывания), может также содержать одну головку, которая поочередно берет на себя роль головки записи и роль головки считывания и которая, с этой целью, поочередно соединяется с выводами 14, 15 интегральной схемы 4 6 и с входом 17.

Умножитель частоты ФАПЧ 35, который имеет отрицательную обратную связь, может также быть заменен генератором переменных частот различного типа.

Например, как показано на фиг.10, детектор 33 меток синхронизации может посылать при распознавании каждой метки сигнал сброса/начала на цифровой счетчик 47, выходной сигнал которого увеличивается при приеме каждого импульса синхронизации, сформированного генератором 48 заданной и постоянной частоты.

При получении последовательных импульсов сброса/начала счетчик 47 загружает выходной регистр 49, который поддерживает значение счета до следующей операции сброса/начала счетчика.

Информация, сохраненная в регистре 49, преобразуется ЦАП 50 в аналоговый сигнал напряжения, который является входным для управляемого напряжением 51 генератора, обычно известного как генератор, управляемый напряжением, - ГУН, который выдает сигнал синхронизации, имеющий период, пропорциональный входному напряжению, и следовательно, периоду между двумя последовательными импульсами метки.

Сигнал используется во время записи для управления частотой, с которой выборки извлекаются из памяти и подаются на головку записи через фильтр.

Во время считывания записи этот сигнал используется для управления частотой считывания выборки и частотой записи в память.

В схеме этого типа длительность интервала между метками определяет частоту выборки в последующем интервале между метками, и ясно, что не способна определить частоту выборки в том же самом интервале. Однако, если, как замечено практически, изменения в относительной скорости смещения между одним интервалом между метками и следующим малы (и с этой целью целесообразно, чтобы интервал между метками был как можно меньше), ошибка, которая возникает, незначительна.

В качестве другого варианта может быть обеспечено устройство воспроизведения и/или записи, которое считывает дорожку синхронизации, имеющую "виртуальные" метки:
датчик 33 метки, показанный на фиг.9 и 10, вместо оптического может быть кодером, активизируемым роликом, проходящим над дорожкой записи, причем кодер сам формирует импульсы метки, связанные с заданными пространственными интервалами вдоль дорожки. Оптическое решение, однако, является предпочтительным из-за более низкой стоимости и меньшего размера.

Также ясно, что другие функции могут быть добавлены к оборудованию записи и/или воспроизведения.

Например, звуковой сигнал может быть записан в криптографической форме, которая является чрезвычайно простой для достижения посредством извлечения выборок, сохраненных в памяти, в заданном циклическом порядке или "ключе", который является отличным от ключа хранения, и воспроизведение может правильно происходить благодаря предварительному хранению выборок записанного сигнала, которые считываются в том же самом порядке, как и записаны, и последующему считыванию памяти, и подаче на устройство воспроизведения в циклическом порядке, обратном порядку, используемому для криптографии.

Записанное сообщение может быть воспроизведено правильно, только если пользователь имеет циклический ключ. Предшествующее описание касается записи и воспроизведения звуковых сигналов.

Однако ясно, что общие представления, описанные выше, применимы одинаково к записи и воспроизведению видеосигналов, представляющих перемещение вместо только. статических изображений, даже если текущее состояние коммерчески доступной технологии, емкость для сохранения и записи на магнитной ленте или полосе длины ограничено только несколькими десятками сантиметров.

Могут быть добавлены другие функции: например, устройство может быть снабжено головкой для считывания напечатанных изображений, так же как стандартный сканер, которые сохраняются во внутренней памяти и затем записываются на магнитную полосу, для последующего воспроизведения в качестве изображения посредством возможного подсоединения устройства к внешним устройствам, таким как принтер или монитор.

Изобретение относится к способу и устройству для воспроизведения звукового и/или видеосигнала, записанного на магнитной полосе. Последовательность меток времени распределена вдоль магнитной полосы. Метки времени определяют блоки записи и заданный интервал времени Т для воспроизведения каждого из указанных блоков. Средство считывания, перемещаемое вручную, предназначено для считывания указанной записи и последовательности меток и формирования первого сигнала считывания записи и второго периодического сигнала считывания последовательности меток. Память предназначена для сохранения упорядоченной последовательности выборок указанного первого сигнала. На второй последующей стадии осуществляется считывание указанных сохраненных выборок в порядке, соотнесенном с порядком записи. Средство воспроизведения соединено с указанной памятью для приема указанных выборок сигнала и преобразования их в акустический и/или видеосигнал. Средство управления и синхронизации соединено со средством считывания для приема второго сигнала считывания и с памятью для переменного управления частотой периодической записи в память и частотой периодического считывания из памяти таким образом. При записи количество выборок, представляющих блок считывания, сохраняется в течение периода указанного второго сигнала. При считывании количество выборок, представляющих блок считывания, считывается в течение заданного интервала времени Т. Технический результат - повышение качества воспроизведения сигнала при использовании средства считывания, перемещаемого вручную. 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для воспроизведения звукового и/или видеосигнала в виде записи на магнитной полосе (1, 43), нанесенной на подложку, последовательности меток времени, распределенных вдоль указанной полосы, связанной с этой записью, причем метки времени определяют блоки записи между последовательными метками и заданный интервал времени Т для воспроизведения каждого из указанных блоков, содержащее средство считывания (13, 20, 27, 28, 31, 33), перемещаемое вручную по отношению к указанной магнитной полосе (1, 43) для считывания указанной записи и указанной последовательности временных меток и формирования первого сигнала считывания указанной записи и второго периодического сигнала считывания указанной последовательности меток, память (16, 46) с периодической записью, управляемой на первой стадии для сохранения упорядоченной последовательности выборок указанного первого сигнала, и с периодическим считыванием, управляемым на второй последующей стадии для считывания указанных сохраненных выборок в порядке, соотнесенном с порядком записи, средство воспроизведения (19, 36), соединенное с указанной памятью, для приема указанных выборок сигнала, считанных из указанной памяти, и преобразования их в акустический и/или видеосигнал и средство управления и синхронизации (21, 22, 23, 26, 29, 35, 46), соединенное с указанным средством считывания для приема указанного второго сигнала считывания и соединенное с указанной памятью для записи в указанную память в течение указанной первой стадии, для считывания указанной памяти в течение указанной второй стадии и для переменного управления - во времени и как функции указанного второго периодического сигнала - одной из двух следующих частот: A) частотой указанной периодической записи в память, B) частотой указанного периодического считывания из памяти таким образом, что в А) количество выборок, представляющих блок считывания, сохраняется в течение периода указанного второго сигнала и в В) количество выборок, представляющих блок считывания, считывается в течение заданного интервала времени Т. 2. Устройство воспроизведения по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно включает: преобразователь (3, 30) для преобразования звуков и/или изображений в электрический сигнал, средство для осуществления выборок (4, 46), управляемое указанным средством управления и синхронизации и соединенное с указанным преобразователем и указанной памятью для ввода и записи упорядоченной последовательности выборок указанного электрического сигнала в указанную память с управляемой частотой fc в течение третьей стадии, магнитную головку записи (10, 32), перемещаемую вручную относительно указанной магнитной полосы и которая подсоединена к указанной памяти для приема - через фильтр - из указанной памяти, периодически управляемой для считывания в течение четвертой стадии, следующей за указанной третьей стадией, указанным средством управления и синхронизации сигнала записи, сформированного из указанных выборок электрического сигнала, и осуществления записи их на указанную полосу, и средство (9, 12, 33) для связи указанной последовательности меток времени с указанной записью, причем указанная последовательность меток времени является или предварительно закодированной на указанной полосе, считываемой в течение указанной четвертой стадии и подаваемой на указанное средство управления и синхронизации для управления частотой указанного периодического считывания памяти, или сформированной указанным средством управления и синхронизации с частотой f_СR выше, чем указанная частота f_С. 3. Устройство воспроизведения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные метки времени смешиваются с указанной записью на указанной магнитной полосе, а указанное средство считывания включает в себя магнитную головку (13) для считывания указанной записи и средство (20) для различения указанных меток времени. 4. Устройство воспроизведения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные метки времени являются записанными на магнитную дорожку синхронизации отдельно от указанной записи, а указанное средство считывания включает в себя первую магнитную головку (13) для считывания указанной записи и вторую магнитную головку (27, 28) для считывания указанной дорожки синхронизации. 5. Устройство воспроизведения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные метки времени расположены на оптической дорожке (34), связанной с указанной магнитной полосой, а указанное средство считывания включает в себя магнитную головку (31) для считывания указанной записи и оптический датчик (33) для считывания указанной оптической дорожки. 6. Устройство воспроизведения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные метки времени являются виртуальными метками виртуальной дорожки синхронизации, связанной с указанной магнитной полосой на указанной подложке, а указанное средство считывания включает в себя магнитную головку (31) для считывания указанной записи и кодер (33), который формирует импульсы синхронизации, соответствующие указанным меткам времени, посредством относительного перемещения указанного устройства и указанной магнитной полосы. 7. Устройство воспроизведения по п. 1, отличающееся тем, что указанное устройство имеет форму ручки. 8. Устройство воспроизведения по п. 1, отличающееся тем, что указанное средство управления и синхронизации включает в себя схему умножения частоты (29), подсоединенную к указанному средству считывания для приема указанного второго периодического сигнала считывания и для формирования сигнала синхронизации, имеющего частоту, которая является заданной величиной, кратной частоте указанного второго периодического сигнала считывания указанных меток. 9. Способ воспроизведения записи звукового и/или видеосигнала на магнитной полосе с непостоянной относительной скоростью головки записи и указанной полосы, содержащий следующие операции: сохранение упорядоченной последовательности выборок указанного сигнала, выбранных с заданной постоянной частотой f_C, в течение первой стадии, считывание в порядке, соотнесенном с порядком сохранения и с частотой f_CR, выше указанной частоты f_C в течение второй стадии, следующей за указанной первой стадией, указанных выборок и подача их через фильтр на указанную головку записи для записи указанного сигнала на указанную полосу и связывание последовательности меток времени с указанной записью, причем метки времени расположены вдоль указанной полосы и определяют блоки записи между последовательными метками и заданный интервал времени Т для воспроизведения каждого из указанных блоков. 10. Способ воспроизведения звукового и/или видеосигнала, записанного на магнитной полосе, последовательности меток времени, распределенных вдоль указанной полосы, связанных с записью, причем метки времени определяют блоки записи и заданный интервал времени Т для воспроизведения каждого из указанных блоков, содержащий следующие операции: в первой стадии считывание указанной магнитной полосы и указанной последовательности меток времени одновременно, получение сигнала считывания и периодического сигнала синхронизации соответственно, периодическую запись в память записи/считывания с первой частотой доступа упорядоченным способом последовательных выборок указанного сигнала считывания, полученных с указанной первой частотой, а затем на второй стадии, следующей за указанной первой стадией, периодическое считывание из указанной памяти со второй частотой доступа меньшей, чем указанная первая частота доступа в порядке, соотнесенном с порядком записи указанных сохраненных выборок, и подачу указанных считанных выборок на преобразователь через фильтр, причем частота доступа является заданной в одной из указанных двух периодических стадий доступа к памяти - записи, а затем считывания, а частота доступа в другой из указанных двух стадий основана на указанном периодическом сигнале синхронизации так, что каждую последовательность выборок, представляющую блок записи, считывают и воспроизводят в указанный заданный интервал времени Т воспроизведения.