Устройство для записи-воспроизведения сигналов цифровой информации Советский патент 1983 года по МПК G11B5/09 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам дл магнитной записи-воспроизведения ин формации, и может быть использовано при проведении корреляционных измерений, а также в устройствах компен ции помех. Известно устройство многоканальной записиi где в каждом канале запись информации производится на отдельную дорожку. В этом устройстве предусмотрено преобразование двоичной информации в последовательность импульсов, имеющих три уровня l . Недостатками устройства являются низкая плотность записи, а также необходимость использования специального многоканального магнитофона Известно также устройство, которое используя многоуровневый код, позволяет повысить плотность записи в несколько раз, и содержит исто ник цифровой информации, преобразов тель двоичного кода в многоуровневы частотный модулятор, записывающую головку, носитель магнитной записи, воспроизводящую головку, частотный демодулятор, преобразователь многоуровневого кода в двоичный и приемник цифровой информации 2J . Однако в этом устройстве возможнь1 потери информации при преобразовании многоуровневого кода в двоичный за счет влияния на последующие символы многоуровневого кода межсимвольных искажений. Базовым объектом является устрой ство, содержащее источник цифровой информации, преобразователь двоичного кода в многоуровневый, преобразователь многоуровневого кода в сигнал, удовлетворяющий условию селективности, частотный модулятор, записывающую головку, носитель магнитной записи, воспроизводящую головку, частотный демодулятор, форми рователь двоичного кода и приемник цифровой информации. В этом устройстве реализуется минимизация межсим вольных искажений при преобразовани многоуровневого кода 3j. Недостатком устройств для записи- воспроиведения с многоуровневым кодом, использующих частотную модуляцию, является невозможность использования б них бытовых магнитофонов, поскольку бытовые магнитофоны не удовлетворяют предъявляемым в таких устройствах повышенным требованиям к детонации, а использование в этих устройствах специальных магнитофонов приводит к их существенному удорожанию. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для записи-воспроизведекия информации на бытовом магнитофоне, содержащее соединенные последовательно кодирующее устройство, преобразователь цифровых сигналов в синусоидальные и согласующий усилитель, выход которого соединен с входом усилителя записи бытового магнитофона. При этом между выходом магнитофона и входом декодирующего устройства включены последовательно соединенные усилитель с мгновенной автоматической регулировкой усиления и преобразователь синусоидальных сигналов в цифровые l}i. Недостатком устройства является низкая плотность записи, которая обусловлена тем, что.при записи двоичного кода не используются амплитудные различия элементов кода, так как амплитуды нулевого и единичного разрядов кода одинаковы, а отличаются они фазой заполнения. Поэтому плотность записи определяется только полосой записываемых частот магнитофона, которая задает минимальную длительность элемента двоичного кода, и не может быть высокой. Цель изобретения - повышение плотности записи.. Поставленная цель достигается тем,что в устройство для записи-воспроизведения сигналов цифровой информации, содержащее последовательно соединенные преобразователь цифрового кода в синусоидальный сигнал м согласующий усилитель, подключенный к входу магнитофона, а также блоки кодирования и декодирования, введены два фильтра, мультиплексор, преобразователь двоичного кода в многоуровневый, генератор тактовых и синхронизирующих импульсов, источник опорного напряжения,- разделительный усилитель, детектор экстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный, демультиплексор и блок формирования управляющих напряжений, при этом два. входа устройства соединены через соответствующие фильтры с входами мультиплексора, выход которого через последовательно соединенные блок ког дирования и преобразователь двоичного кода в многоуровневый подключен к информационному входу преобразовав . теля цифрового кода в сииусоидальный сигнал, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы генератора тактовых и синхронизирующих импульсов подключены соответственно, к дополнительным управляющим входам согласующего усилителя, преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигнал, блока кодирования, к пер вому управляющему входу преобразователя двоичного кода в многоуровневый, второй управляющий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход магнитофона подключен к входу разделительного усилителя, первый,выход которого соединен с входом блока формирования управляющих напряжений, вт рой - через последовательно соединенные детектор экстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный и блок декодирования с входом демультиплексора, выходы которого соединены с другими входами соответствующих фильтров, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока (Ьормирования управляющих напряжений соединены собтветственно с управляющими входами детектора экстремальных значений преобразователя многоуровневого кода в двоичный, демульТйплексора и с дополнительным управляющим входом блока декодирования. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для записи-воспройзведения сигналов цифровой информации; на фиг. 2 - эпюры напряжений на выходах основных блоков устройства при записи; на фиг. 3 то же, при воспроизведении. Устройство содержит на входах соответственно первый и второй фильтры -1 и 2, выходы которых подключены к соответствующим сигнальным входам мультиплексора 3. Выход мультиплексора 3 через последовательно соединенные блок кодирования 4, преобразователь 5 двоичного кода в многоуровневый, преобразователь 6 цифрового кода в синусоидальный сигнал и согласующий усилитель 7 подключен к входу магнитофона 8. Выход магнитофьна 8 соединен с уходом раздели.тельного усилителя 9, первый выход которого подключен к входу блока 10 у формирования управляющих напряжений, Второй выход усилителя 9 соединен с входом стробируемого детектора 11 экстремальных значений. Выход детектора 11 подключен к сигнальному входу преобразователя 12 многоуровневого кода в двоичный. Выход преобразователя 12 соединен с входом блока декодирования 13, подключенного к информационному входу демультиплексора 1, выходы которого подключены к первым входам соответствую щих фильтров 1 и 2. Генератор 15 тактовых и синхронизирующих импульсов подключен к управляющим входам мультиплексора 3, блока кодирования k, преобразователя 5, преобразователя 6 и согласующего усилителя:. Источник 16 опорного напряжения соединен с вторым управляющим входом преобразователя 5. Блок 10 подключен к управляющим входам стробируемого детектора 11, преобразователя 12, блока декодирования 13 и . демультиплексора 1 А. Вторые входы фильтров 1 и 2 являются входами устройства, а выходы - выходами устройства. Число возможных уровней в многоуровн.евом коде определяется отношением сигнал/шум сквозного тракта записи-воспроизведения. 3 рассматриваемом варианте устройства осуществляется преобразование двоичного кода в восьмиуровневый. Генератор 15 предназначен для формирования тактовых импульсных последовательностей П и Flj с периодом Т , сдвинутых относительно друг друга (эпюра 1 и 2, фиг.2) синхронизирующего, напряжения с периодом T;j (эпюра 13, фиг. 2),синхронизирующей последовательности импульсов Пз с периодом. где п - число элементов многоуровневого кода (на эпюрах 2 и 3 период Йд равен длительности трех элементов двоичного кода) и последовательности прямоугольных импульсов Пд с периодом1«/т, где ,2,3, .... k (на эпюре 10, фиг. 2, ) . Источник 16 предназначен для формирования опорного напряжения постоянного уровня, равного в конкретном случае восьми уровням многоуровневого кода. Блок 10 предназначен для формирования импульсной последовательности П с периодом следования ip и с длительностью импульса2« to (эпюра 3 фиг. 3) из синхронизирующего напряжения (эпюра 2, фиг.З). Устройство может быть реализовано, например, при использовании бытового магнитофона типа Тембр-2. Устройство работает следующим об разом. Аналоговые сигналы первого и вто рого информационных каналов поступа ют на вторые входы фильтров 1 и 2 соответственно. Фильтры 1 и 2 огран чивают спектр записываемых частот. Мультиплексор 3 в моменты поступления тактовых импульсов последовател ности П с генератора 15 (эпюра 1, фиг. 2) обеспечивает одновременную разделительную выборку и запоминание отсчетов аналоговых сигналов, поступающих с фильтров 1 и 2 (эпюры 3 и ,.фиг. 2). Затем пультиплек сор 3 осуществляет уплотнение двухканального сигнала: при поступлении с генератора 15 тактового импульса последовательности fl/t (эпора 1, фиг мультиплексор 3 формирует на выходе сигнал, пропорциональный выборке сигнала с фильтра 1, а при посту плении с генератора 15 тактового импульса последовательности П (эпю ра 2, фиг. 2) мультиплексор 3 формирует на выходе сигнал, пропорциональный выборке сигнала с фильтра 2 Напряжение на выходе мультиплексора 3 представлено на фиг. 2 эпюрой 5.На эпюре 6 это же напряжение пре ставлено в ином временном масштабе, для одного периода J последователь ности П. Блок кодирования i при поступлении каждого тактового импул са последовательностей П4, П (эпюры 1 и 2, фиг. 2) с генератора 15, осуществляет преобразование сигнала с временным уплотнением (эпюра 6,фиг. 2) в двоичный цифровой код (эпюра 7, фиг. 2). Преобразовате 5 при поступлении импульсов последо вательности П- с генератора 15 осуществляет преобразование двоичного цифрового кода (эпюра 7, фиг. 2) в восьмиуровневый (эпюра Э, фиг. 2) для расширения динамического диапазона при записи. При этом каждый элемент восьмиуровневого кода имеет длктельность о , равную длительности трех элементов двоичного кода. Общее число элементов восьмиуровнееого Кода П ,|2(,. При этом один эле мент to- 9 ка)«1дом канале используется для передачи постоянного опорного напряжения с источником 16, соответствующего восьми уровням кода ( заштрихованный элемент на эпюре 8,фиг. 2), остальные элементы зосъмйуровневого кода - для переда- . чи информационного сигнала. В конкретном случае Т | 1000мкс , длительность каждого элементаCo-TJ n 125 МКС, Один элемент отводится для создания опорного уровня, а три элемента - для передачи многоуровневого кода. Для девятиразрйдного двоичного кода сигнала при объединении трех разрядов, необходимо передавать каждую из восьми возможных комбинаций соответствующим уровням восьмиуровневого кода. Комбинации 000 соответствует один уровень, 001 - два уровня, ...,111 восемь уровней. Тогда, например, двоичное число 101010111 передается соответственно шестью, тремя и восемью уровнями. При этом старшие разряды двоичного кода соответствуют старшим разрядам восьмиуровневого кода. Опорный сигнал, соответствующий восьми уровням необходим для определения числа уровней в каждом информационном элементе восьмиуровневого кода при воспроизведении. Смещенный восьмиуровневый код (эпюра 9, фиг. 2) с выхода преобразователя 5 поступает на сигнальный вход преобразователя 6. На управляющий вход преобразователя 6.с генератора 15 поступает последовательность прямоугольных импульсов П4 с периодом 2(j (эпюра 10, фиг. 2).Преобразователь 6 осуществляет формирование амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра 11, фиг. 2) за счет перемножения сигналов, поступающих на его сигнальный и управляющий входы (эпюры 9 и 10, фиг. 2). Фильтр нижних частот (не показан), установленный на выходе преобразователя 6 формирует синусоидальный амплитудно-фазоманипулированный сигнал (эпюра 12, фиг. 2), в котором каждому разряду восьмиуровневого цифрового кода соответствует определенная амплитуда и фаза синусоидального напряжения. При этом положительные уровни напряжения смещенного многоуровневого кода (эпюра 9, Фиг. 2)передаются фазой О заполнения, а отрицательные

. Такая амплитудно-фазовая (балансная) модуляция позволяет приблизительно вдвое увеличить амлитуду единичного уровня по сравнен ию с обычной амплитудной модуляций напряжением (эпюра 8, фиг. 2). есмещенного многоуровневого кода оследовательности Пд (эпюра 10, . иг. 2). Синусоидальный амплитудно-. азоманипулированный сигнал посту-, ает на сигнальный вход согласующего усилителя 7. На управляющий вход согласующего усилителя 7 подается напряжение синхронизации с генератора 15 с частотой (эпюра 13, фиг. 2). Согласующий усилитель 7 осуществляет суммирование напряжений, поступающих на его сигнальный и управляющий входы, обеспечивает согласование параметров преобразователя 6 и усилителя записи магнитофона 8 (согласование уровней сигнала, динамических диапазонов, уровней шумов и т.д.). Магнитофон 8 осущестйляет запись на одной дорожке универсальной магнитной ленты разделенных по полосе занимаемых частот синусоидального амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра 12, фиг о 2) и напряжения синхронизации (эпюра 13, фиг. 2). С линейного выхода магнитофона 8 суммарный сигнал поступает на разделительный усилитель 9, который осуществляет ч разделение информационного сигнала и сигнала синхронизации с помощью фильтров. Блок 10 из сигнала синхронизации (эпюра 2, фиг. 3) формирует импульсную последовательность : П4 (эпюра 3, фиг. 3) обеспечивающую демодуляцию информационного сигнала. Информационный сигнал, представляющий собой синусоидальный амплитудно-фазоманипулированный си|- нал (эпюра 1, фиг. З) с второго выхода разделительного усилителя 9 поступает на сигнальный вход детектора 11 экстр емальных значений. Он- с помощью импульсной последовав тельности П4 блока 10 (эпюра, 3, фиг. 3) осуществляет детектирование по экстремуму синусоидального амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра i, фиг. 3) в конце каждого элемента восьмиуровневого кода;(В этом случае переходный процесс с предыдуи(его элемента кода заканчивается. При поступлении каждого импульса последовательности П4 с блока

0499б18

10 (эпюра 3, фиг. 3) детектВр 11 открывается в моменты, предшествующие соответствующим экстремумам синусоидального амплитудно-фазома5 нипулированного напряжения (зтора 1, фиг о 3). Стробируемый детектор 11 формирует последовательности положительных (эпюра k, фиг. 3)и отрицательных (эпюра 5, фиг. 3) импульсов.

10 Затем эти последовательности склады- ваются, при этом осуществляется восстановление восьмиуровневого цифрового кода (эпюра 6 и 7 Иг. 3). Преобразователь 12 с помощью синхро15 низирующего напряжения с блока 10 (эпюра 2,фиг. З) из восьмиуровневого кода (эпюра 6, фиг. 3)выделяет элемент с опорным сигналом. Амплитуда опорного сигнала, содержащая четыре

20 уровня, складывается с многоуровневым сигналом (эпюра 6, фиг. 3) в реi чего образуется сигнал (эпора 7, фиг. 3), соответствующий первоначальному многоуровневому сигналу

5 при записи (эпюра 8, фиг. 2), Затем преобразователь 12 осуществляет преобразование многоуровневого (восьмиуроаневого) кода в двоичный путем сравнения амплитуд информационных

30 элементов кода с амплитудой опорного сигнала.Так как внутри каждой последовательности элементов (в даином случае ) многоуровневого кода демодуляция каждого информационного

35 элемента ocyщecтвJ;lяeтcя с помощью, своего опорного сигнала, колебания уровня в процессе записи-воспроизведения воздействуют одинаково как на опорный, так и на информационные

элементы. Это эквивалентно действию мгновенной автоматической регулировки усиления (МАРУ) с постоянной времени порядка Т,/2, что и позволяет сохранить высокую достоверность

воспроизведения информации. Непосредственное использование МАРУ при многоуровневом коде невозможно, так как это приведет к выравниванию амплитуд многоуровневого коде

50 и, как следствие, к ошибкам при его г демодуляции. Блок декодирования 13 при поступлении на его управляющий вход импульсной последовательности с блока 10 , соответствующей перехо55 дам через нуль синхронизирующего нггпряжения (эпюра 2, фиг. З) осуще-ствляет преобразование комбинаций двоичного кода в аналого-дискретный сигнал (эпюра 9, фиг. 3),а демульти плексор 1 с помощью этой же импуль ной последовательности осуществляет выделение из аналого-дискретного сигнала, уплотненного по времени (эпюра 9, фиг. 3), напряжений перво и второго каналов (эпюры 10 и 11, фиг. 3). Затем демультиплексор 1 осуществляет считывание этих напряжений в совпадающие моменты времени (эпюры 12 и 13, фиг. З). Напряжение первого канала с выхода демультиплексора 1 поступает на вход фильтра 2, а напряжение второго канала - на.вход фильтра 1. При этом вы ход фильтра 2 является выходом перв го канала устройства, а выход фильтра 1 - выходом второго канала. Поскольку сигнал первого информационного канала в процессе записи-воспроизведения проходит через фильтры 1и 2, а сигнал второго информационногс канала - через фильтры 2и 1, то частотные искажения сигналов первого и второго информацион ных каналов идентичны. Поскольку бытовой магнитофон име ет заданную полосу записываемых частот, и, следовательно, заданную наименьшую длительность записываемого элемента, то переход к восьми уровневому коду при неизменной мини мальной длительности записываемого элемента позволяет уменьшить дли тельность элемента двоичного кода в 3 раза. Это обеспечивает увеличение полосы частот записываемого си нала во столько же раз, т.е. дает возможность записывать на одной дорожке магнитофона информацию по мен шей мере с двух каналов. При воспроизведении детектирование по экстремуму в конце каждого периода синусоидального амплитуднофазоманипулированного сигнала позволяет производить точный отсчет амплитуды даже при флуктуациях перед него фронта импульсов последовательности П4 (эпюра 3, фиг. 3) относительно экстремума синусоидального сигнала (эпюра 1, фиг. 3).Существование флуктуации обусловлено изменениями фазовых характеристик сквозного канала записи-воспроизведения магнитофона 8. Использование опорного сигнала пр преобразовании восьмиуровневого кода 3 двоичный, эквивалентное действие мгновенной автоматической регулировки усиления, позволяет при увеличенной плотности записи сохранить высокую достоверность воспроизведения информации. Таким образом, предлагаемое устройство путем дискретизации и временного уплотнения двухканального аналогового сигнала с последующим последовательном преобразованием его в двоичный цифровой код, в многоуровневый цифровой код (с использованием одного элемента кода в качестве опорного -сигнала) и в синусоидальный амплитудно-фазоманипулированный сигнал обеспечивает записьвоспроизведение информации двух каналов на одной дорожке, чем достигается положительный эффект - повышение плотности записи информации. При этом после воспроизведения, в процессе преобразования информации, считывание значений многоуровневого кода по синусоидальному амплитудно-фазоманипулированному сигналу производится вблизи экстремума в конце каждого периода синусоидального напряжения, что позволяет устранить межсимвольные искажения, обусловленные переходным процессом, от предыдущего элемента кода. Кроме того, формирование порога для кажой многоуровневой кодовой комбинации позволяет обеспечить точный перевод многоуровневого кода в двоичный даже при кратковременных замираниях сигнала (длительность которых НС превышаетТ /2), Все это позволяет обеспечить -высокую достоверность воспроизведения информации. Дополнительным достоинством предлагаемого устройства является то, что оно обеспечивает идентичность сквозных характеристик записи-воспроизведения двух каналов за счет перекрестного включения фильтров, что позволяет использовать его при корреляционных измерениях. Кроме того, при использовании этого устройства в устройствах компенсации помех обеспечивается высокая степень компенсации помех. Предлагаемое устройство по сравнению с базовым объектом доступно и дешево, что обусловлено осуществлением запись-воспроизведения на бытовом магнитофоне.

I r,

I I I I II II

плн г-апял-г-bJinrninruirm

10

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ-ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее последовательно соединенные преобразователь цифрового кода в синусоидальный сигнал и согласующий -усилитель, подключенный к входу магнитофона, а также блоки кодирования и декодирования, отличающееся тем, что, с целью повышения плотности записи, в него введены два фильтра, мультиплексор, преобразователь двоичного кода в многоуровневый, генератор тактовых и синхронизирующих импульсов, источник опорного напряжения, разделительный усилитель, детектор экстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный, демультиплексор и блок формирования управляющих напряжений, при этом два входа устройства соединены через соответствующие фильтры с входами мультиплексора, выход которого через последовательно соединенные блок кодирования и преобразователь двоичного кода в многоуровневый подключен к информационному входу преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигнал, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы генератора тактовых и синхронизирующих импульсов подключены соответственно к дополнительным управляющим входам согласующего усилителя, преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигнал, блока кодирования, к пер с iS вому управляющему входу преобразователя двоичного кода в многоуровневый, (Л второй управляющий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход магнитофона подключен к входу разделительного усилителя, первый выход которого соединен с входом блока формирования управляющих напряжений, второй - через последовательно соединен ные детектор экстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный и блок декодирования с входом демультиплексора, выходы коа торого соединены с другими входами соответствующих фильтров, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих напряжений соединены соответственно с управляющими входами детектора экстремальных значений, преобразователя многоуровневого кода в двоичный, демультиплексора и с дополнительным управляющим входом блока декодирования.

и

и