Устройство для анализа результата воспроизведения с носителя магнитной записи Советский патент 1992 года по МПК G11B27/36 

строба 11 и логический элемент И 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 синхроимпульсов, а выход- с входом считывания регистра памяти 9, к выходу которого подключены соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и полосовой фильтр 14, выход 15 которого является первым выходом устройства. К выходу блока 7 выборки-хранения также подключены фильтр 16 нижних частот, выход 17 которого является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 синхронизирует работу всех блоков устройства. Делитель 2 делит частоту синхроимпульсов так, чтобы обеспечить необходимую длительность управляющих пилообразных импульсов формирователя 3, под воздействием которых частота гетеродина 4 изменяется линейно в течение времени TV длительности опорного сигнала. Информационный аналоговый сигнал и опорный ЛЧМ сигнал записываются одновременно на различных дорожках носителя записи блока 5 МЗВ и затем одновременно воспроизводятся. Из воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигна- ла, искаженного паразитной угловой модуляцией (ПУМ) посредством компаратора 6 формируется первая последовательность синхроимпульсов с переменным периодом следования для блоков 7, 8, 9 и вторая последовательность со средним периодом Тг формирователя 3 для синхронизации работы блоков 10 - 12 и 9. Диапазон частот опорного ЛЧМ-сигнала выбирается равным частотному диапазону информационного сигнала. Переменная частота следования синхроимпульсов с выхода компаратора 6 должна не менее чем в два раза превышать частоту информационного сигнала в диапазоне его частот в соответствии с теоремой отсчетов. Удобно формировать синхроимпульсы при изменении текущей фазы воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала на величину nil. Синхроимпульсы с выхода компаратора 6, имеющие переменный период следования за счет ЛЧМ и ПУМ, поступают на стробирующий вход блока 7 выборки-хранения, на сигнальный вход которого подается воспроизведенный блоком 5 информационный сигнал с его ПУМ. В блоке 7 формируются амплитудные выборки информационного сигнала, т.е. производится его дискретизация по времени с переменным периодом следования импульсов. При этом происходит компенсация ПУМ. Физически ее можно объяснить тем, что, например, паразитное временное смещение импульсов выборок и смещение соответствующих им по времени текущих зна чений информационного сигнала одинаковы, а их уровни оказываются без

искажений, вызванных паразитным временным смещением. Импульсы амплитудных выборок, свободные от ПУМ, поступают с выхода блока 7 выборки-хранения в АЦП 8, где преобразуются в цифровой

код. Цифровые слова, соответствующие выборкам, запоминаются в регистре памяти 9, а затем через время задержки тзо относительно начала воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала считываются из регистра памяти 9 задержанными импульсами генератора 1 синхроимпульсов. Компаратор 6 формирует короткие импульсы с периодом Тг из обратного хода импульсов воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала, которые

задерживаются в блоке 10 временной задержки и запускают затем формирователь строба 11. Длительность строба выбирается равной времени считывания цифровых выборок из регистра памяти 9 Тс Та kiT0,

где Та - время анализа; k 1,2ki - число

выборок; То - период следования импульсов считывания.

Задержанные импульсы строба постулают на один вход элемента И 12, на другой вход которого поступают синхроимпульсы генератора 1. Импульсы считывания с выхода элемента И 12 поступают на вход считывания регистра 9, а считываемые цифровые

выборки с его выхода - в ЦАП 13, где преобразуются в аналоговый сигнал, и поступают на вход анализирующего фильтра 14. При этом на первом выходе 15 устройства появляются последовательно во времени составляющие спектра воспроизведенного информационного сигнала, свободные от ПУМ. Запись амплитудных выборок сигнала в регистр 9 с переменным периодом их следования и считывание с постоянным

периодом следования приводят к ПВМ информационного сигнала с переменным коэффициентом, максимальным для нижней частоты и минимальным для верхней частоты сигнала. При этом обеспечиваются сокращение времени анализа, улучшение его разрешающей способности по частоте и точности. Одновременно с этим амплитудные выборки воспроизведенного информационного сигнала с выхода блока 7

выборки-хранения, свободные от ПУМ, поступают через фильтр 16 нижних частот на второй выход 17 устройства в виде огибающей опорного ЛЧМ-сигнала. Эта огибающая может быть .подвергнута другим видам аппаратурного анализа, без погрешностей, вносимых ПУМ.

Рассмотрим компенсацию ПУМ. Для случая МЗВ гармонического сигнала с частотой Q:, при гармоническом законе колебаний скорости (КС) при записи и воспроизведении с коэффициентами р3 и/% и частотами модулирующей помехи Опз и Qnh воспроизведенный сигнал можно представить в виде

U(t) Am cos{Vc t - rn (t)} Am Re exp{i Vt t - rn (t)}.(1)

Представляя уравнение(1) рядом Фурье в базисе функций Бесселя, получают

0000

U(t) Am 2 Ir CM 2 IP (ft.h) г -оо р -oo

COS (ft + Г Q,a + p Ш) I + Vb ,

где rn (t) -ft- sin Qia t +

sin Qih t- 13binh

паразитное временное смещение текущих значений сигнала под влиянием КСЗ и КСВ;

Vc t -гп (t) Qct sin О,з t + sin Qifi t + Y-b - (3) - текущая фаза сигнала;

и ДЛ - индексы ПУМ;

д flfc/Оз A QJna

-ЙГ-Т5Г1

да (Q: + Г Јb3)ph .

,

, AuJhR паразитная девиация частоты;

Ir ), Ip (#nft) функция Бесселя первого рода, порядка г, р;

Vb Vbc + гт/Ьпз + р tyonh - начальная фаза.

Мгновенная частота сигнала (1) как производная его фазы (3) равна

Wc t - Гп (t) Ос - Ос (р3 COS Опэ + +РЬ COS Qnh t).(4)

Динамический диапазон спектрального анализа сигнала (1) относительно уровня боковых составляющих спектра ПУМ с частотами г Опз и р Qih равен

Д )Г1ригр 1 (5)

Ir (РПЗ) Ip (pnh)

Для средних и верхних звуковых частот индексы ПУМ для низкочастотных КС могут достигать величины 1-10. При этом уровень боковых составляющих спектра ПУМ близок к уровню сигнальных составляющих или превышает его, а величина Д становится малой или отрицательной, что существенно снижает точность анализа.

Записываемый опорный ЛЧМ-сигнал имеет при единичной амплитуде следующий вид:

Ur (t) COS fy (t) COS (Wor t + & t2), (6)

где %г - начальная частота;

0

А

Дад- 2яДтг

Ur - параметр ЛЧМ ТгТг

сигнала, равный скорости перестройки его частоты;

Aft)r девиация частоты; Тг Тс - длительность опорного ЛЧМ- сигнала, равная длительности информационного сигнала.

Мгновенная частота ЛЧМ-сигнала равна

(Ur (t) Шог + fir t.(7)

5 Фазу воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала, используя метод замены аргумента, аналогично уравнению (1), подставляя выражение (2), пренебрегая членами, содержащими квадрат коэффициента КС,

0 можно представить в виде

t/V(t)(t)+ tt-rn(t)2 ftbr t + t2 - (ftter + Д t) ТП (t) (8)

5 Тогда мгновенная частота воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала как производная от уравнения (8) равна

СОг (t) Ufer + Д t -(Шог + t) (р3 COS Опз t +yOh COS Qnh t) 0 - Ду(5пгз sin Д/Jrirh sin Qiht,

А /э AЈWT Ai где A/for jo; индексы дополнительной ПУМ, обусловленные совместным влиянием КС и скорости перестройки частоты опорного ЛЧМ-сигнала.

Выбором величин Дй и Тг индекс дополнительной ПУМ можно сделать достаточно малым, например Д/3П 0,05, и пренебречь этой ПУМ. Тогда выражение (9) примет вид

од (t) ttfor + Д t - (ftfer + A t) (р3 cos 3 t +/% cos Qnh t) .(9)

e Из сравнения выражений (4) и (9) видно, что для всех равночастотных составляющих спектра информационного и опорного сигналов Ос Шог +Рг t их паразитная девиация частоты одинакова.

Q В прототипе компенсация ПУМ достигается в нижней боковой полосе частот второго смесителя, где мгновенные частоты входных сигналов вычитаются и компенсируются. При этом составляющие спектра ине формационного сигнала, свободные от ПУМ, переносятся на разностную промежуточную частоту, сигналы которой выделяются полосовым анализирующим фильтром.

В предложенном устройстве компенсация ПУМ осуществляется при квантовании

воспроизведенного информационного сигнала по времени в блоке 7 выборки-хранения. При этом стробирующие импульсы для блока 7 формируются из воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала в моменты, соответствующие, например, текущей фазе % tk - тп (tk) ро + к ж/2 45°, 135,...

Последовательность стробирующих импульсов можно представить в виде последовательности d-функций

Ur(tk) 2 5{t- tk-Mtk)}

k 0

Тогда операцию квантования по времени в блоке 7 можно представить в виде произведения входных сигналов. Амплитудный спектр этого произведения или его прямое дискретное преобразование Фурье имеет вид

ST (I ю) / ис (t) Ј д t - tk - гп (tk)} e-|u)t

0k 0

dt.

Представляя Uc(t) в экспоненциальной форме (1) и используя фильтрующее свойство (5-функции, после простых преобразований получают следующее выражение для спектра сигнала на выходе блока выборки- хранения 7:

ЗД.ЛшЈу1а- е1 -в «- Ч

(Ю)

Из выражения (10) следует, что максимумы спектра формируются на всех частотах ш Ос (О- Ос 0 первым экспоненциальным множителем под знаком суммы, а второй экспоненциальный множитель, отражающий влияние ПУМ, при этом равен единице, т.е. ПУМ составляющих спектра информационного воспроизведенного сигнала оказывается компенсированный в блоке 7 выборки-хранения. Очевидно, что такая компенсация ПУМ при однократном перемножении информационного и опорного сигналов будет более эффективной, чем при их двукратном перемножении в прототипе, так как комбинационных частот будет меньше, а точность анализа улучшается. Задаваясь величиной в уравнении (9) можно получить необходимую длительность записи информационного и опорного сигналов

Тг (11)

Л/Эп Тп

при которой обеспечивается эффективная компенсация ПУМ.

Для оценки времени анализа определяют число выборок информационного сигнала ki, используя выражение (6) для фазы опорного ЛЧМ-сигнала и условие (11) для его длительности

VV (tk) ЭДэг tk + Ј- ti ki Tl/2,

,2ki, tki Tr.

Учитывая, что , получают форTr

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мулу для определения числа выборок 2ТГ

ki

t , ДйК

(ftfer. + -2)

л

(12)

При гармоническом опорном сигнале и верхней частоте информационного сигнала соь ШоГ + Лад- и WH tk k2 л /2 получают аналогично выражению (12)

| 2Tr(QJor + ДйУ)

Л

(13)

Выигрыш в числе выборок близок к двум v kz ftJor+ДйЛ - -„ + (14)

Фактическое время анализа будет равно времени считывания всех ki выборок (12) из памяти регистра 9 с постоянным периодом следования импульсов Т0 2ТВ

Ta kiT0.(15)

Учитывая время записи-воспроизведения, получают

Та Тг-Гзо(151)

т.е. имеют анализ в реальном масштабе времени в течение длительности информационного и опорного сигналов Тг. В течение времени анализа коэффициент ПВМ изменяется от максимального значения до минимального

knhMaKC fc))/Fm, knhMMH , (16)

где , Fm и FN - частота настройки анализирующего фильтра, нижняя и верхняя частоты информационного сигнала.

При этом каждая частотная составляющая, содержащаяся в исходной записи сигнала, приводится к частоте анализирующего фильтра fcj с полосой Дт.

Разрешающая способность анализа по частоте получается наиболее высокой для нижних составляющих спектра сигнала и снижается с уменьшением knh(tk) и возрастанием частоты

Afp Af/Mtk).(17)

Однако при соответствующем выборе периода считывания Т0 величину Д fp можно получить достаточно высокой.

Время анализа в прототипе равно I ( Fm)n FmAf

где n 15-20 - число периодов нижней частоты сигнала, необходимое для формирования спектра.

Приведенные соотношения позволяют получить сравнительную оценку параметТа

(18)

ров устройства. Так, например, для диапазона звуковых частот A F 100 Гц - 20 кГц при коэффициенте КС/Эз /эь 0,05% и их частоте fna fnh 10 Гц ширине полосы анализирующего фильтра Af 100 Гц, задаваясь величиной остаточного индекса ПУМ 0,05, из выражения (11) получают необходимую длительность записи информационного и опорного сигналов Тс Тг 20 с. Определив из уравнения (1) величину индексов ПУМ 1. получают из выражения (5) величину динамического диапазона анализа, без компенсации ПУМ Д 9,5 дБ. При компенсации ПУМ с ее остаточным индексом А/Зпг 0,05, подставив его вместо вели- чин в выражение (5), получают увеличение динамического диапазона анализа до величины Д 56 дБ, что вполне приемлемо для тракта МЗВ. Приняв период следования считывающих импульсов Т0 2,5 мкс и определив из выражения (12) число выборок ki 4,04- 105, получают из выражения (15) время анализа Та 0,1 с, что в 400 раз меньше времени анализа в прототипе, которое в соответствии с уравнением (18) Та 40 с. В соответствии с выражением (16), принимая частоту настройки анализирующего фильтра тф 100 кГц, получают, что коэффициент ПВМ изменяется в пределах от 1000 до 5, а разрешающая способ- ность анализа по частоте будет изменяться в соответствии с выражением (17) от 0,1 до 20 Гц, т.е. существенно улучшается по сравнению с прототипом, для которого она остается постоянной во всем диапазоне частот и равна 100 Гц.

Формула изобретения Устройство для анализа результата воспроизведения с носителя магнитной записи, содержащее соединенные последовательно формирователь управляющего пилообразного напряжения, управляемый гетеродин с линейной частотной модуляцией и канал записи-воспроизведения опорного сигнала, а также полосовой

фильтр, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени анализа, повышения его разрешающей способности по частоте и точности, в него введены

фильтр нижних частот, соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом формирователя управляющего пилообразного напряжения,

подключенные последовательно к выходу канала записи-воспроизведения информационного сигнала блок выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр памяти и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом полосового фильтра, подключенные последовательно к выходу канала записи-воспроизведения опорного сигнала компаратор, выход которого соединен со стробирующим входом

блока выборки-хранения, блок временной задержки, формирователь строба и элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора синхронизирующих импульсов, а выход - с входом считывания регистра памяти, при этом выход блока выборки-хранения подключен через фильтр нижних частот к второму выходу устройства.

«М

/«

-Э

/7

Изобретение относится к накоплению информации. Целью изобретения является сокращение времени анализа и повышение его разрешающей способности по частоте и точности. В известное устройство, содержащее соединенные последовательно формирователь пилообразного управляющего напряжения, управляемый гетеродин с линейной частотной модуляцией и канал запиИзобретение относится к накоплению информации, а именно к устройствам для анализа результата воспроизведения с носителя магнитной записи. Целью изобретения является сокращение времени анализа, повышение его разрешающей способности по частоте и точности. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов 1, делитель частоты 2, формирователь пилообразного управляюси-воспроизведения опорного сигнала, а также полосовой фильтр, выход которого является первым выходом устройства, введены соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом формирователя пилообразного управляющего напряжения, подключенные последовательно к выходу канала воспроизведения информационного сигнала блок выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр памяти, цифроанало- говый преобразователь, выход которого соединен с входом полосового фильтра, подключенные последовательно к выходу канала воспроизведения опорного сигнала компаратор, выход которого также соединен со стробирующим входом блока выборки хранения, блок временной задержки, формирователь строба и логический элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а выход - с входом считывания регистра памяти. щего напряжения 3, гетеродин 4 с линейной частотой модуляции (ЛЧМ), канал опорного сигнала блока 5 магнитной записи-воспроизведения (МЗВ), компаратор 6, подключенные последовательно к выходу канала информационного сигнала блока 5 МЗВ блок 7 выборки-хранения, стробирующий вход которого соединен с выходом компаратора 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и регистр памяти 9, вход считывания которого соединен с выходом компаратора 6 через соединенные последовательно блок временной задержки 10, формирователь Ё XI Сд) 43 « |СЛ

0 V

00

/Г

JUl

e / JL

Л/0

i/

/

At

Ј

//

/

M/

- 4

A