ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЗВУКА

May 5, 2010 by admin Комментировать »

Использование импульсно-кодовой модуляции для кодирования источника сигнала. В основу цифровой передачи и записи сигналов в цифровых магни­тофонах положена импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Она предполагает дискретизацию аналоговых сигналов путем осуществления отсчетов значений сигналов в определенные (обычно равномерно распределенные) моменты (рие. 1,а). Дискретизованный сигнал подвергается аналого-цифровому преоб­разованию. Вначале — квантованию (дискретизации по уровню), при котором непрерывно изменяющиеся по уровню отсчеты сигналов заменяются квантованными отсчетами. Фиксированные значения уровней квантования берутся из определенного их множества (рис. 1,6). Затем — кодированию: замене кван­тованного отсчета кодовым его значением (кодовым словом). Обычно исполь­зуют двоичный код, где каждая позиция символа определяется одним из двух его значений: 0 или 1.

В результате ИКМ аналоговый сигнал, показанный на рис. 1,а на интер­вале 1 — 10, преобразуется в последовательность десяти кодовых слов: 1 — 0100,. 2 — 0110, 3 — 0111, 4 — 0111, 5 — 0101, 6 — 0100, 7 — 1001, 8 — 1010, 9 — 1001, 10 — 0010.

Эти слова в виде двухуровневого сигнала — последовательности кодовых комбинаций (рис. 2) — могут быть переданы по каналу связи или записаны на цифровом магнитофоне.

clip_image001

Puc. 2. Импульсно-кодово-модулированный сигнал

При приеме или воспроизведении импульсно-кодово-модулированного (ИКМ) сигнала осуществляется обратная операция — цифро-аналоговое преоб­разование. В цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) последовательность кодовых комбинаций преобразуется в последовательность восстановленных от­счетов (рис. 3). Выделяя низкочастотную составляющую из последовательно­сти восстановленных отсчетов, получают восстановленный аналоговый сигнал (рис. 3, штриховая линия).

clip_image002

Рис. 3. Демодуляция ИКМ сигнала

Требования к динамическому диапазону канала передачи ИКМ сигнала (каналу прямой записи — воспроизведения цифрового магнитофона) невысо­ки, поскольку требуется передать всего лишь два уровня сигнала — 1 и 0. Не­линейные искажения двухуровневого сигнала, возникающие в этом канале, практически не оказывают существенного влияния на восстановленный сигнал.

Точность передачи сигналов с ИКМ зависит от параметров аналого-цифрового преобразования — частоты дискретизации и шага квантования. Для неискажен­ной передачи сигнала частота дискретизации fд в соответствии с теоремой Ко-тельникова должна, по крайней мере, вдвое превышать высшую частоту FB пе­редаваемого аналогового сигнала (fД>2FВ). Шаг квантования определяет мак­симальную погрешность восстановленного сигнала и характеризует ошибки квантования, которые проявляются как «шум квантования». Шаг квантования связан с количеством уровней квантования. Чем большее количество уровней, тем меньше шаг квантования и тем большая точность передаваемого ИКМ сигнала. При двоичном представлении информации количество уровней N вы­ражают степенью n числа 2 N = 2n (n — разрядность двоичного числа или кода). Максимальное теоретическое отношение гармонического сигнала к шу­му квантования приблизительно равно (6n+1,8) дБ. В зависимости от метода измерения шума в выражении максимального динамического диапазона DM, дБ, сигнала учитывается поправка Ра на метод измерения: DM=6n+l,8 Ри. (Например, для квазипикового взвешенного измерения шума в соответствии с Рекомендацией 468-3 МККР РИ составляет 12 дБ.) Реальный динамичес ш: диапазон Dр, дБ, обычно меньше максимального, поскольку всегда оставляют запас Р3 на перегрузку оборудования:

Dp = бn+ 1,8 — РИРЗ.

В зависимости от вида сигнала и метода его измере ия Р3 ложет при­нимать различные значения [от 4 (для речевых) до 10 дБ и более (для му­зыкальных сигналов)].

Зная требования к сигналам и методам измерения, легко определить не­обходимое количество разрядов для аналого-цифрового преобразования

n> (D — 1.8 + Ри + Р3)/6.

Для достижения динамического диапазона звукового сигнала свыше 80 — 90 дБ в случае равномерного квантования количество разрядов должно быть 16 — 18.

Иногда в бытовой записи и часто при передаче сигналов по каналам свя­зи используют ИКМ с неравномерным квантованием [1, 2]. Шаг квантования для больших уровней выбирается относительно большим и уменьшается с уменьшением уровня таким образом, что отношение уровня передаваемого сиг­нала к уровню шума квантования остается приблизительно одинаковым для всех сигналов (рис. 4). При этом для обеспечения заданного динамического диапазона (отношения максимального сигнала к минимальному) требуется меньшее число уровней квантования (т. е. меньшее число разрядов). Нерав­номерное квантование обычно осуществляется путем разбиения динамического диапазона на сегменты, в каждом из которых производится равномерное квантование. Преобразование такого рода называют сегментным компандиро-ванием. В последнее время оно осуществляется цифровыми средствами.

Достоинство компандирования при ИКМ состоит в уменьшении цифрово­го потока. К его недостаткам относятся динамические искажения сигнала и наличие остаточного шума квантования, по структуре близкого к модуляционному.

Более подробные сведения об ИКМ можно найти в [1 — 4].

Скорость последовательной передачи символов ИКМ сигнала (цифровая скорость) в бит за секунду

fс = fдn.

В случае передачи символов в параллельном коде по n каналам значение скорости передачи символов по каждому из параллельных каналов совпадает со значением частоты дискретизации. Возможна последовательно-параллель­ная передача.

clip_image003

Рис. 4. Характеристика неравномерного кван­тования

Рассмотрим, каким образом могут быть связаны параметры ИКМ со свойствами канала записи — воспроизведения.

Параметры импульсно-кодовой модуляции. Современный профессиональ­ный цифровой магнитофон обеспечивает запись сигнала с верхней частотой 20 кГц при скорости 38,1 см/с с максимальным динамическим диапазоном свыше 80 — 90 дБ. Частота дискретизации должна превышать 2FE. С учетом конечной крутизны характеристики фильтров АЦП и ЦАП она может состав­лять 44 — 60 кГц (в качестве стандарта для цифровой студийной аппаратуры выбрана частота 48 кГц). Минимальное необходимое количество разрядов ана­лого-цифрового преобразования равно 16. Следовательно, канал прямой за­писи — воспроизведения с однодорожечной записью должен пропускать как минимум 16-48000 = 768000 бит/с. С увеличением числа дорожек цифровая скорость пропорционально уменьшается.

Свойства канала записи — воспроизведения цифрового магнитофона. На практике используют два варианта цифровой записи звука. В одном случае цифровой сигнал звука преобразуют в квазителевизионный и записывают этот сигнал на видеомагнитофоне.

В видеомагнитофоне применяется модуляционная (в основном частотно-модулированная) запись, при которой обеспечиваются линейность канала, равномерность амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания и достаточно хорошее отношение сигнал-шум (около 40 дБ). Свойства видео­магнитофонов подробно описаны в [5, 6].

clip_image004

Рис. 5. Семейство амплитудно-частотных характеристик кана­ла записи — воспроизведения без подмагничивания

Во втором случае осуществляется прямая запись цифрового сигнала звука без подмагничивания. Свойства канала записи — воспроизведения существен­но отличаются от свойств канала видеомагнитофона или канала связи. Канал записи (от входа усилителя записи до еигналограммы) обладает нелинейными свойствами, зависящими от частоты (или длины записываемой волны). Канал воспроизведения линеен и частотозависим.

Ход кривых семейства условных амплитудно-частотных (или амплитудно-волновых) характеристик [Под условными амплитудно-частотными характеристиками здесь понима­ется зависимость уровня первых гармоник воспроизводимого сигнала от частоты] канала записи — воспроизведения без подмагничи-вания на носителе с рабочим слоем, превышающим половину длины волны, представлено на рис. 5. Параметром семейства является значение тока за­писи.

clip_image005

Рис. 6. «Глаз — осциллограм­ма»

Спадающая часть амплитудно-частотной характеристики неустойчива и в значительной степени зависит от условий контакта головки с лентой. Из-за не­идеальности лентопротяжного механизма, колебаний скорости и динамических перекосов ленты наблюдаются колебания частоты и фазы воспроизводимого сигнала.

В случае записи с высокой плотностью проявляется взаимовлияние фрон­тов (межсимвольные искажения) записанных сигналов из-за ограниченной полосы пропускания канала записи — воспроизведения и из-за нелинейного процесса стирания ранее записанного участка еигналограммы полем записи.

Воспроизводимый сигнал дополняется аддитивными и мультипликативны­ми помехами. В воспроизводимом сигнале наблюдаются выпадения различ­ной длительности, вызванные дефектами рабочего слоя ленты и загрязнением ленты и головки. Максимальная длительность выпадений может достигать ты­сяч бит.

Таким образом, условия передачи цифровых сигналов через канал запи­си — воспроизведения оказываются не совсем благоприятными для неискажен­ной передачи звука, и необходимо предъявлять ряд определенных требований к записываемым сигналам.

Требования к записываемым сигналам. Огибающая спектра записываемо­го цифрового сигнала должна быть по возможности близкой к выбранной амплитудно-частотной характеристике канала прямой записи — воспроизведе­ния. Спектр не должен содержать постоянную составляющую во избежание «плавания базовой линии» воспроизводимого сигнала. Наиболее важные со­ставляющие спектра не должны располагаться в высокочастотной области, которая в большей степени подвержена паразитным амплитудной и фазовой модуляциям, вызванным переменным неконтактом.

Записываемый сигнал должен обладать свойством самосинхронизации для обеспечения правильного определения тактового интервала воспроизводимого сигнала в условиях зашумленности и паразитных частотной, амплитудной и фазовой его модуляций.

clip_image007

Рис. 7. Диаграммы канальных кодов

1 — без возвращения к нулю; 2 — без возвращения к нулю DBH-1, 3 — бифазный; 4 — бича­стотный; 5 — модифицированная частотная модуляция, 6, 7 — трехчастотный, 8 — Миллер-квадрат; 9 — трехпозиционная модуляция; 10 — 8/16; 11 — модуляция с высокой плотностью

Способность воспроизводимого сигнала к детектированию удобно опре­делять по «глаз-осциллограмме» (ее называют также «глазковой диаграммой») (рис. 6), которую получают на экране осциллографа, синхронизированного тактовой частотой, при подаче воспроизводимого сигнала на вертикальный вход осциллографа. Благодаря наложению различных комбинаций сигнала и шума изображение представляется в виде утолщенных линий — век «глаза», который закрывается при увеличении шумов, фазовых дрожаний и смещениях базовой линии. При полностью раскрытом «глазе» условия детектирования наилучшие; если «глаз» закрыт, то пороговое детектирование невозможно. Уменьшение плавания базовой линии и самосинхронизация часто достигаются введением избыточности (дополнительных битов) в цифровой сигнал.

Особенности цифровой магнитной записи описаны в [7].

Канальные коды. В магнитной записи наиболее широко используется двухуровневое кодирование без возвращения к нулю, которое легко связать с двумя противоположными соетояниями намагниченности рабочего слоя но­сителя.

Диаграммы типичных канальных кодов (кодов, используемых в канале за­писи — воспроизведения) для цифровой записи приведены на рис. 7.

Простейший код без возвращения к нулю (БВН), в котором в течение каждого тактового интервала (или интервала бита на ленте) логической еди­нице (1) соответствует одна полярность сигнала (или состояние намагничен­ности рабочего слоя магнитной ленты), а логическому нулю (0) соответствует противоположная полярность сигнала (или противоположное состояние на­магниченности), мало пригоден для непосредственной записи на ленте и вос­произведения индукционной магнитной головкой. Кодовая последовательность ЕВН принципиально содержит постоянную составляющую, которая не пере­дается через канал воспроизведения из-за дифференцирующего действия ин­дукционной головки. Этот код не обладает свойствами самосинхронизации — яе несет регулярной информации о длительности тактовых интервалов. Поэто­му код БВН не находит практического применения в магнитной записи.

Модифицированный код БВН-1 (рис. 7, 2), в котором одному из двоичных -символов, например 1, соответствует изменение полярности сигнала на такто­вом интервале, а другому символу, например 0, соответствует отсутствие та­кого изменения, хотя и позволяет воспроизвести все 1, но не обладает свой­ствами самосинхронизации и также мало пригоден для магнитной записи.

О пригодности кодов для передачи через канал магнитной записи — вос­произведения можно судить по их нескольким параметрам. Отношение мини­мального интервала Гмин между изменением полярности сигнала к тактовому интервалу Тт характеризует так называемую эффективность кода, влияющую на требуемую полосу пропускания канала передачи сигнала и определяющую условия взаимовлияния соседних символов, что особенно важно при записи. Чем больше отношение Tминт, тем меньше взаимовлияние символов.

Возможность самосинхронизации кодов, т. е. способность нести в себе ре­гулярную информацию о продолжительности тактовых интервалов, определя­ется отношением максимального интервала Гмакс между изменением полярно­сти сигнала к тактовому интервалу. Чем меньше отношение ТМАКСТ, тем лучше самосинхронизация кода, тем проще осуществлять посимвольную синх­ронизацию сигнала при воспроизведении.

Отношение минимальной разницы между интервалами изменения поляр­ности сигнала АГ в кодовой последовательности к тактовому интервалу («ок­но детектирования») характеризует способность кода к детектированию (раз­личению символов при воспроизведении) и оказывает влияние на требуемые полосу пропускания канала и допустимые временные искажения сигналов за­писи — воспроизведения. Чем больше отношение Д7УГТ, тем проще детектиро­вать сигнал и тем менее жесткие требования предъявляются к полосе пропус­кания канала записи — воспроизведения и к допустимым временным искаже­ниям воспроизводимого сигнала.

Неравномерные интервалы между изменениями полярности кодированного сигнала могут привести к изменению постоянной составляющей в текущем или мгновенном (на протяженном участке кодовой последовательности) спектре сигнала, к «плаванию базовой линии» воспроизводимого сигнала, затрудняю­щему пороговое детектирование. Для сбалансированных кодов отношение по­стоянной составляющей кодовой последовательности (С=) к полному размаху сигнала (Л) стремится к нулю. Для несбалансированных кодов отношение С=/А может достигать 0,5. В последнем случае пороговое детектирование сиг­нала невозможно.

Рассмотрим несколько видов канальных кодов, пригодных для цифровой записи.

Бифазный код (БФ) (рис. 7, 3} характеризуется тем, что одному логиче­скому состоянию, например 1, соответствует изменение фазы сигнала на 180 в начале тактового интервала и противоположное изменение фазы в середине тактового интервала, а другому логическому состоянию, например 0, соответ­ствует изменение фазы сигнала на 180° в середине тактового интервала.

Бичастотный код (БЧ) (рис. 7,4): одному из логических состояний, напри­мер 1, соответствует два полупериода прямоугольного колебания с частотой 1/Tт в течение тактового интервала, а противоположному логическому состо­янию, например 0, соответствует один полупериод прямоугольного колебания с частотой 1/2TT.

Бичаетотная и бифазная кодовые последовательности близки по своей структуре и по спектральному составу. Они полностью сбалансированы (по­стоянная составляющая равна 0), обладают наилучшей самосинхронизирую­щей способностью, но требуют вдвое большей полосы пропускания канала пе­редачи, чем, например, БВН.

Расширения полосы пропускания не требуют трехчастотные коды. Трех-частотные кодовые сигналы содержат последовательности полупериодов пря­моугольных колебаний с продолжительностью Гт, 1,5ГТ и 2ГТ (рис. 7, 5 — 7). Существует 14 вариантов трехчастотных кодов с приблизительно одинаковы­ми свойствами. Они обладают самосинхронизацией, но могут содержать по­стоянную составляющую. Для этих кодов правильное восстановление инфор­мации после сбоя возможно лишь после прихода комбинации из трех симво­лов, образующей в кодовой последовательности максимальный интервал (2ГТ) между соседними изменениями полярности сигнала. Один из вариантов этих кодов назван кодом Миллера, или модифицированной частотной модуляцией (МЧМ). Его алгоритм следующий (рис. 7, 5): одному из логических состоя­ний, например 1, соответствует изменение полярности сигнала в середине тактового интервала, а противоположному логическому состоянию, например О, соответствует изменение полярности сигнала в начале тактового интервала, за исключением случаев, когда 0 непосредственно следует за 1. Правильное детектирование этого кода осуществляется после прихода комбинации 101. Этот код находит применение в цифровой записи звука.

Модифицированный код Миллера, или М2 (рис. 7, 8), сбалансирован. Для уменьшения постоянной составляющей в кодовой последовательности в алго­ритм кодирования введено дополнительное ограничение. Одному логическому состоянию, например 1, в коде М2 соответствует изменение полярности в се­редине тактового интервала, за исключением последней 1 в серии «единиц»; другому логическому состоянию, например 0, соответствует изменение поляр­ности в начале тактового интервала, за исключением случая, когда 0 непо­средственно следует за 1. Кодированный сигнал состоит из полупериодов пря­моугольных колебаний продолжительностью Tт, 1,5 TТ, 2,5 Тт и ЗГТ. Этот код часто применяют при цифровой записи.

Трехпозиционная модуляция, или код ЗРМ (рис. 7, 9), относится к груп­повым кодам. Исходная информация разделяется на группы из трех символов, и каждое трехраэрядное цифровое слово преобразуется в шести­разрядное слово, в котором 1 соответствует изменению полярности и любые 1 всегда разделены двумя 0:

1. 000->000010 5. 100->001000

2. 001->000100 6. 101->100000

3. 010->010000 7. 110->00010

4. 011->010010 8. 111->00100

Если на стыках слов, например 1 и б, 7 и 8, образуются комбинации Ш1, то они заменяются комбинациями 010:

000010 100000 000001 000000

Чтобы при перекодировании не происходило изменения временного масш­таба, каждое 6-разрядное слово размещают на таком же временном интер­вале, что и исходное 3-разрядное слово. Самосинхронизуемость кода ЗРМ не­сколько хуже, чем кода М2, поскольку максимальное расстояние между точ­ками изменения полярности составляет пять тактовых интервалов исходной кодовой последовательности. Но взаимовлияние импульсов проявляется в мень­шей степени, так как ТМИН/Тт = 1,5.

Групповой код 8/16 (рис. 7,10) обладает лучшей еамосинхронизуемостью, чем код ЗРМ, но импульсы в нем в большей степени подвержены взаимовлия­нию. Код 8/16 полностью сбалансирован. Для его образования исходная ин­формация разделяется на 8-разрядные слова, каждое из которых заменяется 16-разрядным словом в том же временном интервале с учетом следующих правил: каждое слово имеет восемь 1 и восемь 0 и не содержит изолирован­ных il и 0; каждое слово начинается с 0 (либо каждое — с 1). На стыках слов не имеется изолированных 1 и 0. Из 65 384 возможных комбинаций 16-разрядг ных слов выбираются 296 комбинаций, начинающихся с 0 (либо с 1) и удов­летворяющих перечисленным условиям, для кодирования 256 возможных вход­ных 8-разрядных слов. Неиспользованные 40 комбинаций могут служить в ка­честве абсолютных маркеров для иерархической синхронизации. Код облада­ет хорошей самосинхронизацией (TМАKC/TТ = 3) и не требует расширения по­лосы пропускания канала передачи (ТМинт = 1). Этот код обладает спо­собностью обнаруживать ошибки: 29 из 216 (свыше 99%).

Модуляция с высокой плотностью, или код HDM-1 (рис. 7, 11), также не требует расширения полосы пропускания канала и обладает самосинхро­низацией, уступающей, однако, коду 8/16. Правила его построения следующие: если входная комбинация содержит 01, то изменение фазы сигнала осуществ­ляется в середине интервала бита «единицы». Для последовательности 1 из­менение фазы осуществляется на границе каждой пары 1; если три 1 пред­шествуют 0, точка изменения фазы сдвигается от края второй 1 к границе между последней 1 и 0. Для последовательности 0 исходного сигнала исполь­зуются следующие правила: если предшествующая точка смены фазы нахо­дится на границе интервала бита, для последующих «нулей» не имеется пе­реходов, за исключением случаев смены фазы на границе четвертого или пя­того 0 (по крайней мере, для пяти последовательных 0). Если предшествую­щий переход находится в середине интервала бита, смена фазы для после­дующих «нулей» отсутствует, за исключением точек на границе третьего и четвертого 0 (для, по крайней мере, последовательности из четырех 0).

Таблица 1

Параметры канальных кодов

Тип кодов

Tмин /Tт

Tмакс /Tт

ДТ/ТТ

БВН, БВН-1

1

1

БФ

1 2

1

1/2

3-част.

1

2

1/2

М2

1

3

1/2

ЗРМ

1,5

5

1/2

HDM-1

1,5

4,5

1/2

8/16

1

3

1

Трехпараметрические К(р, s, т)-коды обладают всеми свойствами кода канала. Каждая кодовая комбинация из m символов такого кода всегда на­чинается с одного из символов, например 1, а оканчивается не менее чем р «нулями» и не более чем s «нулями». Выбирая различные соотношения пара­метров р, s и т, легко получить коды с наперед заданными свойствами, оп­тимизируя для каждого конкретного случая соотношения между самосинхро-низируемостью, эффективностью, степенью сбалансированности и т. п. Коды обладают и помехозащитными свойствами. Параметры канальных кодов при­ведены в табл. 1.

Правильный выбор канального кода, хорошо согласованного е каналом прямой записи — воспроизведения, — лишь одно из условий успешной записи .цифрового сигнала. Важно правильно определить начало каждого слова, со­ответствующего отсчету, т. е. требуется помимо посимвольной синхронизации осуществление пословной синхронизации или синхронизации группы слов (блоков). Для этой цели в записываемый код дополнительно вводят специ­альные символы или слова синхронизации. Они оказываются чрезвычайно по­мпезными для восстановления временного масштаба при воспроизведении.

Защита от ошибок. Из-за дефектов носителя, неконтакта или шумов воз­можны ошибки при воспроизведении: вместо 0 будет воспроизведена 1 или наоборот. В результате восстановленный отсчет будет отличаться от исход­ного, что может привести к щелчку, воспринимаемому на слух. Для устра­нения влияния таких ошибок используют помехоустойчивое кодирование, суть которого сводится к следующему.

Каждое исходное кодовое слово из n символов заменяют кодовым словом из т символов (m>n) таким образом, чтобы любая пара вновь образован­ных слов отличалась друг от друга как минимум на l символов (l — расстояние Хэмминга). Число комбинаций из т символов превышает число требуемых комбинаций (из n символов). Используемые комбинации из m символов на­зывают разрешенными, а неиспользуемые — запрещенными. Ошибка в одном из символов воспроизведенного m-разрядного слова переведет его в разряд запрещенных слов, что позволит обнаружить ошибку.

Для обнаружения всех одиночных ошибок достаточно, чтобы l>2. Обна­ружение всех ошибок кратности q возможно при l>q+l. Для исправления ошибок необходимо иметь большее кодовое расстояние

l>2q+1.

Например, имея исходные информационные слова A1 = 00, Л2=01, A3=10, A4=11 (здесь l=1) и добавляя к каждому из них по одному разряду А1 = = 000, A2=011, Л3=101, A4=11О (l=2), можно обнаружить ошибочное сло­во, если произошла одиночная ошибка. Если в результате ошибки слово az либо Лз принято в виде 001, то его считают ошибочным.

Для исправления одиночных ошибок добавим еще два разряда в каждое слово: A1 = 00000, A2=01101, A3=10110, A4= 11011 (1>3). В этом случае можно определить, в каком из символов произошла одиночная ошибка. Дей­ствительно, если Л3 принято в виде 10010, легко определить, что ошибка про­изошла в третьей позиции. Ошибка исправляется заменой ошибочного симво­ла на противоположный: 10010-40110

Имеется литература по помехоустойчивому кодированию [8, 10], с кото­рой читатель может ознакомиться. Здесь же мы остановимся лишь на специ­фических случаях, характерных для магнитной записи.

В магнитной записи, как уже упоминалось, возможны многократные ошиб­ки и длительные пакеты ошибок. Поэтому помехозащитные коды должны обеспечивать возможность исправления и пакетов ошибок. К таким кодам, в частности, относятся каскадные коды. Но в случае пакета ошибок длитель­ностью в тысячи бит и они оказываются либо бессильными, либо аппаратур-но нереализуемыми. Для борьбы с длительными выпадениями в цифровой за­писи используют перемежение символов, слов или блоков. Символы исходного цифрового сигнала размещают на ленте не подряд в естественном порядке, а вразброс через большие интервалы, превышающие длительность выпадений. При воспроизведении осуществляют обратное преобразование (деперемеже-ние) и размещение символов в естественном порядке. Если случается выпаде­ние, то ошибочные символы после деперемежения равномерно распределяют­ся по различным словам таким образом, что в каждом слове будет не более одного ошибочного символа (рис. 8). Операция перемежения позволяет эф­фективно бороться с выпадениями и значительно упрощает коды и аппара­турную реализацию кодеков.

clip_image008

Рис 8 Принцип перемежения.

1 — исходная кодовая комбинация, 2 — расположение символов после перемежения, 3 – пакет ошибок (X), 4 — расположение символов после деперемежения (пакет ошибок превратился в одиночные ошибки)

Состав кодированного сигнала. Перечисленные выше требования к запи­сываемому цифровому сигналу показывают, что помимо информационной час­ти сигнала (битов на отсчет) требуется введение в сигнал избыточной части для обеспечения согласования с каналом записи — воспроизведения, синхрони­зации и защиты от ошибок. При многоканальной записи желательно ввести дополнительную информацию для идентификации каналов и для управления оборудованием. В профессиональной студийной записи желательно предусмот­реть дополнительные биты для обеспечения возможности дальнейшего разви­тия оборудования.

Если разбить звуковой сигнал на отдельные фрагменты одинаковой дли­тельности, то каждый кодированный фрагмент будет содержать информаци­онную часть и дополнительные биты, как это показано на рис. 9.

Введение избыточности в сигнал приводит к увеличению цифровой ско­рости передачи битов через канал записи — воспроизведения битов и к умень-

шению информационной плотности записи (уменьшению количества информа­ционных битов, приходящихся на единицу длины дорожки записи или на еди­ницу площади носителя). Таким образом происходит «обмен» полосы частот или площади носителя на достоверность воспроизводимого сигнала.

Глубокое понимание свойств канала магнитной записи — воспроизведения, правильный выбор помехозащитного кода, кода записи и предыскажений сиг-палов позволяют рационально использовать носитель записи. Расход носителя в современных цифровых магнитофонах (с продольной многодорожечной за­писью) не превышает расхода носителя в аналоговых магнитофонах. Приме­ром тому служат высококачественные кассетные цифровые магнитофоны с лентой шириной 3,81 мм, разработанные многочисленными зарубежными фир­мами (Sony, Pioneer, Sharp, Victor и др.). В профессиональных цифровых магнитофонах использованы тот же формат носителя и те же скорости записи, что и в аналоговых магнитофонах. Аппаратурная сложность (в основном электронных узлов) цифрового магнитофона «обменивается» на высокое ка­чество воспроизводимых сигналов.

Наиболее привлекательным свойством цифровых магнитофонов студийного применения является возможность многократной перезаписи без потери ка­чества благодаря исправлению ошибок и полной регенерации сигналов.

clip_image009

Рис. 9. Фрагмент кодированного сигнала

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты