Устройство для записи-воспроизведения сигналов цифровой информации

ОЮЭ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКЕСПУБЛИК В 5/ ГОСУД АРС ПО ДЕЛА ИЗОБРЕТЕНИ ОП ТВУ МУ СВИДЕТ через соответствующие фильтры с вхо-дами мультиплексора, выход которогочерез последовательно соединенныеблок кодирования и преобразовательдвоичного кода в многоуровневый подключен к информационному входу преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигнал, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы генератора тактовых и синхронизирующихимпульсов подключены соответственнок дополнительным управляющим входамсогласующего усилителя, преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигнал, блока кодирования, к первому управляющему входу преобразователя двоичного кода в многоуровневый,второй управляющий вход которогосоединен 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 соединенные детектор экстремальных значений,преобразователь многоуровневогокода в двоичный и блок декодированияс входом демультиплексора, выходы которого соединены с другими входамисоответствующих фильтров, а первый,второй, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих напряжений соединены соответственно с управляющими входами детектора экстре"мальных значений, преобразователямногоуровневого кода в двоичный, демультиплексора и с дополнительнымуправляющим входом блока декодирования,ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ(71) Горьковский ордена ТрудовогоКрасного .Знамени научно-исследовательский радиофиэический институт(56) 1. Патент США И 3588836,кл. 6 11 В 5/02, 1973.2. Авторское свидетельство СССРй 610162, кл. 6 11 В 5/09 1978.3 Авторское свидетельство СССР,ФГ 777688, кл. 6 11 В 5/02, 1980.4. Авторское свидетельство СССРй 661598, кл. 6 11 В 5/09, 1979(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ.-ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОЙ ИН"ФОРМАЦИИ, содержащее последовательно соединенные преобразователь цифрового кода в синусоидальный сигнали согласующий усилитель, подключенный к входу магнитофона, а такжеблоки кодирования и декодирования,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения плотности записи,в него введены два фильтра, мультиплексор, преобразователь двоичногокода: в многоуровневый, генератортактовых и синхронизирующих импульсов, источник опорного напряжения,разделительный усилитель, детекторэкстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный, демультиплексор и блок формирования управляющих напряжений, приэтом два входа устройства соединены 049961 А25 30 35 Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам длямагнитной записи-воспроизведения информации, и может быть использованопри проведении корреляционных измерений, а также в устройствах компенсации помех.Известно устройство многоканальной записи, где в каждом канале запись информации производится на отдельную дорожку. В этом устройствепредусмотрено преобразование двоичной информации в последовательностьимпульсов, имеющих три уровня И .Недостатками устройства являются 15низкая плотность записи, а такженеобходимость использования специального многоканального магнитофонаИзвестно также устройство, которое используя многоуровневый код, 20позволяет повысить плотность записи в несколько раз, и содержит источник цифровой информации, преобразователь двоичного кода в многоуровневый.частотный модулятор, записывающуюголовку, носитель магнитной записи,воспроизводящую головку, частотныйдемодулятор, преобразователь многоуровневого кода в двоичный и приемник цифровой информации 2.Однако в этом устройстве возможны потери информации при преобразовании многоуровневого кода в двоичный эа счет влияния на последующиесимволы многоуровневого кода межсимвольных искаженийБазовым объектом является устройство, содержащее источник цифровойинформации, преобразователь двоичного кода в многоуровневый, преобраэователь многоуровневого кода всигнал, удовлетворяющий условию се-лективности, частотный модулятор,записывающую головку, носитель магнитной записи, воспроизводящую го".45ловку, частотный демодулятор, форми-рователь двоичного кода и приемникцифровой информации. В этом устройстве реализуется минимизация межсимвольных искажений при преобразовании50многоуровневого кода 13 .Недостатком устройств для записи-воспроиведения с многоуровневымкодом, использующих частотную модуляцию, является невозможность использования в них бытовых магнито 55Фанов, поскольку бытовые магнитофоны не удовлетворяют предъявляемымв таких устройствах повышенным требованиям к детонации, а использова- ние в этих устройствах специальных магнитофонов приводит к их существенному удорожанию.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для записи-воспроизведения 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 выходоммагнитофона и входом декодирующего устройства включены последовательно соединенные усилитель с мгно.венной автоматической регулировкой усиления и преобразователь синусоидальных сигналов в цифровые Я .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 сигнали 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 свходами мультиплексора, выход которого через3 1049последовательно соединенные блок кодирования и преобразователь двоичного кода в многоуровневый подключенк информационному входу преобразова. теля цифрового кода в синусоидальный сигнал, первый, второй, третий,четвертый и пятый выходы генераторатактовых и синхронизирующих импуль"сов подключены соответственно. к дополнительным управляющим входам со Огласующего усилителя, преобразователя цифрового кода в синусоидальный сигналблока кодирования, к пер.вому управляющему входу преобразова-теля двоичного кода в многоуровневый, второй управляющий вход которого соединен с выходом источникаопорного напряжения, а выход магнитофона подключен к входу раздели"тельного усилителя, первый, выход которого соединен с входом блока формирования управляющих напряжений, второй - через последовательно соединенные детектор экстремальных значений, преобразователь многоуровневого кода в двоичный и блок декоди. рования с входом демультиплексора,выходы которого соединены с другимивходами соответствующих фильтров,а первый, второй, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих напряжений соединены соответственно с управляющими входами детектора экстремальных значений,преобразователя многоуровневого кода35в двоичный, демультиплексора и с до"полнительным управляющим входомблока декодирования.На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства для записи-воспро"40,изведения сигналов цифровой информации; на фиг2 " эпюры напряженийна выходах основных блоков устройства при записи;. на фиг. 3 - то же;при воспроизведении,45Устройство содержит на входах соответственно первый и второй фильтры:1 и 2, выходы которых подключены к соответствующим сигнальным входам мультиплексора 3. Выход мультиплексора 3 через. последовательносоединенные блок кодирования 4, преобразовательдвоичного кода в многоуровневый, преобразователь 6 цифрового кода в синусоидальный сигнали согласующий усилитель 7 подключенк входу магнитофона 8. В ыход магни-,тофона 8 соединен с входом раздели.тельного усилителя 9, первый выход которого подключен к входу блока 10формирования 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 демульти" плексора 14, выходы которого подклю" чены к первым входам соответствующих фильтров 1 и 2. Генератор 15 тактовых и синхронизирующих импульсов подключен к управляющим входам. мультиплексора 3, блока кодирования 4, преобразователя 5, преобразователя 6 и согласующего усилителя:7. Источник 16 опорного напряжения соединен с вторым управляющим входом преобразователя 5. Блок 10 подклю" чен к управляющим входам стробируемого детектора 11, преобразовате-ля 12, блока декодирования 13 и демультиплексора 14. Вторые входы фильтров 1 и 2 являются входами устройства, а выходы - выходами устройства.Число возможных уровней в многоуровневом коде определяется отношением сигнал/шум сквозного тракта записи-воспроизведения. В рассматриваемом варианте устройства осуществляется преобразование двоичного кода в восьмиуровневый.Генератор 15 предназначен дляформирования тактовых импульсныхпоследовательностей П 1 и Пс пе-. риодом Т 1, сдвинутых относительно друг друга на,(2(эпюра 1 и 2, фиг.2) синхронизирующего напряжения с периодом Т (эпюра 13, фиг. 2),синх-. ронизирующей последовательности им" пульсов П с периодомл".0 =,3 ь где и - число элементов многоуровневого кода (на эпюрах 2 и 3 период лравен длительности трех элементов двоичного кода) и последовательности прямоугольных импульсов П 4 с периодом 1 в, где пт=1,2.,3 К (на эпюре 10, фиг. 2, в=1)Источник 16 предназначен для фор" мирования опорного напряжения постоянного уровня, равного в конкретном случае восьми уровням многоуровневого кода.Блок 1 О предназначен для формирования импульсной последователь(эпюра 3, Фиг. 3) из синхронизирующего напряжения (эпюра 2, фиг.3),Устройство может быть реалиэова но, например, при использовании бытового магнитофона типа "Тембр".Устройство работает следующим образом.Аналоговые сигналы первого и второго информационных каналов поступают на вторые входы фильтров 1 и 2 соответственно. фильтры 1 и 2 ограничивают спектр записываемых частот. Мультиплексор 3 в моменты поступления тактовых импульсов последовательности П 4 с генератора 15 (эпюра 1, фиг, 2) обеспечивает одновременную разделительную выборку и запоминание отсчетов аналоговых сигналов, О поступающих с фильтров 1 и 2 (эпюры 3 и 4,.фиг. 2). Затем пультиплексор 3 осуществляет уплотнение двухканального сигнала: при поступлении с генератора 15 тактового импульса последовательности П 4 1 эгвора 1, фиг.2) мультиплексор 3 формирует на выходе сигнал, пропорциональный выборке сигнала с фильтра 1, а при поступлении с генератора 15 тактового 30 импульса последовательности П (эпюра 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. Ка зпюре 6 это же напряжение представлено в ином временном масштабе, для одного периода Т 1 последовательности П 1, Блок кодирования 4 при щ поступлении каждого тактового импуль са последовательностей П 4, ПФ (эпюры 1 и 2, фиг. 2) с генератора 15, осуществляет преобразование сигнала с временным уплотнением (эпюра 45 б, Фиг. 2) в двоичный цифровой код (эгвра 7, фиг. 2). Преобразователь 5 при поступлении импульсов последовательности Пс генератора 15 осуществляет преобразование двоичного50 цифрового кода (эпюра 7, фиг. 2) в восьмиуровневый (эпюра 9, фиг. 2) для расширения динамического диапазона при записи, При этом каждый элемент восьмиуровневого кода имеет длительность 1 о, равную длительно 55 сти трех элементов двоичного кода. Общее число элементов восьмиуровневого кода ь =Й . При этом один эле. мент ", в каждом канале используется для передачи постоянного опорного напряжения с источником 16, соответствующего восьми уровням кода ( заштрихованный элемент на эпю" ре 8, фиг. 2), остальные элементы . восьмиуровневого кода - для переда- чи информационного сигнала.В конкретном случае при Т 1000 мкс и Р =4, длительность каждого элементасо =ЦЬ=125 мкс, Один элемент отводится для создания опорного уровня, а три элемента " для передачи многоуровневого кода. Для девятираэрядного 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 восьмиуровнеаого кода. Опорный сигнал, соответству. ющий 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 б.с генератора 15 поступает последовательность прямоугольных импульсов П 4 с периодом 1 о (эпюра 10, фиг. 2),Преобразователь 6 осуществляет формирование амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра 11, фиг, 2) эа 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 (эпора 12, фиг. 2), в котором каждому раэ ряду восьмиуровневого цифрового кода соответствует определенная амплитуда и фаза синусоидального напряжения. При этом положительные уровни напряжения смещенного многоуровневого кода (эпюра 9, фиг. 2) передаются фазой 0 заполнения, а отрицательные7 1 фазой(1, Такая амплитудно-фазовая .(балансная) модуляция позволяет приблизительно вдвое увеличить ам" плитуду единичного уровня по сравне- . нию с обычной амплитудной модуляцией напряжением (эпюра 8, фиг. 2). несмещенного многоуровневого кода последовательности П 4 (эпюра 10, фиг. 2). Синусоидальный амплитудно". фазоманипулированный сигнал посту- пает на сигнальный вход согласующего усилителя 7. На управляющий вход согласующего усилителя 7 подается напряжение синхронизации с генератора 15 с частотой Г= 1114(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,), Иагнитофон 8 осуществляет запись на одной дорожке универсальной магнитной ленты разделенных по полосе занимаемых частот синусоидального амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра 12, фиг. 2) и напряжения синхронизации (эпюра 13, фиг. 2). С линейного выхода магнитофона 8 суммарный сиг-. нал .поступает на разделительный усилитель 9, который осуществляет разделение информационного сигнала и сигнала синхронизации с помощью фильтров. Блок 10 из сигнала синх. ронизации (эпюра 2, фиг. 3) формирует импульсную последовательность П 4. (эпюра 3, фиг; 3), обеспечиваю- . щую демодуляцию информационного сиг нала. Информационный сигнал, представляющий собой синусоидальный амплитудно-фазоманипулированный сигнал (эпюра 1, фиг. 3) с второго выхода разделительного. усилителя 9 поступает на сигнальный вход детек- тора 11 экстремальных значений. Он с помощью импульсной последовательности П блока 10 (эпюра 3, фиг. 3) осуществляет детектирование по экстремуму синусоидального амплитудно-фазоманипулированного сигнала (эпюра 1, фиг, 3) в конце каждого" элемента восьмиуровневого кодаг(.В этом .случае переходный процесс с предыдуЩего элемента кода заканчивается). При поступлении каждого импульса последовательности П 4 с блока09961 8 10 (эпюра 3, фиг. 3) детектор. 11открывается в моменты, предшеству"ющие соответствующим экстремумамсинусоидального амплитудно-фазоманипулированного напряжения (эпюра 1,фиг. 3). Стробируемый детектор 11формирует последовательности положительных (эпюра 1, Фиг, 3)и отрицательных (эпюра 5, фиг. 3) импульсов.Затем эти последовательности склады"ваются, при этом осуществляетсявосстановление восьмиуровневого цифрового кода (эпюра 6 и 7, фиг. 3).Преобразователь 12 с помощью синхронизируюшего напряжения с блока 10(эпюра 2,фиг. 3) из восьмиуровневогокода (эпюра 6, фиг. 3)выделяет элемент с опорным сигналом. Амплитудаопорного сигнала, содержащая четыреуровня, складывается с многоуровневым сигналом (эпюра 6, Фиг. 3) в ре 5 10 5 гозультате чего образуется сигнал (эгю. 25 30 35 40 45 50 55 ра 7, фиг, 3), соответствующий перво. начальному многоуровневому сигналу при записи (эпюра 8, фиг. 2), Затем преобразователь 12 осуществляет преобразование многоуровневого (вось миуровневого) кода в двоичный путем сравнения амплитуд информационных элементов кода с амплитудой опорного сигнала.Так как внутри каждой последовательности элементов (в данном случае 1 ) многоуровневого кода демодуляция каждого информационного элемента осуществляется с помощью, .своего опорного сигнала, колебания уровня в процессе записи-воспроизведения воздействуют одинаково как на опорный, так и на информационные 1Г элементы, Это эквивалентно деиствию мгновенной автоматической регулировки усиления (МАРУ) с постоянной времени порядка Т,2, что и позволяет сохранить высокую достоверность воспроизведения информации. Непосредственное использование НАРУ при многоуровневом коде невозможно, так как это приведет к выравниванию амплитуд многоуровневого кода и, как следствие, к ошибкам при его демодуляции, Блок декодирования 13 при поступлении на его управляющий вход импульсной последовательности . с блока 10 , соответствующей переходам через нуль синхронизирующего напряжения (эпюра 2, фиг. 3) осуще-. ствляет преобразование комбинаций двоичного кода в аналого-дискретныйсигнал (эпюра 9, Фиг, 3),а демультиплексор 14 с помощью этой же импульсной последовательности осуществляет выделение из аналого-дискретного сигнала, уплотненного по времени 5 (эпюра 9, фиг, 3), напряжений первого и второго каналов (эпюры 10 и 11, фиг. 3). Затем демультиплексор 14 осуществляет считывание этих напря" жений в совпадающие моменты времени 1 О (эпюры 12 и 13, фиг. 3). Напряжение первого канала с выхода демультиплексора 14 поступает на вход фильтра 2, а напряжение второго канала - на вход Фильтра 1. При этом вы ход фильтра 2 является выходом первого канала устройства, а выход фильтра 1 - выходом второго канала. Поскольку сигнал первого информацион-ного канала в процессе записи-вос произведения проходит через Фильтры 1 и 2, а сигнал второго информационного канала - через фильтры 2 и 1, то частотные искажения сигналов первого и второго информацион 25 ных каналов идентичны.Поскольку бытовой магнитофон имеет заданную полосу записываемых частот., и, следовательно, заданную наименьшую длительность записыва- ЗО емого элемента, то переход к восьмиуровневому коду при неизменной мини" мальной длительности записываемого элемента позволяет уменьшить длительность элемента двоичного кода в 3 раза. Это обеспечивает увеличение полосы частот записываемого сиг. нала во столько же раз, т.е. дает возможность записывать на одной дорожке магнитофона информацию по мень шей мере с двух каналов.При воспроизведении детектирование по экстремуму в конце каждого периода синусоидального амплитудноФазоманипулированного сигнала по зволяет производить точный отсчет амплитуды даже при Флуктуациях переднего Фронта импульсов последовательности П (эпюра 3, фиг. 3) относительно экстремума синусоидального сигнала (эпюра 1, фиг. 3),Существование флуктуаций обусловлено изменениями фазовых характеристик сквозного канала записи-воспроизведения магнитофона 8.55Использование опорного сигнала при преобразовании восьмиуровневого кода а двоичный, эквивалентное действие мгновенной автоматической регулировки усиления, позволяет при увеличен ной плотности записи сохранить высокую достоверность воспроизведения информации.Таким образом, предлагаемое устройство путем дискретизации и временного уплотнения двухканального аналогового сигнала с последующим последовательным 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 запись- воспроизведение 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 амплитуд но-фазоманипулированному сигналу производится вблизи экстремума в конце каждого периода синусоидального напряжения, что позволяет устранить межсимвольные искажения, обусловленные переходным процессом,от предыдущего элемента кода. Крометого, Формирование порога для каждой многоуровневой кодовой комбинации позволяет обеспечить точный перевод многоуровневого кода в двоичный даже при кратковременных замираниях сигнала (длительность которых не превышаете,/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 магнитофене.1049961 Фиг. дСоставитель Ю.А дактор О.Черниченко Техред И.Тенер нКорре Т.Ващкович 36/М ак иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн д 1 цгндп на ыт 3 е Хк 15 1 цгнав на 5 ыно 0 е Х ЭНИИПИ Го по дел 3035, МоскТираж 594 Подлиснударственного комитета СССРм изобретений и открытийа, В"35, Раущская наб., д. М 5