|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 16 изображена на рис. 4.4 и сходна с генератором псевдослучайной последовательности импульсов. В схеме используется л-разряд-ный сдвигающий регистр 5 и элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В этом случае могут возникнуть последовательности, состоящие из одних единиц или нулей, однако, вероятность прекращения генерации псевдослучайного сообщения в течение, например, 50 и более тактов равна примерно JO . Эта величина значительно меньше вероятности сбоя из-за выпадений. Для того чтобы исключить и такой предельный случай, в схеме модулятора СКБВН сигнала предусмотрено устройство контроля, выполненное на основе счетчика 8, которое искусственно запускает систему, модифицируя лишь один бит регистра при прекращении генерации информации в течение 64 тактов. 3. АВТОМАТНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛОВ Автоматное представление сигналов цифровой звукозаписи основано на технических устройствах и алгоритмах их функционирования, описанных в гл. 4. Рассмотрим конечные автоматы как абстрактные модели модуляторов (а затем и демодуляторов) сигналов цифровой звукозаписи. Классическими моделями теории конечных автоматов являются автоматы Мили и Мура, которым соответствуют следующие формальные определения [9 . Конечный автомат Мили - это пятерка А = (Z, X, Y,f, g), где Z, X, Y - конечные множества состояний, входов и выходов соответственно; / : Z X X Z - функция переходов; g i Z X X X - функция выходов. Конечный автомат Мура - это пятерка А = (Z, X, Y, /, h), где Z, X,Y и f означают то же, что и в определении автомата Мили; h : Z X Y Y - функция выходов. В автоматах Мура реализуется другая, чем в автоматах Мили временная связь между переходами из одного состояния в другое и выходами. В частности, в автоматах Мили выход, соответствующий некоторому входу и определенному состоянию, порождается во время перехода автомата в следующее состояние. В то же время в автоматах Мура сначала порождается выход, а потом происходит переход в следующее состояние, причем выход определяется только состоянием автомата. Автоматы Мили и Мура можно представить взвешенными орграфами. Представлению некоторого автомата, например Мили, графом отвечает конструкция так называемой переходно-выходной матрицы: пусть А = {Z, X, Y, f, g), где Z == (Zj, Z }, тогда переходно-выходной матрицей для А называется h X п матрица М == = 1 I с та = {{х, y)£XxY\f (zt, X) = Z/, g{z, x) = y}. Такие орграфы могут быть легко построены для любых сигналов цифровой звукозаписи. На рис. 4.5 изображены орграфы УФМ? сигнала, описывающие автоматы Мили и Мура. В вершинах орграфов над горизонтальной чертой указаны номера состояний, а под ней - значения, которые принимает сигнал в данном состоянии. Причем означает высокий уровень сигнала, а -1 - низкий уровень (БВН форма представления). Ориентированные ребра графов изображены стрелками. Для автомата Мили вес ребра оппеде-  
Рис. 4.5. Орграфы УФМ? сигнала, описывающие автоматы Мили (а) и Мура (б) ляется значением бита входной информационной последовательности, а для автомата Мура - значением вероятности перехода сигнала из состояния в состояние [78]. Иногда при групповом кодировании удобно вершинам орграфа присваивать значения г-символьных перекодированных комбинаций, В этом случае орграфы строятся по следующим правилам 1301:
о id. о о Рис. 4.6. Модифицированные орграфы сигналов ФМ? (а); (б) и М^УФМ? (в) д о i о 1) определяются вершины орграфа со значениями, соответствующими весам входящих в них ориентированных ребер; ., 2) из каждой вершины орграфа выводятся два ребра с весами О и 1, соответствующими текущему биту входной информационной последовательности. Из показанных на рис. 4.6 модифицированных орграфов некоторых сигналов цифровой звукозаписи видно, что переходы из вершины в вершину орграфа определяются только весом ребер. Кроме информационных данных на носителе записываются служебные отметки. В частности, для выделения идентификатора, на- о о о I о 1 о чала поля информационных данных и физического начала дорожки записи применяются маркеры. Маркер представляет собой такую же г-символьную перекодированную комбинацию, которая не встречается в информационных данных. При этом в соответствующих орграфах из некоторых верщин необходимо строить три ребра с весами информационных и маркерных нулей и единиц. Переходы из верщины в верщину определяются как весом ребер, так и значениями г-символьных комбинаций в текущем и последующем тактах функционирования автомата. Можно построить орграф, называемый адаптивным, который учитывает указанные особенности. Рассмотрим для примера такой орграф для УФМ? сигнала (рис. 4.7). Каждая верщина орграфа отображает значения двух г-символьных комбинаций: в текущем такте (обозначено штриховкой) и в последующем такте. Принцип построения такого орграфа заключается в следующем. Выбрав одну из вершин, по каждому ребру определяется пара значений г-символьных комбинаций. Если вершина с такой парой существует, то ребро входит в нее. В противном случае строится новая вершина. Так как число вершин для различных сочетаний г-символьных комбинаций конечно для используемых сигналов цифровой звукозаписи, то орграф можно построить для любого из них. Орграфы могут быть использованы при демодуляции информации, а также для минимизации влияния ИО. Еще одной разновидностью взвешенных орграфов являются вероятностные орграфы (рис. 4.8). В вершинах таких орграфов над горизонтальной чертой указываются символы входной информационной последовательности, а под чертой - соответствующие этим символам перекодированные г-символьные комбинации в БВН форме. Вес ребер орграфа определяется вероятностями переходов из вершины в вершину. Вероятностные орграфы дают всю необходимую информацию для расчета усредненных энергетических спектров цифровых сигналов. ; О Рис. 4.7. Адаптивный орграф УФМ? сигнала 4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ЗАПИСЫВАЕМЫХ СИГНАЛОВ Для повышения продольной плотности цифровой звукозаписи и улучшения дискриминации двоичных символов применяется коррекция АЧХ и ФЧХ КМЗВ, которая может выполняться как в канале воспроизведения, так и в канале записи - предыскажения. До-сгоинством предыскажений является возможность использования цифровой схемотехники для формирования сигнала. Существует три эффективных способа коррекции формы и сжатия воспроизводимых импульсов предыскажением: амплитудный (изменение тока записи), частотный (имитация дифференцирования, импульсные врезки), фазовый (предкомпенсация, сдвиги фронтов). Амплитудные предыскажения. Одними из первых амплитудные предыскажения применили Хата и Нобуяма [41]. Они предложили использовать форму тока записи с выбросами на фронтах (рис. 4.9, а), что способствует сужению длительности воспроизведенных импуль- М-> OS -1*1 0,5- Z - 0,5
-I-I oMM-  Phc. 4. . Вероятностные орграфы сигналов цифровой звукозаписи: а - ФМ°; 6 - Фм{; s - УФМ?; г - МУФМ?; д - М^УФМ?; е - HMj ж - (2,8) J t ktz t Рис. 4.9. Виды амплитудных предыскажений 4 0-4002 сов (Д4 < ti) Аналогичный вариант амплитудных предыскажений разработал Пиэр [36] (рис. 4.9, б). В этом случае фронты сигнала записи формируются из отрезков косинусоиды. Разработан наиболее технически целесообразный вариант амплитудных предыскажений [33]. В этом варианте используется тот факт, что характеристический импульс воспроизведения асимметричен. Асимметрия импульса воспроизведения обусловлена как нелинейностью процесса намагничивания магнитного носителя в переходной области, так и влиянием перпендикулярной составляющей магнитного поля. Амплитудные предыскажения позволяют компенсировать эту асимметрию. Для этого после каждого основного переключения тока в головке записи выполняется дополнительное переключение тока /а меньшей амплитуды [33] (рис. 4.9, в). В результате сложения импульсов воспроизведения, обусловленных основным El и дополнительным Е^ длительность суммарного импульса воспро-  Рис. 4.10. Компенсация асимметрии воспроизведенного импульса переключениями тока, изведения Ez уменьшается (рис. 4.10). Длительность импульсов воспроизведения можно уменьшить еще больше, если использовать модификацию амплитудных предыскажений Д. Беста [38] (рис. 4.11). Внесением асимметрии в глубину и положение ступенек осуществляются фазовая коррекция КМЗВ и симметрирование формы воспроизведенных импульсов. Хорошие результаты амплитудные предыскажения дают в сочетании с ВЧП. Такой вариант ямплчтудных предыскажений предло-  Рис. 4.11. Модифицированные амплитудные предыскажения жили Гиффон и Джекоби [39] (рис. 4.12). Наибольшее сужение воспроизведенных импульсов достигается, когда длительность ступенек составляет 0,21...0,39 длительности минимального характеристического интервала, а их амплитуда - 0,37...0,43 амплитуды тока записи. Техническая реализация амплитудных предыскажений не вызывает особых сложностей. На рис. 4.13, а изображена структурная схема для формирования сигнала записи с амплитудными предыскажениями Д. Беста, а на рис. 4.13, б - временные диаграммы ее работы. Основным элементом этой схемы является сдвигающий регистр 3, на информационный вход которого подается записываемый сигнал с модулятора 2, а на синхронизирующий вход - частота, в k раз превышающая тактовую. Далее с помощью сумматоров 45 формируются противофазные сигналы записи Ц^, с амплитудными предыскажениями. При использовании в канале воспроизведения схем устранения ложных нуль-пересечений формирование записываемого сигнала с амплитудными предыскажениями можно просто выполнить на пороговых элементах. Для этого информационный сигнал Uz подается на выходные сумматоры 6, 7 (рис. 4.14), где он суммируется с сигналами U, U, форми- h-in рующими амплитудные предыскажения. В качестве пороговых элементов 4, 5 можно использовать интегральные схемы компараторов. Сущность другого варианта амплитудных предыскажений [42] поясняется рис. 4.15 на примере использования ФМ? сигнала. На диаграмме рис. 4.15, б показан вид воспроизведенного сигнала в случае классической ФМ? записи (рис. 4.15, а). Этот сигнал характеризуется существенными искажениями а.мплитуд при записи информационных нулей и единиц. Для компенсации таких искажений рекомендуется [42] увеличить значение тока записи при сылок так, как показано на рис. 4.15, в. В этом случае наблюдается заметное различие в форме воспроизведенного сигнала при чередовании характеристических интервалов (рис. 4.15, г).
Рис. 4.12. Амплитудные предыскажения с ВЧП передаче разноименных по- йнформа-иисииыа > 6x0) г V2 и' )ШШШ ШШ1 Рис. 4.13. Структурная схема для формирования сигнала записи с амплитудными предыскажениями (а) и временные диаграммы ее работы (б) В целом применение амплитудных предыскажений позволяег повысить плотность записи в лучшем случае в 1,6 раза [16]. Частотные предыскажения. Впервые в цифровой магнитной записи частотные предыскажения применил Т. Коннант в 1968 г. совмест- недостатком любых цепей коррек- но с ФМ/ сигналом [34]. Общим ции АЧХ и ФЧХ КМЗВ является снижение ими отношения сигнал/ шум. Частотные предыскажения в большей степени уменьшают отношение сигнал/шум в КМЗВ, чем последующее дифференцирование сигнала в канале воспроизведения. Однако различие в отношениях сигнал/шум в этих случаях невелико и составляет 1...3 дБ. В то же время частотные предыскажения значительно уменьшают уровень постоянной составляющей воспроизведенного сигнала и улуч- Жги Us Ue r~ i Рис. 4.14. Структурная схема формирователя амплитудных предыскажений на пороговых элементах (а) и временные диаграммы ее работы (б) шают согласование спектра сигнала с АЧХ КМЗВ в низкочастотной области. Прямое дифференцирование сигнала записи прямоугольной формы приводит к нежелательной и неудобной для записи форме - последовательности разнополярных коротких импульсов большой амплитуды. Вследствие этого на практике прибегают к технике имитации такого дифференцирования. Например, предложен [24] спо- 0 о \ о о \ i \ 
Рис. 4.15. Амплитудные предыскажения изменением тока записи в зависимости от передаваемых кодовых комбинаций соб, имитирующий дифференцирование ФМ сигналов временной задержкой на TJA моментов манипуляции их фазы (рис. 4.16, а, в). Применительно к сигналам с прямоугольной несущей частотные предыскажения эквивалентны введению в большие характеристические интервалы сигналов импульсных врезок длительностью Т,/4 (рис. 4,16, б, г). Основным фактором, позволяющим реализовать способ частотных предыскажений и получить приемлемую форму воспроизведенных сигналов, является ограничение полосы частот КМЗВ сверху, что дает возможность отфильтровать короткие импульсные врезки. Частотные предыскажения существенно изменяют структуру сигнала, что ограничивает применение этого способа коррекции в магнитных накопителях, которые должны обеспечивать стандартный взаимообмен информацией. Структурная схема модулятора ФМ сигнала с частотными предыскажениями и временные диаграмхмы его работы изображены  Рис. 4.16. Частотные предыскажения при ФМ, сигнале с гармонической (а), прямоугольной (б), гармонической после дифференцирования (в) несущими и ФМ? сигнал с предыскажениями (г)
на рис. 4.17. Для формирования используется прямоугольное син-хроколебание со скважностью 2 тактовой частоты, задержанное относительно передней границы информационного бита на время 7/4 (см. диаграмму U. Информационный сигнал в БВН? форме суммируется по модулю 2 с синхроколебанием на элементе 5. На выходе элемента 3 вырабатывается ФМ? сигнал с частотными предыскажениями (заштрихованы), задержанный относительно первоначальных границ тактов на Т^/4. Разработаны частотные предыскажения для различных способов записи (рис. 4.18) [1; 2; 5]. Имитация дифференцирования УФМ и УБВН сигналов приводит к сложным формам запи- f з * сываемого сигнала. Например, если отрезок гармонической формы УФМ? сигнала имеет вид, показанный на рис. 4.18, а, то соответствующий ему прямоугольный УФМ? сигнал отображается диаграммой на рис. 4.18, б. Предварительное дифференцирование сигнала (рис. 4.18, а) приводит к сигналу (рис. 4.18, в), прямоугольная форма которого изображена на рис. 4.18, г. В этом случае предыскажения эквивалентны введению в наибольшие характеристические интервалы импульсных врезок длительностью Тт2. В то же время манипуляция фазы происходит и в средних по длительности характеристических интервалах УФМ? сигналов, что отражено в приведенной на рис. 4.18,5, другой форме записываемого сигнала. В результате воспроизведения сигнал приобретает вид, показанный на рис. 4.18, е, и характеризуется близкими к исходным соотношениями между нуль-пересечениями. К аналогичному результату приводит другая форма частотных предыскажений (рис. 4.18, ж, з). Рис. 4.17. Структурная схема модулятора ФМ? сигнала с частотными предыскажениями (а) и временные диаграммы ее работы (б) в этом случае в наибольшие характеристические интервалы сигнала записи вводятся по две импульсные врезки длительностью Ту4, а в средние интервалы - по одной врезке той же длительности. При этом врезки располагают вблизи одной из границ характеристических интервалов. Форма предыскажений, показанная на рис. 4.18, ж, более удобна для практической реализации. Принцип частотных предыскажений УБВН! сигналов иллюстрируется временными диаграммами на рис. 4.18, и - м. В УБВН! сигналах средние характеристические интервалы образуются вследствие манипуляции фазы несущего колебания на 180°, а наибольшие характеристические интервалы - из-за двойной манипуляции фазы на 180°. Это приводит к точно такой же форме предыскажений, как и в случае УФМ сигналов (рис. 4.18, ж). Один из вариантов схемы, реализующей частотные предыскажения УБВН1-2/3 сигнала, показан на рис. 4.19, а. В этой схеме задающий генератор 2 вырабатывает три последовательности импульсов: тактовую U2, вспомогательную Uf и преобразованную uf (рис. 4.19, б). Преобразованная последовательность содержит импульсы, следующие равномерно с частотой З/у/2, а вспомогательная последовательность - те же импульсы, за исключением каждого третьего импульса. Между всеми последовательностями импульсов введена временная задержка длительностью Входная информационная последовательность (/i, представленная в БВН? форме, подается на информационный вход триггера 3, на синхронпзирующий вход которого поступает тактовая синхропоследовательность U. На выходе триггера 5 фор.мируется инверсная и задержанная на время 2TJ3 информационная последовательность f/,. Последовательность Ug стробируется вспомогательными импульсами U2 на элементе И 4. Импульсы Ui, снимаемые с выхода элемента И 4, смешиваются с преобразозаннылш импульсами Ui с помощью элемента ИЛИ 5. Далее с помощью счетного триггера б формируется УБВНг2/3 сигнал Ug с чacтoтны^ui предыскажениями. Сложнее структурная схема модулятора УФМ? сигнала с частотными предыскажениями (рис. 4.19, б). Здесь также с помощью задающего генератора 2 вырабатываются три последовательности син-  Рис. 4.18. Частотные предыскажения при разных способах записи хроимпульсов: тактовой частоты Uq и f/ (сдвинутые друг относительно друга на время 7/2) и удвоенной тактовой частоты (рис. 4.19, г). Триггер 5 выполняет временную привязку входной информации f/i к передним фронтам импульсов f/f. С помощью элементов И - ИЛИ 4 и счетного триггера 5 формируется УФМ? сигнал Ъ
7 г- Щ из U Us Ue Ur Ue
Рис. 4.19. Структурные схемы модуляторов УБВН-2/3 (а) и УФМ? (в) сигналов с частотными предыскажениями и временные диаграммы их работы (б, г) соответственно {ИИ - источник информации) t/j, в котором отсутствуют частотные предыскажения. Остальная часть схемы служит для введения в сигнал 5 частотных предыскажений. Для этого на синхронизирующий вход универсального триггера 6 подается синхросерия Uf удвоенной тактовой частоты, а на объединенные К, R инверсный J входы - последовательность импульсов (/4, снимаемая с выхода элемента И - ИЛИ 4. Триггер 6 устанавливается в нулевое состояние передними фронтами импуль- 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 16 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||