2.3. Помехоустойчивое кодирование

Идея помехоустойчивого кодирования внешне проста: к определенной группе информационных байтов (блок данных), в которых собственно и заключен записываемый сигнал, добавляется некоторое количество так называемых проверочных байтов. Эти байты несут на себе, можно сказать, некий отпечаток информационных байтов, от которых проверочные байты и произошли. Понятно, что происхождение это чисто математическое. Просто при записи по определенному алгоритму специальный процессор в реальном масштабе времени производит некоторые математические операции с информационными байтами и таким образом генерирует оговоренное заранее количество проверочных байтов. В процессе воспроизведении в помехоустойчивом декодере снова производится проверка соответствия по тому же алгоритму информационных и проверочных байтов. Если результат проверки положителен, то ошибки нет, и сигнал поступает на дальнейшую обработку. Если результат проверки отрицательный, то по определенным алгоритмам сначала отыскивается поврежденный байт, а затем он исправляется. Ясно, что делать это надо очень быстро, так как процесс воспроизведения непрерывен.

К настоящему времени широко известны несколько помехоустойчивых кодов. Как правило, они носят фамилии их разработчиков. Эти коды отличаются алгоритмами обработки байтов, степенью избыточности (на сколько процентов после помехоустойчивого кодирования увеличивается скорость цифрового потока), а также возможным числом исправляемых ошибок. Судя по литературным источникам, наиболее часто в цифровых системах используются коды Хемминга и коды Рида – Соломона . Качество кода определяется, с одной стороны, количеством исправляемых ошибок при равной избыточности, а с другой - простотой математических вычислений, когда не требуются сложные и дорогие процессоры для обработки сигналов.

Избыточность помехоустойчивого кодирования обычно не превышает (35  50), поэтому проверочных байтов всегда меньше, чем информационных, и при использовании любых кодов число возможно исправленных ошибок в одном блоке ограничено. В то же время на магнитной ленте возможны дефекты, приводящие к относительно длительным выпадениям сигнала (появлению пакетов ошибок). Для борьбы с такими явлениями перед помехоустойчивым кодированием осуществляют перемежение байтов информации, когда они по определенному закону перемешиваются, так что первоначально рядом стоящие байты оказываются на значительном расстоянии друг от друга. При воспроизведении производится обратная перестановка, и если на ленте был длительный пакет ошибок, он раздробляется на более мелкие или одиночные ошибки, которые исправляет помехоустойчивый декодер.

2.4. Канальное кодирование

После перемежения и помехоустойчивого кодирования получается последовательность байтов, сгруппированная по блокам, но записывать этот сигнал на магнитную ленту без канального кодирования нельзя.

Для чего применяется канальное кодирование?

Как известно, канал магнитной записи не способен передавать постоянную составляющую сигнала. Магнитная головка дифференцирует сигнал намагниченности ленты, реагируя только на изменение намагниченности. Если же на ленте записан сигнал с постоянной намагниченностью (например, длительная последовательность «единиц» или «нулей»), то сигнал головки отсутствует. Поэтому такие длительные последовательности в сигнале должны отсутствовать, иначе не удастся правильно посчитать число бит в таких длинных посылках. Кроме того, такая ситуация приводит к появлению низкочастотных составляющих в спектре сигнала, что для тракта записи-воспроизведения нежелательно. В канальном кодере каждому байту, (а их может быть 256 различных значений), ставится в соответствие двоичное число из более чем 8 бит (например, 10,12, или 14). Эти числа занесены в постоянное запоминающее устройство, и для их генерации не требуется много времени. Отличительной особенностью сигналов с выхода канального кодера является, с одной стороны, выполнение условия сомосинхронизации, когда система ФАПЧ в канале воспроизведения легко выделит тактовую частоту (частоту следование бит), а с другой - длины непрерывных пачек «нулей» и «единиц» в этих сигналах таковы, что спектр сигнала хорошо согласуется с частотной характеристикой тракта записи – воспроизведения. Кроме того, число «нулей» и «единиц» в сигнале сбалансировано, в результате чего нет постоянной составляющей.