Бытовые цифровые магнитофоны с неподвижными головками

С момента появления профессиональных цифровых магнитофонов велись постоянные работы по выпуску бытовой цифровой системы звукозаписи. Однако понадобились годы, прежде чем технология производства магнитных головок и магнитных лент позволила приступить к разработке бытового цифрового магнитофона. Формат бытового цифрового магнитофона с многодорожечной записью на неподвижных головках обозначается: S-dat (Stationary-Digital Audio Таре). Он предназначен для записи только двух каналов (стереосигнал), что и позволило получить приемлемое время звучания на кассете обычного размера. Появился этот формат в начале 80-х годов. Ниже приведены технические характеристики одного из вариантов данного формата, имеющего наилучшие показатели качества.

Частота дискретизации, кГц	48
Разрядность АЦП (число бит на отсчет)	16
Число дорожек	40 (2x20)
Скорость ленты, мм/с	47,6
Продольная плотность записи, бит/мм	2520
Поперечная плотность записи, дор./мм	12,5
Скорость цифрового потока, Мбит/с	2,4
Избыточность помехоустойчивого кода, %	27,3
Избыточность канального кода, %	20

Запись ведется на обе стороны ленты, в результате чего кассета проигрывается в двух направлениях и общее время звучания стандартной аудиокассеты составляет 90 мин, как в обычном аналоговом кассетном магнитофоне при качественных показателях, не уступающих профессиональному цифровому магнитофону

Ширина ленты – стандартная для кассетного магнитофона (3,81 мм), Для размещения на такой ленте 40 дорожек с необходимыми просветами между дорожками ширину каждой дорожки довели до 65 мкм при просвете 15 мкм. Получаемые при этом соотношение сигнал/шум и переходные помехи между дорожками позволяют при используемом помехоустойчивом кодировании получить вполне приемлемую вероятность появления ошибок при воспроизведении.

Однако формат S-dat имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, 20 дорожек требуют иметь по 20 усилителей записи и воспроизведения, а также кодеров и декодеров. Во-вторых, при высокой плотности записи даже малейшие перекосы ленты приводят к временным рассогласованиям сигналов с различных дорожек, что сильно ужесточает требования к лентопротяжному механизму. К тому же в более поздние времена были разработаны цифровые магнитофоны с вращающимися головками, которые, как показала практика, более предпочтительны в качестве домашних бытовых устройств.

Бытовые цифровые магнитофоны с вращающимися головками

Новых идей при решении вопросов организации записи цифровых сигналов на вращающихся головках генерировать не пришлось, так как в середине 80-х годов уже были известны бытовые видеомагнитофоны именно с таким принципом записи широкополосного сигнала. Просто потребовалось время для чисто технологических доработок, чтобы по потребительским качествам превзойти магнитофоны формата S-dat, причем, и прежде всего, по удельной поверхностной плотности записи, а следовательно, длительности звучания кассеты. Такой формат был разработан, он получил название R-dat (Rotary-Digital Audio Таре). С 1987 г. многие фирмы Японии начали производство магнитофонов данного формата.

Одно из главных достоинств техники записи вращающимися головками – возможность достижения большей плотности записи по сравнению с продольной многодорожечной записью. В случае записи многодорожечным блоком головок между дорожками записи необходимо иметь защитные интервалы шириной не менее 10-15 % от ширины дорожки записи, которые служат для исключения взаимного влияния каналов друг на друга, порождаемого возможньгми смещениями ленты относительно головки, а также эффектом бокового считывания, заключающимся в том, что головка может считывать сигналы с участка, несколько более широкого, чем длина рабочего зазора головки. В результате поверхность ленты не может быть полностью использована для записи сигналов. При использовании так называемой азимутальной наклонно-строчной записи запись наклонных строчек производится без промежутков между ними, вплотную. Углы разворотов рабочих зазоров в формате R-dat составляют ±20°. Благодаря применению наклонно-строчной записи без защитных промежутков R-dat обладает наибольшей поверхностной плотностью записи на единицу поверхности магнитной ленты – 17,7 млн бит/см², что почти на порядок превышает плотность записи в формате S-dat (со стационарными головками). Кассета R-dat почти вдвое меньше кассеты S-dat, но обеспечивает значительно большую продолжительность звучания (2 ч против 90 мин). Качество звучания обеих систем идентично и оценивается очень высоко.

С аналоговой записью на компакт-кассету цифровые магнитофоны форматов S-dat и R-dat объединяет только одно: используется магнитная лента такой же ширины – 3,81 мм, хотя сама лента, конечно, имеет значительно лучшие характеристики. Для цифровых магнитофонов применяются металлопорошковые ленты с большой коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью, что позволяет, например, для формата R-dat уменьшить ширину наклонных строчек записи до 13,6 мкм. Для сравнения заметим, что эта величина во много раз меньше ширины дорожки записи аналогового кассетного магнитофона (600 мкм).

Очень важное достоинство магнитофона R-dat – малый расход ленты. Линейная скорость движения ленты составляет всего 8,15 мм/с, что почти в 6 раз меньше скорости ленты в аналоговом магнитофоне. Еще одно преимущество такого магнитофона – возможность быстрого поиска нужного фрагмента магнитограммы. Скорость перемотки ленты в режиме поиска превышает скорость воспроизведения более чем в 200 раз. Двухчасовая кассета R-dat полностью перематывается за 40 с. Поиск нужного участка производится с помощью специальных данных, записанных на ленту вместе с программой. Эти данные включают в себя информацию о номере фрагмента, времени его исполнения, общем времени звучания и другие сведения. Эта информация обычно выводится на табло индикатора магнитофона.

Запись на ленту в магнитофоне R-dat осуществляется с помощью двух головок, размещенных под углом 180° на барабане блока вращающихся головок (БВГ). Угол охвата лентой блока вращающихся головок составляет 90° при диаметре БВГ 30 мм. Малый угол охвата позволяет уменьшить давление ленты на цилиндр блока вращающихся головок, что уменьшает износ механической части магнитофона и дает возможность реализовать высокие скорости перемотки ленты без отвода ее от барабана. Малый угол охвата лентой барабана вращающихся головок означает, что примерно половину времени головки не контактируют с лентой, В это время в цифровой части блока записи- воспроизведения продолжается процесс обработки информации.

Чисто внешне магнитограмма формата R-dat напоминает магнитограмму бытового видеомагнитофона с наклонной записью. Отличия состоят в параметрах. Если в видеомагнитофонах используется лента шириной 12,6 мм, то в формате цифровой звукозаписи R-dat ширина ленты такая же, как в обычном кассетном аудиомагнитофоне – 3,81 мм. На рис 2.3 показан схематично вид магнитограммы формата R-dat, масштаб на рисунке не выдержан. Цифровой стереосигнал расположен на наклонных магнитных дорожках вместе с некоторыми дополнительными служебными сигналами, необходимыми для восстановления информации при воспроизведении. Наклонные дорожки, как видно из рис. 2.3, находятся в центральной части ленты, где возможность механического повреждения ленты минимальна. По краям ленты оставлены дополнительные дорожки, которые могут быть использованы для каких-нибудь дополнительных сервисных целей.

Эффективная ширина поля записи В = 2,613 мм, ширина дополнительных дорожек – 0,4 мм, угол наклона дорожек записи к краю ленты составляет около 6°26', длина наклонной дорожки записи – 23,501 мм.

Наклонная дорожка R-dat магнитофона содержит пять основных зон, предназначенных для записи основных, дополнительных данных и служебных сигналов. Зона, где производится запись звукового цифрового сигнала двух стереоканалов вместе с проверочными данными системы коррекции ошибок, расположена в центре дорожки и занимает большую площадь по сравнению с другими зонами. В дальнейшем будем называть ее зоной ИКМ. С обоих концов этой зоны располагаются зоны записи сигналов поиска дорожек (автотрекинга). С помощью этих сигналов определяется смещение головки относительно дорожки записи и обеспечивается точное слежение за «своей» дорожкой. Далее с обоих краев дорожки также расположены две зоны, предназначенные для записи дополнительных данных – субкода, обеспечивающего сервисные функции магнитофона. Кроме того, в начале и конце дорожки записываются специальные «маркерные дорожки» – сигналы, предназначенные для ввода в режим синхронизации системы ФАПЧ, вырабатывающей синхроимпульсы для детектирования воспроизводимого с ленты сигнала.

Рис. 2.3. Магнитограмма формата R-dat

Каждая из пяти основных зон делится на блоки. Всего блоков на дорожке 196, из них большинство (128 блоков) находится в ИКМ-зоне. Каждый блок содержит 36 символов, из которых 32 информационных. Эти символы до канального кодирования включают по 8 бит каждый (1 байт), но после канального кодирования 8/10 каждый символ имеет уже 10 бит. Первый символ каждого блока – так называемая синхропоследовательность, служащая для определения начала каждого блока. Синхропоследовательность имеет такое сочетание нулей и единиц, которое больше нигде не встречается, поэтому она легко распознается системой воспроизведения, Следующие за синхропоследовательностью два символа занимает код основной идентификации, где записываются данные о режиме работы магнитофона при записи фонограммы, адрес блока, адрес кадра информации. Кадром информации в формате R-dat считается информация, заключенная в двух смежных дорожках, записанных головками А (+азимут) и В (- азимут). Адрес кадра регистрируется четырьмя разрядами и может изменяться от 0 до 15, т. е. через 16 пар дорожек адрес кадра вновь становится нулевым и отсчет начинается снова. Адрес блока данных занимает 7 бит и может меняться от 0 до 127. Последний символ части блока служебных данных составляют биты проверки сигналов кода основной идентификации на четность. Эта проверка позволяет определить, безошибочно ли считан код основной идентификации с дорожки.

Всего в зоне ИКМ одной дорожки размещаются 4096 символов, из них символов основных данных – 2912. Остальные символы – это проверочные данные системы коррекции ошибок. В зонах субкода одной дорожки размещается 512 символов, из них 448 символов данных субкода и 64 символа проверочных данных. Ниже приводятся основные характеристики формата R-dat.

1. СИСТЕМА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ 3

ПРОЦЕСС ЗАПИСИ НА МАГНИТНЫЙ НОСИТЕЛЬ 16

КАНАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ 37

ФОРМАТЫ ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ 43

БЫТОВЫЕ ЦИФРОВЫЕ МАГНИТОФОНЫ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ГОЛОВКАМИ 49

Полярность модуляции видеосигнала 61

Стандарт разложения (телевидение) 62

Основные характеристики 63

Количество строк изображения 63

Кадровая частота 64

Разновидности развёртки 65

Устаревшие аналоговые стандарты 65

Совместимость 65

Стандарты разложения цифрового телевидения 67

Динамический трекинг 82

Методы передачи данных в цифровом телевидении 91

Одночастотные сети цифрового эфирного вещания – преимущества и особенности построения 95

Телевизоры 3D Общая информация 115

Как работает 3D телевизор? Технология 3D 116

Проблема современных 3D телевизоров. Раздвоение изображения в 3D-видео 119

3D телевизор без очков (Glassless) 120

Микролинзы для получения 3D эффекта 121

Как работает 3D технология без очков 121

Какой 3D телевизор выбрать? Предпочтительная технология 3D 122

Выбираем плазменный 3D телевизор или LCD, LED 3D телевизор 122

Размер экрана (диагональ) 3D телевизора 122

3D телевизор с самой большой диагональю и разрешением 4K 123

3D-телевизоры с функцией преобразования 2D видео в 3D 123

Как это все выглядит на деле? 124

Какие 3D-телевизоры умеют это делать? 124

Наложение символов 134

Национальные варианты ASCII 134

Кодировка 135

Управляющие символы 135

Структурные свойства таблицы 136

Представление ASCII в ЭВМ 136

Кодовые страницы сегодня 137

Предпосылки создания и развитие Юникода 138

Кодовое пространство 140

Система кодирования 140

Объединение и дублирование символов 141

Модифицирующие символы 141

Формы нормализации 142

Представленные символы 142

ISO/IEC 10646 143

Способы представления 144

UTF-8 144

Порядок байтов 145

Юникод и традиционные кодировки 146

Реализации 146

Методы ввода 146

Проблемы и особенности использования 147

Форматы текстовых файлов. 148

Преимущества и недостатки 149

Форматы, основанные на текстовых файлах 150

Расширения имён файлов 150

Кодировки 150

8-битный текст 150

Unicode в текстовых файлах 151

Управляющие символы 151

Пример RTF-документа 151

Кодирование символов 152

Язык XML 154

Логическая и физическая структура документа 154

Символы разметки. Решение проблемы неоднозначности разметки 155

Пролог 155

Корневой элемент 156

Кодировка документов 156

Веб-браузеры как инструмент визуализации документа 157

Редакторы XML 157

Системы управления базами данных, работающие с данными в формате XML 157

Поддержка на аппаратном уровне 157

Область применения, ограничения, перспективы развития 157

Эффективность использования XML 157

Текстовое представление изображений DjVu 162

Недостатки 163

История 163

Формат R-dat благодаря лучшим техническим характеристикам считается наиболее перспективным для использования в цифровых магнитофонах.

Лекция 7

Телевизионный сигнал. При передаче черно-белого изображения телевизионное сообщение представляет собой оптическое изображение, яркость которого преобразована в электрическое напряжение путем последовательного разложения изображения по строкам и кадрам. Для обеспечения правильного приема ТВ сигнала в сигнал изображения замешивают сигналы синхронизации по строкам и кадрам. Получаемый таким образом сигнал называется полным телевизионным сигналом черно-белого изображения. Он состоит из сигнала яркости и сигнала синхронизации (рис. 1.2, а).

В СССР стандарт предусматривает разложение изображения в кадре на 625 строк. При передаче 25 кадров в секунду для устранения возможного мерцания каждый кадр передается двумя полу кадрами, в одном передаются только четные строки, в другом — нечетные. В результате число полукадров равно 50 и смена изображений на экране приемной трубки становится незаметной. При передаче 25 кадров с 625 строками в каждом номинальное значение частоты разложения по строкам равно 15,625 кГц.

Рис.1 Процесс получения чересстрочного видеосигнала аналоговой камерой

Согласно принятому в нашей стране стандарту напряжение полного видеосигнала , состоящего из импульсов синхронизации U_c и сигнала яркости и гасящих импульсов U_p (рис. 1.2, а) составляет ί/_ΤΒ =U_P + U_c = 1B. При этом U_c = 0,3 , a Uρ = . Сигнал яркости является случайным процессом, который зависит от характера передаваемого изображения. Ширина полосы, занимаемая полным видеосигналом, ограничена и составляет 50 Гц... 6 МГц. Его динамический диапазон лежит в пределах 40 дБ.

Полный видеосигнал цветного изображения образуется из сигналов яркости, цветности и синхронизации. Размах сигнала цветности (рис. 1.2, б) равен 23 ± 2,5 % от размаха сигнала яркости.

Рис. 1.2. Полный телевизионный сигнал: а) черно-белый, б) цветной