Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Различие между этой величиной и напряжением, равным половине емкости накопителя, является сигналом ошибки, по которому управляется основной сервопривод тонвала. Таким образом, если накопитель начинает опорожняться, сигнал ошибки приводит к увеличению скорости протяжки, и наоборот, если накопитель заполняется слишком быстро, сигнал ошибки снижает скорость протяжки. Необходимая емкость накопителя пропорциональна постоянной времени сервопривода тонвала. Оказалось, что достаточно иметь накопитель емкостью в 100 слов [32~. Более трудной задачей является выбор плотности записи и обеспечение заданной вероятности ошибок, так как они зависят о а М ох И х Ю о ц О у у оо х о„~ 63 о ~ к с~ у, ° о ~~'у а оуо .а,. о~~~ о ай о "~~~ -о с~ ооу а у со ° о о о Я о:у „„ оо О у у охв Э у."оо 1 о х ~~ Ж $- у у ву~ о О~М г, ау в Ю оу ооу ау ~ уу Оэ х, СЧ ~~,.*,> о у Ю ао у 1 о а 71 70 Цифровая обработка звуковых сигналов Глава 2 Знати накапиппеля улюупарп Опарный еигнал Кальциевой накапиппель Рис.
2.11. Кольцевое накопительное ЗУ для синхронизации сигнала при считыва- нии цифровой магнитной записи, Кодовые комби~нации (числа) поступают на вход накопителя из считывающей головки и заносятся в последовательные ячейки Зу. Числа последовательно считываются из накопи- теля и поступают в блок цифро-аналогового преобразования. от процесса записи на пленку. Низкая плотность записи увеличивает помехоустойчивость при воспроизведении, но приводит к большему расходу пленки при записи.
Наоборот, при высокой плотности записи пленка расходуется более экономно, зато повышается вероятность ошибок. Поскольку цифровые магнитофоны предназначаются для высококачественных систем, все ошибки должны устраняться с помощью некоторого алгоритма обнаружения и исправления ошибок. При высокой плотности записи этот алгоритм должен быть весьма эффективным. Чтобы оправдать расходы на замену дорогостоящего существующего студийного оборудования, цифровые магнитофоны должны обеспечить существенное повышение качества записей.
Таким образом, можно полагать, что в каждом канале необходимо обеспечить скорость обработки информации, по крайней мере равную 0,3 Мбит/с (если только не будут созданы более эффективные способы сокращения избыточности). Тогда в 4-канальной системе потребуется скорость 1,2 Мбит/с, но скорее предпочтение будет отдано 8-канальным системам, и уже сейчас применяются 16-канальные студийные системы записи. Указанные скорости создания информации очень высоки для обычного магнитофона со скоростью протяжки 38,1 или 7б,2 см/с. По этой причине лабораторный цифровой магнитофон для записи звуковых сигналов, описанный Сато [22~, был построен на базе видеомагнитофона, у которого ширина полосы воспроизводимых частот гораздо больше, чем у обычных магнитофонов.
Два звуковых сигнала, для которых скорость потока информации составляла 1,28 Мбит/с, записывались на пленку шириной 25 мм при скорости протяжки 19,05 см/с. Эф- фективная скорость протяжки, однако, равнялась 1750 см/с, что достигалось за счет движения вращающейся головки, а фактическая плотность записи составляла всего -20 импульс/мм. Для записи восьми звуковых сигналов на такой же видеомагнитофон при скорости 38,1 см/с применялась более эффективная схема модулятора [21~. Инженеры исследовательских лабораторий Британской радиовещательной корпорации Би-би-си построили экспериментальную систему на базе 1б-дорожечного магнитофона [32).
Каждый из 1б кодовых разрядов записывался на отдельную дорожку при плотности записи -20 импульс/мм. Вопрос о схемах модуляторов достаточно сложен и подробно рассматриваться здесь не будет. Дополнительные сведения можно найти в литературе [28, 39]. Схемы модуляторов разделяются на два различных класса: самосинхронизирующиеся и с внешней синхронизацией. Во втором случае для установления местоположения каждого разряда необходим вспомогательный синхросигнал. В первом случае вся информация о расположении разрядов создается в модуляторе. Ясно, что для таких схем предпочтительно применять самосинхронизирующиеся коды, поскольку запись опорных импульсов приводит к дополнительному расширению спектра сигнала.
Если предположить, что в состав цифрового магнитофона включена какая-то система обнаружения и исправления ошибок, то выбор кода должен производиться только на основе критерия максимума скорости записи информации. Предел скорости определяется пропускной способностью канала, в данном случае магнитной пленки.
Анализ этой величины связан с детальным исследованием ширины полосы пропускания и отношения 5/У„в канале (пленке), но такие сведения трудно получить, и их нельзя применить в стандартной линейной модели, поскольку свойства пленки далеки от идеальных. Передаточные характеристики пленки имеют сильную нелинейность и гистерезис, которые изменяются в зависимости от типа (и даже рулона) пленки, свойств магнитофонных головок и т. д. При этом также меняется отношение 5/Л'„. При заданной ширине пленки увеличение числа дорожек приводит к уменьшению ширины каждой из них. Это уменьшает 5/Лгбс, но плотность записи, измеряемая числом импульсов на квадратный миллиметр, увеличивается, поскольку 5/Л'б, часто остается больше необходимого минимума.
К моменту написания книги эти вопросы еще не были проработаны в достаточной степени, и, вероятно, характеристики экспериментальной системы далеки от оптимальных. Опыт разработки стандартных цифровых магнитофонов для вычислительных машин малопригоден для выяснения предельных возможностей цифровой звукозаписи. Запоминающие устройства на магнитных лентах для ЭВМ проектируются на основе повышенных технических требований и должны обеспечивать минимальные вероятности ошибок.
Как правило, в них применяются несамосинхронизирующиеся коды и имеется от- 72 Глава 2 Ци4ровая обработка звуковых сигналов дельная синхродорожка. Плотность записи на каждой дорожке составляет всего 32 импульс/мм. Можно, однако, изготовить экспериментальные образцы магнитофонов с плотностью записи до 1200 импульс/мм, и считается возможной запись с плотностью до 3200 импульс/мм. Методы записи — воспроизведения с исправлением ошибок могут оказаться весьма полезными с точки зрения снижения требований к плотности записи, поскольку в этом случае плотность размещения информации на пленке часто можно существенно повысить, не опасаясь потерь информации. Простой метод исправления ошибок в цифровой магнитной записи состоит во введении дополнительного разряда, служащего для проверки на четность пяти старших разрядов отсчета, и использовании какого-нибудь метода скрывания обнаруженной ошибки [22, 32~.
Такое скрывание можно выполнить путем линейной интерполяции между двумя соседними отсчетами (интерполяция первого порядка) или путем запоминания и повторения предыдущего отсчета (интерполяция нулевого порядка), как это делалось [23~ при передаче сигналов на большие расстояния (см. разд. 2.4.2). Однако такие методы малопригодны для применения в цифровых магнитофонах, где ошибки обычно появляются пакетами, а не поодиночке. Скрываемые ошибки незаметны на слух, если они случайны и появляются с относительной частотой порядка 1 10 ' [25~. Ошибки в магнитных записях чаще всего получаются из-за дефектов пленки и загрязнений. Экспериментальные данные показывают, что подобные «провалы» в воспроизведенном сигнале имеют длительность порядка 100 мкс, если скорость протяжки равна 7б,2 см/с [331.
При плотностях записи 400 импульс/мм такие пропадания будут создавать пакеты ошибок объемом до 50 двоичных цифр. Поэтому указанный простой подход вряд ли позволит справиться с ошибками, концентрация которых столь велика. Вместо него следует использовать какой-либо алгоритм, специально предназначенный для исправления пакетов ошибок. Ни в одном из вышеупомянутых экспериментальных цифровых магнитофонов такого исправления ошибок не было предусмотрено, поэтому их следует рассматривать как не совсем совершенные. Поскольку вопрос об исправлении ошибок является сложным и обширным и выходит за рамки данной книги, рекомендуем читателю обратиться к соответствующей литературе [2б, 83~. Исправление ошибок основано на дополнении информационных разрядов, образующих «сигнальную» последовательность, некоторым количеством избыточных проверочных разрядов.
В приемнике эта избыточность позволяет исправить ошибки. Степень избыточности можно описать расстоянием Хемминга, т. е. числом разрядов кодовой последовательности, при изменении которых получается другая допустимая кодовая последовательность. Сигнальные последовательности, в которых нет избыточных разрядов, т. е. не пре- дусмотрена защита от ошибок, имеют расстояние Хемминга, равное 1, поскольку изменение любой двоичной цифры превращает одну допустимую последовательность в другую, столь же возможиую и допустимую.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
