способ магнитной записи цифровой информации

Формула изобретения

Способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в образовании из двоичных сигналов блоков кодовых групп, добавлении к блокам дополнительных битов, формировании сигналов записи блоков в виде последовательностей маркерных полупериодов синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодов синусоидального сигнала, длительности которых зависят от значений прямых или обращенных кодов одной части кодовых групп каждого блока, а амплитуды - от значений кодов другой части кодовых групп блока, и записи сигналов записи блоков на магнитный носитель, отличающийся тем, что в каждом блоке вводят дополнительно третью часть кодовых групп и устанавливают соответствия между значениями последних и положениями вершин синусоидального сигнала относительно центров полупериодов, формируют варианты блоков, преобразованных путем производства по одной и в различных сочетаниях операций общего обращения кодов различных частей кодовых групп блоков, локального обращения и локальной инверсии пар кодовых групп, включающих по одной кодовой группе из первой и третьей частей, и соответствующие вариантам значения дополнительных битов, выбирают вариант каждого непреобразованного или преобразованного блока с соответствующими значениями дополнительных битов, обеспечивающий совместную запись каждой тройки кодовых групп одним полупериодом синусоидального сигнала и минимальную протяженность сигнала записи блока, и формируют полупериоды синусоидального сигнала с длительностями, амплитудами и положениями вершин в соответствии со значениями кодовых групп и дополнительных битов выбранных вариантов блоков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике записи цифровой информации, и может использоваться в аппаратуре передачи и приема, регистрации и обработки систем измерений, вычислительной техники, связи, цифровой аудио- и видеотехники.

Известен способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в формировании полупериодных отрезков синусоидального сигнала, амплитуды которых зависят от значений двоичных сигналов, и их записи на магнитный носитель (Патент США N 4586041, кл. C 11 B 5/09, 1986).

Недостатком способа является низкая плотность записи.

Известен также способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в образовании из двоичных сигналов кодовых групп, формировании отрезков синусоидального сигнала, амплитуды которых зависят от значений кодовых групп, и записи отрезков синусоидального сигнала на магнитный носитель (Заявка Франции N 2527819, кл. G 11 B 5/09, 1983).

Недостатком этого способа является низкая плотность записи.

Из известных способов магнитной записи цифровой информации наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в образовании из двоичных сигналов блоков кодовых групп, добавлении к блокам дополнительных битов, формировании сигналов записи блоков в виде последовательностей маркерных полупериодов синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационными полупериодами синусоидального сигнала, длительности которых зависят от значений прямых или обращенных кодов одной части кодовых групп каждого блока, а амплитуды - от значений кодов другой части кодовых групп блока, и записи сигналов записи блоков на магнитный носитель (А.с. СССР N 1786507, кл. G 11 B 5/09, 1993).

Однако и этот способ не обеспечивает при его использовании достаточно высокую плотность записи вследствие ограниченной информативности сигналов записи.

Изобретение направлено на решение задачи повышения плотности записи цифровой информации на магнитный носитель за счет увеличения информативности сигналов записи.

Поставленная задача решается тем, что в способе магнитной записи цифровой информации, заключающемся в образовании из двоичных сигналов блоков кодовых групп, добавлении к блокам дополнительных битов, формировании сигналов записи блоков в виде последовательностей маркерных полупериодов синусоидального сигнала с эталонными значениями длительности и амплитуды и информационных полупериодов синусоидального сигнала, длительности которых зависят от значений прямых или обращенных кодов одной части кодовых групп каждого блока, а амплитуды - от значений кодов другой части кодовых групп блока, и записи сигналов записи блоков на магнитный носитель, согласно изобретению в каждом блоке вводят дополнительно третью часть кодовых групп и устанавливают соответствия между значениями последних и положениями вершин синусоидального сигнала относительно центров полупериодов, формируют варианты блоков, преобразованных путем производства по одной и в различных сочетаниях операций общего обращения кодов различных частей кодовых групп блоков, локального обращения и локальной инверсии пар кодовых групп, включающих по одной кодовой группе из первой и третьей частей, и соответствующие вариантам значения дополнительных битов, выбирают вариант каждого непреобразованного или преобразованного блока с соответствующими значениями дополнительных битов, обеспечивающий совместную запись каждой тройки кодовых групп одним полупериодом синусоидального сигнала и минимальную протяженность сигнала записи блока, и формируют полупериоды синусоидального сигнала с длительностями, амплитудами и положениями вершин в соответствии со значениями кодовых групп и дополнительных битов выбранных вариантов блоков.

На фиг. 1 представлена структурная схема варианта устройства для осуществления способа, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие сущность способа.

Устройство для реализации способа содержит (фиг.1) блок 1 запоминания и распределения двоичных сигналов, первый буферный регистр 2, блок 3 формирования вариантов преобразованного блока кодовых групп, первый коммутатор 4 троек кодовых групп, первый формирователь 5 серии импульсов, второй формирователь 6 серии импульсов, первый преобразователь 7 троек кодовых групп, сумматор 8 значений кодовых групп первой части блока, формирователь 9 признака допустимого варианта преобразованного блока, блок 10 выбора оптимального варианта преобразованного блока данных, блок 11 ключевых схем, второй буферный регистр 12, второй коммутатор 13 троек кодовых групп, второй преобразователь 14 троек кодовых групп, регистр 15 троек кодовых групп, управляемый формирователь 16 серии импульсов, дешифратор 17 адреса, постоянное или перепрограммируемое ЗУ 18, цифроаналоговый преобразователь 19, блок 20 записи, блок 21 управления, формирователь 22 синхросигналов записи, формирователь 23 синхросигналов чтения, блок 24 воспроизведения, блок 25 дешифрации сигналов воспроизведения, формирователь 26 эталонной длительности, формирователь 27 эталонной амплитуды, формирователь 28 указателя знаков сдвигов вершин полупериодов, измеритель 29 текущей длительности полупериодов, измеритель 30 текущей амплитуды полупериодов, измеритель 31 текущей величины сдвигов вершин полупериодов, дешифратор 32 длительности, дешифратор 33 амплитуды, дешифратор 34 сдвигов вершин, блок 35 формирования выходной последовательности двоичных сигналов.

Блок 1 запоминания и распределения двоичных сигналов подключен информационным входом к входу устройства, а выходом - к информационному входу первого буферного регистра 2, подключенного выходом к информационному входу блока 3 формирования вариантов, подключенного одним выходом к одному информационному входу первого коммутатора 4 троек кодовых групп, вторым выходом - к другому информационному входу первого коммутатора 4 и к информационному входу блока 11 ключевых схем, а третьим выходом - к одному информационному входу первого преобразователя 7 троек кодовых групп, подключенного вторым информационным входом к выходу первого коммутатора 4 троек кодовых групп, а выходом - к информационным входам сумматора 8 и формирователя 9, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам блока 10, одним выходом подключенного к одному из управляющих входов блока 3, а другим - к управляющему входу блока 11 ключевых схем. Второй управляющий вход блока 3 и управляющие входы второго формирователя 6 серии импульсов и блока 10 подключены к выходу первого формирователя 5 серии импульсов, управляющие входы первого коммутатора 4, первого преобразователя 7 троек кодовых групп, сумматора 8 и формирователя 9 подключены к выходу второго формирователя 6 серии импульсов. Выход блока 11 ключевых схем подключен к информационному входу второго буферного регистра 12, подключенного одним выходом к информационному входу второго коммутатора 13, а другим - к одному информационному входу второго преобразователя 14 троек кодовых групп, другой информационный вход которого подключен к выходу второго коммутатора 13, а выход - к информационному входу регистра 15, соединенного одним выходом с первым управляющим входом управляемого формирователя 16, а другим - с входом дешифратора 17 адреса, связанного выходом с адресным входом перепрограммируемого ЗУ 18, выход которого подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя 19, соединенного выходом с информационным входом блока 20 записи, подключенного выходом к выходной шине "На носитель" устройства.

Устройство содержит блок 21 управления, состоящий из формирователя 22 синхросигналов записи, подключенного первым и вторым управляющими входами к управляющим шинам устройства "Запись" и "Пуск" соответственно, третьим управляющим входом - к выходу "Конец серии" управляемого формирователя 16 серии импульсов, подключенного выходом к управляющим входам перепрограммируемого ЗУ 18 и цифроаналогового преобразователя 19, а выходом - к управляющим входам блока 1, первого буферного регистра 2, первого формирователя 5 серии импульсов, второго буферного регистра 12, второго коммутатора 13, второго преобразователя 14, регистра 15, дешифратора 17, блока 20 и к второму управляющему входу управляемого формирователя 16 серии импульсов, а также из формирователя 23 синхросигналов чтения, связанного управляющим входом с управляющей шиной "Чтение" устройства.

Блок 24 воспроизведения связан входом с входной шиной "C носителя" устройства, а выходом - с информационным входом формирователя 23 синхросигналов чтения, формирователей 26 эталонов длительности, 27 эталонов амплитуды и 28 указателей знака сдвигов вершин полупериодов, измерителей 29 текущей длительности, 30 текущей амплитуды и 31 текущей величины сдвига вершин полупериодов. Выход формирователя 26 эталонов длительности подключен к одному из входов дешифратора 32 длительности, связанного вторым входом с выходом измерителя 29 текущей длительности, выход формирователя 27 эталонов амплитуды подключен к одному из входов дешифратора 33 амплитуды, связанного вторым входом с выходом измерителя 30 текущей амплитуды, выход формирователя 28 текущей величины сдвига вершин полупериодов подключен к одному из входов дешифратора 34 сдвига вершин, другой вход которого связан с измерителем 31 текущей величины сдвига вершин. Выходы дешифраторов 32, 33 и 34, а также формирователя 28 подключены к соответствующим информационным входам блока 35 формирования выходной последовательности, подключенного выходом к выходной шине устройства. Управляющие входы формирователей 26, 27 и 28, измерителей 29, 30 и 31, а также блока 35 подключены к выходу формирователя 23 синхросигналов чтения.

На фиг. 2 показаны: а) - последовательность двоичных сигналов, распределенная, для примера, по блокам из 36 трехбитовых кодовых групп (на чертеже блок кодовых групп отмечен фигурной скобкой снизу) и поделенная на три части (соответственно первая, вторая и третья строки), из которых первая и вторая основные, а третья - дополнительная; б) - сигналы оптимально преобразованного по данному способу блока кодовых групп с выделенными 14 тройками кодовых групп (столбцами), из которых первые кодовые группы входят в первую часть блока и определяют длительности маркерных полупериодов (первые два кода) и информационных полупериодов (последующие 12 кодов), вторые кодовые группы входят во вторую часть блока и определяют амплитуды тех же маркерных и информационных полупериодов, третьи кодовые группы, содержащие по три информационных бита и одному дополнительному биту (четвертая строка), входят в третью, дополнительную, часть блока и определяют положение соответствующих вершин полупериодов синусоидального сигнала относительно центров полупериодов, причем значения информационных трехбитовых групп соответствуют величине соответствующих сдвигов, а значения дополнительного бита - знакам сдвигов; первая тройка кодовых групп включает коды K(_э),K(_э) и K(₀), определяющие эталонные значения _э длительности и _э амплитуды и нулевое значение сдвига вершины первого маркерного полупериода, вторая тройка кодовых групп включает двухбитовый код Кп1, составленный из первых двух дополнительных битов и являющийся признаковым, код K(_э), двухбитовый код Кп2, составленный из вторых двух дополнительных битов и также являющийся признаковым, и однобитовый код К_у, образованный из дополнительного бита и являющийся указательным, при этом значение Кп1=00 является, например, признаком отсутствия операций, значение Кп1= 01 - признаком операции локального обращения пар кодовых групп блока из первой и третьей его частей, значение Кп1=10 - признаком возможной операции локальной инверсии (перемены мест кодовых групп) тех же пар блока, значение Кп1= 11 - признаком возможных одновременно осуществляемых операций локального обращения и локальной инверсии тех же пар блока, значение К_у указывает на свершение (К_у=1) или несвершение (К_у=0) в любой из двенадцати информационных троек конкретной тройке кодовых групп операций, определяемых значением кода Кп1, в самой же второй тройке кодовых групп возможна только операция локальной инверсии первой и третьей кодовых групп, осуществляемая в случае, когда значение первой кодовой группы меньше значения третьей кодовой группы, при этом устанавливают К_у=1 (в примере значение Кп1 больше значения Кп2, поэтому во второй тройке К_у=0); значение Кп2=00 является, например, признаком отсутствия операций, значение Кп2=01 - признаком операции общего обращения всех первых кодовых групп двенадцати информационных троек кодовых групп блока, значение Кп2= 10 - признаком операции общего обращения всех третьих кодовых групп тех же двенадцати троек, значение Кп2=11 - признаком операции одновременного общего обращения кодов всех первых и третьих кодовых групп тех же двенадцати троек кодовых групп (в примере Кп2=00); в) - сигнал записи преобразованного блока кодовых групп в виде последовательности 14 полупериодных отрезков синусоидального сигнала, включающей первый маркерный полупериодный отрезок (крайний слева) с эталонными значениями длительности _э, положительного экстремума амплитуды +_э и нулевым сдвигом _o= 0 вершины относительно центра полупериода, второй маркерный полупериодный отрезок (второй слева) с длительностью, зависящей от значения первой кодовой группы из второй тройки кодовых групп (в примере - от Кп1=01), эталонным значением отрицательного экстремума амплитуды- _э и сдвигом вершины на постоянную величину со знаком, зависящим от значения К_у, например, с положительным при К_у= 0 (как в примере) и отрицательным при К_у=1, и двенадцать информационных полупериодных отрезков синусоидального сигнала, длительность каждого из которых установлена в зависимости от значения определенной из кодовых групп двенадцати информационных троек кодовых групп, входящих в первую часть кодовых групп преобразованного блока (первая строка), значение экстремума амплитуды - в зависимости от значений определенной кодовой группы из второй части кодовых групп преобразованного блока (вторая строка) и положением вершины полупериода (экстремума амплитуды) относительно его центра - в зависимости от значений определенной кодовой группы и указательного бита из третьей части (третья и четвертая строки) преобразованного блока; г) - сигнал воспроизведения преобразованного блока кодовых групп после приведения его к однополярному виду; д) - дешифрованный из сигнала воспроизведения преобразованный блок данных; е) - двоичные сигналы задержанной и приведенной к исходному виду выходной последовательности (задержка для удобства представления на чертеже не показана).

Способ магнитной записи цифровой информации включает операции, реализующие специальные режимы записи цифровой информации на магнитный носитель, и осуществляется следующим образом.

В режиме "Запись" по сигналу "Пуск" и соответствующим синхросигналам записи с выхода формирователя 22 блока 21 управления последовательность двоичных сигналов подают с входа устройства на вход блока 1 запоминания и распределения, с помощью которого осуществляют накопление двоичных сигналов, образование из них кодовых групп заданной протяженности (например, трехбитовых), распределение кодовых групп на блоки заданных размеров (например, из 36 кодовых групп) и представление их в виде трех частей (строк), как показано на фиг.2,а. С выхода блока 1 данные поступают поблочно на первый буферный регистр 2, где они хранятся в указанном виде в течение одного цикла преобразований блока данных, осуществляемого с помощью первого формирователя 5 серии импульсов, управляющего последовательным формированием в блоке 3 вариантов преобразованного блока, число которых зависит от числа дополнительных признаковых битов в Кп1 и Кп2, равного в данном случае четырем, и составляет поэтому 2= 16 (включая вариант исходного представления блока данных). Каждый вариант непреобразованного или преобразованного блока вместе с четырьмя дополнительными признаковыми битами, имеющими соответствующие данному варианту значения, с помощью второго формирователя 6 серии импульсов, управляющего последовательным перебором и выдачей через коммутатор 4 троек кодовых групп блока на вход первого преобразователя 7 троек кодовых групп, сумматора 8 значений кодовых групп из первой части блока и формирователя 9 признаков допустимых вариантов, во-первых, проверяют варианты на допустимость, для чего необходимо, чтобы во всех информационных и второй маркерной тройках кодовых групп значения первых кодовых групп были не меньше значений третьих кодовых групп, а во-вторых, оценивают значения сумм всех кодовых групп первой части блока. Сигналы указанных сумм с выхода сумматора 8 и признаков допустимых вариантов с выхода формирователя 9 последовательно подают в блок 10, где производят выбор оптимального варианта из числа допустимых по минимальному значению соответствующей суммы, характеризуемого определенными значениями четырех дополнительных признаковых битов, т.е. своим кодом. Код выбранного варианта (в примере - 0001) с выхода блока 10 подают в блок 3, с выхода которого по этому коду частично преобразованный (в части общего обращения различных частей кодовых групп блока), если это предусмотрено кодом Кп2, блок данных через блок 11 ключевых схем по специальному управляющему сигналу с блока 10 подают на второй буферный регистр 12, после чего осуществляют загрузку первого буферного регистра 2 очередным блоком данных из блока 1 в виде, подобном представленному на фиг. 2,а. С первого выхода буферного регистра 12 с помощью второго коммутатора 13 на один из информационных входов второго преобразователя 14 последовательно подают маркерные и информационные тройки кодовых групп первого блока, а с другого выхода регистра 12 на другой вход преобразователя 14 - код варианта оптимального преобразования блока данных. В блоке 14 сравнивают значения первой и третьей кодовых групп и, если значение первой группы меньше значения третьей, присваивают дополнительному указательному биту данной тройки кодовых групп единичное значение и осуществляют над первой и третьей кодовыми группами операцию или операции, предусмотренные первыми двумя признаковыми битами, после чего направляют с выхода блока 14 преобразованную тройку кодовых групп вместе с указательным битом в регистр 15. В рассматриваемом примере Кп1= 01 и, следовательно, над каждыми первой и третьей кодовыми группами информационных троек кодовых групп возможно выполнение операции локального обращения, но осуществляют данную операцию только в тех тройках кодовых групп, где значения кодов первых кодовых групп меньше значений третьих кодовых групп (третья, шестая, восьмая, девятая и двенадцатая кодовые группы на фиг. 2, б). Значение же Кп2= 00 и, следовательно, в выбранном варианте преобразованного блока данных не производится операция общего обращения всех информационных кодовых групп ни первой, ни третьей его частей. С первого выхода регистра 15 первую кодовую группу тройки, определяющую длительность соответствующего полупериода, подают на вход управляемого формирователя 16 серии импульсов, задавая значением кода общую протяженность серии, а со второго выхода регистра 15 подают вторую и третью кодовые группы тройки вместе с указательным битом на вход дешифратора 17 адреса, задавая тем самым начальный адрес определенной группы ячеек в ЗУ 18, содержащих коды заданного числа j ординат _j полупериодного отрезка синусоиды с экстремальным значением амплитуды, зависящим от значения кода второй кодовой группы тройки, и с величиной сдвига вершины полупериода относительно его центра, зависящей от значения третьей кодовой группы тройки, а также со знаком сдвига, соответствующим значению указательного бита тройки. По сигналам серии импульсов с формирователя 16 из ЗУ 18 считывают коды _j ординат (на чертеже ординаты условно показаны кружками на непрерывной функции) и подают их в преобразователь 19, с выхода которого снимают непрерывный сигнал записи блока данных в виде, представленном на фиг.2,в, и подают его в блок 20, с помощью которого сигнал преобразованного блока данных в указанном виде записывают на магнитный носитель.

Взаимно однозначное соответствие между значениями первых кодовых групп и длительностью полупериодных отрезков при заданном эталонном значении _э= _o, где _o - минимальное значение длительности полупериодных отрезков синусоидального сигнала, соответствующее верхней частоте полосы пропускания линейного тракта записи-воспроизведения, устанавливают по формуле = _o+(M+1), где M- значение m разрядного кода из первой части кодовых групп блока данных, - элементарное приращение длительности, величину которого задают исходя из требуемых уровней плотности и надежности записи, например, в пределах (0,05-0,25) _o.

Взаимно однозначное соответствие между значениями вторых кодовых групп и экстремальными значениями амплитуды полупериодных отрезков при заданном эталонном значении _э и заданном минимальном значении экстремумов амплитуды _o, равном, например, 0,3_э , и максимальном значении амплитуды, равном, например, 0,9 _э, устанавливают по формуле = _o+M, где M - значение m -разрядного кода из второй части кодовых групп блока, - элементарное приращение амплитуды, определяемое путем деления диапазона допустимых значений экстремумов амплитуд информационных сигналов, в данном случае равном 0,6 _э , на максимальное значение . Например, при m = 2 значение = 0,6_э:3 = 0,2_э, при m= 3- = 0,6_э:7 = 0,085_э, при m= 4- = 0,6_э:15 = 0,04_э.

Взаимно однозначное соответствие между значениями третьих кодовых групп и величиной сдвига вершин полупериодов синусоидального сигнала устанавливают по формуле где введенное ранее элементарное приращение длительности. Положительные значения соответствуют нулевому значению дополнительного указательного бита К_у=0, отрицательное - единичному, т.е. К_у=1. Таким образом, в сигнале записи любого блока данных присутствует лишь один полупериодный отрезок синусоидального сигнала с нулевым сдвигом вершины - первый маркерный полупериод, что облегчает его идентификацию при воспроизведении и повышает достоверность информационных сигналов воспроизведения.

В режиме "Чтение" воспроизведенные с магнитного носителя сигналы записи блоков данных в виде последовательностей полупериодных отрезков синусоидального сигнала усиливают в блоке 24 воспроизведения, приводят к одной, например положительной, полярности (фиг. 2,г) и подают на входы формирователя 23 синхросигналов чтения и блока 25 дешифрации сигналов воспроизведения. В формирователе 23 по началу каждой последовательности (по первому маркерному сигналу) формируют сигналы управления блоками 25 и 35. В блоке 25 с помощью формирователей 26, 27 и 28 формируют эталоны длительности и амплитуды для всего сигнала блока и указатели знака сдвига вершин для каждого полупериода, с помощью измерителей 29, 30 и 31 определяют значения длительности , экстремумы амплитуды и величины сдвига вершины для каждого текущего полупериодного отрезка, а с помощью дешифраторов 32, 33 и 34 формируют в соответствии с относительными значениями длительности, амплитуды и величины сдвига вершин полупериодов двоичные значения кодовых групп (фиг. 2,д). При этом значения эталона длительности и длительностей текущих полупериодов определяют, как и в способе-прототипе, по длительности полупериодов, на отличном от нуля уровне, например на уровнях и 0,5, что позволяет минимизировать влияние искажений длительности полупериодов на нулевом уровне из-за нелинейностей в местах стыка полупериодов. В блоке 35 осуществляют в соответствии с дешифрованными из второго маркерного полупериода признаковыми кодами операций и значениями указательных битов обратные преобразования кодовых групп и выдают с его выхода на выход устройства сформированную выходную последовательность в виде, представленном на фиг. 2,е.

В способе для простоты изложения не затронуты вопросы помехозащитного кодирования и контроля, так как их осуществление возможно как методами, описанными в способе-прототипе, так и другими известными методами. Можно также полагать, что входные двоичные сигналы в способе заранее были подвергнуты помехозащитному кодированию.

Способ обеспечивает существенное повышение плотности записи цифровой информации на магнитный носитель за счет увеличения информативности сигналов записи, что подтверждается расчетами. Сравнительные усредненные расчетные данные о достигаемой плотности записи в предложенном способе и способе-прототипе при одинаковых размерах кодовых групп, определяющих длительность m и амплитуду m полупериодных отрезков, и одинаковом числе кодовых групп n и n обоих типов, равном 12, а также при равных значениях элементарных приращений и представлены в таблице.