Способ магнитной записи цифровой информации

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 11 В 5/09

)о. ( С>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4893759/10 (22) 25.12.90 (46) 23.09.92. Бюл. М 35 (71) Воронежский государственный университет, Воронежский политехнический институт и Научно-исследовательский институт бытовой видеотехники (72) Л.Б.Аржеухов, Ю.M.Áåëoöåðêîâñêèé, В.И,Костылев и В.Н.Козубов (56) Патент США М 4553130, МКИ G11 В 5/09,,опублик, 1985, Патент США

М 4635141, М КИ G 11 В 5/09, опублик. 1987. (54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к технике записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель и может использоваться в аппаратуре регистрации и обработки

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

Известен способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответствующих им перепадов сигнала записи и временных интервалов между ними.

Недостатком способа является невысокая плотность и помехозащищенность запиц фро ой фор ац, Так, записи в среднем при его использовании составляет 1,5 бита на минимальный интер„„!ЫÄÄ 1764080 А1

1 информации систем измерений, вычислительной техники, цифровой звуко- и видеотехники, Цель изобретения — повышение плотности и помехозащищенности записи.

Способ основан на распределении кодовых групп в слова с одинаковым числом кодовых групп, при формировании к каждому слову дополнительной кодовой группы с контрольными битами и битами признаков прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп и формировании одного или двух на каждую пару текущих слов маркерных интервалов, суммарные длительности интервалов одного или другого уровней в сигнале записи пары слов. Применение способа обеспечивает повышение плотности записи в среднем до 3,5 битов на минимальный интервал и высокую помехозащищенность сигналов записи, 2 ил. вал битового перехода для носителя. Повышение помехозащищенности записи в способе осуществляют лишь минимизацией величины постоянной составляющей в сигнале путем объединения кодовых групп в блоки, вычисления для каждого блока возможной величины постоянной составляющей и включения между двумя смежными блоками специальной выравнивающей кодовой группы.

Из известных способов магнитной записи цифровой информации наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответствующих им перепадов сигнала за1764080 писи и временных интервалов между ними, длительность которых устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимального времени битового перехода для магнитного носителя и временных приращений, пропорциональных значениям соответствующих кодовых групп, Однако и этот способ не обеспечивает достаточных плотности и помехозащищенности записи. Так, при кодовой группе в 3 бита и 5 -приращениях Лt к минимальному битовому интервалу для носителя г, средняя плотность записи составляет всего 2,55 " I ro, Помехозащищенность записи в способе обеспечивают за счет очень сложной и трудоемкой операции предкомпенсации сигналов записи, а также за счет выбраковки и адресации плохих участков носителя для их обхода, что применимо в основном во внешних ЗУ-ЭВМ.

Целью изобретения является повышение плотности и помехозащищенности записи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе записи цифровой информации, заключающемся в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответствующих им перепадов сигнала записи и временных интервалов между ними, длительность которых устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимального времени битового перехода для магнитного носителя и временных приращений, пропорциональных значениям соответствующих кодовых групп, кодовые группы распределяют по словам с одинаковым числом кодовых групп и добавляют к каждому слову до четного числа кодовых групп в нем одну или несколько кодовых групп с контрольными битами и битами признаков прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, устанавливают нулевое значение признакового бита и обратные коды соответствующих ему кодовых групп слова при суммарной длительности соответствующих этим кодовым группам интервалов, меньших для обратных кодов, формируют в начале сигналов записи нечетных и четных слов маркерные интервалы с противоположными уровнями сигнала записи, минимальную длительность маркерного интервала устанавливают отличной от максимальной длительности информационного интервала и формируют длительности маркерных интервалов каждой текущей пары слов при дополнении минимальной длительности

55 первого или второго маркерного интервала до равенства суммарных длительностей интервалов противоположных уровней сигнала записи двух слов, а при длительности одного из маркерных интервалов, превышающей в два и более раза длительность другого, формируют больший по величине маркерный интервал с длительностью, уменьшенной на величину минимальной длительности маркерного интервала, На фиг.1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг,2 — временные диаграммы, поясняющие его сущность, Устройство для реализации способа содержит блок 1 запоминания и группирования входной последовательности, блок 2 определения контрольных кодов слов, регистр 3 слова, блок 4 ключевых схем, сумматор 5 прямых кодов, сумматор 6 обратных кодов, блок 7 сравнения, блок 8 определения разности кодов, блок 9 ключевых схем, формирователь 10 временных интервалов, блок 11 записи, блок 12 управления, формирователь 13 управляющих импульсов для режима записи, формирователь 14 управляющих импульсов для режима чтения, блок

15 воспроизведения, блок 16 дешифрации сигналов воспроизведения, формирователь

17 кодов слов, формирователь 18 признаков искажений сигнала воспроизведения и блок 19 формирования и контроля выходной последовательности, Блок 1 запоминания и группирования информационным входом подключен к входу устройства, а выходом — к информационному входу блока 2 определения контрольных кодов и к одному информационному входу регистра 3 слова, выход блока

2 определения контрольных кодов подключен к другому информационному входу регистра 3 слова, подключенного выходом к информационным входам блоков 4 и 9 ключевых схем, один выход блока 4 ключевых схем подключен к информационному входу сумматора 5 прямых кодов, а другой — к информационному входу сумматора 6 обратных кодов, выход сумматора 5 подключен к одним информационным входам блока

7 сравнения и блока 8 определения разности кодов, выход сумматора 6 подключен к другим информационным входам блока 7 сравнения и блока 8 определения разности кодов, выход блока 7 подключен к соответствующим управляющим входам блоков 8, 9, 2 и третьему информационному входу регистра 3, выход блока 8 определения разности кодов подключен к одному информационному входу, а выход блока 9 ключевых схем— к другому информационному входу форми1764080

20 рователя 10 интервалов, подключенного одним из выходов к информационному в;:оду блока 11 записи, связанного выходом с выходной шиной "На запись" устройства. Устройство содержит также блок 12 управления, который состоит из формирователя 13 управляющих импульсов записи, связанного своими тремя управляющими входами соответственно с управляющей шиной "Запись", управляющей шиной

"Пуск" и вторым выходом формирователя 10 интервалов, и из формирователя 14 управляющих импульсов чтения, связанного одним из выходов с управляющей шиной

"Чтение". Формирователь 13 своими выходами подключен к соответствующим управляющим входам блоков 1 — запоминания и группирования,2 — определения контрольных кодов, 4 и 9 — ключевых схем, 7 — сравнения, 8 — определения разностей кодов, 11 — записи, а также регистра 3 слова, сумматоров 5 и 6 и формирователя 10 интервалов.

Блок 15 воспроизведения входом связан с входной шиной "С носителя", первым выходом — с информационным входом формирователя 14 управляющих импульсов чтения, а вторым выходом — с информационным входом блока 16 дешифрации сигналов воспроизведения, к которому в этом блоке подключены информационные входы формирователя 17 кода слова и формирователя 18 признаков искажений сигналов, управляющие входы которых связаны с управляющим входом блока 16 дешифрации, подключенным к выходу блока 12 управления и далее к выходу формирователя 14 управляющих импульсов чтения. Выходы формирователей 14, 17 и 18 подключены к соответствующим входам блока 19 формирования и контроля выходной последовательности, выходом подключенного к выходной шине устройства.

На фиг.2 показаны: а — сигналы исходной информационной последовательности, сгруппированные в четырехбитовые кодовые группы, которые, в свою очередь, распределены по словам с одинаковым числом кодовых групп (на чертеже для простоты представлен фрагмент последовательности из 2-х слов в сокращенной записи, нечетные и четные кодовые группы слов условно выделены путем двухуровневого расположения); б — та же последовательность слов; но с приформированной к каждому из них до четного числа кодовых групп в слове дополнительной кодовой группы (крайняя справа в слове), включающей два контрольных бита (в группе слева, подчеркнуты общей чертой), бит признака обратных кодов нечетных ко25

55 довых групп слова (в группе третий слева, подчеркнут отдельно) и бит признака обратных кодов четных групп слова (в группе последний слева, подчеркнут отдельно); в— последовательность сигналов записи слов, в которых длительность каждого интервала между двумя перепадами определена значением соответствующей кодовой группы, в начале сигналов записи нечетных и четных слов сформированы маркерные интервалы с противоположными уровнями сигнала записи, причем длительность маркерных интервалов приведенной пары слов сформирована так, что суммарные длительности всех интервалов, включая маркерный, одного уровня сигнала записи двух слов и всех интервалов, включая маркерный, другого уровня равны между собой (на фиг, маркерные интервалы выделены штриховкой, в первом маркерном интервале т ц двойной штриховкой выделена часть интервала в 2Лт, дополняющая минимальную длительность маркерного интервала до равенства суммарных длительностей интервалов противоположных уровней сигнала записи двух слов); г —последовательность сигналов воспроизведения слов (зачеркнутым показан импульс воспроизведения с искаженным на величину Л t под действием помех в процессе записи или воспроизведения временным положением); д — сигналы признака начала (маркера) слова, сформированные из сигналов воспроизведения слов; е — последовательность кодов считанных слов, дешифрованных из сигналов воспроизведения слов (под каждой дешифрованной дополнительной кодовой группой слова представлены двухбитовые контрольные коды, вычисленные по дешифрованным кодовым группам слова); ж — сигнал признака искажения сигнала воспроизведения двух слов, сформированный по неравенству суммарных длительностей нечетных и четных интервалов, включая маркерные, в сигнале текущей пары воспроизведенных слов; з— сигнал ошибки в дешифрованном слове, сформированный по результату контроля слова с помощью контрольных битов; и— выходная информационная последовательность.

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

В режиме "Запись" по сигналу "Пуск"и соответствующим управляющим импульсам с формирователя 13 входную информа1764080

55 ционную последовательность двоичных сигналов подают с входа устройства на вход блока 1 запоминания и группирования, с помощью которого осуществляют накопление последовательности, ее разбивку на четырехбитовые кодовые группы и распределение последних по словам с одинаковым числом кодовых групп, например, в данном случае с 17 кодовыми группами в слове. С выхода блока 1 сгруппированная последовательность (фиг.2,а) поступает пословно в блок 2 определения контрольных кодов и на регистр 3 слова, В блоке 2 определяют двухбитовые контрольные коды слова для следующих четырех случаев: прямых кодов нечетных и четных кодовых групп слова (единичные значения третьего и четвертого битов дополнительной кодовой группы); обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова (нулевые значения третьего и четвертого битов дополнительной кодовой группы, это случай приведен на фиг,2,б); прямых кодов нечетных и обратных кодов четных кодовых групп слова (единичное значение третьего и нулевое значение четвертого битов дополнительной кодовой группы); обратных кодов нечетных и прямых кодов четных кодовых групп слова (нулевое значение третьего и единичное значение четвертого битов дополнительной кодовой группы), Контрольный код слова можно формировать различными хорошо известными способами. В данном примере использован известный способ определения контрольного кода слова как остатка от деления на четыре суммы двоичных кодов четырехбитовых кодовых групп слова, не вследствие дублирования ошибок в четных и нечетных группах при временных сдвигах границы интервалов здесь достаточно суммировать только четные кодовые группы (включая признаковые биты). Регистр 3 слова помимо разрядов под информационные биты слова содержит также разряды под одну или несколько дополнительных кодовых групп, включающих контрольные биты и биты признаков прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, В рассматриваемом примере регистр 3 содержит четыре дополнительных разряда под одну дополнительную кодовую группу.

По соответствующим управляющим импульсам с формирователя 13 в разряды признаков прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп одного слова поочередно заносятся следующие значения: "1" и "1" (прямые коды нечетных и четных кодовых групп слова); "0" и "0" (обратные коды нечетных и четных кодовых групп слова); "1" и "0" (прямые коды нечет5

50 ных и обратные коды четных кодовых групп слова); "0" и "1" (обратные коды нечетных и прямые коды четных кодовых групп слова), Синхронно с этим в блоке 2 определяют соответствующие двухбитовые контрол ьные коды с учетом значений признаков и соответствующих им значений прямых или обратных кодов четных кодовых групп слова и заносят эти значения в соответствующие разряды регистра 3 слова, Для каждого из четырех вариантов кода текущего слова, последовательно избираемого с помощью блока 4 ключевых схем, осуществляют с помощью сумматоров 5 и 6 суммирование значений прямых и обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, включая дополнительную кодовую группу, после чего с помощью блока 7 сравнения выбирают один из четырех вариантов кода слова, обеспечивающий минимальные значения его сумм нечетных и четных кодовых групп. На выходе блока 7 сравнения вырабатывается двухбитовый код, повторяющий значения признаковых битов, соответствующих указанным минимальным суммам кодовых групп слова. Этот код заносится в признаковые разряды для дополнительной кодовой группы регистра 3 слова и по этому коду из блока 2 определения контрольных кодов в контрольные разряды регистра 3 слова для дополнительной кодовой группы заносится соответствующий контрольный код, По этому же коду в блоке 8 фиксируются соответствующие суммы нечетных и четных кодовых групп слова, а с выхода регистра 3 исходное информационное слово с сформированной описанным образом дополнительной кодовой группой (фиг,2,б) поступает через блок 9 ключевых схем в формирователь 10 интервалов. Следующее слово, поступающее с выхода блока 1 запоминания и группирования входной последовательности и составляющее с предыдущим пару связанных слов, обрабатывается аналогичным образом, В блоке 3 определяют разность между суммой значений нечетных кодовых групп первого слова и четных кодовых групп второго слова и суммой значений четных кодовых групп первого слова и нечетных кодовых групп второго слова, В данном примере (фиг,2,б) эта разность равна

Pl- ll =g 1нч, ), (Х ч. ) =24-22 = 2)о нч. 1ч. в десятичной системе счисления, или(0100)2 — в двоичной. Максимальное значение кодовой группы равно (1111) = =15lo. Чтобы значение маркерного интервала было отлично

1764080

5

15

25

35

55 от значений кодовой группы, его минимальное значение устанавливают отличительно большим максимального значения кодовой группы, например, равным (00001)2 = 161p. К этому значению соответствующего маркерного интервала (в данном примере первого) в формирователе 10 интервалов прибавляют значение разности Р1 — и, поступающей на формирователь 10 из блока 8.

В формирователе 10 интервалов после завершения формирования двоичных кодов длительности первого маркерного интервала, значений прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп, включая дополнительную, первого слова, длительности второго маркерного интервала и значений прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп, включая дополнительную, второго слова формируют сигнал записи двух слов вида фиг.2,в. При этом длительность маркерных TM интервалов и информационных интервалов г, устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимальной длительности и временных приращений, пропорциональных значениям соответствующих кодовых групп двух слов, и в соответствии со следующей таблицей.

Таким образом, длительность информационного интервала меняется в пределах тн = (To — (то + 15 Л т ) ), ГдЕ ВЕЛИЧИНУ

hT применяют, как в прототипе, равной

Лт=(0,01 - 0,1) т, . Длительность маркерного интервала меняется в пределах

Гм = (тмо — 2 TM ) = ((Tо + 16 Л г )—

-(2то+32 hT)), т.к. в случае, если длительность одного маркерного интервала превосходит вдвое и более длительность другого, т,е.гм > (2 то + 32 AT), то формируется только один, больший по величине, маркерный интервал с уменьшенной на TM ДЛительностью.

В рассматриваемом примере (фиг,2,в) сумма длительностей всех интервалов верхнего уровня сигнала записи двух слов, соответствующая значению суммы обратных кодов нечетных кодовых групп первого слова, кода длительности второго маркерного интервала и обратных кодов четных кодовых групп второго слова, равна

1Ь =To +T2 +T1 +<3+To + 2 +<3+To +

+T1 + TM + T1 + T1 + 74 + Tp + T1 + T1 + T1 +

+ T1 + T2 = 19 Tp + 40 А т, и сумма всех интервалов нижнего уровня сигнала записи двух слов, соответствующая значению суммы кода длительность первого маркерного интервала, обратных кодов четных кодовых групп первого слова и обратных кодов нечетных кодовых групп второго слова, равна тном +2 И + т1 +T1 + T4 +To +T1.+ Г1 +

+т1 +To+T1 +T1 +T2+т1 +TÇ+To+

+ T2 + T3 + To + T1 = 19 To + 40 Ь,Х, Сформированный по указанным правилам в формирователе 10 сигнал записи пары слов вида фиг.2, в подают на вход блока 11 записи, который содержит магнитное или оптическое средство записи, с помощью которого сигналы записывают на магнитный или оптический носитель, В режиме "Чтение" воспроизведенную с носителя последовательность импульсов вида фиг.2,г усиливают в блоке 15 воспроизведения и подают на формирователь 14 управляющих импульсов чтения, в частности, маркерных импульсов слов (фиг.2,д), блока

12 управления и в блок 16 дешифрации сигналов воспроизведения, в котором из этих сигналов формируют с помощью формирователя 17 сигналы кодовых групп связанной пары слов (фиг,2,е) и с помощью формирователя 18 — сигналы признаков искажений воспроизведенного сигнала пары слов (фиг.2,ж), в частности, по несовпадению суммарных длительностей всех интервалов одного и другого уровней сигнала двух слов, На фиг.2,г зачерненным условно отмечен импульс, временное положение которого под действием помех отличается на величину At от нормального, в результате чего неверно дешифрованы пятый и шестой интервалы в первом слове (вместе длительности т1 пЯтога и Т4 шЕСтсго интервалсв сигнала записи (фиг.2,в) в воспроизведенном сигнале появились длительности T2 и тзсоответственно(фиг.2,г). В результате нарушилось равенство суммарных длительностей интервалов одного и друго о уровней на величину 2 ЛT, что является одной из причин выработки формирователем 18 сигнала признака искажения сигнала (фиг,2,ж).

Сформированные в блоке 16 в результате дешифрации сигналов воспроизведения сигналы кодовых групп и признак искажений с выходов формирователей 17 и 18 поступают на входы блока 19 формирования и контроля выходной последовательности, в котором осуществляют контроль кодов каждого слова путем сравнения дешифрованного двухбитового контрольного кода слова и заново вычисленного контрольного кода по дешифрованным информационным группам и двум признаковым битам и выработку

11 в случае их несовпадения сигнала ошибки (фиг,2,з), интертирование обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слов и выдачу на выход устройства считанной последовательности (фиг.3,и). Таким образом, все искажения (включая выпадения) информационных сигналов под действием помех в процессе записи, хранения и считывания с высокой вероятностью обнаруживаются и локализуются с точностью до одного или пары слов, что обеспечивает их дальнейшее исправление различными известными способами. При этом не требуются специальные выбраковка, адресация и пропуск

"дефектных" участков.

Способ позволяет повысить плотность записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель за счет увеличения информативности сигнала записи и помехозащищенность записи за счет оперативного обнаружения и локализации практически всех искажений сигналов и ошибок в выходной информации.

Плотность записи Р»п определяют как отношение информативности сигнала записи — зап к его протяженности Тзап. . зап

Рзап = Т зап

В приведенном примере реализация способа (фиг,2) удобно рассматривать сигнал записи пары слов как единичный. Тогда ! зап = 1446 Тзап = 38 го + 105 Л7 . Поскольку в способе рекомендуемые значения ht =

=(0,01- 0,1) т,, произведем расчет средней плотности при среднем значении Лт,р

=0,05 т О

Ю 1446 зап пред, 38 г + 5,35 т 3,326/ <о

Способ-прототип обеспечивает при значении Лт = 0,05 тз в среднем всего

2,55 б/ Tо

Таким образом, способ магнитной записи цифровой информации позволяет в среднем повысить плотность записи в 1,3 раза по сравнению со способом-прототипом и обеспечивает высокую помехозащищенность записи за счет введения маркерных признаков в сигналах записи-воспроизведения, уравновешивания длительности ин5

50 тервалов одного и другого уровней в сигнале записи пар слов и введения контрольных битов.

Формула изобретения

Способ магнитной записи цифровой информации, заключающийся в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответствующих им перепадов сигнала записи и временных интервалов между ними, длительность которых устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимального времени битового перехода для магнитного носителя и временных приращений, пропорциональных значениям соответствующих кодовых групп, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения плотности и помехозащищенности записи, кодовые группы распределяют по словам с одинаковым числом кодовых групп и добавляют к каждому слову до четного числа кодовых групп в нем одну или несколько кодовых групп с контрольными битами и битами признаков прямых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, устанавливают нулевое значение признакового бита и обратные коды соответствующих ему кодовых групп слова при суммарной длительности соответствующих этих кодовым группам интервалов, меньших для обратных кодов, формируют в начале сигналов записи нечетных и четных слов маркерные интервалы с противоположными уровнями сигнала записи, минимальную длительность маркерного интервала устанавливают отличной от максимальной длительности информационного интервала и формируют длительности маркерных интервалов каждой текущей пары слов при дополнении минимальной длительности первого или второго маркерного интервала до равенства суммарных длительностей интервалов противоположных уровней сигнала записи двух слов, а при длительности одного из маркерных интервалов, превышающей в два и более раза длительность другого, формируют больший по величине маркерный интервал с длительностью, уменьшенной . на величину минимальной длительности маркерного интервала, На Мпись

Вход

1764080

"Чтение"

Фиг. I

С носителя

1764080

oooo

goo/

ОЫУ.

ОООО

ООМ

ooJ/

0(2О/

ooi o ооо) оооо

ОООО

00 jr

О)оО аоо/

ООО Ф

oooo

oooo оооа

Е

Д (Ь.

«В» »

"Э» в

» 1

o)

Qj г

С1 a

TТЛ

oooo оооо

ОООО

oooj

aoil

coos

ОООО

oooo оооо оооо

ool s оазис

ОйФ0

ООО/

gonzo

cooi оооо

Е

5 к

C c)

Iv а

Составител ь Л.Аржеуков

Техред M,Moðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3459 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5