Способ записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель

 

Способ относится к технике цифровой записи и может быть использован в аппаратуре передачи и приема, регистрации и обработки информации систем вычислительной техники, измерений, связи, цифровой аудио- и видеотехники. Исходную информационную последовательность разбивают на кодовые группы, а кодовые группы - на блоки. В блоках выявляют совокупности взаимосвязанных групп. Для каждой совокупности формируют коды типа взаимосвязи, адреса ее начала и размера. Формируют указательную двоичную последовательность, в которой позициям взаимосвязанных групп присваивают одни значения, а позициям промежуточных групп - противоположные. Биты указательной последовательности распределяют по дополняющим блок группам. Из блока исключают все взаимосвязанные группы, кроме базовых групп. Сумму всех нечетных и четных групп блока минимизируют. Перепады и временные интервалы сигнала записи формируют в соответствии с последовательностью значений маркерных, служебных и информационных групп преобразованного блока. Способ позволяет без потерь повысить плотность записи цифровой информации на носитель записи. 2 ил.

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

Известен способ записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель, включающий распределение двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам, формирование информационных перепадов сигнала записи кодовых групп по двум уровням и временных интервалов между перепадами в соответствии с кодовыми группами и их значениями и запись сформированной последовательности перепадов и временных интервалов на носитель /патент США N 4635141, кл. C 11 B 5/09, 1985/.

Недостатком способа является низкая плотность упаковки информации в запоминающей среде. Так, плотность упаковки четырехразрядных кодовых групп при 5%-приращениях Δτ к минимальному битовому интервалу τ_o для носителя при использовании способа составляет менее 3 бит на минимальный битовый интервал τ_o.

Из известных способов записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель, включающий распределение двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и кодовых групп по блокам, дополнение блоков маркерными и служебными кодовыми группами, минимизацию и уравнивание суммарных значений всех нечетных и четных кодовых групп блока, формирование маркерных, служебных и информационных перепадов сигнала записи блока по двум уровням и временных интервалов между перепадами в соответствии с кодовыми группами и их значениями и запись сформированной последовательности перепадов и временных интервалов сигнала записи блока по двум уровням на магнитный или оптический носитель /патент РФ N 2082221, кл. G 11 B 5/09, 1997/.

Однако и этот способ обладает недостаточно высокой плотностью упаковки информации в запоминающей среде. Так, при записи данным способом блоков из 24 четырехбитовых кодовых групп при 5%-приращениях Δτ к минимальному битовому интервалу τ_o средняя плотность упаковки информации составляет лишь 3 бит/τ_o.

Дальнейшему повышению плотности упаковки информации препятствует невозможность сокращения числа кодовых групп в блоке без потерь информации.

Заявляемое изобретение предназначено для решения задачи сокращения числа кодовых групп в блоке без потерь информации при реконструкции блока из сигнала воспроизведения. При использовании заявляемого изобретения может быть существенно повышена плотность упаковки информации при ее записи на магнитный или оптический носитель. Так, при записи предлагаемым способом блоков из 24 четырехбитовых кодовых групп при 5%-приращениях Δτ к минимальному битовому интервалу τ_o средняя плотность упаковки информации может быть увеличена до 1,5 раз.

Вышеуказанная задача достигается тем, что в известном способе записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель, включающем распределение двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и кодовых групп по блокам, дополнение блоков маркерными и служебными кодовыми группами, минимизацию и уравнивание суммарных значений всех нечетных и четных кодовых групп блока, формирование маркерных, служебных и информационных перепадов сигнала записи блока по двум уровням и временных интервалов между перепадами в соответствии с кодовыми группами и их значениями и запись сформированной последовательности перепадов и временных интервалов сигнала записи блока по двум уровням на магнитный или оптический носитель, согласно изобретению преобразуют блоки кодовых групп путем выявления в них совокупностей взаимосвязанных кодовых групп, формирования для каждой совокупности кодов типа взаимосвязи, адреса ее начала и размера, указательной двоичной последовательности присвоением позициям взаимосвязанных кодовых групп одних значений, а позициям промежуточных кодовых групп противоположных значений, распределения битов указательных последовательностей совокупностей по дополняющим блок кодовым группам и исключения из блока всех или кроме базовых взаимосвязанных кодовых групп совокупностей, минимизируют и уравнивают суммы значений всех нечетных и четных кодовых групп преобразованного блока, после чего формируют перепады и временные интервалы сигнала записи блока в соответствии с преобразованной последовательностью маркерных, служебных и информационных кодовых групп блока и их значениями.

Получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения технический результат, а именно существенное повышение плотности упаковки информации в запоминающей среде, достигается за счет специального преобразования двоичных сигналов каждого блока кодовых групп перед формированием минимизированного и уравненного сигнала записи блока, которое обеспечивает выявление совокупностей взаимосвязанных кодовых групп в блоке, например, подобных одной какой-либо кодовой группе, или составляющих возрастающую или убывающую арифметическую прогрессию, или перемежающихся подобных и антиподобных какой-либо кодовой группе, или перемежающихся подобных разным кодовым группам и т. п. , и замену всех или кроме одной взаимосвязанных кодовых групп каждой совокупности на существенно меньшее число служебных и информационных кодовых групп, включая промежуточные информационные кодовые группы совокупности.

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 распределения входной последовательности, регистр 2 исходного блока кодовых групп, блок 3 выявления совокупностей взаимосвязанных кодовых групп и формирования служебных кодов, схемы 4 определения типов совокупностей и формирования соответствующих служебных кодов, формирователь 5 указательной двоичной последовательности совокупности, первую распределительную схему 6, регистр 7 преобразованного блока кодовых групп, сумматор 8 прямых кодов, сумматор 9 обратных кодов, блок 10 сравнения сумм и формирования признаков результата сравнения, блок 11 оценки разности сумм значений нечетных и четных кодовых групп блока при разных положениях второй маркерной группы, формирователь 12 значений маркерных кодовых групп и признака местоположения второй маркерной группы, вторую распределительную схему 13, регистр 14 преобразованного и дополненного блока кодовых групп, формирователь 15 сигнала записи блока, блок 16 записи, блок 17 управления, формирователь 18 управляющих импульсов записи, формирователь 19 управляющих импульсов чтения, блок 20 воспроизведения, блок 21 дешифрации сигналов воспроизведения, формирователь 22 признаков маркерных интервалов, преобразователь 23 временных интервалов в коды, формирователь 24 признаков искажений и блок 25 формирования и контроля выходной последовательности.

Блок 1 запоминания и распределения входной последовательности информационным входом подключен к входу устройства, а выходом - к информационным входам регистра 2 исходного блока кодовых групп, выход регистра 2 подключен к информационным входам блока 3 и соответственно схем 4, а также к одному из информационных входов формирователя 5, выходы блока 3 и соответственно схем 4 подключены к другим информационным входам формирователя 5 и к одним из входов первой распределительной схемы 6, другой вход которой подключен к выходу формирователя 5, выход первой распределительной схемы 6 подключен к информационным входам регистра 7 преобразованного блока кодовых групп, связанного одними выходами с одними входами сумматора 8 и другими выходами с одними входами сумматора 9, подключенных выходами к первому и второму информационным входам блоков 10 и 11, выход блока 10 подключен к третьему информационному входу блока 11 и к первому входу второй распределительной схемы 13, второй и третий информационные входы которой подключены к выходам регистра 7, а четвертый информационный вход подключен к выходу блока 11, связанному с информационным входом формирователя 12, подключенного выходами к пятому и шестому информационным входам второй распределительной схемы 13, подключенной к информационным входам регистра 14 преобразованного и дополненного блока кодовых групп, подключенного выходами к информационным входам формирователя 15, подключенного одним выходом к информационному входу блока 16 записи, связанного выходом с выходной шиной устройства "На носитель", а другим - к одному из входов блока 17 управления и соответственно - формирователя 18 управляющих сигналов записи, другими входами связанного с входами устройства "Запись" и "Пуск", а выходом - с управляющими входами блока 1, регистра 2, блока 3 и схем 4, формирователя 5, первой распределительной схемы 6, регистра 7, сумматоров 8 и 9, блоков 10 и 11, формирователя 12, второй распределительной схемы 13, регистра 14, формирователя 15 и блока 16. Блок 20 воспроизведения входом связан с входной шиной "С носителя", первым выходом - с вторым входом формирователя 19 управляющих импульсов чтения блока 17 управления, а вторым выходом - с информационным входом блока 21 дешифрации сигнала воспроизведения и соответственно с информационными входами формирователя 22 признаков маркерных интервалов, преобразователя 23 временных интервалов в коды и формирователя 24 признаков искажений сигнала, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам блока 25 формирования и контроля выходной последовательности. Управляющие входы блоков 21 и 25 подключены к выходу формирователя 19 управляющих сигналов чтения, выход блока 25 подключен к выходной шине устройства.

На фиг. 2 показаны: а) - сигналы входной информационной последовательности, распределенные по кодовым группам, в свою очередь распределенным по блокам (на чертеже для простоты представлен фрагмент информационной последовательности в виде одного блока из 24-х четырехбитовых кодовых групп в сокращенной записи, нечетные и четные кодовые группы условно выделены путем двухуровневого расположения), значками и буквами отмечены начала и концы двух совокупностей взаимосвязанных кодовых групп - одной в виде 12 подобных кодовых групп 0110 в последовательности из 16 кодовых групп, а другой в виде отрезка арифметической прогрессии из 10 кодовых групп в последовательности из 12 кодовых групп; б) - сигналы преобразованного, но без маркерных сигналов, не минимизированного и не уравненного блока кодовых групп, включающего 7 служебных, 2 сохраняющиеся информационные кодовые группы после исключения из исходного блока 22-х информационных кодовых групп (первая -0101 и вторая -0010), четыре дополнительные информационные кодовые группы (1111, 1111, 1100 и 1001) с указательной двоичной последовательностью для первой совокупности взаимосвязанных кодовых групп, три дополнительные информационные кодовые группы (1101, 1011 и 1111) с указательной двоичной последовательностью для второй совокупности взаимосвязанных кодовых групп, при этом в первой служебной кодовой группе (1011) два старших разряда (слева) отведены под код числа совокупностей взаимосвязанных кодовых групп в блоке (здесь - две совокупности, т. е. код 10), а два младших - под признаки прямых или обратных кодов всех нечетных и четных кодовых групп преобразованного и дополненного маркерными кодовыми группами блока (здесь единичное значение означает прямые коды, а нулевое - обратные), вторая служебная кодовая группа содержит код типа взаимосвязи для первой совокупности (здесь - взаимосвязь 12-ти кодовых групп по типу подобия их всех одной кодовой группе 0110, условно принятый код этой взаимосвязи - 0001), третья служебная кодовая группа содержит код адреса начала первой совокупности в блоке (здесь - третья позиция и, следовательно, код 0011), а четвертая - код размера первой совокупности за вычетом некоторого числа, при котором еще возможно получение эффекта сжатия, например, 6 (здесь - в совокупности 16 кодовых групп и, следовательно, код 1010), пятая служебная кодовая группа содержит код типа взаимосвязи для второй совокупности взаимосвязанных кодовых групп (здесь - взаимосвязь 10-ти кодовых групп по типу возрастающей арифметической прогрессии с единичным приращением и начинающейся с кода 0001, условно принятый код такой взаимосвязи - 1110), шестая служебная кодовая группа содержит код адреса начала второй совокупности (тринадцатая позиция в блоке - код 1101), а седьмая - код ее размера также за вычетом числа 6 (здесь - 12 кодовых групп в совокупности, т. е. код 0110); в) - преобразованный и дополненный блок кодовых групп, включающий коды первого и второго маркерных интервалов (на чертеже отмечены надписью) и имеющий минимизированные суммы значений всех нечетных и четных кодовых групп путем сравнения их прямых и обратных кодов и выбора наименьшего из последних (в примере нечетные и четные кодовые группы представлены обратными кодами, что отмечено нулевыми значениями первого и второго справа разрядов первой служебной группы), а также выровненные суммарные значения всех нечетных и четных кодовых групп преобразованного блока путем определения величины и знака разности суммарных значений и дополнения значения одного из маркерных интервалов (в примере второго) до равенства суммарных значений, причем положение второго маркерного интервала внутри блока зависит от величины указанной разности: производят выбор наименьшего значения разности суммарных значений из всех ее значений, посчитанных для разных положений второго маркера в последовательности кодовых групп преобразованного блока, и фиксируют второй маркер в положении, соответствующем указанному минимуму, значение которого и используют в качестве выравнивающей добавки; г) - последовательность сигналов записи преобразованных блоков кодовых групп (на чертеже представлен полный сигнал записи одного блока), в начале каждого из которых сформирован первый маркерный интервал с длительностью, определяемой значением соответствующего кода (в примере - К(τ м₀)₁= 10000) и имеющей минимальное значение, отличное от максимального значения длительности служебных и информационных интервалов, и в котором длительность служебных и информационных интервалов между соседними перепадами определяется соответствующими кодовыми группами, а длительность и положение в сигнале записи блока второго маркерного интервала - в соответствии с значениями соответствующего ему кода (в примере - K(τм₀)₂= 10000) и выравнивающей добавки Δ = 01111 и положением последнего в преобразованном и дополненном блоке кодовых групп; д) последовательность сигналов воспроизведения блоков; е) - сигналы признаков первых и вторых маркерных интервалов, фиксирующих начало блока кодовых групп и положение в нем второй маркерной кодовой группы; ж) - дешифрованный из сигнала воспроизведения блок кодовых групп; з) - 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 18 входную информационную последовательность двоичных сигналов подают с входа устройства на вход блока 1 запоминания и распределения, с помощью которого осуществляют накопление последовательности, ее распределение по кодовым группам, например четырехбитовым, и распределение кодовых групп по блокам с одинаковым числом кодовых групп в блоке, равным, например, 24. С выхода блока 1 распределенная последовательность (фиг. 2, а) поступает поблочно на регистр 2 исходного блока кодовых групп, с выхода которого сигналы текущего исходного блока кодовых групп поступают одновременно в блок 3 выявления совокупностей взаимосвязанных кодовых групп и формирования служебных кодовых групп, на формирователь 5 указательных двоичных последовательностей совокупностей и на первую распределительную схему 6. По соответствующим управляющим импульсам с формирователя 18 в блоке 3 с помощью схем 4, каждая из которых настроена на один определенный тип взаимосвязи, осуществляют выявление взаимосвязанных кодовых групп и определение их типов в текущем блоке и формирование для каждой совокупности трех служебных кодовых групп с кодами типа взаимосвязи, адреса начала совокупности в блоке и размера совокупности соответственно, в формирователе 5 для каждой совокупности взаимосвязанных кодовых групп строится указательная двоичная последовательность присвоением позициям взаимосвязанных кодовых групп одних значений, например единичных (как в данном примере), а позициям промежуточных кодовых групп - противоположных значений, первая распределительная схема 6 располагает в регистре 7 в строго установленном порядке (фиг. 2, б): служебные кодовые группы всех совокупностей, информационные кодовые группы блока, расположенные до начала первой совокупности (в данном примере первая и вторая кодовые группы блока), затем базовую кодовую группу (если она не предусмотрена кодом типа взаимосвязи) и промежуточные кодовые группы первой совокупности (и примере они отсутствуют, так как базовая группа 0110 первой совокупности по определению задается типом взаимосвязи и его кодом, а промежуточных кодовых групп в первой совокупности нет), дополняющие блок кодовые группы с распределенной по ним указательной двоичной последовательностью первой совокупности (на фиг. 2, б - 9-я, 10-я, 11-я и 12-я кодовые группы), информационные кодовые группы, расположенные между первой и второй совокупностями взаимосвязанных кодовых групп (в примере их нет), базовую кодовую группу (если она не предусмотрена кодом типа взаимосвязи) и промежуточные кодовые группы второй совокупности (в примере их нет), дополняющие блок кодовые группы с распределенной по ним указательной двоичной последовательностью второй совокупности (на фиг. 2, б - 13-я, 14-я и 15-я кодовые группы) и так далее.

С выхода регистра 7 соответствующие сигналы преобразованного блока кодовых групп вида фиг. 2, б подают на сумматор 8 прямых кодов и сумматор 9 обратных кодов, а также на вторую распределительную схему 13. Суммы прямых и обратных кодов отдельно всех нечетных и четных кодовых групп с выходов сумматоров 8 и 9 подают в блок 10, осуществляющий сравнение сумм и формирование признаков записи всех нечетных и четных кодовых групп в прямых или обратных кодах, и в блок 11, производящий оценку разности значений сумм прямых либо обратных кодов - в зависимости от результатов сравнения в блоке 10 - нечетных и четных кодовых групп преобразованного блока для разных положений в нем второй маркерной группы. В формирователе 12 формируют признак положения второй маркерной группы в блоке, соответствующее минимуму указанной разности, и значения маркерных кодовых групп с учетом последней в качестве уравнивающей добавки к одной из них (в примере - ко второй, при этом значение разности сумм минимально при исходном положении второго маркера). С помощью второй распределительной схемы 13 по признаку результата сравнения из блока 10 сравнения, признаку положения второй маркерной группы и значениям маркерных кодовых групп из формирователя 12 и соответствующим управляющим импульсам записи из блока 17 управления образуют в регистре 14 из прямых и обратных кодов с регистра 7 преобразованный, минимизированный и уравненный блок кодовых групп вида фиг. 2, в, который подают на формирователь 15 сигнала записи этого блока в виде фиг. 2, г, записываемого с помощью блока 16 записи на носитель.

В режиме "Чтение" воспроизведенную с магнитного или оптического носителя последовательность импульсов усиливают и приводят в блоке 20 воспроизведения к виду, представленному на фиг. 2, д, после чего их подают на формирователь 19 управляющих импульсов чтения и в блок 21 дешифрации сигналов воспроизведения, в котором из этих сигналов формируют с помощью формирователя 22 - признаки первого и второго маркеров (фиг. 2, е), с помощью преобразователя 23 - служебные и информационные кодовые группы (фиг. 2, ж), с помощью формирователя 24 - признаки искажений воспроизведенного сигнала, в частности по несовпадению суммарных длительностей всех четных и нечетных интервалов сигнала воспроизведения блока. Сформированные в результате дешифрации сигналов воспроизведения сигналы кодовых групп, сигналы признаков маркеров и сигналы признаков искажений подают в блок 25 формирования и контроля выходной последовательности, поступающей на выход устройства в виде, представленном на фиг. 2, з.

Способ позволяет существенно повысить плотность упаковки цифровой информации в запоминающей среде за счет снижения числа кодовых групп в блоках кодовых групп и, следовательно, сокращения длительности сигналов записи блоков кодовых групп. При этом обеспечивается однозначное соответствие дешифрованной из сигналов воспроизведения информации записанной. Так, из приведенного примера видно, что в сигнале записи блока (фиг. 2, г) присутствуют вместо исходных 24 кодовых групп 16 кодовых групп, т. е. в 1,5 раза меньше, что означает возросшую в 1,5 раза плотность упаковки информации, так как на 16 перепадов сигнала записи по двум уровням приходятся 24 исходные кодовые группы. Достоинством данного способа является произвольность в выборе типов и количества взаимосвязей кодовых групп для разного вида двоичных данных, что позволяет при тщательном анализе двоичных данных конкретного вида создавать достаточно большой набор типов взаимосвязей кодовых групп и достигать при этом более высоких показателей плотности упаковки данных при записи в магнитные и оптические запоминающие среды.

Формула изобретения

Способ записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель, включающий распределение двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и кодовых групп по блокам, дополнение блоков маркерными и служебными кодовыми группами, минимизацию и уравнивание суммарных значений всех нечетных и четных кодовых групп блока, формирование маркерных, служебных и информационных перепадов сигнала записи блока по двум уровням и временных интервалов между перепадами в соответствии с кодовыми группами и их значениями и запись сформированной последовательности перепадов и временных интервалов сигнала записи блока по двум уровням на магнитный или оптический носитель, отличающийся тем, что преобразуют блоки кодовых групп путем выявления в них совокупностей взаимосвязанных кодовых групп, формирования для каждой совокупности кодов типа взаимосвязи, адреса ее начала и размера, указательной двоичной последовательности присвоением позициям взаимосвязанных кодовых групп одних значений, а позициям промежуточных кодовых групп - противоположных значений, распределения битов указательных последовательностей совокупностей по дополняющим блок кодовым группам и исключения из блока всех или кроме базовых взаимосвязанных кодовых групп совокупностей, минимизируют и уравнивают суммы значений всех нечетных и четных кодовых групп преобразованного блока, после чего формируют перепады и временные интервалы сигнала записи блока в соответствии с преобразованной последовательностью маркерных, служебных и информационных кодовых групп и их значениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2