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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verarbeiten von Bi-Phase-modulierten Signalen in einem magnetischen PCM-Signalaufzeichnungs- und -wiedergabegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-AS 20 17 703 bekannt.
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Man ist allgemein der Ansicht, daß das Aufzeichnen eines Bi-Phase-modulierten Signals auf einen magnetischen Aufzeichnungsträger und das Wiedergeben eines solchen Signals von dem Aufzeichnungsträger gegenüber einer Aufzeichnung und Wiedergabe von Analogsignalen Vorteile hinsichtlich einer Verminderung des Einflusses von Verzerrungen, unregelmäßiger Betriebsweise des Antriebs des Aufzeichnungsträgers sowie der Verbesserung der Signalqualität hat. Typisch für solche Digitaldaten, wie sie durch das Frequenzmodulationssystem geliefert werden, ist, daß sie sich mit einem minimalen Umkehr-Intervall umkehren, das eine Hälfte der Bitdauer der ursprünglichen, vom PCM-System aufbereiteten Daten ist, wenn die ursprüngliche Date eine logische "1" ist, und sich mit einem maximalen Umkehr-Intervall umkehren, das gleich der Bitperiode ist, wenn die ursprüngliche Date eine logische "0" ist. Diese Art eines digitalen Signals wird nachfolgend als "digitales FM-Signal" zur Erleichterung der Darstellung bezeichnet.
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Die Demodulation eines solchen Signals wird in der Weise ausgeführt, daß bestimmt wird, ob eine Impulsdauer des wiedergegebenen, digitalen Signals das maximale Umkehr-Intervall oder das minimale Umkehr-Intervall aufweist, d. h. ob die Wiederholungsfrequenzkomponente F des maximalen Umkehr-Intervalls oder die Wiederholungsfrequenzkomponente 2 F des minimalen Umkehr-Intervalls vorliegt. Man benötigt daher ein Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Signalübertragungssystem, das eine ausreichende Bandbreite hat, um auch die höhere Frequenzkomponente 2 F ohne wesentliche Dämpfung zu übertragen. Der Steigerung der verfügbaren Aufzeichnungsdichte auf dem magnetischen Aufzeichnungsträger sind daher durch die Signalübertragungskanäle, die man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit relativ schmal auslegt, Grenzen gesetzt.
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Aus der DE-AS 20 17 703 ist es bekannt, die höherfrequente Frequenzkomponente dadurch zu unterdrücken, daß das Signal um eine Bitperiode verzögert und mit dem unverzögerten Signal addiert wird. Das sich ergebende Summensignal wird dann nur noch von der niedrigerfrequenten Signalkomponente bestimmt. Diese Einrichtung setzt jedoch voraus, daß beide Signalkomponenten mit ihrer ursprünglichen Amplitude auf dem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden, was eine entsprechende Bandbreite aufnahmeseitig, bandseitig und wiedergabeseitig verlangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie die Übertragungsbandbreite des magnetischen PCM-Signalaufzeichnungs- und -wiedergabegeräts besser ausnutzt.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der Erfindung sind die Frequenzen für die Modulation des Signals derart gewählt, daß aufgrund des Frequenzgangs des Systems der Wiedergabepegel der höherfrequenten Komponente ausreichend niedriger wird, als derjenige der niedrigerfrequenten Komponente. Während der Wiedergabe wird die höherfrequente Komponente weiter gegenüber der niedrigerfrequenten Komponente gedämpft oder gar vollständig entfernt und der Wiedergabepegel wird bezüglich der niedrigerfrequenten Komponente des von dem Aufzeichnungsträger abgespielten digitalen Signals gesteuert.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Diagramm, das ein Beispiel der ursprünglichen digitalen Daten und eines digitalen Signales zeigt, das durch die Frequenzmodulation der digitalen Daten erzeugt wird;
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Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bekannten Demodulator-Schaltung einer digitalen Signalwiedergabe-Einrichtung;
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Fig. 3a-3g Diagramme, die die Signalformen verschiedener Signale zeigen, die die Betriebsweise der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung darstellen;
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Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist;
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Fig. 5a-5m Diagramme von Signalformen, die in den verschiedenen Teilen der in den Fig. 4 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiele auftreten;
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Fig. 6 eine grafische Darstellung des Frequenzgangs der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung;
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Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Wiedergabe-Entzerrer-Verstärkers, der in der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung enthalten ist;
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Fig. 8 ein Blockdiagramm eine beispielhaften Demodulator-Schaltung, die ebenfalls in der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung enthalten ist; und
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Fig. 9 eine Skizze der Signalform, die ein durch die erfindungsgemäße Einrichtung wiedergegebenes digitales Signal darstellt und auf einem Oszilloskop erscheint.
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Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen einem Digitaldatensignal und einem entsprechenden, durch PCM-Modulation erzeugten, zur Aufzeichnung bestimmten Signal, das zwei Frequenzkomponenten enthält und zum Selbst-Taktgeben geeignet ist. Das Prinzip des FM-Systems ist derartig, daß das sich ergebende Signal mit einem minimalen Umkehr-Intervall umgekehrt sein wird, wenn im Digitalsignal eine logische "1" vorliegt, und mit einem maximalen Umkehr-Intervall, das der Bit-Dauer T entspricht, umgekehrt sein wird, wenn im Digitalsignal eine logische "0" vorliegt.
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Wie zum Stand der Technik in Fig. 2 dargestellt ist, wird wiedergabeseitig ein digitales FM- Signal, das an der Eingangsklemme 10 angelegt wird, einer Amplitudenauswahlschaltung 12 zugeführt, die einen Begrenzer enthalten kann. Die Signalform des wiedergegebenen digitalen FM-Signals ist in Fig. 3a dargestellt. Die Amplitudenauswahlschaltung 12 vergleicht das Signal a mit einem vorbestimmten Null- Durchgang oder Bezugspegel L, der in Fig. 3a dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Amplitudenauswahlschaltung 12, das in der Fig. 3b dargestellt ist, ist eine Pulsfolge b, wobei die Pulse hohen Pegel haben, wenn das Signal a größer als der Null-Durchgangs-Pegel L ist, und einen niedrigen Pegel haben, wenn das Signal a niedriger als der Null-Durchgangs-Pegel L ist. Das Signal a wird außerdem einem Taktgenerator 14 zugeführt, der daraufhin eine Taktpulsfolge c erzeugt, wie es in Fig. 3c dargestellt ist. Die Taktpulse c sind mit dem Signal a phasensynchron und haben eine Periodendauer, die mit dem minimalen Umkehr-Intervall des Signals a übereinstimmt. Die Taktpulse c werden einer Halteschaltung 16 zugeführt, so daß die Pegel der Pulsfolge b von der Amplitudenauswahlschaltung 12 zum Zeitpunkt der aufsteigenden Flanken der Taktpulse c gehalten werden, wie es durch Pfeile in der Fig. 3c dargestellt ist. Das Ausgangssignal d dieser Halteschaltung 16, das in Fig. 3d dargestellt ist, wird an eine Verzögerungsschaltung 18 angelegt, die das Ausgangssignal d um eine Periodendauer der Taktpulse c verzögert. Dies ergibt ein Pulssignal e, das in Fig. 3e dargestellt ist.
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Die Eingangspulse d und die Ausgangspulse e der Verzögerungsschaltung 18 werden beide einer EXCLUSIV-ODER-Schaltung 20 zugeführt, um durch diese zu einer Pulsfolge f verarbeitet zu werden, die in Fig. 3f dargestellt ist. Die Pulse f werden der Reihe nach einem monostabilen Multivibrator 22 zugeführt, um diesen mit ihren hinteren Signalflanken zu triggern. Jedesmal, wenn der Multivibrator 22 getriggert wird, erzeugt er ein Signal mit niedrigem Pegel, dessen Dauer der Bit-Dauer T entspricht, welche in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in Fig. 3g gezeigt ist, hat das Ausgangssignal g des Multivibrators 22 eine Signalform, die einen niedrigen Pegel aufweist, wenn die ursprüngliche Date eine "0" ist, und einen hohen Pegel hat, wenn sie "1" ist. Das Signal g wird einer Ausgangsklemme 24 zugeführt.
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In den Fig. 4-9 ist die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt. Obwohl die erfindungsgemäße Einrichtung für verschiedenste Arten von Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Geräten anwendbar ist, beschränkt sich die Beschreibung auf einen Videobandrekorder (VTR) mit wendelförmiger Abtastung bzw. Aufzeichnung für den Heimgebrauch.
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In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung mit den Merkmalen der Erfindung dargestellt. Die in Fig. 5a gezeigten digitalen Daten werden der Einrichtung über eine Eingangsklemme 40 zugeführt. Das Eingangssignal a wird zu einer Eingangsklemme einer Zweifach-UND-Schaltung 42 zugeführt. Das Signal a hat die Form einer binären Pulsfolge, deren Pegel in Übereinstimmung mit logischen Pegeln variieren, die die obige Signalform gemäß Fig. 5a haben. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel, das gezeigt ist, sei angenommen, daß die digitalen Daten in Form eines NRZ-Signals vorliegen.
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An eine zweite Eingangsklemme 44 werden Taktpulse b angelegt, die phasensynchron mit den digitalen Daten a sind und eine Periodendauer haben, die dem minimalen Umkehr- Intervall (Bit-Dauer) der digitalen Daten a gleicht. Die Taktpulse b, die in Fig. 5b dargestellt sind, werden den monostabilen Multivibratoren 46 und 48 zugeführt. Der Multivibrator 46 erzeugt Pulse c, die phasensynchron mit den vorderen Flanken der Taktpulse b sind, wie es in Fig. 5c dargestellt ist, und dem einen Eingang einer Zweifach-ODER-Schaltung 50 zugeführt werden. Der andere Multivibrator 48 erzeugt Pulse d in Synchronisation mit der hinteren Signalflanke der Taktpulse b, wie es in Fig. 5d dargestellt ist, wobei die Pulse d an die andere Eingangsklemme der UND-Schaltung 42 angelegt werden. Die UND-Schaltung 42 erzeugt ein Ausgangssignal e, das in Fig. 5e dargestellt ist. Das Signal e wird dem anderen Eingang der ODER-Schaltung 50 zugeführt. Ein Signal f, das daher am Ausgang der ODER-Schaltung 50 erscheint, hat daher die in Fig. 5f gezeigte Form und wird einem Flip-Flop 52 zugeführt. Das Ausgangssignal g des Flip-Flops 52 ist in Fig. 5g dargestellt und kehrt sich in Reaktion auf jeden einzelnen der Pulse f um.
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Wenn die digitale Date a eine "1" ist, ist das Pulssignal g eine hohe Frequenzkomponente 2 F, die sich mit einem Intervall umkehrt, das der halben Bit-Dauer entspricht. Dem entspricht bei Vorliegen einer digitalen Date "0" eine niedrige Frequenzkomponente F, die sich mit der vollen Periodendauer umkehrt, d. h. welche mit der Bit-Übertragungs- Frequenz übereinstimmt. Das Pulssignal g stellt daher ein digitales FM-Signal dar, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörtert wurde. Fig. 4 zeigt einen Schaltungsabschnitt, der mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet ist, und der sich von einer Eingangsklemme 40 bis zum Flip- Flop 52 erstreckt und die Aufgabe eines digitalen Frequenzmodulators erfüllt.
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Das digitale FM-Signal g, das am Ausgang des Flip-Flops 52 erscheint, wird einem Aufnahme-Equalizer-Verstärker 56 zugeführt. Der Equalizer-Verstärker 56 korrigiert den Verstärkungsfrequenzgang und die Phasen-Frequenz- Charakteristika des Eingangssignals g derart, daß eine optimale Magnetisierung eines magnetischen Mediums in der Form eines Bandes 58 erreichbar ist. Das Ausgangssignal des Equalizer-Verstärkers 56 wird durch einen Aufnahmeverstärker 60 auf einen vorbestimmten nötigen Pegel verstärkt und daraufhin einem Aufzeichnungskopf oder Aufnahmekopf 62 zugeführt, damit das Signal auf das Band 58 aufgezeichnet wird.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Frequenzkomponenten F und 2 F des digitalen FM-Signals g in der Weise auf das Band 58 aufgezeichnet werden, daß die Komponente 2 F mit einem ausreichend niedrigen Pegel in bezug auf die Komponente F wiedergegeben wird, z. B. bei einem Pegelverhältnis von 1 zu 10 oder weniger. Dies wird schaltungstechnisch realisiert, indem das Signal aufgezeichnet wird, wobei die Komponente 2 F in bezug auf die Komponente F gedämpft wird. Allerdings kann es unter Beachtung der Tatsache, daß das magnetische Aufzeichnen und Wiedergeben systembedingt die hohen Frequenzkomponenten dämpft, vorteilhafter sein, die Komponenten F und 2 F mit gleichen Pegeln aufzuzeichnen, wobei derartige Frequenzen ausgesucht werden, die eine Wiedergabe der Komponente 2 F lediglich bei einem ausreichend niedrigen Pegel verglichen mit der Komponente F bewirken. Dies macht es unnötig, eine zusätzliche Schaltung zu Dämpfungszwecken in dem Aufzeichnungsabschnitt einzubauen. Beim praktischen Betrieb hat die Komponente 2 F eine Frequenz, die in der Nähe der wiedergebbaren oberen Grenzfrequenz liegt, um die in Fig. 6 gezeigte magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Charakteristik zu erreichen. Nimmt man beispielsweise an, daß der magnetische Aufzeichnungskopf 62 ebenso wie der Wiedergabe-Kopf 64, der nachfolgend beschrieben werden wird, ein drehbarer Magnetkopf ist und daß die Dämpfung der magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Charakteristik bei einer Frequenz in der Größenordnung von 5 MHz beginnt, und um 5 bis 10 dB bei ungefähr 6 MHz und um ungefähr 20 bis 25 dB bei ungefähr 7 MHz dämpft, so wird man 3,5 MHz für die Komponente F und 7 MHz für die Komponente 2 F auswählen. Wenn es gewünscht ist, kann die Komponente F eine Frequenz haben, die weitgehend die andere Frequenzkomponente 2 F daran hindert, wiedergegeben zu werden, was z. B. bei einer Frequenz von 4 MHz auftritt.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen, um das Signal von dem Tonband 58 wiederzugeben. Der Wiedergabekopf 64 liest das digitale FM-Signal von dem Magnetband 58 und führt es einem Wiedergabe-Vorverstärker 66 zu, der das Eingangssignal auf einen vorgegebenen Pegel verstärkt, der für die Ansteuerung der nachfolgenden Schaltungen ausreicht. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 66 wird einem Wiedergabe-Entzerrer-Verstärker 68 zugeführt, der die Verstärkungs-Frequenz-Charakteristik und die Phasen-Frequenz-Charakteristik des Signals korrigiert. Es sei hier angemerkt, daß das digitale FM-Signal, das dem Entzerrer- Verstärker 68 zugeführt wird, eine verschliffene Signalform hat, bei der die höheren harmonischen Frequenzanteile entfernt sind, im Gegensatz zu der rechteckigen Signalform, die in Fig. 5g dargestellt ist. Der Entzerrer-Verstärker 68 hat vorzugsweise eine niedrigere Verstärkung bei der Frequenzkomponente 2 F gegenüber der Verstärkung bei der Frequenzkomponente F, d. h. in der Größenordnung von 1/10 oder weniger. Ein wesentliches Bauteil des Entzerrer-Verstärkers 68 zum Erreichen einer derartigen Funktion ist in Fig. 7 dargestellt.
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Fig. 7 zeigt eine Phasenkompensationsschaltung 68 a, die mit einer Verstärkungsanpassungsschaltung 68 b verbunden ist. Die Phasenkompensationsschaltung 68 a verarbeitet das wiedergegebene digitale FM-Signal, um Intersymbolstörungen zwischen aneinander angrenzenden Bits des Signales zu minimieren. Das Ausgangssignal der Phasenkompensationsschaltung 68 a wird von einer Eingangsklemme 70 einer Verzögerungsschaltung 72 und einer Additionsschaltung 74 zugeführt. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 72 ist auf die halbe Periodendauer der höheren Frequenzkomponente 2 F, d. h. auf 1/2 T festgelegt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 72 wird der Additionsschaltung 74 zugeführt, die die Summe des verzögerten Signales und des nicht-verzögerten Signales bildet. Der Summenausgang der Additionsschaltung 74 wird einer Ausgangsklemme 76 zugeführt. Durch diese Vorgehensweise wird die Signalkomponente 2 F in dem der Eingangsklemme 70 zugeführten Signal ausreichend unterdrückt, im Vergleich zur Frequenzkomponente F, wenn diese an der Ausgangsklemme 76 erscheint.
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Das digitale FM-Ausgangssignal des Entzerrer-Verstärkers 68 wird einer Schaltung mit automatischer Verstärkungsregelung 78 (AGC) zugeführt, die in Fig. 4 dargestellt ist, wobei deren Verstärkung automatisch derart eingestellt wird, daß die Amplitude der Frequenzkomponente F bei einem konstanten Wert bleibt. Als Ergebnis hiervon hat das Ausgangssignal h der AGC-Schaltung 78 eine Signalform, die, wie es in Fig. 5h gezeigt wird, eine ausreichend unterdrückte Frequenzkomponente 2 F hat. Ein Demodulator 80 des Wiedergabe-Abschnitts demoduliert das Ausgangssignal der AGC-Schaltung 78 in der nachfolgend beschriebenen Weise zu den ursprünglichen digitalen Daten. Die Ausgangssignalform der AGC-Schaltung 78 erscheint in der in Fig. 9 gezeigten Art, wenn sie mit einem Oszilloskop betrachtet wird. Wie man in Fig. 9 sieht, ist die Frequenzkomponente F (I in Fig. 9) erheblich höher in ihrem Pegel als die Frequenzkomponente 2 F (II in Fig. 9).
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In der Fig. 8 ist der Demodulator 80 des Wiedergabe-Abschnittes detailliert gezeigt. Das Ausgangssignal h der AGC-Schaltung 78, das über eine Eingangsklemme 82 angelegt wird, wird an einen oberen Pegeldetektor 84 angelegt, um mit einem oberen Schwellenwert LU, der in Fig. 5h gezeigt ist, verglichen zu werden. Der obere Pegeldetektor 84 versorgt eine Torschaltung 88 mit seinem Ausgangspulssignal i, das einen niedrigen Pegel aufweist, wenn das Signal h höher ist als der Schwellenwert LU, wie es in Fig. 5i dargestellt ist. Das Signal h wird ebenso einem unteren Pegeldetektor 86 zugeführt, um mit einem zweiten Schwellenwert LL verglichen zu werden, der ebenfalls in Fig. 5h dargestellt ist. Das Ausgangssignal des unteren Pegeldetektors 86 ist ein Pulssignal j, das in Fig. 5j dargestellt ist, und einen niedrigen Pegel aufweist, wenn das Signal h unter dem Schwellenwert LL bleibt, wobei das Pulssignal j an die Torschaltung 88 angelegt wird. Die Torschaltung 88, die in diesem Ausführungsbeispiel eine UND-Schaltung sein kann, läßt die niedrigen Pegel der Pulssignale i und j durch, wenn diese auf niedrigem Pegel bleiben. Daher ist das Ausgangssignal der Torschaltung 88, das in Fig. 5k dargestellt ist, ein Pulssignal k, das einen niedrigen Pegel hat, der in seiner Lage mit der Frequenzkomponente F des Eingangssignales h übereinstimmt. Während die Pulssignale i und j als negative Signale in den Fig. 5i und 5j dargestellt sind, können sie in dem Fall positiv sein, in dem eine NOR-Schaltung als Torschaltung 88 verwendet wird, um die Signalform k, die in Fig. 5k dargestellt ist, zu erreichen. Das Ausgangssignal k der Torschaltung 88 wird einer Halteschaltung 90 zugeführt.
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Das Signal h wird einem Taktgenerator 92 zugeführt. Der Taktgenerator 92 erzeugt Taktpulse l, die phasensynchron mit dem Signal h sind und eine Wiederholungsfrequenz 2 F haben, die in Fig. 5l dargestellt ist. Die Taktpulse l werden der Halteschaltung 90 als Haltepulse zugeführt, so daß das Pulssignal k an der Vorderflanke eines jeden Haltepulses l gehalten wird. Das Ausgangssignal m der Halteschaltung 90, das in Fig. 5m dargestellt ist, wird an eine Ausgangsklemme 94 angelegt, die in den Fig. 4 und 8 dargestellt ist. Wenn man die Fig. 5m und 5a miteinander vergleicht, so sieht man, daß das Pulssignal m ein demoduliertes Signal ist, das eine "0" bei niedrigem Pegel und eine "1" bei hohem Pegel darstellt.
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Daher werden beim Wiedergewinnen der ursprünglichen digitalen Daten der Wiedergabepegel oder die Schwellenwerte LU und LL bezüglich der speziellen Frequenzkomponente Fgesteuert. Dies ermöglicht die Aufnahme und Wiedergabe der Komponente 2 F bei einem erheblich niedrigeren Pegel als derjenige der anderen Komponente F. Daher muß das Übertragungsfrequenzband des Aufnahme- und Wiedergabesystems lediglich die niedrige Frequenzkomponente F mit ausreichend hohem Signalpegel übertragen.
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Ein Ausführungsbeispiel wurde dargestellt und beschrieben als eine Verwendung des FM-Systems zur Modulation eines digitalen Signales. Allerdings geschah dies lediglich zu Zwecken der Darstellung, wobei es durch jegliches anderes geeignetes Modulationssystem, wie z. B. das PE-System ersetzt werden kann, soweit dies dazu fähig ist, ein digitales Signal zu erzeugen, das ein maximales Umkehr-Intervall hat, das mit der Bit- Dauer der ursprünglichen Daten übereinstimmt, und das ein minimales Umkehr-Intervall hat, das der halben Bit-Dauer entspricht.