SU1764080A1 - Способ магнитной записи цифровой информации - Google Patents

Description

1

(21)4893759/10

(22)25.12.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Воронежский государственный университет , Воронежский политехнический институт и Научно-исследовательский институт бытовой видеотехники

(72)Л.Б.Аржеухов, Ю.М.Белоцерковский, В.Й.Костылев и В.Н.Козубов

(56)Патент США № 4553130, МКИ G 11 В 5/09, опублик. 1985.

Патент США

№4635141, МКИ G 11 В 5/09, опублик. 1987. (54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

(57)Изобретение относитс  к технике записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель и может использоватьс  в аппаратуре регистрации и обработки

информации систем измерений, вычислительной техники, цифровой звуко- и видеотехники , Цель изобретени  - 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 пр мых 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.

(Л

С

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

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

Недостатком способа  вл етс  невысока  плотность и помехозащищенность записи цифровой информации, Так, плотность записи в среднем при его использовании составл ет 1,5 бита на минимальный интервал битового перехода дл  носител . Повышение помехозащищенности записи в способе осуществл ют лишь минимизацией величины посто нной составл ющей в сигнале путем объединени  кодовых групп в блоки, вычислени  дл  каждого блока возможной величины посто нной составл ющей и включени  между двум  смежными блоками специальной выравнивающей кодовой группы.

Из известных способов магнитной записи цифровой информации наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ магнитной записи цифровой информации, заключающийс  в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответствующих им перепадов сигнала заVJ

О 4

§

писи и временных интервалов между ними, длительность которых устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимального времени битового перехода дл  магнитного носител  и времен- ных приращений, пропорциональных значени м соответствующих кодовых групп,

Однако и этот способ не обеспечивает достаточных плотности и помехозащищен- ности записи. Так, при кодовой группе в 3 бита и 5%-приращени х Ат к минимальному битовому интервалу дл  носител  TO средн   плотность записи составл ет всего 2,55бит/ То . Помехозащищенность запи- си в способе обеспечивают за счет очень сложной и трудоемкой операции предком- пенсации сигналов записи, а также за счет выбраковки и адресации плохих участков носител  дл  их обхода, что применимо в основном во внешних ЗУ ЭВМ.

Целью изобретени   вл етс  повышение плотности и помехозащищенности записи .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе записи цифровой информации, заключающемс  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 дл  магнитного носител  и временных приращений, пропорциональных значени м соответствующих кодовых групп, кодовые группы распредел ют по словам с одинаковым числом кодовых групп и добавл ют к каждому слову до четного числа кодовых групп в нем одну или несколько кодовых групп с контрольными битами и битами признаков пр мых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, устанавливают нулевое значе- ние признакового бита и обратные коды соответствующих ему кодовых групп слова при суммарной длительности соответствующих этим кодовым группам интервалов, меньших дл  обратных кодов, формируют в начале сигналов записи нечетных и четных слов маркерные интервалы с противоположными уровн ми 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 фиг.1 представлена структурна  схема устройства дл  осуществлени  способа; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его сущность.

Устройство дл  реализации способа содержит блок 1 запоминани  и группировани  входной последовательности, блок 2 определени  контрольных кодов слов, регистр 3 слова, блок 4 ключевых схем, сумматор 5 пр мых кодов, сумматор 6 обратных кодов, блок 7 сравнени , блок 8 определени  разности кодов, блок 9 ключевых схем, формирователь 10 временных интервалов, блок 11 записи, блок 12 управлени , формирователь 13 управл ющих импульсов дл  режима записи, формирователь 14 управл ющих импульсов дл  режима чтени , блок 15 воспроизведени , блок 16 дешифрации сигналов воспроизведени , формирователь 17 кодов слов, формирователь 18 признаков искажений сигнала воспроизведени  и блок 19 формировани  и контрол  выходной последовательности.

Блок 1 запоминани  и группировани  информационным входом подключен к входу устройства, а выходом - к информационному входу блока 2 определени  контрольных кодов и к одному информационному входу регистра 3 слова, выход блока 2 определени  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 пр мых кодов, а другой - к информационному входу сумматора 6 обратных кодов, выход сумматора 5 подключен к одним информационным входам блока 7 сравнени  и блока 8 определени  разности кодов, выход сумматора 6 подключен к другим информационным входам блока 7 сравнени  и блока 8 определени  разности кодов, выход блока 7 подключен к соответствующим управл ющим входам блоков 8,9, 2 и третьему информационному входу регистра 3, выход блока 8 определени  разности кодов подключен к одному информационному входу, а выход блока 9 ключевых схем - к другому информационному входу формировател  10 интервалов, подключенного одним из выходов к информационному входу блока 11 записи, св занного выходом с выходной шиной На запись устройства. Устройство содержит также блок 12 управлени , который состоит из формировател  13 управл ющих импульсов записи, св занного своими трем  управл ющими входами соответственно с управл ющей шиной Запись, управл ющей шиной Пуск и вторым выходом формировател  10 интервалов, и из формировател  14 управл ющих импульсов чтени , св занного одним из выходов с управл ющей шиной Чтение. Формирователь 13 своими выходами подключен к соответствующим управл ющим входам блоков 1 - запоминани  и группировани  - определени  контрольных кодов, 4 и 9 - ключевых схем, 7 - сравнени , 8-определени  разностей кодов, 11 - записи, а также регистра 3 слова, сумматоров 5 и 6 и формировател  10 интервалов.

Блок 15 воспроизведени  входом св зан с входной шиной С носител , первым выходом - с информационным входом формировател  14 управл ющих импульсов чтени , а вторым выходом - с информационным входом блока 16 дешифрации сигналов воспроизведени , к которому в этом блоке подключены информационные входы формировател  17 кода слова и формировател  18 признаков искажений сигналов, управл ющие входы которых св заны с управл ющим входом блока 16 дешифрации, подключенным к выходу блока 12 управлени  и далее к выходу формировател  14 управл ющих импульсов чтени . Выходы формирователей 14,17 и 18 подключены к соответствующим входам блока 19 формировани  и контрол  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 дл  простоты представлен фрагмент последовательности из 2-х слов в сокращенной записи, нечетные и четные кодовые группы слов условно выделены путем двухуровневого расположени ); б - та же последовательность слов, но с приформированной к каждому из них до четного числа кодовых групп в слове дополнительной кодовой группы (крайн   справа в слове), включающей два контрольных бита (в группе слева, подчеркнуты общей чертой), бит признака обратных кодов нечетных кодовых 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 двум  перепадами определена значением соответствующей кодовой группы, в начале сигналов записи нечетных и четных

слов сформированы маркерные интервалы с противоположными уровн ми сигнала записи , причем длительность маркерных интервалов приведенной пары слов сформирована так, что суммарные длительности всех интервалов, включа  маркерный , одного уровн  сигнала записи двух слов и всех интервалов, включа  маркерный , другого уровн  равны между собой

(на фиг. маркерные интервалы выделены штриховкой, в первом маркерном интервале TMI двойной штриховкой выделена часть интервала в 2Аг , дополн юща  минимальную длительность маркерного интервала до равенства суммарных длительностей интервалов противоположных уровней сигнала записи двух слов); г - последовательность сигналов воспроизведени  слов (зачеркнутым показан импульс

воспроизведени  с искаженным на величину At под действием помех в процессе записи или воспроизведени  временным положением); д - сигналы признака начала (маркера) слова, сформированные из сигналов воспроизведени  слов; е - последовательность кодов считанных слов, дешифрованных из сигналов воспроизведени  слов (под каждой дешифрованной дополнительной кодовой группой слова

представлены двухбитовые контрольные коды, вычисленные по дешифрованным кодовым группам слова); ж - сигнал признака искажени  сигнала воспроизведени  двух слов, сформированный по неравенству суммарных длительностей нечетных и четных интервалов, включа  маркерные, в сигнале текущей пары воспроизведенных слов; з - сигнал ошибки в дешифрованном слове, сформированный по результату контрол 

слова с помощью контрольных битов; и - выходна  информационна  последовательность .

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

В режиме Запись по сигналу соответствующим управл ющим импульсам с формировател  13 входную информационную последовательность двоичных сигналов подают с входа устройства на вход блока 1 запоминани  и группировани , с помощью которого осуществл ют накопление последовательности, ее разбивку на че- тырехбитовые 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 сгруппированна  последовательность (фиг.2,а) поступает пословно в блок 2 определени  контрольных кодов и на регистр 3 слова. В блоке 2 определ ют двухбитовые контрольные коды слова дл  следующих четырех случаев: пр мых кодов нечетных и четных кодовых групп слова (единичные значени  третьего и четвертого битов дополнительной кодовой группы); обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова (нулевые значени  третьего и четвертого битов дополнительной кодовой группы, это случай приведен на фиг.2,б); пр мых кодов нечетных и обратных кодов четных кодовых групп слова (единичное значение третьего и нулевое значение четвертого битов дополнительной кодовой группы); обратных кодов нечетных и пр мых 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 определени  контрольного кода слова как остатка от делени  на четыре суммы двоичных кодов четырехбитовых кодовых групп слова, не вследствие дублировани  ошибок в четных и нечетных группах при временных сдвигах границы интервалов здесь достаточно суммировать только четные кодовые группы (включа  признаковые биты). Регистр 3 слова помимо разр дов под информационные биты слова содержит также разр ды под одну или несколько дополнительных кодовых групп, включающих контрольные биты и биты признаков пр мых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова. В рассматриваемом примере регистр 3 содержит четыре дополнительных разр да под одну дополнительную кодовую группу.

По соответствующим управл ющим импульсам с формировател  13 в разр ды при- знаков пр мых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп одного слова поочередно занос тс  следующие значени  1 и 1 (пр мые коды нечетных и четных кодовых групп слова); О и О (обратные коды нечетных и четных кодовых групп слова); 1 и О (пр мые коды нечетных и обратные коды четных кодовых групп слова); О и 1 (обратные коды нечетных и пр мые коды четных кодовых групп слова). Синхронно с этим в блоке 2 определ ют соответствующие двухбитовые контрольные коды с учетом значений признаков и соответствующих им значений пр мых или обратных кодов четных кодовых групп слова и занос т эти значени  в соответствующие разр ды регистра 3 слова. Дл  каждого из четырех вариантов кода текущего слова, последовательно избираемого с помощью блока 4 ключевых схем, осуществл ют с помощью сумматоров 5 и б суммирование значений пр мых и обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слова, включа  дополнительную кодовую группу, после чего с помощью блока 7 сравнени  выбирают один из четырех вариантов кода слова, обеспечивающий минимальные значени  его сумм нечетных и четных кодовых групп. На выходе блока 7 сравнени  вырабатываетс  двухбитовый код, повтор ющий значени  признаковых битов, соответствующих указанным минимальным суммам кодовых групп слова. Этот код заноситс  в признаковые разр ды дл  дополнительной кодовой группы регистра 3 слова и по этому коду из блока 2 определени  контрольных кодов в контрольные разр ды регистра 3 слова дл  дополнительной кодовой группы заноситс  соответствующий контрольный код. По этому же коду в блоке 8 фиксируютс  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 запоминани  и группировани  входной последовательности и составл ющее с предыдущим пару св занных слов, обрабатываетс  аналогичным образом. В блоке 3 определ ют 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.2,6) эта разность равна

Pi-ii-CS нч. ),-(2 |ч )„ 24-22 2ю

нч..

в дес тичной системе счислени , или (0100)2 - в двоичной. Максимальное значение кодовой группы равно (1111)2 15ю. Чтобы значение маркерного интервала было отлично

от значений кодовой группы, его минимальное значение устанавливают отличительно большим максимального значени  кодовой группы, например, равным (00001)2 16ю. К этому значению соответствующего маркерного интервала (в данном примере первого) в формирователе 10 интервалов прибавл ют значение разности Pi - и, поступающей на формирователь 10 из блока 8.

В формирователе 10 интервалов после завершени  формировани  двоичных кодов длительности первого маркерного интервала , значений пр мых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп, включа  дополнительную, первого слова, длительности второго маркерного интервала и значений пр мых или обратных кодов нечетных и четных кодовых групп, включа  дополнительную , второго слова формируют сигнал записи двух слов вида фиг.2,в. При этом длительность маркерных тм интервалов и информационных интервалов ти устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимальной длительности и временных приращений, пропорциональных значени м соответствующих кодовых групп двух слов, и в соответствии со следующей таблицей.

Таким образом, длительность информационного интервала мен етс  в пределах Ти т0 - (TO + 15 Лт) , где величину Лг примен ют, как в прототипе, равной ,01 -0,1 т0 .Длительность маркерного интервала мен етс  в пределах

TM - TMO 2 TMO -(2г0 +32 Ат),

(То +16 AT) т .к. в случае, если длительность одного маркерного интервала превосходит вдвое и бо- леедлительностьдругого,

т.е.тм ( 2 т0 + 32 Ат ) , то формируетс  только один, больший по величине, маркерный интервал с уменьшенной на тМо длительностью .

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

tb То + Т2 + Т + Тз + TO + Т2 + Тз + То + +Т1 + TMO + Т1 + Т1 + Т4 + То + Т1 + T1 + П + + T1 +T2 19 To +40 At ,

и сумма всех интервалов нижнего уровн  сигнала записи двух слов, соответствующа 

значению суммы кода длительность первого маркерного интервала, обратных кодов четных кодовых групп первого слова и обратных кодов нечетных кодовых групп второго слова, равна

tH TMo+2 AT + T1 + T1 + Та, + To + TI + T1 +

+ T1 + To + T1 + T1 + T2 + T1 + T3 + To + + T2 + T3 +T0 +T1 19 To +40 AT.

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 носител  последовательность импульсов вида фиг.2,г усиливают в блоке 15 воспроизведени  и подают на формирователь 14 управл ющих импульсов чтени , в частности, маркерных импульсов слов (фиг.2,д), блока 12 управлени  и в блок 16 дешифрации сигналов воспроизведени , в котором из этих сигналов формируют с помощью формировател  17 сигналы кодовых групп св занной пары слов (фиг.2,е) и с помощью формировател  18 - сигналы признаков искажений вос- произведенного 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 отличаетс  на величину At от нормального, в результате чего неверно дешифрованы п тый и шестой интервалы в первом слове (вместе длительности TI п того и те, шестого интервалов сигнала записи (фиг.2,в) в воспроизведенном сигнале по вились длительности TI и тз соответствен но (фиг.2, г). В результате нарушилось равенство суммарных длительностей интервалов одного и другого уровней на величину 2 Аг , что  вл етс  одной из причин выработки формирователем 18 сигнала признака искажени  сигнала (фиг.2,ж).

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

в случае их несовпадени  сигнала ошибки (фиг.2,з), интертирование обратных кодов нечетных и четных кодовых групп слов и выдачу на выход устройства считанной последовательности (фиг.З.и). Таким образом, все искажени  (включа  выпадени ) информационных сигналов под действием помех в процессе записи, хранени  и считывани  с высокой веро тностью обнаруживаютс  и локализуютс  с точностью до одного или пары слов, что обеспечивает их дальнейшее исправление различными известными способами . При этом не требуютс  специальные выбраковка, адресаци  и пропуск дефектных участков.

Способ позвол ет повысить плотность записи цифровой информации на магнитный или оптический носитель за счет увеличени  информативности сигнала записи и помехозащищенность записи за счет оперативного обнаружени  и локализации практически всех искажений сигналов и ошибок в выходной информации.

Плотность записи Р3ап определ ют как отношение информативности сигнала записи - зап к его прот женности Тзап.:

Р зап г зап -

I зап

В приведенном примере реализаци  способа (фиг.2) удобно рассматривать сигнал записи jiapbi слов как единичный. Тогда

, Тзап 38Г0 +105 At .ПОСКОЛЬКУ

в способе рекомендуемые значени  Дт (0,01 -0,1) г0 , произведем расчет средней плотности при среднем значении Агср 0,05 Г0 :

1446

зап-предл 38 То + 5,35 Г0

3,326/ Т0

Способ-прототип обеспечивает при значении Аг 0,05 т0 в среднем всего 2,55 б/ г0 .

Таким образом, способ магнитной записи цифровой информации позвол ет в среднем повысить плотность записи в 1,3 раза по сравнению со способом-прототипом и обеспечивает высокую помехозащищенность записи за счет введени  маркерных признаков в сигналах записи-воспроизведени , уравновешивани  длительности интервалов одного и другого уровней в сигнале записи пар слов и введени  контрольных битов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ магнитной записи цифровой информации , заключающийс  в распределении двоичных сигналов входной информационной последовательности по кодовым группам и формировании соответстаующих им перепадов сигнала записи и временных интервалов между ними, длительность которых устанавливают в зависимости от значений соответствующих сумм минимального времени битового перехода

   дл  магнитного носител  и временных приращений , пропорциональных значени м соответствующих кодовых групп, отличающийс  тем, что, с целью повышени  плотности и помехозащищенности записи,

   кодовые группы распредел ют по словам с одинаковым числом кодовых групп и добавл ют к каждому слову до четного числа кодовых групп в нем одну или несколько кодовых групп с контрольными битами и

   битами признаков пр мых 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 дл  обратных кодов, формируют в начале сигналов записи нечетных и четных слов маркерные интервалы с противоположными

   уровн ми 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.

   Ка зеп/сь 1

   Чгениз

   Вход

   Фиг. I

   С носител 

   I

   15 Блок

   воспроиз

   17

   Форм-лъ кодов слов

   Блок дэшифрац. сигналов -rg зоспроизв. А j