Комплекты для цифровой записи звука на видеомагнитофонах

Комплект для цифровой записи зву­ка состоит из видеомагнитофона (как правило, кассетного) и цифрового преоб­разователя — приставки

Поступающий на вход преобразователя двухканальный (стереофонический) сигнал преобразуется в ИКМ кодере 1.1 в цифровой сигнал, который подвер-гается помехозащитному кодированию в кодере 1.2 и затем в формирователе 1.3 преобразуется в квазителевизионный сигнал (КТС), в котором вместо сиг­нала изображения на активной части телевизионных строк размещен кодиро­ванный сигнал звука. Квазителевизионный сигнал поступает на вход видео­магнитофона и записывается на ленте. При воспроизведении с видеомагни­тофона КТС подвергается обратным преобразованиям: вначале в видеоселек­торе  выделяется цифровой сигнал, затем в декодере  производится ис­правление ошибок и в ИКМ декодере происходит преобразование воспро­изведенного цифрового сигнала в аналоговый, который поступает на выход приставки.

В видеомагнитофоне КТС усиливается усилителем , преобразу­ется модулятором  в частотно-модулированный (ЧМ) сигнал и через усили­тель записи  поступает в записывающую видеоголовку  и записывается на магнитной ленте . 

В режиме воспроизведения воспроизводимый видеоголовкой  ЧМ сигнал усиливается усилителем  и подвергается демодуляции в демодуляторе , вновь преобразуясь в КТС. Этот сигнал после усиления в усилителе  посту­пает на выход видеомагнитофона.

Записывающая и воспроизводящая видеоголовки расположены на диске, вращающемся с большой скоростью внутри цилиндрического барабана с па­зом по всему периметру Головки размещены так, что слегка высту­пают за пределы внешней цилиндрической поверхности барабана. Барабан охвачен магнитной лентой по винтовой линии. При движении ленты и враще­нии диска головки прочеркивают наклонные линии на ленте, образуя наклон­ные строчки записи и (или) воспроизведения. (Такой способ записи приобрел наименование наклонно-строчный.) В за­висимости от типа видеомагнитофона на диске может располагаться несколь­ко записывающих и воспроизводящих головок, а также стирающих. В совре­менных видеомагнитофонах стирающач, записывающая и воспроизводящая ви­деоголовки размещены на диске таким образом, что при вращении могут следо­вать по одной и той же видеострочке. При этом может быть образован сквоз­ной канал магнитной записи — вос­произведения и обеспечивается возмож­ность стирания любой из записанных ранее строчек. Сигналограмма видеомагнитофона содержит и продольные до­рожки, предназначенные для записи звуковых сигналов, сигналов управления и сигналов временного и управляющего кода (последний используется в про­фессиональной аппаратуре). 

Бесспорным достоинством такого способа цифровой записи сигнала звука является использование серийно выпускаемой аппаратуры — видеомагнитофо­нов. Добавление к бытовому видеомагнитофону преобразователя, стоимость ко­торого в 3 — 5 раз ниже стоимости видеомагнитофона, позволяет осуществить высококачественную цифровую запись звука. Таким образом расширяются экс­плуатационные возможности видеомагнитофона. 

Среди недостатков этого способа записи следует отметить явное недо­использование емкости канала записи — воспроизведения видеомагнитофона (используется менее 10% емкости канала) и связанный с этим непроизводи­тельный расход ленты. 3 видеомагнитофоне используются относительно боль­шие скорости лента — головка (до 10 м/с и более), что приводит к повышен­ному износу ленты и видеоголовок. При использовании видеомагнитофона не­сколько ограничены эксплуатационные возможности комплекта, например весь­ма затруднительно организовать многоканальную запись и перезапись сигна­ла из одного канала в другой на одном и том же видеомагнитофоне.

На первых порах цифровая звукозапись на базе видеомагнитофонов бы­ла использована для записи оригиналов фонограмм с целью накопления фон­да высококачественных программ. В дальнейшем были разработаны преобра­зователи — приставки к видеомагнитофонам, рассчитанные на владельцев маг­нитофонов для расширения эксплуатационных возможностей видеомагнитофо­нов. Характерным примером такой приставки является устройство РСМ-Х1 фирмы Sony (Япония), электронная часть которой состоит из пяти больших интегральных схем, или устройства РСМ1610. В студиях комплекты цифровой записи звука на видеомагнитофонах эффективно используются в сочетании с многоканальными цифровыми магнитофонами с продольной многодорожечной записью.

Режим записи. В ИКМ кодере входные аналоговые сигналы усиливаются усилителями , фильтруются фильтрами нижних частот  и подвергаются дис­кретизации в устройствах отсчета и запоминания 3. Затем в АЦП 5 происхо­дит 16-разрядное аналого-цифровое преобразование диекретизованных сигна­лов. Часто аналоговые сигналы подвергают предыскажениям с постоянными времени Ti = 50 мкс, т2=15 мкс (Цепь предыскажений может входить в усилитель  или в усилитель фильтра  Перечисленные уст­ройства ИКМ кодера, а также устрой­ство сопряжения цифровых сигналов  аналогичны подобным устройствам циф­рового магнитофона с продольной за­писью.

 Цифровой сигнал с выхода АЦП илч устройства сопряжения через мульти­плексор-распределитель  поступает на вход помехозащищенного кодера, состо­ящего из двух собственно кодеров защи­ты от ошибок  (КЗО-1, КЗО-2) и перемежителя (ПМ) . Рассмотрим один из вариантов помехозащитного кодирования, предлагае­мого японской фирмой Sony.

Шестнадцатиразрядные цифровые слова (d0, di, dz, ..., dis) отсчетов левого (L) и правого (R) каналов стереофонического сигнала в кодере КЗО-1 допол­няются 16-разрядным словом контроля четности (Р), которое образуется как сумма по модулю 2(+) информационных слов левого и правого каналов: Pn=Ln+Rn (здесь n=0,1,2,... — номер елова).

Слова L, R и Р объединяются в блоки из девяти слов, к каждой тройке которых в кодере КЗО-2 добавляется 16-разрядное слово обнаружения ошибки циклического кода коррекции ошибок

Циклический код формируется с помощью образующего (порождающего) полинома G(X) =X16(&X12(SX5®1 по следующему правилу: (1 + d0) X63 + (1 + d1) Х62 + ... + (1 + d15) X48 + d16 X47 + d17 X4б + ... + d47 Xu mod G (X).

Двенадцатисловные блоки кодированного сигнала объединяются в сверх­блок перемежения по 35 блоков в каждом В процессе перемежения строки 1, 2 и 3 сверхблока следуют друг за другом. Таким образом, информация одного сверхблока перемежения (35 блоков из двенад­цати 16-разрядных слов) «растягивается» на интервале в 105 слов. Отдельные слова каждого из 12-словных блоков распределяются на интервале, превы­шающем 2X35 блоков, и слова соседних строк разделены интер­валом перемежения в 35 блоков.

После перемежения кодированные блоки в последовательности,  записываются в одно из ЗУ буферной памяти 10. Запись про­исходит в течение одного поля телевизионного сигнала, и в ЗУ записывается 245 блоков. После заполнения ЗУ последующие блоки записываются во вто­рое ЗУ, а из первого ЗУ происходит считывание сигнала.

Считываемый сигнал поступает на один из входов видеосмесителя , на второй вход которого приходит сигнал синхросмеси, вырабатываемый теле­визионным синхрогенератором . В результате смешения образуется квазите­левизионный сигнал , который после усиления усилителем  посту­пает на выход преобразователя и далее на вход видеомагнитофона для за­писи на ленте. 

Считывание из ЗУ происходит порциями таким образом, чтобы цифровая информация размещалась на активной части 245 телевизионных строк в те­чение каждого поля квазителевизионного сигнала. Первая строка с информа­цией в нечетном поле отстоит от начала синхроимпульса поля на расстоянии 13ГС (Тс — длительность строки), а в четном поле — на расстоянии 13,5TС. В течение одной телевизионной строки размещены 128 бит кодированной инфор­мации и один дополнительный бит управления. Один перемеженный сверхблок размещается на 35 телевизионных строках (в течение сверхблока накаплива­ется 35-разрядное слово управления). Интервал перемежения составляет 11 2/3 Tc..

По окончании формирования одного поля квазителевизионного сигнала на видеосмеситель поступает сигнал от второго ЗУ, а кодированный сигнал с ко­дера вновь поступает на первое ЗУ. Далее циклы повторяются. Блок буфер­ной памяти может быть аналогичен блоку памяти цифрового магнитофона. Возможно иное построение этого блока. Например, пос­ле формирования одного сверхблока кода его можно с большой скоростью записать в ЗУ и затем считывать из него с меньшей скоростью по мере за­полнения активных частей строк квазителевизионного сигнала, В этом случае емкость ЗУ может быть уменьшена до одного сверхблока (в 7 раз меньше, чем в предыдущем случае). В зависимости от выбранной частоты дискретизации изменяются и пара­метры квазителевизионного сигнала (табл. 4). При использовании частот дис­кретизации 44,056 и 48 кГц на вход синхронизации видеомагнитофона посту­пает синхросигнал с ТВ синхрогенератора 13 и видеомагнитофон работает в. ведомом нестандартном режиме.

Зависимость параметров сигнала от частоты дискретизации

На основании данных таблицы можно сделать вывод о том, что в циф­ровых студиях телевидения, где используется частота дискретизации 48 кГц, весьма затруднена синхронная запись звука с помощью рассмотренного комп­лекта синхронно с сигналом изображения из-за нестандартности параметров квазителевизионного сигнала. Для осуществления синхронной записи и синхронного монтажа видеофо­нограмм требуются иные форматы кодов. Режим воспроизведения. В режиме воспроизведения воспроизведенный ква­зителевизионный сигнал е выхода видеомагнитофона поступает на видеоуси­литель  и далее на амплитудный селектор , в котором осу­ществляется разделение кодированного информационного сигнала и телевизи­онного синхросигнала. Кодированный сигнал поступает в буферную память , а телевизионный синхросигнал используется для формирования тактовых им­пульсов записи в память и сигналов разрешения записи/считывания

Блок буферной памяти  работает аналогично блоку . Изменяются лишь режимы записи и считывания При считывании из буферной памяти цифрового сигнала со стабильной частотой полностью устраняются временные искажения воспроизводимого сигнала и детонация в воспроизводимом сигна­ле полностью отсутствует

В декодере защиты от ошибок, состоящем из деперемежителя, декодера  (ДЗО-2) и декодера  (ДЗО-1), происходят обратные преобразования цифрового сигнала с обнаружением и исправлением ошибок. После депереме-жения воспроизведенные слова вновь размещаются в блоках сверхблока . Затем происходят обнаружение и исправление-ошибок. Вначале обнаруживаются ошибки при декодировании в декодере ДЗО-2 циклического кода, и строчка блока с ошибкой помечаются символами ошибки. В декодере ДЗО-1 осуществляется проверка на четность по столб­цам блока, в результате которой обнаруживается место ошибочного символа. Исправление ошибки производится путем замены ошибочного двоичного сим­вола на противоположный (1 на 0 или 0 на 1).

Если из-за выпадений в канале записи — воспроизведения видеомагнито­фона образуется пакет ошибок протяженностью не более 23 блоков (23 ТВ строк). то и в этом случае возможно исправление ошибок. После деперемежения протяженный пакет ошибок распадается на множество одиночных ошибок, попадающих в разные системы проверок, которые исправляются декодерами ДЗО-2 и ДЗО-1.

Если количество ошибок в воспроизводимом сигнале велико и исправляю­щей способности кода недостаточно для их исправления, то декодерами  вырабатывается команда маскирования. В этом случае в блоке маскирова­ния ошибок  формируется слово замены ошибочного слова. Оно образуется путем интерполяции по значениям соседних отсчетов. Слово замены комму­татором  включается в общий цифровой поток вместо ошибочного слова.

После исправления ошибок и маскирования декодированный информаци­онный сигнал демультиплексором  распределяется по каналам (левому и правому) и поступает на соответствующие ИКМ декодеры, состоящие из ЦАП 27, фильтров  и выходных усилителей . После декодирования ИКМ сигналов образуются аналоговые воспроизводимые сигналы, которые посту­пают на выход цифрового преобразователя. В усилителе 19 осуществляется амплитудно-частотная коррекция, обратная внесенным входным усилителем предыскажениям. Устройство синхронизации и управления  формирует не­обходимые сигналы. Опорный сигнал со стабильной частотой вырабатывается опорным генератором .

На выход преобразователя-приставки через устройство сопряжения  по­ступает и цифровой сигнал воспроизводимой звуковой программы. Таким об­разом, перезапись цифровых сигналов звука с видеомагнитофона на видеомаг­нитофон может осуществляться без дополнительных аналого-цифрового и циф­ро-аналогового преобразований, которые вносят дополнительные шумы пре­образования. Контроль сигналов и режимов работы приставки осуществляется так же, как и в цифровых магнитофонах.

Итак, рассмотрены основные принципы цифровой записи звуковых сигна­лов с использованием видеомагнитофонов. В различных цифровых преобразо­вателях звуковых сигналов могут быть использованы иные форматы и виды кодов защиты от ошибок, иные правила перемежения и иное распределение цифровой информации в квазителевизионном сигнале. Однако принципы пре­образования и обработки звуковых сигналов сохраняются.