Brevet FR2468182A1 — publié le 19810430

Procédé et appareil pour l'enregistrement et la reproduction magnétique de signaux numériques. La présente invention concerne un procédé et un appareil pour l'enregistrement et la reproduction magnétique de signaux numériques et elle a trait, en particulier, à un système d'enregistrement et de reproduction de signaux numériques destinés à être utilisés avec un appareil d'enre- gistrement et de reproduction magnétique utilisant un trans- formateur comme ligne de transmission de signal. Dans un appareil pour enregistrer et reproduire des signaux vidéo, comme par exemple un VTR qui comprend une tête rotative, une transmission de signal entre une tête magnétique incorporée à un rotor et un circuit d'enregistrement extérieur ou circuit de reproduction est effectuée par l'intermédiaire d'un transformateur rotatif. Quand on désire enregistrer et reproduire un signal mis sous une forme numérique, spécialement un signal numérique dans le format NRZ contenant des composantes de courant continu, avec ce type d'appareil d'enregistrement et de reproduction magnétique utilisant le transformateur comme ligne de transmis- sion de signal, les composantes de courant continu comprises dans le signal sont bloquées par le transformateur, ce qui se traduit par une fluctuation du niveau du courant dans la tête magnétique en fonction de la combinaison des impulsions, ce qui rend difficile la discrimination des codes dans le circuit de reproduction. Selon une solution classique apportée à ce problème, comme proposé dans le système d'enregistrement magnétique décrit dans la demande de brevet japonnaise n0 128133/77, un bit de courant d'enregistrement appliqué à la tête magnétique est constitué par une ou plusieurs paires d'impulsions prin- cipales (impulsions pilotes) et auxiliaires (impulsions asservies) de polarité opposée,dont on fait en sorte que le produit de l'amplitude par la durée soit le même pour chacune des impul- sions et l'on réduit à un minimum l'amplitude des impulsions auxiliaires. Toutefois, la solution classique élargit facheu- sement la bande de fréquence du signal car une impulsion initiale est transformée en une multiplicité d'impulsions en vue d'un enregistrement sur un support d'enregistrement et, pour cette raison, le signal devient sensible au bruit et exige un circuit de traitement de signal compliqué pour la conversion des impulsions. C'est pourquoi un objet de la présente invention lo est de procurer un procédé nouveau d'enregistrement et de reproduction magnétique qui est adapté de façon appropriée à un appareil d'enregistrement et de reproduction magnétique muni d'un transformateur et qui peut résoudre les problèmes classiques mentionnés ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est de procurer un appareil d'enregistrement et de reproduction magnétique qui peut empêcher la transmission et l'amplification des erreurs concernant le code même quand de telles erreurs se produisent pendant le traitement des signaux numériques. La présente invention est caractérisée par le fait que l'on applique à l'enregistrement et à la reproduction magnétique la technique classique de conversion de signal d'un système à réponse partielle utilisant le format (1,0, -1) de manière telle qu'un signal numérique binaire d'entrée soittransformé en une série de signaux intermédiaires par un dispositif de précodage comportant un circuit à retard pour un retard de deux intervalles ou fenêtre de temps et un additionneur nrdulo-2,on soumet la série de signaux intermédiaires à une conversion ( numérique binaire ct'entrée initial. Dans la notation (X,Y,Z) utilisée dans la conversion de signal mentionné dans le présent exposé, "X" désigne un signal f(t) au moment t, "Y" désigne un signal f(t-T) qui est retardé par rapport au signal f(t) d'un intervalle de temps dont la durée est T, et "Z" désigne un signal f(t-2T) qui est retardé par rapport au signal f(t) de 2T. Par conséquent,la notation (1,0,-l) indique une conversion de signal de f(t)- f(t-2T), la notation (1, -1) indique une conversion de signal de f(t) - f(t-T), et la notation (1, +1) indique une conversion de signal de f(t) + f(t-T). D'autres objets, avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront au cours de la description détaillée donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique utile pour expliquer la conversion de signal de réponse partielle utilisant le format (1, 0, -1); la figure 2 est un diagramme chronologique pour expliquer le fonctionnement de la conversion de signal représenté sur la figure 1; la figure 3 est un schéma synoptique d'après le mode de réalisation de la présente invention; la figure 4 est un diagramme chronologique pour expliquer le fonctionnement du mode de réalisation représenté sur la figure 3; la figure 5 est une représentation graphique des caractéristiques des circuits (6a, 6b) du convertisseur; la figure 6 est un schéma de circuit montrant des détails d'une section (2,6a,4') pour l'enregistrement du signal dans le mode de réalisation de la figure 3; la figure 7 est un schéma de circuit montrant des détails d'une section (4', 5', 6b, 7,9) pour la reproduction du signal dans le mode de réalisation de la figure 3; la figure 8 est un schéma de circuit montrant des détails d'un amplificateur d'enregistrement (41) de la section représentée sur la figure 6; la figure 9 est un schéma de circuit montrant des détails d'un amplificateur de reproduction (46) de la section représentée sur la figure 7; les figures 10 et 11 sont des schémas de circuit d'éléments constitutifs d'un circuit d'égalisation (5); et la figure 12 est un schéma de circuit montrant des détails d'un circuit (9) de reproduction de signal de rythme. Avant de décrire un mode de réalisation préféré de la présente invention, et pour une meilleure compréhension de cette dernière, on va expliquer en se référant aux figures 1 et 2, le traitement de signal basé sur un système à réponse partielle général utilisant un format (1, 0, -1). Un système de conversion de signal à réponse partielle tel que représenté sur la figure 1 comprend une borne d'entrée 1 à laquelle est appliqué un signal numérique d'entrée, un précodeur 2 adapté pour transformer le signal numérique d'entrée en une série de signaux intermédiaires, une ligne de transmission 4, un circuit d'égalisation 5, un circuit décodeur 6 adapté pour effectuer une conversion (1, O, -1) du signal, un circuit 7 discriminateur de code, une borne de sortie 8 pour fournir un signal numérique de reproduction, un circuit 9 de reproduction de signal de rythme, et une borne de sortie pour fournir un signal de rythme. Le précodeur 2 comprend un circuit 21 de retardement de signal adapté pour retarder le signal numérique d'entrée de deux intervalles 2T, T étant la largeur d'un intervalle ou fenêtre de temps d'une transmission de signal; et un additionneur 22 modulo-2. Le circuit décodeur 6 comprend un circuit 61 de retardement de signal pour un retard de deux intervalles ainsi qu'un soustracteur 62. A la borne d'entrée 1 est appliquée une donnée numérique sous la forme d'un signal pulsé SA de format NRZ composé de bits "1" et "O" comme représenté en S sur la figure 2. L'ad- ditionneur 22 modulo-2 contenu dans le précodeur 2 est cons- titué par un circuit OU exclusif (EXOR) qui fournit une sortie "O" quand la somme des deux entrées est paire et une sortie "1" quand la somme est impaire. Quand le signal pulsé SA traverse le précodeur 2, les bits "1" du signal pulsé SA sont annulés par les bits "1" d'une sortie SA2T provenant du circuit 21 de retardement de signal de sorte que le signal pulsé SA est transformé en une série de signaux intermédiaires, comme représenté en SB sur la figure 2. La réponse en fréquence du signal pulsé intermédiaire SB, particulièrement dans la bande haute fréquence, se dégrade lorsque le signal pulsé SB traverse la ligne de transmission 4. Lorsque la cadence de transmission de données devient élevée, cette dégradation du signal pulsé s'aggrave en donnant naissance à une interférence accrue entre symbole et à des erreurs importantes dans la discrimination des codes. Le circuit d'égalisation 5 corrige la réponse de fréquence du signal pulsé SB traversant la ligne de transmission de manière telle que cette réponse de fréquence satisfasse la condition de Nyquist, c'est-à-dire que toutes les formes d'ondes équivalentes soient armuIées aux points de temps dl'échantillonnage adjacents. Comme suite à cette correction de la réponse de phase ou de fréquence du signal pulsé dans le circuit d'égali- sation 5, le signal de sortie SB du circuit d'égalisation 5 contient des bruits accrus dans ses composantes haute fréquence, spécialement près de la fréquence de Nyquist fo qui est égale à 1/2T. En particulier, quand la ligne de transmission 4 est remplacée par un appareil d'enregistrement magnétique, le signal reproduit SBE en provenance de la tête magnétique est différentié de manière que la composante de courant continu et les composantes de fréquence prochessoient éliminées du signal S B'. Mais du fait que le circuit d'éga- lisation 5 compense de telles composantes basse fréquence, les bruits dans la bande basse fréquence se trouvent accrus. Bien qu'une discrimination erronée des codes soit due aux deux causes décrites ci-dessus, on peut réduire les erreurs dans la sortie S,, du circuit d'égalisation 5 en faisant passer la sortie SB" à travers le circuit décodeur 6. Le circuit décodeur 6 dirige le signal pulsé SB" vers deux trajets, un signal étant directement appliqué à un soustracteur 62 et l'autre signal étant retardé de deux intervalles de temps dans un circuit à retard 61 de manière à être transformé en un signal SB2T puis à être appliqué au soustracteur 62. Le circuit décodeur 6 possède une fonction de transfert de signal de 2)sin CuTi et est généralement connu comme étant un circuit de conversion (1, 0, -1). Comme on peut le voir d'après la fonction de transfert de signal, le circuit décodeur 6 élimine les composantes de fréquence voisine de la composante de courant continu et de la fréquence de Nyquist et fournit un signal de sortie SD dont ont été éliminées les composantes de bruits se situant dans ces bandes de fréquence et qui est un train d'impulsion ternaire comme représenté en SD sur la figure 2. Du fait que "+1" et "-1" du signal pulsé SD cor- respondent à. "1" dans le train d'impulsiors d'entrée initial SA du format NRZ, on peut obtenir, à la borne de sortie 8, un signal pulsé SA: qui est identique à l'impulsion d'entrée initiale en décelant les niveaux ternaires du signal pulsé SD dans le circuit 7 discriminateur de code. En ayant recours au système à réponse partielle utilisant le format (1, 0, -1) dans lequel la première con- version de signalest effectuée dans l'additionneur modulo-2, on peut avantageusement empêcher l'amplification des erreurs introduites dans le code de transmission par le trajet de transmission après le précodeur 2. La présente invention utilise entièrement les avantages de la conversion de signal propre au système à réponse partielle pour réduire les erreurs qui apparaissent dans les informations vidéo avant l'enregistrement et la reproduction de ces informations dans un appareil d'enregis- trement et de reproduction magnétique vidéo. La sortie du précodeur 2 contient une composante de courant continu comme le montre la forme d'onde SB de la figure 2. Par conséquent, quand la ligne de transmission 4 de la figure 1 est remplacée simplement par une section d'enregistrement d'information vidéo d'un VTR (magnétoscope) composé d'un transformateur rotatif, d'une tête magnétique, d'une bande magnétique, etc., le niveau du courant continu s'écoulant à travers la tête magnétique fluctue en fonction de la combinaison des impulsions du signal pulsé SB' ce qui se traduit par un courant d'enre- gistrement qui fluctue. Par contre, la réponse de fréquence du signal de reproduction provenant de la bande magnétique, varie avec la valeur du courant d'enregistrement. Par conséquent, quand la sortie du précodeur 2 est appliquée directement au transformateur rotatif, la réponse de fréquence du signal de reproduction fluctue en fonction de la combinaison binaire des informations enregistrées, en provoquant une interférence non linéaire entre symboles,et on ne peut donc obtenir une forme d'onde équivalente correcte à partir du circuit d'égalisation 5, ce qui donne naissance à des erreurs dans la discrimination du code. Selon la présente invention, la conversion (1,0,-l) est divisée en une conversion (1, -1) et une conversion (1, +1). Plus particulièrement, comme représenté sur la figure 3, pendant qu'un signal de sortie S d'un précodeur 2 B est appliqué à une section 4' d'enregistrement d'information vidéo par l'intermédiaire d'un circuit convertisseur (l,-l) 6a, le signal de reproduction Scit fourni par le circuit d'égalisation 5 est décodé à travers un circuit 6b de conversion (l, l) puis ap1iqué à un circuit 7 discrnimateur de code. Le circuit 6a de conversion (1, -1) comprend un circuit à retard 63 conçu pour un retard d'un seul intervalle de temps, ainsi qu'un soustracteur 64 et ce circuit possède une fonction de transfert de signal de 2)sin -. Par consé- quent, quand il traverse le circuit 6a, le signal de sortie SB du précodeur 2 peut être débarrassé de sa composante de courant continu et une impulsionde signal pulsé ternaire équilibré du point de vue courant continu, comme celui représenté en SC sur la figure 4, peut être obtenueà partir du circuit 6a de conversion (l,-l). Le signal pulsé Sc assure évidemment un enregistrement d'information magnétique avec un niveau de courant continu uniforme. Le signal de reproduction S que celles pour l'enregistrement binaire. Le circuit 6b de conversion (1, +1) comprend un circuit à retard 65 conçu pour un retard d'un seul intervalle de temps et un additionneur 66, ce circuit possédant une fonction de transfert de signal de 2Jcos2jjT. Comme cette fonction de transfert présente unpôle à la fréquence de Nyquist fo (=>4 comme représenté sur la figure 5, le signal de sortie SD, T provenant du circuit 6b de conversion (1, +1) est débarrassé des bruits à la fréquence de Nyquist proche comme dans la conversion (1, O, -1). Comme représenté en SD' sur la figure 4, "+1" et "-1" dlans le signal de sortie SD correspondent '.1" dans le signal initial d'entrée SA du format NRZ et le signal de sortie S' présente la même D forme d'onde que la sortie du circuit décodeur 6 représenté sur la figure 1. On va décrire en se référant aux figures 6 et 7, un exemple de la structure du circuit de VTR comprenant la présente invention. Dans une section d'enregistrement de signal représentée sur la figure 6, un signal vidéo TV codé sous une forme numérque est appliqué, en même temps que le code de correction d'erreur et autre information analogue, à une borne d'entrée 1 pendant une période T. Un train d'impulsiorn d'entrée SA présent à la borne d'entrée 1 est appliqué à l'une des bornes d'entrée d'un circuit OU-EX 21 (circuit OU EXCLUSIF). A l'autre borne d'entrée du circuit OU-EX 21 est appliqué un signal SA2T qui est le signal de sortie SB du circuit OU-EX retardé de 2T par rapport à l'impulsion d'entrée SA par deux étages de circuitsbasculeurs22a, 22b du type D entraînés respectivement par une impulsion d'en- traînement PT. Un circuit 6a de conversion (1, -1) comprend T' un amplificateur intermédiaire 67, un élément alanogique à retard 63 pour retarder le signal d'un temps T, ce circuit étant par exemple un câble coaxial, et un amplificateur différentiel 64 dont la sortie est couplée à un amplificateur d'enregistrement 41. Un circuit d'enregistrement 4a d'un VTR (magnétoscope) comprenant l'amplificateur d'enregistrement 41, un transformateur rotatif 42 et une tête magnétique 43, a la même structure de base que celle du circuit d'enregis- trement VTR général pour l'enregistrement d'un signal modulé en fréquence (modulation FM) sauf que la bande de fréquence de l'amplificateur d'enregistrement 41 a été élargie en vue de la densité d'enregistrement. L'amplificateur d'enregistrement 41 est représenté de façon détaillée sur la figure 8. Comme on peut le voir sur la figure 8, le signal de sortie SC du circuit 6a de conversion (1, -1) est appliqué à un ampli- ficateur différentiel 410. L'amplificateur différentiel 410 comprend des transistors 411 et 412 dont les émetteurs sont reliés à un circuit de différentiation constitué par un condensateur 413 et des résistances 414 et 415, et dont les collecteurs sont couplés respectivement à des amplificateurs 417 et 416 ayant la même structure. Par conséquent, les circuits amplificateurs 416 et 417 reçoivent des signaux de polarité opposée résultant de la différentiation du signal SC et appliquent des signaux de sortie aux bornes de l'en- roulement primaire du transformateur rotatif 42. Si on examine la figure 7 qui représente une section de reproduction de signal, on voit qu'un circuit 4b comprenant une tête magnétique 44, un transformateur rotatif 45 et un amplificateur de reproduction 46 a la même structure que celle d'un circuit de reproduction VTR général pour la reproduction d'un signal de modulation FM sauf que la bande de fréquence de l'amplificateur de reproduction 46 a été élargie. L'anmpli- ficateur de reproduction 46 est représenté de façon détaillée sur la figure 9. Le circuit d'égalisation 5 comprend un circuit 51 d'égalisation d'amplitude destiné à corriger la dégradation de réponse de fréquence dans les bandes de fréquence basse et haute, un circuit de filtrage 52 et un circuit 53 d'égalisation de phase destinés à corriger la distorsion du retard du signal introduite par les circuits précédents 51 et 52. Le circuit 51 d'égalisation d'amplitude comprend un circuit d'intégration tel que celui représenté sur la figure 10, ce circuit d'inté- gration corrigeant la dégradation qui affecte la réponse de fréquence dans la bande de fréquence basse par suite des caractéristiques de différentiation de la tête magnétique, et une multiplicité de circuits tels que ceux représentés sur la figure 11, ces circuits étant reliés en tandem pour corriger la dégradation de la réponse de fréquence qui affecte la bande de fréquence haute par suite des diverses pertes. Le circuit 6b de conversion (1,+l) comprend un amplificateur intermédiaire 68, un câble coaxial 65 pour retarder le sianal d'une période T, et un circuit additionneur 70 pour additionner les sorties de l'amplificateur intermé- diaire et du câble coaxial. Le circuit 9 de reproduction de signal de rythme représenté sur la figure 12 comprend un amplificateur diffé- rentiel 91 qui reçoit le signal de sortie SCII du circuit d'égalisation 5, des circuits redresseurs 92 et 93 pour redresser respectivement les signaux de sortie positifset négatifsde l'amplificateur différentiel 91, un circuit addi- tionneur 94 pour additionner les signaux de sortie des deux circuits redresseurs, un amplificateur 95 pour amplifier le signal de sortie du circuit additionneur 94, un résonateur hélicoidal 96 qui oscille à une fréquence correspondant à une période T en synchronisme avec le signal de sortie de l'ampli- ficateur 95, et un circuit amplificateur 97 pour amplifier la sortie du résonateur 96. Le circuit 7 discriminateur de code comprend deux comparateurs de tension 71 et 72 dont les sorties sont reliées à un circuit OU 74. Le comparateur de tension 71 reçoit sur une de ses bornes d'entrée le signal de sortie SD' du circuit convertisseur 6b et sur son autre borne d'entrée une tension de référence. Le comparateur de tension 72 reçoit sur une de ses bornes d'entrée le signal de sortie SD' par l'intermédiaire d'un inverseur 73 et sur son autre borne d'entrée la tension de référence. Ces deux comparateurs de tension 71 et 72 fonctionnent en synchronisme avec l'impulsion de sortie du circuit 9 de reproduction de signal de rythme. Grâce à cette conception, l'impulsion "+1" détectée par le comparateur 71 et l'impulsion"-l" détectée par le comparateur 72 sont toutes deux délivrées sous la forme d'un "1" à une borne de sortie 8 par l'intermédiaire du circuit 74. Le train d'impulsionsNRZ SA appliqué à la borne d'entrée 1 peut donc être finalement reproduit. Comme on l'a décrit, le système d'enregistrement et de reproduction magnétique selon la présente invention, permet (a) de supprimer l'effet du blocage de la composante de courant continu du au transformateur rotatif car l'impulsion d'entrée appliquée à la section d'enregistrement magnétique est du type équilibré du point de vue courant continu, (b) d'empêcher l'amplification de code erroné et (c) d'assurer l'obtention de signaux à rapport S/N (signal/bruit) élevé en raison de l'utilisation complète des avantages procurés par la conversion de signal basé sur le système à réponse partielle. Par consé- quent,,le système selon la présente invention peut avanta- geusement être appliqué aux appareils d'enregistrement et de reproduction magnétique tels que les magnétoscopes (VTR) dans lesquels le signal vidéo transformé en signaux numériques est enregistré et reproduit. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'enregistrement magnétique pour signaux numériques, caractérisé par le fait qu'il comprend une première phase consistant à produire une série de signaux numériques binaires intermédiaires en soumettant séquentiellement à une sommation modulo-2 un signal numérique binaire d'entrée reçu en fonction d'un format d'intervalle de temps prédéterminé et un signal numérique binaire inter- médiaire précédent le signal numérique binaire d'entrée de deux intervalles de temps; une seconde phase consistant à produire une série de signaux numériques ternaires en soustrayant séquentiellement un premier signal binaire obtenu au cours de ladite première phase d'un second signal binaire obtenu au cours de ladite première phase, ledit premier signal binaire précédent ledit second signal binaire d'un intervalle de temps; et une troisième phase consistant à enregistrer sur un support d'enregistrement magnétique la série de signaux obtenus au cours de ladite seconde phase. 2. Procédé pour reproduire un signal d'enregistrement magnétique enregistré à l'aide d'un procédé suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend: une première phase consistant R. extraire s6quentiellement la série de signaux ternaires dudit support d'enregistrement magnétique; une seconde phase consistant à additionner un premier signal ternaire obtenu au cours de cette première phase et un second signal ternaire obtenu au cours de cette première phase, ledit premier signal ternaire précédent ledit second- signal ternaire d'un seul intervalle de temps; et une troisième phase consistant à discriminer le signal ternaire obtenu au cours de la seconde phase cidessus et à le transformer en un troisième signal binaire. 3. Procédé de reproduction d'un signal d'enregistrement magnétique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite première phase comprend une égalisation du signal ternaire extrait du surport d'enregistrement de sorte que la réponse de fréquence dudit signal ternaire satisfait la condition de Nyquist. 4. Appareil pour enregistrer des signaux numériques sur un support d'enregistrement magnétique et pour reproduire les signaux numériques enregistrés, caractérisé par le fait qu'il comprend: un premier moyen (2) comprenant un additionneur (22) modulo-2 et un premier élément à retard (21) qui retarde la sortie dudit additionneur modulo-2 pendant deux intervalles de temps d'un format d'intervalle de temps prédéterminé, et engendrant une série de signaux binaires intermédiaires en soumettant séquentiellement audit additionneur modulo-2 un signal numérique binaire d'entrée reçu par le premier moyen en conformité avec le format d'intervalle de temps prédéterminé et un signal numérique binaire qui provient dudit premier élément à retard; un second moyen (6a) comprenant un second élément à retard (63) qui retarde un signal appliqué pendant un seul intervalle de temps, et engendrant une série de signaux ternaires en soustrayant séquentiellement un premier signal binaire engendré par ledit premier moyen d'un second signal binaire engendré par ledit premier moyen, ledit premier signal binaire précédent ledit second signal binaire d'un seul intervalle de temps et étant retardé par ledit second élément à retard; un troisième moyen (4') pour enregistrer la sortie du second moyen sur le support d'enregistrement magnétique; un quatrième moyen (5) pour reproduire un signal enregistré sur le support d'enregistrement magnétique; un cinquième moyen (6b) comprenant un troisième élément & retard (65) qui retarde un signal appliqué pendant un seul intervalle de tEips, et engendrant l'autre série de signaux ternaires en ajoutant un premier signal de sortie provenant du quatrième moyen et un second signal de sortie provenant du- dit quatrième moyen, ledit premier signal de sortie précédant ledit second signal de sortie d'un seul intervalle de temps et étant retardé par ledit troisième élément à retard; et un sixième moyen (7) pour discriminer l'autre signal ternaire provenant du cinquième moyen et pour le transformer en un troisième signal binaire. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit quatrième moyen (5) comprend un moyen (51) servant à corriger la réponse de fréquence du signal reproduit à partir du support d'enregistrement magnétique. 6. Appareil suivant les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un septième moyen (9) pour engendrer un signal de rythme d'un format d'inter- valle de temps prédéterminé en synchronisme avec le signal de sortie dudit quatrième moyen, grâce à quoi ledit sixième moyen effectue la discrimination du signal de sortie dudit cinquième moyen en synchronisme avec le signal de rythme dudit septième moyen.