Brevet FR2514925A1 — publié le 19830422

Système d'enregistrement et de lecture numérique multipiste. La présente invention concerne un système d'enregis- trement et de lecture numérique dans lequel des signaux numé- rique d'un format inversé de non-retour-à zéro sont enregistrés sous une forte densité par utilisation d'une pluralité de têtes magnétiques fixes. Dans les systèmes d'enregistrement numériques connus dans la technique, les signaux audio-sont transformés en signaux PCM puis organisés en une séquence de blocs dont chacun comprend des mots numériques de données et de synchronisation ainsi que des mots numériques de détection et de correction d'erreurs. Les chiffres binaires du signal organisé sont du format dit de non-retourà-zéro (NRZ) Toutefois, en raison du fait que is la composante d'horloge du signal NRZ tend à varier avec le contenu du mot de données l'information d'horloge serait perdue si une séquence de zéro se prolongeait On utilise couramment une technique de transformation pour donner au signal initial de non-retour-à-zéro (NRZ) une forme qui contient une quantité suffisante d'informations d'horloge pour qu'il y ait de fortes chances que les chiffres binaires soient reproduits avec une cadence d'horloge correcte. D'autre part, l'utilisation des bandes classiques de 3,81 mm de largeur et de tête fixe classique présentant un entrefer minimal de 0,3 micromètre impose des limitation à la densité d'enregistrement bien que des opérations avec des vitesses de bande élevées résoudraient le problème de la densi- té. Les techniques de transformation connues comprennent la modulation de fréquence modifiée (MFM), la modulation 3- positions( 3 PM), et l'enregistrement codé par groupe (GCR) Du fait que les signaux MFM ou 3 PM transformés et rythmés automati- quementprésentent un spectre de fréquence large contenant une quantité notable d'énergie dans la plage de fréquencestrès basses voisine du courant continu et dans la plage de fréquencesélevées, les systèmes d'enregistrement classiques fonctionnant avec une vitesse de bande typique de 7,1 cm/sec sont affectés par une cross-modulation qui est due à la fuite des flux entre les têtes d'enregistrement adjacentes avec, pour conséquence, que la forme d'onde reproduite est contaminée par du bruit et que le taux d'erreur augmente considérablement dans la plage de fréquences élevée En outre, ces problèmes sont compliqués par le fait que par suite de sa caractéristique différentielle, la tête magnétique engendre un signal ternaire et non pas un signal binaire,ce qui rend difficile l'obtention d'un enregistrement de haute densité. La présente invention a pour objectif de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en transformant le signal numérique en un signal inversé de non-retour à zéro (NRZI), en le distribuant à une pluralité de têtes fixes parallèles et en détectant le mot de synchronisation pour une régénération d'horloge et pour permettre un enregistrement de haute densité le long de premières pistes multiples lorsqu'elle est entraînée vers une de ses extrémités et le long de secondespistermultiples imbriquéesavec les premières pistes lorsque la bande est entraî- née vers son autre extrémité. Selon la présente invention, le système d'enregistre- ment et de lecture numérique comprend des moyens pour transforme mer un signal analogique en un signal numérique comprenant un mot de donnéeset un mot de synchronisation, des moyens pour distribuer le signal numérique à une pluralité de voies, un moyen pour transformer le signal numérique de chaque voie en un signal inversé de non-retour à zéro CNRZI), une pluralité de transducteurs électromagnétiques parallèles fixes associés et respectivement aux voies/espacés l'un de l'autre par au moins la largeur d'une piste pour l'enregistrement des signaux distribués NRZI le long d'une pluralité de premières pistes longitudinales d'une bande magnétique lorsque cette bande est entraînée vers une de ses extrémités et le long d'une pluralité de secondes pistes longitudinales imbriquées avec les premières pistes lors- que la bande est entraînée vers son autre extrémité, chacun des transducteurs présentant une caractéristique différentielle à l'aide de laquelle le signal enregistré est détecté en tant que forme d'onde présentant trois niveaux importants lorsque le système fonctionne dans un mode de lecture, des moyens couplés au transducteur pour transformer la forme d'onde en un signal binaire afin de récupérer le signal numérique initial, des moyens pour détecterdans le signal numéri 4 ue récupéré le mot de synchronisation afin d'engendrer un signal de rythme ou syn- chronisation indiquant la position de chaque chiffre binaire du mot de donnéespar rapport au mot de synchronisation détec- té, des moyens sensibles au signal de commande de rythme pour aligner le rythme de chaque chiffre binaire provenant de chaque transducteur avec le rythme de ceux provenant des autres transducteurs, des moyens pour arranger les mots de données 0 alignés dans le temps en une série de mots de données successifs, et des moyens pour transformer la série de mots de donnéesen un signal analogique. La présente invention permet l'utilisation de méca- nismesclassique 5 d'enregistrement de bandespour obtenir une densité d'enregistrement élevé qui permet d'enregistrer le signal à une vitesse aussi élevée que 2 Mégabits par seconde. On va décrire la présente invention de façon détaillée en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une illustration d'un système d'en- registrement numérique de la présente invention; la figures 2 est une illustration schématique d'un modèle ou combinaison d'enregistrement; la figure 3 est une illustration de la forme d'onde d'un système inversé de non-retour-à-zéro; la figure 4 est une illustration du spectre de fré- quence du signal NRZI; la figure 5 est une illustration d'une combinaison de pistes; la figure 6 est une illustration d'un système de lecture selon la présente invention; la figure 7 est une illustration de détails d'un détecteur de niveau et d'un circuit de lecture de donnéebde la figure 6; et les figures 8 et 9 sont des illustrations de diagram- mesde temps associés au circuit de la figure 7. En se référant maintenant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté un mode de réalisation préféré du système d'enregistrement numérique de la présente invention Des signaux stéréophoniques analogiques sont appliqués aux canaux de droite et de gauche du système Le signal R du canal de droite est appliqué à un filtre passe-bas 1 R o la largeur de bande est réduite à la moitié de la fréquence d'échantillonnage à la- quelle le signal audio est échantillonné d'une manière connue dans un circuit 2 R de retenue d'échantillon, la valeur échantillonnée étant transformée en une valeur numérique corres- pondante dans un convertisseur analogique-numérique 3 R de manière à engendrer un signal modulé par impulsionscodées (PCM) ou une séquence de motsde données De façon similaire, le signal L du canal de gauche est traité à travers un circuit identique comprenant un filtre passe-bas 1 L, un circuit 2 L de retenue d'échantillon, et un convertisseur analogiquenumérique 3 L. Les mots de données PCM des canaux de droite et de gauche sont appliqués à un circuit de distribution et d'imbrica- tion 4 dans lequel les mots de donnéesde chaque canal audio sont distribués à plusieurs voies qui correspondent à des pistes parallèles (lesquelles, dans le présent mode de réalisation, sont au nombre de 8) sur une bande d'enregistre- ment puis imbriqués avec les mots de données distribués provenant de l'autre canal audio Un générateur 5 de mots de parité est couplé au circuit d'imbrication 4 pour engendrer des mots de parité P et Q selon les équations suivantes P = D 1 W 1 D 2 W 2 14 W 1 214 Q = D 5 Wil' @ D6 W 2 '@ D DW 14 ' @ D 2 P o Di à D 14 représentent des retards A et D 15 à D 29 représentent des retards B, W 1 à W 14 et W 1 ' à W 14 ' représentent des mots de données et le symbole @ représente une sommation modulo-2. Les mots de donnée sont espacés suffisamment les uns des autres sur les pistes d'enregistrement pour qu'il soit très peu proba- ble que plus d'un mot de données soit affecté par le même défaut d'absence de bits et les mots de parité redondants sont enregistrés sur une piste qui est adjacente à un bord du ruban et qui es Ius sujette au bruit et aux fluctuations que les pistes intérieures, un exemple étant représenté sur la figure 2 Les signaux imbriqués sont appliqués à un générateur 6 de mots de synchronisation de cadre et de vérification de redondance cyclique (CRC) Les mots de donnéeset de parité de chaque piste sont assemblés avec un mot de synchronisation de cadre ( 00110110) pour former un bloc, c'est-à-dire un cadre auquel est annexé-un mot de vérification de redondance cyclique dérivé des mots de donnéede chaque cadre,d'une façon bien connue,par un générateur de polynômes. Les mots numériques assemblés destinés à chaque piste, mots qui sont du format de non-retour à zéro, sont fournis à un précodeur correspondant 7, un seul précodeur étant représenté de façon détaillée pour ne pas surcharger le dessin Le précodeur 71 comprend un élément 8 de temporisa- tion d'un bit, un inverseur 9 et un additionneur 10 comportant une première entrée reliée de manière à recevoir le signal d'entrée NRZ directement du générateur 6 et une seconde entrée reliée de manière à recevoir un signal inversé NRZ retardé d'un bit et traversant l'élément de temporisation 8 et l'inverseur 9. Chacun des précodeurs 7 présente une caractéristique connue comme étant une "réponse partielle" et servant à trans- former le signal d'entrée NRZ en un signal inversé de non-re- tour à zéro (NRZI) De façon plus spécifique, le niveau d'impul- de sion de la sortie du précodeur 71 passe/'T O " à " 1 ",ou vice- versa, selon le niveau d'impulsion antérieur en réponse à l'apparition de chaque bit " 1 " du signal d'entrée NRZ et reste inchangé lorsque le signal d'entrée est " O ",comme on peut le voir sur la figure 3 Le signal transformé ne comporte aucune compo- sante de courant continu,comme illustré sur la figure 4 Les sorties des précodeurs 71 à 78, apres avoir été amplifiéSpar les amplificateurs 11, sont fournis aux têtes correspondantes dit, 121 à 128 des transducteux du type?"in-line" dans la technique anglosaxonne, qui sont disposés en parallèle en travers de la largeur d'une bande magnétique 13 et sont espacés l'un de l'au- tre au moins de la largeur d'une piste de manière à enregistrer les signaux NRZI le long des pistes Tl à T 8 parallèles à la lon- gueur de la bande lorsque cette bande est entraînée vers une de ses extrémités et le long des pistes TI' à T 8 ' lorsque la bande est entraînée vers son autre extrémité comme illustré sur la figure 5, Chaque piste a une largeur qui, de façon typique, est de 150 micromètres et est espacée des pistes-adjacentes par une bande de sécurité ayant, de façon caractéristique, micromètres de largeur Une valeur typique de densité d'en- registrement est de 46,3 kilobits par 25,4 cm Du fait que le signal enregistré NRZI ne comporte aucune composante de cou- rant continu, l'interférence entre les têtes magnétiques adjacentes est réduite à un minimum. La figure 6 est une illustration de la section de lecture du système Les têtes magnétiques 12 î à 128 sont utilisées pour reproduire les signaux enregistrés Ces têtes magnétiques ont une caractéristique différentielle grâce à laquelle le signal est différencié lors de la lecture Il en résulte que la sortie de chaque tête de transducteur est un signal'ternaire et non pas un signal binaire, comme représenté en a sur la figure 8 Les signaux détectés par les têtes 121 à 128 sont envoyés à un circuit 14 d'amplification et d'égali- sation et, de là, à des détecteurs de niveau 151 à 15 e, respec- tivement Chaque détecteur de niveau est agencé de manière à détecter les niveaux des signaux ternaires et à fournir une impulsion en réponse à cette détection Les sorties des dé- tecteurs 151 à 158 de niveau sont envoyées à des synchroniseurs 161 à 168 de cadreset de bitspour récupérer les signaux binaires initiaux et obtenir des impulsions de rythme de commande des- tinées à être utilisées dans un correcteur 17 de base de temps. Des détails du détecteur de niveau et du synchroni- seur de cadreset de bits sont représentés sur la figure 7 Le détecteur-1 S de niveau comprend une paire de comparateurs 22 et 23 et une porte OU 23 dont les entrées sont couplées respecti- vement aux sorties des comparateurs 22 et 23 Les sorties de non-inversion et d'inversion des comparateurs 22 et 23 sont couplées mutuellement à une borne d'entrée 21 à laquelle est appliqué un signal de sortie a (figure 8) provenant du circuit 14 Le signal ternaire a est comparé avec une tension de réfé- rence E 1 dans le comparateur 22 pour donner des impulsions b lorsque le niveau d'entrée est supérieur à E 1 et est comparé avec une tension de référence E 2 dans le comparateur 23 pour donner des impulsions c lorsque le niveau d'entrée est inférieur à E 2 Les impulsions b et c sont combinées dans la porte OU 24 pour engendrer un train d'impulsions d Les impulsions d sont appliquées aux bornes de données des basculeurs bistables 25 et 26 du type D Comme on peut le voir, les impulsions de sortie d présentent un temps de montée plus grand lorsque la forme S d'onde ternaire a passe de ",0 ", à " 1 " que lorsque cette forme d'onde passe d'un niveau binaire donné " 1 " au niveau binaire suivant " 1 ". Le basculeur-bistable 25 du type D est relié par sa borne de sortie Q à la borne de donnée d'un basculeur bis- table 28 de type D et le basculeur bistable 15 et 28 sont reliés, par leurs bornes d'horloge reliées les unes aux autres, à une source 27 d'impulsions d'horloge pour recevoir des impul- sions d'horloge à une cadence qui est seize fois plus élevée que la cadence des bits de données La sortie Q du basculeur bistable 25 et la sortie complémentaire du basculeur bistable 28 sont reliés à une porte ET 29 pour engendrer des impulsions étroites e en réponse à la transition de flanc avant des impul- sions d, comme on peut le voir sur la figure 8. Un compteur 31 de division par 6 est prévu et com- porte une entrée d'horloge CK, des bornes Dl à D 4 d'entrée de données, une borne LD d'entrée de commande de charge, une borne CA de sortie de report et des bornes Qi à Q 4 de sortie binaire La borne Dl d'entrée de donnéesest une position de bit moins significative qui, conjointement avec la borne D 2 de bit suivant supérieur est couplée à une source qui fournit un potentiel binaire " O ", et les bornes D 3 et D 4 d'entrée de données sont couplées respectivement aux sorties complémentaires et vraies du basculeur bistable 26 Le compteur 31 est couplé par son entrée d'horloge CK à la source d'horloge 27 pour accroître son compte de manière qu'une impulsion de sortie apparaisse sur la borne CA à une cadence correspondant à la cadence des bits de données, cette impulsion de sortie étant appliquée à la borne de déclenchement EN d'un compteur 34 Les bornes de sortie binaires Ql à Q 4 sont couplées aux bornes d'entrée correspondantes d'un décodeur 32 comportant des bornes de sortie Pl et P 2 La sortie de la porte ET 29 et la borne P 2 du décodeur 32 sont couplées par une porte ET 30 à la borne de charge LD du compteur 31 pour initialiser les bornes D 3 et D 4 d'entrée de données Le compteur 31 de division par 16 est réglé sur un " 8 " décimal en réponse à une impulsion e lors- que le niveau binaire antérieur de la forme d'onde a est " 1 " et est réglé sur un " 4 " décimal si ce niveau est " O " Il en est ainsi pour compenser la différence du temrps de montée, comme mentionné ci-dessus, de manière que le basculeur bista- ble 26 de type D lise à coup s r ses données pendant la pério- de de chaque bit de données. Le décodeur 32 applique par l'intermédiaire de la borne P 1,:ne impulsion f de commande de lecture à l'entrée d'horloge du basculeur bistable 26 de type D lorsque la valeur du compte atteint un " 11 " décimal, par exemple La sortie Q du basculeur bistable 26 passe à l'état binaire de l'impulsion d en réponse à l'impulsion f de manière à appliquer les impul- sion à une borne de sortie 33 et à la borne D 4 de données du compteur 31 Le décodeur 32 applique,par l'intermédiaire de sa borne P 2,un signal de niveau haut à la porte ET 30 pendant l'intervalle durant lequel la valeur du compte du compteur 31 est comprise entre un" 2 " décimal etun " 10 " décimal, par exemple, pour supprimer les erreurs qui, sans celaseraient entraînéespar la fluctuation de niveau du signal d'entrée. Le compteur 34, lorsqu'il est déclenché, commence à compter les impulsions d'horloge provenant de la source 27 une à un rythme correct pour engendrer sur la borne 36/sortie binairede commande de rythme indiquant l'emplacement de chaque bit de données par rapport au début du bloc de données auquel le bit de données appartient Le contenu du compteur 34 est effacé d'une manière que l'on va décrire ci-après. Du fait que la forme d'onde ternaire a ne se prête pas d'elle-même à ure regénération des impulsions d'horloge en raison de la nature propre du signa INRZI, le système, afin d'établir un rythme valable à des fins de commande de rythme, détecte de façon répétée les apparitions des mots de synchroni- sation de cadresgrâce à la présence d'un détecteur 40 de synchronisation, d'un rythmeur 41, d'un multivibrateur monosta- ble 42 et d'un circuit logique formé par les portes ET 43, 44 et une porte OU 45 Le détecteur 40 de synchronisation com- prend essentiellement un registre à décalage et une porte logique couplée aux étages internes du registre Le registre à décalage est agencé de manière à accepter l'impulsion de sortie X du basculeur bistable 26 et à décaler son contenu en réponse à la sortie présente sur la borne CA du compteur 31 de division par 16 afin de détecter un mot de synchronisation quand celui-ci correspond à la combinaison de bits définie par le circuit logique A partir du circuit logique, une impulsion h est engendrée comme représenté sur la figure 9. Le rythmeur 41 est agencé de manière à compter les impulsions d'horloge pour fournir une impulsion de rythme à des intervalles de cadresà un multivibrateur monostable 42 de manière à amener celui-ci à émettre une impulsion i de porte de fenêtre comme illustré sur la figure 9 en vue de sonapplica- tion à une porte ET 43 à laquelle l'impulsion h est également appliquée Grâce à l'application des impulsions de porte de fenêtre, seules celles des impulsions détectées h qui sont valables pour le rythme d'horloge traversent la porte OU 45 et parviennent aux-bornes d'effacement ou de libération du compteur 34 et du rythmeur 41. Un interrupteur SW de transfert, actionné manuelle- ment, est relié à une entrée d'une porte ET 44 à laquelle les sorties du détecteur 40 de synchronisation et du rythmeur 41 sont également appliquées L'interrupteur SW est normalement relié à une position de bit " O " et est commuté sur une posi- tion de bit " 1 " lorsque le système est mis en fonction L'in- terrupteur SW se trouvant sur la position " 1 ", la porte ET 44 est déclenchéede manière à laisser passer une impulsion de sortie lors de la coïncidence entre une impulsion h et une impulsion de rythme provenant du rythmeur 41, la sortie de coïncidence étant utilisée pour libérer le rythmeur 41 pendant les périodes de démarrage Une fois que le système est synchro- nisé, un état logique " O " est appliqué à la porte ET 44 par commutation de l'interrupteur SW sur la position " O " de ma- nière que le rythme 41 puisse être libéré en réponse à la sortie de la porte ET 43 ' De cette façon, le compteur 34 est libéré, c'est-à- dire vidé, suivant un rythme valable vis-à-vis du signal d'en- trée, et le signal de commande de rythme présent sur la borne 36 indique l'emplacement correct de chaque bit de donnée. On obtient ainsi le rythme d'horloge avec un degré élevé de stabilité qu'iln'est pas possible d'atteindre avec le système classique. Le signaux présents sur les bornes 33 et 36 sont appliqués au correcteur 17 de base de temps Le correcteur 17 de base de temps comprend essentiellement une ou plusieurs mémoires dans lesquelles les bits de données provenant des synchroniseurs de cadreset de bits 161 à 1618 sont emmagasinés et extraits de ces mémoires en fonction des signaux de comman- de de rythme présents sur les bornes 36 de manière à compenser toute différence de rythme qui pourrait se produire entre les signaux provenant des pistes si la bande venait à prendre une position oblique par rapport aux têtes alignées. Les sorties du correcteur 17 de base de temps sont alors appliquées à un circuit 18 de désimbrication et de cor- rection d'erreur o les bits de données erronnées éventuels sont remplacés par des bits corrects par utilisation des mots de vérification de redondance cyclique et des mots de parité PQ et les flux de données parallèles sont désildbriqués pour fournir les données initiales Les mots de données désimbriqués sont ensuite envoyés auxconvertisseursnumériquesanalogiques 19 R, 19 L et aux filtres passe-bas 20 R et 20 L pour que les signaux initiaux des canaux de droite et de gauche soient récupérés. Il est bien-entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limita- tif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. 1 1 REVEND ICAT IONS 1 Système d'enregistrement et de lecture numérique comprenant des moyens pour transformer un signal analogique en un signal numérique comprenant un mot de données et un mot de synchronisation, des moyens pour distribuer ledit signal numérique à une pluralité de voies, une pluralité de trans- ducteurs électromagnétiques parallèles fixes associés auxdites voies et espacés l'un de l'autre par au moins la largeur d'une piste pour l'enregistrement de signaux le long d'une plurali- té de premières pistes longitudinales espacées d'une bande magnétique lorsque cette bande est entraînée vers une de ses extrémités et le long d'une pluralité de secondes pistes longi- tudinales espacées imbriquées avec lesdites premières pistes lorsque la bande est entraînée vers son autre extrémité, chacun desdits transducteurs présentant une caractéristique différen- tielle grâce à laquelle le signal enregistré est détecté en tant que forme d'onde comportant trois niveaux distincts lorsque le système fonctionne dans un mode de lecture, un dé- tecteur de synchronisation pour détecter le mot de synchronisa- tion, des moyens sensibles à un signal de commande de rythme pour aligner le rythme de chaque chiffre binaire provenant de chaque transducteur avec le rythme de ceux provenant des autres transducteurs, des moyens pour arranger lesdits mots de données alignés dans le temps en une série de mots sucessifs, et des moyens pour transformer ladite série de mots de données en un signal analogique, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens ( 7 -7 pour transformer le signal numérique de chacune desdites voies en un signal inversé de non-retour à zéro (NRZI), des moyens ( 151-15 s) couplés auxdits transducteurs pour trans- former ladite forme d'onde en un signal binaire de manière à récupérer le signal numérique initial et par le fait que ledit signal de rythme est fourni par des synchroniseurs ( 161-168) de bits en réponse auxdits mots de synchronisation détectés. 2 Système d'enregistrement et de lecture numérique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de transformation comprennent un additionneur ( 10) pour combiner ledit signal numérique avec un signal numérique retar- dé, un élément de temporisation ( 8) pour retarder ledit signal 14925 numérique de la période d'un chiffre binaire, et un moyen ( 9) pour inverser ledit signal numérique retardé en vue de son application audit additionneur en tant que signal numérique retardé précité. 3 Système d'enregistrement et de lecteur numérique suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens ( 151-15) pour transformer la forme d'onde en un signal binaire comprennt des moyens ( 22, 23) destinés à détecter si la forme d'onde précitée est supérieure à un niveau haut prédéterminé pour émettre une première impulsion et si ladite forme d'onde est inférieure à un niveau bas prédéterminé pour émettre une seconde impulsion et un dispositif bistable déclenchable ( 26) comportant une borne d'entrée destinée à recevoir lesdites première et seconde impulsions, et par le fait que chacun desdits synchroniseurs ( 161-168) de bits com- prend un moyen ( 27) pour engendrer des impulsions d'horloge à une cadence plus élevée que la cadence à laquelle les chiffres binaires de chaque mot de données apparaissent un remier comp- teur ( 31, 32) agencé de manière à déclencher le comptage des impulsions d'horloge en réponse au flanc avant de chacun des- dites première et seconde impulsions et à engendrer une impul- sion de déclenchement dans l'intervalle de chaque chiffre bi- naire du mot de données pour amener le dispositif bistable déclenché à faire passer son état de sortie à l'état binaire de sa borne d'entrée, et un second compteur ( 34) agencé de manière à déclencher le comptage desdites impulsions d'horloge en réponse au mode de synchronisation détecté pour engendrer un signal binaire en tant que signal de commande de rythme pré- cité. 4 Système d'enregistrementetde lecture numérique suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, carac- térisé par le fait que ledit signal analogique comprend une paire de signaux stéréophoniques, ledit moyen de distribution comprend un moyen pour imbriquer les mots de données de chaque. signal stéréophonique avec les mots de données des autres si- gnaux stéréophoniques et ledit moyen d'arrangement de données compren des moyens pour désimbriquer les mots de données alignés dans le temps.