Digitale Bild- Und Tonspeicherung: Signal- Und Speichertheorie

ISBN-13: 9783211958162 / Niemiecki / Miękka / 1985 / 296 str.

Manfred Siakkou

Opis

Ein Buch uber ein sich gerade im Aufbruch befindendes Anwendungsgebiet, wie die digitale Bild-und Tonspeicherung, zu schreiben, ist gewiB kein unproblematisches Unter- nehmen. Was mich dennoch zu solch einem Vorhaben ermutigte, ist der doch recht gut fundierte Hintergrund magnetischer und systemtechnischer Grundlagen, die in den letz- ten zwei Jahrzehnten zur raschen Entwicklung der digitalen Informationsspeichertechnik aufbewegten Medien beigetragen haben. Man denke dabei nur an die Kodierungstechnik, die dynamisch-iterativen Modelle zur Aufzeichnungstheorie und die originellen L6sungen zur Signalregenerierung und Fehlerkorrektur. So war es mir m6glich, die physikalischen und nachrichtentechnischen Grundlagen fUr die Entwicklung der digitalen Bild- und Tonspeicher ziemlich geschlossen abzuhandeln. Dari.iber hinaus war es aber auch mein Anliegen, den Weg von den komplizierttm theore- tischen Modellen bis zum praktischen ingenieurmaBigen Systementwurf zu ebnen. In dies em Bemuhen sind eine Vielzahl neuer Forschungsergebnisse entstanden, die auch berucksichtigt wurden. Zunachst beschreibe ich den Signalweg der digitalen Speicherung audiovisueller Signale und gehe hierbei auch auf einige Eigenheiten der Quellenkodierung und Datenorganisa- tion und - etwas ausfUhrlicher, aber langst nicht umfassend - auf die Grundlagen der fehlererkennenden und -korrigierenden Kodierung ein. Das Literaturverzeichnis muB hier weiterhelfen. Bei der vergleichenden Darstellung und Klassifizierung der verschie- denen Schriftarten zur magnetspeicherspezifischen Aufzeichnungskodierung im 2. Ab- schnitt wird den Kodeparametern besondere Aufmerksamkeit zuteil. Diese gestatten in Verbindung mit der Signalregenerierung gewisse Ruckschlusse auf die Eignung und An- passungsfahigkeit der Kodes an die speziellen Eigenarten des Speicherkanals.

Spis treści

1. Grundlagen der pulskodemodulierten Signalspeicherung.- 1.1. Problemstellung.- 1.2. Quellenkodierung.- 1.2.1. Analog-Digital-Wandlung durch Abtastprozesse.- 1.2.2. Quellenkodierung mit Redundanzreduktion.- 1.3. Datenorganisation.- 1.4. Fehlererkennende und -korrigierende Kodierung.- 1.4.1. Fehlerarten.- 1.4.2. Allgemeine Eigenschaften der Kodes.- 1.4.3. Erzeugung zyklischer Kodes.- 1.4.4. Beispiele für zyklische Kodes.- 1.4.5. Magnetbandspezifische Kodes.- 1.4.6. Komplexitätsmaße.- 1.4.6.1. Dekoderaufwand.- 1.4.6.2. Dekodierverzögerung.- 1.4.6.3. Logikkomplexität.- 1.4.6.4. Bausteinkomplexität.- 2. Aufzeichnungskodierung.- 2.1. Problemstellung.- 2.2. Kodeparameter.- 2.3. Kodierungsverfahren.- 2.3.1. Basisbandsignale mit und ohne Lauflängenbegrenzung.- 2.3.1.1. NRZ.- 2.3.1.2. Enhanced-NRZ (ENRZ).- 2.3.2. Binäre Phasenmodulation und Ableitungen.- 2.3.2.1. Phase-Encoding (PE).- 2.3.2.2. Miller-Kode (DM).- 2.3.2.3. Modifizierter Miller-Kode (M2FM).- 2.3.3. Mehrpositionsmodulation.- 2.3.3.1. Jacoby-Kode (3PM).- 2.3.3.2. Quadra-Phase (QP).- 2.3.4. Zero-Modulation.- 2.3.4.1. ZM.- 2.3.4.2. M2.- 2.3.5. Gruppenkodierung.- 2.3.5.1. GCR 4/5.- 2.3.5.2. GCR m/n.- 2.3.6. Adaptive Gruppenkodierung.- 2.3.6.1. Gabor-Kode (G).- 2.3.6.2. Franaczek-Kode (F).- 2.3.6.3. Horiguchi-Morita-Kode (HM).- 2.3.6.4. EFM-Kode.- 2.3.6.5. HDM-Kode.- 2.3.7. Randomized NRZ (RNRZ).- 2.4. Nachrichtentechnische Charakterisierung der Kodes.- 2.4.1. Leistungsdichtefunktion.- 2.4.2. Augenmuster.- 2.4.2.1. Amplitudenfenster.- 2.4.2.2. Zeitfenster.- 2.4.2.3. Abtast-Signal-Rausch-Abstand.- 2.4.3. Grenzspeicherdichte und Kodeaufwand.- 3. Magnetische Speicherprozesse.- 3.1. Streufelder von Magnetköpfen.- 3.1.1. Klassische Magnetköpfe.- 3.1.2. Integrierte Magnetköpfe.- 3.2. Streufelder von Magnetisierungsstrukturen.- 3.2.1. Grundgleichungen.- 3.2.2. Spezielle Magnetisierungsverteilungen.- 3.2.2.1. Diskrete Dipolladung im dreidimensionalen Gitter.- 3.2.2.2. Rasterelemente im zweidimensionalen Gitter.- 3.2.2.3. Rasterelemente mit reiner x-Magnetisierung.- 3.2.2.4. Kubische Spline-Approximation.- 3.2.2.5. Linearer Übergang.- 3.2.2.6. Arctan-Übergänge.- 3.3. Modelle der Magnetisierungshysterese.- 3.3.1. Mikroskopische Teilchenmodelle.- 3.3.1.1. Modelle ohne Wechselwirkung.- 3.3.1.2. Modelle mit Wechselwirkung.- 3.3.2. Skalare Magnetisierungskurven.- 3.3.2.1. tanh-Modell nach Potter und Schmulian.- 3.3.2.2. arctan-Anstiegsmodell.- 3.3.2.3. tanh-Anstiegsmodell.- 3.3.2.4. Vergleich der Modelle.- 3.3.2.5. Abgeleitete Modellgrößen.- 3.3.2.6. Skalares zweidimensionales Modell.- 3.4. Aufzeichnungsprozeß.- 3.4.1. Überblick.- 3.4.2. Dynamisch-iterative Modelle.- 3.4.3. Funktionale Modelle.- 3.4.3.1. Vektormodell für Impulsfolgen.- 3.4.3.2. Eindimensionales Skalarmodell für Einzelimpulse.- 3.4.3.3. Eindimensionales Skalarmodell für Impulsfolgen.- 3.4.3.4. Eindimensionales Skalarmodell für Senkrechtspeicherung.- 3.4.4. Nichtlineare Aufzeichnungsverzerrungen.- 3.4.4.1. Bitbeeinflussung durch vorhergehende Übergänge.- 3.4.4.2. Aufzeichnungsentmagnetisierung durch nachfolgende Übergänge.- 3.4.4.3. Überschreibbeeinflussung.- 3.4.4.4. Beeinflussung durch Kopfremanenz.- 3.4.5. Feldanstiegszeit.- 3.5. Theorie der Signalwiedergabe.- 3.5.1. Ansatz für induktive Köpfe.- 3.5.1.1. Direkte Methode über Nutzflußberechnung.- 3.5.1.2. Reziprozitätstheorem über Kopffeld.- 3.5.1.3. Harmonische Bandflußdämpfung und Fourierrücktransformation.- 3.5.2. Sinusspannung bei schmalen Spuren (dreidimensionale Betrachtung).- 3.5.3. Bandflußdämpfung isotroper und längsanisotroper Medien.- 3.5.4. Bandflußdämpfung senkrechtanisotroper Medien.- 3.5.5. Wiedergabeimpulse bei Teilchenschrägstellung und Senkrechtanisotropie.- 3.5.6. Optimierung des Anisotropiewinkels.- 3.5.7. Wiedergabespannung isotroper und längsanisotroper Medien.- 3.5.7.1. Impulsfolgen.- 3.5.7.2. Wiedergabespannungsfrequenzgang.- 3.5.7.3. Impulsresponse.- 3.5.7.4. Kanalparameter.- 3.6. Wiedergabe mit magnetoresistiven Köpfen.- 4. Magnetbänder.- 4.1. Überblick.- 4.2. Klassifizierung der Aufzeichnungsmoden.- 4.2.1. Längsaufzeichnung.- 4.2.2. Senkrechtaufzeichnung.- 4.2.3. Isotrope Aufzeichnung.- 4.2.4. Optimale Zirkularstrukturen.- 4.3. Speichermaterialien.- 4.3.1. Partikelschichten.- 4.3.2. Metallschichten.- 4.3.2.1. Metallschichten mit Längsorientierung oder isotrop.- 4.3.2.2. Metallschichten mit Senkrechtorientierung.- 4.4. Vergleichende Betrachtungen.- 4.4.1. Hystereseeigenschaften.- 4.4.2. Speichertechnische Eigenschaften.- 4.5. Bandrauschen.- 4.6. Signal-Rausch-Abstand.- 4.7. Störende Amplitudenmodulation.- 4.8. Dropout-Störungen.- 4.8.1. Experimentelle Ergebnisse.- 4.8.2. Dropout-Modell.- 4.9. Amplitudenstatistik.- 4.10. Modelle des Band-Kopf-Kontaktes.- 4.10.1. Anforderungen an den Verlauf der Magnetbandbiegelinie.- 4.10.2. Berechnung der Magnetbandbiegelinie.- 4.10.2.1. Elastischer Biegebalken unter Zuglast.- 4.10.2.2. Hydrodynamische Gleichung.- 4.10.2.3. Dynamisch-iteratives Modell.- 4.10.3. Einfluß der elastischen Oberflächendeformation.- 4.10.4. Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeit.- 4.10.5. Erweiterung auf ein dreidimensionales Modell für Band.- 4.10.6. Dreidimensionales Modell für rotierende flexible Platten.- 4.10.7. Berücksichtigung der Gleitreibung bei realem Kontakt.- 4.10.8. Simulation von Abriebprozessen.- 4.10.9. Bestimmung der mechanischen Grundgrößen des Magnetbandes.- 4.10.9.1. Berechnung der Biegesteifigkeit.- 4.10.9.2. Bestimmung des Elastizitätsmoduls.- 4.10.9.3. Messung der Biegesteifigkeit.- 4.10.9.4 Ermittlung der spezifischen Masse.- 5. Magnetköpfe.- 5.1. Eigenschaften, Parameter und Entwicklungsprobleme.- 5.1.1. Technologische Probleme.- 5.1.2. Materialeigenschaften.- 5.2. Komplexe Permeabilität.- 5.2.1. Frequenzabhängigkeit.- 5.2.2. Feldabhängigkeit.- 5.3. Magnetischer Kreis.- 5.3.1. Innere Feldstärke und magnetischer Widerstand.- 5.3.2. Magnetischer Widerstand bei kleinen Feldern.- 5.3.2.1. Spaltwiderstand.- 5.3.2.2. Kernwiderstand.- 5.3.3. Wirkungsgrad klassischer Magnetköpfe.- 5.3.4. Wirkungsgrad integrierter Magnetköpfe.- 5.4. Spaltfeldstärke.- 5.4.1. Statisches Verhalten.- 5.4.2. Wechselstromverhalten.- 5.4.3. Lineares dynamisches Verhalten.- 5.4.4. Nichtlineares dynamisches Verhalten.- 5.5. Elektrischer Kreis.- 5.5.1. Impedanz, Induktivität und Verlustwiderstand.- 5.5.2. Wiedergabewicklung und Signal-Stör-Abstand.- 5.5.2.1. Problemstellung.- 5.5.2.2. Windungszahl und Wiedergabespannung (Resonanzbetrachtung).- 5.5.2.3. Windungszahl und Signal-Rausch-Verhältnis (Kopf-Elektronik-Anpassung).- 5.5.3. Aufzeichnungswicklung und Wickelraum.- 5.5.4. Abschirmung.- 5.5.4.1. Einlagige Abschirmungen.- 5.5.4.2. Mehrlagige Abschirmungen.- 5.6. Ermittlung von Kenngrößen am fertig montierten Magnetkopf.- 5.6.1. Magnetische Widerstände und Permeabilitäten.- 5.6.2. Magnetische und speichertechnische Spaltweite.- 5.6.3. Sättigungsfeldstärke, Remanenz und Koerzitivfeldstärke.- 5.7. Ermittlung von Materialkenngrößen durch Zwischenkontrolle an Ringkernproben.- 5.7.1. Impedanzmessung.- 5.7.2. Hysteresemessung.- 6. Speicherkanal.- 6.1. Signal-Rausch-Anpassung.- 6.1.1. Wiedergabeelektronik.- 6.1.2. Rauschquellen.- 6.1.3. Elektronikrauschen.- 6.2. Symbolinterferenz.- 6.3. Signalerkennung.- 6.3.1. Bedingungen für interferenzfreie Signale.- 6.3.2. Übersicht über Filterausführungen.- 6.3.3. Optimalfilterung.- 6.3.4. Vorentzerrung des Sendesignals.- 6.3.4.1. Grundprinzip.- 6.3.4.2. Ausführungsformen.- 6.3.5. Partial-Response-Kodierung.- 6.3.5.1. Grundprinzip.- 6.3.5.2. NRZ.- 6.3.5.3. NRZI.- 6.3.5.4. Interleaved-NRZI.- 6.3.6. Wahrscheinlichkeitsdekodierung im Partial-Response-Kanal.- 6.3.7. Maximum-likelihood-Spitzendetektor im unentzerrten Kanal.- 6.3.8. Vergleich zwischen verschiedenen Bitdetektoren.- 6.3.8.1. Signal-Rausch-Verhältnis.- 6.3.8.2. Amplitudenschwankungen.- 6.3.8.3. Spurübersprechen.- 6.4. Überallesfehlerwahrscheinlichkeit.- 6.5. Systementwurf.- 6.5.1. Konzeption.- 6.5.2. Beispiel: Band-Kopf-System.- 7. Audiovisuelle Speicher.- 7.1. Digitale Videospeicher.- 7.1.1. Grundkonzeption.- 7.1.2. Vergleich der digitalen und analogen Speicherung.- 7.1.3. Ausführungsbeispiele.- 7.1.4. Versuche mit anderen Speichermedien.- 7.2. Digitale Audiospeicher.- 7.2.1. Überblick.- 7.2.2. Studiomaschinen.- 7.2.3. Kassettenrecorder.- 7.2.4. PCM-Audioprozessoren für Videorecorder.- 7.3. PCM-Schallplatten.- Sachwörterverzeichnis.