: архив : архив журнала "625" : 1998 : #5

ЦИФРОВАЯ МАГНИТНАЯ ВИДЕОЗАПИСЬ: ФОРМАТ D-1 Часть 2
Константин Гласман

Автор выражает благодарность преподавателю кафедры видеотехники Санкт-Петербургского института кино и телевидения Маргарите Покопцевой за помощь в подготовке иллюстраций.

В основе формата видеозаписи лежит видеофонограмма. В первой части публикации, посвященной формату цифровой видеозаписи D-1 (Цифровая магнитная видеозапись: Формат D-1, журнал 625, 1998, N4), были обоснованы принципы, положенные в основу разработки формата, и определена общая структура видеофонограммы. Окончательная детальная разработка формата требует (как это и было в действительности) описания сигналов и их преобразований. Параметры устройств обработки видеосигнала и сигнала звука взаимосвязаны с параметрами видеофонограммы. Реализация этих устройств сыграла важнейшую роль в разработке формата.

Большинство преобразований сигнала, выполняемых в процессоре цифрового видеомагнитофона, в той или иной степени связано с защитой от ошибок. Дело в том, что цифровой видеомагнитофон может придти на смену аналоговому аппарату только в том случаен, если более высокое качество воспроизводимого изображения сочетается с сопоставимой или даже большей длительностью записи на одну кассету. Но при требуемой для сопоставимой длительности плотности записи частота ошибок в сигнале, воспроизводимом с магнитной ленты, лежит гораздо выше величины, которая могла бы быть допустимой в телевизионном вещании. Поэтому в цифровом магнитофоне используется кодирование с целью обнаружения и исправления ошибок. Применение такого кодирования позволяет полностью исправлять ошибки, возникающие в канале магнитной записи-воспроизведения. После такой процедуры не остается абсолютно никаких различий между воспроизведенными и исходными данными. Это позволяет называть цифровой аппарат прозрачным.

Исправление ошибок основано на использовании проверочных данных, добавляемых к записываемому сигналу. Очень важно довести исходную частоту ошибок в считываемом с ленты сигнале до приемлемой величины, при которой не потребуется добавлять слишком много проверочных данных. В решении этой задачи очень важна роль канального кодирования.

В любом случае объем дополнительных проверочных данных, конечно, ограничен. Поэтому лишь некоторое количество ошибок может быть исправлено. Но если ошибка обнаружена, а для ее исправления проверочных данных недостаточно, то она может быть замаскирована благодаря избыточности, присущей типичным сигналам изображения и звука. Ошибочный отсчет может быть заменен величиной, полученной путем интерполяции с использованием соседних безошибочных отсчетов. Но возможно, что ошибка не будет даже обнаружена. Поэтому должны быть приняты меры по снижению визуальной заметности ошибок в канале записи-воспроизведения. Эту задачу решают перемешивание данных и кодирование источника.

Приведенные соображения указывают основные преобразования сигналов в процессоре видеомагнитофона формата D-1:

• Кодирование источника.
• Кодирование с целью обнаружения и исправления ошибок.
• еремешивание данных.
• Маскирование ошибок.
• Канальное кодирование.

КОДИРОВАНИЕ ВИДЕОДАННЫХ С ЦЕЛЬЮ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК

Можно выделить три главных задачи системы кодирования: исправление случайных ошибок, исправление пакетов ошибок и обнаружение максимально возможного числа неисправляемых ошибок. Но работа всего видеомагнитофона направлена на сокращение последствий неизбежных ошибок в канале записи-воспроизведения. Поэтому важен системный подход. Эффективность системы обнаружения, исправления и маскирования ошибок может быть оценена в результате сопоставления следующих параметров: частота исходных ошибок, частота необнаруженных ошибок, частота маскирования ошибок. Система обнаружения, исправления и маскирования ошибок для канала изображения видеомагнитофонов формата D-1 разрабатывалась с целью достижения следующих показателей. В качестве исходных данных предполагалось, что при считывании данных с ленты ошибка в 1 бит происходит с частотой от 10-5 до 10-4, а раз в несколько минут - выпадение длиной в 2-3 телевизионных строки. Вероятность необнаруженных ошибок не должна была превышать значение 10-8 (это соответствует пропуску одиночной ошибки один раз за 100 кадров, или за 4 секунды), а количество маскирований не должно превышать 100 за кадр. При таких параметрах возможно выполнить до 20 перезаписей без существенного ухудшения качества.

В цифровой магнитной записи надо принимать во внимание ошибки самых разных видов: от случайных ошибок в одном или двух битов обусловленных флуктуационными шумами, до пакетных ошибок, вызванных выпадениями и царапинами. Исследования нескольких поколений экспериментального оборудования позволили доказать, что для успешного обнаружения и исправления столь разнородных ошибок необходимо применение двух кодов, объединяемых в код-произведение (рис.1). Внутренний код должен использоваться для исправления случайных ошибок и очень коротких пакетов (меньше 8 битов), а внешний должен быть рассчитан на коррекцию ошибок, вызванных выпадениями магнитного слоя, царапинами и т.п. В результате принятия четырехканального методы записи в качестве базовой величины при выборе размеров массива, в котором исправляются ошибки, целесообразно принять сектор, или одну полудорожку. Такое решение позволяет иметь общий размер блока для вариантов разложения 625/50 и 525/60.

Размер массива, основанного на одном секторе, может быть найден как (720+360*2)*50*8/4=144 000 битов = 18 000 байтов (1 сектор - это четвертая часть потока данных от 50 строк изображения, в каждой из которых 720 отсчетов яркостного сигнала и по 360 - двух цветоразностных). Прямоугольный массив, в котором 18 000 байтовых ячеек, может быть образован самыми разными способами. Оптимальное решение должно учитывать следующие факторы:

· обеспечение требуемых характеристик обнаружения и исправления ошибок при минимальной избыточности,
• использование общих устройств внутреннего кодирования-декодирования и для изображения и для звука в целях эффективного использования аппаратуры,
• сохранение достаточно малых размеров блока внутреннего кода для обеспечения воспроизведения различимого изображения при высокоскоростной перемотке.

В результате учета всех факторов было принято следующее решение. Каждый сектор организуется в виде массива байтовых ячеек данных с размерами в 600 столбцов и 30 строк (рис.2). Он делится однако на 10 подматриц, каждая из которых и представляет собственно блок кода-произведения, в котором блок внутреннего кода включает 60 информационных символов (байтов), а блок внешнего кодирования - 30 символов. К информационным символам внутреннего кода добавляется некоторое количество проверочных символов (байтов). Число проверочных байтов может быть выбрано таким образом, что код будет допускать исправление любого заданного числа ошибочных байтов внутри блока, включающего информационные и проверочные символы. Предел количеству исправляемых ошибок ставит усложнение аппаратуры. В аппаратах формата D-1 было предусмотрено исправление одной и двух ошибок. Для исправления двух ошибочных байтов в каждый блок включается 4 проверочных байта (требуется 2 проверочных символа на одну исправляемую ошибку, что определяется свойствами кода Рида-Соломона; ведь для исправления одной ошибки надо найти положение и величину ошибки). Блоки внутреннего кода последовательно записываются на ленту. Возникающие случайные ошибки исправляются, если размер блока согласован с вероятностью случайных ошибок (среднестатистическое число байтовых ошибок в блоке не должно превышать корректирующей способности внутреннего кода). Исправление двух ошибок в одном кодовом слове длиной 64 байта или 512 битов допускает появление ошибок с частотой примерно 4*10-3, что превышает исходные требования. Поэтому было принято решение строить систему кодирования с задачей исправления только одной ошибки в кодовом слове, а 4 проверочных байта использовать для обнаружения ошибок.

Ошибки, связанные с выпадениями, превышают корректирующие способности внутреннего кода. Он может лишь обнаруживать многие конфигурации возникающих при выпадениях ошибок. Блоки внешнего кода располагаются по вертикали. Два дополнительных ряда внутренних блоков содержат проверочные символы внешнего кода. Пакетная ошибка, занимающая, например, целую строку блока-произведения, означает появление всего одной ошибки в каждом кодовом слове внешнего кода. Такая ошибка может быть исправлена с помощью двух проверочных символов внешнего кода. Но те же два проверочных символа могут позволить исправить две ошибки, если позиции ошибок определить с помощью внутреннего кода (такой метод, используемый при известном положении ошибок, известен как исправление стираний). Таким образом взаимодействие двух кодов (внутреннего и внешнего) позволяет исправлять длинные пакеты ошибок при малой избыточности. Объединение 10 блоков в единую матрицу из 600 байтовых столбцов позволяет исправить пакетную ошибку в две строки матрицы, т.е. в 1200 байтов или 9600 битов (рис.3). Такая ошибка соответствует повреждению строчки записи на протяжении 5 мм. Так как в каждом из 4 каналов действует такая система исправления ошибок, то эта пакетная ошибка эквивалентна царапине вдоль ленты шириной 0,5мм или примерно 3.3 строкам ТВ изображения.

МАСКИРОВАНИЕ ОШИБОК

Цифровая запись открывает возможность точного воспроизведения записанного сигнала, она может быть прозрачной. Но на практике это не всегда достигается. Даже мощное кодирование может не справиться с задачей исправления ошибок при некоторых условиях. Выпадение может, например, уничтожить 20000 или 50000 рядом расположенных битов данных. Более того, выпадения имеют тенденцию группироваться. В дополнение следует отметить, что во время ускоренного просмотра частота ошибок возрастает в огромной степени из-за наклонного сканирования дорожек записи головками воспроизведения. В этом случае может помочь маскирование. Пораженный ошибкой отсчет исключается и вместо него в состав воспроизводимого сигнала включается отсчет, величина которого вычисляется путем интерполяции. Но для хорошего маскирования ошибочный элемент изображения должен быть окружен достаточным числом верных, безошибочных элементов. Как это может быть обеспечено? На помощь приходит перемешивание данных. Перемешивание - это изменение порядка следования данных перед записью на ленту. При надлежащем перемешивании данные элементов изображения, которые оказались очень близко на ленте, расположены далеко друг от друга на телевизионном экране. Поэтому пакет ошибок, который не может быть исправлен и который поражает многие расположенные рядом на ленте элементы, может быть незаметным благодаря маскированию ошибочных элементов, расположенных далеко друг от друга на экране. Без перемешивания элементы, искаженные пакетом ошибок, концентрировались бы на малой области экрана, каждый ошибочный элемент мог бы быть окружен другими ошибочными элементами, что сделало маскирование невозможным.

Неисправленные ошибки могут иметь различное происхождение. Это могут быть ошибки, поражающие только один сектор внутри каждого сегмента. Причиной таких ошибок является загрязнение или отказ одной головки (рис.4а). Пакеты ошибок, поражающие два и более сектора, могут возникать вследствие царапин или дефектов магнитного покрытия (рис.4б и 4в). Поиски оптимального алгоритма перемешивания лучше всего начать в наихудших условиях. Предположим, что только одна из четырех головок (A) воспроизводит с ленты безошибочные сигналы. Сектор, записанные одной головкой, должен содержать четвертую часть данных сигнала яркости и цветоразностных сигналов (пока будем рассматривать только яркостные данные). Рис.5 показывает лучший вариант структуры отсчетов изображения, которые должны содержаться в одном секторе, записываемом головкой A, чтобы получить из этих данных наиболее точное представление об изображении. Руководствуясь принципом максимизации удаления на экране данных от соседних секторов, можно предложить наилучшее распределение отсчетов сегмента изображения между секторами (рис.6). Как можно в этом случае восстановить (конечно, приблизительно), потерянные отсчеты трех секторов по данным, воспроизведенным одной головкой, показано на рис.7. Как видно, есть только три вида интерполируемых отсчетов: непосредственно слева и справа от отсчетов A и посередине между двумя отсчетами A. Интерполяция выполняется путем суммирования с весовыми коэффициентами (1/2, 1/4) отсчетов, окружающих интерполируемый. Интерполируемые отсчеты будут восстановлены точно во всех частях изображения, где яркость постоянна или где она меняется равномерно в горизонтальном и (или) в вертикальном направлении. Но при интерполяции будут возникать искажения в областях изображения с мелкими деталями и крутыми перепадами яркости. На рис. 8 показано, как можно маскировать потерянные данные одного канала (C) с помощью самой простой интерполяции. Интерполяционные искажения в этом случае будут, конечно, меньше, чем в примере рис.7. Еще лучшие результаты в схеме рис.8 можно получить, если использовать двумерный многоточечный интерполяционный фильтр вместо простого усреднения по одной координате.

Приведенные выше рассуждения показывают, как надо объединять элементы изображения в секторы (распределение элементов по секторам называют межсекторным перемешиванием). Но не менее важен вопрос, в каком порядке элементы должны записываться на дорожке ленты. Рассмотрим пакет ошибок, воздействующий только на один сектор. Если порядок следования слов данных в секторе был бы такой же, как в сигнале строки изображения, то выпадение поразило бы каждый четвертый элемент изображения (рис.10а). В этом случае даже после маскирования может остаться локализованный горизонтальный след от этого выпадения. Но если порядок слов данных перед записью меняется, то след выпадения окажется рассеянным в пределах сегмента изображения (рис.10б). Даже без маскирования этот дефект может быть не слишком заметным. Задачу такого рассеяния ошибок решает внутрисекторное перемешивание.

Создание эффективного алгоритма перемешивания - сложная задача. Она усложняется еще более при переходе к цветным изображениям, в котором есть совмещенные (на плоскости изображения) отсчеты цветоразностных сигналов. Эти совмещенные отсчеты всегда должны находиться рядом. Пример распределения отсчетов яркостной и цветоразностных компонент между секторами 0 и 2 показан на рис. 9 (секторы 1 и 3 отличаются от секторов 0 и 2 порядком следования данных в четных и нечетных строках). Но маскирование ошибок - не единственная причина введения перемешивания. Оно необходимо и для улучшения качества изображения при ускоренном просмотре. В состав канала воспроизведения цифрового видеомагнитофона входит кадровая память, которая используется для запоминания данных, считываемых в ускоренном режиме. В этом режиме головки пересекают дорожки под углом и считывают лишь части данных дорожек, причем в нестандартном порядке. Эти части идентифицируются и записываются в память. В результате память содержит данные из различных кадров. При несовершенном алгоритме перемешивания во время ускоренного просмотра на экране могут проявляться специфические дефекты и артефакты. На определенных скоростях, обычно кратных нормальной, некоторые фрагменты изображения могут вообще не считываться с дорожек и не меняться в памяти, что приводит к существованию на экране фрагментов прежних изображений. Кроме того, изображение может содержать заметные геометрические структуры или паразитные узоры.

Схема перемешивания, которая использует квазислучайный способ перераспределения данных, будет обеспечивать наилучшее качество при ускоренном просмотре. Алгоритм, который максимизирует минимальное расстояние на экране между элементами, содержащимися в одном или соседних блоках на ленте, обеспечивает наилучшее маскирование неисправленных ошибок. Оптимальный алгоритм был разработан на основе компьютерного моделирования и тщательной экспериментальной проверки. Он является важной часть стандарта D-1.

КАНАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ

Кодирование, исправляющее ошибки, и маскирование позволяют компенсировать воздействие ошибок, возникающих из-за наличия шумов и выпадений. Однако частота возникновения ошибок не может быть доведена до приемлемой величины без эффективного кодирования данных, предназначенного для согласования спектрального состава сигнала данных с частотной характеристикой канала записи-воспроизведения. Кроме того, чтобы разобраться в потоке воспроизводимых данных, вместе с каждым блоком данных требуется записывать специальные сигналы синхронизации и идентификации. Все эти аспекты: кодирование, синхронизация и идентификация, взятые вместе, и образуются спецификацию канального кодирования.

Последовательный поток битов, считываемых с ленты, может быть декодирован лишь при выполнении следующих условий:

• восстановлены тактовые импульсы, что делает возможным процесс декодирования двоичного потока данных,
• восстановлены синхронизирующие сигналы, позволяющие определить начало каждого блока данных,
• восстановлены сигналы идентификации, позволяющие определить номер и положение на экране компонентов воспроизводимого блока.

Основ-ной едини-цей данных, записы-ваемых на ленте, явля-ется синхро-блок. Он состоит из синхрослова из двух байтов, слова опознавания из 4 байтов и двух блоков внутреннего кода, содержащих по 60 байтов данных и 4 проверочных байта каждый (рис. 11). Этот синхроблок является пакетом данных минимального размера, воспроизводимого в любом режиме работы. Размер синхроблока определен в результате компромисса, ведь к его параметрам предъявляются противоречивые требования. Для эффективного воспроизведения в режиме высокоскоростного просмотра синхроблок должен быть малым, для минимальной избыточности (ведь в нем должны быть сигналы синхронизации и идентификации) - большим. В соответствии с требованиями работы видеомагнитофона в специальных режимах, слово опознавания должно обеспечить идентификацию любого синхроблока в внутри окна из 4 полей. Опознавание любого блока внутри последовательности из 4 полей позволяет использовать чисто электронные методы для обеспечения работы аппаратов в специальных режимах, например, при ускоренном просмотре. В одном секторе формируется 320 блоков (кодовых слов) внутреннего кода (рис.2). Это означает что в секторе будет 160 синхроблоков, для нумерации которых требуется 8-битовое двоичное число. Номер одного из 4 секторов может быть указан с помощью 2-битового числа. Для указания номера сегмента (от 0 до 5 для системы разложения 625/50 и от 0 до 4 - для системы 525/60) отводится 3 бита, а для номера поля - 2 бита. С добавлением одного резервного бита получается 2 байта. Информация слова опознавания очень важна, поэтому она защищается от возможных ошибок с помощью кодирования со стопроцентной избыточностью. Добавление 2 проверочных байтов и требует отвести для слова опознавания 4 байта.

Теперь обратимся к кодированию, позволяющему согласовать спектральные характеристики сигналов и частотные - канала. Частотная характеристика канала записи-воспроизведения резко неравномерна (об этом говорилось в первой части статьи). Постоянная составляющая не воспроизводится совсем, высокочастотные компоненты - лишь с большим ослаблением. Поэтому при кодировании надо устранить в сигнале данных постоянную составляющую, ослабить низкочастотные компоненты, предотвратить усиление высокочастотных. С другой стороны, надо обеспечить выделение из воспроизводимого сигнала тактовые импульсы, а для этого в сигнале достаточно часто должны появляться перепады уровня. Как видно, требования противоречивы. Высокая плотность записи заставила анализировать лишь методы кодирования с нулевой избыточностью Среди возможных кодов был выбран модифицированный код без возвращения к нулю (БВНМ) с синхронизируемым скремблированим. Скремблирование (рис.12) предполагает сложение исходных данных с псевдослучайной последовательностью, формируемой в регистрах сдвига с обратной связью. Повторное сложение позволяет декодировать записанные данные.

Практическое осуществление синхронизированного скремблирования таково. Всего существует 5 псевдослучайных последовательностей, применяемых последовательно к записываемым синхроблокам. Последовательность повторяется, таким образом, через 5 синхроблоков. Надо отметить, что скремблированию подвергаются лишь блоки внутреннего кода. Синхрослова и слова опознавания генерируются и кодируются отдельно. Причина раздельного кодирования заключается в том, что синхрослова и слова опознавания должны декодироваться первыми, чтобы определить, какая псевдослучайная последовательность должна быть выбрана для декодирования данных. Идентификация конкретной скремблирующей структуры производится по слову опознавания синхроблока. Это позволяет декодировать каждый синхроблок единственно правильным образом и избежать распространения ошибок.

КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА С ЦЕЛЬЮ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАМЕТНОСТИ ОШИБОК НА ИЗОБРАЖЕНИИ

Особенностью двоично-кодированного цифрового сигнала является то, что визуальная заметность ошибки сильно зависит от позиции ошибочного бита. Предположим, что значение отсчета элемента изображения, записываемого на ленту, равно B=0000 00012 в двоичной системе счисления, или B=110 в десятичной. Если в канале записи-воспроизведения возникла ошибка в младшем разряде, то воспроизведенное значение отсчета равно B1*=0000 00002 =010. Разница в 1 при диапазоне изменения сигнала от 0 до 255 (при 8 битах на отсчет) мала и практически незаметна. Но если ошибка произойдет в старшем разряде, то воспроизведенное значение отсчета B2*=1000 00012=12910, что означает ошибку величиной в половину динамического диапазона. Такая ошибка будет очень заметна на изображении.

Рассмотрим, что произойдет, если предварительно перекодировать записываемые данные в соответствии с таблицей рис.13. Из таблицы следует, что значение B=110 трансформируется в D=12810 =1000 00002. Если в числе D возникает ошибка в младшем разряде, т.е. считывается с ленты число D1*=1000 00012 =12910, то в результате обратного декодирования будет получено число B1*=1510, что означает ошибку в воспроизведенном сигнале B1* - B = 1410 из 255. При ошибке в старшем разряде D2*=1000 00002 =010 и в результате обратного преобразования получится число B2*=010, т.е. ошибка равна 1. Как видно, ошибка снизилась по сравнению со случаем без перекодирования. Такое безизбыточное кодирование, известное под названием ASE - код (Adapted Spectral Energy Code) позволяет существенно снизить восприятие однобитовых и двухбитовых ошибок.

Схема процессора записи видеоданных, в которой реализованы все перечисленные в начале статьи функции, показана на рис.14.

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВЫХ ДАННЫХ

Объем данных, необходимых для записи в цифровой форме 4 каналов звука, составляет лишь несколько процентов от объема данных видеосигнала. Поэтому запись звука в цифровом видеомагнитофоне осуществляется в окружении, структура которого оптимизирована для записи видеосигнала. Запись видеоданных и сигналов звукового сопровождения осуществляется на общей дорожке. Значительная часть обработки (начиная с внутреннего кодирования) выполняется единым образом с использованием одних и тех же технических средств. Но даже при этих условиях был достигнут очень высокий уровень технического качества звука, обеспечиваемого прежде только при записи звука на компакт-диск. Достигнуто это за счет того, что звуковые данные имеют свое собственное внешнее кодирование для защиты от пакетных ошибок, отказа головки, царапин ленты. Ведь звуковые данные должны быть защищены лучше, чем видеоданные, из-за высокой чувствительности слухового анализатора человека (большей, чем зрительного анализатора) к маскируемым, а тем более к необнаруженным ошибкам. Эксперименты позволили определить требования к уровню защиты звукоданных для обеспечения высокого качества (на уровне 4,5 баллов из 5) после 20 перезаписей: количество маскирований не должно быть больше 30 в минуту.

Такая степень защиты требует введения гораздо большей избыточности при внешнем кодировании, чем в видеоканале. Звуковые данные записываются на малой части наклонной дорожки, что делает их более уязвимыми к дефектам ленты и царапинам. Для снижения этой уязвимости звукоданные при записи дублируются. Кроме того, они размещаются в более защищенной области в центральной части ленты. Для гибкости монтажа данные всех звуковых каналов должны быть записаны на ленте с монтажными промежутками, что заставляет перейти к пакетной форме записи. Желательно также перемешивание данных по нескольким дорожкам. Величина области перемешивания, или сегмента ограничена требованиями монтажа и необходимостью минимизации компенсирующей задержки, необходимой для синхронизации видео и звука. В качестве оптимума была выбрана величина в четыре наклонных дорожки. Таким образом одному звуковому сегменту ставится в соответствие два видеосегмента.

При образовании звуковых сегментов данные, соответ-ствующие стандарту AES/EBU, должны быть существен-ным образом переформати-рованы, чтобы удовлетворить сформулированным выше требованиям согласования со структурой видеоданных. Из звуковых отсчетов, находящихся в субкадрах формата AES/EBU, формируются слова фиксированной длины в 20 битов. Затем эти слова делятся на две группы: слова с четными и нечетными номерами. При частоте дискретизации звука 48 кГц на интервале двух видеосегментов в одном канале будет по 160 четных и нечетных отсчетов. Но это только в среднем, т.к. входной поток звукоданных может не быть абсолютно "привязанным" по частоте и фазе к телевизионному видеосигналу. Поэтому в одном звуковом сегменте может быть от 159 до 161 четного и нечетного отсчета. Структура блока сегмента, включающего 161 звуковой отсчет, приведена на рис.15. Блок построен в виде матрицы, в которой 23 столбца по 7 строк из 20-битовых ячеек и содержат 161 звуковой отсчет. Последний 24 столбец содержит служебные данные, которые включают слова управления звуковым интерфейсом видеомагнитофона, а также биты пользователя, извлеченные из входного звукового сигнала. Здесь записываются такие важные данные, как используемая длина звукового отсчета (например, 16 или 18 бит), число полезных слов в текущем блоке (от 159 до 160), использование каналов (например, моно или стерео), наличие и тип предискажений.

Внешнее кодирование звукоданных является достаточно мощным. К 7 строкам информационных данных добавляются 3 строки проверочных (рис.16). Таким образом, при исправлении стираний могут быть полностью восстановлены 3 строки матрицы блока из 10 (сравните: в видеоканале внешнее кодирование позволяет исправлять лишь 2 строки из 32). Надо отметить, что внешнее кодирование работает со словами длиной в 4 бита, т.е. с полем Галуа из 16 элементов. Для этого каждый 20-битовый столбец матрицы рис.15 делится на 5 столбцов шириной в 4 бита, к которым собственно и добавляются 3 проверочных 4-битовых слова (рис.16).

Для того, чтобы улучшить работу маскирования звукоданных, строки звукоблока перед внутренним кодированием перемешиваются, что приводит к пространственному разделению соседних отсчетов звука.

Внутреннее кодирование осуществляется после мультиплексирования звукоданных с видеоданными, т.е. применяется к 60-байтовым словам. В блоке звукоданных (рис.15) каждая строка содержит 480 битов или 60 байтов, т.е. равна по длине информационной части внутреннего кода. К каждой строке должны быть добавлены 4 проверочных байта. Тогда матрица звукоблока после внешнего (специфического для звука) и внутреннего (общего с видеоданными) кодирования трансформируется в 10 блоков внутреннего кода, или в 5 синхроблоков (рис.17), в свою очередь образующих 1 звукосектор.

Размеры звукосектора весьма малы, поэтому существует вероятность, что звукосектор может быть полностью уничтожен из-за большого выпадения. Эта вероятность невелика, но с ней надо считаться ввиду повышенной чувствительности слуха человека к локальным дефектам звукового сопровождения. Поэтому каждый звукосектор записывается дважды в местах, которые обеспечивают наилучшее пространственное разделение и максимальную защиту. Дублирование облегчает также использование различных методов обработки звукового сигнала при воспроизведении. Таким образом, звуковой сегмент состоит из 16 звукосекторов (рис.18). Каждый из 4 каналов звукового сопровождения содержит 4 звукосектора (дублированные четные и нечетные отсчеты на интервале четырех наклонных дорожек записи). В результате достигнута высокая степень защиты звукоданных. Одиночная царапина шириной до 0,5мм или одновременный отказ двух соседних головок оказываются незаметными в нормальном режиме. К ухудшению качества приводит только царапина большей ширины или одновременный отказ двух несоседних головок.

Схема процессора записи видеомагнитофона формата D-1, в которой часть операций является общей для данных изображения и звука, показана на рис.19. Схема процессора воспроизведения включает устройства для выполнения обратных операций. Надо было бы только добавить маскирование обнаруженных ошибок. Надо отметить, что алгоритм маскирования не регламентируется форматом видеозаписи D-1. Это оставляет возможности для совершенствования аппаратуры производителями видеомагнитофонов.

СИГНАЛЫ ПРОДОЛЬНЫХ ДОРОЖЕК

При монтаже телевизионных программ возникает необходимость воспроизводить разборчивое звуковое сопровождение в широком диапазоне скоростей. Поэтому формат предусматривает дорожку для записи монтажного звука. Для простоты используется обычная запись с высокочастотным подмагничиванием. При ширине дорожки около 600мкм и линейной скорости ленты 286мм/с обеспечивается качество, достаточное для монтажных операций.

Основное назначение дорожки управления - запись импульсов для систем автоматического регулирования видеомагнитофона. Эти опорные импульсы (точнее, парные импульсы) следуют с частотой 150 Гц, т.е. с периодом следования четырех наклонных дорожек (рис.20). Они выравниваются по концу преамбулы верхнего видеосектора. Парные импульсы САР имеют половинную ширину, равную 1/64 от периода следования (рис.21). Кроме опорных импульсов САР, на дорожке управления записываются также импульсы видеокадра, отмечающие первый сегмент видеокадра и следующие с частотой 25 Гц (для системы разложения 625/50) или 30 Гц (525/60). Импульс звукокадра используется только в системе разложения 525/60 и служит для указания начала звукокадра. Импульсы цветового кадра могут отмечать начало группы из 4 кадров (для системы PAL они следуют с частотой 6,25 Гц) или 2 кадров (для системы NTSC, 15 Гц).

Еще одиночная продольная дорожка используется для записи временного кода (рис.22). На интервале каждого видеокадра записывается два временных кода: ВК A (временной код источника) и ВК B (монтажный временной код). Общая структура одного поля кадра данных включает в себя

• синхрослово;
• слово опознавания, позволяющее отличить код ВК A от кода ВК B;
• собственно временной код, в котором часы, минуты, секунды и кадры перемежаются битами пользователя;
• проверочные символы циклического кода;
• синхрослово и монтажный блок.

В монтажном блоке выделена область, в середине которой с максимальной ошибкой в 4 бита должен производиться монтажный переход.

ВИДЕОФОНОГРАММА

Детальное описания сигналов и их преобразований позволяет определить точные значения параметров видеофонограммы (рис.23).