автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Проблемы комплексной оптимизации записи и архивирования аудиовизуальной информации

На правах рукописи

Лишин Лаврентий Григорьевич

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОПТИМИЗАЦИИЗАПИСИ И АРХИВИРОВАНИЯ АУДИОВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 05.12.04. Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2009

003467867

ДСП ,

.__ероссиискии научно-исследовательскии совещания»

/ Доктор технических наук, Цирлин И.С.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор, НИИТ

Полосин Л.Л.

Доктор технических наук, профессор, МТУСИ Венедиктов М.Д.

Доктор технических наук, профессор, МВТУ Дворкович В. П.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный

университет кино и телевидения

Защита состоится « /4» (Р р 2009 г. в } (

ч. на заседании

Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 451.001.01 при ЗАО Московский научно-исследовательский телевизионный институт (МНИТИ) по адресу 105094, Москва, ул. Гольяновская, дом 7а, строение 1.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке ЗАО МНИТИ

Автореферат разослан « /3» ^ V 2009 г

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 451.001.01, к.т.н.

А.Г.Барсуков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена решению научно-технических проблем, состоящих в методологии создания способов, оборудования и устройств записи и архивирования аудиовизуальной информации в системах аналогового и цифрового телевидения, имеющих важное народнохозяйственное, политическое, оборонное и социально-культурное значение для страны. Работа выполнена на основе исторического анализа развития телевидения в РФ и за рубежом, научных исследований, выполненных автором, теоретического обобщения имеющихся научных материалов и 50 - летнего практического опыта, накопленного в процессе создания отечественного оборудования. В диссертации изложены основы расчёта и проектирования некоторых видов аналоговой и цифровой записывающей аппаратуры, выполнен анализ современного состояния архивов различного типа и предложена модель расчёта обобщенного критерия для сравнительной оценки способов записи цифровой аудиовизуальной информации на различных видах носителей. Расчёты, выполненные в соответствии с предложенной моделью, позволяют объективно оценить перспективы развития современных цифровых технологий записи и архивирования в контексте перехода страны на цифровое телевидение.

Актуальность темы

Переход России на цифровое телевидение самым существенным образом повлиял на методологию создания способов, оборудования и устройств записи и архивирования аудиовизуальной информации. Значительный рост архивов и потеря старых технологий ведёт к фактической гибели накопленных фондов. Для их использования в системах цифрового телевидения и сохранения в течение длительного времени фондовые материалы должны быть переписаны на цифровые осители. Переход на цифровое телевидение связан с увеличением числа рограмм, а это вызовет острую потребность в контенте. В серверах рупных и мелких компаний, в оперативных архивах, в каналах связи и етях распространения программ будет передаваться в основном цифровая нформация. Поэтому фондовые материалы в архивах длительного

хранения должны быть оцифрованы. При оцифровке возникают проблемы выбора носителей и способов записи для оперативных фондовых архивов. Автором разработана модель исследования способов записи цифровой информации на различных носителях и выбран обобщенный критерии для их сравнительной оценки, пригодный для обоснованных прогнозов на будущее. На основе теоретических исследований и расчётов сформулированы научные положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое направления в соответствующей отрасли науки.

Цели и задачи диссертационной работы

1. Разработать методологию создания и оценки способов, оборудования и устройств записи аудиовизуальной информации, имеющих важное народно-хозяйственное значение, в том числе для работы в особо сложных условиях. В частности, обеспечить запись цветных сигналов SECAM ЗВ на видеомагнитофонах и трансляцию Олимпиады - 80

2. Разработать запись информации на проволочный носитель для . работы в особых условиях и специальные диктофоны, накопители

информации для космической аппаратуры и самолётов.

3. Провести исследования способов наклонно-строчной записи на магнитной ленте, разработать и выпустить репортажные видеомагнитофоны для использования в специальных целях. Внедрить в крупносерийное производство профессиональный видеомагнитофон «Кадр 1ОЗСЦ» формата «С».

4. Разработать методы оценки качества подготовки контента в российских телерадиовещательных компаниях по результатам сертификации, включая методики записи контрольных кассет (дисков) и передачу измерительных сигналов по Интернету.

5. Определить критерий для сравнительного анализа из обширного набора эксплуатационных и технологических показателей аппаратуры для записи информации, эволюция которого за длительный период времени позволяет сделать обоснованный выбор носителей для записи контента и размещения его в оперативных и долговременных архивах.

6. На основе анализа построить модель, разработать способ сравнительной оценки применяемых носителей и технологий записи

цифровой информации, предложить методику оценки их перспективности на длительный период времени.

7. Разработать методологию построения цифровых архивов и сетей для оперативного обмена цифровой информацией и автоматизированного мониторинга при переходе на цифровое телевидение и демонстрацию кинофильмов в электронных кинотеатрах.

8. Провести расчет многомерной плотности записи цифровой информации для магнитных лент, жестких дисков с покрытиями, оптических и голографических дисков, накопителей на твёрдотельной памяти и сделать прогноз их использования в архивах. Предложить научно обоснованные рекомендации по использованию носителей при оцифровке аналоговых телевизионных архивов и кинофондов.

Методы исследования

В качестве основного теоретического инструмента исследований использовались методы математического анализа, теории радиотехнических сигналов и цепей, теории дискретизации цифровых сигналов, математический аппарат теории комплексного переменного, интегрального исчисления, теории вероятности, преобразования Фурье и математического аппарата колориметрии. При проведении исторического анализа и теоретических исследований были использованы труды выдающихся ученых Новаковского С.В, Кривошеева М.И., Зубарева Ю.Б., Шмакова П.В., Харкевича АА, Цирлина И.С., Королькова В.Г, Гласмана КА, Пархоменко В.И., Гончарова AB., Красносельского ЯА, Безрукова В.Н., Макурочкина В.Г, Полосина Л Л., ПевзнераБ.М., Офенгендена R Г, Парамонова В.,Парфентьева А. И., Сарьяна В.К, Харитонова М.И..Т. Garvan, Р. Sykes, A Potts, T. Kagawa, Sunna Р. Crosby MG , Яна Ричардсона

Научная новизна

1. Проведен анализ развития различных способов записи и архивирования аналоговой и цифровой аудиовизуальной информации в стране. Выявлены причины, вызывающие необходимость оцифровки хранимых фондов.

2. Разработано новое научное направление - запись информации на проволочный носитель. Запись на проволочный носитель позволила многократно повысить объёмную плотность записи информации, создать

миниатюрные магнитофоны для специальных целей, аппаратуру для работы в особых условиях, в том числе «чёрные ящики» для самолётов.

3. Проведены исследования способов записи цветных телевизионных сигналов различных телевизионных систем и создано оборудование, позволившее начать регулярное цветное телевизионное вещание в нашей стране.

4. Проведены исследования способов наклонно-строчной записи сигналов на магнитной ленте, позволившие разработать и выпустить партию репортажных видеомагнитофонов "Кадр 102", "Кадр 103", "Кадр 203" и "Кадр 303" для использования в специальных целях (видеосъёмки при быстром перемещении телекамеры на вертолёте, катере, на полигоне в Байконуре и других местах).

5. Автор в качестве Главного конструктора провёл теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых был разработан и внедрён в крупносерийное производство видеомагнитофон «Кадр 103СЦ». Новосибирский завод выпустил более 600 видеомагнитофонов, которые составили основу парка видеозаписи государственных телекомпаний в конце 1980-х - начале 1990-х годов.

6. Разработан и внедрен способ сертификации телерадиовещательных компаний «методом контрольных кассет или дисков». Впервые в мире измерения параметров технической базы производства контента в телерадиовещательных компаниях начали проводиться без использования измерительной аппаратуры на месте. Были проведены теоретические и экспериментальные исследования способов сертификации, создана нормативная документации для её проведения и разработан метод передачи контрольных сигналов через Интернет.

7. Разработан обобщенный критерий оценки способов цифровой записи и выбора носителей, который явился результатом анализа эволюции трёхмерной плотности записи цифровой информации в течение длительного времени.

8. Проведены расчеты предложенного критерия для различных носителей, позволяющие сделать обоснованный выбор современного оборудования для целей оперативного обмена контентом и создания современных оперативных архивов и архивов длительного хранения.

Реализация и внедрение результатов работ

1 Разработка, изготовление опытных образцов, сдача комиссии и запуск в серийное производство диктофона «Зерно» с проволочным носителем. Разработка и выпуск диктофона «Крошка» и магнитофона для длительной записи «Портфель».

2. Разработка, изготовление и испытания имитаторов шумов подводных лодок с проволочным носителем «Магма» и «Корунд».

3. Разработка, изготовление и передача в эксплуатацию бортового накопителя с проволочным носителем для записи переговоров космонавтов.

4. Разработка проволочных магнитофонов - «чёрных ящиков» для записи переговоров экипажа при нештатных ситуациях.

5. Разработка, запуск в серию предварительных усилителей для БВГ и запатентованных систем компенсации выпадений для профессиональных видеомагнитофонов формата«0»: «Кадр1», «КадрЗ», «Кадр ЗПМ».

6. Разработка, изготовление и ввод в эксплуатацию наземного видеомагнитофона «Кадр 10» и бортового «Кадр 11» для передачи фильмов в самолётах.

7. Разработка и ввод в эксплуатацию специальных видеомагнитофонов типа «Кадр 103» для репортажных телевизионных станций (ПРТС и АРТС). Проведение натурных испытаний видеомагнитофонов на катерах, вертолетах и других объектах.

8. Разработка и выпуск специальных видеомагнитофонов «Кадр 203» и «Кадр 303».

9. Разработка и внедрение в крупносерийное производство профессиональных видеомагнитофонов формата «С» «Кадр 103СЦ».

10. Проведение исследований с целью оценки повреждений путей и ж.д. составов с помощью спецсредств и составление предложений по теме «Разведка».

11. Разработка первого макета двухканального видеомагнитофона «Кадр 1000» для двухканальной записи аналоговых сигналов ТВЧ.

12. Разработка нормативных документов (ОСТ 58-18-96, ОСТ 58-2301, ОСТ 58-18-96, ПТЭ-2001, ОСТ 58-30-03, СТП 47-13-00) для «Системы

сертификации технической базы производства телерадиопродукции телевизионных и радиовещательных компаний в России методом контрольных кассет и дисков». Создание на базе ВНИИТР Испытательного сертификационного центра. Проведение сертификации более 1300 объектов. Проведение исследований и внедрение новых способов сертификации цифровых телецентров и радиостанций, кодеков систем сжатия цифровой информации с применением цифровых технологий и использованием сетей Интернета.

13. Разработка и внедрение в эксплуатацию ситуационного центра СЦ-1 для круглосуточного мониторинга московских телеканалов.

14. Разработка проекта электронного архива для телеканала НТВ.

15. Разработка по заказу Федерального Агентства по Культуре и кинематографии «Нормативно-технических документов на видеофонограммы форматов, применяемых при производстве видеоматериалов кино и видеофильмов, с целью нормативного обеспечения контроля качества при изготовлении»

Апробация результатов работы

Главные положения диссертационной работы докладывались на Конгрессе Прогресс технологий телерадиовещания, Москва, 1999г, Конгрессах HAT, Москва, в 2001 и в 2002 г, на Научно-технической конфе-ренции ЗАО МНИТИ «Состояние телевизионных технологий. Состояние и направление развития» в 2004т на Научно-технической конференции ЗАО МНИТИ «Пути перехода к цифровому телевещанию» 2008 г, на круглом сто-ле «Обеспечение контроля качества телевизионных сигналов: от источника до пользователя» 200г, организованном CAO ВНИИТР совместно с Минсвязи.

Отдельные научные положения были изложены в книгах Лишин Л.Г. Магнитная запись цветных изображений М.Энергия 1979 с 257, Лишин Л.Г. Анализ и проблемы записи и архивирования цифровой информации Воронеж Издательство НПО «МОДЕЭК» 2008 - 448 с.

По теме диссертации автором опубликовано 2 монографии, 5 книг в соавторстве, получено 10 авторских свидетельств, разработано 11 нормативных документов, относящихся к цифровому телевидению, опубликовано 78 работ по теме диссертации.

Личное участие автора в разработках по теме диссертации

1. Разработана модель сравнительного анализа способов записи ифровой информации на различных носителях, в которой качестве

итерия для сравнительного анализа выбрана объёмная плотность ифровой записи.

2. В соответствии с принятой моделью автором проведен анализ и асчёт объёмной плотности для всех известных способов записи налоговой и цифровой информации. На основе проведенного анализа втор доказал, что наиболее перспективным способом записи для перативных архивов являются жёсткие диски, а для целей архивирования

пись на оптические и топографические диски. К 2020 году для целей рхивирования и цифровой записи широкое применение получит ёрдотельная память на основе нанотехнологий.

3. Главный конструктор специальных магнитофонов «Зерно" и Крошка», «чёрных ящиков» для записи переговоров экипажей в нештатных

туациях и аппаратов с проволочным носителем «Портфель», «Магма», Корунд» и системы записи переговоров Быковского и Терешковой В.

4. Главный конструктор профессионального видеомагнитофона Кадр 103 СЦ», внедренного в крупносерийное производство

офессиональных видеомагнитофонов «Кадр 103», для ПРТС, портажных станций «Гранат» и АРТС, «Кадр 203».

5. Разработка и внедрение в серийное производство блоков офессиональных ВМ «Кадр 1», «Кадр 3» «Кадр ЗПМ».

6. Разработка и ввод в эксплуатацию видеомагнитофонов для ссажирских самолётов наземного «КадрЮ» и бортового «Кадр11».

7. Разработка системы измерения параметров сигналов хнологической цепочки оборудования при сертификации технической базы оизводства телерадиопродукции методом записи контрольных деокассет и дисков. Организация «Органа по сертификации

фессиональных технических средств и технологии производства эрадиовещания, бытовой радиоэлектронной аппаратуры..» и «Испытательного нтра профессиональных технических средств и технологий производства

для телерадиовещания, бытовой радиоэлектронной аппаратуры» на базе ОАО ВНИИТР. Разработаны нормативные документы (ОСТ-58-18-96, ОСТ-58-23-01 и др.). Автором совместно с коллегами за 10 лет была проведена сертификация и создана база данных, в которую вошло свыше 1300 телецентров и радиовещательных компаний.

8. Разработка новых методов испытаний для сертификации цифровой технической базы производства контента для телерадиовещания путём передачи контрольных сигналов по Интернету и проведены исследования способов измерения параметров цифровых сигналов сжатых по различным технологиям.

9. Разработаны нормативные документы и диски с измерительными сигналами для контроля качества видеофонограмм, применяемых при производстве видеоматериалов кино и видеофильмов.

10. Участие в преподавательской работе по подготовке кадров специалистов для телевидения и радиовещания.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Теоретические и экспериментальные исследования способов записи сигналов различных цветных телевизионных систем на профессиональные и бытовые видеомагнитофоны, результаты которых изложены в монографиях и статьях [15,17].

2 Исследования автором проволочных носителей информации и разработка специальной аппаратуры, что привело к созданию нового направления в записи аналоговой информации, которое используется в настоящее время в авиации. Результаты опубликованы в статьях [45, 78,92]

3. Создание и практическая реализация системы сертификации технической базы производства телерадиопродукции методом записи контрольных видеокассет и дисков. Организация «Органа по сертификации профессиональных технических средств и технологии производства телерадиовещания, бытовой радиоэлектронной аппаратуры...» и «Испытательного центра профессиональных технических средств и технологий производства для телерадиовещания, бытовой радиоэлектронной аппаратуры» на базе ОАО ВНИИТР, разработка новых

методов испытаний для сертификации цифровой технической

базы производства контента для телерадиовещания. Результаты опубликованы в статьях [55, 56, 66, 67, 68, 82].

4. Разработка обобщенной модели для анализа способов записи цифровой информации на различных носителях и выбор в качестве основного критерия для сравнения, перспектив развития и прогноза трёхмерной плотности записи. Результаты опубликованы в статьях [93,94]

5. Результаты сравнительного анализа трёхмерной плотности записи цифровой информации на магнитную ленту и другие носители с использованием современных математических методов моделирования и отображения полей, применения теории информации, теории цепей и конформных преобразований. Результаты опубликованы в монографии и статьях [17,87,88].

6. Разработка методологии создания способов, оборудования, устройств записи и архивирования аудиовизуальной информации, связанной с передачей в эфир многочисленных телевизионных программ, что вызывает потребность создания архивов и глобальных сетей для оперативного обмена цифровой информацией и сетей для автоматизированного мониторинга, которые позволят обеспечить переход к цифровому телевидению в Р.Ф. Результаты опубликованы в статьях [70, 71,81,91, 95].

Публикации

По результатам работ автора было опубликовано 2 монографии, 4 книги совместно с соавторами, программа курса по видеозаписи для ВУЗов, утверждённая ВАК, получено 10 авторских свидетельств на изобретения, опубликовано в технических журналах свыше 100 публикаций.

Объём и структура работы

„ Диссертация состоит из введения, семи глав, списка литературы, включающего 189 наименований и 5 приложений. Основная часть иссертации изложена на 220 страницах машинописного текста, иссертация содержит 47 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемых проблем, сформулированы цель и задачи исследований. Переход страны к цифровому телерадиовещанию и интенсивный рост архивов поставили задачу разработки ряда критериев для оценки перспективности носителей для записи цифровой информации. Автором разработана обобщенная модель для сравнительного анализа характеристик носителей и способов записи цифровой информации. В качестве основного обобщенного критерия выбрана трёхмерная плотность записи цифровой информации и разработаны методики её расчёта для различных носителей. Приводятся научные положения, выносимые на защиту, определена их новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации результатов работ.

Первая глава диссертации посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям характеристик записи цветных сигналов PAL, SECAM-3B и НИИР на видеомагнитофонах. К моменту выбора системы цветного телевидения в СССР серийно выпускались профессиональные видеомагнитофоны «Кадр1» и «КМЗИ-6», рассчитанные на запись чёрно-белых ТВ сигналов. В 1965 г было принято решение о проведении проверки возможности записи сигналов PAL, SECAM и НИИР на «Кадр 1» [19]. Исследования систем цветного телевидения проводилось на МТЦ в специальной лаборатории, в которую была привезена соответствующая аппаратура. Сигналы всех систем были измерены и пропущены по релейным линиям и поданы в автобус с видеомагнитофоном. На нём были записаны и воспроизведены фрагменты программ. Изображение сигналов PAL воспроизводилось с помехами, вызываемыми коммутацией головок, a SECAM без помех.

По результатам испытаний с учётом политических и экономических соображений была выбрана система SECAM. Правительство поручило к открытию цветного телевещания в 1967 г. оснастить аппаратную на МТЦ двумя видеомагнитофонами «Кадр1» с цифровой обработкой сигналов [19].

Эта работа была поручена автору, который провёл

модернизацию двух видеомагнитофонов и подготовил к эксплуатации аппаратную. В диссертации и Приложении № 1 приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований автора, связанных с повышением качества записи цветных систем SECAM, SECAM ЗВ и PAL на полупрофессиональных и бытовых видеомагнитофонах[38].

Рис. 1 - Первая аппаратная цветной видеозаписи

Экспериментально был исследован способ раздельной записи сигнала яркости Y и сигналов цветности R-Y и B-Y на двух параллельных магнитных строчках. Автор впервые теоретически и экспериментально выявил основной недостаток системы SECAM ЗВ - невозможность выделения из композитного сигнала компонентных сигналов без сужения полос частот, занимаемых компонентами [15]. Это явилось причиной появления за рубежом системы MESECAM и переходу телецентров России в 90-х годах на подготовку телепрограмм в системе PAL [56].

В диссертации рассмотрена проблема компенсации выпадений цветных сигналов SECAM ЗВ. Выпадения в воспроизводимом сигнале - это дефект характерный как для аналоговой, так и для цифровой магнитной записи. Все профессиональные видеомагнитофоны, которые эксплуатировались в аппаратных в 70-х годах прошлого века, имели компенсаторы выпадений (СКВ).

Способ компенсации, состоял в том, что выпадение

замещалось путём использования сигнала из предыдущих строк [49]. При этом возникали четыре задачи:

• фиксация момента начала и конца выпадения и коммутация прямого сигнала;

• формирование замещающего сигнала, соответствующего длительности выпадения;

• фазирование замещающего и основного сигналов;

• введение замещающего сигнала в момент выпадения в основной сигнал.

Как показали исследования, замещающий сигнал не должен вносить дифференциальные искажения, превышающие величину 10%. В противном случае будут наблюдаться колориметрические искажения и искажения уровня сигнала. Единственным способом, позволяющим задержать сигнал на строку, в 70-х годах были ультразвуковые линии задержки, применяемые в телевизорах, и они были использованы в СКВ в «Кадр ЗПМ», которыми комплектовались аппаратные ТТЦ Останкино перед Олимпиадой 80.

Для обеспечения высококачественных репортажей Олимпийских игр АСК-3 был укомплектован новой системой единой синхронизации передаваемых в эфир телевизионных сигналов. Все сигналы, подготовленные в монтажных аппаратных, передавались в центральную аппаратную через фазовые компараторы, которые сравнивали фазу цветовых поднесущих, поступающих сигналов с фазой опорного синхрогенератора. Пробный запуск аппаратных, укомплектованных серийными видеомагнитофонами «Кадр ЗПМ» во время Спартакиады народов СССР в 1979 г. привел к недопустимому браку в эфире. Автором была экспериментально исследована заметность скачков фазы поднесущей цветности сигнала SECAM ЗВ при различной длительности переходных процессов, изменения цветовой окраски, и их заметность.

Учитывая, что в системе SECAM ЗВ производится коммутация фазы поднесущей цветности от строки к строке на 180°, замещение выпадений одинаковыми сигналами от соседней строки иногда может привести к недопустимым искажениям. Автор предложил [97] систему компенсации выпадений структурная схема, которой приведена на рис. 2.

Рис. 2 - Структурная схема СКВ-3

Схема СКВ-3 состоит из трёх функциональных узлов: компенсатора, сумматора и коммутатора фазы. Компенсатор формирует переключающие импульсы из ЧМ сигнала. Сумматор задерживает сигнал Еу на строку и формирует замещающий видеосигнал путём сложения задержанного сигнала яркости Еу с задержанным на две строки сигналом ЕЦа.. Сумматор построен по способу раздельной задержки сигналов яркости и цветности. Когда фазы совпадают, сигнал на выходе отсутствует. Если фазы отличаются значительно, то на выходе фазового детектора появляется сигнал, который подаётся на триггер. Так как на одно плечо триггера подаются строчные синхроимпульсы, а на другое сигнал от фазового детектора, то триггер перебрасывает фазовращатель только тогда, когда фазы основного и замещающего сигналов не совпадают. Коммутатор фазы обеспечивает подачу на выход схемы синфазной поднесущей цветности в момент выпадения не хуже ± 30° , что обеспечивает отсутствие заметности выпадений и отсутствие переходного процесса во время переключения сигналов.

К началу Олимпиады 80 все 240 видеомагнитофонов Кадр ЗПМ были оснащены новыми компенсаторами выпадений СКВ-3, что обеспечило успешную работу системы единой синхронизации на ТТЦ и передачу телепрограмм Олимпийских игр без брака [50].

Вторая глава диссертации посвящена работам автора по созданию нового направления записи информации - записи на проволочных носителях.

В 50-х годах в ряде специальных служб возникла необходимость в создании миниатюрных диктофонов, работающих в сложных условиях. Работы проводились автором на основе теоретических и экспериментальных исследований способов записи на проволочном носителе.

Классическая кинематическая схема магнитофона предполагает наличие подающего и приемного узлов в тракте, магнитных головок и ведущего узла, обеспечивающего постоянство скорости перемещения носителя записи. Однако использовать эту схему механизма было невозможно, так как проволока проскальзывала между прижимным роликом и ведущим валом. Пришлось рассчитать проволокопротяжный механизм, допустив некоторый перепад скоростей, используя в качестве ведущей приёмную катушку, специальным образом рассчитав её размеры.

По результатам измерений магнитных характеристик носителя диаметром б = 50 мкм была выбрана средняя скорость записи равная Уср = 9 см /сек. При полосе записываемых частот от 50 Гц до 5 кГц минимальная длинна волны А мин, составила:

^ =уср//макс =90/5000 =1,8 люк (1)

При заданных размерах диктофона на его поверхности можно было разместить две катушки максимальным диаметром равным Омак = 50 мм. Учитывая, что протяжка проволоки производилась вращением ведущей катушки, а укладка головкой, рассчитаем перепад скоростей. Если сохранить минимальный диаметр катушки равным Оиин = 20 мм, то перепад скоростей при постоянной частоте вращения катушки составит:

А«/Д. =2,5 раза (2)

По заданию запись и воспроизведение должна была производиться на одном и том же диктофоне, поэтому подобное изменение рабочей скорости записи не приведёт к серьёзному снижению разборчивости записей. Рассчитаем общую длину проволочного носителя и возможность его размещения на катушке:

£ = 6УсрхТт = 3,14*20*2,5*90*180*60 = 15260,4м (3)

Средняя длинна витка равна: / =я£> =Цлш =110мм = 0,11 м (4)

ср СР

При расстоянии между щеками катушки равном Л =20 мм возможное

число витков, которое можно разместить в площади окна катушки равно:

п =к(1фмакс-Омш)1(1 = 600мм2 /50мкм =1200витков (5)

Таким образом, максимальная длинна носителя, размещаемая на катушке должна быть равна:

Ьмаа =/^1=0,11*1200 = 132000 мм = 5197 дюймов (6)

Учитывая, что идеальной намотки носителя на катушку в малогабаритном диктофоне добиться будет невозможно, двух кратный запас ёмкости катушки необходим. Тонкий носитель потребовал принять специальные меры по защите магнитной головки. Как показали исследования магнитных свойств носителя, несмотря на необычную форму, его намагничивание происходит по классическим законам, хорошо изученным для магнитной ленты, но с учётом нескольких особенностей.

Записываемый на магнитном носителе сигнал подчиняется известным законам, но проволока не может прилегать к рабочей поверхности головки так, как лента всей плоскостью. При движении она прорезает бороздку, но контакт головки с носителем происходит примерно на 30+50% поверхности проволоки. В общем случае, магнитный поток, записанный на носитель, может иметь произвольное направление. Его проекциями по осям координат являются продольная составляющая Вх, и поперечная составляющая Вг, которая обычно равна нулю. Неоднородное намагничивание всей поверхности носителя при записи приводит к уменьшению суммарного магнитного потока и нормальной составляющей Ву, определяющей внешний поток носителя, который воспроизводится головкой. Вместе с тем можно считать, что воспроизводимая э.д.с будет пропорциональна скорости изменения продольной составляющей во времени. В этом случае её величина будет равна:

Еу = Пасо^лх/Л (7)

где х-величина перемещения носителя по тракту.

Следует отметить, что в проволокопротяжных механизмах отсутствуют потери, вызываемые перекосом рабочего зазора головки или не плотным прилеганием ленты к поверхности головки. Кроме того, рабочий слой, сравнительно тонкий в магнитной ленте, в проволоке, которая намагничивается в глубину, значительно превышает ширину рабочего зазора головки.

Обычно в магнитофонах записывают звуковой сигнал с высокочастотным подматичиванием для уменьшения нелинейных искажений. Однако небольшие запасы питания в миниатюрном магнитофоне и опасность обнаружения не позволили встроить в схему генератор подматичивания. Пришлось ограничиться подмагничиванием постоянным током. Недостатком записи с подмагничиванием постоянным током является рост шумов в паузах, из-за переменного контакта ленты с головкой, который может быть определён соотношением:

ф,="\в,Шу (8)

где: Фг- поток в сердечнике магнитной головки, находящейся на расстоянии а от фонограммы, с/ - толщина рабочего слоя, Ву (у) - остаточная продольная намагниченность элементарного слоя 6у с ординатой у.

Анализ формулы (8) для проволочного носителя показывает, что этот фактор снижается из-за малого значения а и значительного увеличения величины рабочего слоя б. Приведенный расчёт позволяет выбрать ширину рабочего зазора магнитной головки - 25. Потери в тракте магнитной записи П в основном определяются потерями в тракте воспроизведения равными:

Псум=ПсППщПг (9)

где: Пс-слойные потери, которые в нашем случае отсутствуют;

Пк - контактные потери, которые при хорошем прилегании проволоки к голове минимальны и могут не учитываться:

Пг - потери в сердечнике головки, которые при выборе материала с высокой проницаемостью минимальны;

Пщ - щелевые потери, это основной вид потерь, по которому должен выбираться рабочий зазор головки:

ПЩ=Б25/Л (Ю)

где 8 - щелевая функция Любека.

При заданных технических требованиях к проволокопротяжному механизму А мин = 1,8 мкм необходимо изготовить головку с зазором не более 0,9 мкм, что технологически очень сложно[92]. В этом случае величина магнитного

потока в сердечнике воспроизводящей головки можно определить по формуле В.К Вестмайзе:

фг =Фо[(\~е1Ы1Л)/2лс11 А]е1ЫпБ(23/Л) (11) Щелевая функция приводится в справочных таблицах. В нашем случае:

5 = 26/Л = 0.5 (12)

т.е. и щелевые потери составят - 5 дБ.

Теоретические исследования и расчёты показали, что для воспроизведения звуковых сигналов при низких скоростях носителя требуются усилители с минимальным уровнем шумов входного каскада, методика их расчёта изложена в книге автора [12].

Рис. 3 - Функциональная схема проволочного магнитофона «Зерно»

Автором были исследованы опытные образцы малогабаритных малошумных транзисторов, изготовленных на заводе «Светлана» (г.Санкт-Петербург). На заводе в то время осваивался выпуск первых отечественных малошумных транзисторов и для магнитофона «Зерно» была выпущена опытная партия. Это позволило создать малошумный малогабаритный усилитель.

По специальному заданию на заводе «Электросталь» были создань отечественные проволочные носители диаметром 30, 50 и 80 микрон.

В процессе перемещения по тракту проволочный носитель прорезал стальные направляющие стойки и головку. Для исключения этогс были сконструированы специальной формы корундовые направляющие которые должны были удерживать проволоку перед рабочим зазорол, головки и защищать её от деформации.

Опытный малогабаритный двигатель требуемой формы и размеров был сконструирован во ВНАИЗ. Малогабаритные батареи были разработаны в НИИ питания (г. Москва). Особые сложности вызвала разработка специальных микрофонов в форме «часов», «заколок» и пр. и телефонов специальной конструкции, которые по заказам КГБ были изготовлены Тульским заводом радиоаппаратуры. Автор предложил управление всеми режимами работы магнитофона и тормозами выполнить с помощью кулачкового вала, который смещался малозаметно пальцем. Автором была разработана компоновка магнитофона в заданных габаритах. Первые образцы «Зерна» прошли механические и климатические испытания на стендах и в климатических камерах. Государственная комиссия приняла решение об их серийном производстве в г. Киеве и принятии на оснащение органов. Для комплектации «Зерна» заводы начали выпускать миниатюрные электродвигатели, малошумные транзисторы, источники питания, корундовые направляющие, миниатюрные микрофоны и телефоны [92]. Промышленность освоила производство магнитофонов «Зерно», которые поступили на оснащение спецслужб, а автор разработал более миниатюрный диктофон «Крошка» размером с пачку сигарет. Затем автором был создан проволочный магнитофон размером с портфель для непрерывной записи звуковой информации в течение нескольких недель.

Особый заказ был связан с обеспечением записи и трансляции на землю переговоров в полёте космонавтов Быковского и В.Терешковой. Для записи переговоров во время полёта были изготовлены два проволочных накопителя. Безотказная запись сигналов в условиях вибраций обеспечивалась магнитными головками, имевшими магнитные зазоры с отверстиями для прохождения проволоки. Разработанные бортовые накопители и система в целом была изготовлена и обеспечила получение командным центром непрерывных записей разговоров космонавтов во время всего полёта. Бортовые накопители воспроизводили и передавали их разговоры на землю на 4-х кратной скорости во время пролёта спутника над СССР, которые записывались на земле, затем расшифровывались и анализировались в центре управления [80].

Запись сигналов на проволочный носитель была использована также для создания аппаратуры, работающей в особых условиях. Автором

были созданы проволочные магнитофоны - имитаторы шумов подводных лодок «Магма» и «Корунд», размещаемые в торпедах. Торпеды - имитаторы прошли испытания в гавани г. Феодосия и были приняты заказчиками.

На рис. 4 представлены области использования магнитной записи на проволочном носителе.

Рис. 4 - Области использования магнитной записи на проволочный носитель

По заказам конструкторских бюро Туполева, Ильюшина и др., автором были разработаны макеты проволочных магнитофонов - первых "чёрных ящиков", для записи переговоров экипажей во время аварий, включая проволочный диктофон для проекта "Буран". Некоторые из проволочных диктофонов в качестве «чёрных ящиков» применяются на самолётах в настоящее время.

Результаты анализа объемной плотности записи аналоговых сигналов, рассчитанной по разработанной методике, приведены на рис. 5.

Ойкии ШМТНКТЪ кГиОЦФЙМ1

1000

IX 10'

0.1

1И1 1МИ ЮТ 19И

Рис.5 - Плотность записи при аналоговой записи на различных носителях

Третья глава диссертации посвящена разработке для ТВ вещания и специальных целей наклонно-строчных видеомагнитофонов формата «С». В начале 60-х годов прошлого века на телецентрах использовались тяжелые и громоздкие видеоматитофоны, в которых применялась поперечно строчная запись на ленту шириной 25,4 мм , но они для специального применения были не пригодны.

С 1972 года начались теоретические и экспериментальные работы по созданию видеомагнитофонов для спецприменения, записывающих телевизионные и специальные сигналы на дюймовой ленте. В 1973 г, по заказам военных, для комплектации репортажных станций «Гранат» был создан видеомагнитофон «Кадр 103» [22]. Его размеры 900x500x400 мм, позволили расположить видеомагнитофон поперёк кузова микроавтобуса. Все электронные блоки жестко закреплялись в каркасе видеомагнитофона, его масса не превышала 80 кг. В кузове микроавтобуса были размещены две репортажные камеры и микшер с видеокснтрольными устройствами. Видеомагнитофон работал от автономных источников питания и имел амортизированную подвеску. При этом релортажная станция «Гранат» развивала скорость во время съёмки до 40 км/час. Подпружиненные рычаги, встроенные в тракт ЛПМ видеомагнитофона, позволили исключить искажения даже во время виражей автомобиля. Приёмная комиссия приняла решения об организации серийного выпуска военизированных репортажных станций (ПРТС) на заводе ЛОМО (г. Санкт-Петербург). ПРТС работали во многих воинских частях и удалённых районах страны. В середине 70- годов по заказу КГБ была разработана и изготовлена на заводе (г. Санкт-Петербург) автомобильная репортажная станция АРТС для записи шествий и демонстрации в движении. Записанная программа переписывалась на телецентре с видеомагнитофона «Кадр 103» через регенератор РГ-100 [27] на видеомагнитофон «Кадр-ЗПМ» и передавалась в эфир.

В 1977 г. по заказу спецуправления был разработан видеомагнитофон «Кадр 202» для обслуживания запусков космических ракет на Байконуре. Была поставлена задача - реализовать запись запуска спутников с близкого расстояния с дистанционным управлением видеомагнитофонами на расстоянии свыше 800 м. 15 видеомагнитофонов было установлено на Байконуре.

В конце 70- годов по заказу ВМФ автором был разработан и вылущен видеомагнитофон «Кадр 303». Он был предназначен для записи радиолокационных сигналов на кораблях. Кроме жёстких климатических требований заказчики потребовали провести измерение кривизны магнитных строчек при качке ± 45°. Для считывания строчек при качке были усовершенствованы системы авторегулирования и автотрекинга в видеомагнитофонах этого типа.

Опытные образцы аппаратуры были испытаны на катере в Чёрном море. Контрольные записи кораблей и портовых сооружений Севастополя демонстрировались в штабе ВМФ. Руководство КГБ потребовало провести лётные испытания видеомагнитофонов, на вертолётах над Москвой и Подмосковьем. При проведении лётных испытаний телекамеры были оборудованы специальной подвеской, а питание видеомагнитофона было выполнено полностью автономным с целью защиты от помех. Испытания были проведены на разных высотах во время прямого полёта вертолёта и при виражах, что подтвердило возможность их применения для специальных целей.

В 1981г. автор был назначен Главным конструктором профессиональных видеомагнитофонов, которые должны были работать на ленте шириной 25,4 мм по формату «С».

На рис.6 показана схема и приведены размеры блока вращающихся головок формата "С". На БВГ размещается шесть головок, которые обеспечивают запись, воспроизведение и стирание телевизионного сигнала и синхросигнала в режиме монтажа и только головка записи-воспроизведения кадрового синхросигнала может отсутствовать,. Направляющие элементы должны устанавливаться таким образом, чтобы выпадение сигнала, возникающее вследствие неполного охвата барабана лентой, находилось в пределах от (11,9 ± 0,3) до (10 ±0,25) мм. Угол между продольной осью ленты и плоскостью вращения видеоголовок составляет у = (2° 35' 29" ±2") градусов. Натяжение ленты на барабане в середине между направляющими элементами (1,5 ± 0,2) Н. Площадь, занимаемая одним полем, составляет с учетом площади, занимаемой строчкой записи синхроимпульсов 95,35 мм2. Относительная скорость головка - лента равна 21,395 м/с. Расстояние на строчке записи, соответствующее длительности телевизионной строки, составляет 1,369 мм.

Данный формат записи показан на рис.7. На полосе ленты между С и D можно записать участки телевизионного сигнала с кадровыми синхроимпульсами. Исходя из скорости перемещения ленты, равной (239,8 ± 0,5) мм/сек, и угла между продольной осью ленты и плоскостью вращения видеоголовок угол наклона строчек записи телевизионного сигнала а = 2,5623° , что для временного интервала 300,6 Н-соответствует длине строчки записи 411,467 мм. Формат предписывает, что ширина строчки записи должна быть равна 155 мкм. Межстрочный промежуток равен примерно 60 мкм. Две первые звуковые дорожки располагаются в верхней части ленты, а одна - в нижней.

В состав видеомагнитофона «Кадр 103»был включён цифровой корректор временных искажений ЦКВИ, осциллограф, ВКУ и блок контроля.

Конструкция видеомагнитофона была выбрана такой, чтобы в ней свободно размещались все модули (БЗВ, ЦКВИ, БВК, ВКУ, осциллограф) и их работа проверялась индивидуально. Конструкция БВГ позволяла изношенные видеоголовки заменять в течение нескольких минут без механических регулировок Перед передачей КД на завод были проведены исследования ферритов, различных магнитных головок, лент, параметров ЛПМ и БВГ, которые позволили выполнить технические параметры задаваемые форматом «С». Столь жёсткие требования к сигналограмме вызваны обеспечением взаимозаменяемости записей. После приёмки МВК конструкторская документация на «Кадр 103СЦ» была передана Новосибирскому заводу точного машиностроения. После организации новых цехов на заводе было запущено крупносерийное производство видеомагнитофонов, магнитных головок и измерительных лент. Завод выпустил 600 видеомагнитофонов, которые явились основной технологической базой для многочисленных телецентров России и союзных государств [17].

Рис. 8 - Профессиональный видеомагнитофон «Кадр 103 СЦ»

В четвёртой главе диссертации изложены проблемы мониторинга и сертификации телецентров и радиовещательных компаний в контексте перехода на цифровое телерадиовещание. В настоящее время этот вопрос осложняется тем, что он будет сопровождаться перестройкой технической базы производителей контента, кабельных сетей и продажей населению цифровых приставок или цифровых телевизоров.

Автор совместно с коллегами для мониторинга сигналов в Москве и Московской области разработал аппаратную СЦ-01. Блок записи контрольной аппаратной СЦ-01 был рассчитан на цифровую непрерывную запись 4-х телевизионных программ общим объёмом до 24 часов в сутки в течение 30 дней. Он был реализован путём записи на жесткие диски сжатых цифровых аудиовизуальных сигналов. Специальные программы позволили автоматизировать поиск записанных файлов и их перезапись на оптические диски CD или DVD для контроля и разбора претензий. Программы с текущей информацией записывались на жесткие диски, а для длительного хранения архивировались на диски CD-RW или DVD RW. Объём памяти для обеспечения заданных сроков хранения составил: Тобщ.= 720 час.

В 1996 г. автором совместно с коллегами была разработана и внедрена система сертификации ТВЦ и РТЦ с помощью контрольных кассет (КВК) [55!. Для внедрения сертификации по всей стране автором были разработаны отраслевые нормативные документы ОСТ 58-18-96 и ОСТ 58-23-01, оформлен орган по сертификации «Система Телерадио» и Испытательный центр при ОАО ВНИИТР.

При проведении сертификации по ОСТ 58-23-01 измеряются параметры технической базы телецентра как объективными, так и субъективными методами. В целом ОСТ 58-23-01 содержит 9 разделов и 16 приложений (см. Приложение 3). В них перечислены основные параметры измерительных видеосигналов и контрольных фрагментов программ, записываемых на КВК, методики оценки качества сигналов, порядок представления результатов испытаний и принятия решений. За десять лет существования модель, взятая за основу работ по сертификации в Системе «Телерадио» [74], показала свою жизнеспособность и во многом способствовала повышению качества вещания.

К настоящему моменту проведена сертификация более 1300 телерадиокомпаний. Из 757 телекомпаний, только 69 (9,1%) и из 565 радиокомпаний только 80 (14,1%) прошли сертификационные испытания без замечаний [67,82].

Анализ сертификации телерадиокомпаний показал, что абсолютное большинство имеет смешанную цифро-аналоговую техническую базу. В результате проведенных исследований были разработаны новые методики испытаний и нормативы, которые были включены в ОСТ 58- 23-01.

При испытаниях КВК в ИЦ ВНИИТР анализ записанной программы и измерения параметров производится на образцовых видеомагнитофонах соответствующего формата. Развитие в стране сетей Интернет позволяет в некоторых случаях исключить выезд испытателя при проведении сертификации. Сотрудниками ВНИТР под руководством автора был разработан «Метод проведения сертификации без выезда испытателя». Этот метод после получения положительных результатов был распространён на радиовещательные компании и повторную сертификацию телецентров.

Переход на цифровое вещание требует организации тестирования доставки «традиционных» вещательных услуг по каналам ОУВ-Т. Существует ряд способов для тестирования традиционных каналов вещания на базе транспортных потоков [95]. Однако описание многих тестовьм процедур практически отсутствует. Современное тестирование за рубежом построено на основе автоматического сравнения с образцовыми тестовыми потоками, при этом существующее в России оборудование становится непригодным. Для проведения тестирования отечественных сетей, по которым будут распространяться сжатые потоки должно быть разработано новое оборудование. Для анализа сжатых цифровых сигналов автор предложил использовать движущиеся испытательные сигналы типа «динамический клин», которые позволяют оценить степень влияния сжатия на качество цифровых сигналов. Кроме того необходимо установить нормы на допустимую длительность «заторможенных изображений», которые появляются на экране при большом числе ошибок в цифровом потоке, разработать нормы для оценки сдвига между изображением и звуком, величину которого можно измерять прибором ИВР-1, разработанным автором совместно с коллегами [76].

Для обеспечения внедрения цифрового телевидения автором было разработано 18 нормативных документов в том числе два ГОСТР для цифрового телевидения и ГОСТ Р по терминологии на цифровое телевидение, позволивший создать Глоссарий для работы Правительственной комиссии по переходу на цифровое телевещание.

Пятая глава содержит теоретические исследования способов высокоплотной записи цифровой информации. В идеале объём записанной информации определяется размерами отпечатка на носителе. Его параметры зависят от материала покрытий, способа записи и ряда других

факторов. Поэтому автором для исследований предлагается модель расчёта, не зависящая от вида носителя и способов записи. Таким параметром на основе исторического анализа выбрана многомерная плотность цифровой записи Рх,у,г„ рассчитанная с учётом физических процессов, происходящих при записи отпечатков по методике, предложенной автором.

В пятой главе проведении теоретический анализ процессов записи и воспроизведения информации на носителях с магнитными покрытиями, которые преимущественно используются в настоящее время. Он включает исследование полей записывающих магнитных головок, процесс формирования отпечатков в покрытиях и вычисление размеров отпечатков при контактной и бесконтактной записи. Затем автор теоретически анализирует поля воспроизводящих магнитных головок и оценивает способы воспроизведения записанных сигналов по критериям плотности и достоверности. Подобная модель расчёта справедлива для всех видов покрытий, но будет заметно отличаться при изменении физических способов намагничивания доменов.

Процесс магнитной записи импульсной информации может быть представлен следующей обобщенной схемой:

¡(1) н> 1(х, у) Ф(\'1, И)-* е(\% к) -» е(1) (13) где 1(1) - ток в записывающей магнитной головке; 1(х,у) -распределение намагниченности на записывающей поверхности; Ф(\>1,к) -магнитный поток в воспроизводящей головке; Ъ- расстояние между поверхностью головки и намагниченным носителем; е(\1,Ь,) - э.д.с, наводимая в обмотке воспроизводящей головки; V - скорость носителя; время [17].

Рис. 9 - Модель эволюции плотности записи цифровой информации

Наиболее трудным для математического

выражения

является переход от величины намагниченности к распределению намагниченности на записывающей поверхности поля головки Щ)-*

1(х,у) поскольку зависимость между величиной намагниченности и записывающим полем головки не является линейной. Эта зависимость усложняется тем, что записывающее поле Н неоднородно и его конфигурация в сильной степени зависит от конструкции головки. Автор проводит анализ магнитных полей с учетом нелинейной намагниченности покрытия, его неоднородности, обобщая выводы для контактной записи на магнитную ленту и бесконтактной записи на жесткий магнитный диск. Для расчета поля над рабочим зазором используем методы конформных преобразований, которые позволяют (при определенных ограничениях) выразить неизвестное сложное поле в некоторой плоскости р, через известное простое поле плоскости р с помощью функции р = Цр) и тем самым существенно упростать расчет.

Для этого плоскость исследуемого поля р, сначала отобразим на вспомогательную плоскость д так, чтобы сложная конфигурация силовых и эквипотенциальных пиний преобразовалась в сетку более простых линий. Это преобразование выполняет функция р=Ц$) Затем на ту же вспомогательную плоскость с отобразим поле плоскости р с помощью функции р ~ Ыф.

Исключением д из промежуточных функций отображения найдём искомый вид зависимости р- >{р). 8 качестве записывающей головки для упрощения используем модель зазора, равного 25, в виде двух прямых углов. Тогда конфигурации поля над рабочим зазором может быть выражена следующим образом:

где ц = £ + л - плоскость исследуемого поля; $ = е-Ш<Ро _ вспомогательная плоскость; р = и + ¡V - плоскость поля между двумя параллельными бесконечными листами; 25 - величина зазора записывающей головки; р=х+¡V - плоскость искомого поля; 2<ра - разность магиитных потенциалов между полюсами головки.

(14).

Задаваясь конкретными значениями р, при определенной

разности магнитных потенциалов 2<р0 . можно построить картину поля

головки. Построение поля облегчается благодаря возможности

использования точек вспомогательной плоскости д вместо плоскости р.

Напряженность магнитного поля в исследуемой области находится как

модуль производной от функции q=f(p), так как — = — то, произведя

Я, йр

необходимые вычисления, получим:

(15)

В зависимости от удаления плоскости от поверхности головки (/]=сопэ1) кривые модуля напряженности поля могут быть двугорбые или одногорбые. Напряженность магнитного поля, выраженная формулой (3), из-за сложности не может быть выражена через координаты плоскости д исследуемого поля. Поэтому не представляется возможным проследить за характером изменений напряженности поля в зависимости от изменений % и /}.

Напряженность поля в произвольной точке над зазором такой модели головки равна:

=>» 1 (16)

JJ ._______

' * ^хУ+г^-б2-/;

и изображена на рис. 10.

Нг,

/\ 2¡l-I0¡ó

I /ш

j// «т

Рис. 10 - Кривые модуля напряжённости поля для различных значений у При этом получим:

2¿ __

q = —(фу1 ~l-arceos l/p)+S (17)

7t

Плоскость p отображается на верхнюю полуплоскость ф функцией:

в

2(^+1 iV)

Коэффициент к найдем дифференцированием выражения (5), предварительно заменив в нем у на р согласно соотношению (6). Тогда получим: .

ыфцл ^ЩЕ^ (19)

Учитывая эти соотношения, будем считать протяженность отпечатка равной:

(20)

Для носителей с /л>1, при толстом покрытии протяженность отпечатка будет равна:

12,1

Если материал покрытия обладает магнитной проницаемостью /у, то попе с напряженностью Н создает в нем магнитную индукцию, равную В = рН. Через покрытие ленты пройдет только часть поля, ограниченная формой петли гистерезиса. Весь отпечаток для материала с р>1 сокращается по высоте в у раз, по сравнению с отпечатком в самом покрытии с у =1. При толщине магнитного покрытия, равном с/, произведение рс/ отразит ординату кривой с магнитной проницаемостью отличной от единицы.

Из соотношения (16), определим форму кривой, равной напряженности, при условии, что при х = 0, у = М Подставляя рс/ в (4) при х = 0, находим:

(л# 12<р„У - 1/(б2 + цг + ¿г)2 (22)

Используем выражение (16) совместно с (22) для определения протяженности отпечатка при контактной записи:

(23)

Откуда получим: 2а=2^[Л/2+252 (24)

Минимальная величина тока записи, доводящая материал до насыщения, определится из равенства (16). Выраженный через магнитные потенциалы ток записи будет равен:

Равенство (22) справедливо и для случая бесконтактной записи, только в нем вместо должен быть поставлен член где Л — высота промежутка между покрытием диска и головкой.

Протяженность отпечатка при бесконтактной записи будет следующая:

2а=2^+А)2 + 25'-А1 (25)

Ток равен: 2<роиш (26)

Во всех полученных выражениях при д>1 магнитная проницаемость покрытия непосредственно влияет на протяженность отпечатка, причем, чем меньше р, тем меньше 2а. Лента с размагниченная для записи предпочтительнее, так как рраз < Унэи-

У.

¡1

о

Рис. 11 - Высота намагничивания отпечатка для контактного способа

записи

Сравним формы кривые равной напряженности поля записанных

отпечатков для контактного и бесконтактного способов записи. Для

упрощения расчёта намагничивание покрытий будем считать как магнитную

поляризацию. Тогда в местах входа и выхода магнитных силовых линий

образуются фиктивные связанные магнитные заряды (массы).

Составляющая намагничивания 1„ на поверхности магнитного покрытия \

будет равна поверхностной плотности магнитных масс:

/, = ¿т! сЬ1 =(1т1 Ьс1х? (27)

где т- магнитная масса, а г-площадь, на которой она распределена.

Из-за постоянства намагниченности по ширине носителя с/5=Дс/х. Тогда внешнее поле отпечатка будет создаваться этими зарядами.

Возможные варианты аппроксимации формы намагниченности отпечатка, полученного при контактной записи импульса на размагниченный носитель, изображены на рис.12.

fi 1 ^— • г ч .

\ i Я * ' 1 • 1 ^s^i [' f « 1 X

в)

Щ

е)

Рис 12 - Варианты аппроксимации при записи на размагниченный

носитель

При записи контактным способом с учетом аппроксимации величина магнитной индукции Вп непосредственно на поверхности носителя может быть выражена следующими функциями:

4лГ.

Н.-Н.

(28) (29)

" -J?

= -//_) Ь<ка

0 <х<Ь

—4nf —Ь< j<0

• -И.I -а<к-Ь

О - ао < х < -а

Бесконтактный способ записи характерен наличием промежутка Л между поверхностью носителя и магнитной головкой. Допустим, магнитная проницаемость в промежутке равна единице. Рассчитаем картину распределения индукции головки для этого случая. Наличие промежутка существенно меняет картину, так как форма поля становится более сложным.

В промежутке Л поле может быть найдено с помощью метода зеркальных изображений. Используя этот метод можно считать, что поле в зазоре симметрично вокруг эквипотенциальной поверхности. При этом предположим, что поле, созданное отпечатком также однородно по ширине носителя. Воспользуемся для расчёта моделью, изображенной на рис. 13.

Рис. 13 - Расчётная модель попя отпечатка Для этого предварительно рассмотрим полоску намагниченного носителя шириной с// бесконечной длины. Допустим, из таких полосок будет составлен отпечаток. Тогда величина заряда длинны полоски будет равна ВШ:

Рис. 14 - Модель для определения потенциала поля от заряженной оси Электрический потенциал в произвольной точке пространства при такой модели равен:

<р = (г/ 2ке)* 1п(г0 / г) (30)

где г—линейная плотность заряда; г— расстояние до исследуемой точки; Го — расстояние до поверхности, где потенциал равен нулю.

Полю отпечатка будет соответствовать следующее выражение для магнитного потенциала в точке т от заряда Вп <31:

2яр

, А , А , А , А

1п—1п—+1п--1п —

. Ч Гг г, г,

(31)

Выразив координаты г», гг, ъ, и и через координаты х иу получим:

(32)

1)1Ж - 'У++уУ

Напряженность поля отпечатка в данном случае получается как градиент скалярного значения (р. В создании магнитного потенциала участвует лишь та часть потока отпечатка, которая замыкается через

магнитопровод головки. В воздушном зазоре между воспроизводящей головкой и носителем В = Н и р=1. В точках, расположенных на линии, имитирующей полюсные наконечники:

Дифференцируя уравнение по у и считая у = 0, получим: йВ = {ВИН /ъ)[\ !(х +1)1 + Аг -1 /(х - 1)г + Л2; (33) Заменив в выражении х на I и подставляя полученное соотношение в (33), найдём полное выражение для величины магнитной индукции Ву:

ь

Вг = (4л1,Л / + I)2 + Аа - 1/(х -I)1 ]<Н +

о

+(ц,Л/л)]/"(2{г../я)*1/^52-/3 +И1У-Нт]*[1/(х+1)2 + к1-]/(х-Г)1+1г1]Ш <34? ь

Применяя ко второму интегралу теорему о среднем в интервале (Ь - а), и учитывая условия намагниченности, получим:

(цЛ/п)[(2<р+ +4Ь2 Л2 -Нп] = 4л\г (35)

Тогда значение индукции будет равно:

с

Вг = АЫг ¡[1/(х+1/ -1/(х-1/ + (36)

о

Для тонкого слоя возможны два варианта намагничивания. Рабочее покрытие не полностью намагничено до насыщения или намагниченность покрытия доведена до насыщения по всей глубине.

Поле отпечатка от намагниченного носителя, для контактной записи может быть определено следующим выражением:

в. =

О , а < х < со

4гг/,, 0 < х < а (37)

- 4 ж/,, - а < х < О

О , - и < х < со

Распределение индукции в плоскости магнитной головки при бесконтактном способе записи на основании очевидных соображений будет определяться соотношением:

Полученные результаты позволяют рассчитать магнитный поток в воспроизводящей головке, который создается линиями внешней индукции

отпечатка Ву. Линии, замыкающиеся по одну сторону зазора, не наводят э.д.с. в обмотке и не участвуют в образовании сигнала.

Если носитель неподвижен, то магнитный поток Ф можно определить как:

где Ву — индукция у поверхности головки; А — ширина дорожки записи; г — координата, связанная с головкой; х — координата, связанная с сигналограммой.

В это выражение необходимо ввести некоторую функцию влияния Ц!(г), учитывающую неодинаковую реакцию головки на различно удаленные элементы отпечатка сигналограммы и принимая во внимание перемещение \Л носителя-относительно головки и имея в виду, что х = г получим:

аэ

-(О

Функция связана исключительно с головкой воспроизведения и формой её переходной характеристики. Для оценки процесса в динамике введём временные координаты. Перемещение границы с разной намагниченностью эквивалентно включению на вход тракта единичного скачка, при этом до пересечения границы величина магнитного потока будет равна 0(-Ь), а после (Ь-1).

/___

-----о г л

Рис.15- Переходная характеристика воспроизводящей магнитной

головки.

Конечная величина зазора приводит к перераспределению линий пучка между правым и левым сердечниками и к наклону кривой. Аналитическое выражение для такой кривой может быть принято в виде наклонной линии в зоне зазора. Наклон определяет коэффициент а, зависящий от конструкции головки. Спадающий участок можно заменить горизонтальной прямой, что допустимо, так как отпечаток, значительно

меньше расстояния, на котором носитель и головка проходят параллельно друг другу.

Аналитическое выражение переходной функции при такой аппроксимации имеет вид:

0,-ш <2 <-£

Ф) =

--$<1<в

(41)

и

0,6<г«о

Переходная характеристика выступает в виде скачка потока в магнитной головке. Определим продолжительность' существования потока в головке:

ФЫ) = А]В„(2 + VI) у (2) = Р(а - VI) ~Г(-5) <42)

Из выражения (42) видно, что поток в магнитной головке равен О при vt = а + 5 и становится максимальным при и? = О, при этом середина отпечатка находится на оси симметрии зазора. Таким образом, полное изменение потока в головке от одного нулевого значения до другого эквивалентно расстоянию на носителе, равному:

/ = 2(о + 5) (43)

где а - 5^\ + (2<р0 /¿жНя )2 для толстого покрытия

а = -уМ + <5 2 для тонкого покрытия. Отсюда видно, что наличие переходного участка в функции влияния (-5++<5) приводит к увеличению протяженности следа на величину зазора 25.

Проведенные исследования распространим на бесконтактный способ записи, который применяется в жёстких дисках. Ранее было получено выражение (18) для распределения магнитной индукции в плоскости полюсов головки, отстоящей от среды записи на расстоянии /}. При этом распределение индукции было равно:

вг = (4яГгА/л)|{1/[Гг + /;2 + А3]-1/[Сх-/;г + Л]}Л ^

о

В качестве переходной характеристики магнитной головки у (г) по-прежнему можно использовать соотношение (42).

Влияние воспроизводящего зазора может быть учтено так же, как и для случая контактной записи. Подставляя в (42) с заменой х на г -(-V/) получаем:

. /45ч

Ф„ - Д ¡В/2 + \п)\!(1)& = д|4Л/,\[И(г + * + 1)'-И<* + К->)' + ](+

— • о

Положим 4 А 1( -А. Переменные 1 и г независимы. Интегрируя сначала уравнение (45) по г получим:

•г (46)

«

Э.д.с. воспроизводящей головки находим дифференцированием по V?, так как V/ и 7 независимые переменные:

1а а

/о о

Таким образом, з.д.с. воспроизводящей головки будет равна: е(у*) = М[агсЩ (а+у^/к - агс^ (а - VI)/И ~ 2свгсщ VI/К] ^ где М = -еоуА

Максимумы этого выражения соответствуют величине:

М=±ф/3(1г2 + а2) (48)

Поэтому амплитуда положительной части выходного импульса будет равна:

_1си-с1^/к+р3(1+а1/к2)\-агс^/к-ф/3(1+а2/кг)\-] (49) """ {-Ъга^ЩНа2!^) \

Однако сравнительно слабая нелинейность зависимости I от а/к позволяет с достаточной достоверностью утверждать, что при допустимой плотности информации размер отпечатка равен:

I = 2(2,5к+а) (50)

Таким образом, можно сделать важный вывод о том, что протяженность отпечатка при бесконтактной записи возрастает на величину в 5 раз большую величины промежутка между головкой и носителем.

Исследования формы выходного сигнала воспроизводящей головки и размеров отпечатхов показывают, что плотность записи зависит от параметров тракта. Вместе с тем форма выходного сигнала при высокоплотной записи также зависит от наложения соседних отпечатков друг на друга. В диссертации проанализировано влияние наложения отпечатков при различных способах декодирования высокоплотного цифрового потока. Воспроизведение сигналов (до формирования) является линейным процессом, поэтому выходной сигнал при записи импульса можно представить как сумму сигналов от записи перепадов тока разного знака. При записи импульса на размагниченный носитель поток равен:

и «+и " vt а-Ы

Ф(у/) = Д | B.(z-vt)y/(z)dz-á J B.{z-vt)y/{z)dz = t£ J i//(z)dz- \v{z)dz

-ш+vt vt И

u(yt) = - ABfyrfvi) - i//(-a + vt) - у/(а + vf)] (51}

Функция является нечётной и сигнал от записи перепада на размагниченный носитель можно принять в качестве исходного для сравнения методов записи.

Под предельно возможной плотностью записи обычно понимается такая максимальная плотность записи, при которой информация определяется с минимальными ошибками.

В диссертации теоретически проанализированы следующие методы записи: потенциальный с реакцией на 1, фазовый и частотный. Результаты теоретического анализа допустимой плотности для различных методов записи приведены в табл. 1. Таблица 1

Тмин Импульсный Потенциальный Фазовый и частотный

2,1 (1/(5) 1,3(1/3) 0,7 (1/fJ)

в % к импульсному методу 100 62 33

Полученные результаты также применимы к бесконтактным способам записи. Повышение платности записи приводит к тому, что в результате наложения соседних сигналов информационная последовательность представляется отрезками синусоидальных колебаний разной частоты, что при

их суммировании приводит к появлению ошибок. Сокращение рабочих зазоров магнитных головок, использование частотного метода записи -веб это даёт увеличение продельной плотности цифровой записи всего в 3 раза, так как она ограничивается физическим пределом намагничивания носителей.

Появление аналоговой и цифровой видеозаписи было связано с реализацией принципа двухмерной поверхностной записи информации на магнитную ленту. Идея записи аналоговых сигналов поперёк ленты вращающимися головками позволила 50 лет назад записать сигнал с плотностью 0,032 кбит/дюйм2 . Прогресс в создании лентопротяжных механизмов, блоков вращающихся головок, кассет, головок и магнитных лент привел к уменьшению ширины ленты в 8 раз, скорости головка/лента в 17 раз. Это привело к повышению плотности записи до 0,201 кбит/дюйм2, т.е. всего в 3 раза.

Цифровая видеозапись, на первых порах также пошла, по пути повышения поверхностной плотности записи. Во всех видеомагнитофонах с вращающимися головками цифровые сигналы записываются головками на наклонные строчки последовательно, хотя запись производится по всей поверхности ленты. Теоретические исследования и расчёты, справедливые для продольной записи, можно распространить на поверхностную запись при условии, что наложения строчек нет. При цифровой записи допускается наложение отпечатков при изменении намагниченности в виде скачкообразного перехода. На амплитуде выходного сигнала может сказаться неточность в определении намагниченности вблизи нуля. Рассмотрим два варианта аппроксимации, изображенные на рис 16.

Рис 16 - Варианты аппроксимации отпечатков, предлагаемые для

оценки наложения Поток Фа будет равен:

Ф.(и) = Л [ Я- 2<?* ■ 1 -я. Х(+1)<Ь, бйийа о * ^(г + У^-г1 ]

Интегрируя, получим:

= А/—(Лгск--АгсН— )-Н(а-м()], для Ъ<.У1<.а (53)

' я 5 8

Э.д.с головки равна:

е(у1) = ц^Асо у/ 2 ° ^ | ^ - Н т] для варианта Ь ^^

При записи допустимо некоторое перекрытие отпечатков- на носителе. Зто приводит к эквивалентной протяженности1 следа 1 = а + д. Учитывая, что функция влияния, т. е. реальный зазор, воспроизводящей головки увеличивает протяженность отпечатка на 25, окончательная протяженность отпечатка выразится как 1 = а +35.

Тогда плотность записи будет равна: для толстого покрытия р = 1/а+Зд (55)

для тонкого рабочего покрытия р = (56)

На плотность поверхностной записи цифровых телевизионных сигналов влияет ряд факторов, которые необходимо рассмотреть. К ним относятся предельная скорость записи - воспроизведения, канальное кодирование, обеспечение необходимой достоверности. Рассмотрим зги факторы. Для аппаратуры видеозаписи скорость полезного цифрового потока Е (Мбит/с) равна:

1 = (КпхУлЛсх*Л)Л/ (57)

где: Кп - коэффициент, показывающий количество двоичных единиц

информации записывается на длине волны А; обычно К„ изменяется в

пределах от 1 до 2;

кЕ - коэффициент показывающий, на сколько увеличивается поток

записываемого сигнала после дополнения его данными служебной,

синхронизирующей и повышающей достоверность информацией; обычно кц

изменяется от 1 до 1,5;

Ул - относительная скорость головка/лента м/с;

/V- число параллельных каналов записи в видеомагнитофоне.

Экстенсивный путь повышения информационного быстродействия видеомагнитофона обычно осуществляется путем увеличения числа одновременно записываемых каналов, т.е. путём увеличения N.

Относительная скорость У0 может быть найдена как сумма скоростей ленты и головки При Уг» Уп:

\/0~ Уг+ Ул СОЭв (58)

где совд- косинус угла наклона магнитной строчки на сигналограмме. Для повышения достоверности применяется канальный код, который должен иметь высокую эффективность, малую чувствительность к межсимвольным искажениям', помехам и ошибкам битовой синхронизации. В табл. 2 приведено значение Кп для наиболее часто применяемых в цифровой видеозаписи канальных кодов.

Таблица 2

Наименование кода 8/14 9/10 БВНМ Код Габора ОФМ

Значение К„ 1.7 1.6 1,32 1

Обеспечение достоверности приводит к необходимости добавления в поток определенным образом построенной и распределенной дополнительной информации, позволяющей при воспроизведении восстановить адреса цифровой синхронизации. Однако использование избыточного кодирования для правильной передачи разрядов слова, возможно только после надежного выделения сигналов тактовой и цикловой синхронизации в воспроизводимом пакете. Поэтому наибольшее распространение получили методы, изложенные в международном стандарте ^Ю в отечественной интерпретации. Все эти задачи требуют увеличения чисда записываемых дополнительных бит, т.е. снижения плотности полезной цифровой информации. С целью сравнительного анализа основные характеристики всех цифровых видеомагнитофонов, применяемых в телевещании с 1970 г., приведены в табл. 3. В той же таблице приведены расчётные значения величины объёмной плотности записи, для этих форматов.

Таблица 3

год Формат записи Ширина ленты мм Скорость ленты мм/с Число головок Есум. Диаметр БВГ, мм Стандарт вписи/ сжатие Кок. Стандарт Цифровой поток Мбит/с Полоса мастот МГц

1970 01 19,01 286.9 4 96.4 4:2:2 Ксж=1 13.5 6,75:8 227 5

1972 D2 19,01 131,7 4 96.4; 4.2:2 Ксж=1 4fsc; в 157 5

1974 D3 12. 65 83.9 4 96.4 4:2:2 Ксж=1 4fsc; 8 157 5

1975 D5 12.65 167.2 8 76 Ксж=1 13.5 6,75; 10 270 5.8

1985 Digital Betacam 12.65 96.7 4(16) 81.4 4:2:2 Ксж=2 13,5 6^75;10 125,58 -.5.8

2001 DVC PRO-25 6,35 33.8 4(6) 21,7 4:1:1 Ксж=5 13,5 3,75;8 41,5 5.8

2001 DVC PR0-50 6.3 5 67.7 8(10) 21.7 4:2:2 Ксж=2,5 13,5 6,75; 10 83.7 5,8

2001 DVCAM 6.35 28,2 4(6) 21,7 4:2:0 Ксж.=5 13,5 6,75; 10 42 5.5

2006 MPEG Im* 12.65 53,8 4(14) 81,4 4:2:2 Ксж =4,4 13,5 6,75; 10 50 5.8

Расчёты показывают, что за 30 лет объёмная плотность записи цифровой информации подошла к определённому пределу, обусловленному продольным способом намагничивания доменов. В последние годы для увеличения плотности записи применяют одновременную запись сигналов на параллельных строчках или запись сжатых цифровых потоков. Однако одновременная параллельная запись магнитных строчек (например, в формате НОСАМ БИ) позволяет записать большой поток, но при этом объёмная плотность записи не увеличивается.

Анализ эволюции плотности записи для различных форматов цифровой видеозаписи, показывает, что при достижении физического предела дальнейшее его повышение невозможно. Поэтому переход телевещания от аналоговой на цифровую видеозапись стал возможен только после изобретения способов сжатия. цифровой информации, которые применяются перед записью на магнитный носитель. Отметим также, что сжатие сигналов перед записью позволяет увеличивать величину входного цифрового потока, но при этом снижается качество воспроизводимых сигналов. В результате сжатый записанный контент становиться непригодным для архивирования.

При попытках дальнейшего повышения плотности записи обнаружился физический предел. Для его превышения необходимо применять новые физические способы нанесения цифровых отпечатков. Н таким способам можно отнести:

-перпендикулярную запись доменов (PMR) - технологию записи цифровой информации на жестком диске и магнитной ленте, использующую эффект супермагнетизма;

- открьп-ие нобелевских лауреатов 2007 года Альберта Фера и Петера Грюнберга, которые обнаружили гигантское магнитное сопротивление (Giant magnetoresistance, GMR) — квантово-механический эффект, наблюдаемый в тонких плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв (парамагнетиках).

Первый способ основан на эффекте супермагнентизма. Суперпарамагнетизм - это явление, при котором магнитные материалы ведут себя подобно парамагнитным, даже при температурах ниже точки Кюри для магнитных материалов или температуры Neel для антиферромагнитных материалов. Когда энергия, необходимая для изменения магнитного момента частицы, сопоставима с окружающей тепловой энергией, это явление незначительного масштаба. При этом норма, при которой беспорядочные частицы начнут управляться, становится существенной. Обычно, силы сцепления в ферромагнитных материалах заставляют магнитные моменты соседних атомов выравниваться, что приводит к очень большим внутренним магнитным полям, которые отличают ферромагнитные материалы от парамагнитных. При температурах выше температуры точки Кюри (или Neel), тепловая энергия частиц будет достаточна, чтобы преодолеть силы сцепления, заставляя их атомные магнитные моменты колебаться беспорядочно. В этом случае материал показывает парамагнитное поведение. Если материал негомогенен, можно наблюдать смесь ферромагнитных и парамагнитных групп атомов при той же самой температуре, называемой суперпарамагнитной стадией.

Идея суперпарамагнетизма состоит в создании «Суперпарамагнитного кластерного алгоритма» - (Super Paramagnetic Clastering algoritm) т.е. объединения групп атомов в кластеры (SPC), которые могут расширяться до глобальной суперпарамагнитной структуры SPC, определяющей состояние материала. Суперпарамагнетизм возникает, когда используется материал, составленный из очень маленьких кристаллитов (1+10 нм).

Если температура ниже точки Кюри или температуры Ыее1 тепловая энергия недостаточна, чтобы преодолеть силы сцепления между соседними атомами и превратить её в беспорядочную структуру, но всё же тепловой энергии хватает, чтобы изменить ось намагничивания всего кристаллита, появляется возможность управления положением этой оси. Получающиеся при этом колебания намагничивания происходят возле нулевого уровня и позволяют считать магнитное поле в среднем равным нулю. При этом материал, на котором записывается цифровой сигнал, ведет себя в манере, подобной парамагнетизму и магнитный момент всего кристаллита имеет тенденцию подстраиваться к внешнему магнитному полю.

Уменьшение размеров кристаллита, приводит к снижению так называемой «прозрачной энергии анизотропии», что в свою очередь ведёт к уменьшению температуры, при которой материал становится суперпарамагнитным. Таким образом, появляется возможность из этого материала формировать управляемые домены, т.е. среду для цифровой записи.

Эффект суперпарамагнетизма фактически установил предел плотности записи цифровой информации для накопителей на жестких дисках. Он определился в жестких дисках из-за минимального размера частиц материала, который используется для их покрытия. Этот предел известен как суперпарамагнитный предел. Текущая технология жесткого диска с продольной записью информации имеет предполагаемый предел 100 + 200 Гбит/дюйм2.

Перпендикулярная запись может до 10 раз повысить плотность записи по сравнению с продольной записью т.е. приблизительно до 1 Тбит/дюйм2 на тех же самых носителях записи, но с доменами расположенными перпендикулярно поверхности диска.

Одна из важных проблем, возникающих при использовании магнитных носителей информационных данных для накопителей цифровой информации, состоит в сохранении намагничивания среды, несмотря на тепловое разрушение, которое происходит при достижении суперпарамагнитного предела. Энергия, способная полностью изменить

намагничивание магнитной среды, пропорциональна размеру

магнитной области и магнитной коэрцитивной силы материала.

На рис. 17 изображены структурные схемы, иллюстрирующие форму полей магнитных головок и прохождение магнитных силовых линий через слои носителей и намагничивание доменов при продольном и перпендикулярном способах записи.

Перпендикулярная (вертикальная) запись

Рис 17 - Схема намагничивания доменов при продольном и перпендикулярном способах записи цифровой информации Запись и воспроизведение цифровых сигналов при продольном способе намагничивании осуществляется магнитной головкой, которая имеет классическую форму в виде магнитного сердечника с рабочим зазором. Сигнал в правом сердечнике головки создает матитное поле, которое намагничивает продольно расположенный домен и замыкается на левый сердечник. При перпендикулярном способе записи записывающая головка имеет незамкнутый сердечник с острым наконечником, на котором размещена обмотка. В обмотку подаётся записываемый сигнал, магнитное поле, выходящее из правого наконечника, намагничивает домены вертикально через немагнитный нижний слой и замыкается на широкий сердечник воспроизводящей головки. Поэтому размещение битов при этом способе требует меньше поверхности носителя, чем это требовалось бы, при размещении доменов в длину. Истинная картина несколько более сложная. При этом способе появляется возможность использования более высококоэрцитивного материала в качестве носителя. Это возможно вследствие того, что при перпендикулярном размещении доменов магнитный поток управляется через магнитомягкий (и относительно

толстый) нижний слой, размещенный под

значительно

более

коэрцитивным покрытием. Этот магнитомягкий слой, является частью записывающей головки, делая её более эффективной и позволяя использовать более сильный градиент поля по существу с теми же самыми материалами для головок, которые используются при продольной записи. Среда с более высокой коэрцитивностью более теплоустойчива, поскольку её стабильность пропорциональна объёму магнитного зерна, одноосной анизотропии, постоянной О и размерам магнитного домена, которому соответствуют биты цифровой информации.

Этот магнитомягкий подслой участвует в формировании магнитного поля записывающей части магнитной головки, делая пишущую часть более эффективной и создавая более сильное записывающее поле. Объемная одноосная анизотропия и постоянный О, в свою очередь выше для материала с более высокой магнитной коэрцитивностью, что позволяет в целом увеличить объёмную плотность записи.

Повышения плотности магнитной записи можно добиться, применив в качестве носителя парамагнетик. Это способ высокоплотной ■ цифровой записи, основанный на квантово-механическом эффекте, наблюдаемом в тонких плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв, находит применение в плёночных и дисковых носителях. Если представить себе трёхслойный плёночный носитель, состоящий из двух магнитных слоёв (Ре) и немагнитного слоя (Сг) между ними, то в отсутствии магнитного поля внешний электрический ток будет проходить через него свободно (рис. 18).

Рис. 18 - Структурная схема изменения сопротивления парамагнетика

При появлении магнитного поля электрический ток меняется из-за изменения физической структуры покрытия и появления сопротивления (рис.19).

Рис. 19 - Зависимость нарастания магнитного сопротивления от толщины немагнитного слоя (Сг) носителя Отпечатки в магнитном покрытии диска или магнитной ленты, вызванные импульсами тока, будут такими же, как длительность импульсов тока. Они не будут зависеть от формы и размеров сердечников головок или размеров их рабочих зазоров. Таким образом, появляется возможность увеличить плотность цифровой записи на носителях.

Рост плотности цифровой записи на жестких дисках (Табл. 8) обусловлен применением нового физического способа формирования отпечатков на парамагнитных покрытиях.

Обычно во всех форматах цифровой записи скорость перемещения головок в сотни раз превосходила скорость перемещения ленты. В 1997 году консорциум, состоящий из компаний IBM, Hewlett Packard и Seagate, создал новый формат записи, предназначенный для хранения цифровой информации LTO. В нём был заложен принципиально новый способ записи строчек вдоль ленты большим числом неподвижных головок.

В 90-е годы была разработана технология Magstar с использованием магнитно-резистивных головок для записи/чтения цифровой информации, конструкция которых позволила их максимально сблизить, что привело к созданию в 2000 году устройств записи/чтения по формату LTO Ultrium.[77]. Сотни головок были объединены в единый моноблок, в котором каждая головка имела миниатюрный сердечник из

магниторезистивного материала. Для уменьшения износа ленты и головок запись информации осуществляется контактным способом, а воспроизведение бесконтактным.

В настоящее время фирма производит четвертое поколение устройств на основе этого формата LTO-4. Устройство имеет встроенную систему сжатия, которая позволяет увеличить емкость до 200 ГБ, а скорость записи/чтения - до 30 Мбит/сек. Срок хранения данных декларируется до 30 лет. Среди ленточных устройств на основе форматов LTO есть роботизированные библиотеки, рассчитанные на хранение больших объемов информации в автоматизированных цифровых архивах. В технологии LTO используется лента шириной 12,3 мм типа MP с оптимизированным расположением дорожек намотанная на одну бобину, что позволяет достичь емкости 400 ГБ. Технология LTO, использующая двумерную квантовую магниторезистивную технологию перпендикулярной записи наряду со снижением общей стоимости хранения обеспечивает полную автоматизацию при создании долгосрочных архивов информации, резервное копирование данных и обмен контентом между архивами,

В табл. 4 приведен рост по годам основных технических параметров библиотек LTO, наиболее распространенных в настоящее время.

Таблица 4

Год выпуска 2000 2003 2005 2007 2010 2015

Тип НО II Плит LTO-1 LTO-2 LTO-3 LTO-4 LTO-5 LTO-6

Ширина ленты, мм 12,24 12,24 12,24 12,24 12,24 12,24

Число головок 384 512 512 512 512 512

Записываемый поток МБ/сек 20 40 80 120 160 270

ёмкость ГБ 100 200 400 BOO 1600 -

Объёмная плотность, ГБ/сек на дюйм3 17,57 35,1 70,2 140,4 271

Примечание проект проект

Вместе с тем, хранение в картридже НО одной катушки с лентой приводит к ненадёжной заправке свободного конца ленты в тракт. Это неизбежно ведёт к частым отказам при*смене картриджей. Поэтому использование библиотек НО для оперативных архивов рекомендовать нельзя.

Для оперативных архивов лучше применять жёсткие диски. Они определяют одну из основных характеристик персональных компьютеров - максимальный объем цифровой памяти. По данным, приведенным Чекановым [172], если максимальную ёмкость диска 130 МБ для 1991 года сравнить с современными жёсткими дисками на 750 ГБ, то можно считать, что за последние 15 лет ёмкость увеличилась в 5 700 раз. Если ранее диски вращались со скоростью 300 об/мин и при остановке головки размещались автоматически в «зоне парковки», то современные диски вращаются со скоростью 15 000 об/с непрерывно. Цифровая информация в них записывается по новой технологии, построенной на вертикальной ориентации доменов (PMR). Винчестеры используют одну или несколько магнитных пластин с концентрическими строчками, которые записываются от наружного диаметра к внутреннему диаметру. Перемещающийся механический привод используется для позиционирования головок на пластине. Для хранения данных используется как верхняя, так и нижняя сторона пластин. Биты данных при записи собираются в секторы, которые, в свою очередь, составляют кластеры. В зависимости от файловой системы размер кластера может меняться. Чем больше кластер, тем выше последовательная пропускная способность диска, но падает доступная ёмкость, если средний размер файла намного меньше размера кластера.

Единственным исключением можно считать

высокопроизводительные RAID массивы, где используется до 15 дисков. Надёжность серверов обеспечивают дублированием, которое заметно снижает их производительность. Для повышения производительности устанавливается кэш память на 8 МБ или 16 МБ. Кэширование данных также используется на случай повторного запроса данных.

Многие винчестеры имеют программы изменения порядка команд, чтобы обрабатывать их с минимальным физическим перемещением головок. Эта функция (Native Command Queuing, NCQ), тоже требует определённого объёма памяти.

По данным, приведенный В. Парамоновым [171], компании Seagate Technology удалось достигнуть максимальной плотности записи цифровой информации на жёсткие диски до 674 Мбит/мм2. В табл. 5 приведен рост

плотности записи цифровой информации на диске и пластинах по годам и указаны способы намагничивания доменов. Таблица 5

Год выпуска 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Плотность записи Мбит/ дюйм2 2x10"3 0.1 8,0 80 8x102 8x103

ёмкость пластины Г Байт - - - 0,26 3,2 40,0

Физический способ записи газ ГМЗ ГМЗ GRM GRM AFC

Примечание: ГМЗ - гастерезисная магнитная запись; GRM- (Giant magnetic resistive) запись поперечными магнитными доменами AFC - (Antiferromagnetically colipled) запись немагнитными сегнетоэлектриками.

В табл. 6 приведено соотношение цен хранения телевизионных программ на современных наиболее широко используемых телекомпаниями носителях. Таблица 6

Тип носителя Носитель, мин Стоимость за единицу, руб. Количество носителей на 1000 часов Стоимость носителей на 1000 часов, руб

Betacam SP 90,00 780,00 667,00 519480,00

Betacam Digital 124,00 2210,00 484,00 1069640,00

DVCam* 184,00 1170,00 326,00 381420,00

DVD RAM 18,00 59,60 3 332,00 199264,00

DVD Blue-ray 60,00 650,00 1 000,00 650 000,00

LTO Ultrium 2 200/400 420" 1300,00 142,00 184600,00

LTO Ultrium 3 840** 2340,00 70,00 163800,00

* - Формат хранения DV25. ** - С LRV и метаданными

В шестой главе диссертации исследуются проблемы высокоплотной записи цифровой информации на дисках и немагнитных носителях. К ним можно отнести цифровую запись на оптических дисках, запись на голографические диски и запись на твердотельную память. Разработанная в диссертации модель эволюции развития трёхмерной плотности записи цифровой информации позволяет провести сравнительный анализ этого показателя для различных носителей с учётом

применяемых технологий и с помощью этого показателя оценить перспективность применения для архивирования.

У дисков есть ряд важных преимуществ: небольшие габариты и вес, быстрый доступ к требуемой точке программы, простая заправка. Стоимость часа записи информации на диске значительно ниже, чем на ином носителе. В 2002 г. представители ряда лидирующих компаний: Sony, Matsushita (Panasonic) и др. объявили о создании и продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием Biu-гау Disc, выпущенного для записи телевизионного контента. В табл. 7 приведены технические параметры диска этого формата. Для его записи вместо красного лазера (Л=650нм), применен синий лазер (Л=405 нм). Меньшая длина волны и меньшая интерференция отраженного луча позволила вдвое уменьшить ширину строчки. Оптимальное сочетание энергетики лазера и структуры диска позволило снизить толщину покрытия до 0.1 мм.

Цифровые потоки сигналов ТВЧ сжимаются до 18 Мбит/сек, поэтому диски Blu-ray можно использовать для записи новостей, передаваемых в формате HDTV. Для записи звука, используются форматы - АСЗ, MPEG1, MPEG Layer2.

Таблица 7

Характеристики Значения параметров

Емкость носилеля, Гб 27 Гб / 50 Гб /100 Гб

Длина волны лазера, нм 405 (blue-violet laser)

Шаг линзы, NA (numerical aperture) 0.85

Скорость пересылки данных, Мбит/сек 36

Скорость записи данных, Мбит/сек 18

Диаметр диска, мм 120

Толщина диска, мм 1.2

Толщина оптически активного слоя, мм 0.1

Толщина трека, мкм 0.32

Минимальная длина точки, мкм 0.160/0.149/0.138

Плотность записи, Гбит/см* 16.8/18.0/19.5

Формат записи видео MPEG-2 video

Формат записи аудио AC3, MPEG1, Layer2

Размер картриджа, мм 129 x 131 x 7

Если вещество, из которого изготовлен диск, освещать активирующим полупроводниковым лазером, то оно наминает излучать, сдвигая спектр падающего излучения в сторону красного цвета. Сдвиг зависит от толщины слоя, которая выбирается так, чтобы спектр отраженного света смещался относительно длины волны излучающего лазера на 30 или 50 нм. Излученный от флуоресцентного слоя свет не когерентен с облучающим и хорошо контрастирует с отраженным монохромным светом лазера. Приемником отраженных лучей можно достоверно считывать информацию от разных слоёв диска. На этом принципе созданы диски, в которых используются два слоя, причем один из слоев делается прозрачным при излучении с определенной длиной волны, что даёт возможность повысить надежность считывания. Реакция «ликвидация флуоресцентных свойств» при стирании записи происходит под действием лазера с другой длиной волны. Используя синий лазер, можно увеличить плотность записи, если записывать на диск несколько слоёв.

Подобная технология была использована при создании многослойных FM дисков. Одно из главных достоинств технологии многослойных дисков FMD-ROM состоит в возможности параллельного чтения слоёв (биты записываются по слоям), что сопровождается значительным увеличением скорости записи/воспроизведения данных. При десяти слоях диск 120 мм FMD ROM будет способен вмещать до 140ГБ. При этом становится вполне реальной возможность создания носителей информации емкостью ТБ. Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то диск FMD ROM имеет преимущество, поскольку FMD ROM дешевле диска Blu-ray.

Появление лазерной записи с большей плотностью записи информации на носителе вывело объёмную топографическую запись на первый план. Прорыв в этой области произошел в 2001 году, когда канадец Павел Чебен (Pavel Cheben) совместно с испанкой Марией Кальво (María Calvo) создали новый материал для топографической памяти. Ученые внедрили фотоинициатор реакции полимеризации и акриловые мономеры в пористое кварцевое стекло. Дифракционная эффективность нового материала близка к 100%, он может достигать нескольких миллиметров в толщину, а срок хранения увеличился до 50 лет!

В настоящий момент можно выделить двух лидеров в области топографической записи: HDV Alliance и lnphase. Стандарт HVD базируется

на разработках японской фирмы Optware [88,89]. Эта фирма в оптической системе применила дихроическое зеркало и два лазера с различными длинами волн, что, позволило разделить плоскости отражения опорного и кодируемого лучей. В перспективе голографические диски будут иметь емкость до 1 ТБ и выше, а скорость передачи информации достигнет 1 Гбит/сек. С 2006 года началось массовое производство рекордеров для записи голографических дисков.

На первом этапе емкость носителей составила 100 ГБ. Были проведены практические испытания новой голографической системы хранения данных Tapestry. В 2006 году фирма Tapestry выпустила прототип рекодера, использующего для записи красный лазер (А=680 nm), аналогичный тем, что используются в CD и DVD-рекордерах. Это позволило в короткие сроки предложить потребителям дешевые носители высокой емкости.

Фирма провела испытания голографической записи, воспроизведение и выдачу в эфир телевизионной программы на телевизионном канале Turner Network Television. Высокая стойкость носителя позволяет использовать технологию Tapestry для архивирования. Теоретическая емкость диска составляет 1,6 ТБ, скорость считывания - 960 Мбит/сек. Реальная ёмкость дисков первоначально не будет превосходить 300 ГБ, а скорость считывания 160 -Мб/сек. Это сравнимо с не сжатыми информационными потоками телевидения высокой чёткости и на диске записать кинофильм для архивирования.

В 2007 году компания Maxell продемонстрировала рабочие образцы диска записанного по технологии голографической записи и способного поместить объём информации - 1,6 ТБ. Кроме того, по времени доступа подобные диски способны обогнать все существующие на сегодняшний день технологии записи на дисковые носители (включая жёсткие диски).

Сроки появления голографических дисков и приводов в широкой продаже относятся к 2009 году. Анализ параметров голографических дисков, разрабатываемых ведущими фирмами мира, показывает, что способ голографической записи цифровой информации имеет неоспоримые преимущества.

Это связано с тем, что запись голограмм происходит не только по поверхности носителя, но и в глубину носителя информации, что даёт

преимущества голографической записи перед другими видами записи цифровой информации.

Принципиально новый носитель - твердотельные карты памяти Р2 разработала фирма Panasonic для записи цифровой телевизионной информации. Первоначально объём памяти составлял 2 ГБ, Через год объём памяти был увеличен до 4 ГБ, затем появились карты памяти объёмом 8 ГБ, 16 ГБ и 32 ГБ. Карта памяти состоит из нескольких плоских пластин (блоков памяти) и устройства для управления размещением цифровой информации в ячейки памяти. Технопогия ввода файлов в карты памяти Р2 была адаптирована под формат MXF, что обеспечивает взаимодействие с другими устройствами и системами. Каждый файл состоит из трех частей: заголовок, тело файла и окончание. В заголовке хранится информация о разделах, метаданные и таблица индексов. В теле файла содержатся медиаданные (аудио и компрессированное видео). Заложенная в Р2 технология благодаря совместимости с форматом MXF обеспечивает полноценную работу с различными типами метаданных на этапах съемки, монтажа и оперативного хранения материалов.

Компания OCZ Technology представила новое семейство твердотельных накопителей Core Series на основе флэш-памяти (SSD). Устройства выполнены в форм-факторе 2,5 дюйма и снабжены интерфейсом Serial ATA II. Скорость чтения информации достигает 120-143 Мбит/сек.

Компания BiTMICRO Networks представила новое поколение твердотельных дисков (SSD) на основе флэш-памяти повышенной емкости -накопитель E-Disk Altima Ultra320 SCSI. Новые твердотельные диски E-Disk Altima Ultra320 SCSI характеризуются увеличенным до 1,6 ТБ объемом в форм-факторе 3,5 дюйма. Накопители SSD имеют скорость чтения данных до 230 Мбит/с, Диски выполнены на основе флэш-памяти NAND по технологии одноуровневых ячеек (SLC). Среднее время наработки на отказ составляет около двух миллионов часов. Основные параметры цифровых накопителей на твердотельной памяти приведены в таблице 9.

Седьмая глава диссертации посвящена анализу проблем архивирования, состоянию архивов фондов и вопросам выбора носителей для построения безленточных архивов. Автор отмечает, что аналоговый контент, записанный на старых видеомагнитофонах, снятых с производства, невозможно будет оцифровывать, из-за отсутствия магнитных головок к воспроизводящей аппаратуре. По-видимому необходимо выбрать наиболее ценные записи и срочно провести оцифровку, иначе они погибнут. Автором совместно с коллегами разработан проект безленточного автоматизированного архива, впоследствии внедренный в телекомпании НТВ. Для обеспечения обмена контентом в процессе подготовки программ были использованы скоростные сети, а рабочий архив был спроектирован на жёстких дисках. Для архивов длительного хранения было применено оборудование ЬТО-З Шп'ит [17].

Особого внимания требует вопрос о выборе носителей для длительного хранения оцифрованного контента как в телевизионных архивах, так и в кинематографических архивах. С целью определения перспективных носителей для этих архивов в диссертации анализируется рост объёмной пло-тости записи информации за период от 1950 года по 2010 и перспективы роста этого показателя до 2020 года. Результаты расчётов, приведенные в таблице 9, показывают, что в настоящее время для оперативных архивов преимущество имеют жесткие диски.

Вместе с тем, необходимость записи резервных копий и квалифицированное обслуживание дисковых рейд-массивов увеличивают стоимость каждой единицы хранения в 1,5-2 раза. В дальнейшем для этих целей будут использоваться носители на твёрдотельной памяти, если декларируемые сроки хранения этих носителей подтвердятся.

Для архивов длительного хранения ряд преимуществ имеют голографические библиотеки. Их будут создавать на топографических дисках, которые по объёмной плотности и скорости обмена информацией превосходят все виды носителей и получат широкое распространение в ближайшие годы (Табл. 8)

Появление в последние годы сравнительно дешёвой твердотельной памяти, в которой сочетается высокая объёмная плотность, большая скорость обмена информацией и отсутствие подвижных элементов даёт ей преимущества.

Таблица 8

Год выпуска 2006 2008 2010 2015

Ведущие фирмы 1пРИазе, ОрЬгаге ¡пРЬаэе, Ор^аге 1пР1та5е, ОрЬ/уаге ¡пРИазе, Ор^аге

Диаметр носителя, мм 130 130 130 130

Толщина слоя записи, мм 1,5 1,5 1,5 1,5

Записываемый поток, МБ/сек 20 80 120 125

Ёмкость, ГБ 300 800 1600 3200

Объёмная плотность, ГБ/сек на дюйм3 332 896 1792 3584

Примечание проект проект

Результаты анализа приведены для различных носителей информации в табличной форме (табл. 9) и в виде графиков (рис. 20), что позволяет сопоставить рост объёмной плотности записи по годам и сделать выводы о перспективах использования носителей для цифрового телевидения. Сводные данные расчёта эволюции трехмерной плотности записи для различных носителей и способов записи по разработанной методике за период с 1955 года

Рис.20 - Рост по годам плотности записи Рху2 на различных носителях

Таблица 9

Год Фирма, тип носителя Объём носителя Скорость обмена Суммарная ёмкость Объёмная плотность, Р«,г Примеч.

1955 ВНАИЗ проволока, 50мкм 0,2 дюйм3 5 кГц 736 кГц 101 кГц/дюймЗ звук

1960 МЗЗ-маг. лента 3,1 дюйм3 15 кГц 3*10'кГц 0,13кГц/дюйм3 звук

1960 Формат «Q» катушка 684 дюйм3 6 МГц 32* 105кГц 47,4 кГц /дюйм3 видео

1970 КассетаЮОхбОхЭлента 0,33 дюйм3 15 кГц 3*10е кГц 1,26кГц/ дюйм3 звук

1970 Формат D 1 107дюйм3 288 Мбит/с 1040 Гбит 9.7 Гбит/дюйм3 цифра

1975 Формат D 5 26 дюйм3 167 Мбит/с 601,2 Гбит 23 Гбит/дюйм3 цифра

1980 Формат D 7 3,6 дюйм3 33,8 Мбит/с 122 Гбит 6,7 Гбит/дюйм3 цифра

1980 Диск форм фактор 3" 23,6дюйм3 80 М бит/с 2,5 Гбит 0,01 Гбит/дюйм3 жёст. диск

1985 Формат «С» катушка 195дюйм3 6 МГц 32*10®кГц 166 кГц/дюйм3 видео

1985 Формат Digital Betac. 50 дюйм3 126 бит/с 5,1 Гбит 9,08 Гбит/дюйм3 цифра

1992 Формат LTO-1 14,2 дюйм3 30 Мбит/с 100 Гбит 17,6 Гбит/дюйм3 цифра

2005 Формат LTO-2 14,2 дюйм3 60 Мбит/с 200 rein- 35,1 Гбит/дюйм3 цифра

2000 Формат MPEGimx 30 дюйм3 50 Мбит/с ISO Гбит 6 Гбит/дюйм3 цифра

2000 Диск форм фактор 3" 23,57дюйм3 80 М бит/с 250 Гбит 10,7 Гбит/дюйм3 жёст. диск

2000 Panasonic Р-2 1 дюйм3 150 Мбит/с 32 Гбит 32 Гбит/дюйм3 Тв.пам

2000 SONY Biu-RayDisc 7,22 дюйм3 36 Мбит/с 27 Гбит 3,74 Гбит/дюйм3 Оп.диск

2005 Формат LTO-3 14,2 дюйм3 80 МБ/с 400 ГБ 70 ГБ/дюйм3 цифра

2005 Формат HDCAM SR 30 дюйм3 123 Мбит/с 3,4 Гбит 8,87 Гбит/дюйм3 цифра

2005 Panasonic Р-2 1 дюйм3 640 Мбит/с 128 Гбит. 128Гбит/дюйм3 Тв.пам

2005 SONY SxS PRO™ 0,57 дюйм3 800 Мбит/с 4,8 Гбит 8,4 Гбит/дюйм3 Тв.пам

2005 SONY Blu-RayDisc 7,22 дюйм3 36 Мбит/с 50 Гбит 6,.92 Гбит/дюйм3 Оп.диск

2005 Optware Tapestry 7.22 дюйм3 960 Мбит/с 2,4 Тбит 332 Гбит/ дюйм3 Гол. диск

2007 Формат LTO-4 14,2 дюйм3 120 МБ/с 800 ГБ 140 ГБ/дюйм3 цифра

2010 SONY Blu-RayDisc 7,22 дюйм3 36 Мбит/с 100 Гбит 13,8 Гбит/дюйм3 Оп. диск

2010 Диск форм фактор 3" 23,57дюйм3 230 Мбит/с 12,8 Тбит 107 Гбит/дюйм3 жбст.диск

2010 Panasonic Р-2 1 дюйм3 800 Мбит/с 256 Гбит 256 Гбит/дюйм3 Тв.пам

2010 SONY SxS PRO™ 0,57 дюйм3 800 Мбит/с 4,8 Гбит 8,4 Гбит/дюйм3 Тв.пам

2010 Nanoctlip PRAM 800 Мбит/с 100 Гбит 10ОО Гбит/ дюйм3 Тв. пам.

2010 MOSD 7,22 дюйм3 960 Мбит/с 8 Тбит 1108Гбит/дюйм3 Гол.диск

2010 Maxel 7,22 дюйм3 960 Мбит/с 12,8 Тбит 1220 Гбит/дюйм3 Гол.диск

2010 Tapestry 7,22 дюйм3 960 Мбит/С 1,6 ТБ 1792 Гбит/дюйм3 Гол.диск

2015 Core Series SATAII 1,25 дюйм3 145 Мбит/с 0,82 Тбит 819,2 Гбит/дюйм3 Тв .пам

2015 Tapestry 7,22 дюйм3 960 Мбит/с 3,2 ТБ 3584 Гбит/дюйм3 ГОЛ.ДИС к

2020 IBM Racetrack memory - - - - Тв.пам

2020 E-Disk Ultra 320 SCSI 1,96 дюйм3 230 Мбит/С 1,28 Тбит 6530 Гбит/дюйм1 Тв. пам

Каждая глава диссертации сопровождается выводами, где сформулированы результаты проведенных исследований по каждому разделу диссертации.

В приложениях приводятся:

- Результаты теоретического и экспериментального исследования цветных систем SECAM и SECAM ЗВ, проведенные при выборе системы цветного телевидения СССР;

- Запись цветных сигналов на бытовые и специальные видеомагнитофоны;

- Технические нормы для сертификации телецентров и радиовещательных компаний;

- Результаты сертификации телерадиокомпаний и динамика их перехода на цифровое оборудование;

- Акты внедрения результатов работ автора.

В заключении констатируется, что в диссертации решается научная проблема, состоящая в разработке методологии создания и оценки способов, оборудования и устройств записи и архивирования информации для цифрового телевидения. Анализ перехода к цифровому телевидению в наиболее развитых странах показывает, что передача в эфир многочисленных телевизионных программ вызывает необходимость создания цифровых архивов и глобальных сетей для обмена информацией и проведения автоматизированного мониторинга. К наиболее важным результатам диссертационной работы можно отнести следующее:

1. Внедрена в серийное производство система компенсации выпадений цветных сигналов системы SECAM ЗВ. Это позволило ввести единую синхронизацию телевизионных сигналов, поступавших в АСК-3 со всех спортивных объектов во время проведения 0лимпиады-80, и успешно провести трансляцию Олимпийских игр в стране и за рубежом.

2. Создана запись сигналов на специальном сверхтонком проволочном носителе. Для её реализации были разработаны и исследованы проволочные носители диаметром 30, 50 и 80 мкм, специальные магнитные головки, двигатели и ряд узлов для проволокопротяжных механизмов. Разработаны и внедрены в эксплуатацию миниатюрные магнитофоны «Зерно» и «Крошка» для нужд разведки и КГБ.

Разработаны имитаторы шумов подводных лодок, бортовые накопители информации для спутников. Для самолётов разработаны и внедрены проволочные накопители информации о работе пилотов в критических ситуациях - «чёрные ящики», которые используются в настоящее время. Всё это говорит о том, что автор создал новое научное направление в записи информации, которое широко применяется в особых условиях эксплуатации.

3. Разработан видеомагнитофон «Кадр 103», конструкция которого дала возможность включить его в состав военных репортажных стаций, проводить записи с торпедного катера и вертолётов, что явилось новым направлением развития видеозаписи в стране и её применение в специальных целях. В качестве Главного конструктора автор организовал разработку отечественного профессионального видеомагнитофона «Кадр 103СЦ», внедрил в серийное производство на НЗТМ (г. Новосибирск). К 2003 году было выпущено 600 видеомагнитофонов «Кадр 103 СЦ», нашедших применение в СССР.

4. Разработана и внедрена система сертификации телерадиовещательных компаний с помощью контрольных кассет или дисков, которая позволила организовать проверку технической базы телерадиовещательных компаний без перевозки измерительной аппаратуры. Была разработана НТД для аналоговой аппаратуры и для цифрового оборудования. В течение 12 лет была проведена сертификация более 1300 объектов (Приложение 4). С целью снижения стоимости была разработана методика испытаний объектов «без выезда испытателя» путём передачи испытательных и измеренных сигналов через Интернет. Сертификация ускорила переход телецентров и радиовещательных компаний на цифровые технологии и подготовку России к переходу на цифровое телевидение.

5. Существующие в России аналоговые архивные фонды должны быть оцифрованы с применением новейших цифровых технологий. При выборе носителей для оцифровки фондов следует использовать многомерный параметрический анализ носителей и способов записи по предложенным методикам.

6. Изучены и проанализированы с использованием предложенной модели новые современные способы записи цифровых сигналов на топографических дисках, парамагнетиках и наноматериалах, что позволило составить научный прогноз применения нанотехнологий и твёрдотельной памяти для целей архивирования.

7. На основании проведенных расчётов автор предлагает для оперативных архивов использовать жёсткие диски, а для архивов длительного хранения библиотеки с топографическими дисками. В более отдаленной перспективе будут создаваться архивы с носителем на твёрдотельной памяти на основе нанотехнологий [94].

8. Появление технологии создания твердотельной памяти, основанной на нанотехнологиях, позволит создать носитель без движущихся элементов с очень высокой трёхмерной плотностью. Разработанная автором модель и метод оценки цифровых носителей по многомерным параметрам является новым научным направлением в данной области техники и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Объемная плотность, 10000 Гбит/дюйм3

Ленточные носители

Дисковые носители 3584

Цифровые видео}) орнаты на МЛ

107

13,8

Твердотельная память 819

28

I

Жесткий 0п™- Гологр. Карт Твердой!,

диск дисх диск памяти Р2 памя™ память Blu-Ray Sony SxS SATA I

Рис.21 - Прогноз максимальной объемной плотности записи цифровой информации на различных носителях

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

Официальные нормативные документы, разработанные автором:

1. Программа курса «Аппаратура записи-воспроизведения» (теория, устройство, ремонт) индекс УМУ-Т-7.201 для ВУЗов по специальности 0701 «Радиотехника» и специализации 0701-01 «Ремонт и обслуживание аппаратуры» Москва, утверждена ВАК в 1986 год.

2. ГОСТ Р 52210-2004 Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения

3. ГОСТ Р Телевидение вещательное цифровое. Наземное телевизионное вещание. Сигналы и тракты. Основные параметры и методы испытаний. 2006 г.

4. ГОСТ Р-52722-2007 Каналы передачи цифровых телевизионных сигналов аппаратно-студийного комплекса и передвижной телевизионной станции цифрового вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений

5. ОСТ 58-18-96 МПТР Стандарт отрасли. Техническая база производства телерадиопродукции. Методы сертификации. Общие требования. Основные параметры и методы испытаний. 4.1. Телепродукция. 4.2. Радиопродукция.

6. ОСТ 58-23-2001 МПТР Стандарт отрасли. Оборудование цифровое для формирования телепрограмм. Основные параметры. Методы измерений

7. ОСТ 58-27-2001 МПТР Стандарт отрасли. Технические комплексы тиражирования видеопродукции. Общие требования. Основные параметры и методы испытаний

8. ПТЭ 2001 Часть 1 «Телевидение», 2002 г.

9. ОСТ 58.30-2003 Стандарт отрасли. Таблицы отражательные телевизионные для цифрового телевидения. Общие технические требования

10. СТО 47-26-2005 Видеомониторы и приёмники телевизионные Методы измерений светотехнических и колориметрических параметров

11. СТО 47-27-2006 Видеофонограмма Digital Betacam для системы цифровой кассетной наклонно-строчной видеозаписи на ленте шириной 12,65 мм. Основные параметры. Методы измерений

Книги

12. Корольков В.Г.Лишин J1.Г. Электрические схемы магнитофонов М Энергия 1967 г с

13. Лишин Л.Г. ЛазаревВ.И. Пархоменко В.И. Бытовые видеомагнитофоны М. Энергия 1971 с 60

14. Лишин Л.Г Магнитная запись цветных изображений М. Энергия 1979

с. 257

15. Лишин Л.Г. Гитлиц И.В. Видеомагнитофоны и их применение М. Связь 1980 г 168 с Будапешт Издательство технической литературы.

16. Лишин Л.Г. Анализ и проблемы записи, мониторинга и архивирования цифро-вой информации - Монография- Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК» 2008 - 448 с

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК

17. Лишин Л.Г. Богородский Ю.Л. Методы проверки магнитных головок видеомагнитофонов. //Техника кино и телевидения №7 1968 с 29-37 б. 12//

18. Лишин Л.Г. Катопуло В.И. Рузанов И.В. Запись цветных телевизионных программ на видеомагнитофоне «Кадр 1Ц» //Техника кино и телевидения 1970 №7 с 3-9 6.9//

19 .Лишин Л.Г Катопуло В.И. Перенос спектра сигналов цветности при магнитной видеозаписи //Техника кино и телевидения 1974 №6 с 51-56//

20. Лишин Л.Г Смирнов Б.В Сакс Е.К Компенсация выпадений при воспроизведении сигналов цветного телевидения системы СЕКАМ// Техника кино и телевидения №5 1975 с 55-6140//

21. Лишин Л.Г. Лазарев В.И. Пархоменко В.И. Видеомагнитофон Кадр 103//Техника кино и телевидения 1975 №1 с 45-50 б. 7//

22. Лишин Л.Г. Кретов С.Л. Плаксин Е.П. Степанов В.И Режим стоп-кадра двухголовочного видеомагнитофона //Техника кино и телевидения 1975 №3 с 33-37//

23. Лишин Л.Г. Богородский Ю.Л. Методы расчета катушек индуктивности с заданными частотными характеристиками активного сопротивления//Радиотехника 1975т.30№5 с. 97-100 6.11//

24. Лишин Л.Г. Лаврентьев К.А Кретов С.Л. Области допустимых значений параметров видеомагнитофонов /Яехника кино и телевидения 1976 №6//

25. Лишин Л.Г. Папиров В.И. Рудман В.И. Регенератор РГ-100 для видеомагнитофона //Техника кино и телевидения 1978 №9 с 55-58//

26. Лишин Л.Г. Маковеев В.Г Михневич A.B. Цифровая техника в видеозаписи и телевизионном вещании //Техника кино и телевидения 1978 -№11 с 35-40//

27. Лишин Л.Г Видеомагнитофон Кадр 103СЦ //Техника кино и телевидени №9 1984 с 24-29//

28. Лишин Л.Г. Немцова С.Р. Сертификация технической базы телецентра с помощью контрольных видеокассет //Техника кино и телевидения 1998 №9 с. 38-42//

29. Лишин Л.Г. Немцова С.Р. Классификация дефектов при сертификации телецентров с помощью контрольных кассет //Техника кино и телевидения 1999 №6 с. 45-46//

Статьи по теме диссертации

30. Лишин Л.Г. Запись цветных телевизионных программ на видеомагнитофоне «Кадр 1Ц» //Труды ВНИИТР 1968 № 3 с 23-24//

31. Лишин Л.Г.Репортажный видеомагнитофон «Кадр-2»//Труды ВНИИТР №1 1966 13-16//

32. Лишин Л.Г, Щербина В.И. - Замещение выпадений при видеозаписи //Труды ВНИИРТ 1968 г. №6 (16) с 34-42.22//

33. ЛишинЛ.Г - К вопросу об измерении дифференциально-фазовых искажений в телевизионных каналах//Труды ВНИИРТ № 9 1968 с 19-20//

34. Лишин Л.Г. Богородский Ю.Л. Измерительный стенд для проверки блоков вращающихся головок видеомагнитофонов. //Труды ВНИИТР 1968 с 49-55//

35. ЛишинЛ.Г., ПичугинаА.К - Исследование предварительных усилителей воспроизведения для видеозаписи. //Труды ВНИИРТ1969 г. № 7 с 17-19//

36. ЛишинЛ.Г. Сравнительный анализ различных способов записи пналов SECAM ЗВ на узкогюпосные вццеомагнитофоны/ГГруды ВНИИТР 1972-вып. 3

22) с 50-56//

37.ЛишинЛ.Г. ШтейнА.Б. Аппаратура магнитной записи//ВНИИТР 1976 °1 с 41-49//

38. Лишин Л.Г. Рудман В.И. Папиров А.С. Исследования цифровой агнитной видеозаписи //ВНИИТР № 3 1977 с. 5-15//

39. Гончаров А.В. Давиденко С.Н. Лишин Л.Г. Хлебородов В.А. лпаратура магнитной записи //ВНИИТР 1978 № 1(3) с 34-44//

40. Лишин Л.Г Давиденко С.Н. Аппаратура магнитной видеозаписи /ВНИИТР 1980 - №1 с 23-32//

41. Лишин Л.Г., Ральф В.М., Бондарев Ю.В. К вопросу взаимозаме-яемости видеофонограмм формата С //ВНИИТР 1983 - с 3-4//

42. Лишин Л.Г. Улучшение качественных показателей видеомагни-офона «Кадр 103АС» //ВНИИТР 1983 - вып. 3 (62) с 1-3//

43. Лишин Л.Г. Видеозапись: область применения //Вестник ротивовоздушной обороны 1987 №9 с 78-79//

44. Лишин Л.Г Хавин В.Л. Колпаков А.В. Каляев В.И. Канал изображения видеомагнитофона «Кадр 103СЦ» //Труды ВНИИТР 1989 - с

9-55 6.13//

45. Лишин Л.Г Внедрение видеомагнитофонов «Кадр 103СЦ» в телевизионное вещание//ВНИИТР М 1989 с 3-14 б. 12//

46. Лишин Л.Г К 50-летней годовщине видеозаписи в России //625 2000 №8 с 92-96//

47. Лишин Л.Г. Пархоменко В.И. Шапиро А.С. Аппаратура магнитной видеозаписи ТВЧ //ВНИИТР 1990 г выл 1(15) с 52-61//

48. Лишин Л.Г. Цирлин И.С. Цифровое телевидение в России: проблемы переходного периода //Broadcasting №5 2006 с 35-40//

49. Лишин Л.Г. Шапиро А.С. Экспериментальный четырёхканальный видеомагнитофон «Кадр 1000» для записи сигналов ТВЧ //ВНИИТР 1993 г. с 36-38//

50. Анализ современных видеосредств. Исследование возможности их использования для воздушной и наземной технической разведки железных дорог Лишин Л.Г ВО-93-12 тема «Разведка» //ВНИИТР 1993 г. 105 с//

51. Лишин Л.Г К вопросу выбора форматов в России //ВНИИТР 1994 №3 с. 9-10//

52. Лишин Л.Г. Мкртумов А.С. Испытания цифровых видеомагнитофонов новых форматов //Техника кино и телевидения 1997 -№9 с 39-41//

53. Лишин Л.Г. Немцова С.Р. Сертификация технической базы телецентра с помощью контрольных видеокассет /Яехника кино и телевидения 1998 №9 с. 38-42//

54. Лишин Л.Г. Важен правильный выбор //Broadcasting. Телевидение и радиовещание. -1999 - №1 с 18-21//

55. Лишин Л.Г. Немцова С.Р. Классификация дефектов при сертификации телецентров с помощью контрольных кассет /Яехника кино и телевидения 1999 №6 с. 45-46//

56. Лишин Л.Г. D-7 современный формат для цифровой видеозаписи Часть 1 //Broadcasting. Телевидение и радиовещание. - 1999 -№3 с 8-9//

57. Лишин Л.Г. D-7 современный формат для цифровой видеозаписи Часть 2 //Broadcasting. Телевидение и радиовещание. - 1999 -№4 с 32-33//

58. Лишин Л.Г. Мкртумов А.С. Цифровая видеозапись. Некоторые вопросы технологической практики //Прогресс технологий телерадиовещания: Материалы международного конгресса HAT. Москва 4-6 ноября 1998 г TRBE 1998 - М. 1998//

59. Лишин Л.Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 1)//Broadcasting №2 1999 с 58-60//

60. Лишин Л.Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 2) //Broadcasting №3 2000 с 64-69//

61. Лишин Л.Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 3) //Broadcasting №5 2000 с 62//

62. Лишин Л.Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 4)//Broadcasting №8 2000 с 71//

63. Лишин Л.Г. ПАЛ завоёвывает телецентры CTpaHbi//Broadcasting №1 2000 с 10//

64. Лишин Л.Г., Мкртумов А.С., Немцова С.Р. Некоторые проблемы сертификации цифровых студий и соединительных линий //Прогресс технологий телерадиовещания Конгресс HAT 1-3 011.1999 М. TRBE 2001 М. 1999 с 267//

65. Лишин Л.Г. О сертификации технической базы производства телепродукции. Взгляд из С-Петербурга, должен заметить //Broadcasting №3 (7) 2000 с 20-23//

66. Лишин Л.Г., Гольцов В.В., Мкртумов А.С., Немцова С.Р. Использование технологических кассет для проверки цифрового оборудования на телецентрах //Прогресс технологий телерадиовещания. Конгресс HAT 24-27 010. 2001 М. TRBE 2001 М. 2002 с 267//

67. Лишин Л.Г., Мкртумов А.С. Методы измерений цифровых трактов ТВ комплексов и некоторые особенности оценки их параметров //Прогресс технологий телерадиовещания. Конгресс HAT 24-27 окт. 2001 М. TRBE 2001 М. 2002 с 267//

68. Лишин Л.Г. SECAM и цифровые технологии несовместимы //Broadcasting №6 (18) 2001 с 56-58//

69. Лишин Л.Г. Актуальные проблемы цифрового телевещания //Broadcasting №5 (17) 2001 с 82-84//

70. Лишин Л.Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 5) //Broadcasting №8 2001 с 66 //

71. Лишин Л.Г., Мкртумов А.С. Вопросы временного рассогласования изображения и звука в телевидении //ВНИИТР 2001 №3 С26-28 //

72. Лишин Л.Г., Гольцов В.В., Мкртумов А.С., Немцова С.Р. Использование технологических кассет для проверки цифрового оборудования на телецентрах //Прогресс технологий телерадиовещания. Конгресс HAT 24-27 окт. 2001 М. TRBE 2001 М. 2002 с 267//

73. Лишин Л.Г., Мкртумов А.С. Классификация цифрового оборудования для формирования телепрограмм //Прогресс технологий телерадиовещания. Конгресс HAT 24-27 окт. 2001 М. TRBE 2001 М. 2002 с 212-215//

74. Лишин Л.Г., Мкртумов A.C. Методы измерений цифровых трактов ТВ комплексов и некоторые особенности оценки их параметров //Прогресс технологий телерадиовещания. Конгресс HAT 24-27 окт. 2001 М. TRBE 2001 М. 2002 с 267//

75. Лишин Л. Г Видеозапись и цифровые технологии //Broadcasting №4 2002 с 53-54//

76. Лишин Л.Г. Профессиональная видеозапись. Её перспективы в России //625 №3 2003 с 5-7//

77. Лишин Л.Г., Гольцов В.В., Мкртумов A.C. Разработка ситуационного центра СЦ-1 для автоматизированного мониторинга телевизионных программ в Москве и Московской области /МБ. ТРВ ОАО ВНИИТР №1 2003 с 19-21//

78. Лишин Л.Г Пришло время об этом вспомнить //И.Б. ТРВ ОАО ВНИИТР №3 2004 с 5-8//

79. Лишин Л.Г Цифровое вещание в России и за её пределами //Звукорежиссёр №1 2005 с.38-42//

80. Лишин Л.Г. Сертификация телецентров и переход вещания на цифровые технологии (10 летний юбилей системы сертификации «Телерадиотест»)//625 №2 2005 с 56-60//

81. Лишин Л.Г. Звукозапись на видеомагнитофонах //Звукорежиссёр № 04 (65) 2005 с 28 - 34 //

82. Лишин Л.Г. Адресно-временной код часть 1 //625 №8 2005 с 8991// часть 2 //625 №10 2005 с 90//

83. Лишин Л.Г. Видеоархивы телекомплекса Государственной думы Р.Ф. //Телерадиовещание № 3/2005 с.6-7//

84. Цирлин И.С., Лишин Л.Г. Новые возможности стандартизации телевизионной продукции //Федеральный справочник 2006 г.//

85. Лишин Л.Г., Голубев A.B. Пути развития оптических дисков //Телерадиовещание №4 2006//

86. Лишин Л.Г, Лишин И.Л, Голография - новые возможности (часть 1) //Телерадиовещание, 2006 №1 с.15 - 16//; (часть2) //Телерадиовещание -2006 - №2- С. 17

87. Лишин Л.Г. Шейхетов В.И. Серийное производство профессиональных видеомагнитофонов на НЗТМ //Broadcasting 2008 №08 (142) -С.92 - 93//

88. Голубев А.В., Лишин Л.Г. Пути развития оптических дисков //Телерадиовещание №3 2006 с 29-33//

89. Цирпин И.С. Лишин Л.Г, КудеяровГН. Некоторые соображения по вопросу концепции цифрового телерадиовещания //Телерадиовещание №3/2006 с 4-10//

90. Лишин Л.Г Полвека проволочному носителю// 625 № 5 2007//

91. Лишин Л.Г., Лишин И.Л. Десять заповедей архивариуса или ещё раз о критериях выбора //625 № 2(126)/2007 с. 95-97//

92. Лишин Л.Г. К вопросу выбора носителей для архивирования Мир кино №1 2008 с 18- 26 //

93. Лишин Л.Г Цирлин И.С. Проблемы перехода России на цифровое телевещание //Федеральный справочник 2008 г. с 409 - 412//

Авторские свидетельства

94. Устройство для компенсации дифференциально-фазовых скажений: Авторское свидетельство 310418 СССР МКИ Н 04h 5/78/ Л.Г.Лишин -s 1378863/26-9 заяв 24.11.69. опуб. 26.07.71 Бюл №23-2 с

95. Устройство компенсации выпадений при магнитной видеозаписи: вторское свидетельство 374767 СССР МКИ Н 04п 5/78/ Л.ГЛишин -№ 628758/26-9 заяв 10.12.71 опуб 20.03.73 Бюл №29-2с

96. Устройство воспроизведения сигналов цветного изображения в дноголовочном видеомагнитофоне: Авторское свидетельство 517184 СССР

КИ Н 04 5/78/ Л.Г.Лишин -№ 2084134/09 заяв 10.12.74 опуб 05.06.76 Бюл №21-с

97. Устройство для видеозаписи: Авторское свидетельство 477558 СССР КИ Н 04 5/78/ Л.Г.Лишин, В.И. Катопуло -№ 1898293 /26-9 заяв 26.03.73 опуб. 5.07.75, Бюл.26 -3 с.

98. Видеомагнитофон: Промышленный образец/Л.Г. Лишин, .И.Пархоменко, П.ГЗон, А.И.Мохов, №5636 Заявлено №11322 Приоритет 0.03.75-1с.

99. Бесконтактное токосъёмное устройство для вращающихся магнитных головок: Авторское свидетельство 532893 СССР;МКИ 11 В 15/12/ Л.ГЛишин, А.И.Герман, Б.Н.Гусев №2171319/10 заяв. 03.09.79 опуб. Бюл №39-2с.

100. Устройство записи и воспроизведения: Авторское свидетельство 1210133 СССР МКИ G 11Ь 5/020/ Л.Г.Лишин, Ю.В. Бондарев, В.М. Ральф, Г.Г. Репман -№37794663/24-10 заяв. 03.08.84 опуб. 07.02.86 Бюл. №5 -2с.

102. Устройство коррекции амплитудно-частотной характеристики видеомагнитофона: Авторское свидетельство 1270907 СССР МКИ Н 04п 5/78/ Л.Г.Лишин. В.Г Дмитриев, В.Л.Хавин -№ 3916416/24-09 заяв. 20.06.85 опуб. 15.11.86 Бюп №42 -Зс.

103. Устройство коррекции амплитудно-частотной характеристики видеомагнитофона: : Авторское свидетельство 1398109 СССР МКИ Н 04п 5/78/ Л.ГЛишин В.Г. Дмитриев ,И.В. Фридлянд В.Л.Хавин -№ 4162925/24 заяв опуб 23.05.88 Бюл №19-4с.

104. Система измерения параметров сигналов технологической цепочки оборудования при сертификации телецентра: Свидетельство на полезную модель № 16578: №2000118287/20; Заявлено. 18.07.2000// Изобретения. Полезные модели. - 2001. - № 1. Лишин П. Г., Мкртумов A.C., Немцова С.Р.