ЦИФРОВАЯ ЗАПИСЬ и иформации, способ записи информации, при к-ром регистрируемые на носителе сигналы преобразуются в последовательность кодовых (цифровых) комбинаций импупьсов. По сравнению с системами аналоговой записи и воспроизведения информации системы Ц. э. обеспечивают существенно более высокое качество (достоверность) воспроизводимых сигналов, а также допускают возможность многократной перезаписи информации без потери качестве. Методы Ц. з. широко используются в вычислит, технике, электросвязи, телеметрии и др. Интенсивно развивается техника Ц. э. аналоговых сигналов (звука, изображения).
В основу цифровой передвчи и записи аналоговых сигналов положена импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Она включает в себя две осн. операции, осуществляемые с помощью аналого-цифрового преобразователя — дискретизацию и кодирование. При дискретизации (квантовании) исходный аналоговый сигнал преобразуется в последовательность его мгновенных фиксир. значений (отсчётов), выделенных по о предел, закону и в совокупности отображающих (с заранее установленной ошибкой) исходный сигнал (рис., а). При кодировании каждый выделенный в процессе дискретизации отсчёт заменяется соответствующим кодовым словом, символы к-poro имеют обычно два значения — 0 или 1 (двоичный код) (рис., б). В результате исходный аналоговый сигнал преобразуется в ИКМ-сигнал (рис., в), к-рый может быть записан в цифровом ЗУ. При воспроизведении считываемый с носителя ИКМ-сигнал подвергается обратному преобразованию с помощью цифро-аналогового преобразователя: последовательность кодовых слов преобразуется в последовательность фиксир. отсчётов (рис., г), НЧ составляющая которой представляет собой восстановленный аналоговый сигнал.
При использовании двоичной системы кодирования в цифровом канале записи—воспроизведения передаются только двухуровневые сигналы (0 и 1). Поэтому требования к шумовым характеристикам и искажениям в канале записи сравнительно невысоки. Точность передачи ИКМ-сигналов зависит от параметров преобразования: частоты дискретизации f_ и швга (кол-ва уровней) квантования. Величина /д должна быть не ниже 2FB, где FB—верхняя частота спектра аналогового сигнала (теорема Котепь-никова). При кол-ве уровней квантования N=2 (п — разрядность двоичного кода) макс, отношение сигнал-шум восстановленного сигнала достигает величины ~-6 л (ДБ).
Поверхностная плотность записи в цифровых ЗУ может быть весьма высокой (до — 100 Мбит/см*'), поэтому на достоверность сигналов сильно влияют микроскопии, повреждения или дефекты носителя, вызывающие выпадения полезных (несущих информацию) или появления ложных импульсов и нарушающие работу канала воспроизведения. Для защиты от указанных ошибок записываемый сигнал подвергают дополнит, помехозащитному кодированию с помощью спец. кодов, позволяющих корректировать ошибки, связанные с дефектами носителя. В системах высокоплотной Ц. з для повышения помехоустойчивости обычно используют т. и. код Рида — Соломона с перемежением: исходный цифровой сигнал разбивают путём матем. и погич. преобразований на блоки, в каждый из к-рых вводятся избыточные биты информации, позволяющие при воспроизведении скорректировать появившиеся ошибки. Суть перемежения заключается в «растягивании» информации отд. бпокв вдоль дорожки записи или по ппощади носителя. В результате удаётся при сравнительно небольшой избыточности информации (гг25—30%) уменьшить вероятность ' появления ошибок при воспроизведении до приемлемой величины (-~10 ). ,
Применения помехозащитного кода, однако, ещё недостаточно для качественной Ц. э.: важным условием является хорошее согласование параметров цифрового сигнала, записываемого на носитель (магн. диск, магн. леиту, оптический диск и др.), с характеристиками канала записи соответствующего ЗУ. В частности, необходимо, чтобы сигнал не имел пост, составляющей, обеспечивал самосинхронизацию и автоматич. слежение за дорожкой записи при воспроизведении считывающим устр-вом, был малочувствителен к искажениям и шумам. Для выполнения указанных и др. требований ИКМ-сигналы преобразуют с помощью т. н. канальных кодов в импульсные последовательности, оптимальные для используемого канала записи. Так, в системах цифровой оптич. звукозаписи в записываемом на компакт-диске цифровом сигнале могут содержаться блоки, представленные в двоичном коде сплошной последовательностью нулей (напр., паузы в муз. произведении), что приводит и разрыву в си гнало грамме, способному при воспроизведении нарушить работу систем автоматики пазериого проигрывателя. Чтобы этого не случилось, записываемый сигнал преобразуют с помощью т. н. канального кода типа 8/14: каждая группв из В бит преобразуется в группу из 14 бит; из всех возможных 214 комбинаций дпя записи используются только 2"—256 комбинаций, каждая из к-рых содержит не менее двух и не более десяти «нулей» подряд между соседними «единицами».
Работы по цифровой звукозаписи на магн. ленте были начаты в 60-х гг. 20 в. в Японии; на первом этапе для записи цифровых сигналов использовались видеомагнитофоны с вращающимися головками. В кон. 70-х гг. в Японии и США были созданы цифровые магнитофоны с многоканальной записью неподвижными головками. В качестве носителя в таких магнитофонах использовались специально разработанные магн. ленты шириной от 6,3 до 25,4 мм с малой плотностью дефектов (выпадений). Типичные параметры совр. цифровых магнитофонов: число каналов записи звук* — от 2 до 32; число дорожек цифровой записи — от 8 до 32; скорость ленты—19,5—76,2 см/с; продолжительность записи — до 60 мин; полоса частот звукового канала — 20—20 000 Гц с неравномерностью ±0,5 дБ; частота дискретизации ИКМ-преобразовання — 4В кГц; число разрядов двоичного кода — 16; дина ми ч. диапазон канала звука — 90 дБ; гармонич. искажения —0,05%; колебания скорости — ниже обнаружимого предела. По последним трём параметрам цифровые магнитофоны значительно превосходят лучшие совр. аналоговые магнитофоны, для к-рых соответствующие параметры равны 62—64 дБ, 0,5% и 0,02—0,04%. Скорость записываемого на леиту цифрового потока составляет 1—2 Мбит/с на канвл, продольная плотность записи — 1 кбит/мм, поверхностная плотность записи — 1,2—3,3 кбит/мм Благодаря регенерации сигналов при последоват. перезаписи цифровых сигналограмм не происходит накапливания искажений и шумов, характерных для аналоговой записи (это особенно важно в условиях радиовещания, когда при монтаже звуковых программ их необходимо многократно переписывать). В ВО-е гг. в Японии стали выпускаться кассетные цифровые магнитофоны бытового назначения. По осн. параметрам они приближаются к студийным аппаратам, несколько отличаясь от них уменьшенным временем записи (22—60 ми и на кассете С-90 с пентой шириной 3,81 мм), скоростью ленты (4,75— 9,5 см/с), пониженной частотой ИКМ-преобразования (33,6— 44,1 кГц при 14—16 битах на отсчёт) и повышенной плотностью записи (7—15 кбит/мм2).
В кон. 70-х гг. были созданы экс пери м цифровые видеомагнитофоны (США, ФРГ, Япония). В соответствии с принятым в 1985 междунар. стандартом ИКМ-преобра-зованию в них подвергают раздельно сигнал яркости и два цветоразностных сигнала,- при В-битном кодировании частоты дискретизации равны соответственно 13,5; 6,5 н 6,5 МГц. Для защиты от ошибок используют коды Рида — Соломона с глубоким перемежением. В 19В6 фирма SONY (Япония) разрвботвла цифровой кассетный видеомагнитофон для «цифровых» телевиз. студий, соответствующий требованиям стандарта на параметры и формат сигналограммы. Сигналы изображения и звукв записываются вращающимися гоповками наклонно-строчным способом с продольной плотностью ""2 кбит мм на дорожках шириной 40 мкм. Ширина ленты 19 мм; скорость леиты
28.6 см с; отношение сигнал-шум в каналах яркости и цветности — 56 дБ ( совр. студийных аналоговых видеомагнитофонах оно составляет 43—46 дБ). Параметры цифрового канала звукв соответствуют параметрам совр. цифровых магнитофонов.
Наиболее широко цифровые ЗУ применяются в системах внеш. памяти ЭВМ. Информацию записывают чаще всего на магн. ленты или диски. Входные и выходные сигналы ЗУ ЭВМ представляют собой последовательность импульсов и не требуют ИКМ-преобразовання при записи — воспроизведении. В цифровых накопителях данные обычно записывают блоками, каждый из к-рых маркируется индивидуальным адресом для обеспечения оперативного поиска. Блок содержит дополнит, проверочные биты, служащие для обнаружения и исправления ошибок. В Цифровых накопителях широкого применения для исправления ошибок используются обычно болев простые, чем в цифровых магнитофонах или видеомагнитофонах, помехозащитные коды, т. к. сравнительно невысокая поверхностная плотность записи уменьшает влияние дефектов носителя. В массовых накопителях ЭВМ на магн. лентах (в кассетах) шириной
12.7 мм запись с продольной плотностью 0,063— 0,246 кбит мм ведётся на 9 параллельных дорожках; поверхностная плотность записи составляет 0,045— 0,17 кбит мм ; скорость передачи данных — 30—100 кбайт с на канал. Усовершенствованные 18-дорожечные кассетные накопители (1ВМ34В0, США) обеспечивают продольную плотность записи "-0,8 кбит/мм, поверхностную плотность —0,85 кбит мм , скорость передачи данных до 400 кбайт с на канал. Цифровые накопители нв гибких магн. дисках весьма часто используются в мини-, микро-н персональных ЭВМ, а также в разл. устр-вах автоматики. Сменные магн диски диам. 89, 133 или 203 мм имеют ёмкость до 1—2 Мбайт, скорость передачи данных в ЗУ на гибких магн. дисках — до 50 кбайт с; продольная плотность записи —до 0,4 кбит мм, поверхностная плотность — 1—2 кбит мм*. Ещё более высокие параметры обеспечивают цифровые ЗУ на несменяемых жёстких маги, дисках. В накопителях такого типа, впервые созданных в 1973 фирмой IBM (США) и получивших назв. винчестерских, устанавливают от 1 до 10 жёстких магн. дисков, расположенных вместе с магн. головками в герметизир. отсеке. Прецизионная пылезащитная конструкция привода дисков и позиционирования магн. головок позволяет повысить продольную плотность записи до 0,4—1,2 кбит мм и поверхностную плотность до 10—30 кбит мм;. Диаметр магн диска — от 89 до 356 мм, общая ёмкость накопителя (в зависимости от диаметра и кол-ва дисков) — 20— 1000 Мбайт.
В 1982 в Японии и Нидерландах (фирмами SONY и Philips) были созданы цифровые оптич грампластинки (компакт-диски) и лазерные проигрыватели для них. Сигна-лограмма на компакт-диске представляет собой совокупность микроскопич углублении (питов) на отражающей металлиэир. поверхности, находящейся внутри прозрачного пластмассового диска диам 120 мм. Радиальный шаг дорожек диска составляет 1,6 мкм; длина питов вдоль дорожки 0,9—3,2 мкм; глубина питов — 0,1 мкм Исходный стереофонии, звуковой сигнал при записи подвергают ИКМ-преобразованию (линейное 16-битное кодирование, частота дискретизации — 44,1 кГц). Для защиты от ошибок используют код Рида — Сопомона с перемежением, позволяющий исправлять одиночные и пакетные ошибки длительностью до 1000 и более бит, а также корректировать интерполяцией пакетные ошибки длительностью в неск тыс. бит- Информац. сигналы вместе с дополнит служебными сигналами (биты чётности, синхронизации, вспомогат. кода, сопряжения) объединяются в блоки и циклы; такое разбиение всего массива позволяет быстро отыскивать нужный фрагмент при воспроизведении записанной на диске программы. Поверхностная плотность записи на оптич. компакт-дисках составляет — 1 Мбит мм2. Качество воспроизводимых звуковых сигналов близко к качеству звучания студийных цифровых магнитофонов и заметно превосходит качество звучания совр. аналоговых студийных магнитофонов: диапазон частот 20—20000 Гц; отношение сигнал-шум —90 дБ; гармонич. искажения—0,05%; колебания скорости определяются стабильностью опорного кварцевого генераторе проигрывателя. Длительность звучания компакт-диска составляет 60 мин при скорости передачи данных в цифровом канале —2 Мбит с. С сер. 80-х гг. компакт-диски, информац. ёмкость к-рых составляет до 600 Мбайт, всё шире используются в устр-вах внеш. памяти персональных ЭВМ для хранения справочных данных, программ и т. п. В 1983—84 в Японии и США созданы цифровые ЗУ на оптич. дисках, допускающих однократную запись самими попьзователями и последующее многократное воспроизведение. По характеристикам канала записи — воспроизведения и методам кодирования сигналов такие ЗУ сходны с устр-вами на компакт-дисках. Оптич. цифровые дисковые ЗУ емкостью 0,5—4 Гбайт применяют в системах архивирования, банках данных, накопителях ЭВМ. Интенсивно разрабатываются цифровые накопители разл. назначения на реверсивных оптич. дисках, допускающих многократную запись и стирание информации.
Цифровая запись