Всем Доброго Ох Ты Ж Ёж Ты Ж!
"Твоя песенка спета, колонки молчат, я сделала больно и покинула чат..." - Клава Кока, Покинула Чат.
Это я вообще к чему такой эпиграф привел?
Дело в том, что я недавно написал статью про Лазер Диск и Советские проигрыватели оного формата. Инженеры, что его делали знали, что там Аналоговый сигнал записан, хотя носитель там один в один Цомпакт Диск.
В формате Лазер Диск 3 размера диска. Один из них 5.25 дюйма. Его и использовали как Цомпакт Диск.
Но на нем в режиме Лазер Диск записан АНАЛОГОВЫЙ ЗВУК. И Мало того, еще и изображение тоже АНАЛОГОВОЕ!
Само собой в комментах начались терки. Мол если представление в виде единиц и нулей на диске, то как же там аналоговый сигнал-то может быть?
Терки были жесткие. Меня крыли как могли.
Но вы же меня знаете? Я если за что-то серьезное берусь, то я там все по полочкам мозгами раскидываю.
И вот сегодня статья, которая все это раскидает. Но многим инженерам будет больно!!!
Ну как говорится сам в комментариях автора подогрели. Вот он и жжет.
Хотя это БОЛЬНО это будет только окрас в начале и окончании каждой части изложения материала. А сам материал от этого не пострадает.
фото из сервиса Яндекс.Изображения со ссылкой сюда https://inetin-magaz.ru/internet-magazin/Internet-Magazin-Sidi-Diskov.html
Часть 1. Слегонца теоретического ремня всыпали.
В общем дело было давно.
Инженерам исследователям, еще на заре появления магнитной записи, нужно было записывать данные с датчиков температуры. А как их записать, если они показания раз в 15 минут меняют, выдавая постоянное значение?
Как его на ленту записать?
Придумали Частотную Модуляцию.
Это когда у вас есть некоторая несущая частота, а напряжение управляющего сигнала меняет ее частоту. Повышает или понижает.
Получилось, что на ленту теперь пишем например 500 Гц. А если температура в рост пошла, то частота станет 550 Гц. А если вниз, то 450.
Я реально видел магнитофоны с подобной задачей, которые на аудио-кассете ленту еле-еле тянули. Вот именно на 500 Гц граничной частоты.
Но тут дальше как с УПТ. Усилитель Постоянного Тока. Такие схемы тоже есть. Работают от 0 Гц.
Но что если на них подать синус на звуковых частотах? Правильно. Будет работать. Говорят половина усилков марки Техникс в 80х были именно такие. Я сам в схему некоторых лазил. Реально УПТ вместо УНЧ собран.
Да и по параметрам басы от 0.5 Гц в брошюрке указаны.
В общем народ подумал подумал. А что если это ЧМ в радио примастырить?
Ну да. В том самом. Это позволило значительно снизить чувствительность системы к помехам эфира.
Но тут народ видик в руках подержал. А там жуткая детонация в движении ленты надо сказать.
И тут такой момент. Есть в модуляциях такой параметр как Коэффициент Модуляции.
Он может быть маленький. Например 0.1 а может быть и большой. Аж до 10 единиц встречается. Но обычно в районе 0.2 - 0.8
Это показатель на сколько меняется частота несущей на максимальных границах амплитуды полезного сигнала.
И вот если коэффициент маленький, то несущая скажем 500 кГц будет меняться всего на 5 кГц. От 495 - 505. А вот если большой, то может и от 100 Гц до 999.9 КГц шпарить.
И вот вам детонация. Она ведь тоже вызывает биение частоты. Но что если мы этот самый Коэффициент Модуляции разгоним помощнее?
Правильно! Да обдетонируйся там. Это все в микровибрации амплитуды вылезет. Которые максимум что дадут это прирост в 0.01% по КНИ. И уж точно никак себя не проявят по части влияния на параметры времени, при демодуляции полезного сигнала.
Но это не все.
Есть в усилителях еще одна проблема.
Называется рост КНИ(для текущей задачи хватит анализа второй гармоники) с ростом частоты.
И вот собрали вы Операционный Усилитель. А они ведь изначально созданы как логическая единица для аналоговых логических схем.
Ну это когда у вас 2 напряжения, и нужно выделить разность между ними. Это тоже логика.
И вот эта логика управляет у вас оборотами мотора.
И тут раз. При росте оборотов, у вас вторая гармоника полезла. А она для 3х фазного мотора, обороты которого зависят от частоты питающего напряжения во что выльется?
Она же его дергать туда-сюда на удовенной частоте начнет. Т.е. создаст повышенную вибрацию.
А что если это двигатель турбины электросамолета? Его такого об землю не коротнет?
фото из сервиса Яндекс.Изображения со ссылкой сюда https://mobillegends.net/%D1%80%D0%B5%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%91%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%BA-wikiwand
В общем на этот случай придумали кое-что.
Называется Сверх Прецизионный Высокочастотный ОУ по технологии МДМ.
МДМ - Модулятор-Демодулятор.
Суть там такая. Они берут и внутри микрухи в ЧМ модуляцию сигнал загоняют. Аж на частоте в 2 ГГц.
Ну и на выходе получают микруху, что аж до 1 ГГц работает с КНИ в 0.05%. Причем на верхней граничной частоте. И без всяких ООС.
В общем инжененеры таких схем называют ЧМ модуляцию как "Система защиты Аналогового сигнала от конструкционных особенностей тракта передачи информации".
Ну это как говорится я слегка ремня всыпал. Совсем больно будет в конце. Я там так и сделаю. Напишу "Я сделал больно и покинул чат." А дальше "Спасибо, что дочитали".
Часть 2. Баттл на кулаках.
Сейчас мы временно окунемся в атмосферу МЭИ годов 80х.
В эти времена там сам Владимир Александрович Котельников, будучи еще и не пенсионером вовсе, науку о цифровых сигналах на факультете АВТФ преподавал.
И вот Олимипиада. На ней собрались студенты и из АВТФ(Автоматики и вычислительной техники) и из РТФ(Радиоэлектронной техники)
Ну или по простому, Цифровые инженеры и Аналоговые.
В МЭИ их разделяют на 2 разных специальности и преподают на разных фактултетах, находящихся друг над другом. Только один на третьем этаже, а другой на 4м. Хотя может быть этажи путаю. А кто там учился скажут, что еще и не друг над другом они. А один направо от лифта, а другой налево.
А потом еще скажут, что и лифта там отродясь не было. И что я ни разу привратника на дверях в этом универе не прошел.
фото из сервиса Яндекс. Изображения со ссылкой сюда https://banktestov.ru/test/67094
Но не суть. Главное, что лесенка на фото есть.
Сошлись значит студенты на Олимпиаде. И как раз в билете Лазер Диск.
И вопрос. А какой сигнал там. Вот взяли мы полезный сигнал. Подвергли его ЧМ модуляции. А потом полученную ПЧ в однобитовом режиме оцифровали.
Так что у нас на выходе? Цифровой или Аналоговый сигнал?
Ну и тут-то понятное дело заруба и началась. Потому, что парниз из АВТФ давай за свои цифровые сигналы гнуть. Мол Цифра там чистой воды.
А парни из РТФ.
А вот Индейская Народная Изба(Фигвам называется) вам.
Мы перед оцифровкой внедрили СИСТЕМУ ЗАЩИТЫ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА ОТ КОНСТРУКЦИОННЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ!!! А значит сигнал там АНАЛОГОВЫЙ!!!
Да и потом. ИКМ у вас там нет. У вас там одинобитовое безобразие, не имеющее никакого отношения к функции замера амплитуды. У вас там пороговая-триггер коммутация. Ой!!! Т.е. по нашему РТФ-офовскому Пороговая Компарация.
Где вы тут цифру увидели?
И правда тут в том, что истина где-то по середине. А учебника по такой дисциплине днем с огнем.
Вернее как. Он хранится индивидуальных архивах НОУ ХАУ разработок капиталистических производителей.
Как их внутренние инженерные наработки, которые они тщательно оберегают.
Часть 3. Розги в ход пошли.
Ну учебник-то может там и хранится где-то.
А у нас, что мозги не там выросли? А давайте ка по-бырому раскидаем вопрос по полкам и тумбам?!!
Чего тут кидать-то?
Частота дискретизации у нас есть? Есть!!! Сколько?
Ну поехали разбираться. Итак.
Частота несущей аудио-потока на Лазер Диске 200 кГц. Коэффициент модуляции 0.5
Итого имеем 150 - 250 кГц девиацию частоты. Дискретизация в 2 раза выше. Итого 500 кГц.
Ну от них и пляшем.
Сначала цифровой анализ процесса.
Итак. У нас частота дискретизации 500 кГц. Сравниваем с Цомпакт Дисковыми 44 кГц и радуемся.
Вспоминаем, что Хай Рез на 192 кГц это круто, а самое крутое, что для звука сейчас есть - это 384 кГц и там вот вообще разницы от Анлогового Винила не услышать.
А тут у нас 500 кГц. Круто!!!
А что на счет глубины квантования?
Ну если по быстрому то у нас тут 1/500 000я как шаг дискретности.
А на Цомпакте 1/ 64 000я.
Т.е. у тут у нас в некотором роде эквивалент 19 Бит на 500 кГц.
Ну с точки зрения Аудиофильства шикарная весчь!!!
Часть 4. Врубили Электроток!!!
Сейчас в плане бубо будет жесть!!!
Вы цифры заметили? Цомпакт - который ни о чем, имеет поток данных в 750 КилоБит на канал.
А на Лазер Диске только 500 КилоБит на канал. Но там КАЙФ!!!
Что за дела????
Ну правда же удар током???
Это компрессия чистой воды. Аналоговая. Ну вернее даже не аналоговая. А вот именно хитрый тригонометрический гибрид реализованный в аналоговом процессинге.
Это компрессия. Т.е. сжатие с потерями.
Но давайте прикинем. МП3 дает сжатие 1:10. При том это уже ощутимо слышимое искажение звучания.
Флак дает 1:2-1:3. Там без потерь.
MQA с неслышимими потерями дает 1:4
А тут у нас 500 кГц на 19 бит это вообще-то 10 МегаБит в цифре. А мы его в 500 КилоБит закатали.
Это же сжатие в 20 раз!!!
И при том с неслышмими искажениями!!!
И при том. Сейчас будем голову ломать. Что я тут вообще искажениями называю?
Погнали.
Итак. Магнитная запись 1.5 процента КНИ на 1 кГц, и 1.8 на 10 кГц.
Винил 0.8 на 1 кГц и 1.2 на 10 кГц.
Цомпакт Диск - 0.05 на 1 кГц и 10% КНИ на 10 кГц. Ну на слух точно 10 процентов там на сложном сигнале. А каким прибором померить, когда у РМАА у самой рыльце в пушку, я и не знаю(что-то там про Мерина сейчас должно быть).
Итак. А что на Лазер Диске?
А там... 0.5% КНИ на 1 кГц и 1% на 10 кГц.
Вот и не знаю даже, что тут искажением считать?
В сравнении с Цомпактовой Цифрой на 1 кГц и правда искажения есть. У нас же компрессия.
А вот что делать с другими носителями и частотами?
Часть 5. Maxwell's Silver Hammer(привет Битлам. Хаммер - это молот).
Я конечно понимаю, что такого уровня знания доступны только Отъявленным Ботанам!!!
Но давайте все таки обобщим.
1. ЧМ-модуляция - это система защиты Аналогового Сигнала от конструкционных особенностей канала передачи информации.
Но одновременно с этим она и...
2. Мощный алгоритм сжатия гармонико-зависимой(структурированной) информации, имеющий один из самых сильных коэффициентов компрессии, с одновременным внесением максимально малых искажений сигнала.
И тут нам нужно сделать БУХ!!!
Дело в том, что это все было внедрено в бытовом, одомашненном, носителе, предназначенном для развлечения, в далеком 1978м году!!!
За 5 лет до появления Цомпакт Диска.
И тут нужно сказать, что популяция данного носителя в США и Японии вообще-то была 20 процентов населения. Т.е. в каждом 5м доме.
ВХС видик конечно добрался до 55 процентов. Но Лазер Диск был вообще-то не слабо-массовым.
Да и протянул он до 2005го года. На нем даже Русскоязычные музыканты издаться успели с несколькими концертами.
Конечно форматы данных на нем менялись. И звук там прошел все стадии эволюции аудиодорожек в кинематографе. От Аналогового до спектрально-схитрополенного цифрового много-канала, и позже до дискретного АС-3 и даже ДТС.
Но сути это не меняет. Минимум 5 лет там была аналоговая дорожка, просто потому, что в те времена других еще не было.
И по-хоршему ее конечно правильнее именовать как FM-Digital.
Но с другой стороны, с точки зрения защиты Анлогового Сигнала от цифровых особенностей тракта передачи информации...
В общем нам, что нужно сейчас понять?
Нам нужно понять, что иллюстрация этого алгоритма была первой массово-производимой технологией дискретного хранения аудио и видео информации.
Но это не все.
Бух!!!
Часть 6. Молот Тора!!!
Дело в том, что в те времена на сцену выходил новый формат инженеринга электронных систем.
А именно не пяльником в зубы всякую электронику придумывать, а готовая универсальная платка, или универсальный чумадан с платками, который под воздействием програмного когда, меняет свой функционал.
При этом кардинально поменялась психология инженеринга.
Теперь у разработчика нет дефицита деталей. И нет страха в доводке хорошо работающей системы, методом ее перепаивания, и даже простого настраивания потенциометров, и подгонки иных номиналов деталек.
Теперь он просто нажимает Ф5 и все. Схема под надежной защитой целостности и работоспособности.
Он в другом файле допиливает код, и при этом у него сохраняется первый рабочий код.
И вот тогда. В 1970х и 80х, да и в 90х. Наиболее актуальным были работы именно в этом НОВОМ ИНЖЕНЕРНОМ ПОЛЕ!
И поэтому, когда вышел Цомпакт Диск, приоритетом были поиски новых алгоритмов сжатия.
Наш ФМ-Диджитал он все таки хорош при высокой избыточности данных. И дает на выходе высокий поток данных. А вот когда нужно дожать до 60 килобит, т.е. еще в 10 раз ужаться и при том сохранить приличное качество.
Вот тут нужно уже что-то другое придумать.
И потому для этой инженерной задачи был создан иной формат хранения данных, который был наиболее оптимизирован под данный вид НОВОГО ИНЖЕНЕРИНГА.
Но так вечно продолжаться не могло. Процессы уперлись в то, что Кремний, да и вообще электрический монтаж, уперлись в частоту 4 ГГц.
Вернее сначала были и с 1 ГГц проблемы в 90х Потом их преодолели и дошли до 2.2. Потом и их до 4.7 пробили.
Но дальше все. Приехали. Может еще прорыв до 10 ГГц и случится. Но дальше нужно или в оптику уходить, или еще куда.
Одновременно с этим нас активно окружают задачи, которые и с приблизительными вычсилениями ведут себя очень не плохо.
Сегодняшнее видео со всеми компрессиями выглядит очень даже круто.
И не важно, что там половина яркостей приблизительно вычислены.
Это все равно лучше, чем видосы 90х. Особенно бытовые. Даже система MUSE на Лазер Диске дающая 2К видео, что просущствовала с 1993го по 1998й год и та хуже, чем Фулл Хд на суперсжатых видеостриминах.
Так вот. Раз мы работаем с приближенкой. То чего бы нам на наших упертых-то частотах не выйти в аналоговый процессинг?
Технологии же ж еще в 78м шикарный результат давали. На тот момент Лазер Диск был единственным бытовым носителем, что мог полное видео-резрешение телевизора использовать. Даже вещательное качество имело ограничения. И только ЛД выжимал все 720 пикселей по горизонтали. И 480 по вертикали для стандарта НТСЦ.
Так чего бы нам не сделать современный процессор, который выдаст на ЦАП на 4 ГГц чего-то там. В аналоге не отшпарит это дело и не загонит снова в ЦАП но уже ракодировав?
В общем-то пацаны из NVIDIA это дело освоили году в 2005м и с тех пор только так прогресс и двигают.
Но еще интересенее, что в первом Айфоне был проц у которого аж 120 таких преборазователей внутри стоит.
Ну и с тех пор понеслась. Сейчас таких решений в процессорах наших смартфонов до 500 штучек внутри кристалла доходит.
Это нынче называется аппаратная поддержка видеокодеков. И прочих алгоритмов сжатия.
И в общем-то с 2005го года это единственный способ снижения как весо-габаритных параметров самих процессоров, так и весо-габаритной нагрузки осуществляемой ими на источники питания.
Т.е. мобильная техника класса тонкий легкий, в кармане лежит, почти сутки на одной зарядке ходит - она сейчас вся на таком цифро-аналоговом переходе в своих алгоритмах работы... По другому сейчас никто не работает!!! 21й век на дворе. Технологии знать надо!!!
Ну а я чего?
Я сделал больно и покинул чат!!!
Спасибо, что дочитали!!!
фото коллаж на обложку выполнен мной из фото в статье
