Устройства записи и воспроизведения сигналов

УСТРОЙСТВО ЗАПИСИ И
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ
Учебная программа дисциплины
Министерство образования и науки российской федерации
Владивостокский государственный университет экономики
и сервиса
УСТРОЙСТВО ЗАПИСИ И
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ
Учебная программа дисциплины
по специальности
210305.65 Средства радиоэлектронной борьбы
Владивосток
2014
ББК 32.884
Учебная программа по дисциплине «Устройство записи и
воспроизведения сигналов» составлена в соответствии с требованиями
ГОС ВПО. Предназначена для студентов специальности 210305.65
Средства радиоэлектронной борьбы.
Составитель: Белоус И.А., к.ф.-м.н., доцент кафедры электроники.
Утверждена на заседании кафедры электроники от 13.05.2009 г.,
протокол № 5, редакция 2014 г. (заседание кафедры от 22.04.2014 г.,
протокол №8).
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией Института
информатики, инноваций и бизнес-систем ВГУЭС.
Утверждена на заседании учёного совета ИИИБС, протокол №8 от
03.06.2014 г.
© Издательство Владивостокского
государственного университета
экономики и сервиса, 2014
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях радиоэлектронные технологии входят в
состав информационные системы всех известных классов: получения,
хранения, обработки, передачи, извлечения и регистрации информации.
Проблемы всех классов интеллектуальных систем во многом
связаны с проблемами записи, хранения и воспроизведения данных, а
также с увеличением пропускной способности каналов.
Знания, полученные при изучении дисциплины «Устройства записи
и воспроизведения сигналов» используются студентами при изучении
других специальных дисциплин, а также при разработке курсовых и
дипломных работ.
Данная учебная программа составлена в соответствии с
требованиями Государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования.
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1 Цели освоения учебной дисциплины
Целями
освоения
дисциплины
«Устройства
записи
и
воспроизведения сигналов» является формирование устойчивых знаний,
умений и владений в области теории и основных принципов построения
устройств записи и воспроизведения сигналов, измерения параметров
сигналов в устройствах записи и воспроизведения.
1.2. Перечень компетенций, приобретаемых при
изучении дисциплины
Дисциплина
направлена
на
формирование
следующих
профессиональных качеств:
 умение анализировать состояние научно-технической проблемы
на основе подбора и изучения литературных источников и технического
задания; определение цели и постановка задач проектирования и
моделирования;
 компетентность в планировании, организации и проведении всех
этапов схемотехнического и комплексного проектирования устройств
записи и воспроизведения сигналов.
В процессе изучения дисциплины формируются навыки:
 сквозного проектирования устройств записи и воспроизведения
сигналов. с использованием современных систем автоматизированного
проектирования;
 моделирования и оптимизации элементов радиоэлектронных
устройств в системах автоматизированного проектирования;
Теоретические знания, полученные в процессе изучения
дисциплины, формируют профессиональный взгляд на:
 методики разработки структурных и функциональных схем
радиотехнических систем и комплексов и принципиальных схем
устройств с использованием средств компьютерного проектирования,
 проведение проектных расчетов и технико-экономическим
обоснованием принимаемых решений;
1.3. Основные виды занятий и особенности их
проведения
Дисциплина «Устройства записи и воспроизведения сигналов»
изучается в шестом семестре. Общее количество часов, которое
отводится на изучение дисциплины, по направлению подготовки
специальности 210305.65 «Средства радиоэлектронной борьбы» – 81.
Количество аудиторных часов – 51, из них: лекционных занятий – 17
часов, лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 17 часов.
На самостоятельную работу студентов отводится 81 час, из них: 51
часов на самостоятельное изучение теоретического материала и
консультации, 20 часов на оформление отчетов и подготовку к защите
лабораторных работ, 10 часов на подготовку к экзамену.
Промежуточная аттестация по курсу – экзамен.
Дисциплина «Устройства записи и воспроизведения сигналов»
включает в себя:
- лекционные занятия;
- лабораторные занятия;
- практические занятия;
- консультации;
- самостоятельная работа студентов;
- научные семинары;
- участие в студенческих конференциях;
- встречи с представителями российских и зарубежных компаний.
1.3.1. Лекционные занятия
При проведении лекционных занятий учитывается, что часть
материала выносится на самостоятельную работу. На лекционных
занятиях студенты должны изучить основные возможности устройств
записи и воспроизведения, этапы, методы и алгоритмы обработки и
преобразования сигналов в процессе записи, передачи и
воспроизведения сигналов.
1.3.2. Лабораторные работы
Лабораторные работы проводятся на базе рабочих станций с
использованием прикладного программного обеспечения САПР. На
лабораторных занятиях студенты должны получить навыки по
созданию и анализу работы схем и оптимизации их параметров с
применением САПР. После выполнения индивидуального задания
студент сдает отчет в твердой копии и электронном виде.
1.4. Виды контроля и отчётности по дисциплине
В ходе изучения дисциплины студент посещает лекции по
теоретическому материалу, ряд вопросов выносится на самостоятельное
изучение. Контроль усвоения материала проводится по результатам
выполнения экспресс - контрольных работ и индивидуальных
домашних заданий. Для помощи студенту в освоении теоретического
материала лекционных занятий и самостоятельной работы
предусматриваются консультации ведущего преподавателя.
Для защиты практических работ в рамках самостоятельной работы
студента предусмотрено время для сдачи работы и освоения
теоретического материала для ответов на контрольные вопросы.
Помимо посещения лекции и практических занятий для освоения
теоретического материала и приобретения навыков расчета
функциональных узлов и аппаратуры различного бытового назначения
предусматривается выполнение трех контрольных работ в рамках
самостоятельной работы студента.
Для подготовки к зачету студенту отводится 10 часов
самостоятельной работы и консультация ведущего преподавателя перед
экзаменом.
В соответствии с Положением о рейтинговой системе оценки
успеваемости студентов во Владивостокском государственном
университете экономики и сервиса в ходе изучения дисциплины
предусматриваются следующие виды контроля знаний студентов:
текущая и промежуточная аттестации.
Текущая аттестация студентов осуществляется по результатам
контроля уровня знаний в ходе проведения лекционных занятий,
лабораторных работ и консультаций.
Текущая аттестация знаний студентов включает:
- защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам;
- оценку знаний и умений студентов при проведении консультаций
по лекционным занятиями и лабораторному практикуму;
- контроль посещаемости занятий.
Текущая аттестация проводится в форме устного или письменного
опроса или теста по разделам дисциплины, изученных студентом в
период между аттестациями, при этом учитывается посещение
лекционных занятий, количество выполненных и защищенных
лабораторных работ, а также количество выполненных экспрессконтрольных работ за отчетный период. Форма аттестации предлагается
ведущим преподавателем и утверждается на заседании кафедры.
Результаты аттестации заносятся в ведомость установленной формы.
Дисциплина завершается зачетом в седьмом семестре. Итоговая
оценка формируется на основе текущей и промежуточной аттестаций и
в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе
оценки успеваемости студентов во ВГУЭС.
Для получения положительной оценки при защите курсового
проекта или сдаче зачета студент обязан знать теоретический материал
(50% вклада в оценку); уметь решать задачи, связанные с компоновкой
радиоэлементов на печатную плату функциональных узлов РЭС, узлов
в блоки, приборы, стойки и т.д. (30% вклада в оценку); при приёме
зачета учитываются активность студента на занятиях и результаты
тестирования.
1.5. Техническое и программное обеспечение
дисциплины
При проведении лекционных занятий необходимо стандартное
офисное и мультимедийное оборудование.
Для проведения лабораторных работ необходимы рабочие станции
с установленной системой Windows (х86) и пакеты программ САПР.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Темы лекций
Тема 1. Назначение, классификация и принципы построения
устройств записи и воспроизведения сигналов (8 часов)
Назначение устройств записи и воспроизведения сигналов.
Основные понятия и определения. Требования, предъявляемые к
системам записи, хранения и воспроизведения. Представление сигналов
и помех. Физические принципы построения устройств записи, хранения
и воспроизведения сигналов. Обзор и тенденции в теории, технике и
технологиях. Накопители на лентах, барабанах, жестких и гибких
дисках. Накопители на полупроводниковых приборах.
Тема 2. Сжатие данных (8 часов)
Универсальные методы сжатия. Сжатие без потерь: кодирование
источников данных без памяти, кодирование источников данных типа
«аналоговый канал», словарные методы сжатия данных, методы
контекстного моделирования, обобщённые методы сортирующих
преобразований, предварительная обработка данных. Алгоритмы
сжатия изображений: классы изображений, классы приложений,
критерии сравнения алгоритмов, алгоритмы архивации без потерь,
алгоритмы архивации с потерями. Алгоритмы и методы сжатия аудио- и
видеоданных с потерями и без потерь. Стандарты сжатия. Инструменты
и методы обработки данных. Построение простых и универсальных
кодеров.
Тема 3. Носители данных (6 часов)
Классификация, требования и характеристики носителей.
Оптические,
фотографические,
магнитные,
магнитооптические,
полупроводниковые носители информации: методы, технологии и
стандарты записи.
Тема
4.
Устройства
записи
и
воспроизведения
аудиовизуальных данных (6 часов)
Способы и аппаратура аналоговой и цифровой записи звука.
Форматы цифровой магнитной видеозаписи: семейство форматов D-x,
Digital Betacam, DVC, Digital S. Форматы оптической записи: семейство
форматов CD, DVD, Blu-ray.
Тема 5. Универсальные устройства записи и воспроизведения
данных (6 часов)
Интерфейсы обмена данными. Устройства и форматы хранения
данных на оптических, магнитных, магнитооптических накопителях.
Форматы накопителей на основе полупроводниковой памяти.
2.2 Перечень тем лабораторных занятий
Тема 1. Анализ эффективности кодеков. (5 часов)
Изучение эффективности кодирования звуковых данных
различными кодеками в режимах сжатия «без потерь». Анализ
эффективности кодирования в зависимости от версии кодека.
Тема 2. Создание аудио содержимого в форматах CDA и DVDVideo (4 часа)
Изучение программного обеспечения подготовки и записи
звуковых данных. Подготовка аудио данных и их запись на оптический
носитель в форматах CDA и DVD-Video и в образ.
Тема 3. Создание аудиовизуального содержимого в форматах
VideoCD (4 часа)
Изучение программного обеспечения для редактирования, монтажа
и подготовки к архивации аудиовизуальных данных. Подготовка
аудиовизуальных данные и их запись на оптический носитель в
форматах VideoCD и в образ.
Тема 4. Создание аудиовизуального содержимого в формате
DVD-Video (4часа)
Изучение программного обеспечения авторинга аудиовизуальных
данных. Подготовить видео данные и произвести их запись на
оптический носитель в формате DVD-Video и в образ.
2.3 Самостоятельная работа студентов
Тема 1. Устройство современных цифровых магнитофонов (20
часов)
Функциональная схема цифрового видеомагнитофона в режиме
записи. Функциональная схема цифрового видеомагнитофона в режиме
воспроизведения.
Устройства
кодирования
и
декодирования
видеоданных. Конструкция цифрового дискового видеомагнитофона.
Тема 2. Запись электрических сигналов (20 часов)
Цифровое представление сигналов. Физические основы записи
электрических сигналов на носители. Конструктивные особенности
проигрывателей. Устройство цифровых компакт-дисков. Запись и
воспроизведение на реверсивных магнитооптических дисках.
Особенности записи и воспроизведения информации на многоцелевых
оптических дисках.
Тема 3. Видеосерверные системы записи аудиовизуальной
информации (17 часов)
Конструкция видеосерверов на жёстких магнитных дисках.
Функциональные возможности различных классов и моделей
видеосерверов. Обобщённые структурные схемы телевизионных
комплексов, использующих видеосерверы.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
3.1 Перечень и тематика самостоятельных работ
студентов по дисциплине
В соответствии с общим объемом часов, отведенных для изучения
дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов
самостоятельных работ студентов (СРС): самостоятельное изучение
теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже
вопросам, изучение теоретического материала при подготовке к защите
лабораторных работ, итоговое повторение теоретического материала
при подготовке к экзамену.
Темы для докладов и рефератов:
1. Фотографические носители информации.
2. Форматы оптических носителей аудиоданных.
3. Форматы магнитооптических носителей информации.
4. Форматы оптических носителей аудиовизуальных данных.
5. Форматы магнитных носителей аудиовизуальных данных.
6. Форматы магнитных носителей аудиоданных.
7. Форматы магнитных носителей информации.
8. Форматы оптических носителей информации.
9. Построение и функционирование аналоговых видеокамер.
10. Построение и функционирование цифровых видеокамер.
11. Построение и функционирование аналоговых видеомагнитофонов.
12. Построение и функционирование цифровых видеомагнитофонов.
13. Структура и функционирование цифровых банков хранения
аудиовизуальных данных.
14. Программное обеспечение редактирования и подготовки
аудиовизуальных данных.
15. Программное обеспечение для подготовки DVD-Video.
16. Программное обеспечение для подготовки Blu-ray дисков.
17. Стримеры.
18. Многоканальные системы воспроизведения DOLBY DIGITAL.
19. Многоканальные системы воспроизведения DTS.
3.2. Методические рекомендации по организации СРС
Для самостоятельного изучения дисциплины выносится часть
материала по всем темам дисциплины с самоконтролем по контрольным
вопросам и возможностью консультации у ведущего преподавателя
общим объемом 81 часа СРС для направления подготовки 210305.65
«Средства радиоэлектронной борьбы». Для успешного выполнения
лабораторных работ в соответствии с разделом 2.2 настоящей учебной
программы студент должен предварительно самостоятельно освоить
теоретический материал соответствующих тем. На подготовку к
экзамену отводится 10 часов СРС.
3.4. Рекомендации по работе с техническими
средствами и программным обеспечением
При
проведении
лабораторных
работ
используются
специализированные
аппаратно-программные
средства,
мультимедийное и офисное оборудование. Методические указания по
их использованию, для изучения дисциплины, содержаться в
технической документации, прилагаемой к оборудованию и аппаратнопрограммным средствам.
3.4. Рекомендации по работе с литературой
Для изучения теоретического материала, в соответствие с
программой дисциплины, рекомендуются следующие учебники,
учебные и справочные пособия: [1-6].
При подготовке к лабораторным работа, рекомендуется
дополнительная литература, в которой представлено практическое
руководство по устройствам записи и воспроизведения сигналов [6-13].
3.5. Контрольные вопросы для самостоятельной
оценки качества освоения учебной дисциплины
1. Какой
смысл вкладывается
в
термины «сигнал», «помеха»,
«помехоустойчивость»?
2. Каково назначение устройств записи и воспроизведения сигналов?
3. Приведите классификацию устройств записи и воспроизведения
сигналов.
4. Каковы
требования, предъявляемые к системам записи,
воспроизведения и звукового усиления?
5. Приведите физические принципы построения устройств записи,
хранения и воспроизведения сигналов.
6. Каковы тенденции в теории, технике и технологиях УЗВС?
7. В чем заключаются конструктивные особенности накопителей на
лентах, барабанах, жестких и гибких магнитных дисках?
8. Каковы особенности устройств аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов?
9. Что включает динамическая и частотная обработка звуковых
сигналов?
10.Что такое компрессия звука?
11. Приведите классификацию методов и устройства для создания
специальных звуковых эффектов.
12. Приведите классификацию методов и устройств записи
видеоинформации?
13. Сравните методы сжатия MPEG - 2, 4 и 7.
14. В чем преимущества и недостатки методов сжатия?
15. Дайте определение цифрового телевидения.
16. Приведите классификацию спутникового, наземного, эфирного и IP
телевидения.
17. Приведите телевизионные стандарты.
18. Какие цифровые стандарты видео вы знаете?
19. Расскажите назначение, конструкция, принцип работы оптической
головки в режимах записи и считывания.
20. Что такое многоуровневая запись?
21. Каковы перспективы развития и недостатки технологий
магнитооптической записи и воспроизведения?
22. Назовите
основные
характеристики
устройств выборки и
хранения?
23. Какие параметры характеризуют устройства на поверхностных
акустических волнах (ПАВ)?
24. Приведите характеристику современного состояния и перспектив
развития устройств выборки, хранения и приборов на ПАВ?
25. Приведите методику измерения параметров микрофонов.
26. Приведите методику измерения параметров громкоговорителей.
27. Приведите методику измерения акустических шумов.
28. Приведите методику измерения искажений в тракте изображения со
сжатием цифрового потока видеоданных.
29. Какие существуют спутниковые технологии, приведите их
назначение и характеристики?
30. Какие факторы используются при выборе формата записи данных?
31. Какие факторы используются при выборе кодера?
32. Какие факторы используются при выборе стриммера?
33. Какие принципы лежат в основе технологии флэш-памяти?
34. В чем преимущества архитектуры NAND?
35. Каковы тенденции развития флэш-памяти?
36. В чем преимущества флэш-плееров перед CD-плеерами? Какие у
них имеются ограничения?
37. Какие дополнительные функции может выполнять флэшпроигрыватель?
38. Как осуществляется смена записи во флэш-плеерах?
39. Каковы возможности современных жестких дисков для HDDплееров?
40. В чем отличие устройства и работы жесткого диска компьютера и
плеера?
41. В чем заключается отличие S-DAT от R-DAT?
42. Каковы преимущества цифровой записи сигналов перед аналоговой?
43. Как осуществляется преобразование аналогового сигнала в
цифровой?
44. Для каких целей вводятся добавочные символы при формировании
кадра информации?
45. Для чего необходимо канальное кодирование?
46. Как выполняется канальное кодирование 8-14?
47. Какие виды ошибок могут встречаться при цифровой записи и
воспроизведении сигналов?
48. Что представляет из себя сигнал EFM?
49. В чем заключается сущность интерполяции и приглушения?
50. Объясните принцип канального кодирования для формата R-DAT.
51. В чем заключаются преимущества цифровой видеозаписи?
52. Какова структура телевизионного сигнала?
53. Как может быть решена проблема уменьшения скорости потока
цифровых данных при цифровой видеозаписи?
54. Перечислите форматы цифровой видеозаписи и приведите их
характеристики.
55. Приведите структуру кадра информации при цифровой видеозаписи.
56. Каковы принципы сжатия информации при записи
видеоизображения?
57. Что представляет собой SACD?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1. Левин В. И. Носители информации в цифровом виде. – М.:
Компьютер-Пресс, 2001. – 255 с.
2. Никамин В.А. Цифровая звукозапись. Технологии и стандарты /
В.А.Никамин; Под ред. М.В.Финкова. – СПб.: Наука и Техника: 2002. –
245с.
Дополнительная литература
3.
Авраменко,
Юрий
Федорович.
Схемотехника
CDпроигрывателей / Ю.Ф.Авраменко.- СПб.: Наука и Техника: 2003.192с.:
4. Щербина В. И. Цифровая звукозапись. – М.: Радио и связь, 1989.
– 192 с.
5. Фридленд И. В., Сошников В. Г. Системы автоматического
регулирования в устройствах видеозаписи. – М.: Радио и связь, 1988. –
122 с.
6. Колесников В. М. Лазерная звукозапись и цифровое
радиовещание. – М.: Радио и связь, 1991. – 214 с.
7.
Гончаров А. В.,
Харитонов
М. И. Канал
изображения
видеомагнитофона. – М.: Радио и связь, 1987. – 264 с.
8. Лохматов А. В., Богушевский А. Н., Леонов В. А. Современные
видеомагнитофоны и видеокассеты. – М., 1992. – 124 с.
9. Гитлиц М. В., Лишин Л. Г. Видеомагнитофоны и их применение.
– М.: Связь, 1980. – 168 с.
10. Золотухин И. П., Изюмов А. А., Райзман М. М. Цифровые
звуковые магнитофоны. – Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. –
160 с.
11. Левин В. И. Носители информации в цифровом виде. – М.:
Компьютер-Пресс, 2001. – 255 с.
12. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда / Пер. с англ.
– М.: Мир, 1978. – 327 с.
13. Никамин В. А. Форматы цифровой звукозаписи. – СПб.: Элби,
1998. – 264 с.