TíTULO: “RESPALDO DE IMFORMACIÓN DIGITAL EN CINTA DE VIDEO (BACKUP EN VIDEO)”

UNIVERSIDAD AUTóNOMA

METROPOLITANA

UNIDAD: IZTAPALAPA

DIVIS16N: CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERíA

CARRERA: INGENIERíA

EN ELECTR6NICA

MATERIA: PROYECTO TERMINAL

I

Y

II

TíTULO: “RESPALDO DE IMFORMACIÓN

DIGITAL EN CINTA DE VIDEO

(BACKUP EN VIDEO)”

ALUMNOS:

Ley Cabrera Eduardo Antonio.

8733051

O

Liahut Quiroz León Armando.

86329533

Rivera Topete Alejandro.

89228699

ASESOR: DR.

HÉCTORAREZ MEANA

,,y

iNDlCE

Introducción. pág. 3

Capitulo 1 Fundamentos del video analogico. pág. 4

Capitulo 2 Descripción del circuito codificador

y decodificador. pág. 15

Capitulo

3

Detalles de diseño

y armado. pág. 19

Conclusiones. pág. 21

Bibliografía. pág. 23

Apéndice.

Software utilizado.

Programa para leer y escribir del puerto serie

Diagrama Circuito Codificador.

Diagrama Circuito Decodificador

Hojas de aplicación del XR-2206.

Hojas de aplicación del XR-2211.

Hojas de aplicación del LM1881

pág. 25

pág. 26

pág. 28

pág. 29

pág. 30

pág. 34

E n esta parte se exponen los motivos por los cuales se trabajó en este proyecto, así como las bases que dieron la pauta a seguir para su desarrollo.

BREVE HISTORIA DE LOS MEDIOS DE ALMACENAMIENTO

En los años

703,

almacenamiento masivo de información digital en dispositivos magnéticos, surgen, de los trabajos realizados por diferentes compañías los sistemas de almacenaje en discos flexibles y cintas, y de ahí un proyecto llamado dataset desarrollado por COMODORE que permitía guardar información en cintas de audio domésticas (cassettes).

Siguiendo con la idea de producir sistemas de respaldo de información en dispositivos de mayor capacidad con tamaño conveniente surge el disco duro (HARD DISC), que permite ser incorporado a un CPU como parte de una computadora personal, con tiempos de acceso relativamente menores (lectura escritura). Sin embargo, como se sabe este medio de respaldo, por su naturaleza, esta expuesto a perdidas parciales o totales de información, muchas veces irrecuperables, además de ser un medio caro.

Ante la problemática anterior es deseable contar con un sistema que permita ahora respaldar discos duros, y que sea atractivo en cuanto a su costo y capacidad de almacenamiento. Si pensamos en una cinta de audio, es evidente que cumple con solo uno de los aspectos (costo), sin embargo los 20 Khz máximos del ancho de banda audible no son muy atractivos si consideramos su capacidad.

Si revisamos las características que nos ofrece una cinta de video, encontraremos que tenemos las dos ventajas anteriores, ya que podemos disponer de 3 Mhz de ancho de banda, implicando así una mayor capacidad de almacenamiento.

Por lo tanto el objetivo de este proyecto se basa en el desarrollo de un sistema que permita el almacenamiento masivo de información, en cinta de video (BETA, VHS u 8 mm), para su posterior recuperación por lotes o en forma total.

En la primera parte de este reporte se da un vistazo general a los fundamentos de video analógico y almacenamiento en cinta, con el fin de dar un panorama general de como está conformada una señal de video compuesto R.G.B. en banda base.

En la segunda parte se discute un modelo planteado a bloques que permita el tratamiento de una señal digital para su grabación analógica en cinta de video, así como su posterior recuperación. Aquí se discuten problemas como el tipo de modulación a emplear, la sincronía de la señal grabada, la forma de mandar o recibir los datos (serial o paralela), etc.

FUNDAMENTOS DE VIDEO ANALOGICO

Formato de la Seital de Video

En el cine y en la T V las imágenes se procesan de forma diferente. Mientras que en el cine se logra un efecto de continuidad de movimiento para el cerebro a través de una serie de cuadros enviados en dos planos en una relación de 24 por segundo, y detectados por el ojo, en la n/ cada imagen se descompone por líneas, cada una de las cuales se envía en forma serial (una tras otra). La información de cada línea ocupa un tiempo delimitado y relacionado con el período de la señal de video. La relación entre el número de líneas enviadas y el número de cuadros formados está en estrecha relación.

Tanto para el sistema de NTSC empleado en América como el PAL empleado en Europa y otros países, el número de cuadros formados es de 30 por segundo, sin embargo el número de líneas por cuadro de imagen difiere (525 para NTSC y 625 para PAL).

Es importante hacer notar que las imágenes se forman haciendo un barrido de pantalla a una frecuencia de 60 hz, pero en dos campos, esto es, primero se barren las líneas impares de la pantalla, correspondientes a media imagen, y posteriormente las líneas pares correspondientes a la otra mitad, de tal forma que la frecuencia con que aparecen los cuadros en la pantalla será de la mitad de la frecuencia de barrido (30 cuadros por segundo).

Información de Luminancia

La información de la variación de la intensidad luminosa de la imagen producida por una cámara de televisión es llamada información de luminancia. La información de luminancia se transmite al receptor de TV reproduciéndose en pantalla. La pantalla observada es barrida de forma exactamente igual a como se explora en la cámara cada línea. E s importante que la sincronía de la señal desplegada coincida con la sincronía de la cámara, ya que de no ser así se provocará que la parte baja de la imagen aparezca amba.

La señal de luminancia estará formada por la información generada por los circuitos encargados de hacer el barrido de la imagen en la cámara.

La luminancia forma parte de la señal de video más una serie de pulsos que sirven para sincronizar la operación del barrido de pantalla, además de aquellos que han de servir para apagar el haz de electrones que barre la pantalla, este pulso recibe el nombre de blanking pulse. Nótese que el pulso de sincronía (retorno de haz) se da durante el tiempo en que el haz está apagado (pulso de blanking).

portadora de video

\ / portadora de

banda superior audio

-

4.2MHz A.B.nominal

-1.25Mhz O 4.5Mhz

pulso de sicronía 5.1 us

información de luminancia

n

burst 2.67 us

10.2 us

4

-

+

Fig. 1 . l a Espectro de una señal de n/ fig. 1.1 b Señal de video compuesto NTSC

lnformacidn de Color (crominancia)

En la discusión previa asumimos que las imágenes escaneadas eran monocromáticas, sin embargo, la mayor parte da las imágenes en el mundo real son a color, por lo que es deseable poder reproducirlas a colores. La reproducción de video en color hace uso de la teoría tri-estímulo (tri-stimulus theory), la cual establece que cualquier color puede ser reproducido por una mezcla apropiada de tres colores primarios. Esto se logra de dos formas: empleando el método sustractivo o el aditivo. El sustractivo hace uso de

los

primarios rojo, azul y amarillo, sobre una superficie blanca, mientras que el aditivo emplea

El método aditivo es el aplicado para reproducir video a color, aquí si se mezclan iguales proporciones de los tres colores básicos (R,

G

Mezclado de Colores Aditivo Mezclado de Colores Sustractivo

u

fig. 1.2 Mezclado de colores por el método aditivo y sustractivo

E n una cámara de video se tienen dispuestos tres sensores para cada uno de los colores

básicos captados desde la lente de dicha cámara y previamente separados. Los sensores

convierten la información analógica, los colores, en las señales eléctricas correspondientes. Estas señales se puede amplificar y reproducir en un monitor (RGB), que consta de un tubo de rayos catódicos y una pantalla recubierta de fósforo fluorescente. Los colores de la

imagen se forman mezclando las señales provenientes de las tres fuentes de color, a través del haz de electrones que recorre la pantalla, como ya se explicó.

A la combinación de estas tres señales de video provenientes de una cámara se le da el nombre de SEÑAL DE VIDEO COMPUESTO RGB. Esta señal incluye la información de

luminancia y crominancia (color), y se puede manipular para otros fines, que no sean la reproducción de imágenes en pantalla; por ejemplo la grabación en cinta magnética o la modulación para ser transmitida por un canal de n/.

Todos los sistemas de video convencional (cámaras portátiles, videocaseteras, jugos de video, etc.) manejan la señal de video compuesto, haciendo posible su compatibilidad total.

El formato de una señal de video compuesto NTSC fue establecido con el fin de hacer

compatible con los sistemas monocromáticos (blanco y negro) anteriores con los sistemas a color, de esta forma la señal de luminancia es reconocida por estos sistemas, sin decodificarse la parte de la crominancia.

El Medio de Grabaci6n

Las características físicas y magnéticas de las cintas de computadora son similares a las características de las cintas utilizadas en video e instrumentación, El Único requerimiento de

El contenedor de la cinta ha evolucionado también, hoy en día no es común ver carretes abiertos, estos se han sustituido por cartuchos cerrados y posteriormente por cassettes, estos últimos han predominado tanto en aplicaciones de computadoras, audio, video e instrumentación.

Cuando se lee la cinta, entre la cabeza lectora y la cinta, existe una película diminuta de aire (0.2um), esto disminuye el desgaste de la cabeza y de la cinta, pero es una limitante en altas densidades de almacenamiento. Además la cinta tiene pequeñas imperfecciones que aumentan el tamaño de la película de aire, esto genera una señal (droputs) que es la principal causa de los errores de datos que se dan en las cintas. Otras causas de error son dadas por las partículas que se adhieren a la cinta, las condiciones de humedad que generan alargamientos o contracciones de la cinta, la fricción que se genera al avanzar la cinta. El objetivo de los nuevos dispositivos es minimizar estas condiciones proporcionando mejores cintas y mejores sistemas de transporte, que implica un mejor embobinado, guiar exactamente la cinta sobre

los

Formato de la Cinta

La información que viene por lo general de una computadora es grabada como una serie de bits (datos binarios), estos están organizados en bytes, los cuales representan números, caracteres, etc.. Para control se introducen bits (o bytes) que representan un encabezado, códigos para controlar errores, sincronización, identificación entre otras cosas. Los bits son concatenados en un flujo serial y son enviados a un track de la cinta (tape track). La información binaria de entrada es modificada por un modulador, el cual los prepara para enviarlos a la cabeza grabadora y esta a su vez a la cinta magnética. La velocidad de codificación del modulador es llamada Relación de Modulación (Modulation Rate Rm), que es la razón de bits que entran al modulador entre los que salen del mismo.

Los

Los

En las cintas no sólo se almacena la información en una sola vía, si no que se utilizan vanas vías llamadas tracks, estos permiten el almacenamiento paralelo de información. Existen algunas ventajas y desventajas en sistemas de tracks múltiples. La tendencia en algunos sistemas es utilizar un sólo track, debido al desarrollo de cabezas rotatorias.

Existen diferentes parámetros para medir la densidad de la información que se almacena en una cinta. Definiremos algunos de ellos:

Densidad del Track. E s el número de datos y de tracks redundantes por unidad de distancia

medida a través del ancho de la cinta.

Densidad de Grabado. Es el máximo número del cambio de flujo modulado que puede ser

contenido en una unidad de la longitud del track.

Densidad Lineal. Es el máximo número de bits de datos por unidad de longitud de track. Raz6n de Grabado. Es la razón de los bits de información entre el cambio de flujo.

Densidad de Modulaci6n. Es el número de binits por unidad de longitud de track, estos

determinan la velocidad de lectura del reloj del sistema.

sistema de este tipo. Todos los bits redundantes son ignorados en esta medida.

Densidad de área. E s el máximo número de bits por unidad de área.

Canal Analdgico

Las cabezas de lectura y escritura, junto con la cinta forman el canal analógico. Para analizar el canal analógico, y los requerimientos para el diseño en el procesamiento de las señales, es de gran ayuda considerarlos como una caja negra con características lineales. Esto no es aplicable a cualquier canal analógico, y sólo es válido para señales binarias.

Otro requerimiento es el principio de superposición (Lathi 1965). En la mayoría de los periféricos de cinta, la cabeza es estacionaria y la cinta es la que se mueve. En otros la cabeza también se mueve y se realiza un grabado transversal de la información, el movimiento de la cabeza es rotacional por lo que se acopla la lectura y escritura al movimiento circular de la cabeza.

Además las cabezas de lectura y escritura son separadas, permitiendo una verificación de los datos después de ser escritos.

Procesamiento de la Seiial

El sistema de grabación en cinta guarda los datos y permite posteriormente su recuperación precisa posterior. La integridad de los datos es el principal requerimiento en cualquier sistema. El canal analógico escribe datos en la cinta y lee de regreso (de la cinta) una señal atenuada. Para obtener mejores resultados en este proceso, es necesario modificar la señal antes de que esta sea escrita y después leída. Todos los circuitos que realizan esta operación junto con el canal analóaico forman el canal de codificación (modulación). La parte del canal de codificación que define las características de la señal analógica es el canal de ecualización.

La complejidad del procesamiento de señal requerida depende de la función de transferencia del canal analógico, de la densidad lineal y de la integridad de datos deseada. Si la densidad es baja, es poco el procesamiento de la señal, y un canal de codificación relativamente barato puede ser la solución. Cuando la densidad del canal se incrementa, se incrementa la complejidad del sistema y por ende se incrementa el

costo

El canal de codificación no opera libre de errores, pero se diseña de tal manera que se reduzca la frecuencia y duración de errores en los datos.

Los canales de codificación son comparados en términos de velocidad de datos, costo y exactitud. La exactitud es algunas veces ambigua y es descrita en términos de errores temporales o permanentes, errores aleatorios o de ráfagas y errores de escritura o ledura,

La probabilidad de error señala errores aleatorios estadísticamente predecibles, como el ruido, y pueden ser analíticamente determinados. La mayoría de los errores aleatorios envuelven a uno o dos binits, en donde una transición tiene un corrimiento en las celdas adyacentes. E l código utilizado puede causar que este tipo de errores se propaguen en múltiples bits.

E n la mayoría de los sistemas de cinta, los errores aleatorios son ocultados por los errores debidos a la fuga (dropouts) de la señal. La disponibilidad de datos es el número promedio de

los

disponibilidad de datos.

O 5 10 15 2 0

Fig. 1.3 Probabilidad de error como función de la señal ruido.

Limitaciones

El costo es la mayor limitación en sistemas de cinta pequeños, y el procesamiento más simple es el utilizado. Los productos de alto desempeño exigen la más alta densidad de datos que permita el canal analógico, teniendo altas velocidades de transporte y alta capacidad de almacenamiento.

El límite de la densidad de datos está limitado por la disponibilidad, el costo del equipo y la velocidad de operación. La cantidad de errores corregibles tiene limitaciones prácticas en equipo y en tiempo para completar una corrección.

Aproximadamente la fracción de error es uno por cada 10 bits para sistemas de alto desempeño.

La razón de disponibilidad de datos en un canal de codificación de alta densidad es limitada por la pérdida (dropouts), el ruido, la interferencia y la distorsión.

El principal factor que limita la disponibilidad es la calidad de la unta. Sabemos que el ruido es un factor muy importante presente en todos sistemas de comunicación.

E s importante medir el ancho de banda del ruido en presencia de una señal (grabada). Sin señal el ruido base es más alto para una cinta grabada que para una cinta sin grabar.

potencia normalizada

0.5 1

2

frecuencia [hz]l velocidad en bits

fig.l.4 Potencia de la densidad espectral para una señal aleatoria NRZ.

La Modulaci6n

La modulación es la modificación hecha a la señal (datos) para facilitar su paso a través del canal analógico. Una secuencia aleatoria de datos tiene una densidad espectral de potencia determinada. Esta densidad tiene su máximo valor a la frecuencia cero (dc) la cual n puede ser directamente transmitida. La modulación permite la reducción de componentes de baja frecuencia y libera a la señal de los componentes de dc.

Además, la modulación simplifica la extracción de la información del reloj del sistema.

Pueden ser empleadas técnicas de modulación analógica o digital en banda base, pero esta última es la más comúnmente utilizada por los sistemas de cinta. Además, existen técnicas de modulación multinivel y binarias, siendo estas últimas más comunes.

Un canal analógico con una relación señal-ruido muy grande, pero con ancho de banda angosto puede mejorarse con una codificación multinivel, que es difícil de lograr debido a la magnetización residual de grabaciones anteriores.

Si suponemos una sene de datos aleatorios de longitud Ti, y si la polaridad de la señal se invierte por cada bit, la entrada será un conjunto de pulsos rectangulares, con una frecuencia fundamental de fi=l/2Ti Hz. Si esta frecuencia es grabada en la unta, produce una mínima longitud de onda fundamental de:

hmin =

v es la velocidad de la cinta. Ti es el periodo de la señal.

Si la parte principal del espectro abarca hasta fc, esto permite garantizar poca interferencia entre símbolos para asegurar la recuperación síncrona (con reloj) de los datos. Así la mínima duración de un pulso, determina la longitud de la onda grabada para la señal codificada.

El modulador usualmente convierte m bits de datos en una palabra de código con n bits codificados (llamados binits). E n la mayoría de los casos, m n, y así una frecuencia de reloj alta es requerida. Obsérvese que cualquier error en un binit puede causar que algunos o todos los m bits de datos, dentro de ese código, puedan ser erróneos. Virtualmente todos los dispositivos modernos de cinta utilizan una codificación RLL (run-lenght-limited), comúnmente llamado grabado en códigos grupo. También utilizan codificación NRZl, codificación en fase (PE), G C R (grougcoded-recording), codificación Miller (MFM), dc ternario libre, etc.

Hay importantes características que deben ser consideradas en la selección de un código para un canal de codificación (modulación). La razón de codificación Rm, es un factor importante en la determinación de la frecuencia de reloj, el ancho de banda requerido y la eficiencia espectral. Además el ancho de banda es un compromiso entre la interferencia, la relación señal-ruido y el

costo

La Ecualizacih

La ecualización implica la suma de filtros lineales para modificar la función de transferencia del canal, esto proporciona más confiabilidad en la detección de datos por la compensación de algunas deficiencias del canal. La mayoría de la interferencia entre símbolos es causada por el ancho de banda del canal analógico y el roll-off de la amplitud con alta densidad.

El filtro ecualizador está por lo general en el proceso de lectura de la señal, pero en algunos casos puede estar en la escritura. La interferencia entre símbolos es minimizada con la mayoría de estos filtros.

El diseño del canal con estas características es un intento por minimizar la degradación debido al ruido y la distorsión con un

costo

Hay 4 principales clases de ecualizadores que pueden ser utilizados en la modulación del canal: adelgazando los pulsos, restaurando la onda, derivados, y de respuesta parcial. El filtro a utilizar depende de la cantidad de interferencia entre símbolos que se desee compensar, el código de la modulación, la técnica de recuperación de datos utilizada, la relación señala ruido y la forma del espectro del ruido.

Existen varios tipos de filtros de adelgazamiento de pulso (Sierra 1963, Jacovy 1968, Schneider 1975, Barbosa 1981 etc.). Estos filtros son obtenidos a través de la suma o resta de una compensación de la señal derivada. Un ejemplo es usar la primera y segunda derivada de la señal para realizar el fittro.

La restauración de la forma de onda produce una señal en el detector de datos, la cual es una secuencia binaria, reensamblando la forma de onda de la entrada. Las esquinas de los

El ecualizador de restauración de forma de onda más empleado es el raised-cousine. Este tipo de función de transferencia es aproximadamente realizable y la respuesta está dada sobre el ancho de banda mínimo del filtro.

La restauración de la onda no siempre checa con la función de transferencia debido a cierta discrepancia que existe a baja frecuencia. El ecualizador derivativo reduce los requerimientos de baja frecuencia del canal y tiene como función producir una señal que sea derivada de la de entrada. La función de transferencia de un filtro derivativo no requiere una respuesta de dc y requiere muy poca respuesta a baja frecuencia, son además poco susceptibles al ruido en dichas frecuencias. Además son poco susceptibles al borrado pobre, a la sobreescritura, a la sensibilidad de la cabeza lectora o a la sensibilidad térmica magnético-resistiva de la cabeza.

Los ecualizadores de restauración de onda y derivativo, eliminan la interferencia entre símbolos leyendo la señal en momentos críticos. De estos filtros, un reloj libre de interferencias puede ser extraído y por lo tanto, no habrá distorsión en los datos. Este desempeño es obtenido a expensas del ancho de banda.

Un filtro de respuesta parcial, permite tener un control adicional en la interferencia entre símbolos. La ventaja es una reducción en el ancho de la banda, la desventaja es que incrementa la complejidad de circuito y tiene más sensibilidad a perturbaciones de la señal.

El filtro más popular es el llamado doubinario y forma la clase 1 de respuesta parcial, existe otro tipo de clase llamada doubinario modificado de clase ?V. Las características de un canal de respuesta parcial pueden ser descritas en términos de filtros lineales digitales compuestos de operadores de retardo F(D). Kabal y Pasupathy definen 9 filtros diferentes de

respuesta parcial en términos de sistemas polinomiales F(D), función de transferencia H(w),

respuesta al impulso h(t), y el número de niveles de señal de salida.

Ningún producto comercial emplea las técnicas anteriormente descritas. Los filtros de respuesta parcial son una técnica efectiva de la compresión del ancho de banda, pero tiene algunos inconvenientes:

1.-

2.-

3.-

La exactitud del reloj no puede ser fácilmente recuperada de la señal, y la detección múltiple de niveles reduce la disponibilidad de datos, aún si existe exactitud en el reloj.

El mejor desempeño es obtenido por el uso del detector de probabilidad máxima, que es muy caro para la mayoría de las aplicaciones.

El ancho de banda angosto causa considerable sensibilidad a las variaciones del canal, como la velocidad y la fuga (dropouts).

Estas técnicas doubinarias son utilizadas en las comunicaciones, pero aún no son aceptadas en el grabado de cintas.

Recuperacidn de los Datos

1 .- La frecuencia del reloj y la fase deben ser recuperadas de la señal grabada.

2.- La señal analógica ecualizada debe convertirse de regreso a la señal original (codificada).

Hay cuatro tipos de detección de datos utilizados en estos sistemas de cinta: muestreo, cruce por cero, de pico y de detección por integración. La detección de muestras requiere un reloj para identificar el tiempo de muestra. Un canal de restauración de onda apropiado produce un cruce por cero exacto para la sincronización del reloj. La detección de tipo muestra es empleada para canales de respuesta parcial, pero la exactitud y la recuperación del reloj suele ser difícil, particularmente en presencia de una señal deteriorada.

Corrección de Errores, Detección y Recuperación

Los sistemas de cinta de mediano y alto desempeño, incluyen alguna forma de detección y corrección de errores, estos son realizados en línea sobre el proceso. Las técnicas de corrección son variadas, en un sistema de alto desempeño se puede proporcionar una confiabilidad en los datos de entre cuatro y siete órdenes de magnitud.

Grabación de Video

embargo conviene resumir sus principales características: Se ha hablado anteriormente del sistema de televisión NTSC. utilizado en América, sin

1

.-

2.- El número de líneas horizontales que forman un cuadro es de 525.

3.- La relación entre

lo

4.- La subportadora de la señal de crominancia es de 3.579545 MHz.

5.-

n/ correspondiente.

6.- El ancho de banda de las señales de crominancia (I y Q) es de 1.5 MHz: y 0.5 MHZ.

7.- El sistema de color esta modulado en AM. por las dos señales (I y Q) que se encuentran

en cuadratura con una diferencia de fase de 90 grados.

8.- La señal de referencia (burst) es colocada para la sincronía.

Principios de la Grabación en Video

Uno de los requisitos para poder grabar señales de video es poder grabar altas frecuencias y mantener

la

El ancho de banda de las señales de luminancia y crominancia es reducido con un método llamado (color-under), en virtud de que el ancho de banda de la cinta es menor. Las señales son multiplexadas en frecuencia, la de luminancia es modulada en FM. y su portadora se encuentra entre 3.4 y 5.4 MHz. La señal de crominancia es colocada entre los

630

KHz. El audio también es colocado entre la señal de luminancia y crominancia.

Las cabezas de video tienen características muy particulares. La mínima longitud de onda que se puede grabar depende de la longitud de la cabeza y las partículas magnéticas que cubren la cinta. Los criierios para desarrollar las cabezas de video son:

1 .- Propiedades físicas durables (baja porosidad, resistencia a la tensión y uso).

2.-

3.- Coeficientes magnetostáticos bajos, para mantener el ruido magnetostático tan bajo como sea posible.

4.- Un costo razonable.

También existen criterios para la producción de cintas magnéticas, entre otros podemos citar.

1 .- Uniformidad en la superficie de la cinta, que permite grabar longitudes de onda muy cortas, para ser

reproducida con una alta relación señal-ruido.

2.-

3.- Dureza en la superficie de la cinta (resistente a ralladuras),

4.- Alta coersitividad Hc y una alta inducción Bm.

5.- Un espesor de cinta que permita un mayor tiempo de grabado.

Antecedentes

Anteriormente vimos que en la señal de video compuesto, la información de crominancia y de luminancia se almacena en los tramos de señal delimitados por pulsos de sincronía horizontal. Nuestra propuesta es cambiar la información de crominancia y luminancia por información digital modulada en F S K (Frecuency Shift Key) con una densidad de un bit por

símbolo (ver fig. 2.1).

Pulsos de

sincronia

dar lugar

a

nuestra info

A

cada

bit

le

corresponde

un

nivel

de voltaje

o

logic0

I

Fig. 2.1

digital

b) Densidad de bits por símbolos

Una vez mezclada la información digital con formato de video, el siguiente paso es la recuperación de la información digital solamente. Para poder entender el método utilizado en la recuperación hay que mencionar algo, a decir verdad si fuéramos estrictos diríamos que a la información digital le vamos a agregar el formato de video y no que al formato de video le vamos a agregar la información digital; esto es porque en un lapso de tiempo existirá mucha más información digital que en el formato de video. Por lo anterior pensamos que una manera de recuperar la información digital original seria eliminando el formato de video y en su lugar, tratar de interpolar la información digital faltante. Claro que en algunas ocasiones no se podrá interpolar correctamente, por lo que se dará lugar a errores, pero estos errores se podrán tratar con algún algoritmo de detección y corrección de errores.

Analisis del Sistema Propuesto

El sistema de respaldo lo componen 2 circuitos; uno para codificar la información enviada a la videocasetera y otro circuito para la decodificación de información (la información fluye de la videocasetera hacia la PC).

El circuito de codificacidn de la seiial).

Veamos primero el codificador (El diagrama se encuentra en el apéndice A-1). En el diagrama del codificador podemos encontrar en su parte inferior izquierda, un diagrama a bloques.

Etapa CPU

Esta etapa representa a la computadora, quien es la que genera la información a almacenar y la envía por medio del protocolo de transmisión de datos RS232. Dichos datos se representan en el diagrama a bloques por medio del flujo 232 INFO.

Etapa RS232->TTL

En el diagrama a bloques observamos que el flujo denominado 232 INFO representa la

información en formato RS-232 proveniente del puerto serie de la computadora, dicha información tiene los siguientes niveles lógicos; 1=-12V y 0=12V. Como vemos los niveles lógicos son totalmente incompatibles con los niveles lógicos TTL cuyos valores lógicos son; 1=5V y O=OV. Los niveles lógicos l T L se hacen necesarios porque la etapa FSK

MODULATOR los necesita para su correcto funcionamiento, por lo que la etapa RS232-

>TTL convierte los niveles lógicos RS232 a niveles lógicos TTL por medio de un driver

MC1489. Una vez convertidos los niveles lógicos a TTL sale el flujo l T L INFO de la etapa

RS232->TTL.

Etapa FSK MODULATOR

El flujo TTL INFO se le administra al modulo FSK MODULATOR el cual es un modulador fsk (modulador en frecuencia) que se implemento por medio del circuito XR-2206 de acuerdo a su nota de aplicación (la cual se anexa en el apéndice A3)

.

datos digitales modulada en fsk.

Etapa FSK ADJ

El flujo FSK es alimentado a la etapa FSK ADJ, la cual se encarga de acondicionar la

señal FSK tanto en amplitud como en su componente de DC (offset); esto se hace necesario

1Vpp y contener aproximadamente 500mV de offset. Lo anterior se logra por medio de un amplificador operacional 741, que se ha configurado como amplificador-sumador con

lo

logra su cometido de poder amplificar, y sumar una componente de DC. La señal acondicionada es el flujo FSK ADJ (fsk adjusted).

Etapa n/ SIGNAL GENERATOR

Una señal de Video compuesto se hace necesaria, ya que de alguna manera debemos conocer la temporización de los diferentes pulsos (los de sincronía horizontal, los de vertical,

los

La implementación practica de esta etapa, fue por medio de una sección de circuito de un vídeojuego, (NINTENDO) el cual generaba una pantalla color blanco, con lo cual contamos con una señal patrón de n/ de buena calidad. La señal de n/ anterior la designamos con el flujo T S que sale de la etapa n/ SIGNAL GENERATOR.

Etapa SYNC DETECT

El flujo TS que contiene la señal de n/ patrón, alimenta a la etapa SYNC DETECT, la cual detectara cuando se este dando un pulso de sincronía horizontal. Esta etapa se implemento por medio del circuito LM1881 de acuerdo como lo indican las notas de aplicación anexas en el apéndice Ill. E l circuito LM1881 nos indica cuando se da un pulso de sincronía horizontal

por medio del flujo B/BP-O. El flujo B/BP-O es importante ya que es el que comandara la multiplexión entre nuestra información digital y el resto del formato de video en la etapa MUX.

Etapa MUX

Una vez que se tiene la señal de video

VS),

Io anterior se ha obtenido una señal de video a la cual se le ha añadido nuestra información

digital, la cual ocupara el lugar que antes tenia la crominancia y luminancia. El flujo C V INFO que sale de la etapa MUX representa la señal de video con información digital.

Etapa VCR

videograbadora representada por el bloque VCR del diagrama. C V INFO esta lista para ser grabada en la cinta magnética, dicho proceso se hará en la

El circuito de decodificacidn

En segundo lugar veamos el circuito de decodificación (El diagrama se encuentra en el apéndice A-2). E n el diagrama del circuito de recuperación podemos encontrar en su parte inferior la parte a bloques de lo que es el circuito.

Etapa VCR

El bloque VCR es la videocasetera, la cual nos proporcionara al accionarla toda la información que previamente hallamos grabado por medio del circuito de grabación. La señal proveniente de el bloque VCR será una señal de video, la cual contendrá en la zona de las

Etapa FSK ADJ

La etapa FSK ADJ ajustara la señal VCR INFO tanto en amplitud, como en offset. Su cometido lo lograra por medio de un amplificador operacional que al mismo tiempo amplifique y sume una componente de DC que se obtiene de un divisor de voltaje como se puede observar en el bloque FSK ADJ. La señal ajustada sale del bloque y la representamos por medio del bloque FDK ADJ.

Etapa SYNC PULSE DETECTOR.

Esta etapa fue implementada por medio de un amplificador operacional en su configuración de comparador. Dicho bloque tiene la finalidad de detectar cuando se este sucediendo un pulso de sincronía horizontal, (el flujo denominado control es la bandera que indica cuando esta pasando un pulso de sincronía horizontal) para poderlo eliminar y no nos cause un mal funcionamiento en el bloque que se encarga de demodular la señal.

Etapa MUX.

Esta etapa es la encargada de eliminar los pulsos de sincronía horizontal y de interpolar la señal en esas zonas, dicha acción se realiza con la información que nos proporcionan los flujos FSK ADJ (que es la señal ajustada óptimamente) y CONTROL (que es la bandera que nos indica que se esta sucediendo un pulso de sincronía). Cuando la bandera CONTROL se pone a 1 le indica a un multiplexor que no deje pasar el pulso de sincronía y si en cambio deje pasar una señal que tratara de ser la información de interpolación. De lo anterior se obtiene una señal que es el flujo F S K que ya no contendrá pulsos de sincronía horizontal con lo cual esta lista para pasar al proceso de demodulación, el cual es etiquetado con el nombre de FSK DEMODULATOR.

Etapa FSK DEMODULATOR.

En esta etapa del proceso se demodula la señal proveniente del flujo FSK, hay que hacer notar que dicha señal ha sido acondicionada en el modulo anterior para poder realizar la demodulación F S K dicha demodulación se realiza por el integrado de b a r XR-2211 (cuyas hojas de aplicación se encuentran en el apéndice A4). La información demodulada es el flujo denominado INFO que lleva la información con formato 1 lógico = 1OV y O lógico = OV.

Etapa 232

Dicha etapa se encarga de cambiar el flujo INFO a un formato que pueda ser entendido por el puerto serie de la PC, el cual es el formato RS-232 que utiliza voltajes de +

-

con lo cual nuestra señal quedara correctamente formateada. La señal lista para ingresar a la PC constituye el flujo PC OUT.

Etapa RS232.

La etapa denominada RS232 es simplemente el puerto serie de nuestra PC por donde la información proveniente de la videocasetera se ingresara a la computadora.

Una vez en la computadora la información será manipulada por ésta, para reconstruir los diferentes archivos almacenados en la cinta magnética.

CAPITULO

3

DETALLES DE DISEÑO Y ARMADO

En este capítulo discutiremos algunos problemas de diseño y armado.

La etapa del modulador de FSK (XR-2206) se configuró para trabajar a una velocidad de

transmisión de 9600 baudios, con una frecuencia alta de 18 khz para nivel lógico alto y 10 khz para el nivel lógico bajo. A pesar de que el circuito modulador podría trabajar a una

relación de transmisión mayor,

no

DF => 0.83 Rel. en baudios

Con DF= fh

-

Donde: fh = frecuencia alta, fl = frecuencia baja,

DF = diferencia de frecuencias.

En este caso la frecuencia alta queda por arriba de la frecuencia de sincronía horizontal (barrido de línea) 15.7728 khz, y debe tomarse en cuenta para la recuperación de la información.

Los ajustes de nivel e inserción de la sincronía se llevaron a cabo como ya se explicó en el capítulo 2, de acuerdo con lo expresado en diagrama esquemático.

Los niveles de la señal de entrada se ajustaron a manera de tener 1 Vpp (señal senoidal) y 0.2 volts de offset, estos niveles permiten la adecuada grabación de la información en la cinta, ya que no deben ser cercanos o mayores a los pulsos de sincronía.

Etapa de Demoduiación

En la etapa de la recuperación de los datos el bloque FSK ADJUST se encarga de hacer

un nuevo ajuste de offset (0.2 v), para ser insertado en lugar del pulso de sincronía, la amplitud también se ajusta a 1 Vpp antes de pasar al multiplexor. Ver figura 3-1.

Cabe hacer notar que los ajustes de nivel de DC en la señal VCR INFO son críticos y

deben hacerse de acuerdo con los ajustes de la etapa FSK ADJUST previa al demodulador

en el proceso de recuperación.

El demodulador de FSK (XR-2211) se armó de acuerdo con el diseño del modulador, en

este caso para trabajar a 9600 baudios.

CONCLUSIONES

E n este proyecto se llevó a cabo la recuperación exitosa de información en un gran porcentaje. Sin embargo se generaron algunos errores debidos a la inserción de los pulsos de sincronía horizontal, vertical y de ecualización, sobre todo durante la etapa de recuperación. Así, para hacer operable este sistema, deberá escogerse un algoritmo adecuado de búsqueda y corrección de errores como pueden ser: código Hamming, códigos de redundancia cíclica, Reed Salomon, etc.

E s importante hacer notar que las videograbadoras en formato BETA resultaron inadecuadas para el sistema propuesto, en virtud de que estas no pueden trabajar adecuadamente en ausencia de los pulsos de sincronía vertical y de ecualización. Sobre todo cuando se lleva a cabo la conversión interna de la señal de 6 mhz a 4 mhz para el grabado.

E n el sistema propuesto nos abocamos a insertar señal INFO aún en aquellos momentos

en que se producen

los

pulsos es muy grande en relación con los de horizontal, y no debemos dejar estos tiempos sin enviar información, ya que no se podría recuperar satisfactoriamente.

Lo expuesto anteriormente no afecta en los sistemas de formato VHS, que son transparentes ya que generan su propia sincronía interna durante la reproducción de la cinta.

La transferencia de la información llevada a cabo fue por bloques, y no por lotes. Esto es atractivo si deseamos emplear este sistema como medio de respaldo masivo (respaldo de disco duro, etc.). Sin embargo, si lo que queremos es transferir información por lotes (directorios o archivos). Resulta necesario trabajar sobre otro módulo que nos permita hacer una búsqueda secuencia1 dentro de la cinta. Si este es el caso, la velocidad de acceso es claramente una gran desventaja. Por

lo

Lo anterior determinará la conveniencia de integrar la VCR a nuestro grupo de periféricos en la PC.

Transmision paralela a 8 Bits

Resulta atractivo pensar que el proyecto aquí presentado se pudiera desarrollar para llevar a cabo transmisión en paralelo. Para ello en principio debemos considerar que requerimos de ocho sistemas modulador-demodulador como el aquí propuesto, donde los ocho canales llevarán una sincronía común. El problema principal a resolver en este caso será la selección adecuada de frecuencias, de tal forma que todas las señales coexistiendo en tiempo, pero separadas en frecuencia, puedan ser recuperadas independientemente. Así, en la cinta de video tendremos todas las señales moduladas en FSK a diferentes frecuencias. En la recuperación deberemos tener por tanto ocho filtros cuyo orden será determinado por la separación y ancho de banda de las señales almacenadas. Una vez filtradas, podremos demodular, no sin antes ajustar los niveles de offset y sincronía como se realizó. Esto puede ser posible empleando filtros.

+"

Ancho de

la palabra

-

BIBLIOGRAFíA

Noll Michael, TELRllSlON TECHNOLOGY: Fundamentals and Future Prospects, Artech

House Inc., 1988.

Shildt Herbert, Turbo c/c++ Manual Reference, Mc Graw Hill, 1994.

Strauss Egon, VIDEOGRABADORES: Teoria y practica, Editorial saber, 1992.

Driscoll Frederick F., Amplificadores Operacionales y circuitos Integrados Lineales,

Prentice Hall, 1991.

Minasi Mark, Guia completa de Mantenimiento y actualizacion de la PC, Ventura

ediciones, 1994.

Motorola, Master Selection Guide, 1994.

SOFTWARE

UTILIZADO

Compilador C++ versión

3.1

OrCAD versión

4.0

Proarama para escribir

y

leer del puerto serie

v o i d m a i n ( v o i d ;

! l u n s i j n e d c h a r t e c l a , d a t o ;

i n t o u t , s t a t u s , CHECA = FALSE;

bioscom(0, PRESET, PORT);

s i r s c r i 1 ;

w h i l e (!CHECA) !

p r l r - .c f i I 7 . . . ? a r a t e r m i n a r l a t r a n s m i s i o n p u l s e [ E X ]

. . .

/ * LEE CARACTER * /

s t a t u s = bioscom(3,PRESET, PORT);

i f ( s t a t u s 6 DATA-READY) I

d a t o = ' ';

d a t o = i n p o r t iOx3FB);

p u t c h idato I ;

if (dato==OxOd)

^i

putch(Ox0A);

) / * * ~ * c * * * * * c * * t /

/ * ESCRIBE CARACTER * /

if ibioskey ( 1 ) ) [ t e c l a = bioskey io);

i f ( t e c l a == '\xlE') CHECA = TRUE;

o u t p o r t (Ox3F8, tecla ) ;

} / * * * * * * * * * * * + * * /

27

...

: u :

: a ;

...

... *

...

,_____

...

,

$ 1 1

...

I a :

! Ja : : a a :

! o :

! t :

; z w :

! u z : : > w w :

O

... L

: tUlu j

a

O

F

a

A

3

O

n

W

n

t I :

,... I _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ,

' X

O

... O

snoiithie

Fbnction

Generator

FEATURES

Lau. S : n r r . s v e Dls:srtic;; I T H D .SS)

-

Excellent SISD&:Y (20 pprnl'c, t y F ) W:de Sweep R 3 c f e (ZCOO: 1 , typ)

Low Sup?ly Srzsitivity (G.O15/V, t y p )

h e a r ArnF:i!ude Modulaticn

Adj,.Wat;e D::).-Cycle (1% to 99%)

7;rL Compatib!: FSK Contrcls

.

APPLICATIONS

Waveform Gemration

Sweep Generation

AM/FM Generation

FSK and PSK Generation Voltage-to-Frequency Conversion Tone Generation

Phase-Locked Loops

1n::ns;::ve !3 s:g:al sweep

Sine, Square, Triangle, Ramp

r

',

XR-2206M Ccraxic -55°C t o +1 2S°C

XR-2206N Ceramic 0°C to +7S0C

XR-2206P Plastic

ooc

XR-2206CN Ceramic 0°C to +75;c

XR-2206CP Plastic oo2 io +75

c

'C)UIVALEhT

SCHEMATIC

1

FUNCTIONAL BLOCK

DIAGRAhi

CilARACTERlSTlCS

MIN.

I

P

P

-

-

*so

o. 1

MIN. T Y P .

10

t 5

14

0 . 5 1

0.0 1

2 2 * 2 0 0.0 I

2000: 1

2 8

o.

1.00 1 I

.T

-4800

2.5

O. 5

50 100

1 O 0

55

2

12

250 50

o.

o.

'I

S u p ~ l y Voltage

Slnglc S u p p l y 10

SPllt Supply 2 5

Supply Current

Oscllhtor Section

hídx. Operating Frequency O. S

Lowest Practrcal Frequency

Frequency Accuracy Temperature Stability Supply Sensitivity

26

513

20

V

V

mA R I

2

Kn

I

12

1

0.0 I

* 1

510

0.0 1

~~ ~

MHz

HZ

p p n :

c

7.jV

'k ,:fo

I I

Sweep Range 1000: 1 2000: I

I

I1

o i

I I

Speep Linexity

IO. 1 Sweep

1030: 1 Sweep

FM Dir.tortion

Recommended Tirnlpg Components Timing Capacitor: C

Timing Resistors: R l 61 R Z

Tr;zcg!e,'Sinew3ve 0:tr;xt

TrisnJr Anl;l:tudz

S i n e w s e An:plitu;te

Fiax. O u t p u t Swing

Out2ut 1 r ; e d m c e Triangle Lsncarity

Amp!i:vdz Stability

Sinewave Amplitud: Sta!Aiir{

Sinewsve Distortion

Without Adjustment

With Adjustment

Amplitude Modulation Input ImFedance Modulation Range Camer Suppression Lineaety

Amplitude

Rise Time

Fall Time

Saturation Voltane

Square Wave Output

fL = 1 k H z , flr = I O k H z

f L = 100 Hz, f H = 100 k H z

L 10% Dcviation

I

-

1 O0 1000

-

80

-

1

.o

-

I

20co

I

I

See Ncte I , r i g . 3 €:p. 2 S 1 O p e n

Fig. 2 S 1 Closed 160

40 60

6

600

1

O. 5

-4800

2.5

O. 4

I' 50 100

3 1 O0

SS 2

'.

For 1OOO:l Sweep See Note 2

R1 = 30 KiR 9 See Figure I 1 1.5 5 See Figure 12

KS2

5%

d B

k F o r 95% modulation

Measured at

Pin

VPP

llyc C ~ = 1 0 p F

nsec CL = 10 p F 0.6

1 O0

v

PA V11= 26V

2.4 V See Section on Circuit Controls 3.5 V Measured at Pin 10.

-

250

SO

o.

2.4

-

leakane Current-

I

I

FSK ~ Kevinn ~- Leve! (Pin 9) I 0.8 I 1.4 I

Reference Bypass Voltage

I ~ " - - . - - - ~ - * -~

I

1

G-E3CKPTI.;)N

OF

CIRCUIT

CONTROLS

FX.LQLX~'LT

OF

T h e frcqueng. of osdlation, fo, is Ceterdned by the external

timing capacitor C acrcss pins 5 and 6, and by the timing resis-

tor R conoected t o either pin 7 or pin 8. T h e frequency is

given as

S I

t

fo '.'Hz

RC

a d can bc adjuted by varying either R or C. T h e ncom-

mended vdfcea of

R

4

KR

<

R

<

KR.

1000 pF to 1 0 0 pF.

FREQUENcT SWEEP AlyD MODULATlON

Frequency of o s d a t i o n is porportional to the total timing c m n t IT drawn from pin 7 or 8

3 2 0 1 ~ (mA)

C

01F)

f =

Hz

Timing tcrmharlr ( p h 7 or 8) are low impedance points and

are internally biased at +3V, with respect to pia 12. Frequency

varies h e a r l y with IT over a wide range of current values, from 1 pA to 3 m h . The frequency can be controlled by applying a

ccn!;ol voltage* V c , t o the tctivated timi.y pin IU shown in

Figure 10. The frequency of oscillation is related to V c as:

1 R VC

f"

[

RC 1

+

-

K

-

ar/avc

-

-

-

Rcc

o

NOTE: For safe cperatim crf t?.2 circuit IT should be limited

:o Cf n A .

I J

Figure 10. Circuit Connectior. for Frequency Sweep

o~urcHARAmRIsI1cs:

htput Amplitude: Maximum output amplitude is directly porportional to external resistor R3 connected to pin 3 (See

F i g 3 ) . For sinewave output, amplitude is approximately

60 mV p e a per

KO

KR

example, R3 = SO KSZ would produce approximate!:{ t3V

sinusoidal output amplitude.

Amplitude Moddrtion: Output amplitude can be modulated by applying a dc bias and a moddating signal t o Pin 1. T h e

htemd'impedance e t pin 1 is apptoximate!y 100

KR.

amplitude varies liaeariy with the rpplied voltage at pi0 1, for

valuer of d c b i a a t _thb pin, within 24 vo!tr of V+/2 as & o m in Fig. 6. As this bias level a p p ~ ~ c h t r */2. the p h a ~ of i ' ; O

output dgnd is reversed; a d the rmplittlde goes

throw

This property u suitable for phrseJhift keying and suppressed-

urrier AM generation. Total dynunic range of amplibdo

modulation b approximately 5 5 dB.

Note: AM control must be used in conjuncticn with I mu-

rrgdated rupply since the output ampbtude now becorns

fucction of V+.

FREQUEKCY-SHXT KEYING

T h e X R - 2 2 0 6 can be opcrtted with two seplrate timinf

*

.qpPLICATIONS INFORtlATION

SL\&WAVE GENERATION

A ) Without External Adjustment

F : r x e I 1 shows the circuit cor.nection for geceratirlg a

sinusoidal output from the XR-2206. T h e potentiometer

!,‘I at pi;] 7 provides the desired frequency tuairrg The

nsx::num output rw-kg is greater than V*/2 a:d the

F a r e I I . Circuit fer Smewavc Generation Without External

A d p t n c n t . (See Fig 3 for c h c k of R3)

typica! distortion (THD) is

<

ff

tortion is desired, additional adjustments cm be provided

as described in the foLlowing section.

The circuit of Fíglue I 1 can’ be converted t o rptit supply

operation nmply by xplscing all ground connections with

V-. For s?Kt supp:y operation, R3 can be directly

connected to ground.

B] W i t b External Adjxstment

D.e harmonic content of sinmoidal output can be reduced

t o “0.5% by additional rdjustments as shown in Figure 12.

The potentiometer

R A

.VE

and RB provides the fineJdjustmcnt for waveform

symmetry. The adjustment procedure b as lo l!P ow):

1 . Set R g st mid-point and adjust

R A

2. With

R A

R B

tortion.

distomoc.

TRIANGLE

The circuits of Figures I 1 and 12 can be converted to triangle

wave generation by simply open circuiting pins 13 and 14

(Le.. S1 open). Amplitude of the triangle is appro xi motel.^

twice the sinewave output.

FSK

Figure 13 JOWS the circuit connection for sinusoidal FSK

signal generation. Mark and space frequencies can be indepen-

dently adjusted by the choice of timing resistors R1 and R 2 ;

and the output is phasexontinuocs during transitions. The

keying sigaal is applied to pin 9. The circuit can be converted

to tpiit-supply operation by simply replacing ground with V-.

Figure 13. S h w i d a l FSK Generator

PULSE

AND

Figurc 14 s!!oprt the circuit for pubs tnd n m p waveform generation. 11 this mode of operation, the FSK keying termi- nal (pin 9 ) is shorted t o the square-wave output (pin 11); and

the circuit automatically frequency-shift keys itself between

two separate frequencies during the positive and negative going

output waveforms. The pulse-width and the duty cycle can be adjusted from 1% to 99% by the choice of R l and R2. The

values of

R1