專利名稱：在錄音磁帶上添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)信息的記錄與讀取技術(shù)，更確切地說是涉及一種在錄音磁帶上添加與讀取數(shù)據(jù)信息的裝置。
背景技術(shù)：
錄音用盒式磁帶在1962年誕生于荷蘭飛利浦公司。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和推廣，已經(jīng)成為最普及和通用的錄放音媒體。然而隨著科技的發(fā)展，各種新媒體，如CD，MD，MP3等的紛紛涌現(xiàn)，人們的消費(fèi)需求不斷提高，盒式磁帶因此而面臨著被淘汰的命運(yùn)。盡管盒式磁帶與新媒體相比在音質(zhì)，體積和播放時(shí)間等方面并不具備優(yōu)勢，但由于其廣泛的普及性和低廉的成本，仍然可以頑強(qiáng)地生存在外語學(xué)習(xí)、學(xué)前教育等方面。
目前已經(jīng)有一些對盒式磁帶的應(yīng)用進(jìn)行改造和提高的技術(shù)，例如在名稱為“聲像磁帶解碼器”的中國專利(專利號98243214.3)中，就公開了一種在雙聲道立體聲磁帶中，利用一個聲道存放圖文信息，另一個聲道保留原始聲音的裝置。使用時(shí)，通過立體聲磁頭讀取磁帶信號，在將原始聲音播放出來的同時(shí)，經(jīng)過專門的解調(diào)解碼系統(tǒng)將圖文信息恢復(fù)出來，并顯示到屏幕上。利用這一專利技術(shù)開發(fā)出來的可視復(fù)讀機(jī)，可供使用者在學(xué)習(xí)外語時(shí)，邊聽邊看，將在其之前的僅具有單一錄放功能的復(fù)讀機(jī)提高到一個新的層次上。
其不足是如果在普通磁帶機(jī)上播放用上述技術(shù)所錄制的磁帶，會產(chǎn)生讓聽者無法忍受的噪聲，因而只能在專用裝置上播放，然而即使在專用裝置上播放，也無法避免兩個聲(磁)道之間的串音，也就是說聽者會不可避免地聽到來自另一磁道的噪聲。而且這樣的專用放音裝置，無論磁頭、磁帶還是處理電路，都必須使用雙聲道結(jié)構(gòu)，無疑增加了產(chǎn)品成本。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種在錄音磁帶上添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，通過對盒式磁帶的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行改造和提高，兼顧成本和通用性，使盒式磁帶在提供原始聲音的同時(shí)還能提供附加數(shù)據(jù)信息，為廣大消費(fèi)者更好地利用盒式磁帶創(chuàng)造條件，幫助學(xué)習(xí)與豐富生活。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是這樣的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于包括從錄音磁帶同一個聲道上讀取混合的原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號并進(jìn)行分離的讀取數(shù)據(jù)信息的裝置；所述的讀取數(shù)據(jù)信息的裝置包括放音磁頭，處理聲音信號的第一低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器，和處理附加數(shù)據(jù)載波信號的帶通濾波器、模/數(shù)變換器、解調(diào)器和解碼器；第一低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器順序連接，帶通濾波器、模/數(shù)變換器、解調(diào)器和解碼器順序連接。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案還是這樣的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于包括將原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號混合并錄制在錄音磁帶同一個聲道上的添加數(shù)據(jù)信息的裝置；所述的添加數(shù)據(jù)信息的裝置包括信號相加器，與信號相加器輸出端連接的錄音磁頭，處理聲音信號的低通濾波器及與低通濾波器輸出端連接的第一增益控制器，和處理附加數(shù)據(jù)信息的編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器及第二增益控制器，編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器及第二增益控制器順序連接，第一、第二增益控制器輸出端分別連接信號相加器的一個輸入端。
將原始聲音和附加數(shù)據(jù)記錄到磁帶上的裝置，應(yīng)包括處理聲音信號的低通濾波器和增益控制器，處理附加數(shù)據(jù)信息的編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器和增益控制器，以及信號相加器和錄音磁頭。
將原始聲音和附加數(shù)據(jù)從磁帶上讀取并分離的裝置，應(yīng)包括放音磁頭及其輔助的播放機(jī)構(gòu)，處理聲音信號的低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器，處理附加數(shù)據(jù)載波信號的帶通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、解調(diào)器和解碼器。
本實(shí)用新型的裝置，在錄音磁帶上添加數(shù)據(jù)信息時(shí)，是先對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的編碼；利用數(shù)字調(diào)頻的方法將編碼后的數(shù)字信號調(diào)制到特定頻段；將調(diào)制結(jié)果與原始聲音按照適當(dāng)?shù)脑鲆姹冗M(jìn)行混合，并錄制到磁帶上。在將數(shù)據(jù)信息從錄音磁帶中恢復(fù)出來時(shí)，是在放音操作中，通過放音磁頭從錄音磁帶上讀取信息，再利用由低通濾波器與帶通濾波器組成的濾波器組將數(shù)據(jù)信號與原始聲音分開，最后利用功放電路播放聲音信號，和利用解調(diào)電路將數(shù)據(jù)載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，并對數(shù)字信號解碼恢復(fù)為原始的數(shù)據(jù)信息。
本實(shí)用新型在普通盒式磁帶的一個聲道上同時(shí)錄制聲音信號與附加數(shù)據(jù)信號，保證有足夠的信噪比和數(shù)據(jù)恢復(fù)的可靠性，同時(shí)不會讓原始聲音產(chǎn)生明顯的變化。該錄音磁帶除了可以在本實(shí)用新型的裝置中播放聲音與讀取數(shù)據(jù)外，還可以在一般盒式磁帶機(jī)中進(jìn)行原始聲音的播放。
本實(shí)用新型的裝置，并不限定錄制時(shí)使用單聲道磁帶或雙聲道立體聲磁帶，或讀取時(shí)使用單聲道或雙聲道磁頭。


圖1是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型技術(shù)的總體流程與結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的調(diào)制過程與結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3是本實(shí)用新型的解調(diào)過程與結(jié)構(gòu)示意框圖；圖4是按本實(shí)用新型技術(shù)方案實(shí)施的音文復(fù)讀機(jī)原理性結(jié)構(gòu)框圖；圖5是按圖4方案實(shí)施的音文復(fù)讀機(jī)電路圖。
具體實(shí)施方式
為了將數(shù)據(jù)信號調(diào)制到磁帶上，首先需要了解與盒式磁帶相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國際電工委員會(IEC)組織制定的國際標(biāo)準(zhǔn)和我國的國家標(biāo)準(zhǔn)(具體可參見IEC 94-5，GB7310-87)，普通盒式錄音磁帶的磁帶寬度為3.81mm，正常帶速為4.76cm/s，頻率響應(yīng)特性為40-15000Hz，這就意味著無論調(diào)制任何數(shù)據(jù)信號到磁帶中，都只能在這樣的頻帶范圍之內(nèi)。
通過進(jìn)一步檢索與盒式磁帶高速復(fù)制系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)要求(具體可參見IEC 94-1，GB-2019-87，SJ/Z9118.1-87)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定設(shè)備的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)達(dá)到40-12500Hz，也就是說，通常的磁帶出版物中錄制的聲音是在這一頻帶范圍內(nèi)。因此，如果希望本實(shí)用新型的技術(shù)方案允許大規(guī)模生產(chǎn)和復(fù)制，就需要進(jìn)一步限定數(shù)據(jù)信號的頻率范圍。
通過對心理聲學(xué)和語言聲學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，人耳對不同頻率聲音的聽辨靈敏度是不同的。讓許多典型聽音人聽同樣聲響但不同頻率的純音，將這些聲音的強(qiáng)度即聲壓級與頻率之間的關(guān)系畫成一組曲線(等響度曲線)，從曲線上可以看出，對于20Hz到4kHz的聲音，人耳的聽覺靈敏度是不斷提高的，并在4kHz附近達(dá)到最高點(diǎn)，此后靈敏度就逐漸下降，其中在9kHz附近有一個極值點(diǎn)。由于8kHz到10kHz是人耳的不敏感區(qū)域，所以該區(qū)域是一個比較理想的存放數(shù)據(jù)的頻帶區(qū)域。如果將數(shù)據(jù)信號調(diào)制到8kHz到10kHz內(nèi)，且其能量與原始語音相比較為很低的情況下，人耳就很難分辨出數(shù)據(jù)信號對聲音信號的干擾(人耳聽覺的特性，具體請參見科學(xué)出版社于1983年出版、由馬大猷，沈豪編寫的《聲學(xué)手冊》或TAB Books Inc.于1984出版，由F.A.Everest編寫的″AcousticTechniques for home and Studio″，Second Edition，Chapter 4 HumanHearing)。
為了保證最基本的語音質(zhì)量，語音所占頻帶的上限不宜小于4kHz，所以載波信號所占頻帶最大為4kHz-10kHz；參照已有的復(fù)讀機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，語音的頻帶不應(yīng)小于6.3kHz，這樣載波信號可以在6.3kHz至10kHz之間傳輸；進(jìn)一步考慮到人耳的生理與心理聽覺特性，本實(shí)用新型確定記錄數(shù)據(jù)信號的最佳頻帶范圍是8kHz到10kHz。
將數(shù)據(jù)信號記錄到錄音磁帶中，需要采用數(shù)字信號載波調(diào)制的方法。傳輸數(shù)字信號時(shí)有三種基本的調(diào)制方法幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控，他們分別對應(yīng)于用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號(具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)，可以參考國防工業(yè)出版社于1995年出版、由樊昌信等編寫的《通信原理》，或參考科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社于1994年出版、由陳仁發(fā)等編寫的《數(shù)字通信原理》)。
參見圖1，本實(shí)用新型所使用的磁帶，是將數(shù)據(jù)信號與原始聲音疊加到一起，再錄制到磁帶中的。應(yīng)包括如下處理步驟101至107步驟101讓原始聲音通過一個截止頻率為8kHz的低通濾波器?？紤]到普通磁帶出版物的通頻帶是有限的，同時(shí)8kHz以上的頻帶又是人耳的不敏感區(qū)域，尤其對于語音信號而言，40Hz-8kHz的頻帶已足夠能滿足音質(zhì)要求，所以8kHz的低通濾波不會對原始聲音產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
步驟102對濾波后的原始聲音進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鲆婵刂?，保證原始聲音與數(shù)據(jù)信號間有足夠的信噪比，如使原始聲音與背景噪聲間有＞40dB的信噪比，為數(shù)據(jù)信號的能量分配留出空間，以減少調(diào)制的數(shù)據(jù)信號對人耳的影響。
步驟103對添加的附加數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，經(jīng)過適當(dāng)?shù)木幋a后轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流，并加入糾錯碼、校驗(yàn)碼，構(gòu)成比特流。
編碼的主要作用是將數(shù)據(jù)以若干字節(jié)編為一幀，將數(shù)據(jù)以幀為單位分開，一般以10到30字節(jié)/幀為宜。每幀由起始符、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)區(qū)域、校驗(yàn)碼，幀結(jié)束符構(gòu)成。如將文本信息轉(zhuǎn)換為比特流信息的具體執(zhí)行過程可以包括先對文本信息進(jìn)行處理，經(jīng)過分幀，加入幀頭幀尾，將每個字節(jié)的信息擴(kuò)展為8個數(shù)據(jù)位(D0至D7)和4個校驗(yàn)位(A0至A3)，采用漢明碼校驗(yàn)方式，當(dāng)字節(jié)內(nèi)的錯誤位數(shù)不超過1位時(shí)，能夠根據(jù)校驗(yàn)碼和信息碼的關(guān)系糾正錯誤，經(jīng)過本步驟處理構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號。
步驟104將數(shù)據(jù)流按照二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)方法調(diào)制到載波上，例如以9kHz為中心頻率將“0”調(diào)制到8.6kHz，將“1”調(diào)制到9.4kHz，碼率為400bit/s。
步驟105用通頻帶為8-10kHz(由于在步驟104中，調(diào)制時(shí)的載波頻率取為8.6kHz-9.4kHz，此處帶通濾波器的通頻帶可以適當(dāng)擴(kuò)大一些，如取為8.2kHz-9.8kHz)的帶通濾波器對載波信號進(jìn)行帶通濾波。
步驟106對載波信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鲆婵刂疲诒ＷC與背景噪音間有足夠信噪比以及足夠低誤碼率的前提下，降低載波信號幅值，如保證載波信號與背景噪音間有＞20dB信噪比。
步驟107利用相加器將載波信號與原始聲音疊加，再通過錄音磁頭錄制到磁帶上。
上述步驟與結(jié)構(gòu)表明，將原始聲音和附加數(shù)據(jù)記錄到磁帶上的裝置，應(yīng)包括處理聲音信號的低通濾波器和增益控制器，處理附加數(shù)據(jù)信息的編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器和增益控制器，以及信號相加器和錄音磁頭。
要將附加數(shù)據(jù)的載波信號和原始聲音從磁帶上讀取出來，分離并加以使用，需要采用如下處理步驟201至206步驟201放音磁頭從磁帶中將附加數(shù)據(jù)的載波信號和原始聲音的混合信號讀取出來。實(shí)施時(shí)設(shè)備的信噪比應(yīng)達(dá)到播放聲音信號時(shí)應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)。
步驟2021、2022混合信號經(jīng)過8kHz的低通濾波器和8kHz到10kHz的帶通濾波器就可以分別得到原始聲音和附加數(shù)據(jù)的載波信號。
步驟203濾波得到的原始聲音經(jīng)過功率放大后就可以利用揚(yáng)聲器播放了。
步驟204利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將濾波得到的附加數(shù)據(jù)的模擬載波信號變換成數(shù)字信號；步驟205對附加數(shù)據(jù)的數(shù)字載波信號進(jìn)行非相干2FSK解調(diào)，恢復(fù)出二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
步驟206對二進(jìn)制數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼，包括校驗(yàn)和糾錯。解碼是依照編碼時(shí)的幀格式進(jìn)行的，去掉起始符、結(jié)束符后，根據(jù)數(shù)據(jù)長度取得數(shù)據(jù)，用校驗(yàn)碼檢查數(shù)據(jù)的正確性，并糾正數(shù)據(jù)錯誤。
步驟207恢復(fù)出所需的數(shù)據(jù)信息，并加以使用。
上述步驟與結(jié)構(gòu)表明，將原始聲音和附加數(shù)據(jù)從磁帶上讀取并分離的裝置，應(yīng)包括放音磁頭及其輔助的播放機(jī)構(gòu)(傳送馬達(dá)等)，處理聲音信號的低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器，處理附加數(shù)據(jù)載波信號的帶通濾波器、模/數(shù)變換器、解調(diào)器和解碼器。
參見圖2，圖1中2FSK調(diào)制過程(步驟104)完全可以在數(shù)字信號處理的方式下實(shí)現(xiàn)，主要過程為首先由兩個不同頻率的載波信號發(fā)生器-ω1頻率發(fā)生器21和ω2頻率發(fā)生器22分別生成兩個載波信號ω1和ω2(如8.6KHz和9.4KHz)；用附加數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流來控制兩個邏輯門23、24的通斷，從而控制載波信號的生成(如用倒相前的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流信號控制邏輯門23，和用倒相后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流信號控制邏輯門24)。假設(shè)數(shù)據(jù)為“1”的時(shí)候控制生成ω1，數(shù)據(jù)為“0”的時(shí)候控制生成ω2。最后兩路信號ω1和ω2在相加器26中相加，就得到2FSK調(diào)制信號。圖中25為倒相器。
參見圖3，圖1中2FSK解調(diào)過程(步驟204)也同樣可以在數(shù)字信號處理的方式下實(shí)現(xiàn)，主要處理過程是由限幅器31對載波信號a進(jìn)行限幅，得到準(zhǔn)方波信號b；由微分器32對準(zhǔn)方波信號b進(jìn)行微分處理，得到準(zhǔn)脈沖信號c；整流器33將準(zhǔn)脈沖信號c整流成準(zhǔn)正脈沖信號d；準(zhǔn)正脈沖信號d作用于寬脈沖發(fā)生器34，輸出寬脈沖序列信號e；寬脈沖序列信號e經(jīng)過低通濾波器35，得到高低電平信號f，再通過對f信號的抽樣處理，就可以恢復(fù)出二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
參見圖4，按本實(shí)用新型技術(shù)方案實(shí)施的一種音文同步復(fù)讀機(jī)，放音磁頭46從磁帶上讀取混合的聲音和附加文本數(shù)據(jù)信號，可由集成運(yùn)放器構(gòu)成低通濾波器41及帶通濾波器42，分離出聲音信號和附加數(shù)據(jù)載波信號，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器43(A/D)對附加數(shù)據(jù)載波信號進(jìn)行采樣，和采用微處理器(MCU)44對A/D采樣后的信號進(jìn)行非相干2FSK解調(diào)，恢復(fù)出二進(jìn)制數(shù)據(jù)流和進(jìn)行解碼、校驗(yàn)及糾錯等，利用RAM存儲器45對附加數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和運(yùn)行輔助程序?；謴?fù)出的文本信息，可顯示到屏幕上。
參見圖5，按圖4技術(shù)方案實(shí)施的音文同步復(fù)讀機(jī)電路，包括由磁頭BZ、放音集成電路U1(LAG665)、濾波器U3(MAX7400)和音頻輸出插口R10組成的磁帶放音電路。同時(shí)還包括由U2(帶有A/D，D/A轉(zhuǎn)換器的TC8831)、存儲器U4(514100)及MCU微處理器U9(PIC16C54)組成的復(fù)讀和文本信息讀取電路。其中U2(TC8831)和U4(514100)共同完成對語音信號采樣并編碼后的復(fù)讀工作，U9(PIC16C54)完成對采樣后的信號進(jìn)行數(shù)字濾波并解調(diào)解碼，恢復(fù)為文本信息并輸出。
當(dāng)磁帶正常播放時(shí)，磁頭BZ從磁帶讀取的信號在U1(LAG665)中分為兩路，一路通過8kHz低通濾波器U3(MAX7400)后從音頻輸出插口R10輸出；另外一路由音頻放大隔離電路U8A、U9A(9637A)放大后，傳送到U2(TC8831)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行語音編碼壓縮后存放到存儲器U4(514100)中，以備在語音復(fù)讀時(shí)使用。A/D轉(zhuǎn)換后的信號也傳輸?shù)轿⑻幚砥鱑9(PIC16C54)，微處理器U9對信號進(jìn)行8k-10kHz的帶通數(shù)字濾波和進(jìn)行2FSK數(shù)字解調(diào)與解碼，得到文本信息。這些信息被送往LCD中顯示，并且與它們對應(yīng)的時(shí)間標(biāo)志一起保存在存儲器里。當(dāng)用戶選擇復(fù)讀功能時(shí)，U2(TC8831)將存儲器中的數(shù)據(jù)解壓恢復(fù)為語音信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后由音頻放大隔離電路U8A、U9A(9637A)放大，通過放音電路U1(LAG665)輸出。同時(shí)微處理器U9(PIC16C54)根據(jù)先前保存的時(shí)標(biāo)，控制同步文本顯示到LCD上。
使用盒式磁帶同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息和聲音，不得不面對的問題就是頻帶比較窄，無法支持過大的數(shù)據(jù)流量，通常單聲道能夠穩(wěn)定傳輸?shù)乃俾适菐装俦忍孛棵?。如果希望獲得更大的數(shù)據(jù)流量，則可以考慮使用雙聲道同時(shí)調(diào)制數(shù)據(jù)信號。當(dāng)然這時(shí)錄制、存儲和讀取就都需要使用雙聲道磁帶和設(shè)備，可能會犧牲與單聲道設(shè)備的兼容性，也就是說盡管放音不存在問題，但恢復(fù)數(shù)據(jù)會遇到比較大的困難。由于在使用雙聲道的過程中，不可避免的會存在信號間的串?dāng)_問題，為了減少不同磁道載波間的干擾，應(yīng)當(dāng)使用不同的載波頻率，比如左聲道使用8.5kHz和9.5kHz作為載波頻率，右聲道使用9kHz和10kHz作為載波頻率。
在具體實(shí)施本實(shí)用新型的技術(shù)方案時(shí)，利用磁帶上的數(shù)據(jù)信息可以實(shí)現(xiàn)很多有意義的功能，例如存儲的數(shù)據(jù)信息可以是與磁帶中聲音相配合的文字信息，在播放磁帶的時(shí)候同步顯示出來，如果應(yīng)用在學(xué)習(xí)外語上，就可以為聽者帶來很大的方便。廠商只需要將文本信息和原始語音一起錄制到磁帶中，根據(jù)前述原理，可以將原始語音限制在0-8kHz的范圍內(nèi)，將數(shù)據(jù)信號調(diào)制在8-10kHz的頻帶里，混合后進(jìn)行錄制。
在錄制磁帶前，首先需要考慮兩種信號與背景噪聲之間的信噪比。根據(jù)原信息產(chǎn)業(yè)部2001年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《語言復(fù)讀機(jī)通用規(guī)范》，用放音信噪比表示復(fù)讀機(jī)進(jìn)行放音操作時(shí)有用信號和噪聲之間的幅度差，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為≥36dB(單聲道)；≥33dB(立體聲)。在讀取磁帶中信號時(shí)，既希望原始語音與載波信號間有較高的信噪比，可以減少載波信號對聽者的干擾，又希望載波信號與背景噪音間有足夠的信噪比，可以實(shí)現(xiàn)比較低的誤碼率。這無疑是相互矛盾的兩件事情，所以只能在兩者之間取得平衡。在混合原始聲音與載波信號前，盡量在不失真不飽和的前提下，提升原始聲音的能量?；旌闲盘枙r(shí)，保證原始聲音在能量上比載波信號至少高15dB，根據(jù)等響度曲線，從響度級上來看載波信號與原始聲音相比已經(jīng)有接近30dB的差距，對人耳的影響已經(jīng)很小。這時(shí)載波信號與噪音信號相比還有20dB左右的信噪比，可以滿足＜0.5‰的誤碼率要求。盡管這樣的信號能量控制比較復(fù)雜，但是為了正常使用文本信息，必須將文本信息和語音同步或者稍微提前一點(diǎn)錄制到磁帶中。而對文本信息的編碼與調(diào)制，和對信噪比的控制并沒有增加多少工作量。
上述錄制任務(wù)應(yīng)當(dāng)以數(shù)字信號的形式在計(jì)算機(jī)上完成為宜。調(diào)控信號能量的目的仍然是為了保證磁帶的兼容性，盡管在普通放音機(jī)上并不能得到文本信息，然而并不影響磁帶聲音的播放。所以，如果專用播放設(shè)備的條件進(jìn)一步惡化，總體信噪比下降，那也應(yīng)當(dāng)首先保證載波信號與背景噪音的信噪比。由于在播放時(shí)使用了低通濾波器，使用專用設(shè)備時(shí)，載波信號能量的高低將不會干擾輸出語音的質(zhì)量，僅僅是對兼容性造成一定的影響。
在對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行編碼時(shí)(如圖1中的步驟103)，需要考慮碼率問題。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，一般中文語音的發(fā)音速度大約在3-6字/秒，英文語音的發(fā)音速度大約為7-15字符/秒。如果中文使用簡體中文編碼(如GB2312)，英文采用ASCII碼，則每秒鐘需要的碼率大約為6-15字節(jié)/秒，即48-120比特/秒?？紤]到本文信息還需要有一些輔助信息，如標(biāo)點(diǎn)符號、間隔符等，以及分幀后的幀頭，幀尾以及糾錯、校驗(yàn)碼等，采用400比特/秒的速率是可以滿足需求的。當(dāng)然根據(jù)所完成功能的不同，碼率還可以進(jìn)一步調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于包括從錄音磁帶同一個聲道上讀取混合的原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號并進(jìn)行分離的讀取數(shù)據(jù)信息的裝置；所述的讀取數(shù)據(jù)信息的裝置包括放音磁頭，處理聲音信號的第一低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器，和處理附加數(shù)據(jù)載波信號的帶通濾波器、模/數(shù)變換器、解調(diào)器和解碼器；第一低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器順序連接，帶通濾波器、模/數(shù)變換器、解調(diào)器和解碼器順序連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述第一低通濾波器的截止頻率大于6.3KHz；所述帶通濾波器的通頻帶為第一低通濾波器的截止頻率至10KHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述第一低通濾波器的截止頻率為8KHz；所述帶通濾波器的通頻帶為8KHz至10KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述的解調(diào)器包括對附加數(shù)據(jù)的載波信號進(jìn)行限幅、得到準(zhǔn)方波信號的限幅器，對準(zhǔn)方波信號進(jìn)行微分處理、得到準(zhǔn)脈沖信號的微分器，將準(zhǔn)脈沖信號整流成準(zhǔn)正脈沖信號的整流器，將準(zhǔn)正脈沖信號處理成寬脈沖序列信號輸出的寬脈沖發(fā)生器，和將寬脈沖序列信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號輸出的第二低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于是用一單片微處理器及與之相連接的RAM存儲器，執(zhí)行所述帶通濾波器、解調(diào)器和解碼器的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述的錄音磁帶同一個聲道，包括單聲道，或雙聲道中的左聲道或右聲道。
7.一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于包括將原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號混合并錄制在錄音磁帶同一個聲道上的添加數(shù)據(jù)信息的裝置；所達(dá)的添加數(shù)據(jù)信息的裝置包括信號相加器，與信號相加器輸出端連接的錄音磁頭，處理聲音信號的低通濾波器及與低通濾波器輸出端連接的第一增益控制器，和處理附加數(shù)據(jù)信息的編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器及第二增益控制器，編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器及第二增益控制器順序連接，第一、第二增益控制器輸出端分別連接信號相加器的一個輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述的調(diào)制器包括一產(chǎn)生載波頻率ω1的頻率發(fā)生器，一產(chǎn)生載波頻率ω2的頻率發(fā)生器，與ω1頻率發(fā)生器輸出端連接的第一邏輯門，與ω2頻率發(fā)生器輸出端連接的第二邏輯門，和與第一邏輯門、第二邏輯門輸出端連接的相加器；所述的附加數(shù)據(jù)信息控制第一邏輯門的開關(guān)，所述的附加數(shù)據(jù)信息經(jīng)倒相后控制第二邏輯門的開關(guān)，相加器輸出附加數(shù)據(jù)信息的載波信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述低通濾波器的截止頻率大于6.3KHz；所述帶通濾波器的通頻帶為低通濾波器的截止頻率至10KHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，其特征在于所述低通濾波器的截止頻率為8KHz；所述帶通濾波器的通頻帶為8KHz至10KHz。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在錄音磁帶中添加/讀取數(shù)據(jù)信息的裝置，包括將原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號混合并錄制在磁帶同一個聲道上的添加數(shù)據(jù)信息的裝置，和從磁帶同一個聲道上讀取混合的原始聲音與附加數(shù)據(jù)的載波信號并進(jìn)行分離的讀取數(shù)據(jù)信息的裝置。前者裝置包括處理聲音信號的低通濾波器和增益控制器，處理附加數(shù)據(jù)信息的編碼器、調(diào)制器、帶通濾波器和增益控制器，以及信號相加器和錄音磁頭。后者裝置包括放音磁頭，處理聲音信號的低通濾波器、功率放大器及揚(yáng)聲器，處理附加數(shù)據(jù)載波信號的帶通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、解調(diào)器和解碼器。所實(shí)施的音文同步復(fù)讀機(jī)可使用普通的盒式磁帶，同時(shí)不影響聲音在一般盒式磁帶機(jī)中進(jìn)行播放。
文檔編號G11B23/30GK2610447SQ03242910
公開日2004年4月7日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者侯震, 雷亮, 張向東, 盧文斌, 李全在 申請人:北京南山高科技有限公司