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VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUM CODIEREN VON MAGNETISCH
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ZU SPEICHERNDEN DIGITALSIGNALEN SOWIE EINRICHTUNG ZUM DECODIEREN
EINES AUF EINEM MAGNETISCHEN INFORMATIONS-TRAGER AUFGEZEICHNETEN DIGITALSIGNALS.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, wie es aus der Zeitschrift Prodeedings of the IDEE, Bd. 125, 1978,
Nr. 6, Seite 609 bekannt ist, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
und auf eine Einrichtung zum Decodieren eines nach diesem Verfahren auf einen magnetischen
Informationsträger aufgezeichneten Digitalsignals.
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Zum Aufzeichnen von Videosignalen in digitaler Form auf einen magnetischen
Informationsträger, beispielsweise auf eine MAZ, werden üblicherweise die analogen
Videosignale zunächst in 256 (= 28) Amplitudenstufen zerlegt und der Wert jeder
einzelnen Amplitudenstufe als 8 Bit-Wort weiterverarbeitet. Die bei dieser Analog/Digitalwandlung
erzeugte und in geeigneter Weise aufbereitete Wortfolge wird als sogenannte Quellencodierung
bezeichnet.
Desweiteren wird das digitalisierte, quellencodierte Signal umcodiert, um es an
die spezielle Anforderung des magnetischen Aufzeichnungsvorgangs anzupassen. Die
so entstehende Codeform wird als "Kanalcode" bezeichnet. Bekanntlich erfolgt bei
der Abnahme eines Signals von einem magnetischen Informationsträger eine Differentiation
des Signals, so daß zur Wiederherstellung des ursprünglich aufgezeichneten Signals
eine Integration des abgenommenen Signals erforderlich ist. Die Schwierigkeit besteht
nun darin, daß diese Integration nur unvollständig erfolgen kann, da bei der Frequenz
Null der Integrationsvorgang eine unendlich hohe Verstärkung erfordern würde. Dies
führt dazu, da Gleichstromanteile und niederfrequente Spektralkomponenten im aufgezeichneten
Signal zu Verzerrungen des abgenommenen und integrierten Signals führen, welche
im Falle einer digitalen Aufzeichnung zu Auslesefehlern führen können.
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Zur Vermeidung von Glelchstromanteilen im aufgezeichneten Signal und
damit von späteren Auslesefehlern ist es bekannt (Zeitschrift "Proceedings of the
IEE, Bd. 125, 1978, Nr. 6, Seite 609), bei der Umcodierung bzw.
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Kanalcodierung des digitalisierten, quellencodierten Signals dessen
Wortlänge von 8 Bit auf eine Wortlänge von 10 Bit zu erweitern und dabei aus den
sich dadurch ergebenden 210 möglichen Bitkombinationen diejenigen Bitkombinationen
für die Kanalcodierung zu verwenden, welche innerhalb des 10 Bit-Wortes fünf logische
Einsen und fünf logische Nullen aufweisen.
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Der Gleichstromanteil des einzelnen Codewortes ist dadurch zwar Null,
doch enthalten diese Codeworte nach wie vor niederfrequente Spektralkomponenten.
Hinzu kommt, daß die Regenerierung der Taktinformation aus dem abgenommenen Signal
Schwierigkeiten bereitet, da im seriellen Ablauf dieses sogenannten 5 aus 10-Blockcodes"
relativ lange Folge von gleichen Logikzustanden auftreten, innerhalb welcher aufgrund
des erwähnten Signal differentiation bei der Slgnalabnahme keine Taktinformation
vorhanden ist. Die Taktinformation muß daher während dieser Intervalle ersetzt werden,
was jedoch zu Zeitfehlern und damit wiederum zu Auslesefehlern führen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Codierverfahren
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches bei der Auslesung der umcodierten
und auf einen magnetischen Informationsträger aufgezeichneten Digitalsignale eine
wesentlich höhere Auslesesicherheit bietet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäO durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine zweckmäßige Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemdßen
Codierverfahrens ergibt sich aus dem Anspruch 2, deren Weiterbildungen in den Ansprüchen
3 und 4 angegeben sind. Ferner ist im Anspruch 5 eine vorteilhafte Einrichtung zum
Decodieren der nach dem erfindungsgemaBen
Verfahren umcodierten
und auf einen magnetischen Informationsträger aufgezeichnen Digitalsignale gekennzeichnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Decodiereinrichtung sind in den Ansprüchen 6
und 7 angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Codierverfahren erfolgt in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik eine Umcodierung der 8 Bit-quellencodierten Worte in Worte
von 10 Bit Länge, jedoch derart, daß jedes 10 Bit-Wort sechs oder acht gleiche Logikzustände
aufweist. Das nach diesem sogenannten "6, 8 aus 10-Blockcode" umcodierte Digitalsignal
wird auf einen magnetischen Informationsträger in Wechsel schrift aufgezeichnet,
und zwar so, daß jeder der sechs bzw. acht gleichen Logikzustände in jedem Wort
einen Magnetisierungswechsel hervorruft. Im Falle von sechs oder acht logischen
Einsen erfolgt diese Wechselschriftaufzeichnung nach der sogenannten NRZI-Modulation",
die auch als "NRZI-mark-Modulation" bezeichnet wird ("Technik der Magnetspeicher"
2. Aufl. 1977, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Seiten 336 und 337).
Das uni codierte, in Wechsel schrift aufgezeichnete Digitalsignal erlaubt bei der
Abnahme ohne Integration eine eindeutige Interpretation, da jeder Magnetisierungswechsel
einen der sechs oder acht gleichen Logikzustände in jedem Wort signalisiert. Auf
diese Weise bleiben Gleichstromanteile und niederfrequente Spektralanteile des aufgezeichneten
Signals ohne Auswirkung. Als weiterer Vorteil ist die Anzahl der für die Taktregenerierung
auswertbaren Impulse in dem abgenomitenen, differenzierten Signal höher als bei
dem bekannten "5 aus 10-Blockcode", so dab zwei wesentliche Ursachen für Auslesefehler
entfallen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Zusammenstellung der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwertbaren
255 Bitkombinationen (Spalte 2), der zugeordneten Dezimaläquivalente (Spalte 3)
und der zugeordneten, durch NRZI-Modulation erzeugten binären Wortformate (Spalte
1), Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens und zum Aufzeichnen der resultierenden Signale auf einem magnetischen
Informationsträger, Fig. 3a Zeitverläufe verschiedener, in der Einrichtung nach
Fig. 2 bis Fig. 3c auftretender Digitalsignale, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer
Einrichtung zum Decodieren der mittels der Einrichtung nach Fig. 2 erzeugten und
aufgezeichneten Signale und en Fig. 5 ein/Zeitverlauf für das mittels der Einrichtung
nach Fig. 4 decodierte Digitalsignal.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Umcodierung von in
8 Bit-Worten organisierten Digitalsignalen, beispielsweise digitalisierten Videosignalen,
in 10 Bit-Worte, wobei die Transcodierung in die in Spalte 2 der Fig. 1 angegebenen
Bitkombinationen erfolgt.
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Wie die Fig. 1 zeigt, bestehen diese Bitkombinationen aus sechs oder
aus acht logischen Einsen und vier bzw. zwei logischen Nullen. Die Gesamtzahl dieser
möglichen Bitkornbinationen mit sechs oder acht logischen Einsen beträgt 255, d.h.
um eins weniger als die bei der Quellencodierung üblicherweise anfallenden 28 =
256 Amplitudenstufen bzw. 8 Bit-Worte. Bei der Digitalumwandlung des Analogsignals
wird daher eine Amplitudenstufe weggelassen, was die Signalqualität nicht beeinflußt.
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Die zu den Bitkombinationen gemäß Spalte 2 der Fig. 1 zugehörigen
Dezimaläquivalente sind in Spalte 3 der Fig. 1 angegeben. Ferner sind in Spalte
1 der Fig. 1 die zugehörigen, durch NRZI-Modulation erzeugten binären Wortformate
angegeben. Und zwar werden durch die NRZI-Modulation sämtliche Einsen der 10 Bit-Worte
in Spalte 2 der Fig. 1 in einen Null-Eins-Übergang oder in einen Eins-Null-Obergang
übersetzt. Die Richtung des Obergangs spielt für die in dem NRZI-modulierten Digitalsignal
enthaltene Information keine Rolle. Anstelle der in Spalte 1 der Fig. 1 angegebenen
Wortformate könnten daher ebensogut die dazu komplementären Wortformate herangezogen
werden, so daß das NRZI-modulierte Digitalsignal polaritätsunempfindlich ist. Beispielsweise
spielt eine
Vertauschung der Anschlüsse des Videokopfes keine Rolle
für den Informationsinhalt des aufgezeichneten Digitalsignals.
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Da ferner jedes umcodierte 10 Bit-Wort eine geradzahlige Anzahl von
logischen Einsen, nämlich sechs oder acht, enthält, endet jedes gemäß Spalte 2 der
Fig. 1 umcodiertes 10 Bit-Wort bzw. jedes dazu komplementäre 10 Bit-Wort nach erfolgter
NRZI-Modulation stets mit dem gleichen Binärzustand, wie anhand zweier aufeinanderfolgender
10 Bit-Worte mit den Dezimaläquivalenten 503 und 759 in Fig. 3a und 3b beispielhaft
erläutert ist. Im dargestellten Beispielsfalle ergeben die 10 Bit-Worte OLLLLEOLLL
und LOLLLLOLLL (Fig. 3a) nach erfolgter NRZI-Modulation die Wortformate OLOLOLLOLO
und LLOLOLLOLO, d.h. die NRZI-Modulation ergibt hier stets den Endwert logische
Null. Dies bedeutet bei der gerätetechnischen Realisierung des Verfahrens, daß in
dem z.B. als Festwertspeicher ausgebildeten Transcoder für die Umcodierung in den
6, 8 aus 10-Blockcode auch die Obersetzungsfunktion fur den 10 Bit-Kanalcode in
das NRZI-modulierte Format bereits fest einprogrammiert werden kann.
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Ein gesonderter NRZI-Modulator kann dann entfallen.
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Zur Durchführung des bis hierher erläuterten Verfahrens enthält die
in Fig. 2 veranschaulichte Einrichtung einen A/D-Wandler 20, welcher von einer Signalquelle
10, z.B. einer Videosignalquelle mit einem analogen Signal gespeist wird. Der A/D-Wandler
20 setzt das analoge Signal in ein quellencodiertes, digitalisiertes Signal mit
einer Wortlänge von 8 Bit
um, wobei die Taktung des A/D-Wandlers
20 durch eine Taktsignalquelle 22 erfolgt, die von dem analogen Signal in geeigneter
Weise synchronisiert wird. Im Falle eines Videosignals als analoges Signal wird
mittels eines Amplitudensiebes 21 die Horizontalablenkfrequenz #H dem Videosignal
entnommen und in der Taktsignalquelle 22 auf eine geeignete Taktfrequenz n . fH
vervielfacht.
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Das an den acht parallelen Ausgängen des A/D-Wandlers 20 anliegende
Digitalsignal wird einem Transcoder 30, im Falle eines Festwertspeichers als Transcoder
30 dessen Adresseingängen zugeführt. In dem Transcoder 30 sind zumindest die in
Spalte 2 der Fig. 1 angegebenen Bitkombinationen gespeichert und entsprechend der
Organisation des verwendeten Transcoderssden 8 Bit-Adresskombinationen an seinen
Adresseingängen zugeordnet. Die Zuordnung der 8 Bit-Adresskombinationen zu den in
Spalte 2 der Fig. 1 angegebenen Bitkombinationen ist zunächst freibleibend und wird
nach Zweckmäßigkeitsgründen in einem sogenannten "Codebuch" festgelegt.
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Das an den 10 Ausgängen des Transcoders 30 anliegende,umcodierte Digital
signal mit einer Wortlänge von 10 Bit wird in einem nachgeschalteten Demultiplexer
40 serialisiert, der mit der 10-fachen Taktfrequenz des wird.
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A/D-Wandlers 20 getaktet 1 Hierzu ist beispielsweise ein Frequenzvervielfacher
41 vorgesehen, der eingangsseitig mit der Taktsignalquelle 22 verbunden ist. Ebensogut
kann die erwähnte Verzehnfachung der Taktfrequenz in der Taktsignalquelle 22 erfolgen.
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Das serialisierte Digitalsignal am Ausgang des Demultiplexers 40 wird
im dargestellten Beispielsfalle in einem gesonderten NRZI-Modulator 50 NRZI-moduliert.
Der NRZI-Modulator 50 besteht z.B. aus einem Exclusiv-Oder-Glied 51 mit zeitverzögernder
RUckführung 52, die bei Ausführung in Form eines Flip-Flop von dem Taktsignal des
Demultiplexers 40 getaktet wird. Anstelle eines gesonderten NRZI-Modulators 50 kann,
wie bereits erwähnt wurde, in den Transcoder 30 die NRZI-Modulation des 10 Bit-Kanalcode
gemäß Spalte 1 der Fig. 1 fest einprogrammiert werden. Das NRZl-modulierte Digitalsignal
wird mittels eines Wandlers 60 (z.B. Magnetkopf mit Vorverstärker) auf den in Richtung
des Pfeils 80 bewegten magnetischen Informationsträger 70 aufgezeichnet. Bei der
Aufzeichnung ergeben die beiden Binärzustände Magnetisierungen unterschiedlicher
Polarität bei relativ hoher Sättigung des Informatlonstragers.
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Bei der Abnahme des so aufgezeichneten Digitalsignals mit Hilfe eines
Magnetkopfes 90 (Fig. 4) erzeugt jeder Magnetisierungswechsel einen Impuls entsprechenden
Polarität, wie anhand der Fig. 5a dargestellt ist.
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Die Form der einzelnen Impulse ist vorzugsweise sin2-förmig, was durch
eine entsprechende Einstellung der Obertragungscharakteristik des Wiedergabekanals
erzielt werden kann. Das abgenommene Signal am Ausgang des Magnetkopfes 90 entspricht
somit dem Differentialquotienten des NRZI-modulierten Digitalsignals. Anschließend
erfolgt in einem NRZI-Modulator 100, beispielsweise einem Zweiwegegleichrichter,
eine Demodulation, woraus die in Fig. 5b dargestellte Signalform resultiert. Diese
Signal
form enthält zu den Zeitpunkten der in Fig. 5d angegebenen Bitflanken bereits eine
Information (Fig. 5c), die mit der ursprünglichen Kanalcodierung gemäß Fig. 3a übereinstimmt,
ohne daß hierzu eine Integration erforderlich ist. Damit können die Gleichstromanteile
und die niederfrequenten Komponenten des aufgezeichneten Digitalsignals die Auslesesicherheit
bei der Wiedergabe des Digitalsignals nicht mehr beeinträchtigen.
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Das demodulierte Digitalsignal wird in einem Multiplexer 110 parallelisiert,
welcher von einem Taktgenerator 112 getaktet wird. Der Taktgenerator 112, z.B. ein
phasenstarr gekoppelter Oszillator (phase-lockedloop-Schaltung), liefert eine Taktinformation,
deren Periode der Bitperiode entspricht. Zur Synchronisierung des Taktgenerators
112 dient das demodulierte Digitalsignal am Ausgang des Demodulators 100, dessen
spektrale Zusammensetzung einen hohen Wert bei der Taktfrequenz des Taktgenerators
112 aufweist, da jedes Codewort sechs bzw. acht mit der des Phasenlag#/zu erzeugenden
Taktsignals übereinstimmende Impulse aufweist.
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Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit von Synchronisierungsfehlern
im Vergleich zu dem eingangs dargelegten Stand der Technik wesentlich verringert
und damit die Auslesesicherheit entsprechend erhöht.
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Das parallelisierte Digitalsignal am Ausgang des Multiplexers 110
wird in einem Zwischenspeicher für jeweils einen Durchlauf des Multiplexers 110
zwischengespeichert und dient dann als Adresse für einen Transcoder
120,
der die im Transcoder 30 (Fig. 2) erfolgte UeoRierung rückgängig macht. Der Transcoder
120 besitzt hierzu zehn Adresseingänge und acht Datenausgänge und enthält die 255
8-Bit-Kombinationen des vorstehend erwähnten Cpde-Buches gespeichert. Das durch
den Transcoder 120 rückcodierte Digitalsignal wird mittels eines D/A-Wandlers 130
in ein analoges Signal umgesetzt und an den Signal verbraucher 140 abgegeben.
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Die Verwendung des 6, 8 aus 10-Blockcode gestattet neben den bereits
erwähnten Vorteilen eine Fehlerprüfung jedes einzelnen 10 Bit-Wortes aufgrund der
Tatsache, daß jede in Spalte 2 der Fig. 1 angegebene Bitkombination im ungestörten
Zustand entweder sechs oder acht gleiche logische Zustände enthalten muß. Ist diese
Bedingung nicht erfüllt, so istsdies gleichbedeutend mit einem fehlerhaften Wort.
Die Fehlerstatistik ergibt, daß 75 % aller möglichen Fehler (von 1 bis 10 Bit Länge)
innerhalb eines Wortes erkennbar sind, darunter alle Fehler, die eine ungerade Zahl
von Bit umfassen.
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