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Verfahren zur fehlergesicherten Übertragung digitaler
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Information Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur fehlergesicherten Übertragung digitaler Information, bei der den Informationsdatenworten
und/oder Informationsdatenblöcken sendeseitig der Fehlersicherung bzw. der Fehlerkorrektur
dienende Hilfsinformationsdatenworte zusätzlich beigefügt werden, die auf der Empfangsseite
in einer Fehlerprüf- bzw. Fehlerkorrekturschaltung für die Fehlererkennung bzw.
Fehlerkorrektur der übertragenen digitalen Information ausgewertet werden.
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Zuqrundelieqender Stand der Technik Verfahren dieser Art finden nicht
nur bei der Übertragung von Informationen, insbesondere Daten auf Leitungen und
über Funk sowie bei der Verarbeitung von Daten in Verbund von Rechenanlagen, Anwendung,
sondern auch bei der Produktion sowie bei der Wiedergabe von optisch auslesbaren
Informationsträgern hoher Speicherdichte, wie das beispielsweise die Laservideoplatte
und die digitale Audioplatte (CD) darstellen. Ein solches Aufnahme- und Wiedergabeverfahren
für optisch auslesbare plattenförmige Informationsträger hoher Speicherdichte ist
beispielsweise in der Literaturstelle Proceedings of the IEEE, Vol. 70, Nr. 6, Juni
1982, Seiten 589 bis 597 angegeben.
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Bei der Herstellung von CDs beispielsweise, wird die digital aufgenommene
Musikinformation zunächst im Tonstudio verarbeitet und hierfür in geeigneter Weise
formatiert. Die auf einem speziellen Magnetband (Mastertape) abgespeicherte und
im Tonstudio bearbeitete digitale Information wird dann zur Steuerung des die Information
in eine Speicherplatte einschreibenden Laserstrahls verwendet. Der in Informationsworte
unterteilten digitalen Information werden dabei zur Fehlersicherung bzw. Fehlerkorrektur
Hilfsinformationsworte zugeordnet, mit deren Hilfe bei der Wiedergabe der in eine
Platte eingeschriebenen Information Fehler von der Wiedergabeeinrichtung erkannt
und gegebenenfalls auch korrigiert werden können. Durch die den Informationsworten
beigefügten Hilfsinformationsworte können auch Fehler erkannt und korrigiert werden,
die bei der Vervielfältigung solcher optisch auslesbarer plattenförmiger Informationsträger
auftreten. Von der von einem Laser mit der Information beschriebenen ersten Platte,
Master genannt, werden mittels galvanischer Abzüge Preßmatrizen hergestellt, bei
deren Fertigung ebenfalls Fehler gegenüber dem Original auftreten können. Ein spezieller
fehlergesicherter Code, wie der für CDs Anwendung findet, ist in der Literaturstelle
Funk-Technik 37 (1982), Heft 12, Seiten 506 bis 511 beschrieben.
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Wie die Praxis zeigt, können im Zuge einer solchen Produktionskette,
wie auch bei der Bearbeitung von Daten in miteinander verbundenen Rechnern bei der
Übertragung, gegebenenfalls auch in der Verbindung mit ein- oder mehrmaligem Umsetzen
des verwendeten Codes bzw. des verwendeten Codeformates nicht definierbare Fehler
auftreten. Die Ursache solcher Fehler sind durch äußere Einflüsse, wie z.B. elektrostatische
Entladungen oder
kurze Stromversorgungsstörungen bedingt, die die
Informationsworte einschließlich der ihnen zugeordneten Hilfsinformationsworte unerkannt
verfälschen. Eine Fehlerdetektorschaltung auf der Empfangsseite ist für diese Fehlerart
überfordert. Bei der CD-Herstellung beispielsweise, bei der es für die einwandfreie
Durchführung des Herstellungsprozesses von wesentlicher Bedeutung ist, ob der Speicherinhalt
des vom Repertoire-Eigner freigegebenen Mastertapes, das am Anfang der Produktionskette
steht, auch mit dem Inhalt der die CDs darstellenden Endprodukte übereinstimmt,
kann bisher diese Übereinstimmung nur durch subjektive Programm-Prüfmethoden in
Form von Abhören festgestellt werden. Diese subjektiven Programm-Prüfmethoden sind
zeit- und kostenaufwendig.
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Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
für ein Verfahren der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben,
die es ermöglicht, die Identität bzw.
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die fehlende Identität zwischen einer zu übertragenden digitalen fehlergesicherten
Information und der übertragenen fehlergesicherten digitalen Information unter Umgehung
zeit- und kostenaufwendiger subjektiver Programm-Prüfmethoden auf möglichst einfache
Weise fortlaufend und automatisch zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmal gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Erzeugung eines Prüfsummenwortes für die
digitale Gesamtinformation sowohl auf
der Sende- als auch auf der
Empfangsseite und Vergleich dieser Prüfsummenworte läßt sich in einfacher und objektiver
Weise schnell und sicher feststellen, ob die dem Übertragungsvorgang ausgesetzte
digitale Information verfälscht worden ist. Der Vollständigkeit sei hier nochmals
vermerkt, daß der Übertragung der digitalen Information von einer Sende- zu einer
Empfangsseite ein Herstellungsprozeß, wie er bei der Herstellung optisch auslesbarer
plattenförmiger Informationsträger hoher Speicherdichte stattfindet, gleichzusetzen
ist. Entsprechendes gilt für einen oder mehrere hintereinander durchgeführte Prozeßschritte
in einer längeren Produktionskette. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang nur, daß
die digitale Information, von der vor und nach einem Prozeßschritt bzw. einem Übertragungsvorgang
jeweils Prüfsummenworte erzeugt werden, gleiches Format aufweist; Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Verfahrens nach der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 5
angegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Anhand der Zeichnungen soll die
Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig.
1 ein auf die Sendeseite bezogenes Ablaufschema für eine bevorzugte Ausführung des
Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 ein auf die Empfangsseite bezogenes Ablaufschema
entsprechend Fig. 1 für eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung,
Fig.
3 das Blockschaltbild der Sendeseite einer Übertragungsanordnung zur Durchführung
des Verfahrens entsprechend dem Ablaufschema nach Fig. 1, Fig. 4 das Blockschaltbild
der Empfangsseite einer Übertragungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend
dem Ablaufschema nach Fig. 2.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Ist die in einem Übertragungsvorgang
zu übertragende Informationsmenge zeitlich eng begrenzt, wird es im allgemeinen
genügen, für die zu übertragende Information sendeseitig und empfangsseitig ein
Prüfsummenwort zu erzeugen und das sendeseitig erzeugte Prüfsummenwort am Ende des
Ubertragungsvorgangs, soweit dies erforderlich ist, zur Empfangsseite für den dort
durchzuführenden Vergleich zu übertragen. Für viele Anwendungsfälle, und dies gilt
insbesondere auch für die Anwendung der Erfindung bei der Herstellung von Informationsträgern
hoher Speiche-dichte, ist es sinnvoll, die insgesamt zu übertragende Informationsmenge
in Informationsabschnitte zu unterteilen und jedem dieser aufeinanderfolgenden Informationsabschnitte
im Zuge der Übertragung der digitalen Information ein Prüfsummenwort zuzuordnen.
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Das für die Sende- und Empfangsseite angegebene Ablaufschema nach
den Figuren 1 und 2 macht von einer solchen abschnittsweisen Unterteilung der Information
Gebrauch. Bei den Ablaufschemas ist davon ausgegangen, daß die digitale Information
wortweise bit-parallel übertragen wird. Der Kanal, in dem das höchstwertige Bit
eines Codewortes übertragen wird, ist mit MSB-K bezeichnet und stellt den obersten
Übertragungskanal dar. Der Kanal, in dem das niedrigstwertige
Bit
eines Codewortes übertragen wird, ist mit LSB-K bezeichnet und bildet in den Figuren
1 und 2 den untersten Übertragungskanal. Die dazwischen liegenden Kanäle sind nicht
näher angegeben. Die aufeinanderfolgenden Informationsabschnitte sind mit PAn, PAn
+ 1, PAn + 2 und PAn + 3 bezeichnet. Im Übertragungskanal LSB-K werden am Ende eines
jeden Übertragungsabschnitts PAn, PAn + 1 und PAn + 2 jeweils eine Synchronisierinformation
SWn, SWn + 1 und SWn + 2 übertragen. In gleicher Weise wird zum Beginn eines jeden
Übertragungsabschnitts das Prüfsummenwort PWn, PWn + 1 und PWn + 2 für den vorhergehenden
Übertragungsabachnitt im unmittelbaren Anschluß an die Synchronisierinformation
übertragen. Im Informationsabschnitt PAn + 1 wird also zu Beginn das Prüfsummenwort
PWn für den Informationsabschnitt PAn und so fort übertragen. Die Synchroninformation
SWn, SWn + 1, und SWn + 2 wird von einem sendeseitigen Synchronwort-Generator SWG
geliefert. Die zu übertragenden Prüfsummenworte PWn, PWn + 1 und PWn + 2 werden
von einem Prüfsummenwort-Generator PSG erzeugt, dem die abgehende digitale Information
hierfür zugeführt wird. Der Synchronwort-Generator SWG und der Prüfsummenwort-Generator
PSG sind in den Ablaufschemas nach den Figuren 1 und 2 durch unterhalb der zueinander
parallelen Übertragungskanäle für die bit-parallele Übertragung der Codeworte der
digitalen Information durch Rechtecke angedeutet und zugleich durch Pfeile angezeigt,
daß sie die von ihnen erzeugte Information zur Übertragung im in Fig. 1 angegebenen
Ablaufschema an den Übertragungskanal LSB-K abgeben.
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Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist die Bezeichnung LSB-K für den
im Ablaufschema untersten Übertragungskanal in Klammer gesetzt, um anzudeuten, daß
die Übertragung der Synchronisierinformation und der Prüfsummenworte, sofern dies
erforderlich
sein sollte, auch in einem eigenen Übertragungskanal vorgenommen werden kann. Werden
die Synchronisierinformation und die Prüfsummenworte im Übertragungskanal für die
niedrigstwertigen Bits LSB-K der eigentlichen Nutzinformation übertragen, dann muß
ein entsprechender Anteil dieser niedrigstwertigen Bitinformation für die Übertragung
der Synchronisierinformation und der Prüfsummenworte unterdrückt werden.
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Hiervon kann immer dann Gebrauch gemacht werden, wenn die hierdurch
bedingte Beschränkung der zu übertragenden Nutzinformationsmenge praktisch keine
Qualitätseinbuße für die übertragene Nutzinformation mit sich bringt.
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Wie das der Fig. 1 entsprechende Ablaufschema nach Fig.
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2 auf der Empfangsseite zeigt, werden auf der Empfangsseite die Synchronisierinformation
in jedem der Übertragungsabschnitte von einem Synchronwortempfänger SWE und die
Prüfsummenworte von einem Prüfsummenwort-Empfänger PWE empfangen. Zugleich werden
die ankommenden Informationsabschnitte und zwar über sämtliche Bit-Übertragungskanäle
hinweg einem Prüfsummenwort-Generator PSG zugeführt, der entsprechend dem Prüfsummenwortgenerator
auf der Sendeseite aus den ankommenden Informationsabschnitten jeweils ein Prüfsummenwort
PWi erzeugt. Der Prüfsummenwort-Generator PSG wird hierbei vom Synchronwortempfänger
SWE synchronisiert. Die vom Prüfsummen wort-Empfänger PWE empfangenen Prüfsummenworte
PWi und die vom empfangsseitigen Prüfsummenwort-Generator PSG erzeugten Prüfsummenworte
PWi werden dem Prüfsummenwort-Vergleicher PWV zugeführt, der über seinen Anzeigeausgang
AZ ein das Vergleichsergebnis beinhaltendes Signal abgibt. Der Einfachheit halber
sind der Synchronwort-Empfänger SWE, der Prüfsummenwort-Generator PSG, der Prüfsummenwort-Empfänger
PWE und der Prüfsummenwort-Vergleicher PWV hinsichtlich ihrer Wirksamkeit lediglich
für den Übergang zwischen den aufeinanderfolgenden
Informationsabschnitten
PAn + 1 und PAn + 2 dargestellt.
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Es versteht sich von selbst, daß die Wirksamkeit dieser Einrichtungen
entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 für jeden der aufeinanderfolgenden Übergänge
aktiv sind.
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Das Blockschaltbild der Sendeseite einer nach dem Ablaufschema nach
Fig. 1 arbeitenden Übertragungsanordnung weist eine Signalquelle SQ auf, der ein
Analog-Digitalwandler A/D nachgeschaltet ist. Der Analog-Digitalwandler A/D weist
bxt-parallele Ausgänge auf, die mit entsprechenden bit-parallelen Eingängen eines
Digital-Digitalwandlers D/D verbunden sind. Die bit-parallelen Ausgänge des Digital-Digitalwandlers
D/D sind mit der eigentlichen Übertragungsleitung ÜL verbunden.
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Entsprechend den Figuren 1 und 2 wird im obersten Übertragungskanal
MSB-K das höchstwertige Bit der bit-parallelen Codeworte am Ausgang des Analog-Digitalwandlers
A/D und im untersten Übertragungslanal LSB-K das niedrigstwertige Bit der am Ausgang
des Analog-Digitalwandlers A/D anstehenden bit- parallelen Codeworte übertragen.
Die Kanalbezeichnung LSB-K ist wiederum in Klammer gesetzt, um anzudeuten, daß es
sich hierbei auch um einen besonderen Übertragungskanal handeln kann, in dem ausschließlich
die Synchronsierinformation SWi und die Prüfsummenworte PWi übertragen werden. Am
Ausgang des Analog-Digitalwandlers A/D einerseits und am Eingang des Digital-Digitalwandlers
D/D für den Übertragungskanal LSB-K ist jeweils ein Umschalter U1 und U2 angeordnet.
Der Umschalter U1 wird von der Prüfsummenwort-Burststeuerung SW-BC so gesteuert,
daß am Ende eines Informationsabschnitts das vom Synchronwort-Generator SWG erzeugte
Synchronwort in diesen Kanal eingeblendet wird. In gleicher Weise wird der Umschalter
U2 von der Prüfsummenwort-Burststeuerung PW-BC so gesteuert, daß
im
Anschluß an die über den Umschalter U1 in den Übertragungskanal LSB-K eingeblendete
Synchronisierinformation das zugehörige Prüfsummenwort PWi in diesen Übertragungskanal
ebenfalls eingeblendet wird. Die Steuerung der Prüfsummenwort-Burststeuerung PW-BC
erfolgt über den Ausgang eines Synchronwort-Vergleichers SWV, dem auf der einen
Seite von einem an den Übertragungskanal LSB-K angeschalteten Serien-Parallelwandlers
S/P-W die über den Umschalter U1 in diesen Übertragungskanal eingeblendete Synchroninformation
zugeführt wird. Zugleich steht diese Synchronisierinformation, die in den Synchronwort-Speicher
SWS eingespeichert ist, über die Parallelausgänge dieses Speichers an entsprechenden
Eingängen des Synchronwort-Vergleichers SWV an. Im Verbindungsweg zwischen den Umschaltern
U1 und U2 sind die bit-parallelen Übertragungskanäle auch an entsprechende Eingänge
des Prüfsummenwort-Generators PSG angeschaltet, der pro Informationsabschnitt ein
Prüfsummenwort erzeugt. Dieses Prüfsummenwort wird über den Parallel-Serienwandler
P/S-W und über den Umschalter U2 in den Übertragungskanal LSB-K eingeblendet. Das
Abrufen des vom Prüfsummenwort-Generators PSG erzeugten und im Parallel-Serienwandl
er P/S-W zwischengespeicherten Prüfsummenwortes wird vom Ausgang des Synchronwort-Vergleichers
SWV gleichzeitig von der Prüfsummenwort-Burststeuerung PW-BC gesteuert. Unmittelbar
danach wird das Ausgangssignal des Synchronwort-Vergleichers SWV über das Verzögerungsglied
A15 hinweg am Rücksetzeingang r des Prüfsummenwort-Generators wirksam. Die Prüfsummenwort-Burststeuerung
SW-BC wird ihrerseits von der Abschnitts-Periodensteuerung APC gesteuert, die die
Größe der Informationsabschnitte festlegt, für die jeweils ein Prüfsummenwort PWi
zu erzeugen ist. Die Taktversorgung TV für die verschiedenen Baugruppen der Sendeseite
ist lediglich angedeutet.
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Das dem Blockschaltbild der Sendeseite nach Fig. 3 entsprechende Blockschaltbild
der Empfangsseite nach Fig. 4 weist eingangsseitig auf seiten der Übertragungsleitung
ÜL wiederum einen Digital-Digitalwandler D/D auf, der seinerseits ausgangsseitig
mit einem Digital-Analogwandler D/A verbunden ist. Das analoge Ausgangssignal des
Digital-Analogwandlers D/A wird der Signal senke SS zugeführt. Der empfangsseitige
Prüfsummenwort- Generator PSG, der aus der ankommenden Information am Ausgang des
Digital-Digitalwandlers D/D pro Informationsabschnitt ein Prüfsummenwort erzeugen
muß, werden die bit-parallelen Übertragungskanäle auf der Ausgangsseite des Digital-Digitalwandlers
D/D über unter sich gleiche Laufzeitketten LK zugeführt, von denen die Laufzeitkette
für den Übertragungskanal LSB-K in einen Serien-Parallelwandler S/P-W1 integriert
ist. Der Serien-Parallelwandler S/P-W1 weist eine entsprechend der Bitzahl eines
Prüfsummenwortes PWi entsprechende Zahl von Parallelausgängen auf, die mit entsprechenden
Eingängen des Prüfsummenwort-Vergleichers PWV verbunden sind. In gleicher Weise
liefert der Prüfsummenwort-Generator PSG über eine entsprechende Anzahl von Ausgängen
an den Prüfsummenwort-Vergleicher PWV bit-parallel das von ihm informationsabschnittsweise
erzeugte Prüfsummenwort PW'i. Zur Synchronisierung des Prüfsummenwort-Generators
PSG sowie des Umschalters U, der den Ausgang des Prüfsummenwort-Vergleichers PWV
in dem Zeitpunkt, in dem an den Ausgängen des Serien-Parallelwandlers S/P-W1 das
von der Sendeseite zur Empfangsseite übertragene Prüfsummenwort ansteht, mit dem
Eingang der Anzeigevorrichtung AZS verbindet, wird die Information im Übertragungskanal
LSB-K über den Serien-Paralleiwandler S/P hinweg in serieller Form dem Serien-Parallelwandler
S/P-W2 zugeführt. Dieser Serien-Parallelwandler S/P-W2 der eine dem Synchronwort
der Synchroninformation SWi entsprechende
Anzahl von parallelen
Bitausgängen aufweist, ist mit einer entsprechenden Anzahl von Eingängen des Synchronwort-Vergleichers
SWV verbunden.
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Entsprechend dem Blockschaltbild der Sendeseite nach Fig. 3 ist der
Synchronwort-Vergleicher SWV wiederum mit einem Synchronwort-Speicher SWS verbunden,
in den die Synchronisierinformation fest eingespeichert ist. Der Ausgang des Synchronwort-Vergleichers
SWV steuert über seinen Ausgang unmittelbar den Umschalter U, der somit bei Auftreten
eines Synchronwortes kurzzeitig den Ausgang des Prüfsummenwort-Vergleichers PWV
mit dem Eingang der Ergebnis-Anzeigeschaltung AZS verbindet.
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Zugleich wird mit dem Steuerimpuls für den Umschalter U die Ergebnis-Anzeigeschaltung
AZS aktiviert. Über den Anzeigeausgang des Synchronwort-Vergleichers SWV wird entsprechend
Fig. 3 auch zeitverzögert über das Verzögerungsglied AL der Prüfsummenwort-Generator
PSG über seinen Rücksetzeingang r rückgesetzt.
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Für zahlreiche Anwendungsfälle dürfte es genügen, wenn die Prüfsummenworte
PWi, PW'i im Prüfsummenwort-Vergleicher PWV lediglich hinsichtlich ihrer höherwertigen
Bitanteile auf Übereinstimmung miteinander verglichen werden.
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Gewerbliche Verwertbarkeit Das Verfahren nach der Erfindung eignet
sich als zusätzliche Fehlerprüfeinrichtung überall da, wo sehr hohe Anforderungen
an die einwandfreie Übertragung digitaler Informationen gestellt werden. Diese hohen
Anforderungen ergeben sich außer bei der Fertigung digitaler Audioplatten (CD) vor
allem bei ausgedehnten Rechenanlagen im Zusammenhang mit dem Austausch von Datenmengen
zwischen Rechnern und Peripheriegeräten,
bei der Fertigung von
ROMs sowie bei der Fernübertragung sowohl über Leitungen als auch über Funk von
hochwichtigen Dateninformationen.
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Liste der in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen SQ Signalquelle
SS Signalsenke MSB-K Übertragungskanal für das höchstwertige Bit LSB-K Übertragungskanal
für das niedrigstwertige Bit A/D Analog-Digitalwandler D/A Digital-Analogwandler
D/D Digital-Digitalwandler PAi Informationsabschnitt i SWi Synchroninformation für
Informationsabschnitt i PWi Prüfsummenwort.für Informationsabschnitt i SWG Synchronwort-Generator
SWE Synchronwort-Empfänger SWV Synchronwort-Vergleicher AZ Synchronwort-Vergleicherausgang
SWS Synchronwort-Speicher SW-BC Synchronwort-Burststeuerung PSG Prüfsummenwort-Generator
PWE Prüfsummenwort-Empfänger PWV Prüfsummenwort-Vergleicher PW-BC Prüfsummenwort-Burststeuerung
APC Informationsabschnittssteuerung TV Taktversorgung P/S-W Parallel-Serienwandler
S/P-W7,2 Serien-Parallelwandler Verzögerungsglied LK Laufzeitkette
ÜL
Übertragungsleitung U, U1,2 Umschalter AZS Ergebnis-Anzeigeschaltung 5 Patentansprüche
4 Figuren