DE3743705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerkorrekturvorrichtung für einen Informationsspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Korrektur von Fehlern in einer digitalen Information, die aus einer Informationsspeicher ausgelesen wird, wird durch Speichern der Information in codierter Form ermöglicht, die aus Gruppen von Codewörtern mit einem Format besteht, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dieses Diagramm entspricht dem auf Seite 205 in Nikkei Electronics No. 21, November 1983, dargestellten, jedoch mit einem anderen Code-Aufbau. Das Format nach Fig. 4 beginnt mit einer Präambel 1, deren Zweck darin besteht, die Taktsignalerzeugung zu vereinfachen, wenn die Information ausgelesen wird. Die Präambel besteht aus einer hochperiodischen Bitkombination (oder "Muster"), z. B. Wiederholungen der Bitkombination "100". Auf die Präambel 1 folgen Synchronisationsfelder 2 und Datenfelder. Jedes Datenfeld besteht aus einer anderen Bitkombination, die zur Synchronisation der Daten in den Datenfeldern benutzt wird. Die Datenfelder enthalten digitale Informationen 3 a und Prüfzeichen 3 b. Die Synchronisationsfelder 2 sind periodisch über die Datenfelder 3 a und 3 b verteilt und am Anfang der Daten angeordnet. Der Aufbau nach Fig. 4 ist in 12-Byte-Blöcke unterteilt (segmentiert), wobei zu jedem Block ein 1- Byte-Synchronisationsfeld 2 hinzugefügt ist. In der Informationsspeichervorrichtung sind diese Felder in der folgenden Reihenfolge aufgezeichnet: Die Präambel 1, ein Synchronisationsfeld 2, dann Datenbytes D 1, D 131, D 261, D 391, D 2, D 132, . . .

Das Datenfeld ist in vier Codewörtern aufgeteilt, die sich in horizontaler Richtung in der Zeichnung erstrecken. Ein Codewort P enthält 130 Bytes digitale Informationen 3 a und 16 Bytes Prüfzeichen 3 b. Es wird ein Codierungsschema nach Reed-Solomon mit einem Hamming-Abstand 17 (146, 130, 17) verwendet. Die Fehlerkorrekturfähigkeit eines Reed-So­ lomon-Codes läßt sich durch drei Parameter darstellen:
E, der Anzahl von Fehlern an unbekannten Plätzen; F, der Anzahl von Fehlern an bekannten Plätzen; und D, dem Ham­ ming-Abstand. Fehler in der codierten Information können immer dann korrigiert werden, wenn die Beziehung der nach­ stehenden Gleichung (1) erfüllt ist:

F + 2E < D (1)

In Regel ist der Platz der Fehler unbekannt. Die Be­ dingung (1) wird dann zu:

2 E < D (2)

Mit D = 17 ergibt sich nach Gleichung (2), daß Fehler an maximal acht unbekanten Plätzen korrigiert werden können.

Fehlerkorrekturverfahren durch Reed-Solomon-Codes mit den Hamming-Abständen 146, 130 und 17 werden hier nicht im einzelnen beschrieben, doch sei diesbezüglich auf die US- Patentschrift 41 62 480 und den Forschungsbericht PRL73-77 (Januar 1974) des Institute of Electronics and Communica­ tion Engineers of Japan verwiesen.

Nachstehend seien die Auswirkungen eines Defekts im Spei­ chermedium, z. B. einer Verschmutzung der mit X in Fig. 5 markierten Bytes, bei der Wiedergabe von Informationen betrachtet, die in dem soeben beschriebenen Format aufge­ zeichnet sind. Der Fehler A, der eine korrekte Wiedergabe von Daten über ein längeres Intervall verhindert, führt zu einem Bit-Schlupf in den Taktsignalen an den mit Drei­ ecken markierten Stellen. Dies führt zu einem Verlust der Datensynchronisation; das heißt, die Anzahl der Taktimpul­ se stimmt nicht mit der Datenmenge überein, was solange Datenfehler verursacht, bis das nächste Synchronisations­ feld 2 d richtig festgestellt wird. Infolgedessen werden alle mit einem Dreieck markierten Daten falsch gelesen. Kurze Fehler, wie der bei B, verursachen keinen Bit- Schlupf. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel verur­ sacht der Fehler A einen 7-Byte-Fehler in jedem Codewort P. Sofern keine Mittel zur Lokalisierung des Fehlers A vorgesehen sind, folgt aus Gleichung (2), daß dieser Feh­ ler nahezu das gesamte Codefehler-Korrekturvermögen auf­ braucht, so daß es zum Korrigieren eines Fehlers in nur noch einem zusätzlichen Byte ausreicht.

Der Bit-Schlupf bedeutet daher bei der bekannten Fehler­ korrektur ein erhebliches Problem, weil er eine große An­ zahl von Fehlern verursacht, die korrigiert werden müssen, ohne ihren Ort genau zu kennen, was eine erhebliche Be­ lastung des Fehlerkorrekturvermögens des Fehlerkorrektur­ codes bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federkor­ rekturvorrictung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugegen, bei der durch Identifizierung des Ortes von Fehlern, die durch einen Bit-Schlupf verursacht werden, das Fehlerkorrekturvermögen eines Fehlerkorrekturcodes effektiver ausnutzbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Bei dieser Lösung werden aufeinanderfolgende Fehler in den Synchronisationsfeldern festgestellt, die entsprechenden Orte oder Plätze in dem wiedergegebenen Codewort als durch Bit-Schlupf fehlerhaft identifiziert und Ausfall-Kennzeichen zur Markierung dieser Plätze gesetzt. Die Ausfall-Kennzeichen ermöglichen eine wirksame Ausnutzung des Fehlerkorrekturvermögens des Codes.

Eine Weiterbildung ist in Anspruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildung werden nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Informationsformat, das erfindungsgemäß in einem Informationsspeicher verwendet wird,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fehlerkorrekturvorrichtung für einen Informationsspeicher,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Signalen, die an verschiedenen Stellen der Fehlerkorrekturvorrichtung nach Fig. 2 auftreten,

Fig. 4 ein Informationsformat, das in einer herkömmlichen Fehlerkorrekturvorrichtung verwendet wird, und

Fig. 5 Fehler in den Informationen des in Fig. 4 dargestellten Formates.

Das in Fig. 1 dargestellte Format, in dem digitale Informationen mittels einer erfindungsgemäßen Fehlerkorrektuvorrichtung in einem Informationsspeicher aufgezeichnet werden, hat eine Präambel 1, Synchronisationsfelder 2 und ein Datenfeld 3, das digitale Informationen 3 a und Prüfzeichen 3 b enthält, die den in Fig. 4 dargestellten ähnlich sind. Die Synchronisationsfelder 2 werden zu jedem 12-Byte-Datenblock hinzugefügt. Die zu vier in der Zeichnung dargestellten Blöcken hinzugefügten Synchronisationsfelder 2 sind mit 2 a, 2 b, 2 c und 2 d bezeichnet. Das Datenfeld 3 enthält Codewörter P, die in einem Fehlerkorrekturcode codiert sind. Die Pfeile Q bezeichnen Plätze oder Stellen, an denen Ausfall-Kennzeichen (auch "dropout- flags" genannt) gesetzt sind.

Es sei angenommen, daß das Speichermedium Defekte aufweist, die Fehler an den mit X bezeichneten Stellen verursachen. Ein Fehler A hat ein Bit-Schlupf zur Folge, ein Fehler B dagegen nicht. Wenn zwei aufeinanderfolgende Synchronisationsfelder, z. B. die Synchronisationsfelder 2 b und 2 c, fehlerhaft sind, werden Ausfall-Kennzeichen Q von denjenigen Plätzen an, an denen das letzte Synchronisationsfeld vor dem Fehler richtig festgestellt wurde (das Synchronisationsfeld 2 a in Fig. 1), bis zu dem nächsten richtig festgestellten Synchronisationsfeld (dem Synchronisationsfeld 2 d in Fig. 1) gesetzt. Die Ausfall-Kennzeichen dienen zur Korrektur von Fehlern.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Fehlerkorrekturvorrichtung werden ein Bit-Schlupf festgestellt, Ausfall-Kennzeichen gesetzt und die Daten decodiert. Das Zeitdiagramm nach Fig. 3 stellt den zeitlichen Verlauf der Ausgangssignale der in Fig. 2 dargestellten Blöcke dar.

Die Bauteile Fehlerkorrekturvorrichtung nach Fig. 2 sind ein Eingangsanschluß 4, ein Taktgenerator 5, ein Synchronisationsdetektor 6, zwei Zähler 7 und 8, ein Flipflop 9, zwei weitere Zähler 10 und 11, zwei Register 12 und 13, ein Ausfall-Kennzeichen-Generator 14, ein Fehlerkorrektur-Decodierer 15, ein Datenregenerator 16, ein Vorderflankendetektor 17, ein NAND-Glied 18, ein NICHT-Glied oder Inverter 19 und ein Ausgangsanschluß 20. In dem Signalkanal vom Eingangsanschluß 4 zum Ausgangsanschluß 20 bilden die Bauteile 6, 9, 10, 17, 18 und 19 eine erste Schaltungseinrichtung zum Feststellen aufeinanderfolgender Fehler in dem Synchronisationsfeld, die Bauteile 12, 13 und 14 eine zweite Schaltungseinrichtung zum Setzen von Ausfall-Kennzeichen in dem Intervall bzw. der Zeitspanne zwischen den richtig festgestellten Synchronisationsfeldern vor und nach dem Fehler und die Bauteile 15 und 16 eine dritte Schaltungseinrichtung zum Decodieren des Codeworts mit Bezug auf die bzw. unter Berücksichtigung der Ausfall-Kennzeichen und zum Korrigieren darin enthaltener Fehler.

Wenn die digitale Information gelesen wird, wird das vom Speichermedium reproduzierte bzw. wiedergegebene Signal am Eingangsanschluß 4 aufgenommen und zum Taktregenerator 5 und Synchronisationsdetektor 6 übertragen. Der Taktregenerator 5 erzeugt die Taktimpulse, die zum Decodieren des wiedergegebenen Signals erforderlich sind. Der Synchroni­ sationsdetektor 6 stellt das Synchronisationsfeld 2 fest und erzeugt ein Synchronisationsfeststellsignal b. Der Zähler 7 zählt die Taktimpulse des Taktregenerators 5 und erzeugt ein 0-Signal c, wenn der Zählwert einen Wert er­ reicht, der 13 Bytes entspricht, die dem Intervall zwi­ schen Synchronisationsfeldern entsprechen, oder wenn das Synchronisationsfeststellsignal b erzeugt wird, je nach­ dem, welches Ereignis früher eintritt. Der Zähler 8 zählt die Taktimpulse des Taktregenerators 5 und wird durch das Ausgangssignal c des Zählers 7 gesetzt und erzeugt ein 0-Signal d nach einer festen Zeitspanne, etwa in der Mit­ te zwischen den Synchronisationsfeldern. Da das Signal d von dem Signal b unabhängig ist, tritt das Signal d selbst dann auf, wenn das Synchronisationsfeld 2 nicht festgestellt wird. Das Signal d wird dem Vorderflankende­ tektor 17 zugeführt, der einen 0-Impuls erzeugt, wenn er die Vorderflanke des Signals d feststellt. Dieser Impuls und das Synchronisationsfeststellsignal b steuern das Flipflop 9, das durch die Vorderflanke des Signals d ge­ setzt und bei Eingabe des Synchronisationsfeststellsignals b zurückgesetzt wird. Die Signale d und e werden zur Er­ zeugung eines Impulssignals f verknüpft, das nur dann er­ zeugt wird, wenn kein Synchronisationsfeld 2 festgestellt wird. Der Zähler 10 zählt die Impulse des Impulssignals f und erzeugt ein 0-Ausgangssignal g, wenn der Zählwert einen voreingestellten Wert ("2" in Fig. 5) oder einen höheren Wert erreicht. Ein Synchronisationsfeststellsignal b setzt den Zähler 10 zurück, so daß sein Ausgangssignal auf "1" umgeschaltet wird. Der Zähler 11 wird zurückge­ setzt, wenn der Synchronisationsdetektor 6 das Synchroni­ sationsfeld 2 feststellt, das unmittelbar auf die Präambel 1 folgt, zählt die Anzahl der Signale d und erzeugt ein Frame-Signal h, das die ursprüngliche Position des augen­ blicklichen Synchronisationsfeldes 2 in dem Datenfeld des wiedergegebenen Signals darstellt. In dem Register 12 wird die Frame-Nummer jedesmal zwischengespeichert, wenn das Synchronisationfeld 2 festgestellt wird. Das Register 13 speichert die Frame-Nummern, die aus dem Register 12 und dem Zähler 11 ausgegeben werden, beim Auftreten eines 0-Signals g.

Das Ausgangssignal x des Registers 13 ist die Frame-Nummer i, die dem letzten Synchronisationsfeld 2 entspricht, das vor einem Bit-Schlupffehler, z. B. A, richtig festgestellt wird. Das Ausgangssignal y des Registers 13 ist die Frame- Nummer (i + 3 in diesem Falle), die dem ersten Synchroni­ sationsfeld 2 entspricht, das nach dem Bit-Schlupffehler richtig festgestellt wird. Beim Empfang dieser Ausgangssi­ gnale x und y setzt der Ausfall-Kennzeichen-Generator 14 Ausfall-Kennzeichen Q für die Daten zwischen den richtig festgestellten Synchronisationsfeldern 2 a und 2 d, die den Fehler umgeben, und überträgt die Kennzeichen-Information zum Fehlerkorrektur-Decodierer 15. Inzwischen decodiert der Datenregenerator 16 das Datenfeld zu 1- und 0-Bits unter Verwendung des Synchronisationsfeststellsignals b und der vom Taktregenerator 5 erzeugten Taktimpulse und überträgt das regenerierte Signal zum Fehlerkorrektur-De­ codierer 15. Bei Erhalt dieses regenerierten Signals prüft der Fehlerkorrektur-Decodierer 15 die Ausfall-Kennzeichen Q, korrigiert er Fehler in dem Codewort und überträgt er das Ergebnis zum Ausgangsanschluß 20, der mit einer Vor­ richtung, z. B. einem Rechner, verbunden sein kann. Die Fehlerkorrektureinrichtung in dem Fehlerkorrektur-Decodie­ rer 15 ist die gleiche wie im bekannten Stand der Technik und wird daher nicht im einzelnen beschrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, werden Ausfall-Kennzeichen Q für eine bestimmte Menge korrekter Daten erzeugt. Obwohl es hin­ sichtlich der Fehlerkorrektur nachteilig ist, richtige Daten als fehlerhaft zu kennzeichnen, wird dieser Nachteil durch den Vorteil aufgewogen, daß die falschen Daten durch die Ausfall-Kennzeichen Q lokalisiert werden. In dem Bei­ spiel nach Fig. 1 werden neun Ausfall-Kennzeichen für den Fehler A gesetzt, so daß sich nach Gleichung (1) mit F = 9 ergibt: 9+2 E<17. Dies bedeutet, daß das verbleibende Korrekturvermögen ausreicht, Fehler in bis zu drei zusätz­ lichen Bytes an unbekannten Plätzen (E = 3) zu korrigie­ ren. Wenn keine Ausfall-Kennzeichen Q gesetzt worden wä­ ren, so daß das Fehlerkorrekturvermögen durch Gleichung (2) gegeben wäre, würde das verbleibende Korrekturvermögen zur Korrektur nur eines zusätzlichen Bytes ausreichen.

Das soeben angeführte Beispiel veranschaulicht das grund­ sätzliche Prinzip, daß bei einem Bit-Schlupf, der zu ei­ ner Konzentration von Fehlern führt, die Identifizierung des Ortes eines Bit-Schlupfes eine Verbesserung des Feh­ lerkorrekturvermögens eines Fehlerkorrekturcodes ermög­ licht. Dagegen ist es unwahrscheinlich, daß das Auftreten eines Fehlers in einem isolierten bzw. einzelnen Synchro­ nisationsfeld einen Bit-Schlupf bedeutet, so daß es nicht erforderlich ist, einen solchen Fehler mit Ausfall-Kenn­ zeichen zu umgeben.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Feststellung von Fehlern in zwei oder mehr aufeinanderfol­ genden Synchronisationsfeldern, doch kann in Systemen, in denen ziemlich lange Fehler zulässig sind, ohne daß ein Bit-Schlupf auftritt, die Anzahl aufeinanderfolgender Synchronisationsfelder, die fehlerhaft sein muß, um einen Bit-Schlupf festzustellen, auf drei oder eine größere An­ zahl eingestellt werden. Die erforderliche Anzahl läßt sich leicht durch entsprechende Einstellung des Zählers 10 ändern.

Weitere Abwandlungen des dargestellten Ausführungsbei­ spiels liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Bei­ spielsweise kann ein anderes Verfahren als Frame-Nummern zum Einstellen oder Setzen von Ausfall-Kennzeichen ange­ wandt werden.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung bei einer Fehlerkorrekturvorrichtung, die mit einem Fehlerkorrekturcode arbeitet, bei dem die aufgezeichnete Information Gruppen von Codewörtern aufweist, die aus digitalen Informations- und Prüfzeichen bestehen, und die Codewörter in Blöcke gleicher Größe aufgeteilt sind, wobei jeder Block auch ein Synchronisationsfeld zur Datensynchronisation aufweist, die Wirksamkeit des Fehlerkorrekturcodes durch Identifizierung des Ortes von Bit-Schlupf-Fehlern verbessert. Die Bit-Schlupf-Fehler werden als Fehler in aufeinanderfolgenden Synchronisationsfeldern festgestellt und mit Ausfall-Kennzeichen markiert, die von dem letzten als richtig festgestellten Synchronisationsfeld vor dem Bit- Schlupf-Fehler bis zu dem ersten als richtig festgestellten Synchronisationsfeld nach dem Bit-Schlupf-Fehler gesetzt werden. Nach Kenntnis des Ortes des Bit-Schlupfes kann der Decodierer die Fehler wirksamer korrigieren.

Claims (2)

1. Fehlerkorrekturvorrichtung für einen Informationsspeicher, in dem digitale Informationen und Prüfzeichen in Gruppen von Codewörtern gespeichert sind, die in Blöcke gleicher Größe unterteilt sind, wobei zu jedem Block ein Synchronisationsfeld zur Datensynchronisation hinzugefügt ist, gekennzeichnet durch
eine erste Schaltungseinrichtung (6, 9, 10, 17, 18, 19) zum Feststellen von Fehlern in aufeinanderfolgenden Synchronisationsfeldern, wenn die digitalen Informationen aus dem Informationsspeicher gelesen werden;
eine zweite Schaltungseinrichtung (12, 13, 14) zum Setzen von Ausfall-Kennzeichen, wenn ein Signal der ersten Schaltungseinrichtung einen Fehler in aufeinanderfolgenden Synchronisationsfeldern anzeigt, wobei die Ausfallkennzeichen von dem letzten Synchronisationsfeld an, das vor dem Fehler als richtig festgestellt worden ist, bis zu dem ersten Synchronisationsfeld, das nach dem Fehler als richtig festgestellt worden ist, gesetzt werden; und
eine dritte Schaltungseinrichtung (15, 16) zum Decodieren der Codewörter und zum Korrigieren von in ihnen auftretenden Fehlern unter Berücksichtigung der Ausfallkennzeichen, die durch die zweite Schaltungseinrichtung gesetzt worden sind.

2. Fehlerkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungseinrichtung Ausfall-Kennzeichen setzt, wenn die Anzahl aufeinanderfolgender Synchronisationsfelder, die fehlerhaft sind, gleich oder größer als ein voreingestellter Wert ist.