DE4217309A1 - Übertragungssignal für binäre Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Übertragungssignal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Signal ist bekannt durch den für die Compact Disc verwendeten Übertra­ gungscode EFM.

Bei der Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen ist es üblich, für die Fehlerkorrektur eine doppelte Reed-Solo­ mon-Codierung zu verwenden. Dabei dient der innere Code, der bei der Aufzeichnung nach dem Interleaving erzeugt und bei der Wiedergabe vor dem De-Interleaving ausgewertet wird, zur Korrektur von Einzelfehlern. Die äußere Code, der vor dem Interleaving erzeugt und nach dem De-Interleaving ausgewertet wird, korrigiert die Burstfehler.

Bei der Abtastung von Schrägspuraufzeichnungen mit veränderter Bandgeschwindigkeit, insbesondere Sonderläufen bei Video- Wiedergabe, kann im allgemeinen nur der innere Code aus­ gewertet werden, da von jeder Spur nur ein kleiner Abschnitt erfaßt wird, so daß ein De-Interleaving nicht durchführbar ist. Es ist daher wünschenswert, die Fehlerkorrektur mit der inneren Codierung so wirkungsvoll wie möglich zu gestalten.

Es ist bekannt, daß bei der Reed-Solomon-Decodierung die Hälfte der Korrekturkapazität für die Bestimmung der Fehler­ orte benötigt wird. Das bedeutet aber, daß bei bekanntem Feh­ lerort die Zahl der korrigierbaren Bytes verdoppelt ist. Es ist also vorteilhaft, wenn bereits vor der Reed-Solomon-Deco­ dierung fehlerhafte Bytes erkannt und durch Errorflags mar­ kiert werden.

Da das Reed-Solomon-codierte Signal vor der Aufzeichnung im Kanaldecoder in einen Übertragungscode umgewandelt wird, so daß bei der Wiedergabe vor der Reed-Solomon-Decodierung der Kanaldecoder durchlaufen werden muß, besteht die Möglich­ keit, dort fehlerhafte Bytes zu erkennen und zu markieren (DE-OS 38 21 450).

Bei dem in der DE-OS 38 21 450 angegebenen Beispiel ist je­ doch die Fehlererkennung nicht sehr effektiv. Bei dem dort verwendeten 8/10-Code ist die Codierung der 256 Bytes (8-bit- Wörter) die 4fache Menge von 10-bit-Wörtern verfügbar. Da aber 3 Tabellen verwendet werden, sind verhältnismäßig viele dieser Wörter Codewörter. Ein Bitfehler kann jedoch nur er­ kannt werden, wenn durch die Fehler im Übertagungscode ein 10-bit-Wort entsteht, das nicht zur Menge der Codewörter ge­ hört. Anwendung findet die 8/10 Modulation z. B. beim R-DAT- System. Hier wird die Kanal-Codierung mit Hilfe von 2 Tabellen durchgeführt. Die Codewörter in den Tabellen sind so ge­ wählt, daß das aus den Codewörtern zusammengestellte Signal vor der Übertragung einer NRZI-Wandlung unterzogen werden muß. Ein Vorteil des NRZI-Signals besteht in der Polaritäts­ unabhängigkeit des Signals, da der Binärwert nicht als Ampli­ tutenwert, sondern als vorhandener oder nicht vorhandener Pegelübergang übertragen wird. Der Nachteil der NRZI-Wand­ lung besteht darin, daß bei der Rückwandlung jeweils zwei aufeinanderfolgende Bits kombiniert werden. Dadurch entsteht eine Fehlerfortpflanzung, die sich dann auswirkt, wenn das letzte Bit eines Codewortes falsch ist. In diesem Fall ent­ stehen aus einem einzelnen Bitfehler im Übertragungscode zwei fehlerhafte Bytes. Da es möglich ist, daß dadurch die Korrekturkapazität der inneren Reed-Solomon-Decodierung über­ schritten wird, sollte diese Fehlerfortpflanzung vermieden werden.

Für optisch abtastbare Speichermedien (CP) wird als Übertra­ gungscode EFM (eight to forteen modulation) angewendet. Die 14-bit-Codewörter dieses Codes sind in nur einer Tabelle ent­ halten. Durch die große Redundanz dieses Codes sind viele Übertragungsfehler im Kanaldecoder erkennbar. Da nur eine Codetabelle existiert, ist ein DC-freies Signal nur durch zusätzliche Bits zwischen den Codewörtern und NRZI-Wandlung herstellbar. Die Zusatzbits bringen den Vorteil, daß sich die durch die NRZI-Rückwandlung bedingte Fehlerfortpflanzung nicht auswirkt, da durch einen Bitfehler nie mehr als ein Codewort verfälscht wird.

Bei der EFM werden 3 zusätzliche Bits benötigt, um die digi­ tale Summe und die Runlength in den vorgeschriebenen Grenzen zu halten, so daß auf jeweils 8 Datenbits 17 zu übertragende Bits entfallen. Obwohl die Bitrate durch die Kanalcodierung mehr als verdoppelt wird, ist die kürzeste Wellenlänge auf dem Aufzeichnungsträger vergrößert, da durch die hohe Redun­ danz die kleinste Runlength auf 3 Bit erhöht werden kann. Die größte Runlength beträgt 11 Bit. Wegen der starken Erhöhung der Bitrate und der großen Runlength-Werte ist der EFM- Code für magnetische Bandaufzeichnung ungeeignet. Um bei der magnetischen Aufzeichnung die Bitrate möglichst klein zu halten, besteht im Gegenteil die Tendenz, immer weniger Redun­ danz für den Aufzeichnungscode zur Verfügung zu stellen, statt 8/10- z. B. 8/9- oder 24/25-Modulation.

Hierbei muß auf die Gewinnung von Errorflags im Kanaldecoder verzichtet werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Übertragungscode festzustellen, der sich gut für die magnetische Aufzeichnung mit hoher Speicherdichte eignet, aber auch die Möglichkeit bietet, einen großen Teil der fehlerhaften Bytes bereits im Kanaldecoder mit Errorflags zu versehen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es hat sich herausgestellt, daß ein Übertragungscode, der den erfindungsgemäß festgelegten Daten entspricht, einen guten Kompromiß für die magnetische Dichtspeicheraufzeichnung darstellt. Trotz der Erhöhung der Bitrate wird die kürzeste Wellenlänge auf dem magnetischen Träger gegenüber den oben genannten Codes infolge der minimalen Runlength von Rmin=2 vergrößert. Gegenüber dem 8/10-Code beträgt die Vergrößerung der Wellenlänge 54%, gegenüber der direkten Aufzeichnung des Datensignals beträgt sie 23%. Die maximale Runlength kann auf Rmax=6 begrenzt werden. Damit ist das Verhältnis Rmax : Rmin=3 kleiner als bei den obengenannten Codes. Das führt zu einem sehr konzentrierten Spektrum, das verhältnis­ mäßig wenig Übertragungsbandbreite erfordert, so daß ein guter Störabstand erzielbar ist. Außerdem ist der geringe Maxi­ malwert der Runlength für die Taktregenerierung vorteilhaft. Da die Menge der ausgewählten Codewörter nur 1/16 der verfüg­ baren 12-bit-Wörter beträgt, kann im Kanaldecoder ein großer Teil der fehlerhaften Codewörter erkannt werden, so daß eine Markierung der aus diesen Codewörtern gewonnenen Bytes erfolgen kann. Das zwischen den Codewörtern eingefügte Bit verhindert die Auswirkung der mit der NRZI-Rückwandlung verbundenen Fehlerfortpflanzung. Durch den geringen Maximalwert der Runlength kann ohne Schwierigkeiten ein Sync.-Wort erzeugt werden, dessen Bitmuster im übrigen Signal nicht vorkommt. Es genügt, daß das Bitmuster die Runlength R=7 enthält.

Durch das eindeutig erkennbare Sync.-Wort, die gute Möglich­ keit für das Markieren fehlerhafter Bytes und das Vermeiden der Auswirkung einer Fehlerfortpflanzung ist der hier angegebene Code besonders vorteilhaft für Schrägspuraufzeichnungen, wenn bei der Wiedergabe Betriebsarten durchzuführen sind, bei denen für die Fehlerkorrektur nur die innere Reed- Solomon-Codierung ausnutzbar ist.

Tabelle 1 und 2 zeigen eine Codetabelle, die zur Erzeugung eines Übertragungscodes nach Anspruch 1 geeignet ist.

Die Figur zeigt eine Anordnung, mit der der erfindungsgemäße Übertragungscode aus 8-bit-Datenwörtern erzeugt und nach der Übertragung ausgewertet wird.

Die Codewörter in der Tabelle nach Tabelle 1 und 2 sind so ausgewählt, daß die Runlength-Bedingungen Rmin=2 und Rmax=6 eingehalten werden können. Diese Runlengthwerte ergeben sich im Übertragungssignal NRZI. Wenn das NRZI-Signal zusätz­ lich DC-frei sein soll, dann müssen die Eingangsdatenwörter DW einem Zufallssignal entsprechen. Sofern dieses nicht ge­ währleistet ist, kann mit einem Scrambler eine definierte Verwürfelung vorgenommen werden, die auf der Empfangsseite wieder rückgängig gemacht wird.

Die Werte gemäß Tabelle 1 und 2 ist im ROM 1 abgelegt. Beim Anlegen eines 8-bit-Datenwortes DW erscheint an 12 Ausgängen das zugehörige Codewort CW. Das Zusatzbit z muß in einer Lo­ gikschaltung bestimmt werden. Die hierzu erforderlichen Daten für die Logikschaltung können zusätzlich im ROM 1 abge­ legt sein, so daß nicht jedes einzelne Codewort in der Logik­ schaltung untersucht werden muß. Bei der Auswahl des Zusatz­ bits hat die Runlength-Bedingung Vorrang. Die minimale Run­ length sollte immer Rmin=2 sein. Daher muß das Zusatzbit "0" sein, wenn ein Codewort mit "1" endet oder ein Codewort mit "1" beginnt. Wenn die Anzahl der Nullen am Ende und An­ fang zweier aufeinanderfolgender Codewörter z. B. vier über­ steigt, dann muß das Zusatzbit 1 sein, damit die maximale Runlength Rmax=6 nicht überschritten wird. Wenn die Bedin­ gung Rmax=6 eingehalten werden soll, kann bei ca. 29% aller Codewörter über den Wert des Zusatzbits zwecks Reduzierung der laufenden digitalen Summe rds entschieden werden. Das reicht aus, um die digitale Summe zu begrenzen und damit das NRZI-Signal DC-frei zu machen. Bei Rmax=7 wären bei der Tabelle nach Tabelle 1 ca. 35% der Zusatzbits frei wähl­ bar, wodurch sich mehr Möglichkeiten für die Gestaltung des Spektralverlaufs ergeben.

Zur Begrenzung der digitalen Summe muß die Logikschaltung die digitale Summe der erzeugten NRZI-Signals ständig berechnen und bei frei wählbarem Zusatzbit dieses stets so wählen, daß der Betrag der digitalen Summe möglichst klein wird.

Das ermittelte Zusatzbit und die 12 Bit des Codewortes werden in P/S-Wandler 3 in das serielle NRZ-Signal gewandelt, das mit Hilfe des Ex-Or-Gatters 4 und des D-Flip-Flops 5 in das eigentliche Übertragungssignal NRZI umgeformt wird, das z. B. auf einem Magnetband 6 aufgezeichnet wird. Bei der Wiedergabe erfolgt zunächst eine Rückwandlung des Signals NRZI in das NRZ-Signal mit Hilfe des D-Flip-Flops 7 und des Ex- Or-Gatters 8. Das NRZ-Signal wird im S/P-Wandler 9 Wort für Wort auf 12 parallelen Leitungen verfügbar gemacht, die zu den Adreßeingängen des ROMs 10 führen, in dem die Demodulations­ tabelle abgelegt ist. Das ROM 10 hat 4096 Speicherplätze von denen 256 mit den Datenwörtern 0 . . . 255 belegt sind. Falls ein ROM für 4096×9 Bit verfügbar ist, kann das 9. Bit die nicht mit Datenwörtern belegten Speicherplätze mar­ kieren und damit die Errorflags liefern. Man kommt aller­ dings auch mit einem ROM für 4096×8 Bit aus, wenn Speicher­ plätze, deren Adresse nicht zur Menge der Codewörter gehört, ein bestimmtes 8-bit-Datenwort enthalten. Es muß dann jedoch mit einer Gatteranordnung 11 geprüft werden, ob beim Erscheinen dieses Datenwortes das zugehörige 12-bit-Codewort am ROM 10 anliegt. Nur wenn dieses nicht der Fall ist, gibt die Schaltung 11 eine Fehlermarkierung EF ab.

Die Zuordnung zwischen den 8-bit-Datenwörten und den 256 ausgewählten 12-bit-Codewörtern in der Modulationstabelle gemäß Fig. 1a und b ist zwar beliebig, muß aber einmal ein­ heitlich festgelegt werden. Hier ist die Zuordnung so, daß alle Codewörter, bei denen die freie Wahl des Zusatzbits nicht möglich ist, ungeradzahligen Datenwörtern zugeteilt sind. Damit sind günstige und ungünstige Codewörter abwech­ selnd angeordnet. Das kann in folgenden Fällen vorteilhaft sein:

• 1. Obwohl ein Signal sich zeitweise nur in einem einge­ schränkten Wertebereich verändert, kann auf ein Scramb­ ling verzichtet werden.
• 2. Falls ein Scrambling erforderlich ist, genügt es, allein das LSB der Datenwörter zu scrambeln.
• 3. Bei einer Quellencodierung, die nicht ständig die volle Übertragungskapazität der Datenwörter beansprucht, kann ein bestimmtes Bit des Datenworts vorrangig auf einen Wert gesetzt werden, hier z. B. das LSB auf "0". Dadurch wird das Spektrum des erzeugten Übertragungscodes günstig beeinflußt.

Die Auswahl der 256 in der Tabelle 1 zusammengestellten Code­ wörter erfolgte aus 274 für den erfindungsgemäßen 8/12-Code geeigneten Codewörtern. Es wurden 18 Wörter ausgeschieden, die sowohl am Anfang als auch am Ende die freie Wahl des Zu­ satzbits ausschlossen. Der geringe Überschuß an geeigneten Codewörtern zeigt, daß die Redundanz des erfindungsgemäßen 8/12-Codes zur Einhaltung der Runlength- und Spektral-Bedin­ gungen äußerst gut ausgenutzt ist.

Tabelle 1

Tabelle 2

Claims (4)

1. Übertragungssignal für binäre Daten, bei dem m-bit-Da­ tenwörtern ausgewählte n-bit-Codewörter auch eine Ta­ belle zugeordnet sind und zur Erzeugung des Signals zwischen den Codewörtern zusätzliche Bits eingefügt werden und das auf diese Weise erzeugte NRZ-Signal in ein NRZI-Signal gewandelt wird, wobei der Runlength-Bereich und der Spektralverlauf des NRZI-Signals durch die zu­ sätzlichen Bits bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß m=8 und n=12 ist, und daß die Tabelle so aufge­ stellt ist, daß mit Hilfe von einem Zusatzbit eine mini­ male Runlength von 2 und eine maximale Runlength von 6 im NRZI-Signale eingehalten werden kann und außerdem der Spektralverlauf des NRZI-Signals beeinflußbar ist.

2. Übertragungssignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den 8-bit-Datenwörtern gebildete Ein­ gangssignal gescrambelt ist.

3. Codetabelle zur Erzeugung eines Übertragungssignals nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Signals günstige und ungünstige Codewörter in wechselnder Reihenfolge angeordnet sind.

4. Decodierschaltung für ein Übertragungssignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 8-bit-Datenwörter, die aus 12-bit-Wörtern gewonnen werden, die nicht zur Menge der Codewörter gehören, mit Errorflags mar­ kiert werden.