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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
Vorrichtung zum Erfassen eines Sicherheitsfadens beispielsweise
zum Identifizieren eines Dokuments aus einem Sicherheitscode, der
vom Faden getragen wird.
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Es
ist wohl bekannt, daß sichere
Dokumente wie z. B. Banknoten mit einem Sicherheitsfaden versehen
sind. Dieser kann ein einfacher Metallfaden sein oder Segmente aus
magnetischem Material und Segmente aus nicht-magnetischem Material
umfassen.
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Es
ist möglich,
die Segmente aus magnetischem und nicht-magnetischem Material derart
anzuordnen, daß sie
einen Code repräsentieren.
Typischerweise werden die Segmente in Elementen mit fester Länge angeordnet,
so daß sie
ein Binärwort
repräsentieren,
und dieses Wort kann mehrere Male entlang des Fadens wiederholt
werden. Die Elemente mit fester Länge können beispielsweise eine Länge von
2 mm aufweisen, wobei die Anwesenheit von magnetischem Material
eine binäre
1 angibt und die Abwesenheit eine binäre 0 angibt.
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Dieser
Code kann unter Verwendung eines Magnetkopfs oder einer Anordnung
von Köpfen
gelesen werden. Dies würde
typischerweise durch vorübergehendes
Magnetisieren des magnetischen Materials, das einen Faden bildet,
und Anordnen, damit die Dokumente von einem Transportmechanismus getragen
werden, durchgeführt
werden, so daß sie an
der Anordnung von Magnetköpfen
vorbeilaufen, wobei sich das magnetische Material des Fadens in unmittelbarer
Nähe der
Köpfe befindet.
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Wenn
der Code gelesen wurde, ist es möglich,
das Dokument, das den Faden trägt,
durch Vergleichen des Codes mit einer Datenbank bekannter Codes
zu identifizieren.
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GB 2098768B offenbart
einen Leser für
einen codierten magnetischen Faden, in dem eine lineare Anordnung
von Magnetköpfen
einen Sicherheitsfaden scannt, der in ein Dokument eingebettet ist, und
Abtastwerte der von den Magnetköpfen
erzeugten Signale in Speichervorrichtungen speichert, die nacheinander
gescannt und mit einem festen Schwellenwert verglichen werden, um
einen binären Bitstrom
zu erzeugen, der der Veränderung
der Magnetisierung entlang des Fadens entspricht.
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US-A-5889271
beschreibt ein Verfahren zum Erfassen eines codierten Fadens unter
Verwendung von mehreren Lesekanälen,
um jedes Fadensegment zu erfassen, es ist jedoch komplex zu implementieren.
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DE19921653 offenbart eine
Banknote mit einem magnetischen Sicherheitsfaden. Es offenbart auch
einen Lesekopf, in dem ein Signal durch den Durchgang des Fadens
erzeugt wird. Der vom Faden getragene Code kann aus diesem Signal
erkannt werden.
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Ein
Nachteil von früheren
Verfahren besteht darin, daß es,
um das den Faden tragende Dokument zu identifizieren, erforderlich
war, ein Verfahren zu verwenden, das die Drehung des vom Faden gelesenen
Codes durch jede mögliche
Permutation und Vergleichen von jeder dieser Permutationen mit jedem
Eintrag in einer Datenbank beinhaltet. Daher müßte ein 16-Bit-Code 16mal gedreht
und mit jedem Eintrag in einer Datenbank verglichen werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Identifizieren
eines codierten magnetischen Fadens geschaffen, bei dem eine digitale
Repräsentation
des Fadens erzeugt und die digitale Repräsentation mit einer oder mehreren bekannten
digitalen Repräsentationen
verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die
folgenden Schritte umfaßt:
Speichern der digitalen Repräsentation
des Fadens in einem zirkularen Puffer; Scannen der digitalen Repräsentation, um
eine vorbestimmte Codesequenz zu finden; Drehen der digitalen Repräsentation
in dem zirkularen Puffer, um die vorbestimmte Codesequenz an einer vorbestimmten
Position zu finden, die der Position der vorbestimmten Codesequenz
in einer gespeicherten Version der bzw. jeder bekannten digitalen Repräsentation
entspricht, vor dem Ausführen
des Vergleichsschritts.
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Dieses
Verfahren beseitigt die Begrenzung des vorstehend erwähnten "Gleitkorrelator"-Verfahrens. Durch
Ausrichten der digitalen Repräsentation in
dasselbe Format, in dem die bekannten digitalen Repräsentationen
gespeichert sind, ist nur ein Vergleich für jede bekannte digitale Repräsentation
erforderlich.
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Vorzugsweise
ist die digitale Repräsentation binär.
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Normalerweise
ist der Code asymmetrisch und in diesem Fall wird der Vergleich
mit umgekehrten Versionen der bekannten digitalen Repräsentationen
durchgeführt,
wodurch die Orientierung des codierten magnetischen Fadens bestimmt
wird.
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Wenn
die seitliche Versetzung des Fadens gemessen wird, dann kann diese
Messung verwendet werden, um zu bestimmen, welche Seite eines den
Faden enthaltenden Blattdokuments am obersten ist.
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Alternativ
kann die relative Versetzung des Fadens von einem bekannten magnetischen
Merkmal gemessen werden und verwendet werden, um zu bestimmen, welche
Seite eines den Faden und das magnetische Merkmal enthaltenden Blattdokuments am
obersten ist.
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Vor
dem Durchführen
eines Vergleichs wird die digitale Repräsentation vorzugsweise auf
mindestens ein Merkmal gescannt, das die Wahrscheinlichkeit angibt,
daß die
digitale Repräsentation
gültig ist.
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Bevorzugte
Beispiele von Merkmalen, auf die gescannt werden kann, sind:
- a) daß die
niedrigstwertigen und höchstwertigen Bits
gesetzt sind;
- b) daß die
Anzahl der Bitänderungen
in vordefinierten Grenzen liegt;
- c) daß die
Anzahl gesetzter Bit in vordefinierten Grenzen liegt;
- d) daß die
vorbestimmte Codesequenz anwesend ist und sich an der korrekten
Stelle befindet;
- e) daß der
Code asymmetrisch ist.
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Normalerweise
werden verschiedene Bewertungen auf verschiedene Merkmale in Abhängigkeit
von ihrer relativen Wichtigkeit angewendet.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Identifizieren eines codierten magnetischen Fadens geschaffen,
mit einem Magnetfelddetektor, einem Verarbeitungssystem zum Verarbeiten
von durch den Detektor erzeugten Signalen, um eine digitale Repräsentation
des Fadens zu erzeugen, und zum Vergleichen der digitalen Repräsentation
mit einer oder mehreren bekannten digitalen Repräsentationen, dadurch gekennzeichnet,
daß das
Verarbeitungssystem einen zirkularen Puffer zum Speichern der digitalen
Repräsentation
des Fadens umfaßt
und ferner dafür
ausgelegt ist, die digitale Repräsentation
zu scannen, um eine vorbestimmte Codesequenz zu finden; und die digitale
Repräsentation
in dem zirkularen Puffer zu drehen, um die vorbestimmte Codesequenz
an einer vorbestimmten Position zu finden, die der Position der
vorbestimmten Codesequenz in einer gespeicherten Version der bzw.
jeder bekannten digitalen Repräsentation
entspricht, vor dem Vergleichen der digitalen Repräsentation
mit den bekannten digitalen Repräsentationen.
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Vorzugsweise
ist das Verarbeitungssystem ferner dazu ausgelegt, die digitale
Repräsentation mit
umgekehrten Versionen der bekannten digitalen Repräsentationen
zu vergleichen und dadurch die Orientierung des codierten magnetischen
Fadens im Fall, daß der
Code asymmetrisch ist, zu bestimmen.
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Die
Vorrichtung kann ferner einen Detektor zum Messen der seitlichen
Versetzung des Fadens umfassen, um zu bestimmen, welche Seite eines
den Faden enthaltenden Blattdokuments am obersten ist.
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Normalerweise
ist das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert, vor dem Durchführen des Vergleichs
die digitale Repräsentation
auf Merkmale hin zu scannen, die die Wahrscheinlichkeit angeben, daß die digitale
Repräsentation
gültig
ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung geschaffen.
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Ein
Beispiel eines Lesers für
einen codierten magnetischen Faden und Verfahren gemäß der Erfindung
werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Lesers für einen codierten magnetischen
Faden gemäß der Erfindung
ist;
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2 zwei
Banknoten zeigt, die codierte magnetische Fäden enthalten und die an einer
linearen Anordnung von Magnetköpfen
vorbei transportiert werden, wobei eine der Banknoten schief ist;
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3 ein
Blockdiagramm eines Signalprozessors zum Verarbeiten von Signalen
von einer Anordnung von Magnetköpfen
zeigt;
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4 die
Antwort, die von einem Magnetkopf erzeugt wird, wenn ein magnetisches
Element darunter durchläuft,
und die vom Signalprozessor erzeugten entsprechenden Signale zeigt;
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5 die
Antwort zeigt, die vom Magnetkopf erzeugt wird, wenn ein ausgedehntes
magnetisches Element darunter durchläuft;
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6 ein
Beispiel eines möglichen
Codes, der von einem codierten magnetischen Faden gehalten wird,
nach der Rekonstruktion durch einen Signalprozessor zeigt;
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7 ein
Ablaufdiagramm der von einem Mikroprozessor ausgeführten Software
zeigt;
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8 einen
einzelnen Magnetkopf, der einen Permanentmagneten enthält, zeigt;
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9 eine
alternative Anordnung von Magnetköpfen zeigt;
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10 ein
Blockdiagramm eines alternativen Signalprozessors ist;
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11 eine
idealisierte Signalform für
verschieden große
magnetische Merkmale in einem codierten Faden darstellt;
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12A, 12B eine
erfolgreiche und eine mißlungene
Kalibrierungsspur darstellen;
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13 den
Effekt der Änderung
der Kerngröße darstellt;
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14 verschiedene
Arten von Spannungsspitzen darstellt;
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15 verschiedene
verfeinerte Spitzen darstellt; und
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16 einen
Code, dem Code entsprechende Signale und resultierende gespeicherte
Daten darstellt.
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Eine
schematische Darstellung eines Lesers für einen codierten magnetischen
Faden, der zum Lesen der in einem codierten magnetischen Faden auf
einem Blattdokument gespeicherten Codes geeignet ist, ist in 1 gezeigt.
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Der
Leser umfaßt
eine lineare Anordnung 1 von zwölf Magnetköpfen 2a bis 21,
von denen jeder mit einem einzelnen Signalprozessor 3a bis 3l verbunden
ist. Die analogen Signale, die von den Magnetköpfen erzeugt werden, werden
durch die Signalprozessoren 3a bis 3l, die mit
einem Mikroprozessorsystem 4 kommunizieren, in eine digitale
Form umgesetzt.
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Die
vom Mikroprozessorsystem 4 ausgeführte Software führt eine
Weiterverarbeitung an dem digitalisierten Signal durch, um den Code
in ein bekanntes Format auszurichten und ihn mit einer Datenbank
bekannter Codes zu vergleichen. Die Software erfaßt auch
die positiven und negativen Spitzenausschläge des analogen Signals unter
Verwendung der Analog-Digital-Umsetzer des Mikroprozessorsystems 4 und
berechnet aus diesen geeignete Schwellenwerte. Diese Schwellenwerte
werden an den Signalprozessoren 3a bis 3l unter
Verwendung von Digital-Analog-Umsetzern des Mikroprozessorsystems 4 eingestellt.
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2 zeigt
die lineare Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a-2l und zwei Blattdokumente 5, 6,
die durch ein Dokumenttransportsystem (nicht dargestellt) befördert werden,
so daß sie
an der Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a-2l vorbei laufen. Jedes
Blatt 5, 6 weist einen magnetischen codierten
Faden 7a, 7b auf. Wenn sich die Blätter 5, 6 der
Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a-2l nähern, magnetisiert
ein Permanentmagnet, der in die Anordnung 1 integriert ist,
vorübergehend
das magnetische Material, das die Fäden 7a, 7b bildet.
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Die
Anordnung von einem der Magnetköpfe ist
in 8 gezeigt. Er umfaßt einen Kern 60,
der aus einem Ferrit bestehen kann, um dessen Arme zwei Spulen 61a, 61b gewickelt
sind. Der Permanentmagnet 62 sieht eine magnetische Vorspannung
am Luftspalt des Kerns vor, die bewirkt, daß das magnetische Material
vorübergehend
magnetisiert wird.
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Wenn
die Fäden 7a, 7b an
den Magnetköpfen 2a-2l vorbei
laufen, wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, wenn der durch
das magnetische Material erzeugte Fluß mit den Spulen 61a, 61b der
Magnetköpfe 2a-2l koppelt.
Daher wird ein Signal an den Anschlüssen 63 der Magnetköpfe gemäß dem Muster
des magnetischen Materials, das die Fäden 7a, 7b bildet,
erzeugt.
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Das
Blatt 5 wird durch das Dokumenttransportsystem derart befördert, daß der Faden 7a senkrecht
zur linearen Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a-2l präsentiert
wird. Es ist zu sehen, daß der
Faden 7a direkt unter dem Magnetkopf 2f durchgeht
und der vom Faden 7a gehaltene Code aus dem durch den Magnetkopf 2f erzeugten
Signal allein rekonstruiert werden kann.
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Das
Blatt 6 wird jedoch derart befördert, daß der Faden 7b schief
ist. Obwohl der Faden 7b anfänglich direkt unter dem Magnetkopf 2h durchläuft, läuft er daher,
wenn er sich weiter bewegt, unter dem Magnetkopf 2g, dem
Magnetkopf 2f und schließlich dem Magnetkopf 2e durch.
Um den Code zu rekonstruieren, ist es erforderlich, die von allen
vier Magnetköpfen 2e, 2f, 2g und 2h erzeugten
Signale in einer geeigneten Weise zu kombinieren.
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Dies
ist ein Grund dafür,
daß eine
Anordnung von Magnetköpfen
erforderlich ist. Ein weiterer Grund besteht darin, daß die seitliche
Versetzung des Fadens für
verschiedene Dokumente unterschiedlich sein kann.
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Eine
alternative Anordnung für
die Anordnung 1 von Magnetköpfen ist in 9 gezeigt.
In dieser Anordnung umfaßt
die Anordnung 1 dreizehn Magnetköpfe 100a bis 100m.
Diese Magnetköpfe 100a bis 100m sind
jedoch nicht in einer linearen Weise konfiguriert. Stattdessen sind
sie auf zwei parallelen Achsen konfiguriert, wobei die Magnetköpfe 100a bis 100g auf
der ersten Achse liegen und die Magnetköpfe 100h bis 100m auf
der zweiten Achse liegen. Es wäre
natürlich
brauchbar, die Magnetköpfe 100a bis 100m so
anzuordnen, daß sie
auf drei oder mehr Achsen liegen würden.
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Bevor
die von den Magnetköpfen 100a bis 100m entwickelten
Signale verarbeitet werden können,
müssen
sie geeignet zeitlich verschoben werden. Entweder die von den Magnetköpfen 100a bis 100g,
die auf der ersten Achse liegen, erzeugten Signale oder die von
den Magnetköpfen 100h bis 100m,
die auf der zweiten Achse liegen, erzeugten Signale oder beide müssen zeitlich
verschoben werden, so daß sie
ausgerichtet sind. Dies kann unter Verwendung von analogen oder
digitalen Verarbeitungsverfahren durchgeführt werden, die die Verwendung
des vorbestimmten Abstandes zwischen der ersten und der zweiten
Achse und der Geschwindigkeit eines Blattdokuments, das unter der
Anordnung 1 durchläuft,
beinhalten, um das Ausmaß zu
bestimmen, um das die von den Magnetköpfen erzeugten Signale, die
auf einer Achse liegen, zeitlich verschoben werden müssen, so
daß sie
auf die Signale, die von den Magnetköpfen erzeugt werden, die auf
der anderen Achse liegen, ausgerichtet werden. Die Geschwindigkeit
dieses Blattdokuments kann entweder direkt gemessen werden oder
die Geschwindigkeit des Dokumenttransportsystems kann bestimmt werden.
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Die
Magnetköpfe,
die in diesen Beispielen verwendet werden, sind induktive Köpfe, aber
Magnetwiderstandsköpfe
könnten
verwendet werden.
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Die
Signalprozessoren 3a-3l und die Software beinhalten
Merkmale, die die Erfassung des Fadens ungeachtet seiner seitlichen
Versetzung ermöglichen
und die Rekonstruktion des Codes aus dem Signal, das von mehreren
Magnetköpfen
im Fall eines schiefen Fadens erzeugt wird, ermöglichen.
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Ein
Kanal der Signalprozessoren 3a bis 3l wird nun
mit Bezug auf 3 beschrieben. In der folgenden
Beschreibung bezieht sich n auf die Nummer des relevanten Kanals
und nimmt einen ganzzahligen Wert von 0 bis 11 an.
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Das
analoge Signal HEAD[n], das vom Magnetkopf erzeugt wird, bildet
das Eingangssignal in einen Gegentaktverstärker 10a, 10b.
Die invertierten und nicht-invertierten Ausgänge des Gegentaktverstärkers 10a, 10b sind
mit den Eingängen
eines Paars von Komparatoren 11a, 11b und mit
den Eingängen
eines 2:1-Multiplexers 17a, 17b verbunden.
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Die
Komparatoren 11a und 11b vergleichen die Ausgangssignale
aus dem Gegentaktverstärker mit
separaten variablen Schwellenwerten. Wenn das invertierte Ausgangssignal
aus dem Gegentaktverstärker 10a, 10b die
Schwellenwerteingabe des Komparators 11a übersteigt,
dann wird das Ausgangssignal des Komparators 11a auf niedrig
gesteuert, was anschließend
das Ausgangssignal des UND-Gatters 12 auf niedrig steuert
und, da dieser Ausgang mit dem Löscheingang
eines D-Auffangflipflops 14 verbunden ist, wird der Q-Ausgang des D-Auffangflipflops 14 auch
auf niedrig gesteuert. Wenn das Eingangssignal CLR[n] aus dem Mikroprozessorsystem 4 auf
niedrig gesteuert wird, dann wird ebenso der Q-Ausgang des D-Auffangflipflops 14 in Reaktion
darauf auf niedrig gesteuert.
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Wenn
das nicht-invertierte Ausgangssignal des Gegentaktverstärkers 10a, 10b den
Schwellenwert des Komparators 11b übersteigt, dann wird das Ausgangssignal
des Komparators 11b auf niedrig gesteuert. Dieses Ausgangssignal
wird vom Inverter 13 invertiert und dann mit dem Takteingang
des D-Auffangflipflops 14 verbunden.
Da der D-Eingang des D-Auffangflipflops 14 dauerhaft
mit hoch verbunden ist, wird daher der Q-Ausgang des D-Auffangflipflops 14 auch
auf hoch gesteuert.
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Der
Wert der Schwellenwerte des Komparators 11a und 11b wird
durch das Mikroprozessorsystem 4 über das Ausgangssignal DAC[n]
bestimmt. Dieses Ausgangssignal wird an einen Einfachverstärkungspuffer 15 übergeben, bevor
es mit dem Schwellenwerteingang des Komparators 11b verbunden
wird. Der Ausgang des Einfachverstärkungspuffers 1S ist
auch mit einem Potentialteiler 16 verbunden, der den an
den Komparator 11a übergebenen Schwellenwert
um einen Faktor von Zwei verringert.
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Beide
Komparatoren 11a und 11b beinhalten einen Grad
an Hysterese, um die Rauschunempfindlichkeit zu verbessern und ein
falsches Umschalten zu verhindern.
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Der
2:1-Multiplexer 17a, 17b verbindet entweder den
invertierten oder nicht-invertierten Ausgang des Gegentaktverstärkers 10a, 10b mit
dem integrierenden Spitzendetektor 19. Der Logikzustand des
Signals MUX[n] legt fest, welches von diesen zwei Ausgangssignalen
mit dem integrierenden Spitzendetektor 19 verbunden wird.
Der Inverter 18 invertiert den Logikzustand des Signals
MUX[n], so daß entweder
der analoge Schalter 17a oder der analoge Schalter 17b geschlossen
wird.
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Der
integrierende Spitzendetektor 19 erfaßt und speichert die positive
Spitze des an ihn angelegten Signals. Dieses wird an das Mikroprozessorsystem 4 als
Signal PEAK[n] übergeben.
Der integrierende Spitzendetektor 19 kann durch Aktivieren
des Signals RESET[n] zurückgesetzt
werden.
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Ein
typisches Signal, das durch einen speziellen Magnetkopf ähnlich den
vorstehend beschriebenen aufgrund eines vorbeilaufenden magnetischen
Elements von 2 mm erzeugt wird, ist in 4 gezeigt.
Wenn sich das magnetische Element dem Kopf nähert, wird eine negative Spitze 21 erzeugt. Wenn
sich das magnetische Element unter dem Kopf befindet, kehrt sich
die Richtung des magnetischen Flusses um und eine positive Spitze 22 wird
erzeugt. Wenn sich das magnetische Element vom Kopf weg bewegt,
kehrt sich schließlich
der Fluß ein
zweites Mal um und eine zweite negative Spitze 23 wird
erzeugt. Dies stellt das in 4 gezeigte
Signal HEAD[n] dar.
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Die
Verarbeitung dieses Signals durch einen der Signalprozessoren 3a bis 3l wird
nun mit Bezug auf 4 beschrieben. Wenn die Leistung
anfänglich eingeschaltet
wird, aktiviert das Mikroprozessorsystem 4 die Signale
CLR[n] und RESET[n], damit sich die Signalverarbeitungsstufen 3a bis 3l in
einem bekannten Zustand befinden. Die Signalprozessoren 3a bis 3l führen dann
eine Hintergrundrauschmessung unter Verwendung des integrierenden
Spitzendetektors 19 durch. Die Ausgangssignale aus diesem, PEAK[n],
werden an die Analog-Digital-Umsetzer im Mikroprozessorsystem 4 übergeben
und ihre Werte werden verwendet, um geeignete Schwellenwerte für die Komparatoren 11a und 11b zu
bestimmen. Diese werden durch einen Digital-Analog-Umsetzer eingestellt, der ein
Signal DAC[n] an die Signalverarbeitungsstufen 3a bis 3l ausgibt.
Dieses Signal wird durch einen Einfachverstärkungsinverter 15 gepuffert,
dessen Ausgangssignal einen positiven Schwellenwert bestimmt. Dieses
Ausgangssignal wird auch beispielsweise um einen Faktor von 2 unter
Verwendung eines Potentialteilers 16, der einen negativen Schwellenwert
festlegt, potentialgeteilt. Der positive Schwellenwert kann beispielsweise
auf viermal den Spitzenrauschpegel gesetzt werden, wobei der negative
Schwellenwert folglich die Hälfte
dieses Betrages ist. Diese Schwellenwerte können dann für jedes vom Kopf gescannte
magnetische Element angepaßt
und modifiziert werden. Der laufende Mittelwert der von einem magnetischen
Element erzeugten positiven Spitze könnte beispielsweise berechnet
und verwendet werden, um einen geeigneten positiven Schwellenwert
zu bestimmen. Der Wert der Schwellenwerte kann in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert werden, so daß sie nicht verloren gehen,
wenn die Vorrichtung ausgeschaltet wird.
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Das
Signal MUX[n] wird nun auf hoch gesteuert und die Signalprozessoren 3a bis 3l warten auf
die Ankunft eines gültigen
Signals, das durch ein magnetisches Element erzeugt wird. Wenn sich
das magnetische Element einem Magnetkopf nähert, wird ein negativ verlaufender
Ausschlag im Signal HERD[n] erzeugt. Dieser negativ verlaufende
Ausschlag wird am invertierten Ausgang des Gegentaktverstärkers 10a, 10b invertiert
und der integrierende Spitzendetektor 19 speichert den
Spitzenwert dieses Ausschlags. Wenn das magnetische Element unter dem
Kopf durchgeht, kehrt sich die Richtung des magnetischen Flusses
um und ein positiv verlaufender Signalausschlag wird induziert.
Wenn der positiv verlaufende Ausschlag den Wert des positiven Schwellenwerts übersteigt,
wird ein Taktimpuls zum D-Auffangflipflop 14 geliefert,
der verursacht, daß der Q-Ausgang
auf hoch gesteuert wird. Dies erzeugt eine Unterbrechung für das Mikroprozessorsystem 4, deren
Zeit aufgezeichnet wird. Infolge dieser Unterbrechung wird der Wert
der negativen Spitze aufgezeichnet, der integrierende Spitzendetektor 19 wird zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] wird auf niedrig gesteuert, so daß die positive
Spitze durch den integrierenden Spitzendetektor 19 erfaßt werden
kann. Wenn sich das magnetische Element vom Kopf wegbewegt, kehrt
sich die Richtung des magnetischen Flusses ein zweites Mal um und
ein zweiter negativ verlaufender Ausschlag wird erzeugt. Die Schwellenwerte
werden nun so eingestellt, daß der
negative Schwellenwert einen Wert besitzt, der von der unmittelbar
vorangehenden negativen Spitze abgeleitet ist. Wenn das Signal diesen
Schwellenwert übersteigt, wird
das Signal MUX[n] auf hoch gesteuert, so daß der integrierende Spitzendetektor 19 auf
die Anwesenheit einer negativ verlaufenden Spitze überwacht und
der Löscheingang
des D-Auffangflipflops 14 aktiviert wird, so daß die Unterbrechung
für das
Mikroprozessorsystem 4 gelöscht wird. Die Zeit dieses Ereignisses
wird aufgezeichnet und daher kann die Dauer des Unterbrechungsimpulses
bestimmt werden. Die Länge
des magnetischen Elements kann von dieser Dauer unter Verwendung
eines Takts abgeleitet werden, der vom Transportsystem angesteuert
wird. Nachdem die Zeit des Ereignisses aufgezeichnet ist, wird der
Wert der positiven Spitze aufgezeichnet, der integrierende Spitzendetektor 19 wird zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] wird auf hoch gesteuert, so daß die nächste negative
Spitze erfaßt werden
kann. Der Wert der positiven Spitze wird verwendet, um festzustellen,
wenn ein schiefer Faden von einem Magnetkopf zu einem benachbarten
gelaufen ist, wie anschließend
beschrieben wird.
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Da
die Schwellenwerte eingestellt werden können, kann das System eine
breite Veränderung der
Flußdichte
des magnetischen Materials tolerieren. Eine solche Veränderung
kann durch einen unterschiedlichen Zustand der Blattdokumente, die
die Fäden
tragen, eine Varianz der Versetzung zwischen den Magnetköpfen und
den Fäden
oder eine Änderung
der Geschwindigkeit des Dokumenttransportsystems verursacht werden.
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Ein
signifikanter Vorteil dessen, separate positive und negative adaptive
Schwellenwerte zu haben, besteht darin, daß das System die Länge von längeren magnetischen
Elementen korrekt messen kann. 5 zeigt
ein typisches Signal, das erzeugt wird, wenn ein magnetisches Element
mit einer Länge
von 6 mm an einem Magnetkopf vorbeiläuft. Die Änderungsrate des Flusses nähert sich
Null, wenn ein langes Element wie z. B. dieses direkt unter dem Kopf
liegt. Daher nähert
sich die induzierte elektromotorische Kraft auch Null. Dies ist
als Durchhang 30 in 5 zu sehen.
Es ist zu sehen, daß,
da positive und negative Schwellenwerte vorhanden sind, die Unterbrechung
am Punkt 31 beginnt und am Punkt 32 endet, wie
erforderlich. Wenn jedoch nur ein positiver Schwellenwert verwendet
werden würde,
dann würden
zwei Unterbrechungen erzeugt werden, wobei die erste am Punkt 31 beginnt
und am Punkt 33 endet und die zweite am Punkt 34 beginnt
und am Punkt 35 endet.
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In
dieser Weise werden, wenn der magnetische codierte Faden unter dem
Kopf durchgeht, die magnetischen Elemente zu einem digitalen Code
rekonstruiert. Ein mögliches
Beispiel eines solchen Codes ist in 6 gezeigt.
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Die
Software im Mikroprozessorsystem 4 ist für das Liefern
der geeigneten Ausgangssignale zu den Signalprozessoren 3a bis 3l zur
korrekten Zeit und für
das Antworten auf ihre Eingangssignale, so daß die vom magnetischen Code
gelesenen Daten rekonstruiert werden können, verantwortlich. Dazu
ist die Software in zwei Hauptabschnitte unterteilt. Diese sind
sechs synchron ausgeführte
Prozesse und drei Unterbrechungsdienstroutinen.
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Ein
Softwareablaufdiagramm ist in 7 gezeigt.
Die Operation der einzelnen Softwareprozesse und der Unterbrechungsdienstroutinen
wird nun mit Bezug auf 7 beschrieben.
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Das
Mikroprozessorsystem 4 beginnt mit dem Ausführen des
Prozesses LEERLAUF 50. Dieser Prozeß ist für grundlegende Initialisierungsfunktionen
verantwortlich, einschließlich
der Prüfung,
ob irgendwelche Fehler durch andere Softwareprozesse aufgezeichnet
wurden, des Meldens dieser Fehler, falls geeignet, und des Prüfens, ob
irgendwelche Nicht-Laufzeit-Kommunikationen aufgetreten sind. Die
Ausführung
geht nun auf Auforderung zum Prozeß ANLAUF 51 weiter,
solange keine momentanen Fehler bestehen.
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Der
Prozeß ANLAUF 51 führt verschiedene andere Initialisierungsroutinen
durch, damit Hintergrundrauschmessungen durchgeführt werden können, um
die positiven Schwellenwerte geeignet festzulegen. Daher werden
alle Unterbrechungen deaktiviert, das Ausgangssignal MUX[n] wird
auf niedrig gesteuert, so daß der
integrierende Spitzendetektor 19 positive Spitzenwerte
aufzeichnet. Schließlich werden
die Speichermatrizes für
die Kopfdaten durch Setzen von Zeigern auf ihren Beginn initialisiert,
und wenn keine Fehler protokolliert wurden, geht die Ausführung zum
Prozeß KALIBRIERUNG 52 weiter.
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Dieser
Prozeß ist
für das
Aufzeichnen des an allen Köpfen
vorhandenen Spitzenhintergrundrauschens verantwortlich. Dies wird
durch Messen des Spitzenrauschens für 32 Blöcke von jeweils 1 Millisekunde
und Mitteln der für
jeden von diesen Blöcken erfaßten Spitze
durchgeführt.
Die digitalen Schwellenwerte werden nun in Bezug auf das gemessene Rauschen
festgelegt, und wenn keine Fehler protokolliert wurden, geht die
Ausführung
zum Prozeß FESTLEGUNGSERFASSUNG 53 weiter.
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Die
nächsten
drei Prozesse, FESTLEGUNGSERFASSUNG 53, BETRIEB 54 und
CODEBERECHNUNG 55 bilden zusammen die Hauptausführungsschleife,
während
der Daten von den Magnetköpfen 2a-2l erfaßt werden.
Der Prozeß FESTLEGUNGSERFASSUNG 53 beginnt
mit dem Aktivieren des Signals MUX[n], so daß der integrierende Spitzendetektor 19 negative
Spitzenwerte aufzeichnet. Die Codespeichermatrix wird initialisiert
und Unterbrechungen werden aktiviert. Wenn keine Fehler protokolliert
wurden, dann geht die Ausführung
zum Prozeß BETRIEB 54 weiter.
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Die
restlichen zwei Prozesse BETRIEB 54 und CODEBERECHNUNG 55 sammeln
die von den Signalprozessoren 3a bis 3l gelesenen
Daten, richten sie in ein bekanntes Format aus und vergleichen sie
mit einer Datenbank bekannter Codes. Es ist wichtig zu erkennen,
daß die
Daten von den Signalprozessoren 3a bis 3l tatsächlich durch
zwei Unterbrechungsdienstroutinen erfaßt werden, die in Reaktion
auf Unterbrechungen ausgeführt
werden, die von den Signalprozessoren 3a bis 3l erzeugt
werden. Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Unterbrechungen
besteht darin, daß es
nicht erforderlich ist, die gesamte Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a bis 2l zu
scannen, bis ein gültiges
Signal erfaßt
wird. Das Mikroprozessorsystem 4 kann daher andere Aufgaben
durchführen,
wenn kein gültiges
Signal vorhanden ist. Die Unterbrechungsdienstroutinen werden anschließend beschrieben.
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Der
Prozeß BETRIEB 54 ist
für das
Konstruieren einer Bitsequenz aus den von den Unterbrechungsdienstroutinen
gelieferten Daten und für
das Rekonstruieren des Codes, wenn der Faden schief ist, verantwortlich.
Dieser Prozeß überwacht
auch die Bitsequenz auf die Anwesenheit eines Markierungsabschnitts
und, wenn ausreichend Bits erfaßt
wurden und keine Fehler protokolliert wurden, geht die Ausführung zum
Prozeß CODEBERECHNUNG 55 weiter.
Ein Beispiel eines Markierungsabschnitts eines möglichen Codes ist in 6 gezeigt,
wobei der Markierungsabschnitt in diesem Fall ein Umkehrmuster 1010
ist.
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Wenn
der Faden schief ist, wird der Code folgendermaßen rekonstruiert:
- a) Bevor sich der Faden in unmittelbarer Nähe der Anordnung 1 von
Magnetköpfen 2a bis 2l befindet,
werden alle Unterbrechungen aktiviert.
- b) Wenn der Faden ein Signal in einem der Magnetköpfe 2a bis 2l induziert,
verursacht der entsprechende Signalprozessor eine Unterbrechung.
- c) Dieser Magnetkopf wird als primärer Magnetkopf festgelegt und
die zwei unmittelbar benachbarten Magnetköpfe als sekundäre Köpfe festgelegt.
Die Unterbrechungsmaske wird so modifiziert, daß nur Unterbrechungen von diesen
drei Köpfen
aktiviert werden.
- d) Die positiven Spitzenwerte der induzierten Signale werden
verwendet, um festzustellen, wenn sich der Faden vom primären Kopf
zu einem sekundären
Kopf bewegt hat. Wenn der Faden beispielsweise die Anordnung 1 von
Magnetköpfen 2a bis 2l durchläuft, beginnt
er, Signale sowohl im primären
als auch einem der sekundären
Köpfe zu
induzieren. Schließlich übersteigt
das im sekundären
Kopf induzierte Signal das im primären Kopf induzierte.
- e) An diesem Punkt wird der relevante sekundäre Kopf als primärer Kopf
festgelegt und die zwei unmittelbar benachbarten Magnetköpfe als
sekundäre
Köpfe festgelegt.
Der Prozeß fährt in dieser Weise
fort.
-
Daher
kann die Software den Code einfach durch logische ODER-Verknüpfung der
Daten, die von allen Köpfen
erfaßt
wurden, die primär
oder sekundär
waren, als der Faden an der Anordnung 1 von Magnetköpfen 2a bis 2l vorbeilief,
rekonstruieren. Ein Vorteil dessen besteht darin, daß es nur
erforderlich ist, betreffende Informationen zu speichern; die Signale,
die von Magnetköpfen
erzeugt werden, die nicht primär
oder sekundär
waren, können
ignoriert und verworfen werden.
-
Der
Prozeß CODEBERECHNUNG 55 beginnt
mit dem Finden des Starts und Endes des erfaßten Codes. Er arbeitet von
der Mitte des erfaßten Codes
nach außen,
da dies durch andere magnetische Merkmale, die vorhanden sein können, und
Risse in der Kante des Blatts weniger wahrscheinlich verfälscht wird.
Wenn der Start und das Ende des Codes gefunden wurden, sucht der
Prozeß nach
einer Wiederholung dieses Codes, die als Vertrauensprüfung, daß der Code
korrekt ist, verwendet wird. Der Code wird dann auf ein bekanntes
Format ausgerichtet und mit einer Datenbank bekannter Codes verglichen,
um die beste Übereinstimmung
zu finden. Wenn eine Übereinstimmung
gefunden wird, dann wird ein Flag gesetzt, um diese Tatsache dem
relevanten Softwareprozeß anzuzeigen.
Die Ausführung kehrt
dann zum Prozeß FESTLEGUNGSERFASSUNG 53 zurück, so daß der nächste Code
erfaßt werden
kann.
-
Der
Code wird ausgerichtet, indem er in einem zirkularen Puffer gespeichert
und gedreht wird, bis der Markierungsabschnitt in einer bekannten
Position liegt. Dies hat den Vorteil, daß nur ein Vergleich mit jedem
Datenbankeintrag erforderlich ist, wohingegen ein Gleitkorrelationsverfahren
das Drehen eines m-Bit-Codes durch jede seiner m Permutationen und
Vergleichen jeder Permutation mit jedem Datenbankeintrag erfordert.
-
Der
ausgerichtete Code wird mit den Datenbankeinträgen durch logische Exklusiv-ODER-Verknüpfung desselben
mit jedem Eintrag verglichen. Die Anzahl von gesetzten Bits im ausgerichteten Code
wird durch das Ergebnis dieser Exklusiv-ODER-Operation dividiert.
Der kleinste Wert gibt die beste Übereinstimmung an.
-
Ferner
können
hinsichtlich dieses Vergleichs mehrere Bewertungsverfahren verwendet
werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, daß der erfaßte Code
fehlerhaft ist. Dies kann durch Suchen nach bestimmten Merkmalen
des Codes durchgeführt
werden, beispielsweise:
- 1. Bestätigen, daß die höchst- und
niedrigstwertigen Bits gesetzt sind.
- 2. Bestätigen,
daß die
Anzahl von Bitänderungen und
die Anzahl von gesetzten Bits innerhalb zulässiger Grenzen liegen.
- 3. Bestätigen,
daß der
Markierungsabschnitt vorhanden ist und an der korrekten Stelle liegt.
- 4. Bestätigen,
daß der
Code asymmetrisch ist.
-
Wenn
der Code verfälscht
wurde und es nicht möglich
ist, die obigen Ausrichtungs- und Vergleichsverfahren zu verwenden,
dann versucht die Software schließlich, die erfaßten Daten
unter Verwendung eines Gleitkorrelationsverfahrens abzugleichen.
Die Bewertungsverfahren werden immer noch verwendet.
-
Es
gibt zwei Unterbrechungsdienstroutinen, die für das Aufzeichnen des vom magnetischen
Faden gehaltenen Codes verantwortlich sind. Die erste von diesen,
die UNTERBRECHUNGSVORDERFLANKEN-DIENSTROUTINE 56, reagiert
auf die Vorderflanke der vom D-Auffangflipflop 14 der Signalprozessoren 3a bis 3l erzeugten
Unterbrechung, während
die zweite, UNTERBRECHUNGSHINTERFLANKEN-DIENSTROUTINE 57, auf die Hinterflanke
reagiert.
-
Wenn
die Vorderflanke einer Unterbrechung erfaßt wird, wird die UNTERBRECHUNGSVORDERFLANKEN-DIENSTROUTINE 56 ausgeführt. Diese Routine
zeichnet den Wert der negativen Spitze auf und dieser Wert wird
verwendet, um den negativen Schwellenwert für die anschließende negative
Spitze zu setzen. Das Ereignis wird auch zeitgestempelt und in eine
Versetzung des Transportsystems unter Verwendung eines Takts umgesetzt,
der mit dem Transportsystem-Antriebsmechanismus
synchron ist. Der Spitzendetektor 19 wird dann zurückgesetzt
und das Signal MUX[n] negiert, so daß der Multiplexer 17a, 17b positive
Signale an den integrierenden Spitzendetektor 19 übergibt.
-
Wenn
die Hinterflanke einer Unterbrechung erfaßt wird, wird die UNTERBRECHUNGSHINTERFLANKEN-DIENSTROUTINE 57 ausgeführt. Diese Routine
zeichnet den positiven Spitzenwert vom integrierenden Spitzendetektor 19 auf.
Dieser Wert wird verwendet, um den Faden zu verfolgen, wenn er schief
ist und sich von einem Magnetkopf zum anderen bewegt. Das Ereignis
wird in einer ähnlichen
Weise zur Vorderflanke zeitgestempelt, so daß die Länge des magnetischen Elements
bestimmt werden kann. Der im integrierenden Spitzendetektor 19 gespeicherte
Spitzenwert wird gelöscht
und der Multiplexer 17a, 17b wird gesetzt, um
nach negativen Spitzen zu suchen. Der Zeiger auf die Speichermatrix
wird zum nächsten
Bit vorgeschoben.
-
Eine
dritte Unterbrechungsdienstroutine, ADC-AUTOSCAN-DIENSTROUTINE 58, ist für das Durchführen von
regulären
Umsetzungen der zwölf Signale
PEAK[n] von den Signalprozessoren 3a-3l unter
Verwendung der Analog-Digital-Umsetzer
des Mikroprozessorsystems 4 verantwortlich. Diese Umsetzungen
werden automatisch durch eine Zeitgeberunterbrechung ausgelöst. Dies
wird durchgeführt, um
den Prozessor-Overhead zu verringern. Die umgesetzten Werte werden
nur dauerhaft gespeichert, wenn es erforderlich ist, wie z. B. bei
der Erfassung der Vorder- oder Hinterflanke einer Unterbrechung.
-
Sobald
der erfaßte
Code erfolgreich mit einem Datenbankeintrag verglichen wurde, kann
es möglich
sein, bestimmte Informationen über
das Blattdokument zu bestimmen. Wenn das Blattdokument beispielsweise
eine Banknote ist, kann es möglich
sein, ihren Nennwert zu bestimmen. Auf der Basis dessen wäre es möglich, die
Banknote zu einem gewünschten
Zielort zu senden, beispielsweise um einen Stapel von Banknoten
in zwei Nennwerte aufzuteilen. Alternativ wäre es möglich, den Dokumenttransport
zu stoppen, wenn der Code des Fadens unlesbar ist oder beispielsweise
eine Banknote mit falschem Nennwert in einem Stapel von Banknoten
mit einem einzelnen Nennwert entdeckt wird.
-
Wenn
der Code asymmetrisch ist, ist es möglich, die Orientierung des
Blatts zu erfassen. Wenn es möglich ist,
den Ort eines Merkmals des Blatts zu erfassen, das von seinem Zentrum
versetzt ist, dann ist es möglich
zu erfassen, welche Seite des Blatts am obersten ist. Unter Verwendung
eines optischen Detektors ist es beispielsweise möglich, die seitliche
Position des Fadens zu bestimmen und dies kann verwendet werden,
um zu bestimmen, welche Seite des Blatts am obersten ist. Alternativ
kann die Position eines bekannten magnetischen Merkmals relativ
zum Faden bestimmt werden und dies kann verwendet werden, um zu
bestimmen, welche Seite des Blatts am obersten ist.
-
10 stellt
eine modifizierte Vorrichtung dar. In diesem Fall sind die Köpfe 2a-2l mit
einem Analog-Digital-Umsetzer
(ADC) 200 verbunden, der mit einem Digitalsignalprozessor
(DSP) 205 verbunden ist. Der Zweck des DSP 205 besteht
darin, die digitalisierten Daten zu verarbeiten und eine Reihe von digitalen
Signalformen zu erzeugen, die den innerhalb des magnetischen Merkmals
gespeicherten Code repräsentieren.
Diese Signalformen werden an den Mikroprozessor 4 übergeben,
in dem Mustervergleichsalgorithmen angewendet werden, um die Echtheit
und den Nennwert der Banknote zu bestimmen. Die Schlüsselvorteile
dieser Methode sind:
- • Konstruktionsflexibilität – DSP- und
Mikroprozessoralgorithmen können
modifiziert und verfeinert werden, ohne andere Systemkomponenten zu
beeinflussen.
- • Geteilte
Prozessorlast – die
Datenverringerungsaufgaben in den DSP zu geben, um eine relativ
einfache digitale Signalform zu erzeugen, bedeutet, daß der Mikroprozessor
Kapazität
für raffiniertere
Mustervergleichsalgorithmen übrig
hat, die die Maschinenleistung verbessern.
- • leicht
zu koppelnde Vorrichtungen – der
ADC, DSP und Mikroprozessor unterstützen relativ einfache Kommunikationsprotokolle,
um einen Datenaustausch zu ermöglichen.
-
Im
Betrieb tastet der ADC 200 unter der Anweisung vom DSP 205 für jeden
Kopf das analoge Signal alle 0,25 mm ab, erzeugt eine digitale Repräsentation
und überträgt diese
zum DSP. Während
der RDC 200 mit dem Umsetzen des aktuellen Abtastwerts
beschäftigt
ist, verarbeitet der DSP 205 den vorherigen Abtastwert,
der von einem benachbarten Kanal erhalten wird, in einer Pipelinestruktur.
Dieser Prozeß wiederholt
sich, bis alle Notendaten erfaßt wurden,
wobei somit die Verarbeitung in Echtzeit durchgeführt wird.
-
Das
Abtasten für
ein Paar von Kanälen
wird durch einen frei laufenden Zeitgeber mit einer festen Periode
von 9,4 μs
gesteuert. Um sicherzustellen, daß jede Abtastung einem Abstand
von 0,25 mm entspricht, erfordert das System eine Messung der linearen
Banknotengeschwindigkeit. Dies wird durch ein Taktrad, das aus einem
geschlitzten optischen Sensor (nicht dargestellt) besteht, in einer
herkömmlichen
Weise bereitgestellt. Dieses liefert einen Impuls entsprechend einem
linearen Lauf von 4,42 mm. Durch Messen der Anzahl von Zeitgeberimpulsen, die
innerhalb eines Taktradschlitzes aufgetreten sind, kann das System
eine Abtastverzögerung
bestimmen, die eingeführt
wird, um den erforderlichen Abtastabstand sicherzustellen.
-
Die
Banknotenabtastung und -verarbeitung wird unter der Anweisung des
Mikroprozessors 4 und eines Verfolgungssensors (nicht dargestellt)
ermöglicht.
Der Verfolgungssensor ist ein reflektierender optischer Sensor,
der eine Angabe der Anwesenheit einer Banknote unter dem Detektor
liefert. Sobald der Mikroprozessor 4 dem DSP 205 befohlen
hat, Banknoten zu verarbeiten, wartet das System, bis der Verfolgungssensor
angibt, daß eine
Banknote angekommen ist, dann beginnt die Verarbeitung.
-
Der
DSP 205 führt
drei Hauptverarbeitungsaufgaben durch;
- • Schwellenwertbildung
und anfängliche
Spitzenerfassung.
- • Anwendung
einer Vorkenntnis der gewünschten Signale
auf die vorverarbeiteten Daten.
- • Erzeugung
einer digitalen Signalform für
den Mikroprozessor.
-
Schwellenwertbildung
und anfängliche
Spitzenerfassung Der zum Erzeugen einer digitalen Signalform für den Mikroprozessor 4 verwendete
Algorithmus umfaßt
eine Spitzenerfassung und eine Signalformung a priori. Die Spitzenerfassung
wird verwendet, da die von den induktiven Magnetköpfen erzeugten
Signale auf der Änderungsrate
des magnetischen Materials am Kopf vorbei basieren. Daher treten Übergänge an den
Grenzen zwischen magnetischen und nicht-magnetischen Merkmalen auf.
Idealisierte Beispielsignalformen für verschieden große magnetische
Merkmale sind in 11 gezeigt.
-
Aus 11 ist
zu sehen, daß die
Spitzenerfassung verwendet werden könnte, um die Ausdehnung der
magnetischen Bereiche entlang einer einzelnen Ebene zu bestimmen.
Das Problem bei der Verwendung eines Spitzendetektors besteht darin, daß er wie
irgendein Änderungsratendetektor
für Signalrauschen
anfällig
ist. In der Praxis liegt mehr Rauschen an den Eingangssignalen vor
und daher sind Mechanismen erforderlich, um den Effekt dieser Artefakte
zu verringern. Zwei Schemen können
verwendet werden, um eine Rauschpegelbeständigkeit bereitzustellen; kalibrierte
Schwellenwerte und ein größeres Spitzenerfassungsfenster.
-
Kalibrierung
-
Eine
Kalibrierung ist erforderlich, so daß das System einen geeigneten
Schwellenwert für
jeden Kanal erzeugen kann. Diese Schwellenwerte werden verwendet,
um die Verarbeitung von Signalen mit niedriger Amplitude zu stoppen,
die, obwohl sie den Spitzendetektor zufrieden stellen können, vielmehr an
Systemrauschen als an gültigem
magnetischen Material, das über
den Kopf verläuft,
liegen. Das Kalibrierungsschema ist folgendermaßen.
-
Beim
Anlaufen der Maschine, um ein Bündel von
Banknoten zu verarbeiten, sobald die Transportmotoren auf ihrer
Geschwindigkeit sind, befiehlt der Mikroprozessor 4 dem
DSP 205, in die Kalibrierungsbetriebsart zu gehen. In dieser
Stufe nimmt der DSP 205 32 Abtastwerte und erzeugt einen
mittleren absoluten Pegel. Ein Schwellenwert, der ein konstantes Vielfaches
des mittleren Pegels ist, wird erzeugt und gespeichert. Um zu prüfen, um
festzustellen, ob irgendwelche der Kanäle besonders verrauscht sind oder
eine relativ breite Verteilung von Nicht-Banknoten-Signalpegeln
aufweisen, untersucht der DSP 205 schließlich die
32 Abtastwerte, um festzustellen, ob irgendeiner den berechneten
Schwellenwert übersteigt.
Wenn ja, wird die Kalibrierung als mißlungen gemeldet, ansonsten
ist die Kalibrierung erfolgreich und die Banknotenverarbeitung kann
fortfahren. Der Prozeß wird
für die
restlichen Kanäle
wiederholt. Wenn die Kalibrierung mißlungen ist, meldet sich der DSP 205 beim
Mikroprozessor 4 als nicht bereit und fordert einen Eingriff
an.
-
Der
Kalibrierungsprozeß wird
an jedem Bündel
durchgeführt.
-
Eine
Darstellung von zwei Kalibrierungsbeispielen ist in den 12A und 12B gezeigt.
-
Spitzenerfassungskern
-
Das
zweite Schema, um eine Rauschpegelbeständigkeit bereitzustellen, liegt
in der Wahl des Spitzenerfassungskerns, der auf die Daten angewendet
wird. Anstatt ein Änderungsratenkern,
der die Differenzen zwischen direkten benachbarten Werten (Größe 3) betrachtet,
besteht die Methode, die bei dieser Konstruktion genommen wird,
darin, den allernächsten
Nachbar zu betrachten (Größe 5). Ein
einfaches Beispiel, das den Vorteil einer Größe 5 gegenüber einer Größe 3 hinsichtlich
der Anzahl von erfaßten
Spitzen darstellt, ist in 13 gezeigt.
-
Ein
Signal, dessen Amplitude in einer ähnlichen Weise zum obigen Beispiel
variiert, z. B. Rauschen, erzeugt eine große Anzahl von Spitzen bei einem
Kern der Größe 3, wohingegen
eine wesentlich verringerte Anzahl vom Kern der Größe 5 erzeugt wird.
Da die Spitzenübergänge aufgrund
von magnetischen/nicht-magnetischen Grenzen über mehr als drei Abtastwerte
stattfinden, ist der Kern der Größe 5 ausreichend
klein genug, um diese Übergänge zu verfolgen,
während
er eine Rauschpegelunempfindlichkeit bereitstellt.
-
Um
eine digitale Signalform zu konstruieren, die zur Verarbeitung durch
den Mikroprozessor 4 geeignet ist, wendet das System den
Spitzendetektor der Größe 5 auf
Daten in Echtzeit an, wie sie erfaßt werden, und fügt gültige Spitzen
(d. h. ein lokales Minimum oder Maximum, das größer ist als das Schwellenwertband)
zu einer Liste hinzu, die Informationen über Spitzen enthält, die
auf einem gegebenen Kanal gefunden wurden. Die Daten, die gespeichert
werden, ist die Position entlang der Banknote parallel zur kurzen
Kante, wo die Spitze erfaßt wurde,
die Art der erfaßten
Spitze (d. h. eine positive oder negative Spitze) und der Ort im
Speicher des DSP 205, an dem die analogen Rohdaten vom
ADC 200 für
diese Spitze gespeichert sind. Der Vorteil dessen besteht darin,
daß die
Menge an Daten, die anschließend
durchsucht und verarbeitet werden müssen, erheblich verringert
wird. Dies ermöglicht zusätzliche
Flexibilität
für raffiniertere
Algorithmen, da das Datenvolumen verringert wurde.
-
In
dieser Stufe hat der DSP 205 (für alle 12 Kanäle) einen
Satz von Ereignissen erzeugt, die alle Spitzen enthalten, die das
Schwellenwertbildungskriterium erfüllen. Der nächste Prozeß besteht darin, diese Spitzen
zu untersuchen und festzustellen, welche von diesen gültig sind
und wahre magnetische Übergangsereignisse
angeben, und welche an Signalartefakten liegen.
-
Anwendung
einer Vorkenntnis der gewünschten
Signale auf die vorverarbeiteten Daten
-
Jede
von diesen Spannungsspitzen wird einzeln gegen strengere Kriterien
geprüft.
Diese Kriterien fassen die Schlüsseleigenschaften
von gültigen magnetischen Übergängen, einschließlich Prüfungen an
den absoluten Pegeln der induzierten Spannungen und Prüfungen an
der Signatur der Spannungsspitze, zusammen. Irgendeine Spannungsspitze,
die durch die Kriterienprüfung
durchfällt,
wird ignoriert. 14 stellt dies dar, wobei sie
zeigt, daß jede
der Spitzen, die die anfängliche
Anordnungsniveauroutineprüfung
bestehen, als entweder gültig
oder ungültig
klassifiziert wird.
-
Diese
resultierende Teilmenge der anfänglichen
Spannungsspitzen wird verarbeitet, um irgendwelche fehlerhaften
Signale weiter zu entfernen. Dies wird teilweise durch Beurteilen
der relativen Stellen, Amplituden und Formen von jeder Spitze mit
jenen von irgendwelchen anderen Spitzen in enger räumlicher
Nähe zu
dieser durchgeführt.
Dies stellt sicher, daß Spitzen,
die aufgrund einer Erhöhung
des magnetischen Flusses im Detektor auftreten, mit jenen Spitzen
verglichen werden, die einer Verringerung des magnetischen Flusses
im Detektor entsprechen. Aufgrund der komplexen Banknotendynamik,
die auftritt, wenn eine Banknote an einem Detektor vorbeiläuft, können Situationen
entstehen, in denen eine Zweideutigkeit hinsichtlich dessen besteht,
wie die Spitzen miteinander verknüpft werden sollten. Zwei Spannungsmaxima
können
beispielsweise ohne Spannungsminima zwischen ihnen auftreten. In
diesem Fall können
in Abhängigkeit
von den diesen Spitzen und beliebigen anderen Spitzen, die sich
in enger räumlicher
Nähe befinden,
zugeordneten Parametern entweder die erste Spitze, die zweite Spitze oder
beide Spitzen ignoriert werden oder die wahrscheinliche Position
der nicht erfaßten
Minima wird berechnet. Diese Entscheidungen werden auf der Basis
von Kriterien getroffen, die aus empirischen und theoretischen Untersuchungen
der erfaßten
Signale von gültigen
Banknoten, die durch die Maschinen geführt wurden, festgestellt wurden.
Diese Verarbeitungsstufe erzeugt einen verfeinerten Satz von Spitzen
für jeden
Kanal, wobei ein hoher Anteil von fehlerhaften Spitzen wahrscheinlich
ausgefiltert wurde. Dieser Prozeß ist in 15 dargestellt.
Die relativen Stellen, Amplituden und Vorzeichen der Spitzen sind
schematisch durch die 'x'-Symbole gezeigt.
Eine Spitze wurde abgelehnt, da einer Spitze einer fallenden Flanke
eine entsprechende Spitze einer steigenden Flanke innerhalb eines
gegebenen Abstandes vorangegangen sein sollte (wobei der Abstand
der Länge,
einschließlich
einer Toleranz des längsten
erwarteten magnetischen Bereichs entspricht). Die andere Spitze
wurde auf der Basis der Spitzeneigenschaften abgelehnt, da zwei
Spitzen einer steigenden Flanke mit nur einer Spitze einer fallenden
Flanke vorhanden sind.
-
Dieser
verfeinerte Satz von Spitzen wird geprüft, um sicherzustellen, daß kein langer
magnetischer Bereich aus zwei kürzeren
magnetischen Übergängen zu
bestehen schien. Wiederum wird dies durch Auswerten der relativen
Eigenschaften einer gegebenen Gruppe von Spitzen mit jenen, die aus
empirischen Untersuchungen der Banknoten festgestellt wurden, durchgeführt.
-
Erzeugung
einer digitalen Signalform
-
Die
für den
Mikroprozessor 4 erforderlichen Daten sind ein digitaler
Bitstrom, der für
jeden Kanal im DSP-Speicher
gespeichert wird. Dieser Strom wird in Stücke aufgeteilt, die an einzelnen
Speicherstellen gespeichert werden können, wobei 1 Bit einem Abtastwert
von 0,25 mm entspricht. Für
einen Speicher mit 16 Bits würde
daher jede Stelle 4 mm einer Banknote entsprechen. Wenn für gültig erklärte Übergangsereignisse
bestätigt
werden, wird der Bitstrom für
jeden Kanal konstruiert. Sobald in eine einzelne Stelle alle Bits
geschrieben wurden, begibt sich der DSP zur nächsten Stelle weiter. Ein Beispiel
ist in 16 gezeigt.