DE68915053T2 - Anordnung zur Dekodierung eines digitalen Signals. - Google Patents

Anordnung zur Dekodierung eines digitalen Signals.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Decodierung eines digitalen Signals, wobei die Vorrichtung in einem digitalen Videobandrecorder oder dergl. verwendet werden kann.
  • In einer digitalen magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtung, wie z. B. einen Videobandrecorder (VTR) entstehen, wenn eine digitale Datenreihe (dargestellt in der binären Form von "1" oder "0") direkt aufgezeichnet wird, folgenden Probleme.
  • 1. Die Maximalfrequenz eines aufgezeichneten Signals wächst zu einer derartigen Größe an, daß das aufgezeichnete Signal nicht gelesen werden kann.
  • 2. Es treten häufig Gleichstromkomponenten und Niederfrequenzkomponenten in dem aufgezeichneten Signal auf, so daß, wenn ein digitales Signal durch ein Kopfsystem, welches einen rotierenden Umformer verwendet, aufgezeichnet und wiedergegeben wird, in dem wiedergegebenen Signal eine Störung auftritt. Als ein Ergebnis geschieht es häufig, daß die wiedergegebene Information erheblich von der aufgezeichneten Information abweicht.
  • 3. Wenn digitale Daten aufgezeichnet werden, wird eine Datenreihe im allgemeinen zusammen mit einer Taktkomponente aufgezeichnet, gemäß dem sog. System der eigenen Takterzeugung. Wenn eine digitale "1" oder "0" hintereinander oder benachbart aufgezeichnet wird, dann wird die Fehlerrate bei der Gewinnung der Taktkomponente auf der Wiedergabeseite anwachsen.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist es vorgeschlagen worden, eine derartige digitale magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung einzurichten, daß während der Aufzeichnung ein digitales Eingangssignal in ein aufzuzeichnendes Signal mit einer vorgegebenen Frequenzcharakteristik mittels einer Kanalcodierungs- (Aufzeichnungs- und Codierungs-)Schaltung umgewandelt wird. Dieses aufzuzeichnende Signal wird dann auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mittels eines Aufzeichnungskopfs aufgezeichnet. Bei der Wiedergabe wird ein von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium wiedergegebenes Signal mittels eines Wiedergabekopfs bereitgestellt und mittels eines Decoders wiedergegeben, dessen Umwandlungscharakteristik entgegengesetzt jener der Kanalcodierungsschaltung ist. Das Kanalcodierungssystem kann ein invertiertes Non-Return-To-Zero-System (NRZ-I), ein verschachteltes NRZ-I-System (I-NRZ-I) oder ein verschlüsseltes I-NRZ-I-System (S-I-NRZ-I) sein, welches auf einem teilweise ansprechenden System (PR) basiert, welches einen wirksamen Gebrauch von Zwischensymbolinterferenzen während des digitalen Aufzeichnungsprozesses macht.
  • Entsprechend dem NRZ-I-System wird ein NRZ-Signal in binärer Codeform in ein NRZ-I-Aufzeichnungssignal umgewandelt. Ein Codierer wandelt das Eingangssignal kurz vor der Übertragungsleitung in das Aufzeichnungssignal um, und dieser Codierer kann auch Vorcodierer genannt werden. Der NRZ-I-Systemvorcodierer wird PR(1,-1)-Codierer genannt, da er die Codierung bewirkt, welche die Umwandlung entgegengesetzt zu der Umwandlung einer PR(1,-1)-Übertragungsleitung auf der Grundlage des teilweise ansprechenden Systems ist. Das NRZ-I-System besitzt andererseits den Nachteil, daß wenn das Signal nicht invertiert wird, häufig eine Gleichstromkomponente in dem Aufzeichnungssignal auftritt.
  • Entsprechend dem I-NRZ-I-System wird ein NRZ-Signal in ein I- NRZ-I-Aufzeichnungssignal umgewandelt. Der I-NRZ-I-Systemvorcodierer führt eine Umwandlung durch, welche entgegengesetzt zu jener auf einer PR(1,0,-1)-Übertragungsleitung auf der Grundlage des sog. teilweise ansprechenden Systems der Klasse IV ist und wird PR(1,0,-1)-Codierer oder teilweise ansprechender Codierer der Klasse IV genannt.
  • Ein Erkennungssignal, welches sich aus der Aufzeichnung und Wiedergabe des I-NRZ-I-Aufzeichnungssignal ergibt, besitzt Frequenzcharakteristiken, welche ähnlich jenen des magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems sind, so daß es weniger Hochfrequenzkomponenten und keine Gleichstrom (DC)-Komponenten enthält. Darüberhinaus kann das Erkennungssignal nicht durch die Übersprechkomponente, welche durch die vergrößerte Wellenlänge des Aufzeichnungssignals verursacht wird, beeinflußt werden und außerdem nicht durch den rotierenden Umformer des Kopfsystems.
  • Obwohl das gemäß dem I-NRZ-I-System wiedergegebene Erkennungssignal keine Gleichstromkomponenten enthält, enthält das Aufzeichnungssignal Gleichstromkomponenten. Um die Gleichstromkomponente des Aufzeichnungssignals zu verringern, ist das 5-I- NRZ-I-System vorgeschlagen worden. Gemäß dem S-I-NRZ-I-System ist es möglich, durch Addition eines M-Reihensignals (dargestellt in der Form einer binären Zufallszahl) zu dem Eingangssignalmodulo (mod.)-2 oder durch Verschlüsseln des Eingangssignals durch das M-Reihensignal die Gleichstromkomponenten zu verringern.
  • Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen ist ein Blockdiagramm, welches eine Anordnung eines früher vorgeschlagenen digitalen VTR zeigt, welcher die oben erwähnte Kanalcodierungsschaltung des S-I-NRZ-I-Systems benutzt. Im Zusammenhang mit Fig. 1 ist zu erkennen, daß ein analoges Videosignal einem Eingangsanschluß 1 zugeführt wird. Dieses analoge Videosignal wird einem Analog-Digital(A/B)-Umwandler 2 zugeführt, in welchem es in ein digitalisiertes Datensignal umgewandelt wird. Das digitalisierte Datensignal wird über einen Bitverringerungscodierer 3 einem Fehlerkorrekturcode(ECC)-Codierer 4 zugeführt, in welchem es codiert wird, um einen Paritätscode zur Fehlerkorrektur zu erhalten. Das Datensignal mit dem Paritätscode wird einer M- Verschlüsselungsschaltung 5 zugeführt und wird dort z. B. in ein Signal, welches keine DC-Komponenten entsprechend einer Charakteristik eines Kopfbandsystems besitzt, welches später beschrieben wird, umgewandelt. Die M-Verschlüsselungsschaltung verwendet ein sog. M-Reihensignal als ein Pseudozufallssignal. Das so umgewandelte Signal wird einem Addierer 6 zugeführt, durch welchen es zu einem Synchronisierungs(SYNC)-Code von einem Anschluß 7 addiert wird.
  • Das umgewandelte Signal mit dem Synchronisierungscode wird einem Addierer 8 zugeführt, und das Ausgangssignal des Addierers 8 wird über Verzögerungselemente 9a und 9b zurück zu dem Addierer 8 geführt. Jedes der Verzögerungselemente 9a und 9b besitzt einen Abtastzyklus D. Der Addierer 8 und die Verzögerungselemente 9a und 9b bilden einen teilweise ansprechenden (PR) (1,0,1)-Vorcodierer der Klasse IV, wie er durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt ist, um dadurch eine [1/(1-D²)] Bearbeitung gemäß dem teilweise ansprechenden System der Klasse IV zu bewirken.
  • Das Signal von dem Addierer 8 wird über einen Aufzeichnungsverstärker 10 einem Aufzeichnungskopf 11 zugeführt und wird durch diesen auf ein Band 12 aufgezeichnet.
  • Das aufgezeichnete Signal wird von dem Band 12 mittels eines Wiedergabekopfes 13 und eines Wiedergabeverstärkers 14 wiedergegeben. Das elektromagnetische Umwandlungssystem, welches aus dem Aufzeichnungskopf 11, dem Band 12 und dem Wiedergabekopf 13 gebildet ist, besitzt eine Charakteristik von [1-D].
  • Das Signal von dem Wiedergabeverstärker 14 wird über einen Equalizer 15 zu einem Addierer 16 geführt, und das Signal von dem Equalizer 15 wird außerdem über ein Verzögerungselement 17 mit einem Abtastzyklus D dem Addierer 16 zugeführt. Der Addierer 16 und das Verzögerungselement 17 bilden einen PR(1,1)- Decoder der Klasse IV, wie durch einen aus einer gestrichelten Linie gezeigten Block in Fig. 1 dargestellt ist. Demgemäß, wenn die Charakteristik [1-D] des elektromagnetischen Umformungssystems, welches durch den Aufzeichnungskopf 11, das Band 12 und den Wiedergabekopf 13 gebildet ist, mit der Charakteristik [1+D] des PR(1,1)-Decoders der Klasse IV, welcher aus dem Addierer 16 und dem Verzögerungselement 17 gebildet wird, kombiniert wird, ergibt dies die Gesamtcharakteristik von [1-D²]. Diese Gesamtcharakteristik [1-D²] ist komplementär zu der Charakteristik [1/(1-D²)] des oben erwähnten PR(1,0, -1) -Decoders der Klasse IV. Dementsprechend wird die folgende Gleichung gebildet:
  • [1/(1-D²)] * (1-D) * (1+D) = 1
  • Auf diese Weise wird eine Übertragung mit einer Übertragungsfunktion in "1" ausgeführt und ein Ternärsignal (1,0,-1) des teilweise ansprechenden Systems der Klasse IV erzeugt.
  • Das Ternärsignal wird einem Ternärsignalkomparator 18 zugeführt, von welchem ein Signal decodiert wird, welches noch nicht in dem Auf zeichnungsmodus vorcodiert worden ist. Das decodierte Signal wird über eine M-Entschlüsselungsschaltung 19 einer Zeitbasiskorrekturschaltung 20 zugeführt, in welchem es bezüglich der Zeitbasis korregiert wird. Das Signal von der Zeitbasiskorrekturschaltung 20 wird über einen Bitreduktionsdecodierer 22 einem Digital-Analog(D/A)-Umwandler 23 zugeführt, in welchem es in ein analoges Videosignal umgewandelt wird. Dieses analoge Videosignal wird einem Ausgangsanschluß 24 zugeführt.
  • Das Signal von dem Ternärsignalkomperator 18 wird außerdem einer Synchronisierungs(SYNC)-Codedetektionsschaltung 25 zugeführt, und der detektierte Synchronisierungscode wird einem Anschluß 26 zugeführt.
  • In dem digitalen Schaltungssystem, welches aus den Schaltungselementen des A/D-Umwandler 2 bis zu dem D/A-Umwandler 23 des vorher vorgeschlagenen digitalen in Fig. 1 gezeigten VTR gebildet ist, wird das Videosignal in einer digitalen Weise in dem Aufzeichnungssystem von dem A/D-Umwandler 2 bis zu dem PR(1,0,- 1)-Vorcodierer der Klasse IV, welcher aus dem Addierer 8 und den Verzögerungselementen 9a und 9b gebildet ist, verarbeitet, wohingegen das Videosignal dann in einer analogen Weise in dem Wiedergabesystem von dem Wiedergabekopf 13 bis zu dem Ternärkomparator 18 verarbeitet wird. Das Videosignal wird anschließend durch das Schaltungssystem von der M-Entschlüsselungsschaltung 19 bis zu dem D/A-Umwandler 23 in einer digitalen Weise verarbeitet.
  • Deshalb bilden der Equalizer 15, der Addierer 16 und das Verzögerungselement 17 ein Decodierungssystem, welches das Videosignal in einer analogen Art bearbeitet. Bei der analogen Datenbearbeitung kann ein Fehler in dem Datensignal aufgrund der Temperaturcharakteristik und der Alterungsveränderungen auftreten.
  • Weiterhin wird das Verzögerungselement 17, welches den teilweise ansprechenden (1,1)-Decoder der Klasse IV bildet, von einer analogen Verzögerungsleitung gebildet, so daß die Verzögerungszeit des Verzögerungselements 17 nicht ohne Schwierigkeit verändert werden kann. Als ein Ergebnis ist es schwierig, wenn die Übertragungsrate aufgrund einer Mithöreinrichtung oder eines schnellen Rücklaufmodus verändert wird, die Abtastfrequenz in Übereinstimmung mit der veränderten Übertragungsrate zu verändern.
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen ist vorgeschlagen worden, daß das Ausgangssignal von dem Wiedergabeverstärker 14 in eine digitale Form umgewandelt werden kann, woraufhin die Schaltungselemente von dem Equalizer 15 bis zu dem Ternärsignalkomperator 18 die erforderliche Bearbeitung in einer digitalen Weise durchführen können Eine digitale Bearbeitung erfordert im allgemeinen wegen des Abtasttheorems eine Abtastfrequenz, welche zweimal so hoch wie die Übertragungsrate eines Übertragungssignals ist. Insbesondere erfordert daher ein digitaler VTR oder dergl. eine sehr hohe Abtastfrequenz, welche in der Praxis nicht ohne weiteres realisiert werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Decodierung eines übertragenen digitalen Signals vorgesehen, wobei dieses Signal in Übereinstimmung mit einem teilweise ansprechenden Verfahren der Klasse IV vorcodiert worden ist, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des übertragenen empfangenen Signals; eine Tiefpaßfiltereinrichtung zum Begrenzen der Frequenz des Ausgangssignals der Empfangseinrichtung, wobei die Grenzfrequenz der Filtereinrichtung die Nyquist-Frequenz des digitalen Signals ist; eine Generatoreinrichtung zum Erzeugen eines Taktsignals mit einer Frequenz, welche gleich der Übertragungsrate des digitalen Signals von dem Ausgang der Empfangseinrichtung ist; eine Umsetzungseinrichtung zum Abtasten des Ausgangssignals der Filtereinrichtung mittels des Taktsignals und auf diese Weise zum Erzeugen eines Binärsignals; und eine Verarbeitungseinrichtung, welche einen teilweise ansprechenden Decoder der Klasse IV zum Verarbeiten des Ausgangssignals der Umsetzungseinrichtung enthält, um das übertragene digitale Signal in Übereinstimmung mit dem teilweise ansprechenden Verfahren der Klasse IV zu decodieren.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche nachfolgend detaillierter beschrieben wird, stellt eine Vorrichtung zur Decodierung eines digitalen Signals zur Verfügung, welche die oben genannten Mängel des früher vorgeschlagenen Systems überwindet. Bei der bevorzugten Vorrichtung kann ein Signal in einer ersten Stufe digital in einem Equalizer oder dergl. bearbeitet werden. Die bevorzugte Vorrichtung kann den Einfluß, welcher durch die Temperaturcharakteristik und/oder die Alterungsveränderungen oder dergl. ausgeübt werden, verringern und kann den Wiedergabeprozeß exakt ausführen.
  • Die Decodierungsvorrichtung kann einen Datensignalspeicher als ein Verzögerungselement anstatt einer analogen Verzögerungsleitung verwenden, um dadurch die Genauigkeit vom Entwurfsstandpunkt zu vergrößern und außerdem reduzierte Herstellungskosten zu erzielen.
  • Die bevorzugte Vorrichtung ist in der Lage den Mithörwiedergabemodus und den schnellen Rücklauf im Wiedergabemodus abzudecken.
  • Die Schaltungselemente der Vorrichtung können leicht als integrierte Schaltung (IC) hergestellt werden und stellen eine hochwirksame Schaltungsanordnung zur Verfügung.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen durchweg gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und in denen
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, welches ein Beispiel eines früher vorgeschlagenen digitalen VTR zeigt;
  • Fig. 2 eine graphische Darstellung des Frequenzspektrums eines wiedergegebenen Signals ist, welche verwendet wird, um die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung zu erklären; und
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Decodierung eines digitalen Signals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Wenn ein teilweise ansprechendes System der Klasse IV als Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem in einem digitalen VTR oder dergl. verwendet wird, kann das Frequenzspektrum des wiedergegebenen Signales wie in Fig. 2 gezeigt ist dargestellt werden, in welcher 1/2 T die Nyquist-Frequenz und 1/T die Übertragungsrate ist.
  • Bezugnehmend auf Fig. 3, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in dieser ein Band 31 gezeigt, auf welcher ein Videosignal entsprechend dem teilweise ansprechenden Verfahren der Klasse IV aufgezeichnet wird. Das aufgezeichnete Signal wird von dem Band 31 mittels eines Wiedergabekopfes 32 und eines Wiedergabeverstärkers 33 wiedergegeben. Das Signal von dem Wiedergabeverstärker 33 wird einem Tiefpaßfilter 34 zugeführt, dessen Grenzfrequenz (LPF in Fig. 2) der Nyquist- Frequenz des aufgezeichneten Signals entspricht. Das Signal von dem Tiefpaßfilter 34 wird einem Analog-Digital (A/D)-Umwandler 35 zugeführt, in welchem es in ein digitales Signal umgewandelt wird. Das Signal von dem Wiedergabeverstärker 33 wird außerdem über eine Schaltung 36 zur Multiplikation mit mit dem Faktor 2 einer Phase-Locked-Loop-Schaltung 37 zugeführt, welche ein Taktsignal mit einer Frequenz fs erzeugt, welche gleich der Übertragungsrate ist. Dieses Taktsignal wird ebenso einem Anschluß 38 wie dem A/D-Umwandler 35 zugeführt. Deshalb erzeugt der A/D-Umwandler 35 ein digitalisiertes Signal von z. B. 8 Bit als Reaktion auf das Taktsignal mit der Frequenz fs der Übertragungsrate.
  • Die Vorrichtung verwendet das teilweise ansprechende System der Klasse IV derart, daß, selbst wenn die Abtastung durch das Taktsignal mit der Frequenz fs bewirkt wird, welche gleich der Übertragungsrate ist, dann das Problem des sonst genannten Rauschens oder dergl. vermieden werden kann.
  • Das digitalisierte Signal von dem A/D-Umwandler 35 wird den in Reihe geschalteten Datensignalspeicherschaltungen 39a bis 39c zugeführt. Außerdem wird das Taktsignal den hintereinander geschalteten Datensignalspeicherschaltungen 39a bis 39c zugeführt, so daß die Datensignalspeicherschaltungen 39a bis 39c Signale erzeugen, von denen jedes um den Abtastzyklus D (Übertragungsrate) verzögert ist. Diese Signale werden durch jeweilige Gewichtungsschaltungen 40a bis 40c gewichtet und werden dann von einem Addierer 41 zusammenaddiert.
  • Die durch die Signalspeicherschaltung 39a bis zu dem Addierer 41 gebildete Schaltungsanordnung bildet ein Transversalfilter. Auf diese Weise kann eine gewünschte Entzerrungscharakteristik durch freie Bestimmung der Koeffizienten der Gewichtungsschaltungen 40a bis 40c eingeführt werden.
  • Das Signal von dem Addierer 41 wird einem Addierer 42 zugeführt und es wird ebenso einer Datensignalspeicherschaltung 43 zugeführt. Das Taktsignal wird der Datensignalspeicherschaltung 43 zugeführt und das Ausgangssignal der Datensignalspeicherschaltung 43 wird dem Addierer 42 zugeführt, wobei der Addierer 42 und die Datensignalspeicherschaltung 43 einen PR(1,1)-Decoder der Klasse IV bilden, wie in Fig. 3 durch einen Block mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist. Um auf diese Weise die Decodierung durchzuführen, welche als [1+D] ausgedrückt werden kann.
  • Das Signal von dem Addierer 42 wird einem digitalen Ternärsignalkomparator 44 zugeführt, und das verglichene Ausgangssignal von einem Bit wird auf einen Anschluß 45 geführt.
  • Das an dem Anschluß 45 hergeleitet Signal wird der M- Entschlüsselungsschaltung 19 (siehe Fig. 1) zugeführt, welche das Videosignal wiedergibt oder entschlüsselt.
  • Wie oben beschrieben, können gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da das Videosignal digital durch den Equalizer und dergl. in einer ersten Stufe der Vorrichtung bearbeitet werden kann, Einflüsse aufgrund der Temperaturcharakteristiken, der Alterungsveränderungen und dergl. verringert werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung, welche die Erfindung verkörpert, das digitale Signal zufriedenstellend wiedergeben.
  • Da bei der oben genannten Ausführungsform die Datensignalspeicherschaltung als Verzögerungselement verwendet wird, kann auf die analoge Verzögerungsleitung verzichtet werden, was vom Entwurfsstandpunkt eine vergrößerte Genauigkeit bereitstellt und außerdem von einem Herstellungsverfahrensstandpunkt die Kosten reduziert. Weiterhin können die Schaltungselemente der Vorrichtung den Mithörwiedergabemodus und den schnellen Rücklauf im Wiedergabemodus mit Leichtigkeit bewältigen.
  • Darüberhinaus können die Schaltungselemente der Vorrichtung als eine integrierte Schaltung (IC) hergestellt werden und können logisch entworfen werden, was eine hochwirksame Schaltung bereitstellt, die mit einer hohen Leistung arbeitet.
  • Zusätzlich kann bei der Schaltungsanordnung von Fig. 3 das Ausgangssignal des Addierers 42 durch einen D/A-Umwandler 46 in ein analoges Signal umgewandelt werden, und das analoge Signal kann über ein Tiefpaßfilter 47 einem Anschluß 48 zugeführt werden, wodurch ein analoges Augendiagramm kontrolliert werden kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Decodierung eines übertragenen digitalen Signals, wobei dieses Signal in Übereinstimmung mit einem teilweise ansprechenden Verfahren der Klasse IV vorcodiert worden ist, wobei die Vorrichtung umfaßt:
eine Empfangseinrichtung (32, 33) zum Empfang des übertragenen empfangenen Signals;
eine Tiefpaßfiltereinrichtung (34) zum Begrenzen der Frequenz des Ausgangssignals der Empfangseinrichtung (32, 33), wobei die Grenzfrequenz der Filtereinrichtung (34) die Nyquist- Frequenz des digitalen Signals ist;
eine Generatoreinrichtung (36, 37) zum Erzeugen eines Taktsignals mit einer Frequenz (fs), welche gleich der Übertragungsrate des digitalen Signals von dem Ausgang der Empfangseinrichtung (32, 33) ist;
eine Umsetzungseinrichtung (35) zum Abtasten des Ausgangssignals der Filtereinrichtung (34) mittels des Taktsignals und auf diese Weise zum Erzeugen eines Binärsignals; und
eine Verarbeitungseinrichtung (39a bis 44), welche einen teilweise ansprechenden Decoder (42, 43) der Klasse IV zum Verarbeiten des Ausgangssignals der Umsetzungseinrichtung (35) enthält, um das übertragene digitale Signal in Übereinstimmung mit dem teilweise ansprechenden Verfahren der Klasse IV zu decodieren.
2 Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Empfangseinrichtung einen Magnetkopf (32) enthält und das digitale Signal durch einen magnetischen Träger (31) mittels Aufzeichnung übertragen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verarbeitungseinrichtung eine Entzerrerschaltung (39a bis 41) enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Entzerrerschaltung ein Transversalfilter (39a bis 41) ist.
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