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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Störungserkennung in einem Datensignal.
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Die
Störungserkennung
in einem Datensignal dient zur Erkennung von Anomalien in dem Verhalten
des Datensignals. Das Datensignal kann z. B. ein Auslesesignal in
einem optischen Gerät
wie einem CD- oder DVD-Spieler oder jeder andere Typ eines Datenlesegerätes sein.
Die Störungserkennung wird
benötigt
zur Auslösung
eines "Einfrierens" (freeze) von bestimmten
Teilen einer Datenerfassung (Akquisition) und einem Servo-Verarbeitungssystem, während die
Daten z. B. aufgrund schwarzer Punkte, Verkratzungen, "Silberpunkten" (silver dots) oder
Fingerabdrücken
(fingerprints) auf einem Datenträger nicht
verwertbar sind. Es ist vorteilhaft, Störungen so schnell wie möglich zu
erkennen, um die Datenerfassung anzuhalten und sie nachher wieder
aufzunehmen.
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Das
Datensignal hat ein dynamisches Verhalten, das zwischen einer oberen
und einer unteren Einhüllenden
liegen kann. Im Falle einer Störung
in dem Datensignal wird das dynamische Verhalten modifiziert, und
ein Differenzwert, der gleich ist der Subtraktion der Werte der
oberen und unteren Einhüllenden
zueinander, kann kleiner als ein vorbestimmter Randwert werden.
Eine Überwachung
oder Darstellung des Differenzwertes ermöglicht die Bestimmung, ob er
kleiner ist als der vorbestimmte Randwert. In diesem Fall wird eine
Störung
in dem Datensignal erkannt.
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Jedoch
erfolgt eine Verzögerung
zwischen dem Auftreten eines Fehlers und seiner Erkennung, da das
Einhüllendensignal
in analogen Schaltungen aus dem Datensignal durch eine Spitzengleichrichterschaltung
oder ein Tiefpassfilter gebildet wird. In digitalen Geräten ist
die obere Einhüllende
auf einen Wert gleich einem Wert des Datensignals eingestellt, wenn
der Wert des Letzteren größer ist
als der Wert der oberen Einhüllenden.
Wenn während
einer vorbestimmten Zeit der Wert der oberen Einhüllenden nicht
zugenommen hat, dann wird er schrittweise um einen vorbestimmten
Wert verringert.
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Die
untere Einhüllende
ist, in einer ähnlichen Weise
wie die obere Einhüllende,
auf einen Wert eingestellt, der gleich ist einem Wert des Datensignals, wenn
der Wert des Letzteren kleiner ist als der Wert der unteren Einhüllenden.
Wenn während
einer vorbestimmten Zeitperiode der Wert der unteren Einhüllenden
nicht abgenommen hat, wird er durch den vorbestimmten Wert erhöht.
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Wenn
das Datensignal gestört
ist, z. B. ein relativ niedriges dynamisches Verhalten annimmt, nähern sich
der obere und/oder der untere Wert der Einhüllenden dem Datensignalwert,
und die Differenz wird kleiner als der vorbestimmte Randwert. Eine Zeitverzögerung,
in der der obere oder der untere Wert der Einhüllenden einen Wert in der Nähe des Datensignals
erreichen, ist abhängig
von der Zeitperiode, wie die Werte der oberen oder unteren Einhüllenden
im Fall von schnellen Änderungen
dem Datensignal folgen, insbesondere, wenn die Einhüllenden-Werte
schrittweise abnehmen oder zunehmen, wie oben erwähnt. Der
Zeitverlauf oder die Zeitraffung erscheint in den meisten Störungsfällen relativ lang.
Als Folge wird die Erkennung der Störung, die nach der Zeitverzögerung erfolgt,
um eine relativ lange Zeit nach dem tatsächlichen Auftreten der Störung verzögert.
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Um
auf eine schnelle Fluktuation in dem wiedergegebenen Signal anzusprechen,
zeigt die
US 5 673 046 eine
Analog/Digital-Umsetzschaltung, die es ermöglicht, die Fluktuation des
wiedergegebenen Signals zu beseitigen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zeitverzögerung zwischen
einer Störung
in dem Datensignal und der Erkennung der Störung zu verringern.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zeitverzögerung einer
bestimmten Länge
zwischen der Störung
und der Erkennung der Störung
zu erreichen.
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Das
Problem wurde durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Der
Nachteil einer Verzögerung
zwischen den Daten und dem Einhüllendensignal
wird vermieden, wenn an Stelle eines üblichen Einhüllendensignals
ein Einhüllendensignal
benutzt wird, das mehr einem Auswertesignal entspricht, das in einer
derartigen Weise gebildet wird, dass die Werte des Einhüllendensignals
gleich einem entsprechenden Wert des Datensignals eingestellt werden,
der in einem vorbestimmten Zeitintervall genommen wird. Die Einstellung
der Werte eines Einhüllendensignals
gleich einem entsprechenden Wert des Datensignals aus einem vorbestimmten
Zeitintervall hat die Vorteile, dass ein Einhüllendensignal mit einem konstanten Wert
für eine
vorbestimmte Zeitperiode erzeugt wird und außerdem sehr schnell dem Wert
des laufenden Signals folgt, unabhängig davon, ob das Datensignal zunimmt
oder abnimmt. Aufgrund der Einstellung der Werte eines Einhüllendensignals
auf einen entsprechenden Wert des Datensignals, das in einem vorbestimmten
Zeitintervall genommen wird, entspricht eine Verzögerung zwischen
dem Datensignal und der neuen Art des Einhüllendensignals einem Maximum
der Länge
des vorbestimmten Zeitintervalls und ist unabhängig von Änderungen in dem Datensignal. Die
neue Art des Einhüllendensignals
folgt unverzüglich
dem Datensignal – unabhängig von
einer Zunahme oder einer Abnahme des Datensignals. Daher kann ein
sehr schnelles Störungssignal
durch Auswertung der neuen Art des Einhüllendensignals erzeugt werden.
Derartige Störungssignale
sind z. B. das hinreichend bekannte Fehler- oder Spiegelsignal.
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Das
vorbestimmte Zeitintervall ist gleich oder länger als eine maximale Lauflänge (run
length) des Datensignals. Die maximale Lauflänge des Datensignals entspricht
z. B. elf Taktperioden im Falle einer CD. Das obere oder untere
oder beide Einhüllendensignale
müssen
in der oben beschriebenen Weise gebildet werden, abhängig von
der Art, in der das Datensignal erzeugt wurde, und entsprechend
der Art der Störung,
die in einer schnellen Weise ermittelt werden soll. Z. B. kann ein
Schwellwert für
die obere Einhüllendenkurve
zu Erzeugung eines Fehlersignals im Falle eines gleichspannungsgekoppelten
Datensignals benutzt werden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Das Spiegelsignal wird in einem derartigen Fall auf ähnliche
Weise erzeugt. Die Differenz zwi schen der oberen und unteren Einhüllendenkurve
wird meistens in dem Fall eines gleichspannungsgekoppelten Wechselspannungs-Datensignals benutzt.
Die Erfindung ist auf jede Art eines Datensignals und der Störsignalerzeugung
anwendbar.
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Die
Werte eines oberen oder unteren Einhüllendensignals werden jeweils
gleich einem Maximal- und einem Minimalwert des Datensignals eingestellt, das
vorher in einem vorbestimmten Zeitintervall genommen wird, und die
Berechnung des Differenzwertes zwischen einem oberen und einem unteren
Einhüllendensignal
erfolgt in einem Zeitintervall nach dem vorbestimmten Zeitintervall,
in dem die Einhüllendensignale
gebildet worden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform werden das vorbestimmte Zeitintervall
und die darauf folgenden Zeitintervalle als Zeitintervalle mit gleicher
Länge angenommen.
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Es
werden mehrere vorbestimmte Zeitintervalle in einer überlappenden
Weise in einer weiteren Ausführungsform
für eine
weiter verringerte Zugriffszeit benutzt, in der der Einhüllendenwert
auf einen entsprechenden Wert des Datensignals eingestellt ist.
Auf diese Weise können
unterschiedliche Perioden erzeugt werden, z. B. abhängig von
der Richtung des Datensignals. Die vorbestimmten Zeitintervalle sind
daher in einer phasenverschobenen Weise angeordnet.
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Werte
eines unteren Einhüllendensignals werden
bevorzugt gleich dem jeweiligen ersten Mittelwert und einem zweiten
Mittelwert des Datensignals eingestellt, das vorher in vorbestimmten
Zeitintervallen mit unterschiedlicher Länge zur Erzeugung eines Spiegelsignals
benutzt werden.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Störung in
einem Datensignal gemäß der Erfindung
sind in den unabhängigen
Ansprüchen 1
bzw. 8 angegeben.
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Zur
Durchführung
des oben genannten Verfahrens empfängt der Generator für das Störungssignal
Signale, die eine obere und eine untere Einhüllende angeben, die durch den
Einhüllendengenerator erzeugt
werden, der die obere und die untere Einhüllendenwerte einen Maximalwert
und einen Minimalwert des Datensignals angibt, das in dem vorbestimmten
Zeitintervall empfangen wird. Die Registerschnittstelle liefert
einen vorbestimmten Randwert als Auswertewert, und der Störsignalgenerator
ist in dieser Ausführungsform
ein Fehlersignalgenerator, der einen Differenzwert durch Subtraktion
der unteren Einhüllenden
von der oberen Einhüllenden
berechnet. Der Fehlersignalgenerator erzeugt ein Fehlersignal, wenn
der Differenzwert kleiner als der vorbestimmte Randwert ist.
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Im
Folgenden werden Beispiele der Durchführung der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt eine Darstellung
eines oberen und unteren Einhüllendensignals
zur Erläuterung
einer Lösung
nach dem Stand der Technik,
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2 zeigt eine Darstellung
des oberen und unteren Einhüllendensignals
zur Erläuterung
der Erfindung,
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3 zeigt ein Blockschaltbild
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
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4 zeigt ein oberes und ein
unteres Einhüllendensignal
zur Erläuterung
der Erzeugung der Einhüllenden
gemäß einer
bekannten Lösung,
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5 zeigt das Ergebnis der
Anwendung eines erhöhten
Einhüllenden-Aktualisierungszählers zur
Erläuterung
der Erzeugung der Einhüllenden
gemäß einer
Lösung
nach dem Stand der Technik,
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6 zeigt ein vergleichbares
Ergebnis gemäß der Erfindung.
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Die
Kurvendarstellung in 1 enthält auf einer
Achse eine Zeitskala t und auf einer anderen Achse eine Datensignalwert-Skala
s. Eine Kurve 1 und eine Kurve 2 zeigen eine obere
bzw. eine untere Einhüllende
eines (nichtdargestellten) Datensignals gemäß dem Stand der Technik. Ein
Wert des Datensignals liegt zu allen Zeiten zwischen den Kurven 1 und 2.
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Die
Werte in der Kurve 1 sind gleich einem Wert des Datensignals
eingestellt, wenn Letzterer größer als
der Vorige ist. Wenn während
eines bestimmten Zeitintervalls Δt
der Wert in der Kurve 1 nicht zugenommen hat, dann wird
er um einen festen Wert Δs
verringert. Wenn während
mehrerer aufeinanderfolgender bestimmter Zeitintervalle Δt der Wert in
der Kurve 1 um den festen Wert Δs verringert wurde, resultiert
das in einer linearen Abnahme der Werte in der Kurve 1,
wie in einer Verzögerungszeit
T der Kurve 1 dargestellt ist. Wenn im Zeitpunkt t1 der
Wert in der Kurve 1 von s1 auf s2 abfällt, beträgt die Zeitverzögerung T,
die notwendig ist, damit der Wert der Kurve 1 von s1 auf
s2 abfällt,
wenigstens T = (s1 – s2)·Δt/Δs.
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Die
Werte in der Kurve 2 sind gleich dem Wert des Datensignals
eingestellt, wenn Letzterer kleiner als der Vorangehende ist. Wenn
während
des vorbestimmten Zeitintervalls Δt
der Wert in der Kurve 2 nicht abgenommen hat, dann wird
er um einen festen Wert Δs
erhöht.
Während
der Zeitverzögerung
T in 1 nehmen die Werte
in der Kurve 2, die zu allen Zeiten kleiner sind als die
Werte des nicht dargestellten Datensignals, auf einen Wert s3 ab,
der kleiner oder gleich s2 ist. Dieser Wert ist der Wert der Kurve 1 am
Ende der Zeitverzögerung
T.
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Nach
der Zeitverzögerung
T wird ein Fehlersignal 3 erzeugt, das anzeigt, dass eine
Störung
in dem Datensignal erfolgt ist. Das Störsignal 3 wird immer
dann erzeugt, wenn der Differenzwert Δd = s2 – s3 kleiner ist als ein vorbestimmter
Randwert b, d. h., Δd < b.
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Die
Kurven 1 und 2 können für ein Datensignal gebildet
werden, das ein Hochfrequenzsignal nach dem Auslesen einer optischen
Platte, z. B. einer Compact Disk, einer magneto-optischen Platte
oder einer Digital Versatile Disk, ist. Die Störung, die die Abnahme der HF
in ihrem Wert bedingt und ihr dynamisches Verhalten zu Beginn der
Zeitverzögerung
T bewirkt, und die die Kurve zur Abnahme von s1 bis s2 während der
Zeitverzögerung
T bewirkt, kann durch ein schwarzes Punktmuster auf einer Spur der
ausgelesenen Platte bewirkt sein. Die Intensität des durch ein schwarzes Punktmuster
reflektierten Lichts ist relativ gering, und der Wert des resultierenden HF-Signals
wird auf relativ kleine Werte verringert.
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Andere
Gründe
für die
Störung
in einem HF-Signal können
z. B. ein Kratzer, ein relativ hohe Werte des resultierenden HF-Signals
bewirkender Silberpunkt oder Fingerabdrücke auf der gelesenen Spur
sein.
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Das
Datensignal kann z. B. ein abgetastetes HF-Signal sein, d. h. ein
HF-Signal, für
das diskrete Werte bei Zeitintervallen gebildet werden. In diesem Fall
können
die vorbestimmten Zeitintervalle Δt
eine vorbestimmte Zahl von HF-Signalabtastungen
sein.
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Ein
Störsignal
sollte hoch sein, wenn zu wenig HF-Informationen in dem HF-Signal verfügbar sind.
Somit wird das Störsignal
auf einen hohen Wert "1" gesetzt, wenn die
obere Einhüllende
minus der unteren Einhüllenden
kleiner als ein Randwert b ist. Das Störsignal kommt für ein Muster
mit einem schwarzen Punktmuster spät. In diesem Beispiel beträgt die Schwarzpunkt-Störzeit ungefähr 0,5 ms.
Die Servoverarbeitung, die mit ungefähr 200 kHz arbeitet, wird die
Servoschleifen ungefähr
100 Mal berechnen, während
sie sich in einem Schwarzpunkt befindet.
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Besser
wäre es,
den Einhüllenden-Aktualisierungszähler für die Bildung
der Einhüllenden
zu beschleunigen. Jedoch gibt es eine Grenze, wie später gezeigt
wird.
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Der
Randwert wird mit einer Software eingestellt, und optional kann
in allen Figuren eine Hysteresis benutzt werden.
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Die
Kurve in 2 enthält auf einer
Achse eine Zeitskala t und auf einer anderen Achse eine Wertskala
s für das
Datensignal. Eine Kurve 4 zeigt in vereinfachter Weise
den Wert des Datensignals zur Zeit t. Die Zeitskala t ist in Zeitintervalle Δ(n) = Δ(n + 1) =
... = Δ(m)
aufgeteilt, und n und m sind ganze Zahlen, und ein Wert eines derartigen
Zeitintervalls ist gleich einem vorbestimmten Zeitintervall, das
abhängig
von den geforderten Leistungseigenschaften eingestellt werden kann.
Gemäß der Erfindung
wird ein Maximum s4 von Werten des Datensignals in dem Zeitintervall Δ(n) der oberen
Einhüllenden
zugeordnet, und ein Minimum s5 der Werte des Datensignals in dem
Zeitintervall Δ(n)
wird der unteren Einhüllenden
zugeordnet. Ein Differenzwert Δd(n
+ 1) = s4 – s5
der Werte der oberen und unteren Einhüllenden wird danach berechnet,
z. B. während
des Zeitintervalls Δ(n
+ 1).
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Neue
Werte für
die obere und untere Einhüllende
werden für
jedes Zeitintervall bestimmt, und ihr Differenzwert wird danach
während
des nächsten Zeitintervalls
berechnet. Der Differenzwert wird mit dem vorbestimmten Randwert
b verglichen, um eine Störung
in dem Datensignal zu ermitteln, wenn der Differenzwert kleiner
ist als die vorbestimmten Randwerte b.
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Während des
Zeitintervalls Δ(m – 2) erfolgt
in dem Datensignal eine Störung,
die eine Zunahme in dem Datensignalwert ergibt. Eine derartige Störung kann
z. B. durch ein Silberpunktmuster auf der Spur der gelesenen Platte
verursacht werden.
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Während des
Zeitintervalls Δ(m – 1) weist das
Datensignal ein dynamisches Verhalten auf, das es relativ stabil
erscheinen läßt. Die
Werte der oberen und unteren Einhüllenden werden auf s6 bzw.
s7 gesetzt. Während
des Zeitintervalls Δ(m)
wird der Differenzwert Δd(m)
= s6 – s7
berechnet und mit dem vorbestimmten Randwert b verglichen, der in 2 lediglich zum besseren
Verständnis
als Doppelpfeil 5 dargestellt ist. Wenn Δd(m) < b ist, wird ein
Störsignal 56 erzeugt,
das anzeigt, dass eine Störung
in dem Datensignal erfolgt ist.
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Das
Störsignal 55 wird
somit in dem auf das Zeitintervall Δ(m – 1) folgenden Zeitintervall
erzeugt, während
dessen das Datensignal seinen relativ stabilen hohen Wert erreicht
hat. Es erfolgt keine Verzögerung
durch eine lineare Zunahme des Wertes der unteren Einhüllenden,
wie es im Stand der Technik bekannt ist, und demzufolge wird die
Verzögerung zwischen
der Erzeugung des Störsignals
und dem Auftreten der Störung
verglichen mit dem Stand der Technik verkürzt. Die kürzeste Verzögerung kann gebildet werden,
wenn der Wert des Zeitintervalls so gewählt ist, dass er eine Anstiegszeit
des Datensignals von einem üblichen
Wert, ähnlich
z. B. seinem Wert in den Zeitintervallen Δ(n) und Δ(n + 1), auf einen relativ hohen
Störwert
in Δ(m – 1) aufweist.
In diesem Fall kann die Verzögerung
zur Erzeugung des Störsignals
zwischen einem und zwei Zeitintervallen liegen.
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Neben
Störungen
aufgrund von Silberpunkten kann die Erfindung natürlich auch
zur Ermittlung von Störungen
dienen, die durch Schwarzpunkte, Kratzer, Fingerabdrücke und
anderen wie im Stand der Technik verursacht werden.
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Das
Blockschaltbild in 3 zeigt
einen Einhüllendengenerator 6,
der an einem Eingang 7 ein HF-Datensignal und an einem
Eingang 8 ein Signal empfängt, das das vorbestimmte Zeitintervall
von einer Registerschnittstelle 9 empfängt. Der Einhüllendengenerator
gibt ein Signal 10 bzw. 11 für eine obere und eine untere
Einhüllende
aus. Die Werte der oberen und unteren Einhüllenden sind gleich dem Maximum
bzw. dem Minimum des HF-Datensignals in dem vorbestimmten Zeitintervall.
Die Einhüllendensignale 10 und 11 werden
einem Störsignalgenerator 12 zugeführt. Letzterer
empfängt
an einem Eingang 14 von der Registerschnittstelle 9 ein
den vorbestimmten Randwert b darstellendes Signal. Der Fehlersignalgenerator
berechnet den Differenzwert aus den Werten der oberen und unteren
Einhüllenden
und vergleicht den Differenzwert mit dem vorbestimmten Randwert
b. Wenn die Differenz kleiner ist als der vorbestimmte Randwert,
dann wird eine Störung
ermittelt, die anzeigt, dass eine Störung in dem HF-Datensignal
erfolgt ist, und der Störsignalgenerator 12 erzeugt
am Ausgang 13 ein Störsignal.
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4 zeigt ein Signal für die obere
und untere Einhüllende
zur Erläuterung
der Einhüllendenerzeugung
gemäß einer
bekannten Lösung.
Die Einhüllendenkurven 1 und 2 folgen
nicht unverzüglich dem
Datensignal. Eine Störung
oder ein Fehler F in dem Datensignal wird daher sehr spät ermittelt.
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5 zeigt das Ergebnis der
Anwendung eines Aktualisierungszählers
für die
erhöhte
Einhüllende
zur Erläuterung
der Erzeugung der Einhüllenden gemäß einer
Lösung
nach dem Stand der Technik. Wenn der Einhüllenden-Aktualisierungszähler mehr und mehr implementiert
wird, wie oben erwähnt,
werden Fehler ermittelt, selbst wenn keine Fehler vorliegen. Der
Hauptgrund dafür
sind die niederfrequenten Komponenten in dem Datensignal, wie z.
B. die Signale mit der Amplitude 3T im Falle einer CD. Es gibt immer
eine Antwortverzögerung
proportional zu der Einhüllenden-Aktualisierungs-Zählerrate.
Durch Benutzung der doppelten Einhüllenden resultiert die Einhüllenden-Aktualisierungs-Zählerrate
in der halben Ansprechzeit für
das Störungssignal.
Diese Probleme wurden durch die oben beschriebene Erfindung gelöst. 6 zeigt das vergleichbare
Ergebnis gemäß der Erfindung
durch Einstellung der Werte des Einhüllendensignals gleich einem
entsprechenden Wert des in einem vorbestimmten Zeitintervalls genommenen
Datensignals. Ein entsprechendes Fehlersignal 55 wird unverzüglich erzeugt,
und keine zusätzlichen
Fehler werden ermittelt, selbst wenn keine Fehler vorliegen. Es
erfolgt keine Verzögerung, und
als Konsequenz wird die Verzögerung
zwischen der Erzeugung des Fehlersignals und dem Auftreten der Störung verkürzt.