DD157229A5 - Vorrichtung zum wiedergeben digital kodierten information,die auf einen optisch auslesbaren scheibenfoermigen aufzeichnungstraeger aufgezeichnet ist - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Wiedergeben digital kodierter Information, die auf einen scheibenfoermigen Aufzeichnungstraeger in Form gemaess einem konzentrischen oder spiralfoermigen Spurenmuster angeordneter optisch detektierbarer Informationsgebiete aufgezeichnet ist. Diese Informationsgebiete sind Einheitsgebiete. Die Vorrichtung enthaelt ein Filter, das auf eine Frequenz f = V/2L abgestimmt ist, wobei V die nominale tangentiale Geschwindigkeit des Aufzeichnungstraegers und L den nominalen Mittelabstand der genannten Einheitsgebiete darstellen. Diese Frequenzkomponente weist eine Frequenz gleich dem Zweifachen der Bitfrequenz der kodierten Information auf und befindet sich in einem Nullpunkt des Leistungsspektrums dieser Information, so dass das ausgefilterte Signal fuer Taktsignalerzeugung benutzt werden kann.

Description

-у?- Berlin, den 13· 4. 81 58 552 13

Vorrichtung zum Wiedergeben digital kodierter Information, die auf einen optisch auslesbaren scheibenförmigen Aufzeichnungstrager aufgezeichnet ist ^ ^

der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wiedergeben digital kodierter Information, die auf einen scheibenförmigen Aufzeichnungsträger in Form gemäß einem konzentri~ sehen oder spiralförmigen Spurenmuster angeordneter optisch detektierbarer Informationsgebiete aufgezeichnet ist, wobei •diese Gebiete Einheitsgebiete sind, und wobei diese V-orrichtung enthält: eine Lichtquelle, ein optisches System zum Projizieren eines Lichtstrahls auf das Spurenmuster, einen Detektor zum Detektieren des Vorhandenseins eines Einheitsgebietes in diesem Strahl, eine Leseschaltung zum Wiedergeben des aufgezeichneten digital kodierten Signals und eine Taktsignalerzeugungseinrichtung zum Synchronisieren der Leseschaltung«

Charakter istik_ der bej<an nt en technischen Lösungen

Die Speicherung von und eine Vorrichtung zum Wiedergeben von digital kodierter Information auf einem optisch auslesbaren scheibenförmigen Aufzeichnungsträger sind aus der DE-OS 2 909 877 bekannt* Bei einem derartigen Aufzeichnungsträger erwies es sich u, a« aus einschreibtechnischen Gründen als vorteilhaft, die Information in Form von Einheitsgebieten auf dem Aufzeichnungsträger aufzubringen, wie in einer Veröffentlichung in "I«E₉E_eE*«~Spectrum" , August 1979, Se 26 bis 33 beschrieben ist_#

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Beim Einschreiben von Information in einen derartigen Auf-, zeichnungsträger und vor allem beim Wiedergeben digital kodierter Information von einem derartigen Aufzeichnungsträger ist Synchronisation von besonderer Bedeutung,, Die Erzeugung eines Taktsignals synchron mit der auf dem Aufzeichnungsträger vorhandenen Information ist nicht einfach» In der genannten Patentanmeldung ist beschrieben, daß zwischen Informationsgebieten auf dem Aufzeichnungsträger Synchronisationsgebiete angebracht sind, die außer der Adresse eines darauffolgenden Synchronisationsgebietes auch Synchronisationsinformation enthalten«

Die Gewährleistung eines guten Synchronismus eines mit Hilfe dieses Synchronisationssignals synchronisierten Taktsignals ist verwickelt und nicht gut möglich bei u« a« Änderungen in der Antri'ebsgeschwindigkeit der Platte« Außerdem ist es möglich» einen Taktsignalgenerator mit Hilfe des ausgelesenen digital kodierten Signals dadurch zu synchronisieren, daß daraus die Bitfrequenz, z« B„ durch Differenzierung dieses ausgelesenen Signals„ wiedergewonnen wird* Derartige Verfahren sind elektronisch verwickelt und bringen Nachteile mit sich, wie ein schlechtes Signal-Rauschverhältnis oder Empfindlichkeit für Amplitudenänderungen«

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden«,

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Wiedergeben digital kodierter Information anzugeben, bei der beim Wiedergeben der aufgezeichneten digital kodierten Information sehr einfach ein zuverlässiges Taktsignal erzeugt werden kann.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsignalserzeugungseinrichtung ein Bandpaßfilter mit einer mittleren Frequenz, die im wesentlichen gleich dem Zweifachen der Bitfrequenz des aufgezeichneten Signals ist, zum Filtern des vom Detektor detektierten Signals zur Gewinnung eines Taktsignals enthält, wobei für die genannte Bitfrequenz gilt? f = V/2L, wobei V die nominale tangentiale Geschwindigkeit des AufZeichnungsträgers an der Stelle der Auslesung und L den nominalen minimalen Mittelabstand der Einheitsgebiete an der Stelle der Auslesung darstellen«,

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß* wenn die Information in Form von Einheitsgebieten aufgezeichnet ist, das ausgelesene Signal eine verhältnismäßig starke Komponente mit einer Frequenz gleich dem Zweifachen der Bitfrequenz des aufgezeichneten digital kodierten Signals enthält, wobei für diese Frequenz das beliebige Leistungsspektrum des digital kodierten Signals selber einen Nullpunkt aufweist, so daß diese Frequenz durch Filterung sehr einfach aus dem Informationssignal abgetrennt und für die Takterzeugung benutzt werden kann','wobei z* B_e eine phasenverriegelte Schleife verwendet wird«,

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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben« Es zeigen;

Fig„ 1: schematisch eine Draufsicht auf einen Aufzeichnungsträger, bei dem die Vorrichtung nach aer Erfindung verwendet werden kann;

Fig* 2ϊ einen Schnitt durch den Aufzeichnungsträger

nach Fig« 1 längs aer Linie H-IIj

Fig_e 3i in vergrößertem Maßstab einen Teil einer

Spur des Aufzeichnungsträgers nach Fig« I;

Fig, 4s eine Draufsicht auf den in Fig« 3 dargestellten Teil der Spur;

Fig« 5s schematisch das beim Auslesen eines Spurteils nach Fig„ 4 erhaltene Signal?

Fig_e б ι die Frequenzspektren einiger binärer Signalkodierungen j

Fig_e 7: die Signalformen, von denen Fig_e б die

Spektren darstellt und

Fig«, 8s schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung»

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Fig· 1 zeigt eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers, der in einer Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden kann»

Der Aufzeichnungskörperträger 1 ist mit einer spiralförmigen Spur 4 versehen* Diese Spur 4 ist in eine Vielzahl von Sektoren 7, z« B« 128 pro Umdrehung, unterteilt« Deder Sektor 7 enthält ein Informationsgebiet 9, das zur Aufnahme digital kodierter Information bestimmt ist, und ein Synchronisationsgebiet 8»

Um dafür zu sorgen, daß die digitale Information in einer genau definierten Bahn eingeschrieben wird, wirkt die Spur als Servospur* Dazu weisen die Informationsgebiete 9 der Sektoren 7 eine Amplitudenstruktur nach Fig« 2 auf« Diese Fig* 2 zeigt einen kleinen Teil des Schnittes längs der Linie IX-II¹ in Fig» la und zeigt somit eine Anzahl nebeneinander liegender Spurteile, insbesondere Informationsgebiete der Servospur 4« Die Richtung der Servospuren 4 steht also senkrecht auf der Zeichnungsebene«. Diese Servospuren 4, insbesondere die Informationsgebiete 9, sind also als Nuten im Substrat 5 angebrachte Dadurch ist es möglich, ein zum Einschreiben digitaler Information auf den Aufzeichnungsträger gerichtetes Strahlungsbündel genau mit dieser Servospur 4 zusammenfallen zu lassen, mit anderen Worten, die Lage des Strahlungsbündels in radialer Richtung über ein Servosystem zu regeln, das das vom Aufzeichnungsträger reflektierte Licht benutzt. Die Messung der radialen Lage des Strahlu'ngsflecks auf dem Aufzeichnungsträger kann den Systemen entsprechen, wie sie auch bei den optischen mit einem Videosignal versehenen. AufZeichnungsträgern ver-

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wendet werden und wie sie u» a* in "Ι*Ε_βΕ_βΕ* Transactions on Consumer Electronics", November 1976, S* 307 beschrieben, sind«

Um digitale Information aufzeichnen zu können, ist der Aufzeichnungsträgerkörper mit einer Schicht aus einem Material 6 versehen, das» wenn es mit geeigneter Strahlung belichtet wird, eine optisch detektierbare Änderung erfährt« Grundsätzlich wäre es nur erforderlich, die I_nformationsgebiete 9 der Sektoren mit einer derartigen Schicht zu versehen». Herstellungstechnisch ist es aber einfacher, die ganze Aufzeichnungsträgeroberfläche mit einer derartigen Schicht zu versehene Diese Schicht б kann z_c B₆ aus einer dünnen Schicht Metall, wie Tellur, bestehen* Durch Laserstrahlung einer genügend hohen Intensität kann örtlich diese Metallschicht geschmolzen werden, so daß örtlich diese Informationsschicht б einen anderen Reflexionskoeffizienten erhält, so daß beim Abtasten einer auf eine derartige Weise eingeschriebene Informationsspur mittels eines Auslese« Strahlungsbündels eine der aufgezeichneten Information entsprechende Amplitudenmodulation des reflektierten Strahlungsbündels erhalten wird_e

Die Schicht б kann auch die Form einer Doppelschicht aus unter der Einwirkung auffallender Strahlung chemisch reagierenden Materialien aufweisen, z_o B< Aluminium auf Eisen, An der Stelle, an der ein energiereiches Strahlungsbündel die Platte trifft, wird FeAl₆ gebildet, das schlecht reflektiert« Ein gleicher Effekt ergibt sich bei einer Doppelschicht aus Wismut auf Tellur-, wobei Bi₀Te_x gebildet wird» Auch eine einfache Schicht aus Tellur kann verwendet werden*

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Dadurch, daß mit Hilfe der als eine Nut im Substrat 5 gebildeten Servospur der Einschreibstrahlungsfleck genau mit die-»· ser Servospur zusammenfällt, insbesondere während der Abtastung eines Informationsgebietes, wird die das Einschreibstrahlungsbündel modulierende digitale Information genau in das mit dieser Servospur zusammenfallende Informationsgebiet eingeschrieben«

Wie aus Obenstehendem hervorgeht, enthalten die für den Benutzer bestimmten Aufzeichnungsträger, in denen also noch keine Information in die .Informationsgebiete eingeschrieben ist, eine Nutenstruktur in diesen Informationsgebieten innerhalb der Sektoren*

Außerdem enthält ein derartiger Aufzeichnungsträger innerhalb jedes Sektors ein in einer optisch detekfierbaren Reliefstruktur ausgeführtes Synchronisationsgebiet 8_e Fig» Ib zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil einer Spur 4, wo,« Taus die Reihenfolge einer Anzahl von Informationsgebieten 9 und Synchronisationsgebieten 8 hervorgeht,» Dabei bestehen die Synchronisationsgebiete 8 aus einer Relief struktur, die aus einer Reihenfolge von Vertiefungen in Abwechslung mit Zwischengebieten besteht.

Dabei ist die Tiefe der Vertiefungen in dieser Struktur des Synchronisationsgebietes größer als die Tiefe der Servospur im Informationsgebiet 9· Diese Tiefe der Vertiefungen wird nach allgemeinen optischen Regeln in Abhängigkeit von der Form der Vertiefungen im gewählten Auslesesystem derart gewählt, daß eine optimale Auslesung der durch die Struktur dargestellten Information erhalten wird«. Wenn von einem Aus-

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lesesystem ausgegangen wird, bei dem das von dem Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlungsbündel von einem einzigen Photodetektor detektiert wird, kann als Tiefe für die Vertiefungen 1/4 X gewählt werden, wobei "X die Wellenlänge des verwendeten Strahlungsbündels ist* Wenn dabei für die Tiefe der Servospur im Informationsgebiet 9 der Wert 1/8 X oder kleiner gewählt wird, übt diese Servospur nahe~ zu keinen-Einfluß auf die vom Detektor detektierte Lichtmenge aus»

Fig« 3 zeigt schematisch in einem Schnitt in der Längsrichtung der Servospuren 4 einen Teil einer derartigen Servospur 4 mit einem Teil des Synchronisationsgebietes 8 und einem des Informationsgebietes 9, und Fig« 4 zeigt eine Draufsicht auf diesen Teil der Spur 4«

Die vorbereitete Platte ist mit der Servospur 4 versehen, die im Substrat 5 z_e B_e mittels eines Laserstrahl^angebracht ist« In dem Synchronisationsgebiet 8 kann dann durch Modulation der Intensität des Laserstrahls eine informationshaltige Reliefstruktur mit "Gruben" 13 angebracht werden« Das Ganze kann dann, gleich· wie, der Einfachheit halber, der Teil des Aufzeichnungsträgers 1 außerhalb der Nuten 4, mit der reflektierenden Informationsschicht б überzogen werden* In diesem vorbereiteten Aufzeichnungsträger kann in das Informationsgebiet 9 Information eingeschrieben werden, dadurch, daß z₀ B« mittels eines Laserstrahls Löcher 14 in der reflektierenden Informationsschicht б angebracht werden*

Statt einer reflektierenden Schicht kann auch eine nicht» reflektierende Schicht auf einem reflektierenden Substrat angebracht werden_f wobei diese nichtreflektierende Schicht

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örtlich entfernt wird, um Informationsgebiete zu erhalten. Außer einer auf einem verschiedenartigen Reflexionsvermögen eines Aufzeichnungsträgers basierenden Auslesung kann auch eine auf einem verschiedenartigen Durchlässigkeitsvermögen eines Aufzeichnungsträgers basierende Auslesung verwendet werden« —

Die digital kodierte Information kann auf verschiedene Weise moduliert werden« Dazu zeigt Fig« 7 drei Modulationsverfah~ ren mit in Fig« б den zugehörigen Spektren, Mit a ist in Fig_e 7 eine Modulation angedeutet, die unter der Bezeichnung "Zweiphasen"-Modulation ("bi-phase") bekannt ist. Dabei wird das angebotene digitale Signal in ein binäres Signal umgewandelt, das für eine logische "Eins" des angebotenen digitalen Signals während der Zeit T/2 und negativ währen aer darauffolgenden Zeit T/2 ist, wobei T die Bitzeit des angebotenen digitalen Signals ist_e Eine logische "Null" liefert gerade das entgegengesetzte binäre Signal, do he negativ während der Zeit T/2 und positiv während der darauffolgenden Zeit T/2_O Diese Modulationstechnik ergibt ein binäres Signal, das ein Frequenzspektrum der Energieverteilung aufweist·, wie os in Fig, б mit a bezeichnet ist» Dabei entspricht die Frequenz fo l/T*.

Mit b ist in Fig. 7 eine Modulation angedeutet, die unter der Bezeichnung "Miller"-Modulation bekannt ist* Das mit dieser Modulation erzeugte binäre Signal weist einen Übergang halbwegs einer logischen "Eins" des angebotenen digitalen Signals und am Übergang zweier aufeinanderfolgender logischer "Nullen" auf» Das Frequenzspektrum des mit Hilfe dieser Modulationstechnik erhaltenen binären Signals ist

^ u . ι _{13# 4}^ _8i

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in Fig_e б mit b bezeichnete

Mit с ist schließlich in Fig« 7 eine Modulation angedeutet", die unter der Bezeichnung "Vierphasen"-Modulation ("quad phase") bekannt ist, wobei die angebotene Bitreihe des digitalen Signals zunächst in aufeinanderfolgende Gruppen von zwei Bits unterteilt ist« Aus jeder Gruppe von zwei Bits mit einer Zeitdauer 2T wird ein binäres Signal abgeleitet, das in einem ersten Zeitintervall T einen gleichen Verlauf wie die ursprünglichen zwei Bits und in dem darauffolgenden Zeitintervall T einen inversen Verlauf aufweist» Die möglichen Bitkombinationen 11, 00, Ol bzw« 10'werden also in die Bitkombinationen HOO₁, 0011, 0110 bzw« 1001 umgewandelt« Das mit dieser Modulationstechnik erhaltene binäre Signal weist ein Frequenzspektrum auf, wie es in Fig« 4 mit с bezeichnet ist«

Aus Fig«, 6 läßt sich einfach erkennen;, daß diese Modula~ tionstechniken die gemeinsame Eigenschaft aufweisen, daß das damit erhaltene binäre Signal keine starken Frequenzkomponenten bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen, Z₆ B_c Frequenzen niedriger als 0,2 fo_f aufweist* Dieses Datum ist von großem Nutzen beim Gebrauch optischer Aufzeichnungsträger und der dabei benutzten Schreib- und Lesesysteroe« Wie bereits angegeben ist, werden bei derartigen Systemen sowohl eine Servoregelung, um den Abtastfleck genau auf dem Aufzeichnungsträger fokussiert zu haltend als auch eine Servoregelung verwendet, die die radiale Lage des Abtastflecks regelt und diesen Abtastfleck genau mit der Informationsspur zusammenfallen läßt* Da die für diese Servoregelungen benötigten Regelsignals aus dem vom Aufzeichnungs™ träger reflektierten Strahlungsbündel abgeleitet werden,

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das ebenfalls der Reliefstruktur des Synchronisationsgebietes moduliert ist, ist es von großer Bedeutung, daß das Frequenzspektrum des im Adressenteil gespeicherten binären Signals keine starken Frequenzkomponenten innerhalb des für die Regelsignale bestimmten Frequenzbandes enthält. Fig« 6 zeigt also, daß das Frequenzband unter ungefähr 0,2 fo für solche Regelsignale gut brauchbar ist,

Beim Auslesen der eingeschriebenen Information ist es von Bedeutung, daß dieses Auslesen mit einem Taktsignal synchro« nisiert wird«, Nach der der Erfindung zugrunde liegenden Einsicht, enthält das ausgelesene Informationssignal, wenn die Information in Form von Einheitsgebieten (in den Figuren Einheitsgruben) eingeschrieben ist, bereits ein derartiges Taktsignal« Fig· 5 zeigt dazu schematisch das erhaltene Signal beim Auslesen einer Spur nach Fig_e 4« Dieses Signal enthält Komponenten, die durch die Übergänge zwischen den einzelnen Gruben herbeigeführt werden und die im Frequenzspektrum nach Fig, 6 als eine verhältnismäßig starke Frequenzkomponente Sc mit einer Frequenz 2fo erscheinen. Diese Frequenz fällt mit einem Nullpunkt im Leistungsspektrum eines digital kodierten Signals mit einer Bitfrequenz fo zusammen und kann also ohne Schwierigkeiten aus dem ausgelesenen Signal abgetrennt werden»

Fig. 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, Der Einfachheit halber sind unterschiedliche, für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentliche Teile dieser Vorrichtung, wie der. Antrieb des Aufzeichnungsträgers und Servoregelungen für die Regelung der Fokussierung des Laserstrahls und für die Spurverfolgung, nicht dargestellt» Diese

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sind u_e a* in der eingangs genannten Patentanmeldung beschrieben« Ein Laser 16 wirft über z_e B« einem Spiegel 17, der zur radialen Positionierung des Strahls auf der Platte dienen kann, und ein Objektiv 18 einen Laserstrahl 19 auf die Spur 4 des Aufzeichnungsträgers 1, der sich in Richtung des Pfeiles 15 in bezug auf den projezierten Strahl 19 bewegte Ein Detektor 20, z« ß« eine Photodiode, detektiert die Reflexion oder gegebenenfalls das Durchlassen des Strahls 19, wodurch ein Signal nach Fig_e 5 erhalten wird« Dieses Signal enthält die Frequenzkomponente Sc mit der Frequenz 2fo (Fig_o 6)f die gleich V/L ist, wobei L den Mittelabstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Informationsgebieten (siehe Fig«, 4) an der Stelle der Abtastung und V die tangentiale Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 1 an der Stelle der Abtastung darstellen. Diese Frequenzkomponente wird mittels des Bandpaßfilters 21 ausgefiltert und einer phasenverriegelten Schleife 22 zugeführt, die die Filterung verstärkt, die Stabilität vergrößert und etwaige kurzzeitige, durch Signalaussetzer herbeigeführte Störungen ausgleicht« Auf diese Weise wird ein Taktsignal mit der Frequenz 2fo erhalten« aus dem durch Teilung gegebenenfalls die Bitfrequenz fo gewonnen werden kann« Diese Teilung kann, wie allgemein bekannt ist, in einer phasenyerriegelten Schleife, die aus einem sehr stabilen Oszillator bestehen kann, der in bezug auf die Phase mit dem vom Filter 21 gelieferten Signal verriegelt wird, stattfinden.

Aus dem vom Detektor 20 detektierten Signal wird mit der Schaltung 23 das digital kodierte Signal wiedergewonnen, das dazu von dem auf eine erfindungsgemäße Weise erhaltenen Taktsignal synchronisiert ist*

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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine an Hand der Figuren gezeigte Anwendung, sondern kann auch beim Wiedergeben digital kodierter Audio~ oder Videosignale und dgl« Anwendung finden, wobei die an Hand der Fig. 1 gezeigte Sektoreinteilung mit Synchronisationsgebieten 8 meistens nicht vorkommt* *

Statt mit einem Laserstrahl kann, vor allem bei niedrigen Informationsdichten, auch oft ein nichtkohärenter Licht-, strahl angewendet werden«

Claims (1)

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Vorrichtung zum Wiedergeben digital kodierter Information, die auf einen scheibenförmigen Aufzeichnungsträger in Form gemäß einem konzentrischen oder spiralförmigen Spurenmuster angeordneter optisch detektierbarer Informationsgebiete aufgezeichnet ist, wobei diese Gebiete Einheitsgebiete sind, und wobei diese Vorrichtung enthält: eine Lichtquelle, ein optisches System zum Projizieren eines Lichtstrahls auf das Spurenmuster, einen Detektor zum Detektieren des Vorhandenseins eines Einheitsgebietes in diesem Strahl, eine Leseschaltung zum Wiedergeben des aufgezeichneten digital kodierten Signals und eine Taktsignalerzeugungseinrichtung zum Synchronisieren der Leseschaltung, gekennzeichnet dadurch, daß die Taktsignalerzeugungseinrichtung ein Bandpaßfilter mit einer mittleren Frequenz, die im wesentlichen gleich dem Zweifachen der Bitfrequenz des aufgezeichneten Signals ist, zum Filtern des vom Detektor detektierten Signals zur Gewinnung eines Taktsignals enthält, wobei für die genannte Bitfrequenz f gilt; f = V/2L, wobei V die nominale tangentiale Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers an der Stelle aer Auslesung und L den nominalen minimalen Mittelabstand der Einheitsgebiete an der Stelle der Auslesung darstellen«

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