DE1210454B - Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum Codieren und selbstkorrigierende Schaltungs-anordnung zum beliebigen Umcodieren von binaeren Informationen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/20

Nummer: 1210 454

Aktenzeichen: St 20004 VIII a/21 al

Anmeldetag: 27. November 1962

Auslegetag: 10. Februar 1966

Die Erfindung betrifft eine selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum Codieren von Informationen in einen beliebigen Code und eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines beliebigen Code in einen anderen beliebigen Code.

Es sind Zuordner, insbesondere Codierschaltungen bekannt, bei denen an den einzelnen Verknüpfungspunkten nicht die sonst üblichen Dioden, Magnetkerne usw., sondern lineare Leitwerte (ohmsche Widerstände) vorgesehen sind. Doch auch diese Zuordner haben denselben Nachteil wie die konventionellen Schaltungen, daß bei einem Ausfall eines Verknüpfungspunktes die Verknüpfung nicht mehr einwandfrei erfolgt. Es können dadurch am Ausgang fehlerhafte Signale auftreten.

Weiterhin sind'selbstkorrigierende Decodierschaltungen bekannt, bei denen der Ausfall einer oder mehrerer Verknüpfungselemente die Funktionsfähigkeit dieser Schaltung nicht stört. Diese Decodierschaltungen bestehen aus der Hintereinanderschaltung einer sogenannten Bedeutungsmatrix und einer sogenannten Prüfmatrix. Die Ausgangsleitungen der Prüfmatrix sind mit einer Schaltung zur Extremwertbestimmung verbunden, die dann entsprechend dem eingegebenen Code einen ihrer Ausgänge markiert.

Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung zur Decodierung von binärcodierten Informationen kann jedoch nicht ohne weiteres eine Codierung vorgenommen werden. Es wird deshalb gemäß der Erfindung eine selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum Codieren von Informationen in einen beliebigen binären Code mit einer Prüfmatrix und einer Bedeutungsmatrix, die lineare Leitwerte an ihren Kreuzungspunkten besitzen, vorgeschlgagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß den Eingangsleitungen der Prüfmatrix die zu codierenden Informationen zuführbar sind, daß die Ausgangsleitungen der Prüfmatrix direkt mit den Eingangsleitungen der Bedeutungsmatrix verbunden und die Ausgangsleitungen der Bedeutungsmatrix paarweise mit Extremwertschaltungen bzw. einzeln mit einer Schwellwertschaltung verbunden sind, deren Ausgängen der gewünschte Code entnehmbar ist.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind nur die Kreuzungspunkte der Prüfmatrix verknüpft, deren Leitwerteinheiten über einem vorgegebenen Wert liegen. Weiterhin ist es möglich, nur die Leitwerte der Prüfmatrix oberhalb des vorgegebenen Wertes durch einen und die unterhalb durch keinen Leitwert zu verknüpfen.

Soll ein Ausgangscode erzeugt werden, bei dem nicht alle 2" Codewörter aus η Variablen vorkom-

Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum
Codieren und selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum beliebigen Umcodieren von
binären Informationen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Farhang Zendeh,
Kornwestheim (Württ.)

men, so wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Bedeutungsmatrix nicht nach dem gewünschten, sondern nach dem vollständigen Code aufgebaut. Handelt es sich bei dem zu erzeugenden Code jedoch um einen Gleichgewichtscode, so kann die Bedeutungsmatrix nach dem gewünschten Code aufgebaut sein.

as Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, aus einer an sich bekannten selbstkorrigierenden Decodierschaltung und einer der erfindungsgemäßen selbstkorrigierenden Codierschaltungen eine selbstkorrigierende Zuordnerschaltung zum Umwandeln eines beliebigen Code in einen anderen beliebigen Code aufzubauen. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung ist der Ausgang der Decodierschaltung mit dem Eingang der Codierschaltung verbunden, so daß diese gesamte Kombination als selbstkorrigierender Zuordner wirkt.

Die Erfindung wird nun an Hand der F i g. 1 bis 7 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
, F i g. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Codierung,

F i g. 2 a die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit mehreren Extremwertschaltungen am Ausgang,

Fig. 2b eine der Fig. 2a ähnliche Schaltungsanordnung, jedoch mit einer Schwellwertschaltung am Ausgang,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung mit vereinfachter Prüfmatrix,

F i g. 4 eine weitere Schaltungsanordung mit vereinfachter Prüfmatrix,

F i g. 5 eine Schaltungsanordnung für Ausgangscode, bei denen nicht alle Codewörter des vollständigen Code vorkommen,

609 507/313;

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung für einen Gleichgewichtscode,

F i g. 7 eine Zuordnerschaltung zum Umwandeln eines beliebigen Code in einen anderen beliebigen Code.

F i g. 1 zeigt eine Codierschaltung (Bedeutungsmatrix) 5Ml mit acht Eingängen (Spalten) b₀ ... b₇ und drei Ausgangspaaren (Zeilen) ^₁... e_y Die Ausgänge sind kontradiktorisch ausgebildet, damit die einzelnen Spalten und auch die einzelnen Zeilen jeweils die gleiche Anzahl von Verknüpfungspunkten besitzen.

Wird nun z. B. die Eingangsleitung b₂ markiert, so werden über die entsprechenden Verknüpfungsgüeder (ohmsche Widerstände) die Ausgangsleitungen e_v e₀ und e₃ markiert. Diese Ausgangsmarkierungen entsprechen dem Code 010. Fallen jedoch Verknüpfungspunkte durch Unterbrechung aus, so ist eine einwandfreie Codierung der eingegebenen Information nicht möglich.

F i g. 2 a zeigt nun die erfindungsgemäße Codierschaltung, die aus einer Prüfmatrix PMI₁ einer Bedeutungsmatrix BM 2 und drei Extremwertschaltungen £21, £22 und £23 besteht. Die Bedeutungsmatrix BMl ist hier wieder genau wie die Bedeutungsmatrix SMl der Fig. 1 aufgebaut. Die Verknüpfungspunkte jeder Emgangsleitung (Spalte) der Bedeutungsmatrix BMZ sind hierbei dem dieser Bedeutung entsprechenden Cadewort zugeordnet, wie durch die Ziffern 0 bzw. 1 angezeigt ist. Die Ausgangsleitungen (Zeilen) sind paarweise mit je einer Extremschaltung £21, £22 und £23 verbunden, denen an den Ausgangsleitungen ^₁,.. e_s der gewünschte Code entnehmbar ist. Je eine der beiden Ausgangsleitungen jeder Extremwertschaltung wird markiert, und zwar diejenige, deren zugeordnete Eingangsleitung die größere Markierung aufweist.

Der Bedeutungsmatrix BMl ist eine an sich bekannte Prüf matrix FM 2 vorgeschaltet. In die acht Eingangsleitungen b₀ ... b₇ (Zeilen) wird das zu codierende Signal eingegeben. Die Ausgangsleitungen (Spalten) der Prüfmatrix sind mit den.Eingangsleitungen (Spalten) der Bedeutungsmatrix verbunden. An den Kreuzungspunkten der Prüfmatrix befinden sich verschiedene Leitwerte mit den Einheiten 1, 2 und 3. Ist kein Leitwert vorhanden, so ist dies durch eine 0 angedeutet. Das Verknüpfungsschema der Prüfmatrix PM 2 entspricht der Ähnlichkeitsmatrix des zu erzeugenden Code. Die Ähnlichkeitsmatrix erhält man, wenn man den zu erzeugenden binären Code in mathematischem Sinne als Matrix niederschreiben und mit deren Transponierter multiplizieren. Diese Matrizenmultiplikation ist in der folgenden Tabelle zu ersehen.

	1	0	10	1	•	0	0	Tabelle	1	=	3	22	1	2	11	0
0	1	0	11	0		1	1	0 0111	1		2	31	2	1	20	1
0	1	1	00	1		0	0	11000	0		2	13	2	1	02	1
0	1	1	01	0		1	1	11001	1		1	22	3	0	11	2
0	0	0	10	1		0	1	00110	0		2	11	0	3	22	1
1	0	0	11	0		1	0	010 10	1		1	20	1	2	31	2
1	0	1	00	1			10101	0	1	02	1	2	13	2
1	0	1	01	0					0	11	2	1	22	3
1

Das rechts stehende Ergebnis ist die Ähnlichkeitsmatrix für den zu erzeugenden Code. Nach dem Schema dieser Matrix werden die einzelnen Leitwerte an den Kreuzungspunkten der Prüfmatrix PM 1 eingesetzt.

Wird nun z. B. die Eingangsleitung O₂ markiert, so ergeben sich am Ausgang der Prüfmatrix (Spalten) die in Fig. 2a eingezeichneten Werte 21321021. Diese Werte entsprechen den Leitwerteinheiten der markierten Zeile b₂ der Prüfmatrix und erregen über die Verknüpfungsglieder der Bedeutungsmatrix SM2 die Ausgangsleitungen (Zeilen). Die Schaltungen zur Extremwertbestimmung £21, £22 und £23 können bei den eingezeichneten Markierungen der Zeilen sicher bestimmen, welche der Ausgangsleitungen ^₁... e₃ markiert werden müssen.

Fällt nun z.B. die dritte Spalte der Prüfmatrix PM 2, das ist die Spalte mit der maximalen Erregung, aus (angedeutet durch die gestrichelt eingezeichnete Unterbrechung), so gibt diese Spalte die Erregung 0 an die Bedeutungsmatrix BMl weiter. Durch diesen Ausfall ergeben sich an den Zeilen (Ausgang) der Bedeutungsmatrix die in Klammern stehenden Erregungswerte. Es ist zu sehen, daß sich die Erregungen jedes Zeilenpaares immer noch um den Wert 1 unterscheiden, so daß die Extremwertschaltungen die Ausgangsleitungen einwandfrei markieren können.

An Stelle der Extremwertschaltungen £21, £22 und £23 kann gemäß der Fig. 2b auch eine Schwellwertschaltung Sl vorgesehen sein. Bei diesem ausgeführten Beispiel muß die Schwelle zwisehen den Werten 4 und 5 liegen, z. B. bei 4,5. Dies

. j bedeutet, daß die Ausgangsleitungen e_t... e₃ nur dann markiert werden, wenn die Eingangserregungen über dem Wert 4,5 liegen.
F i g. 3 zeigt nun eine Weiterbildung gemäß der Erfindung, bei der die Prüfmatrix vereinfacht ist. In dieser Prüfmatrix PM 3 sind alle Leitwerte unterhalb des Wertes 2, das sind die Leitwerte 1, weggelassen. Diese Maßnahme bringt eine Ersparnis von Verknüpfungselementen. Die an den Ausgangsleitungen (Spalten) der Prüfmatrix PM 3 auftretenden Erregungswerte genügen, auch bei einem Ausfall einer Spalte die zu markierenden Ausgangsleitungen einwandfrei zu bestimmen. Dies zeigen die an die Zeilen der Bedeutungsmatrix BM 3 beschriebenen Erregungswerte.

Die Tabelle 2 zeigt für verschieden große Codierschaltungen, abhängig vom vorgegebenen Wert, von dem an die Verknüpfungselemente weggelassen werden, die Anzahl Z der korrigier-

baren Spaltenausfälle in der Bedeutungsmatrix. η ist hier die Anzahl der im zu erzeugenden Code vorhandenen Bits, und Q₁ zeigt den vorgegebenen Wert an.

Tabelle 2

η	1	2	3	4	Θ 5	i 6	7	8	0	0	0	0	10
3	1	1	0			5	6	7	8
4	2	2	2	0	Z = Anzahl der korrigierbaren Spaltenausfälle	20	27	35
5	3	4	5	3		54	82
6	6	6	9	9	0	118
7	11	12	15	18	4
8	19	20	25-	33	14
9	35	36	42	56	33
10	64	66	73	94	65	0
118

Die Tabelle 2 zeigt also, daß sich bei einem bestimmten vorgegebenen Wert B₁ für jede Anzahl η ein Maximum an korrigierbaren Spaltenausfällen Z ergibt.

Die F i g. 4 zeigt eine weitere Vereinfachung der Schaltungsanordnung nach Fig. 3. Alle an den Kreuzungspunkten der Prüf matrix PM 3 vorhandenen Leitwerte sind in der Prüfmatrix PM 4 durch eine Leitwerteinheit ersetzt. Es ist aus den Erregungswerten ersichtlich, daß auch beim Ausfall einer Spalte eine einwandfreie Unterscheidung mit den Extremwertschaltungen E 41, E42 und E 43 möglich ist.

F i g. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Codieren von binären Informationen in einen Ausgangscode, bei dem nicht alle 2" Codewörter aus η Variablen vorkommen. Vergleicht man die Schaltungsanordnung nach der F i g. 5 mit der Schaltungsanordnung nach der F i g. 2 a, so besteht der einzige Unterschied zwischen beiden darin, daß die letzten drei Zeilen der Prüfmatrix PM 2 in der Prüf matrix PMS fehlen. Die Bedeutungsmatrizen BM2 und BMS sind gleich aufgebaut, ebenso die Extremwertschaltungen. Die Bedeutungsmatrix wird also nicht nach dem gewünschten unvollständigen Code, sondern nach dem vollständigen Code aufgebaut. Dementsprechend besitzen die Matrizen PM S und BMS die gleiche Anzahl von Spalten; diese Anzahl ist auf den vollständigen Code zugeschnitten.

Die Bedeutungsmatrix braucht nicht für den vollständigen Code ausgelegt zu werden, wenn es sich zwar um einen nicht vollständigen, jedoch um einen Gleichgewichtscode handelt. Hierzu soll zunächst der Ausdruck Gleichgewichtscode definiert werden.

Jeder Code mit η Variablen ermöglicht 2" verschiedene Codewörter; diese setzen sich aus folgenden Gruppen zusammen:

I Codewörter (0 aus «)-Code
( j ] Codewörter (1 aus n)-Code
" J Codewörter (2 aus ra)-Code

Zum Beispiel für unser Beispiel mit η = 3;

^ ) Codewörter (n — 1 aus n)-Code
( ⁿ J Codewörter (ra aus n)-Code

= 1 Codewort (0 aus 3)-Code: 0 0 0

= 3 Codewörter (1 aus 3)-Code: 10 0

010
001

I) = 3 Codewörter (2 aus 3)-Code: 110

^; ιοί

011
(3) = 1 Codewort (3 aus 3)-Code: 111

Ein vollständiger Code ist dann vorhanden, wenn bei unserem Beispiel von η = 3 alle acht Codewörter vorhanden sind. Ein Gleichgewichtscode ist dann vorhanden, wenn in dem Code eine oder mehrere dieser vier Gruppen geschlossen vorhanden sind.

Der Code ist kein Gleichgewichtscode, wenn nicht die einzelnen Gruppen geschlossen vorhanden sind, z. B. wenn aus der zweiten oder dritten Codegruppe ein oder zwei Codewörter in dem zu erzeugenden Code fehlen. Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 fehlen z. B. die letzten drei Codewörter 101, 110 und 111. Es fehlen also die ersten beiden Codewörter der dritten Gruppe und die ganze letzte Gruppe, die dritte Gruppe ist also nicht vollständig. Ein Gleichgewichtscode würde dann z. B. vorliegen, wenn auch das letzte Codewort der dritten Gruppe fehlte; in diesem Fall brauchte die Bedeutungsmatrix BM S nur für den gewünschten Code aufgebaut sein.

F i g. 6 zeigt nun eine Codierschaltung zum Codieren in einen 2-aus-5-Code. Dieser 2-aus-5-Code ist ein Gleichgewichtscode, weil er nur die Gruppe (2 aus 5) enthält. Die Bedeutungsmatrix BM 6 braucht also nur für den gewünschten Code aufgebaut sein.

Wäre dieser Code kein Gleichsgewichtscode, so müßten bei fünf Variablen die Matrizen PM 6 und BM6 je 32 Spalten enthalten, was dann dem vollständigen Code entspräche. Enthält der gewünschte Code nur eine Gruppe, hier die Gruppe (2 aus 5), so braucht die Bedeutungsmatrix BM 6 außerdem nicht kontradiktorisch aufgebaut zu sein, weil jedes Codewort eine gleiche Anzahl von Markierungen enthält. In diesem Falle ist an den Ausgang der Bedeutungsmatrix BM 6 zweckmäßigerweise eine

Schwellwertschaltung S 6 mit einer Schwelle β zwischen 2 und 3 vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine an sich bekannte Decodierschaltung ES7, die

aus einer Bedeutungsmatrix besteht, mit einer der erfindungsgemäßen Codierschaltungen VS 7 kombiniert werden. Diese in F i g. 7 dargestellte Kombination ergibt dann einen selbstkorrigierenden Zuordner zum Umwandehi eines beliebigen Code in einen anderen beliebigen Code. Die Eingangsleitungen sind mit X₁ ... Jc_n und die Ausgangsleitungen mit y_t ... y_m bezeichnet. Die Verbindungspunkte zwischen den Ausgängen der Decodierschaltung ESl und den Eingängen der Codierschaltung VS 7 sind entsprechend ihrer Bedeutung mit b₀ ... b_z bezeichnet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum Codieren von Informationen in einen beliebigen binären Code mit einer Prüfmatrix und einer Bedeutungsmatrix, die lineare Leitwerte an ihren Kreuzungspunkten besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingangsleitungen (Zeilen) der Prüfmatrix (PM 2) die zu codierenden Informationen (b₀... b₇) zuführbar sind, daß die Ausgangsleitungen (Spalten) der Prüfmatrix (PM 2) direkt mit den Eingangsleitungen (Spalten) der Bedeutungsmatrix (BM2) verbunden und die Ausgangsleitungen (Zeilen) der Bedeutungsmatrix (BM 2) paarweise mit Extremwertschaltungen (E21, E22, E23) bzw. einzeln mit einer Schwellwertschaltung (52) verbunden sind, deren Ausgängen (e_x... e₃) der gewünschte Code entnehmbar ist.

2. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Kreuzungspunkte der Prüfmatrix (PM 3) verknüpft sind, deren Leitwerteinheiten über einem vorgegebenen Wert (O₁) liegen.

3. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verknüpfenden Kreuzungspunkte der Prüfmatrix (PM 4) einheitlich durch den Leitwert eins verbunden sind.

4. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung für Ausgangscode, bei denen nicht alle 2" Codewörter aus η Variablen vorkommen, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedeutungsmatrix (BMS) nicht nach dem gewünschten, sondern nach dem vollständigen Code aufgebaut ist.

5. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung für Gleichgewichtscode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedeutungsmatrix (BM 6) nach dem gewünschten Code aufgebaut ist,

6. Selbstkorrigierende Schaltungsanordnung zum beliebigen Umcodieren von binären Informationen, bestehend aus einer bekannten selbstkorrigierenden Decodierschaltung und einer selbstkorrigierenden Codierschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Decodierschaltung (EST) mit dem Eingang der Codierschaltung (VS 7) verbunden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

609 507/313 2.66 © Bundesdruckerei Berlin