DE2828219A1

DE2828219A1 - Verfahren zur aufzeichnung und wiedergabe digitaler daten auf magnetspeicher

Info

Publication number: DE2828219A1
Application number: DE19782828219
Authority: DE
Inventors: Hans-Richard Dipl Ing Leiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2828219C2; US4310860A

Description

ROBERT BOSCH GMBH
Rl.-ITr. 1855/73

- 4- Stand der Technik

Bei der magnetischen Aufzeichnung digital codierter elektrischer Signale, bei der die Information sich als ein Muster von magnetischen Flußänderungen auf dem Speichermedium darstellt, besteht im Interesse der Wirtschaftlichkeit eines bestimmten'Systems das Bedürfnis, je Flächeneinheit des Speichermediums so viel Information wie möglich unterzubringen. Aus den elektrischen und mechanischen Eigenschaften ergeben sich jedoch Grenzen für die maximal erzielbare Flußänderungsdichte längs einer Spur. Aus diesem Grund ist man bestrebt, solche Codes zu verwenden, die u.a. für eine gegebene Informationsmenge eine möglichst geringe Anzahl von Flußänderungen benötigen. Der gewählte Code soll außerdem noch für viele Anwendungsfälle selbsttaktend sein, so daß keine die erzielbare Speicherdichte nachteilig beeinflussende Synchronisationsspur erforderlich ist, und er soll keine niederfrequenten oder Gleichspannungskomponenten auf- · weisen, da die Aufnahme- und V/iedergabemagnetköpfe diese Frequenzanteile nicht oder nicht mit genügender Auflösung verarbeiten können.

Es sind daher in der Vergangenheit eine große Anzahl verschiedener Codes entwickelt worden, bei denen die Forderungen nach geringer Flußwechseldichte, Gleichstromfreiheit, Selbsttaktung und leichte Decodierbarkeit in unterschiedlichem Maße erfüllt sind.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

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ROBERO? BOSCH GMBH
Rl.-ITr. 1855/78

Einer der Codes, der an sich dichte Speicherung der Datensignale ermöglichst, ist als HRZ-L-Code bekannt. Bei diesem wird die binäre Ziffer "0" durch einen, die binäre Ziffer "1" oder "£" durch den zweiten iron zwei Pegelzuständen dargestellt. Bei einer Datenfolge mit mehreren aufeinanderfolgenden gleichartigen binären Ziffern erfolgt kein Wechsel d'es Pegels innerhalb dieser Datenfolge und damit auch keine magnetische Flußänderung in dem Speichermedium. Im statistischen Durchschnitt erfolgen also weniger i'lußänderungen als Datenbits aufeinanderfolgenι der ERZ-L-Code ist also'sehr geeignet, um damit Daten mit großer Packungsdichte zu speichern. Er hat jedoch zwei große Hachteile:- Er ist nicht selbsttaktend« d« h. bei einer großen Anzahl aufeinanderfolgender gleichartiger Seichen geht die Synchronisierung der "Wiedergabe-Einrichtung verloren, weil auf weite Strecken kein Flußwechsel erfolgt» Zum zweiten enthält sein Spektrum aus dem gleichen Grund sehr viele Anteile niedriger !Frequenz oder auch Gleichstromkomponenten, die nicht zufriedenstellend wxedergegeben werden·

Zur Erzielung der Seibsttaktung wurde ein als "Killer·=· Code" bekannt gewordenes Goäierverfahren entwickelt. Jede Ziffer "1" verursacht einen JiTußwechsel in der Mitte des Datenbits, $ede ¹¹O", der eine "1" vorangeht, erzeugt keinen Fiußwechsel, jeäe "O⁸¹J der eine "0" voranstellt, erzeugt einen Plußwechsel zu Beginn des Bit«, Die Information ist nicht mehr in den Pegelzuständen, sondern in den Flußänderungszuständen enthalten« Infolge der auch in einer längeren Polge von binären

ROBERT BOSCH GI¹BH
Hl.-MT. 1355/78

"ITullen" auftretenden Flußwechsel geht die Taktsynchronisierung nicht verloren_$ sondern kann auch ohne das Vorhandensein einer eigenen Synchronspur beim Dekodieren aufrecht erhalten werfen. Der Code enthält jedoch weiterhin niederfrequente Komponenten, die das Phänomen der Basislinien-Yerschiebung infolge des zeitlichen Überwiegens des einen oder anderen Pegelzustandes bewirken können.

Dieser Zustand führte zur Entwicklung eines "Zero-Modulatioiis-Oodes", bei dem der Miller-Gode derart modifiziert ist, daß das die Information enthaltende Signal gleichstromfrei wird. Die Idee besteht darin, den DatenstroiE in zwei Arten "von Sequenzen einzuteilen: Solche, in denen eise Anzahl von η binären Einsen von binären Mullen eingeschlossen ist und n verschieden von Hull ist und solche_t ia denen eine Anzahl von η binären Einsen aufeinanderfolgen. Sequenzen der ersten Art mit einer geraden und von Kuli verschiedenen Anzahl von Einsen weisen einen bei Yerwendung des Iiiller-Codes Gleichspannungsanteil auf, der in einer Folge dieser Sequenzen, weiche jeweils durch solche der zweiten Art unterbrochen sind, auf einen Undefinierten Wert anwachsen kann. Alle anderen Batenfolgen haben keinen Gleichspannungsanteil. In den Sequenzen mit Gleichspannungsanteil werden die Nullen nach den Regeln des Killer-Code behandelt, während die Einsen wie Nullen, jedoch jeden zweiten Flußwechsel unterdrückend, verarbeitet werden. Da die Art der Sequenz erst nach deren Abschluß erkannt wird, sind umfangreiche Speicher erforderlich, die die Anwendung des Systems verteuern.

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ROBERT BOSCH GMBH

Rl.-Nr. 1855/78 · '

- 7 - Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspriichs hat demgegenüber den Vorteil, daß beim Codieren bereits nach 4 Datenbits erkannt wird, ob eine Datenfolge mit oder ohne Gleichspannungsanteil vorliegt, den eine NRZ-Impulsfolge bei einer Codierung nach Miller erzeugt. Läßt man maximal 4- Bit zu, so haben die Datenfolgen 00, 010 und 1 einen Gleichstromanteil von Null, 0110 und 0111 hingegen einen, der von Null verschieden ist. Zur Erzeugung eines gleichstromfreien Codes werden die beiden letztgenannten Datenfolgen im Miller-codierten Signal durch ein Ersatzsignal der Porm Ö110 bzw. 0011 nach NRZ-L bzw. deren Komplemente ersetzt. Bei der Decodierung kann nach maximal 5 Bits eine Erkennung eines Ersatzsignals erfolgen.

Da so gestaltete Impulsfolgen bei einfacher Miller-Codie-. * rung nicht auftreten ,können, ist eine eindeutige Zuordnung bei der Decodierung gewährleistet. Als besonderer Vorteil ist anzusehen, daß die Ersatz-Signalfolgen weniger Flußänderungen erfordern als die entsprechenden nach Miller codierten, so daß keine größere Bandbreite der Speichereinrichtung erforderlich ist und die"Speicherdichte nicht nachteilig beeinflußt wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

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ROBERT BOSGH GMBH
Rl.-Nr. 1855/78

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgen-8en Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt Impulsdiagramme zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen ITRZ- und Miller-Code,

Fig. 2 Impulsdiagramme, bei denen die Ersatzsequenzen pegelangepaßt sind,

Fig. 3 Impulsdiagramme, bei denen di& Ersatzsequenzen nicht pegelangepaßt sind,

Fig. 4- schematisch einen Coder nach Miller und

Fig. 5 ebenfalls schematisch einen Decoder, beide erweitert zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Fig. 6 zeigt schematisch als Impulsdiagramm die Kontrolle einer Ersatzsequenz und

Fig. 7 Impulsdiagramme zur Entstehung eines gleichstromfreien Codes.

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ROBERT BOSCH GMBII Rl.-Nr. 1855/78

BeSchreibung der Erfindung

Im folgenden sind Impulsfolgen nach dem NRZ-Code durch die Darstellung

0111...
in der Codierung nach Miller durch die Darstellung

M (0111....) gekennzeichnet.

Jeder NRZ-Datenstrom kann in zwei Datenfolgegruppen unterteilt werden:

a)01110 : η Einsen, begrenzt durch Hüllen; η ^ b) 1 1 1 1 : η Einsen

Bei einer Codierung nach Miller erzeugen nur Sequenzen vom Typ a) mit η gerade und ^ 0 einen Gleichstromanteil ungleich Null.

Läßt man maximal 4 Bit für das Erkennen einer Sequenz zu, so ergeben sich die beiden Kombinationen 0110 und 0111, die einen von Null verschiedenen Gleichstromanteil besitzen. Letztere Kombination entsteht durch Begrenzung der Gruppe a) auf die o. g. 4 Bit. Eine ungekürzte Sequenz nach a) ist nur mit theoretisch unendlich großem Speicher möglich.

Es ist also erforderlich, M (0110) und M (0111) durch eine Folge zu ersetzen, deren Gleichstromanteil Null ist.

Eine zweite Forderung ist, daß die Ersatzfolge bei der Decodierung eindeutig als eine solche zu erkennen ist.

ROBERT BOSCH GMBH
Rl.-Er. 1855/78

Die Folgen, die diese beiden Forderungen erfüllen, sind 0110 und 0011 und ihre Komplemente.

Die Information der nach J^IiIler codierten Signale liegt nicht in den Pegeln, sondern in den Übergängen. Daraus folgt, daß M (0110) und M (0111) je zwei Darstellungen haben, wie es in Figur 1 a) und b) dargestellt ist.

Den vier Ersatzfolgen stehen also 4- Felgen im Miller-Code gegenüber. Diese werden nun einander so zugeordnet, daß sich an den Pegelverhältnissen außerhalb der Folgen nichts ändert. Da M (0110) und 0110 bzw. 1001 am Anfang und Ende gleiche Pegel haben, weiterhin M (01^1) und 0011 bzw. 1100 unterschiedliche Pegel (Figur 1), folgt die Zuordnung:

r- 0 1 1 0 H ( 0 1 1 0 ) < .* j

V 1 0 0 1

H ( 0 1 1 1 )4 1>

110 0

Die Wahl, ob die Ersatzfolge oder das Komplement eingesetzt wird, bestimmt der Pegel der ersten Null von Ii (0110) bzw. M (0111). Beispiele zeigt Figur 2 a und b.

Diese Wahl der Zuordnung hat weiterhin den Vorteil, daß keine neuen hochfrequenten Komponenten entstehen, wie es bei einer Zuordnung nach Figur 3a und b der Fall wäre.

Zusammenfassend ergibt sich also für diese Wahl der Ersatzfolgen und ihre Zuordnung folgende Vorteile:

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- der Gleichstromanteil des modifizierten Miller-Codes wird Null;

- der Datenfluß wird außerhalb dieser Polgen nicht beeinflußt;

- es ergibt sich keine zusätzliche höherfrequente Komponente.

Das Blockschaltbild des ML-Coders zeigt Figur 4-, das des Decoders Figur 5·

Bei der Codierung (Fig. 4-) wird die ankommende NRZ-L-Folge (1) in ein 4-Bit-Schieberegister (2) eingelesen. Mit Hilfe der Flip-Flops (3) und des Netzwerkes (4·) wird auf 1, 00, 010, 0110, und 0111 geprüft. Ein Zählernetzwerk (5) sperrt entsprechend der zugehörigen Länge der geprüften Information die Flip-Flops (3) um ein nochmaliges Auswerten zu verhindern. Ist eine 0110- bzw. 0111-Folge erkannt, werden diese durch die gespeicherten Sequenzen 0011 oder 0110 (7), bzw. ihre Komplemente ersetzt, und in dem Exchanger (14) mit der codierten Folge M(0110) bzw. M(0111) ausgetauscht. Der Pegelvergleich (9) nach der Miller-Codierung (8) steuert die Wahl der ErsatzSequenzen (7) oder deren Komplement mit Hilfe der Umschalter (10, 11) und der Invertierer (12, 13).

Bei der Decodierung (Figur 5) wird die ankommende ML-Impulsfolge zum einen dem Miller-Decoder zugeführt, zum anderen einer Sequenzkontrolle unterzogen. Die Ersatzfolgen 0110 und 0011 bzw. die Komplemente davon erzeugen im Decoder eine falsche Information. Dies hat jedoch auf die restliche decodierte Impulsfolge keinen Einfluß, da die Information in einer nach Miller codierten Datenfolge durch die Pegelübergänge und nicht durch die Pegel selbst charakterisiert ist.

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ROBERT BOSCH GMBH . 2 B 2 8 2 1

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Zur Sequenzkontrolle gibt das Schieberegister (23) seine Information an den Zwischenspeicher (24-) ab, der diese wiederum in das Netzwerk (25) leitet. Wird eine Ersatzsequenz erkannt, sperrt der Zähler (27) den Zwischenspeicher (24) für 4 Takte, um eine weitere Auswertung zu verhindern. Bei der Kontrolle auf die Ersatzfolge 0110 ist eine Prüfung auf ein weiteres fünftes Bit erforderlich. In Figur 6 a) würde an der mit * gekennzeichneten Stelle die Sequenzkontrolle eine 0110-Ersatzfolge melden. Um dies zu vermeiden, wird zusätzlich das folgende Bit mit dem letzten Bit der gemeldeten Folge verglichen. Nur bei unterschiedlichen Pegeln ist eine echte 0110-Ersatzfolge vorhanden (Figur 6 b und c).

Die Ersatzsequenzen bewirken, daß aus dem Speicher (28) bzw. (29) die ursprüngliche NRZ-L-Folge ausgelesen und in dem Exchanger (31) in die decodierte Folge eingesetzt wird. Am Ausgang (32) steht dann das vollständige NRZ-L-Signal zur Verfügung.

Bild 7 zeigt eine NRZ-Impulsfolge a), die nach Miller codiert ist (b) ). c) zeigt die Ersatzfolgen, die nach Sequenzkontrolle und Pegelprüfung in die Impulsfolge b) umgesetzt wird. Das Ergebnis ist der gleichstromfreie ML-Code d).

-Ah

Leerseite

Claims

282821S

ΕΟΒΕΚΪ BOSCH GIfBH 8* Jtmi 19?8

EL.-Hr. 1855/78

Verfahren zur Aufzeichnung "and Wiedergabe digitaler Daten auf Magnetspeicher

Patentansprüche

./· Verfahren zur Übertragung digital codierter Signale in einem Übertragungskanal mit Bandpaßcharakter, insbesondere zur Aufzeichnung und Wiedergabe mittels magnetischem !Träger-, dadurch, gekennzeichnet, daß eingegebene Datenfolge in Sequenzen mit und ohne Gleichstromanteil unterteilt wird und die Seüuenzen mit Gleich— stromante.il durch Sequenzen ohne G-leichstroiaanteil ersetzt werden«

Verfahren nach Anspruch· 1, öadiireii gekennzeichnet,, daß als Ersatzsequenzen solche Sequenzen verwendet werden, die in der codierten Datenfolge nicht vorkc

3«, Verfahren nach Anspruch. 1 oder 2₉ dadurch gekennzeich net j daß Ersatssequenzen 'rerwendet werden₅. derea Ein«= gangs- νχιϋ. Ausgangspegel das Signal außerhalb dieser Sequenzen unverändert lassen^

M-o Verfahren nach eines der- Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeicimet, daß die vorgegebene Datsnfolge nacli Miller codiert wird und die Ersatzsequenzen nach dem IiRZ-L-Code gebildet

5. Verfahren nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatssequenzeii nach dem HRZ-L-Gode in der Porm

SOBSES BOSCH GHBH
El.-IJr. 1355/78

0110 wiä 0011 sowie fieren Komplemente 1001 und 1100 gebildet i-isrden.

6- Verfahren nacli Anspruch. 4· oder >, dadurch gekennzeich— net. daß dtirc-li die Pegellage zu Beginn.der· zu ersetzenden äeauess die Verwendung einer bestimmten Ersatzseauenz oder deren Komplement bestimmt wird.

ο Verfahren nach einem der Ansprüche 4- "bis 6., dadurch gekennzeichnet, daß beim -Oodiervorgeng die eingehende Baterifolge einer Secraensfcontrolle uircer sogen und im übrigen, nach. Killer codiert v.^rIr-d, da£ nach der Killer-Goaieruag sine Pegelfeststellung erfolgt und in Abhänglgl:el" TTOEi Er^efesis dieser Prüfling und von der Erkenauns siaer- Sequenz sit G-leichstromantsil eine Ersatz- sequenz eineE. Srse.'jssequenaspeiciier entnommen und diese oder¹ deren Komplement anstelle der _r3eq.uenz mit Gieiciistromaiiteil in die codierte Datenfolge einge- setzt wird«

8ο Verfahren nacli einem der Ansprüche 4 bis 6_? dadurch ge— kennzeichnet s, da£ Dsim Becodiervorgang der dem übertregungskanal entncEiaene Datenstrom susi einen nach Killer decoöiert üni sun anderen in einer öequenzkontrolle auf das Vorhandensein von Srsatssequenzen geprüft wird, daß beim Vorliegen einer solchen Ersatzsequens deren J"ora srliannt vjird und daß in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Irormprüfung eine Ursprungssequens eineia Speicher entnommen und an Stelle der decodierten Ersatssequenz in das Signal nach dem HRZ-L-Gode eingefügt wird.

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ROBERT BOSCH GMBH
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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß "beim Codiervorgang die Seuqenzkontrolle auf maximal 4- Datenbit durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatzsequenzen die Bitfolgen 0110, 1001, 0011 und 1100 nach dem NRZ-L-Code verwendet werden.

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