DE3038396A1 - Verbessertes aufzeichnungs- und wiedergabesystem fuer digitalisierte videosignale - Google Patents
Verbessertes aufzeichnungs- und wiedergabesystem fuer digitalisierte videosignaleInfo
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Description
"O*
RCA 73,862
RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)
Verbessertes Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem für digitalisierte Videosignale
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Codierung eines Digital signals
auf einem Videosignal und auf einer Anordnung zur Feststellung des Digitalsignals hieraus. Die Erfindung ist besonders nützlich für Bildplattensysteme.
Ein Bildplattenspieler wandelt auf einer Aufzeichnungsplatte aufgezeichnete
Parameter in ein normgemäßes Fernsehsignal um, was den Antennenanschllissen
eines Fernsehempfängers zugeführt werden kann. Vor der Aufzeichnung wird das Videosignal bei der hier erörterten bevorzugten Ausführungsform eines
Bildplattensystems entsprechend der mit verdeckten Farbträger (buried subcarrier) arbeitenden Technik verarbeitet, wie es von D.H. Pritchard im
U.S. Patent 3,872,498 mit dem Titel "Color information translation systems" vom 18.März 1975 beschrieben ist. Im Abspielgerät demoduliert eine Videosignalverarbeitungsschaltung
das aufgezeichnete FM-modulierte Videosignal und trennt die Färb- und Leuchtdichteinformation. Diese Trennung erfolgt
durch Kammfilterung, wie in der US-Patentschrift 3,996,606 mit dem Titel
130017/0811
"Comb Filter for Video Processing" vom 7.Dezember 1976, von D.H. Pritchard
beschrieben. Dann wird das Farbsignal durch Oberlagerung im Frequenzspektrum
zur normgerechten Farbträgerfrequenz verschoben und mit dem Leuchtdichtesignal kombiniert. Das resultierende Videosignalgemisch wird im Frequenzspektrum
weiterhin auf eine übliche Kanalfrequenz verlagert, so daß es auf einen üblichen Fernsehempfänger wiedergegeben werden kann.
Zusätzlich zu der Videosignal verarbeitung ist es wünschenswert, den Bildplattenspieler
mit verbesserten Eigenschaften zu versehen, wie die Feststellung von blockierten Rillen und das Obersetzen über solche Rillen, die
automatische Feststellung des Programmendes und die Anzeige der Programmspielzeit.
Mit "blockierter Rille" ist hier ein Zustand gemeint, bei welcher ein Fehler in der Platte oder Verunreinigungen auf deren Oberfläche ein
Zurückspringen des Abtaststiftes im Programm verursachen.
Die Feststellung blockierter Rillen ist besonders wichtig, da blockierte
Rillen den Programmfortschritt verzögern, bis der Betrachter oder irgendein Mechanismus den Abnehmer jedesmal, wenn ein solcher Fehler auftritt, über
die blockierte Rille hebt. Selbst bei Systemen, wo der Abnehmer ein in einem angetriebenen Wagen sitzender Abtaststift ist und der Wagenantrieb den Abtaststift
aus der blockierten Rille herausdrückt, tritt eine beträchtliche Programmunterbrechung auf. Bei der Feststellung einer blockierten Rille kann
eine Anstoßvorrichtung für den Abtaststift benutzt werden, um diesen automatisch
über den Plattenfehler hinwegzubefordern. Wenn das System eine blockierte
Rille zeitig genug feststellt, dann kann der Abtaststift schnell über den
fehlerhaften Bereich bewegt werden, ohne daß der Betrachter eine nennenswerte Unterbrechung feststellt.
Am Ende des Programmes ist eine positive Feststellung des Programmendes dem
einfachen Verschwinden des Signals vorzuziehen. Auf diese Weise erhält der
Betrachter vom Plattenspieler unmittelbar einen Hinweis, die Bildplatte zu wechseln oder umzudrehen. Ein Anzeiger für die Programmspielzeit ist für
den Betrachter ebenfalls nützlich, insbesondere, wenn er auf eine gewünschte Programmstelle zurückkehren will.
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Die oben genannten Eigenschaften sowie andere nützliche Eigenschaften sind
bei der hier beschriebenen bevorzugten AusfUhrungsform verwirklicht durch
Aufzeichnung des Videosignals als Digital information. Im einzelnen wird jedem Halbbild (oder einer anderen markanten Stelle, wie etwa jeder Rillenwindung)
eine Digital nummer zugeordnet. Die Programmspielzeit wird berechnet
durch Division der Halbbildnummer durch eine Konstante. Eine blockierte
Rille läßt sich dann grundsätzlich dadurch feststellen, daß mindestens zwei dicht aufeinanderfolgende Halbbildnummern festgestellt werden. Es sei
an dieser Stelle verwiesen auf die gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung
"Track error correction system, as for video disc player" von J.Rustman
and M.Mindel(US Ser.No. 84,386 - RCA 73317), wo eine detailliertere Behandlung
der Probleme blockierter Rillen zu finden sind.
Zusätzlich zu der Halbbildnummer wird eine weitere, hier als Bandnummer
bezeichnete Digitalzahl aufgezeichnet, welche die Art des Programm-Materials
angibt. Beispielsweise erhält man eine Programmende-Anzeige durch Feststellen einer charakteristischen Programmende-Bandnummer. Das Digital format
hat unzugeordnete Reserveinformationsbits, welche eine spätere Ausdehnung für weitere zukünftige Merkmale erlaubt.
Aus den vorstehenden Betrachtungen ergibt sich der Wunsch nach der Entwicklung
eines Systems zur Aufzeichnung des Videosignals in Digitalzahlen bestimmter Form. Es ist von anderen bei der Bildplattenaufzeichnung bekannten
Systemen mit digital dargestellten Videosignalen bekannt, daß man während einer oder mehrerer im Vertikalaustastintervall auftretender Horizontalzeilen
eine voraufgezeichnete Digital information vorgesehen werden kann.
Bekannte Systeme benutzen die Vertikal- und/oder Horizontalsynchronisierung für die Synchronisation des Datenuntersystems des Abspielgerätes mit dem
voraufgezeichneten Datenintervall. Da ein Bildplattensignal während des Abspielens Zeitbasisveränderungen unterworfen ist, benutzen einige dieser
Systeme selbst-getaktete Signalformen zur Abtastung der einzelnen Bits. Ein typisches Beispiel einer selbsttaktenden Signalform in einem bekannten Bildplattensystem
ist die Miller-Codierung. Bei dieser zeigen Signal übergänge
in regelmässigen Intervallen den Beginn einer Taktperiode an und Obergänge
(oder ihr Fehlen) zwischen Taktübergängen bedeuten Datenbits.
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Ein Nachteil dieser bekannten Systeme besteht darin, daß der Bildplattenspieler
eine spezielle Schaltung zum Trennen des Digitalbitflusses benötigt.
Wenn beispielsweise die Daten synchron mit der Vertikal synchronisierung
sind, dann wird die Vertikalsynchronisierung festgestellt. Da die Vertikalsynchronisierung
normalerweise bei einem Bildplattenspieler nicht benutzt wird, benötigt man einen eigenen Detektor. Ein weiterer Nachteil bekannter
Systeme besteht darin, daß Impulsflanken nicht genügend genau als Zeitbezug für die Abtastung von Digitaldaten sind. Bildplattenstörungen sehen häufig
Synchronsignalen ähnlich, und daher ist es wünschenswert, Videosynchronisationssignale
zur Synchronisierung eines digitalen Untersystems mit dem Videosignal vollständig zu vermeiden. Auch erfordern die selbsttaktenden
Signalformen einen komplexeren Detektor, und ihre Datenrate ist im allgemeinen kleiner als bei nicht selbsttaktenden Signalformen.
Bei der hier beschriebenen Erfindung wird der Videoträger durch einen
Digitaldatenfluß in Synchronismus mit dem Farbträgersignal während einer
Horizontalzeile moduliert. Daten werden als ein Leuchtdichtewert dargestellt. Um das Digitalsystem an das Videosystem anschließen zu können, tastet man
das Videosignal unter Verwendung des FärbträgerosziIlators als Taktgeber
ab.
Die Horizontal zeile neben der Daten enthaltenden Zeile hat einen konstanten
Leuchtdichtepegel (schwarz). Eine solche Anordnung erlaubt die Verwendung eines im Bildplattenspieler schon zur Verfügung stehenden Signal als Datensignal,
nämlich das auf das Farbsignal bezogene Ausgangssignal des Kammfilters (welches nachfolgend als verarbeitetes Videosignal bezeichnet wird).
Das verarbeitete Videosignal wird als Daten angesehen und kontinuierlich
mit der Taktfrequenz des Farbträgersignals abgetastet. Da das Kammfilter eine Zeile von der benachbarten Zeile subtrahiert, ist das verarbeitete Videosignal
auf sich selbst bezogen, und damit entfällt eine Quelle von Datenfehlern, die durch Verschiebungen des Gleichspannungspegels des Videosignals
verursacht werden.
Zur Synchronisierung des Digital systems mit aufgezeichneten Daten wird
ein Startcode benutzt. Das Digitalsystem tastet kontinuierlich ab, um den
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ersten Startcode zu finden. Danach speichert das Digital system den Rest
der digitalen Nachricht und unterbricht die Datenabtastung. Eine Mikroprozessorsteuerschaltung
wird benutzt zur Berechnung der etwaigen Zeit des Auftretens des nächsten Startcodes. Das Digital system beginnt die ankommenden
Daten kurz vor der erwarteten Zeit des Auftretens der nächsten , Daten enthaltenden Horizontalzeile abzutasten. Auf diese Weise synchronisiert
das Digitalsystem sich selbst wieder auf die einlaufenden Daten bei jedem Halbbild. Gleichzeitig vergrößert die Störunempfindlichkeit des Systems
die Unempfindlichkeit des Digitalsystems gegen Eingangssignale , während derjenigen Zeit, wo keine Daten erwartet werden.
Demgemäß zeigt sich die Erfindung in einem digitalen Bildplattenaufzeichnungs-
und Wiedergabesystem, bei dem die Trennstelle zwischen Video und
Digitalform so ausgebildet ist, daß man sich nicht mehr auf Vertikal oder Horitzonal-Synchronimpulse verlassen muß, sondern leicht verfügbare
Signale benutzt, die während der Videosignal verarbeitung erzeugt werden, um die aufgezeichnete Digital information zu ermitteln.
Ein weiterer Zweck der Erfindung liegt in einem Bildplattenaufzeichnungsverfahren
zur Aufzeichnung einer Horizontalzeile eines Videosignals, das mit einer Digital information moduliert ist, die neben einer Horizontal zeile
konstanter Helligkeit des Videosignals liegt.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einem Bildplattenaufzeichnungsverfahren,
bei dem einzelne Bits der Digital information synchron mit dem Farbträger des Videosignals aufgezeichnet werden.
Ebenfalls ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einem Verfahren
und einer Vorrichtung zur Bildplattenwiedergabe, bei dem das Digitalinformationssignal
festgestellt wird durch Speicherung einer Horizontalzeile des Videosignals und Subtrahierung der gespeicherten Horizontal zeile von einer
benachbarten Zeile des Videosignals.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Verfahren und einer Vorrichtung
zur Bildplattenwiedergabe, bei dem einzelne Bits der Digitalinfor-
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mation ermitteln werden durch Abtastung des Digital informationssignals
synchron mit dem Farbträger des Videosignals.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung liegt auch in einem Verfahren und einer
Einrichtung zur Synchronisierung des Digital systems mit einem aufgezeichneten
Videosignal, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Feststellen einer ersten digitalen Nachricht durch kontinuierliches Abtasten
von im aufgezeichneten Videosignal codierten Bits, bis eine erste digitale Nachricht empfangen oder erhalten wird, durch zeitliche Definierung eines
Torzeitintervalles von etwa der Länge eines Halbbildzeitintervalles nach
Beginn jeder eine digitale Nachricht enthaltenden Horizontalzeile, Definition eines Datenfensterzeitintervalls, das vor dem Ende des Torzeitintervalls
beginnt, aber über dieses hinausreicht, und Feststellung, ob innerhalb des Datenfensterzeitintervalls eine nachfolgende Digitalnachricht
festgestellt wird.
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In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung eines Fernsehsignals mit dem Vertikalaustastintervall
zwischen ungeraden und geraden Halbbildern;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Digitaldatenschemas, wie es bei dem
offenbarten Aufzeichnungsverfahren benutzt ist; Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Bildplattencodierers;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Bildplattenspielers;
Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches den Digitaldatengenerator des Bildplattencodierers
gemäß Fig. 3 in mehr Einzelheiten zeigt;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, welches mehr Einzelheiten des Informationspuffers
für den Bildplattenspieler gemäß Fig. 4 zeigt;
Fig. 7 ein Schaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung eines Fehl erprüfcodes
von den Informationsbits für den Bildplattencodierer gemäß Fig. 5;
Fig. 8 ein teilweise in Blockdarstellung ausgeführtes Schaltbild des Informationspuffers
für den Bildplattenspieler gemäß Fig. 4;
Fig. 9 eine Ausführungsform eines Empfangssteuerzählers für den in Fig. 8
gezeigten Informationspuffer;
Fig. 10 ein ZustandsUbergangsdiagramm für die Mikroprozessor-Steuerschaltung
gemäß Fig. 4 und
Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung eines Programmalgorithmus
für die Mikroprozessor-Steuerschaltung gemäß Fig. 4.
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Fig. 1 zeigt besondere Einzelheiten eines NTSC-Fernsehsignals im Schema gemä'3
der verdeckten Farbträgertechnik, wie sie in der US-PS 3 872 498 von D. Pritchard mit dem Titel "Color information translating systems" beschrieben
ist. Die miteinander verschachtelten ungraden und geraden Halbbilder
sind durch ein Vertikalaustastintervall voneinander getrennt. Der Fernsehfachmann
erkennt leicht das übliche Vertikalaustastintervall, das ein erstes
Austastimpulsintervall, ein Vertikalsynchronisierintervall und ein zweites
Ausgleichsimpulsintervall, dem eine Anzahl von Horizontalzeilenintervallen
zum Beginn jedes neuen Halbbildes folgen, enthält. Wie Fig. 1 zeigt, beginnt die Videosignal information in der Zeile 22' des Halbbildes 1 und in der
Zeile 284' des Halbbildes 2.
Die der Halbbildnummer entsprechende Digital information erscheint in der
Zeile 17' des Halbbildes 1 und in der Zeile 280' des Halbbildes 2. Digitalinformation
könnte genauso gut in andere Zeilen des Vertikalaustastintervalls
eingefügt werden. Um Einzelheiten des Digitalsignalschemas zu zeigen, ist
in Fig. 2 der Zeitmaßstab während der Daten enthaltenen Horizontalzeile (Zeile 17' oder Zeile 280') gedehnt.
Daten werden als Leuchtdichtepegel dargestellt: 100 IRE-Einheiten bedeuten
eine logische EINS und 0 IRE-Einheiten (Austastpegel) eine logische NULL. Das erste Datenbit folgt dem üblichen Horizontalsynchronimpuls 140 und dem
Farbsynchronsignal 142. Die Frequenz des Farbsynchronsignals 142 beträgt etwa 1,53 MHz, also die Frequenz des verdeckten Farbträgers. Jedes Datenbit
wird synchron mit dem verdeckten Farbträgersignal von 1,53 MHz übertragen. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt jede Digitalnachricht einen 13-Bit-Startcode, der
mit B(x) bezeichnet ist, einen 13-Bit-Redundanz-Fehlerprüfcode, der mit
C(x) bezeichnet ist, und 51 Informationsbit, die mit I(x) bezeichnet sind. Der Beginn der nächsten HorizontalzeiIe ist gekennzeichnet durch den nächsten
Horizontalzeilensynchronimpuls 140a und das Farbsynchronsignal 142a. Somit
sind die einzelnen Datenbits synchron mit dem Farbträger und die gesamte
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digitale Nachricht ist synchron mit dem Vertikalsynchronimpuls. Die Datenfrequenz
kann ein Vielfaches oder ein (ganzzahliger) Bruchteil einer geeigneten
Farbträgerfrequenz sein. Natürlich können auch andere Leuchtdichtewerte den Logikwerten EINS und NULL zugeordnet werden, oder ein gegebener
Leuchtdichtepegel kann durch mehr als ein Bit bezeichnet werden.
Bei dem hier beschriebenen System wird zur Synchronisierung des Datensystems
mit der Digitalnachricht ein Startcode benutzt, und damit vermeidet man die Notwendigkeit, die Flanke des Horizontal- oder Vertikalsynchronimpulses feststellen
zu müssen. Synchronisierfehler bei einem seriell arbeitenden Digital datensystem
führen zu (Voll-)Bildfehlern, wo also die empfangenen Daten um
ein oder mehr Bits aus ihrer richtigen Lage verschoben sind. Bisher bekannte Systeme zur Aufzeichnung von Digitaldaten in einer für Bildplatten codierten
Form haben gezeigt, daß die Flanken der Synchronimpulse als Zeitbezug nicht
zuverlässig sind und zu Fehlern des Vollbildes führen. Startcodes haben sich als zuverlässiger erwiesen.
Der speziell gewählte Startcode 1111100110101 ist einer der in der Radar-
und Sonartechnik bekannten Barker-Codes, wie sie beispielsweise in dem Buch "Group Synchronization of Binary Digital Systems" von R. H. Barker,
1953 bei Academic Press, New York, beschrieben sind. Barker-Codes sind so gewählt, daß die Autokorrelationsfunktion eines einen Barker-Code enthaltenden
und gegenüber sich selbst verschobenen Signals bei Koinzidenz maximal, andernfalls dagegen minimal ist. Das bedeutet, daß bei Zuordnung eines Wertes
von +1 oder -1 zu jedem Bit im Startcode und Berechnung der Summe der jeweiligen
Bitprodukte für jede Verschiebungsposition des Startcodes gegenüber sich selbst eine solche Autokorrelationsfunktion ein scharfes Maximum im
Koinzidenzfalle ergibt. Insbesondere ergibt ein Barker-Code bei Verschiebung
um irgendeine ungerade Anzahl von Stellen gegenüber sich selbst eine Autokorrelation
von 0. Eine Verschiebung eines Barker-Codes um irgendeine gerade Anzahl· von Stellen gegenüber sich selbst ergibt eine Autokorrelation von -1.
Wenn jedoch Koinzidenz herrscht, ergibt die Autokorrelation den Wert N, wobei N die Anzahl von Bits im Barker-Code ist. Wenn also mit anderen Worten
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ein Barker-Code um irgendeine Anzahl von Stellen gegenüber sich selbst verschoben
wird, dann unterscheidet er sich um eine maximale Anzahl von Bitpositionen. Beim Vorhandensein von Rauschen verringert diese Eigenschaft
die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Startcodeermittlung im Vergleich
zu einem willkürlich gewählten Startcode.
Die Informationsbits I(x) enthalten eine Halbbildnummer, eine Bandnummer
und einen Raum für Informationsbits für spätere Erweiterung. Die Halbbildnummern
kennzeichnen jedes Halbbild des Videosignals durch eine individuelle 18-Bit-Binärzahl. Am Beginn der Bildplatte ist das erste Halbbild des Videoprogramms
das Halbbild "null". Danach wird jedes Halbbild aufeinanderfolgend in ansteigendem Sinne numeriert. Die Bandnummern beziehen sich auf das aufgezeichnete
Videosignal in einer Gruppe benachbarter Windungen der Spiralrille,
die eine bandförmige Gestalt bilden. Das gesamte Material in einem solchen Rillenband wird durch eine gemeinsame Bandnummer identifiziert. Als
ein Beispiel für die Bandnummernanwendung sei erwähnt, daß das Videosignal, nachdem das Ende des Videoprogrammaterials aufgezeichnet ist, die Bandnummer
"dreiundsechzig" hat. Der Bildplattenspieler fühlt das Band dreiundsechzig als Ende des Programms und reagiert darauf durch Abheben des Abtasters von
der Platte.
Der Fehl erprüfcode C(x) wird aus I(x) im Bildplattenaufzeichnungsgerät berechnet.
Zu diesem Zweck wird I(x) mit einer Konstante H(x) multipliziert.
Das erhaltene Produkt wird durch eine andere Konstante g(x) dividiert, und nach dieser Division wird der Rest (der Quotient wird nicht benutzt) zu
einer dritten Konstanten M(x) addiert und man erhält C(x).
Im Bildplattenspieler wird die abgenommene Information auf Fehler geprüft,
in dem man die gesamte Information einschließlich des Startcodes durch die erwähnte Konstante g(x) dividiert. Wenn der Rest gleich dem Startcode B(x)
ist, dann wird die Information als fehlerfrei angesehen. Die Konstanten H(x) und M(x) werden so gewählt, daß der Rest der gesamten Information den Startcode ergibt. Die Konstante g(x), die sowohl bei der Bildplattenaufzeichnungsapparatur
wie auch beim Bildplattenspieler benutzt wird, wird als das Generatorpolynom des Codes bezeichnet. Es wird ein spezifischer Wert g(x)
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gewählt, der zu einem Code führt, mit Hilfe dessen sich Fehler feststellen
lassen, was besonders vorteilhaft bei Verwendung bei einem Bildplattenmedium ist. In dem hier beschriebenen System werden die oben angeführten
Addition-, Multiplikations- und Divisionsvorgänge entsprechend speziellen
Regeln durchgeführt, die auf die Geräte zugeschnitten sind, mit denen sie ausgeführt werden sollen. Die Fehlercodierung wird in größeren Einzelheiten
später noch im Zusammenhang mit den Geräten für Codierung und Decodierung erläutert werden.
Ein Blockschaltbild eines Videoplattencodierers ist in Fig. 3 gezeigt.
Ein Bildsignalgemisch von einer Quelle 30 wird in einer Addierschaltung 36
mit einem von einem Digital datengenerator 38 über eine Leitung 37 zugeführten,
Digitaldaten darstellenden Bitstrom linear kombiniert. Eine Synchronisierschaltung
32 liefert einen Farbträger und Synchronisierimpulse, so daß die von dem Digitaldatengenerator 38 erzeugten Datenbits synchron mit dem am
Anschluß 31a vorhandenen Farbträger sind und die Digital information in der
richtigen Horizontalzeile des Vertikalaustastintervalls codiert wird. Auf der Datenleitung 39 auftretende und die Halbbildnummer sowie die Bandnummer
darstellende Informationsdaten werden von einer Einrichtung 34 geliefert. Die Verwendung der Information über die Halbbildnummer und die Bandnummer
wird im Zusammenhang mit dem Mikroprozessorprogramm (Fig. 10 und 11) erläutert
werden. Die Digital daten und das Videosignal werden in der Addierschaltung
36 miteinander kombiniert. Eine weitere Signalverarbeitungsschaltung 40 bereitet das zusammengesetzte Videosignal für das Aufzeichnungsmedium
vor: Diese zusammengesetzte Bildsignal ist vom Typ mit verdecktem Farbträger und wird unter Benutzung von Frequenzmodulationstechniken aufgezeichnet.
Bei dem Bildplattenspieler gemäß Fig. 4 wird das Frequenzmodulationssignal
mit Hilfe einer einen Abnehmerwandler und einen Abtaststift enthaltenden
Abtasteinrichtung 20 abgetastet und mittels einer Videosignalverarbeitungsschaltung
18 in ein normgerechtes Fernsehsignal zur Wiedergabe mit einem üblichen Fernsehempfänger umgewandelt. Die Videosignal Verarbeitungsschaltung
18 enthält eine Schaltung, die unter Steuerung durch das Farbsynchronsignal
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einen 1,53 MHz-Oszillator mit dem Farbträger phasensynchronisiert. Der Farboszillator
wird zusätzlich zu seiner üblichen Verwendung für die Demodulierung
der verdeckten Farbträgerschwingung zur Lieferung eines digitalen Taktsignals herangezogen, das auf der Leitung 72 erscheint. Die Videosignalverarbeitungsschaltung
18 enthält ferner Einrichtungen zur Demodulierung
des Videoträgers und Kammfilterung des demodulierten Videosignals. Ein Kammfilter
19 subtrahiert zwei aufeinanderfolgende Halbbildzeilen, und das Subtraktionsergebnis
erscheint auf der Leitung 70 als verarbeitetes Videosignal. Da die Zeile 16", in welcher der Schwarzpegel herrscht, von der Zeile 17'
subtrahiert wird, die mit Digitaldaten moduliert ist, sind die verarbeiteten Videosignale auf der Leitung 70 die wiedergewonnenen Digitaldaten. Natürlich
kann die Zeile 16' irgendeinen konstanten Leuchtdichtepegel beinhalten. Wenn die der Datenzeile 17' nachfolgende Zeile 18' eine Zeile konstanter Leuchtdichte
(einschließlich schwarz) ist, dann stellt das folgende Ausgangssignal
des Kammfilters während der Zeile 18' wiederum wiedergewonnene Digitaldaten,
jedoch invertiert, dar. Durch Subtraktion einer Zeile von einer benachbarten Zeile konstanter Leuchtdichte wird das wiedergewonnene Digital signal
auf sich selbst bezogen, und Datenfehler infolge von Verschiebungen
des Gleichspannungspegels im Videosignal werden eliminiert. Wenn es erwünscht ist, Daten in aufeinanderfolgenden Zeilen unterzubringen anstatt
Daten neben Zeilen konstanter Leuchtdichte zu haben, dann wären Einrichtungen erforderlich, welche das Videosignal auf einen vorbestimmten Leuchtdichtepegel
oder einen Gleichspannungsbezugspegel beziehen, damit sich der Digital datenfluß
von dem Videosignal trennen läßt.
Aus Fig. 4 kann man sehen, daß der Informationspuffer 16 bei Zuführung des
verarbeiteten Videosignals auf der Leitung 70 und des 1,53 MHz-Taktsignals
auf der Leitung 72 Digitaldaten aus dem Videosignal extrahiert. Der Puffer
wird gesteuert durch ein vom Mikroprozessor 10 über die Leitung 71 zugeführtes digitales BinärsteuersignaT. Ein Binärzustand des Steuersignals auf
der Leitung 71 läßt den Informationspuffer 16 Daten aufnehmen. Beim anderen
Binärzustand konditioniert das Steuersignal auf der Leitung 71 den Informationspuffer
16 für die übertragung der empfangenen Daten zum Mikroprozessor
10. Wenn das Steuersignal auf der Leitung 71 einen hohen Pegel hat, dann
öffnet sich der Informationspuffer 16 für die Abfühlung ankommender Daten
auf der das verarbeitete Videosignal führenden Leitung 70 unter Verwendung
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des 1,53 MHz-Signals auf der Leitung 72 als Taktsignal. Nach Aufnahme einer
vollständigen Information oder Nachricht liefert das Zustandssignal auf der
Leitung 75 eine Anzeige darüber, daß die Information vollständig ist. Zur übertragung der Information zum Mikroprozessorspeicher wird das Steuersignal
auf der Leitung 71 auf einen niedrigen Pegel gebracht. Dadurch wird der Informationspuffer 16 gesperrt und die internen Steuerschaltungen zurückgesetzt,
und die Ergebnisse der Informationsfehlercodeprlifung auf die Zustandsleitung
75 geschaltet. Wenn das Zustandssignal anzeigt, daß die Information gültig ist (wenn also die Fehlercodeprüfung eine Gültigkeit ergibt), dann
wird der Mikroprozessor 10 für die übertragung von Daten im Informationspuffer 16 zum Mikroprozessor 10 programmiert. Der Mikroprozessor liefert
ein externes Taktsignal auf der Leitung 73 für den Datentransfer vom Informationspuffer
16. Bei jedem Taktimpuls wird ein Bit der Daten auf der Leitung 74 aus den Informationspuffer heraus-und in den Mikroprozessor 10
hineingeschoben. Wenn sämtliche Daten in den Mikroprozessor 10 überführt
sind, dann ist das Programm fertig für eine weitere digitale Information bzw. Nachricht, auf der Steuerleitung 71 erscheint wieder ein hoher Pegel
und der Vorgang wiederholt sich.
Der Mikroprozessor 10 steuert-über den Informationspuffer 16 die Austastung
der Zeile 17' (oder Zeile 280') aus dem Videosignal. Die erste digitale
Information wird erhalten durch ständiges Absuchen des Videosignals nach einem Startcode. Danach wird der Informationspuffer 16 gesperrt. Dann wird
der Informationspuffer, gesteuert durch das zeitliche Auftreten der ersten digitalen Nachricht, für etwa sechs Zeilen geöffnet, ehe die nächste digitale
Nachricht erwartet wird. Wenn keine gültige Nachricht gefunden wird, dann
wird der Informationspuffer 16 etwa sechs Zeilen nach dieser erwarteten Zeit des Auftretens gesperrt. Wird dagegen eine gültige Digitalnachricht
gefunden, dann wird der Informationspuffer 16 gesperrt, und aufgrund des Zeitpunkts des Auftretens der derzeitigen Digitalnachricht wird die neue
Zeit für das Auftreten der nächsten Digitalnachricht errechnet. Auf diese Weise öffnet der Mikroprozessor 10 ein Tor oder Datenfenster von etwa zwölf
Zeilen Breite, welches zentrisch um die erwarteten Daten herum liegt.
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§538396
Das Zeitintervall von der Mitte des einen Datenfensters zum nächsten ist
etwa das Zeitintervall eines Videohalbbildes. Die Breite des Datenfensters wird so gewählt, daß für den Fall der ungünstigsten zeitlichen Verhältnisse
die erwarteten Daten in das Datenfenster fallen. Quellen von Zeitfehlern, wie sie noch erläutert werden, sind: Das begrenzte Auflösungsvermögen des
Digitalzeitgebers, die Driftrate des Zeitgebers, Programmunsicherheiten bei der Bestimmung des Zeitpunkts des Auftretens der derzeitigen Daten,
Zeitdifferenzen zwischen ungraden und geraden verschachtelten Halbbildern.
Anpassungen für die Verwendung anderer Mikroprozessoren und/oder Zeitgeber können durchgeführt werden durch entsprechende Justierung der Breite des
Datenfensters. Das Mikroprozessorprogramm, welches die Logik für das Suchen
von Daten und die Zentrierung des Datenfensters steuert, wird anschließend im Zusammenhang mit den Fig. 10 und 11 beschrieben.
Der Mikroprozessor 10 reagiert auch auf die Einsteller 14 am Bedienungsfeld
des Plattenspielers (Auflegen, Pause und Abtasten) zur Betätigung des Spielermechanismus
12 und Ansteuerung des Anzeigefeldes 22 des Spielers entsprechend einem vorbestimmten Programm, wie ebenfalls noch erörtert werden wird. Der
Spielermechanismus ist weiterhin mit mindestens einer Verschiebeeinrichtung für den Abtaststift versehen, die durch den Mikroprozessor 10 betätigt wird.
Eine solche Verschiebebeeinrichtung arbeitet piezoelektrisch, elektromagnetisch oder in anderer Weise und versetzt den Signal abnehmer in benachbarte
Rillen oder Signalspuren der Bildplatte. Die Verwendung einer solchen Verschiebe-
oder Umspringeinrichtung für das Verlassen blockierter Rillen wird anschließend ebenfalls in Verbindung mit den in den Fig. 10 und 11 gezeigten
Flußdiagrammen beschrieben.
Wie bereits gesagt wurde, benutzt ein Bildplattenaufzeichnungsgerät die
Informationsbits I(x) zur Berechnung von C(x). Wegen der großen Anzahl von Potential kombinationen - I(x) und C(x) sind zusammen 64 Bits lang - und
wegen des Wunsches die Fehlerfeststellungs- und Korrektureigenschaften eines
gegebenen Codes ohne Zuhilfenahme einer Aufzählung zu bestimmen, werden
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Fehlercodes mathematisch behandelt. Eine generelle mathematische Entwicklung
der Ringtheorie und Galois'scher Felder GF(2m), die generell für Fehlercodes
anwendbar sind, findet sich in der Veröffentlichung "Error
Correcting Codes" von W-. Wesley Peterson in der MIT Press, Cambridge,
Mass. Für die hier vorliegenden Zwecke läßt sich die Fehlercodierung
in der Bildplatte am besten anhand einiger einfacher Definitionen verstehen.
Eine digitale Nachricht, die EINSen und NULLen enthält, kann betrachtet
werden als Darstellung eines algebraischen Polynoms, welches Potenzen von χ enthält. Die Koeffizienten der jeweiligen Potenzen von χ sind die einzelnen
Bits der Nachricht. Beispielsweise kann die 4-Bit-Nachricht 1011 dargestellt werden durch d3s Polynom P(x) der Form
P(x) = 1·χ3+0·χ2+1·χ+1·χ°
= x3+x+1.
= x3+x+1.
Wendet man diesen Ausdruck auf den Startcode 1111100110101 an, dann ergibt
sich
Die höchste Potenz von χ wird der Grad des Polynoms genannt. Im obigen
Beispiel ist B(x) ein Polynom zwölften Grades.
Polynome können addiert, subtrahiert, multipliziert und dividiert werden
nach den üblichen Regeln der Algebra, außer daß Koeffizienten in Modulo-2-Ausdrücken
geschrieben werden können. Eine Kurzschreibweise für den Rest eines Polynoms nach Division durch ein anderes Polynom wird durch Klammern
angegeben. Wenn
P(x) _ nm . r(x)
und der Rest r(x) einen Grad niedriger als der Divisor g(x) ist, dann ist
[P(X)) = r(x).
1 30017/0811
Bei der Bildplattenaufzeichnungsvorrichtung wird die gesamte auf der Bildplatte
aufgezeichnete Nachricht oder Information ausgedrückt durch ein Polynom T(x). Aus Fig. 2 ergibt sich
T(x) = B(x)x64+C(x)x51+I(x). (1)
Der Term χ verschiebt B(x) um 64 Bits, weil B(x) am Anfang des Daten-Schemas
liegt. Entsprechend verschiebt der Term χ C(x) um 51 Bits, um
darzustellen, daß C(x) vor I(x) aufgezeichnet ist. Gemäß der beschriebenen Anlage berechnet die Aufzeichnungseinrichtung einen Wert für C(x) so,
daß die gesamte Nachricht T(x) einen Rest gleich B(x) ist,nachdem sie durch
g(x) geteilt ist. Nimmt man C(x) von der Form an
C(x) = [Kx)-H(x)] + M(x), (2)
dann sind H(x) und M(x) konstante Polynome, die so gewählt sind, daß
Es läßt sich zeigen, daß die Gleichungen (1), (2) und (3) nach Lösung
für die konstanten Polynome H(x) und M(x) ergeben
H(x) - [x127]
M(x) = [B(x)x13+B(x)x127].
Fig. 7 enthält eine Tabelle, in der gewählte Werte für B(x) und g(x)
ebenso wie die abgeleiteten Werte für H(x) und M(x) aufgeführt sind.
Die Bits höherer Ordnung sind in Fig. 7 rechts dargestellt, so daß dieselbe Reihenfolge haben, in der die Flipflop-Speicherelemente in dem
logischen Diagramm derselben Figur erscheinen.
Im Bildplattenspieler wird die aufgezeichnete Digital information von den
elektronischen Schaltungen des Spielers gelesen. Die auf der Bildplatte aufgezeichneten Daten sind T(x). Die vom Plattenspieler gelesenen Daten
sind R(x). Wenn zwischen Aufnahme und Wiedergabe keine Fehler auftreten, dann ist T(x) = R(x). Die erhaltene Nachricht R(x) wird auf Fehler geprüft,
indem R(x) durch g(x) dividiert wird. Ist der Rest gleich B(x),
130017/081 T
dem Startcode, dann wird die Information als fehlerfrei angesehen. Wenn
andererseits der Rest nicht gleich B(x) ist, dann bedeutet dies einen Fehler.
Die Eigenschaften des in der obengenannten Weise erzeugten Codes hängen
von der Wahl von g(x), dem sogenannten Generatorpolynom, ab. Das im Einzelfall für die Bildplatte gewählte Polynom g(x) ist einer von dem Computer
berechneten Codes, die Tadao Kasami in seiner Veröffentlichung "Optimum
Shortened Cyclic Codes for Burst Error Correction" in den IEEE Transations on Information Theory 1963 beschrieben hat. Ein Farbsynchronsignalfehler
in einem Digitalsystem stellt eine Fehlerart dar, bei welcher benachbarte Bits in einer Digitalnachricht verloren sind. Farbsynchronsignal fehl er
bilden einen wahrscheinlichen Typ von Übertragungsfehlern bei Bildplatten. Wie Kasami in der erwähnten Literaturstelle zeigt, kann ein Code, der
einzelne Farbsynchronsignal fehl er von 6 Bits oder weniger korrigieren kann, unter Verwendung eines Generatorpolynoms folgender Art benutzt werden
g(x) =x13 +x12 +x11 +x10 +x7 +x6 +x5 +xW+1.
Weiter läßt sich zeigen, daß für dieses Polynom g(x) alle einzelnen Farbsynchronsignalfehler
von 13 Bits oder weniger festgestellt werden und mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,988% aller einzelnen Farbsynchronsignalfehler,
die langer als 13 Bits sind, ebenfalls festgestellt werden. Der hier beschriebene Bildplattenspieler benutzt nur die Fehlerfeststen eigenschaften
des gewählten Codes.
Als ein besonderes Beispiel der Fehlercodeerzeugung sei der Fall angenommen,
bei dem die Halbbildnummer 25 000 ist, die Bandnummer 17 und die
Zahl der Reservebits 0 ist. Weil 25 000 in Binärdarstellung 000 110 000 101 0ß0 ist und 17 in Binärdarstellung 010 001 ist (Bits höherer Ordnung
stehen links), sind die 51 Informationsbits 000 000 000 000 000 000 000 000 000 110 000 110 101 000 010 001. Die Reihenfolge der übertragung geschieht
folgendermaßen: Zuerst die Reservebits, dann folgt die Halbbildnummer und dann die Bandnummer, wobei die höchststelligen Bits zuerst
übertragen werden. Der Fehlercode für den obengenannten speziellen Ausdruck
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I(x) wird als Rest von I(x) mal H(x) plus M(x) berechnet und dargestellt
durch 0111100100010. Das nächste Videohalbbild ist 25 001 oder in Binärdarstellung
000 110 000 110 101 001. Für entsprechende Informationsbits 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 110 000 110 101 001 010 001 ist
der richtige Fehlercode 1000101101110. Die vollständige Digital information
für das Halbbild 25 001 einschließlich des Startcodes ist damit
1111100110101 1000101101110 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 110
000 110 101 001 010 001, dargestellt in der Reihenfolge der übertragung.
Der Startcode ist in den ersten 13 Bits enthalten, der Fehlercode in den
nächsten 13 Bits und die 51 Informationsbits sind die letzten. Bei dem Bildplattenspieler wird die oben angegebene Digital information auf Fehler
geprüft, in dem die erhaltene Information durch g(x) geteilt wird. Werden keine Fehler festgestellt, dann ergibt sich der Rest zu 1111100110101,
welcher genau der Startcode ist.
Geräte
Ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung der Funktion T(x) ist
in Fig. 5 gezeigt. Unter Steuerung durch die Übertragungssteuerschaltung 50 werden 24 Informationsbits über die Datenleitung 39 und 27 Reserveinformationsbits
über die Datenleitung 39a in ein 51-Bit-Schieberegister
44 eingespeichert. Dann wird I(x), das 51 Bits umfaßt, in ein anderes
51-Bit-Schieberegister 52 verschoben.
Zur gleichen Zeit, während der 51 Verschiebeimpulse, berechnet ein Codierer
45 C(x) auf folgende Weise. Die Polynan-Divisions- und -Multiplikationsschaltung 46 berechnet bei der 51-Bit-Serienzuführung von I(x) den Rest
von I(x) mal H(x) geteilt durch g(x). Dann wird M(x) in der Polynom-Addierschaltung
48 parallel addiert. Der resultierende Code C(x) wird in ein 13-Bit-Schieberegister 54 eingegeben, und B(x), der Startcode, wird
über die Datenleitung 49 in ein anderes 13-Bit-Schieberegister 47 eingegeben. Da der Startcode ein konstanter Digitalwert ist, erfolgt diese Eingabe
vorzugsweise über feste Verbindungen mit den parallelen Eingangsleitungen des Schieberegisters 47, im Gegensatz zu einer Programmrealisierung.
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Bei positiver Logikfestlegung sind die entsprechenden Paralleleingänge zum
Schieberegister 47 mit Massepotential verbunden, wenn der Startcode eine NULL hat, und mit positivem Potential, wenn der Startcode eine EINS hat.
Die Übertragungssteuerschaltung 50 steuert das serielle Herausschieben der gesamten Information T(x), welche in den drei Schieberegistern 52,
54 und 57 enthalten ist, im Synchronismus mit dem Farbträger auf der Leitung 31a. Ein auf der Leitung 33 zugeführter Videosynchronimpuls versorgt
die Übertragungssteuerschaltung 50 mit einem Zeitbezugssignal, so
daß die digitale Information zum richtigen Zeitpunkt bezüglich des Videosignals übertragen wird.
Eine spezielle Ausführungsform eines Codierers (welche in Fig. 5 mit 45
bezeichnet ist) ist in Fig. 7 gezeigt. Taktgesteuerte Flipflops mit Ausgangsanschlüssen
Q0 bis Q12 bilden einen Restspeicher. Multiplikation
durch H(x) und Division durch g(x) werden gleichzeitig bitseriell durchgeführt.
Danach wird der Rest an den Ausgängen Q0 bis Q12 des Restspeichers
festgehalten (siehe hierzu Kapitel 7, Seiten 107-114 des bereits erwähnten Buches von Peterson, wo solche Schaltungen generell abgehandelt sind).
Um zu erkennen, wie einfach die Schaltung gemäß Fig. 7 Polynome multipliziert und dividiert, sei erwähnt, daß sowohl die Addition wie auch die
Subtraktion (der Koeffizienten der Glieder gleicher Potenzen) durch ein EXKLUSIV-ODER-Tor durchgeführt wird. Die Multiplikation von I(x) mit H(x)
erfolgt durch entsprechende Verbindungen mit einem oder mehreren EXKLUSIV-ODER-Toren
80 bis 91. Wenn ein Koeffizient H(x), nicht aber g(x), gleich ist (Bitpositionen 1, 3 und 8), dann ist der Eingang I(x) mit einem Eingang
eines der ODER-Tore 80, 82 bzw. 87 verbunden. Die Division von I(x) durch g(x) erfolgt durch Multiplikation des Ausgangssignals von Q12 durch
g(x) und Subtraktion des resultierenden Produktes vom Inhalt der Speicher
Q0 bis Q12. Wenn ein Koeffizient von g(x), nicht aber H(x), gleich 1 ist
(Bitpositionen 4, 7 und 11), dann wird der Ausgang von Q12 mit einem Eingang
eines der EXKLUSIV-ODER-Tore 83, 86 bzw. 89 verbunden. Wenn H(x) und
g(x) beide gleich 1 sind (Bitpositionen 0,.2, 5, 6, 10 und 12) dann wird der Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Tores 91 mit einem Eingang eines der
EXKLUSIV-ODER-Tore 81, 84, 85, 88 bzw. 90 verbunden. Nach 51 Taktimpulsen,
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je einer für jedes Bit von I(x), ist der Inhalt der Speicher Q0 bis Q12
gleich dem Rest von Ι(χ)·Η(χ) nach Division durch g(x).
Es sei darauf hingewiesen, wie M(x) zum Inhalt des Restspeichers hinzuaddiert
wird. Die Addition der Koeffizienten erfolgt in Modulo-2-Arithmetik,
die durch die EXKLUSIV-ODER-Funktion durchgeführt wird. Wenn M(x)
Koeffizienten von +1 hat, dann wird der komplementäre Ausgang Q des entsprechenden
Flipflops benutzt. Hat M(x) Koeffizienten 0, dann wird der nicht komplementäre Ausgang Q benutzt.
Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Decodierung der erhaltenen
Information R(x) ist in Fig. 6 gezeigt, welches eine Ausführung des Informationspuffers 16 gemäß Fig. 4 darstellt. Ein Steuersignal auf
der einen Eingang bildenden Leitung 71 konditioniert den Empfangsdecoder gemäß Fig. 6 entweder für die Zuführung von Daten vom Videosignal
oder zur übertragung von Daten zum Mikroprozessor.
Im Empfangszustand wird jedes Bit gleichzeitig in zwei getrennte Register
eingeschoben. Ein solches Register 60 ist für Daten und ein anderes Register 62 für die Fehlerprüfung bestimmt. Das Fehl erprüfregister
62 ist eine Polynom-Divisionsschaltung. Wenn jedoch neue Daten aufgenommen werden, dann wird die Teilerrückführung gesperrt, so daß
sich ein Durchlaufschieberegister ergibt. Die Betriebsweise des Teilerregisters
62 wird nachfolgend in Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 8 erläutert. Für den Augenblick genügt die Feststellung, daß das Register
62 unter Steuerung durch die Empfangssteuerschaltung"64 entweder aufeinanderfolgende
Bits von R(x) einschiebt oder aufeinanderfolgende Bits R(x) durch g(x) teilt. In beiden Fällen steht der Inhalt des Registers 62 auf
der Datenleitung 78 zur Verfügung und wird dem Startcode- und Datengültigkeitsdetektor
66 zugeführt.
Der Empfangsbetrieb beginnt mit der Konditionierung des Registers 62 für
einen Schieberegisterbetrieb. Nachdem B(x) vom Detektor 66 festgestellt
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worden ist, konditioniert die Steuerschaltung 64 das Register 62 für den
Betrieb als Polynom-Divisionsschaltung. Somit beginnt die Polynom-Division
durch g(x) mit dem Vorhandensein von B(x) im Teilerregister 62. Die Empfangssteuerschaltung
64 reagiert ferner auf das Feststellen von B(x) mit dem Auszählen eines Zeitraums, der gleich den übrigen Nachrichtenbits (64 Taktimpulse)
ist. Nach diesem Zeitraum enthält der Teiler 62 den Rest von R(x) modulo g(x), und das Ergebnis sollte B(x) sein, wenn die Information
gültig ist. Während des Fehl erprüfens hat das Datenregister 60 Datenbits
eingeschoben. Am Ende des erwähnten Zeitraums speichert das Datenregister 60 nur die letzten 24 Bits. Da jedoch die 24 Informationsbits am Ende der
Nachricht stehen, enthält das Register 60 die zugeordneten Informationsbits. Sollen die Reserveinformationsbits benutzt werden, dann können zusätzliche
Schieberegisterstufen hinzugefügt werden.
Die Interpretation der Ausgangszustandssignale auf der Leitung 75 hängt vom
Zustand des Steuersignals auf der Leitung 71 ab. Konditioniert das Zustandssignal
auf der Leitung 71 den Empfänger für die Datenaufnahme (Aufnahmezustand) dann ist das Zustandssignal auf der Leitung 75 definiert
als "Nachricht empfangen". Wenn, das Steuersignal auf der Leitung 71 den
Empfänger für den Datentransfer konditioniert (Transferzustand), dann bedeutet das Zustandssignal auf der Leitung 75 "Daten gültig". Das Steuersignal
auf der Leitung 71 setzt auch die Empfängersteuerschaltung 64 zurück und läßt die Ergebnisse der Restprüfung auf das Statussignal auf
die Leitung 75 gelangen.
Die erhaltene Information wird unter Steuerung durch vom Mikroprozessor
auf der Leitung 73 zugeführte externe Taktimpulse aus dem Schieberegister 60 herausgeholt. Nach dem Ausschieben der Daten kann das Steuersignal
auf der Leitung 71 seinen vorherigen Zustand wieder annehmen und konditioniert erneut den Empfängerdecoder um kontinuierlich einen weiteren Startcode zu suchen.
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Fig. 8 zeigt, teilweise als Blockschaltbild, eine Logikschaltung des
Empfängerdecoders aus Fig. 6. Die Flipflops mit den Ausgangsanschlüssen
Q0 1 bis Q12 1 bilden einen Restspeicher. Die Polynom-Division durch g(x)
wird ausgeführt durch Multiplikation aufeinanderfolgender Speicherausgangsausdrücke
von Q-ρ' durch g(x) und durch Subtraktion des Produktes
(über EXKLUSIV-ODER-Tore 100 bis 108) vom Inhalt des Restspeichers. Eine
Rückkopplungsleitung von Q12 1 (über das NOR-Tor 109) führt zu einem
EXKLUSIV-ODER-Tor, wenn g(x) Koeffizienten von 1 hat, mit Ausnahme für
Da die Koeffizienten g(x) für die Bitpositionen 0, 2, 4, 5, 6, 7 10, 11
und 12 eins sind, ist ein EXKLUSIV-ODER-Tor am Dateneingang jedes entsprechenden
Flipflops des Restspeichers angeordnet, wie die Figur zeigt. Ein NAND-Tor 118 stellt B(x) fest, welches sowohl der Startcode als auch
der gültige Fehl erprüfcode ist. Der Empfangssteuerzähler 117 beginnt auf
ein Startsignal vom UND-Tor 120 hin zu zählen und zählt 23 Taktperioden und liefert dann ein Stop-Signal, welches mit Hilfe eines NAND-Tores 111
die Taktzuführung zu allen Decoder-Flipflops unterbricht. Eine der Veranschaulichung
dienende Ausführungsform des Empfangssteuerzählers 117 ist in Fig. 9 mit sieben Flipflops 130 bis 136 gezeigt.
Der Betriebsablauf beim Datenempfang geht folgendermaSen vor sich. Wenn
das Steuersignal auf der Leitung 71 einen hohen Wert hat, dann werden Daten durch ein UND-Tor 110 zur Divisionsschaltung 62 weitergeleitet.
Das Flipflop 119 ist zuvor eingestellt worden und sperrt die Rückkopplungssignale in der Divisionsschaltung 62 durch Blockierung des NOR-Tores 109.
Das Register 62 arbeitet nun als Schieberegister. Beim Feststellen von B(x) geht das Ausgangssignal des NAND-Tores 118 auf einen niedrigen Wert über,
und das Q-Ausgangssignal des Flipflops 119 geht um eine Taktperiode später
auf einen niedrigen Wert über. Daher wird die Rückkopplung für die Polynom-Division
durch das Ausgangssignal des UND-Tores 120 über das NOR-Tor 109 wieder hergestellt, wenn B(x) im Restspeicher festgestellt wird. Nach 63
Taktperioden bleibt der Empfangssteuerzähler 117 stehen, und das Zustandssignal auf der Leitung 75 nimmt einen hohen Wert an, was bedeutet
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2?
"Information empfangen". Das Schieberegister 60 hält die letzten 24 Bits
von I(x) fest. Zur Datenübertragung wird das Steuersignal auf der Leitung 71 auf einen niedrigen Wert gebracht. Das invertierte Ausgangssignal des
NAND-Tores 118, welches einen niedrigen Wert hat, falls der Rest nach der Division B(x) ist, wird zum Zustandssignal auf der Leitung 75 geschaltet.
Externe Taktimpulse auf der Leitung 73 bewirken sukzessive Datenverschiebungen im Speicher 60 zum Ausgangs-Datensignal auf der Leitung 74. Die
externen Taktimpulse machen auch den Restspeicher durch Einschieben von Nullen leer.
Die oben beschriebene Anordnung beschreibt einen Restspeicher, der mit
derselben Nicht-Null-Konstante beginnt und endet. Es versteht sich jedoch,
daß auch andere Anordnungen möglich sind, wenn man einen Cosetcode benutzt.
Beispielsweise kann der Restspeicher nach dem Feststellen von B(x) auf eine erste willkürliche Konstante gesetzt werden. Nach der Division
wird dann der Restspeicher auf eine richtige zweite Konstante hin überprüft. Die erste oder die zweite Konstante kann Null sein, beide Konstanten
jedoch nicht.
Es sei die vereinfachte Apparatur betrachtet, die sich aus dem hier beschriebenen
Fehlercodeschema ergibt. Weil mit dem Startcode B(x) als gültigen Rest aufgehört wird, dient der Startcode-Detektor (NAND-Tor 118)
auch als Detektor für einen gültigen Code. Weil die Division mit dem Startcode in der Divisionsschaltung beginnt, entfällt ein Steuerschritt,
in dem der Restspeicher nicht leer gemacht werden muß.
Typischerweise ordnet man Fehlercodes am Ende einer Nachricht an. Durch
Anordnung des Fehlercodes vor den Informationsbits vereinfacht sieht jedoch
die Steuerschaltung weiter, weil sie nicht Informationsbits von Fehlerbits hinsichtlich des Datenspeicherregisters 60 unterscheiden muß.
Außerdem ist die Empfangssteuerschaltung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, ein einfacher Zähler 117 mit einem Startanschluß und einem Stopanschluß,
der nur ein einziges Zeitintervall auszählen muß.
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Mit dem Videosignal wird Digital information, einschließlich Bandnummer und
Halbbildnummer aufgezeichnet und vom Plattenspieler zur Durchführung einer Anzahl von Maßnahmen benutzt. So benutzt der Plattenspieler die Bandnummerinformation,
um das Ende der Platte festzustellen (Band 63). Die Information der Halbbildnummern in ansteigender Reihenfolge wird benutzt zur Berechnung
und Anzeige der Programmspielzeit auf einer Leuchtdiodenanzeigeeinheit 22 gemäß Fig. 1. Kennt man die Länge des Programmaterials, dann kann die Information
über die Halbbildnummer zur Berechnung der restlichen Programmspieldauer
heranziehen. Für NTSC-Signale läßt sich die abgelaufene Programmzeit
in Minuten aus der Halbbildnummer dividiert durch 3600 ausrechnen. Gewünschtenfalls kann die verbleibende Programmzeit aus der vorherigen
Berechnung ermittelt werden. Dieses Merkmal ist nützlich für den Zuschauer, wenn er eine gewünschte Stelle im Programm sucht. Ein besonders zweckmäßiges
Merkmal, das aus der Information über die Halbbildnummer abgeleitet
werden kann, ist die Korrektur einer FestfahrriTle, was anschließend in
Verbindung mit dem allgemeineren Fall der Spurfehlerkorrektur erläutert werden wird.
Halbbildnummern geben die tatsächliche Position des Abtaststiftes an. Damit
läßt sich aus der ersten gelesenen gültigen Halbbildnummer die tatsächliche
Abtaststiftposition immer dann bestimmen, wenn der Abtaststift erneut in eine Rille eintritt, ob er nun Spuren übersprungen hat oder ob der Abfühlmechanismus
betätigt worden ist. Sowohl das Spurfehlerkorrektursystem als auch die Anzeigeeinrichtung für die Programmspielzeit benutzen Daten über
die Halbbildnummer und teilen sich daher in den Decoderteil des Bildplatten-Digital
da tensystems. Die spezielle Ausführung des hier noch beschriebenen Spurfehlerkorrektursystems benutzt Daten über die Halbbildnummer (Abtaststiftposition),
um den Abtaststift bei oder vor seiner zu erwartenden Position zu halten, eine vorbestimmte Relativgeschwindigkeit zwischen Abtaststift
und Aufzeichnung vorausgesetzt. Die Programmspielzeit-Anzeige benutzt
die Daten über die Halbbildnummer für eine Anzeige der Spielzeit, die tatsächlich
eine andere Darstellung der Abtaststiftposition ist.
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3Q38396
Die Mikroporzessorsteuerschaltung arbeitet mit mehreren internen Betriebsarten.
Fig. 10 zeigt ein Zustandswechseldiagramm zur Veranschaulichung der
durch das Mikroporzessorprogramm ausgeführten Betriebsartlogik. Jeder der
Kreise stellt eine Maschinenbetriebsart dar: Einlegen, Anlaufen, Aufsetzen, Spielen, Pause, Pausenverriegelung und Ende. Für jede Betriebsart ist die
Position des Abtaststiftes und der Zustand der Anzeigeeinheit im jeweiligen Kreis eingetragen. Die Pfeile zwischen den Betriebsarten zeigen die logische
Kombination der Signale, die von den Einstellern des Bedienungsfeldes gegeben
werden (Einlegen, Pause, Abtasten), welche einen Wechsel von einem Betriebszustand in einen anderen veranlassen. Das Einlegesignal zeigt an,
daS der Abspielmechanismus bereit ist, eine Bildplatte aufzunehmen. Das Pausesignal wird von einem zugehörigen Schalter des Steuerbedienfeldes
gegeben, und das Abtastsignal zeigt den Betrieb des Abtastmechanismus an.
Nach dem Einschalten des Stromes geht das System in den Einlegezustand über,
in welchem eine Bildplatte auf dem Plattenteller aufgelegt werden kann. Nach dem Auflegen geht der Plattenspieler für mehrere Sekunden in einen Anlaufzustand
über, in welchem der Plattenteller auf die volle Drehzahl von 450 Umdrehungen pro Minute gebracht wird. Am Ende dieses Anlaufzustandes
geht der Plattenspieler in den Aufsetzzustand über.
Im Aufsetzzustand senkt das Digitaluntersystem den'Abtaststift ab und sucht
kontinuierlich nach einer Abspielstelle, welche im Aufsetzbetrieb als gültiger
Startcode oder gültiger Fehlerprüfrest definiert ist. Nach dem Finden einer Abspielstelle geht das System in den Abspielbetrieb über.
Im Abspielbetrieb stellt der Mikroprozessor im Speicher eine erwartete oder
vorhergesagte Halbbildnummer ein. Die vorhergesagte Halbbildnummer wird für
jedes Halbbild erhöht oder erneuert. Für alle aufeinanderfolgenden Ablesungen benutzt der Mikroprozessor die vorhergesagte Halbbildnummer für die Durchführung
zweier zusätzlicher Prüfungen zur weiteren Verbesserung der Vollständigkeit (Integrität) der Daten.
Die erste zusätzliche Prüfung ist eine Sektorprüfjng. Die hier betrachtete
Bildplatte enthält acht Halbbilder pro Umdrehung, wodurch die Platte in acht
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Sektoren unterteilt wird. Da die gegenseitige räumliche Lage der Sektoren
festliegt, folgen die Sektoren bei der Plattendrehung einer periodisch
wiederkehrenden Reihenfolge, selbst wenn der Abtaststift eine Anzahl von Rillen überspringt. Obgleich die Digital information von einem oder mehreren
Halbbildern (Sektoren) nicht abgelesen werden kann, wenn der Abtaststift in eine neue Rille hineinspringt, merkt sich der Mikroprozessor die Zeit und
erhöht die vorhergesagte Halbbildnummer entsprechend. Wenn der Abtaststift in einer neuen Rille sitzt und eine neue digitale Nachricht aufnimmt, dann
wird die neue Halbbildnummer durch Vergleich mit der vorausgesagten HaIbbildnummer
überprüft. Ist der Sektor falsch, dann werden die Daten als Fehlabtastung angesehen.
Die Halbbildnummer wird durch eine Binärzahl von 18 Bit dargestellt. Aus der
Halbbildnummer läßt sich die Sektorinformation als Rest nach Division der
Halbbildnummer durch acht finden. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die
drei niedrigststelligen Bits einer Binärzahl eine Modulo-8-Zahl darstellen. Daher müssen die drei niedrigststelligen Bits jeder neuen Halbbildnummer
gleich den niedrigststelligsten drei Bits der vorausgesagten Halbbildnummer
sein, um die Sektorprüfung zu durchlaufen.
Eine zweite Prüfung für die Datenvollständigkeit ist die Bereichsprüfung,
eine Prüfung des maximalen Bereichs der Abtaststiftbewegung längs des Plattenradius. Es ist zu erwarten, daß im ungünstigsten Falle in jeder
Betriebsart nicht mehr als 63 Rillen übersprungen werden. Die Rillennummern werden durch die 15 höchstwertigen Bits jeder Halbbildnummer dargestellt.
Der Mikroprozessor subtrahiert die momentane Rillennummer von der vorausgesagten
Rillennummer. Wenn die Differenz größer als der akzeptable Bereich
von 63 Rillen ist, dann werden die gegenwärtigen Daten als Fehlablesung angesehen. Alle anderen Ablesungen werden als richtige Ablesungen betrachtet
und zur Erneuerung der vorhergesagten Halbbildnummer benutzt. Nach 15 aufeinanderfolgenden
Fehlablesungen geht das System wieder in den Aufsetzbetrieb über. Auch das Vorhandensein eines Abtastsignales bewirkt bei bestimmten
Betriebsarten einen Wechsel in dem Aufsetzbetrieb, wie Fig. 10 zeigt.
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Beim übergang vom Aufsetz- in den Abspielbetrieb setzt der Mikroprozessor
die Fehlablesungszählung auf 13. Das bedeutet, daß beim übergang vom Aufsetzbetrieb
in den Abspielbetrieb eines der nächsten beiden Halbbilder eine gute Ablesung ergeben muß, andernfalls erreicht der Zählerstand für schlechte
Ablesungen den Wert 15 und bewirkt eine Rückkehr in den Aufsetzbetrieb.
Wird die Pausetaste während des Abspielbetriebes gedrückt, dann geht das
System in den Betriebszustand Pause über, in welchem der Abtaststift von der Platte abgehoben wird und über diese in der jeweiligen radialen Position
gehalten wird. Läßt man die Pausentaste los, dann geht der Plattenspieler in die Betriebsart Pausenverriegelung über und verbleibt dort. Beim erneuten
Drücken der Pausentaste wird die Betriebsart Pausenverriegelung verlassen, und es erfolgt ein Wechsel zum Aufsetzbetrieb. Wenn die Bandnummer 63 festgestellt
ist, dann erfolgt der Übergang vom Betriebszustand Spielen in den Betriebszustand Ende.
Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm des vom Mikroprozessor ausgeführten Programms.
Der Mikroprozessor als Gerät enthält eine Unterbrechungsleitung und ein programmierbares Zeitsteuergerät. Ein handelsüblich erhältlicher Mikroprozessor,
der sich für das hier beschriebene System eignet, ist das Fairchild
Semiconductor Modell F8.
Der Mikroprozessor benutzt das Zeitsteuergerät zur Steuerung des Zeitfensters,
in welchem der Informationspuffer nach Daten sucht. Dieses Datenfenster ist etwa zwölf Horizontal zeilen breit und liegt zentrisch um die erwarteten Daten.
Werden keine Daten gefunden, dann hält das Zeitsteuergerät die interne Programmsynchronisierung
auf ein Halbbild-Zeitintervall aufrecht.
Die Mikroprozessor-Unterbrecherleitung wird an das auf der Leitung 75
(Fig. 4) vorhandene Zustandssignal gekoppelt. Die Unterbrechungsleitungen
werden nur im Aufsetzbetrieb aktiviert, wenn das System kontinuierlich nach
Daten sucht. Das Programm wird unterbrochen, wenn eine Digitalnachricht
auftritt. Wenn die Fehlercodeprüfung eine Gültigkeit ergibt, dann setzt
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die nicht dargestellte Unterbrechungsschaltung (interrupt service routine)
ein Unterbrechungszeichen. Danach wird das programmierbare Steuergerät im
Abspielbetrieb benutzt, um die geschätzte Zeit des Auftretens der nächsten Digitalnachricht anzugeben.
Die von den Schaltern kommenden Eingangssignale (für Einlegen, Abtasten und
Pause) weisen einen solchen Zustand auf, daß Schalterprellungen keine unerwünschten Reaktionen des Plattenspielers zur Folge haben. Das Mikroprozessorprogramm
enthält einen speziellen Logikteil, mit Hilfe dessen die Eingangssignale von den Schaltern prellfrei gemacht werden. Die Werte
der prellfreien Schaltersignale werden im Speicher gespeichert. Für jeden
Schalter wird eine getrennte Entprellzählung festgehalten. Für die Prellprüfung
154 werden die Schalter abgetastet, und es erfolgt ein Vergleich mit dem gespeicherten Schalterwert. Wenn der abgetastete und der gespeicherte
Zustand übereinstimmen, dann wird der Prellwert für den betreffenden
Schalter auf Null gestellt. Die Schalterzustände werden sooft wie möglich abgetastet. Für jedes Halbbild (nach der NTSC-Norm alle 16 Millisekunden)
werden alle Prell zähl werte unbedingt erhöht. Wenn der resultierende Prellwert
gleich oder größer als 2 ist, dann werden die gespeicherten Daten auf den neuen (entprellten) Wert gebracht. Dann wird von dem neuen Schalterzustand
ausgegangen.
Der erste programmierte Schritt (Fig. 11) nach dem Einschalten des Stromes,
ist die Ersteinstellung 150 aller Programmparameter. Das Zeitsteuergerät
wird so eingestellt, daß es ein Videohalbbild auszählt. Die Betriebsart wird auf Einlegen eingestellt.
Der nächste Schritt 152 ist ein Programm zur Durchführung der Zustandswechsel-Logikvorgänge,
wie sie Fig. 10 zeigt. Die Entprellzählwerte werden
zu diesem Zeitpunkt normalerweise erhöht und überprüft, um festzustellen,
ob ein neuer Schalterzustand völlig prellfrei ist.
Nach den Logikvorgängen 152 für die Betriebsartauswahl tritt das Programm
in eine enge Schleife 153 ein, um erstens die Entprellzählwerte für die
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Schaltereinstellungen auf Null zu tasten, falls nötig dem Schritt 154,
und zweitens zu überprüfen, ob das Zeitsteuergerät schon dicht am Ende seiner Auszählung ist, Schritt 155, und drittens zu überprüfen, ob das
Unterbrechungssignal eingestellt ist, Schritt 156.
Wenn das Unterbrechungssignal gesetzt ist, 156, dann erfolgt im Programm
ein Datentransfer 157a aus dem Informationspuffer und ein Einstellen 157b des Zeitsteuergerätes zum Auszählen eines neuen Halbbildintervalles. Wenn
die Unterbrecherschaltung das Unterbrechungssignal setzt, dann wird der Inhalt des Zeitsteuergerätes im Speicher aufgehoben. Das Programm verwendet
nun den zuvor gespeicherten Zeitsteuergerätinhalt zur Einstellung des Zeitsteuergerätes, 157b, mit einem korrigierten Wert, der die etwaige
Zeit des Auftretens der nächsten Digitalnachricht vorhersagt. Selbst wenn die Daten im Aufsetzzustand die erste gute Abtastung darstellen, dann wird
der Fehlabtastungszähler auf 13 gestellt, 157c.
Wenn das Unterbrechungssignal nicht gesetzt wird, dann verzweigt sich das
Programm gegen Ende der Zeitauszählung, 155, Befindet sich das Gerät nicht im Abspielzustand 159, dann wird der Zeitgeber (Zeitsteuerschaltung) für
die Auszählung eines anderen Halbbildintervalls gesetzt, 158. Befindet sich das Gerät im Abspielzustand 159, dann ist eine Anzahl hinsichtlich der
Zeit kritischer Aufgaben durchzuführen, 160. Das Datenfenster wird geöffnet, 160a (durch Einstellen des Steuersignals auf Leitung 71 in den
Fig. 1 bis 8 auf eine logische EINS), und zwar für sechs Horizontalzeilen vor den erwarteten Daten. Die aufgenommenen Daten werden gelesen und geprüft,
wie bereits erwähnt. Nach dem Aufnehmen der Daten, oder wenn keine Daten aufgenommen wurden, wird das Datenfenster wieder geschlossen. Der
Inhalt des Zeitgebers, welcher die tatsächliche Zeit des Auftretens der Digitalnachricht darstellt, wird als ein Korrekturfaktor benutzt, um den
Zeitgeber erneut einzustellen, 160b. Der Zeitgeber wird daher so eingestellt, daß das nächste Datenfenster über der vorausbestimmten Zeit des Auftretens
der nächsten Digitalnachricht liegt, und zwar auf Grundlage der tatsächlichen Zeit des Auftretens der augenblicklichen Digitalnachricht.
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Die erwartete Halbbildnummer wird neu eingestellt, 160c, die Bandnummer wird
für Start (Band 0) und Ende der Abspielung (Band 63) überprüft, und der Fehlabtastungszählwert wird für eine Fehlabtastung erhöht, 160g. Für gültige
Halbbilddaten im Programmbetrachtungsmaterial wird die Zeit berechnet und angezeigt, 16Of. Wenn gültige Halbbilddaten anzeigen, daß der Abtaststift
zurückgesprungen ist, dann wird die Stiftverschiebungs- oder Anstoßeinrichtung betätigt, 16Oe und der Aufsetzbetrieb beginnt. Wenn der Fehlabtastungszählwert
15 erreicht, wird ebenfalls der Aufsetzbetrieb unmittelbar begonnen.
Während der für kritische Aufgaben benutzten Zeit 160 wird die Schalterprel!überprüfung
periodisch fortgesetzt, so daß die Schalter sooft wie möglich überprüft werden. Das Programm kehrt durch die Betriebsart-Wähllogikvorgänge,
152, unmittelbar in die enge Schleife 153 zurück und wartet, bis der Zeitgebertest, 155, oder die Unterbrechungsprüfung, 156,
das Auftreten der nächsten Digitalnachricht anzeigt.
Der Zeitgeber kann eingestellt werden durch eine Eingabe in ihn unmittelbar
über programmierte Befehle. Anstatt eine Folge von Befehlen zu benutzen, ist es jedoch am besten, den Zeitgeber einzustellen durch Einrichtung eines
Platzes im Speicher (einer Markierung), welche dem ausgezählten Zustand des Zeitgebers entspricht. Der Zeitgeber läuft dann frei. Der abgelaufene
Zeitgeber oder das Ende seines Ablaufs wird festgestellt durch Vergleichen des Inhalts des Zeitgebers mit der im Speicher eingestellten Markierung.
Der nächste gewünschte Auszählungszustand wird eingestellt durch Addierung des nächsten gewünschten Zeitintervalls zum vorherigen Zeitgeberinhalt und
Speicherung des Ergebnisses im Speicher. Der Speicher wird so jedesmal eingestellt, wenn gültige Daten erhalten werden, oder wenn keine Daten
innerhalb des Datenfensters auftreten, indem eine neue Markierung im Speicher eingestellt wird entsprechend dem nächsten Auszählungszustand.
Der im Mikroprozessor bei der hier beschriebenen Anordnung benutzte programmierbare
Zeitgeber wird durch das Programm veranlaßt, Zyklen des Eingangstaktes von 1,53 MHz durch einen Faktor von 200 zu dividieren. Der
Zähler zählt somit für jeweils 200 Zyklen des 1,53 MHz-Taktes einmal.
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Ein Vertikal halbbild (bei NTSC eine sechzigstel Sekunde) dauert dann etwa
128 Zählungen des Zeitgebers. Man kann alternativ einen Zeitgeber benutzen, welcher ein anderes Vielfaches des 1,53 MHz-Taktes zählt, oder einen, welcher
eine vom Videosignal unabhängige Zeitquelle benutzt.Das Datenfenster wird
breit genug gemacht, um mehrere Zeitfehlerquellen zu erfassen. Die Zeitunsicherheit
infolge des begrenzten Auflösungsvermögens des Zeitgebers ist gleich dem geringstwertigen Bit, das zwei Horizontal zeilen entspricht.
Weil 128 Zeitgeber-Zahl werte nicht genau ein vertikales Halbbild ergeben,
ist der akkumulierte Driftfehler nach 16 aufeinanderfolgenden Halbbildern,
in denen keine gültige Nachricht angetroffen worden ist, etwas kleiner als eine Zeile. Da der Farbträgertakt von 1,53 MHz ein ungrades Vielfaches
der halben Zeilenfrequenz ist, würde ein Zeitgeber, der ein entsprechendes
Vielfaches des Farbträgertaktes zählt, eine Driftrate von Null haben. Bei der hier beschriebenen speziellen Anordnung beträgt die Programmunsicherheit
bei de. Bestimmung der Auftrittszeit von Daten etwa 97 Mikrosekunden,
oder etwa 1,5 Zeilen. Weil abwechselnde Halbbilder ineinander verschachtelt sind, dauert schließlich die Zeit von einer digitalen Nachricht zur nächsten
entweder 262 oder 263 Zeilen je nachdem, ob das augenblickliche Halbbild
ungrade oder gerade ist. Obgleich das Programm Spuren ungrader und gerader Halbbilder halten könnte, ist es einfacher, nur das Datenfenster um eine
zusätzliche Zeile zu vergrößern. Faßt man die obigen Faktoren zusammen, dann läßt sich zeigen, daß ein Datenfenster, das sich über drei Zeitgeberzählungen
(etwa sechs Zeilen) sowohl vor als auch nach dem Start der erwarteten Daten erstreckt, auch für die ungünstigsten zeitlichen Zustände
ausreichend ist.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Information über die Halbbildnummer
zum Feststellen blockierter Rillen führen. Wenn die neue Halbbildnummer
(nach der Sektor- und Bereichsprüfung) kleiner als die erwartete Halbbildnummer ist, dann ist der Abtaststift zurückgesprungen und wiederholt die
Spurabtastung einer oder mehrerer bereits vorher abgespielter Rillen, also
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ist eine blockierte Rille aufgetreten. Wenn die neue Halbbildnummer größer
als die erwartete Halbbildnummer ist, dann ist der Abtaststift vorgesprungen,
also in Richtung auf die Plattenmitte. Bei der vorliegenden Erfindung werden übersprungene Rillen ignoriert; wenn die neue Halbbildnummer größer ist
(aber noch die Sektor- und Bereichsprüfung erfüllt), dann wird das erwartete Halbbildung auf das neue Halbbild umnumeriert (daß es also diesem
als neuen Stand entspricht). In bestimmten anderen Anwendungsfallen, etwa
solchen, wo die Bildplatte benutzt wird, um Digital information auf vielen Horizontalzeilen aufzuzeichnen, kann es notwendig sein, die übersprungenen
Rillen festzustellen und zu korrigieren. Für die hier betrachtete Videoanwendung
erfolgt eine Korrektur der blockierten Rille durch Betätigung einer Verschiebungs- oder Anstoßeinrichtung für den Abtaststift, bis dieser
in die erwartete Spur zurückgekehrt ist. Dabei wird der Abtaststift über
die fehlerhafte Rille hinweggehoben.
Im allgemeineren Sinne stellt die erfindungsgemäße Verwendung der HaTbbildnummerinformation
ein genaues Mittel dar, um allgemeine SpurfehTer festzustellen. In jedem Bildplattensystem mit spiralförmigen oder kreisförmigen
Spuren, einschließlich optischer und rillenloser Systeme, sind
immer Spurfehler infolge von Defekten oder Verunreinigungen möglich. Das hier beschriebene System bietet die Möglichkeit, solche Spurfehler bei
einem Bildplattenspieler festzustellen und zu korrigieren. Für eine positive Spurverfolgung ist eine in beiden Richtungen arbeitende Anstoß- oder Verschiebeeinrichtung
vorgesehen, welche den Abnehmer im Programmaterial vorwärts oder rückwärts bewegen kann. Wenn somit ein Spurfehler ermittelt
worden ist, sei es eine übersprungene oder eine blockierte Spur, dann wird der Abnehmer in einer solchen Richtung bewegt, daß der Spurfehler korrigiert
wird. Wenn man auch die normale Abnehmerservoeinrichtung für Zwecke der
Spurfehlerkorrektur heranziehen könnte, so ist doch eine getrennte Anstoßeinrichtung
oder Repositionierungseinrichtung für den Abnehmer vorzuziehen. Die normale Servoeinrichtung ist im allgemeinen geeignet für eine
stabile Spurverfolgung einer spiralförmigen Signalspur und kann nicht die richtigen Eigenschaften für die Reaktion auf plötzliche Spurfehler aufweisen.
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Andererseits kann eine separate Anstoßeinrichtung speziell dafür gebaut
werden, daß sie so schnell anspricht, wie es für die Korrektur von Spurfehlern notwendig ist. Ein besonderes Beispiel einer Anstoßeinrichtung
zur Verwendung bei dem hier beschriebenen System findet sich in der US-Patentanmeldung USSN 39,358 von E. Simshauser mit dem Titel "TRACK
SKIPPER APPARATUS FOR VIDEO DISC PLAYER" vom 15. Mai 1979, welche auf die Anmelderin auch der vorliegenden Anmeldung übertragen ist.
Es sind verschiedene Steuer- oder Regel algorithmen möglich. Der Abnehmer
kann direkt zurückgeführt werden, um die Spur durch Hervorrufung einer Abtaststiftbewegung zu korrigieren, die proportional der Größe des festgestellten
Spurfehlers ist. Die Anstoßeinrichtung kann aber auch durch eine Reihe von Impulsen betätigt werden, wobei die Anzahl der Impulse proportional
der Größe des festgestellten Spurfehlers ist. Der Abnehmer wird um eine
vorgegebene Anzahl von Spuren durch Impulse bewegt, bis der Abtaststift in die erwartete Spur zurückgekehrt ist. Bei bestimmten Anwendungen (beispielsweise
bei der Wiedergewinnung digitaler Daten, die auf einer Bildplatte gespeichert sind) kann es erwünscht sein, den Abnehmer auf den Punkt
seines Weglaufens zurückzubringen und einen zweiten Ableseversuch zu machen, anstatt den Abnehmer in die erwartete Spur zurückzubringen. In jedem Fall
zeigt sich, daß man durch Verwendung einer Anstoßeinrichtung und einer geeigneten Steuerlogik eine erfolgreiche Spurabtastung erhalten kann, selbst
wenn die Bildplatte Defekte oder Verschmutzungen aufweist, die andernfalls
zu nichtakzeptierbaren Spurfehlern führen würden.
Bei einem digitalen Spurkorrektursystem ist die Sicherheit gegen unbemerkte
Datenfehler besonders wichtig, um zu verhindern, daß gestörte Signale den Abnehmer unnötigerweise vor-oder zurücksetzen. Das hier beschriebene Datensystem
verringert die Wahrscheinlichkeit eines unentdeckten Ablesefehlers
auf vernachlässigbar kleine Werte.
In einer groben Näherung kann man die Wahrscheinlichkeit abschätzen, daß
ein zufälliges digitales Eingangssignal von dem Datensystem als gültige
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Nachricht angesehen wird, die eine nicht der Reihenfolge entsprechende
Halbbildnummer enthält, so daß die Anstoßeinrichtung für den Abtaststift
betätigt wird. Die Zufallswahrscheinlichkeit eines guten Startcodes beträgt
1 zu 2 . Die Zufallswahrscheinlichkeit eines guten Fehlercodes beträgt
ebenfalls 1 zu 2 . Die Zufallswahrscheinlichkeit einer guten Halbbildnummer
wird folgendermaßen berechnet. Die Halbbildnummern enthalten 18 Bits. Weil
bei dem betrachteten System eine Platte acht Sektoren hat, bezeichnen die
am wenigsten signifikanten 3 Bits jeder Halbbildnummer die Sektornummer,
welche zu der erwarteten Sektornummer passen muß. Die verbleibenden 15 Bits, welche die Rillennummer bezeichnen, können sich in einem zulässigen Bereich
18 verändern (^ 63 Rillen). Daher durchlaufen nur 126 von 2 zufälligen
Halbbildnummern die Sektor- und Bereichsprüfungen. Berücksichtigt man
alle Sicherheitsbetrachtungen, da
nicht bemerkten Fehlers 126 zu 2
nicht bemerkten Fehlers 126 zu 2
alle Sicherheitsbetrachtungen, dann beträgt die Wahrscheinlichkeit eines
,44
Die obige Abschätzung beruht auf der Annahme rein zufälliger Eingangssignale
ohne Berücksichtigung verschiedener Faktoren, welche- die Wahrscheinlichkeit
eines unentdeckten Fehlers noch weiter verringern.
Beispielsweise sind bei einer Bildplattenspur Farbsynchronsignal störungen,
wo irrtümliche Bits nebeneinander liegen, wahrscheinlicher als andere
Störungsarten. Wie bereits erwähnt wurde, stellt der spezielle gewählte
Fehlercode alle einzelnen Farbsynchronsignal fehl er bis zu 13 Bits fest
und ebenso einen höheren Prozentsatz aller längerer Farbsynchronsignale. Wie ebenfalls bereits erläutert wurde, reduziert die Wahl eines Nicht-Null-Restes
für den Fehlerprüfcode (ein Cosetcode) weiterhin die Wahrscheinlichkeit unentdeckter Fehler. Auch der speziell gewählte Startcode, ein Barker-Code,
verringert die Wahrscheinlichkeit, daß Störungen zu einer fälschlichen Startcodefeststellung führen.
Das auf Bildplattensysteme angewandte hier beschriebene Datensystem ergibt
eine relativ niedrige Rate unentdeckter Fehler, und Fehlalarme, die andern-
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falls zu unnötigen Abtaststiftbewegungen führen würden, sind erheblich
reduziert. Die von dem beschriebenen System gegebene Datensicherheit verbessert
die Stabilität vieler Plattenspielerfunktionen, wie die Anzeige der Programmspielzeit, die für die richtige Betriebsweise von den aufgezeichneten
Digitaldaten abhängen.
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Claims (8)
1.) Mikroprozessorgesteuerter Bildplattenspieler für die Wiedergabe einer
Bildplatte, auf der ein ein Hilfsträgersignal enthaltendes Videosignal aufgezeichnet
ist, daß außerdem ein in einer Horizontalzeile codiertes digitales Informationssignal enthält, gekennzeichnet durch eine
Videosignalverarbeitungsschaltung zur Feststellung des Videosignals und eine in der Videosignalverarbeitungsschaltung enthaltene Bezugsschaltung,
welche das Videosignal auf einen vorbestimmten Leuchtdichtepegel bezieht zur Erzeugung eines Differenzsignals entsprechend dem aufgezeichneten Digitalinformationssignal,
und durch eine Steuerschaltung, welche auf das Differenzsignal hin das aufgezeichnete Digitalinformationssignal feststellt.
2.) Bildplattenspieler nach Anspruch 1, bei dem das Digitalinformationssignal
in einer Horizontalzeile neben einer Zeile konstanter Helligkeit
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codiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Differenzsignal erzeugende Schaltung einen Speicher enthält, welcher eine Horizontalzeile des Videosignals in einem Verzögerungsspeicher speichert,
sowie eine Subtrahierschaltung zur Subtrahierung der zuvor gespeicherten Horizontalzeile von einer augenblicklichen Horizontalzeile des Videosignals
zur Erzeugung eines Differenzsignals entsprechend dem Digital informationssignal.
3.) Bildplattenspieler nach Anspruch 1, bei welchem das Digital informationssignal
in einer Horizontalzeile neben einer Horizontal zeile konstanter Helligkeit
codiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die das Differenzsignal erzeugende Schaltung ein Kammfilter enthält,, welches
bei Zuführung des festgestellten Videosignals ein verarbeitetes Videoausgangssignal
liefert, daß die Differenz zwischen der das Digitalinformationssignal
enthaltenden Zeile und der die konstante Helligkeit enthaltenden Zeile darstellt.
4.) Bildplattenspieler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Videosignal Verarbeitungsschaltung eine Trennschaltung enthält, welche bei Zuführung des festgestellten Videosignals das
Hilfsträgersignal von diesem abtrennt, und daß die Steuerschaltung eine
Abtastschaltung enthält, welche unter Steuerung durch das Hilfsträgersignal das verarbeitete Videosignal synchron mit dem Hilfsträgersignal abtastet.
5.) Bildplattenspieler nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem das aufgezeichnete
Digitalinformationssignal einen Startcode enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung weiterhin eine Synchronisierschaltung
mit einem Startcodedetektor zur Feststellung des Startcodes in der ermittelten Digital information und mit einer auf die Startcodefeststen
ung hin die Steuerschaltung mit der im Videosignal aufgezeichneten Digital information synchronisierende Schaltung enthält.
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6.) Bildplattenspieler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Synchronisierschaltung von der Art ist, daß sie ein in Digitalform durch
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dargestellten Startcode feststellt.
dargestellten Startcode feststellt.
7.) Verfahren zur Synchronisierung des Digital Steuersystems mit dem Videosignal
bei einem Bildplattenspieler, zum Abspielen einer Bildplatte, auf der ein Videosignal aufgezeichnet ist, daß entsprechend einem einen Startcode enthaltenden Datenwort moduliert ist, wobei das Datenwort bezüglich
des Vertikal synchronintervalls in derselben Horizontal zeile jedes Halbbildes
codiert ist, wobei ferner der Bildplattenspieler einen bei Zuführung
des aufgezeichneten Videosignals die einzelnen Bits eines empfangenen Datenworts
feststellenden Empfänger sowie ein digitales Steuersystem zur Steuerung des Bildplattenspielers enthält, gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
a) Festellen eines ersten Startcodes durch Speichern einer vorbestimmten
Anzahl von Bits des empfangenen Datenwortes bis der erste Startcode festgestellt wird,
b) Speichern eines Teils des dem festgestellten Startcodes folgenden empfangenen
Datenwortes,
c) Definierung eines Torzeitintervalles vom Beginn des festgestellten Startcodes mit einer Länge, die näherungsweise gleich einem Halbbildzeitintervall
vom Beginn der das codierte Datenwort enthaltenden Horizontalzeile
ist, und
d) Feststellen eines nachfolgenden Startcodes nach dem Ende des Torzeitintervalls
durch Speicherung einer vorbestimmten Anzahl von Bits des empfangenen Datenwortes bis zum Feststellen des nachfolgenden Startcodes.
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8.) Verfahren nach Anspruch 7 zur Synchronisierung eines einen Zähler enthaltenden
Digital Steuersystems mit einem Videosignal, ge kenn, zeichne
t durch die Schritte
e) zeitliche Definierung eines Datenfensterszeitintervalls, welches vor
dem Ende des Torzeitintervalls beginnt und über dieses Ende hinausreicht,
jedoch kürzer als das Torzeitintervall ist,
f) Feste!lung, ob ein nachfolgender Startcode innerhalb des Datenfensterzeitintervalls
ermittelt worden ist,
g) Einstellung des Zählers auf einen vorgegebenen Zählwert, falls der nachfolgende
Startcode innerhalb des Datenfensterzeitintervalls ermittelt
worden ist, und Rückkehr zum Schritt b),
h) Erhöhung des Zählerstandes, falls der nachfolgende Startcode nicht innerhalb
des Datenfensterzeitintervalls ermittelt ist,
i) Bestimmung, ob der Inhalt des Zählers größer als ein vorbestimmter Wert
ist und Rückkehr zum Schritt a), wenn der Inhalt des Zählers größer als der vorbestimmte Wert ist, und
j) Definierung eines weiteres Torzeitintervalls , welches gleich einem
Videohalbbildzeitintervalls vom Ende des vorangegangenen Torzeitintervalls
ist, falls der Inhalt des Zählers nicht größer als der vorbestimmte Zäh1 wert
ist, und Rückkehr zum Schritt d).
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