SE456708B - Foerfarande foer kodning av en sekvens av block av binaera kanalbitar, demodulator foer avkodning av databitarna som aer kodade i enlighet med foerfarandet, samt ett uppteckningsmedium med en informationsstruktur som innehaaller sek - Google Patents

Description

456 708 ra synkroniseringssekvensen skulle detta förstöra synkroniseringssignalens en- tydighet och följaktligen dess lämplighet för detta ändamål. Det kan vidare krävas att övergångarna ej följer alltför tätt på varandra för att intersym- bolinterferensen skall begränsas. C I fallet med magnetisk eller optisk uppteckning kan detta krav också vara relaterat till informationstätheten på uppteckningsmediet emedan, om, vid ett förutbestëmt ninimiavstånd mellan två konsekutiva övergångar på uppteckningsme- diet, det dä=emot svarande minimitidsintervallet (Tmin) hos signalen som skall upptecknas ökar, informationstätheten ökas i samma grad. Även den erfor- mín) är korrelerad till minimiavståndet Tmin mellan övergångar (Bmin=1/2Tmín).

Om man använder informationskanaler som ej överför likström, såsom vanli- gen är fallet vid magnetiska uppteckningskanaler, resulterar detta i kravet att symbolsekvenserna i infonnationskanalen skall innehålla lägsta möjliga (even- derliga minimibandbredden (B tuellt ingen) likströmskomponent.

MÅL Këflâíßí *ífllß - Ett förfarande av inledningsvis beskrivet slag behandlas i referensen D (1). Artikeln avser blockkoder baserade på d-, k- eller (d,k)-begränsade q-nära block av symboler, vilka block uppfyller iöljande villkor: (a) d-begränsning: två symboler av "1“-typ är separerade genmn en följd av minst d konsekutiva symboler av "O"-typ; (b) k-begränsning: maximala längden av en följd av konsekutiva symboler av ty- pen "D" är k.

En sekvens av t.ex. binära databitar delas upp i konsekutiva och sekven- tiella block med vardera m databitar. Dessa block med m databitar kodas till block av n infonnationsbitar (n > m). Emedan n > m överstiger antalet kombina- tioner med n informationsbitar antalet möjliga block av databitar (2m). Om t.ex. d-restriktionskravet tillämpas på blocken av informationsbitar, som skall översändas eller upptecknas, väljes en transformation (mapping) av de Zm blocken av databitar till likaledes 2m block av informationsbitar (av ett möjligt antal av 2" block) så att transformation bara utföres på de block av informationsbitar som uppfyller det ställda kravet.

Tabell I på sid 439 i referensen D (1) visar hur många olika block av in- formationsbitar det finns beroende på längden av blocket (n) och det krav som ställes på d. Det finns således åtta block av informationsbitar med en längd n = 4 vid villkoret att minimiavståndet d = 1. Följaktligen kan block av databi- tar med en lângd m = 3 (23 = 8 dataord) representeras genom block av informa- 456 708 tionsbitar med en längd n = 4, varvid två konsekutiva symboler av "1"-typ i blocken av informationsbitar är separerade med minst en symbol av "0"- typ. I detta exempel blir kodningen därvid (<&--? ) anger transformation av ett block till det andra blocket och omvänt): ooo <--> oooo ' 001 <"'__> 0001 010 <:"“°'0010 011 <--> o1oo 100 <*”'fi> 0101 101 <=-fi> 1000 110 1001 111 <2-~> 1010 Vid uppsättning av blocket av infonnationsbitar är det emellertid i vissa fall ej möjligt att tillfredsställa kravet (i exemplet d-villkoret) utan att vidta ytterligare åtgärder. I den nämnda artikeln föreslås att inkludera sepa- rationsbitar mellan blocken av informationsbitar. För fallet med d-villkorskod- ning är ett block av separationsbitar innefattande d-bitar av typen "0" till- räckligt. I det ovan nämnda exemplet där d = 1 är därför en separationsbit (en nolla) tillräckligt. Varje block med tre öatabitar kodas därvid genom 5 (4 + 1) kanalbitar.

Denna kodningsmetod har den nackdelen att bidraget av låga frekvenser (omfattande likström) till frekvensspektrat för strömmen av kanalbitar blir relativt högt. En annan nackdel är att kodningsomvandlarna (modulator, demodu- lator), i synnerhet demodulatorn, blir komplicerade.

Vad beträffar den första nackdelen observeras att referensen D (2) anger att likströmsobalansen hos (d,k)- villkorskoder kan begränsas genom sammankopp- ling av blocken av kanalbitar medelst en s.k. inverterande eller ej inverteran- de länk. Då man gör så väljes tecknet hos bidraget från det momentana blocket av kanelbitar till likströnsobalansen så att likströmsobalansen hos de föregå- ende blocken av kanalbitar reduceras. Härvid avses emellertid en (d,k)- vill- korskod, vars block av infonnationsbitar kan länkas upp utan att komma 1 kon- flikt med (d,k)- villkoret, så att tillsättandet av separationsbitar av (d,k)- villkorsskäl ej är nödvändigt.

(B) Sammanfattning av uppfinningen.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande av inled- ningsvis beskrivet slag för kodning av en sekvens av binära databitar till en sekvens av binära kanalbitar, vilket förfarande förbättrar lågfrekvensspektrum- 456 7os egenskaperna hos den signal, som avleds från kanalbitarna, och vilket förfaran- de möjliggör användning av en enkel demodulator. _ Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas därav att det innefattar föl- jande steg. 1. Omvandling av block innehållande m-bitar av databitar till block innehål- lande n bitar av informationsbitar, 2. Generering av en grupp av möjliga sekvenser av kanalbitar, varvid varje sekvens innefattar minst ett block av informationsbitar och ett block av sepa- rationsbitar, varvid dessa möjliga sekvenser vardera innefattar blocken av in- formationsbitar kompletterade med en av de möjliga bitkombinationerna för bloc- ken av separationsbitar; 3. Bestämning av likströmsobalansen hos var och en av de möjliga sekvenserna av kanalbitar som bestämts i det föregående steget, 4. Bestämning för var och en av de möjliga sekvenserna av kanalbitar summan av antalet separationsbitar och antalet konsekutíva och sekventiella informa- tionsbitar av typen "O" som omedelbart föregår en bit av "1“-typ och summan av antalet som följer efter en bit av "l"-typ, vilken bit bildar en del av ett av blocken av separationsbitar, samt summan av antalet separationsbitar och anta- let konsekutiva och sekventiella informationsbitar av "0"-typen som omedelbart föregår och följer efter detta block av separationsbitar, . Generering av en första indikationssignal för de sekvenser av kanalbitar för vilka värdena av summan, som bestämts i det föregående steget, är högre än 2 d men ej mer än = k. 6. Utväljning bland sekvenserna av kanalbitar, som resulterat i den första indikationssignalen, av den sekvens av kanalbitar som minimerar likströmsoba- lansen.

C. Sammanfattning av ritningarna.

Utföringsformer av uppfinningen och deras fördelar kommer nu att beskrivas med hänvisning till ritningarna, där fjg_l visar några bitsekvenser för att illustrera en utföringsfonn av kodningsformatet enligt uppfinningen,_fig_§ vi- sar några andra utföringsformer av formatet för den kanalkodning som användes vid reduktionen av likströmsobalansen enligt uppfinningen,_fig_§ visar ett flö- desschema för en utföringsfonn av förfarandet enligt uppfinningen, fig_í illu- strerar ett block av synkroniseringsbitar för användning vid förfarandet enligt uppfinningen, fjg_§ visar en utföringsform av en modulator i enlighet med upp- finningen för avkodning av databitar, vilka kodats i enlighet med förfarandet, fig_ §_ visar en utföringsfonn av medel för att detektera en sekvens av syn- kroniseringsbitar enligt uppfinningen och jjg_Z visar en utföringsfoñm av ett ram-format avsett att användas vid förfarandet enligt uppfinningen. 456 708 Hotsvarande element har försetts med samma hänvisningsbeteckningar i de olika figurerna. Égfišfíåfiäflššf' ' (1) Tang, D.T., Bahl, L.R., "Block codes for a class of constrained noiseless channels". Information and Control, Vol. 17. nr 5, Dec. 1970, sid 436-461. (2) Patel, A.M., "Charge-constrained byte-oriented (0,3) code", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 19, Nr. 7. Dec. 1976, sid 2715-2717.

E. Beskrivning av utföringsfonnerna.

Fig 1 visar några bitsekvenser för att illustrera förfarandet för kodning av en ström av binära databitar (fig la) till en ström av binära kanalbitar (fig lb). Strömmen av databitar uppdelas i konsekutiva och sekventiella block BD. Varje block av databitar omfattar m databitar. Såsom exempel kommer valet m = 8 att användas i den fortsatta beskrivningen och i figurerna. Detsamma gäller emellertid för varje annat värde på m. Ett block med m databitar BDi innefat- tar generellt en av Zm möjliga bitsekvenser.

Sådana bitsekvenser är inte så lämpliga för direkt optisk eller magnetisk uppteckning och detta av flera skäl. Om nämligen två datasymboler av typen "1", vilka t.ex. upptecknas på uppteckningsmediet såsom en övergång från en magne- tiseringsriktning till den andra eller såsom en övergång till en grop, följer omedelbart efter varandra får dessa övergångar inte ligga alltför nära varandra med tanke på deras inbördes interaktion. Detta begränsar infonnationstätheten.

Samtidigt ökas den minimibandbredd Bmin som krävs för att överföra eller upp- teckna bitströmmen,om minimiavståndet Tmín mellan konsekutiva övergångar (Bmin=1/Zïmínl är litet. Ett annat krav, som ofta gäller för datatransmis- sionssystem och optiska eller magnetiska uppteckningssystem, är att bitsekven- serna måste ha tillräckliga övergångar för att från den transmitterade signalen skall kunna återvinnas en klocksignal, med vilken synkronisering kan utföras.

Ett block ned m nollor som i värsta fall föregås av ett block, som slutar med ett antal nollor och efterföljes av ett block, som börjar med ett antal nollor skulle äventyra klocksignalgenereringen.

Informationskanaler som ej överför likström, såsom magnetiska uppteck- ningskanaler, måste vidare uppfylla kravet att dataströmmen som skall uppteck- nas innefattar en likströmskomponent, som är så liten som möjligt. Vid optisk uppteckning är det önskvärt att den lågfrekventa delen av dataspektrat är un- dertryckt i största möjliga utsträckning med tanke på servostyrningen.

Dessutom blir demodulationen förenklad om likströmskomponenten är relativt li- ten. 456 708 Av de ovan nämnda och av andra skäl utföres en s.k. kanalkodning på data- bitarna innan de transmitteras via kanalen eller innan de upptecknas. I fallet med blockkodning (referensen D (ll) kodas blocken av databitar, som vart och gett innehåller m bitar, såsom block av informationsbitar som vartdera innefat- tar nl infonnationsbitar. Fig 1 visar hur blocket av databitar BDi omvand- las till ett block av informationsbitar Bli. Såsom ett exempel användes valet n1=14 i den följande beskrivningen och i figurerna. Då nl är större än m utnyttjas inte alla kombinationerna som kan bildas med nl bitar: De kombina- tioner som inte passar bra till den utnyttjade kanalen användes ej. I exemplet behöver således endast 256 ord väljas bland de mer än 16000 möjliga kanalord för den erforderliga en-till-en transformationen av dataord till kanalord.

Följaktligen kan vissa krav ställas på kanalorden. Ett krav är att mellan två konsekutiva informationsbitar av en första typ, typen "1", minst d sekventiella och konsekutiva informationsbitar av en typ, typen "0", ligger inom samma block med nl informationsbitar. Tabell I på sid 439 i referensen D (1) visar hur många sådana binära ord det finns beroende på värdet på d. Det framgår av tabellen att det för nl = 14 finns 277 ord med minst två (d = 2) bitar av typen "O" mellan konsekutiva bitar (av typen "l"). Vid kodning av block med 8 databitar av vilka det kan finnas 28 = 256 kombinationer, som block av 14 kanalbitar kan därför kravet d = 2 lätt tillfredsställas.

Sammanställning av blocken av informationsbitar Bli är emellertid ej möjlig utan ytterligare åtgärder, om samma krav på d-villkor inte bara gäller inom ett block med nl bitar utan också sträcker sig över gränsen mellan två konsekutiva block. För detta ändamål föreslår referensen D (1) (sid 451) att införa en eller flera separationsbitar mellan blocken av kanalbitar. Det är lätt att se att om ett antal separationsbitar av typen "0", som minst är lika med d, införes d-villkoret blir uppfyllt. Fig 1 visar att ett block av kanalbi- tar BCí består av blocket av informationsbitar BI¿ och ett block av separa- tionsbitar BSi. Elocket av separationsbitar innefattar na bitar så att blocket av kanalbitar BC¿ omfattar nl + nz bitar. Såsom exempel kommer valet n2g= 3 att användas i den fortsatta beskrivningen och i figurerna såvi- da inte annorlunda anges.

För att göra klockgenereringen så tillförlitlig som möjligt kan ett ytter- ligare krav vara att det maximala antalet bitar av typ "0", som kan uppträda utan avbrott mellan två konsekutiva bitar av typ "1" inom ett block av infonma- tionsbitar, är begränsat till ett förutbestämt värde k. I exemplet där m = 8 och nl = 14 är det t.ex. möjligt att av de 277 orden som uppfyller kravet d = 2 eliminera de ord, som har ett mycket högt värde på k. Det framgår att k kan - 456 708 vara begränsat till 10. Följaktligen transformeras en grupp av 28 (generellt Zm) block av databitar med 8 bitar vardera (generellt m) till en grupp som också omfattar 28 (generellt 2m) block av informationsbitar, vilka informa- tionsbitar har valts bland 214 (generellt 2"1) möjliga block av infonma- tionsbitar, vilket delvis är resultat av det faktum att följande krav har ställts: d = 2 och k = 10 (generellt d,k-villkor). Man är fortfarande fri att välja vilket block av blocken av databitar som skall tillordnas ett av blocken av informationsbitar. I den nämnda referensen (Dl) är en översättning från databitar till informationsbitar entydigt bestämd i en matematiskt sluten form. Även om denna översättning i princip kan användas ges företräde för en annan association, såsom förklaras i det efterföljande.

Sammansättning av de ytterligare k-begränsade kanalorden BIi är endast möjlig, vilket också gäller för de d-villkorliga blocken, om separationsblocken har anordnats mellan blocken av informationsbitar Bli. I princip kan samma separationsblock med n2 bitar vardera användas för detta ändamål då kraven på d-villkor och k-villkor ej står i motsats till varandra utan är ganska komple- mentära. Om således summan av antalet bitvärden av typ "0", som föregår ett givet separationsblock,_övcrstiger antalet värden som följer efter detta sepa- rationsblock och de nz bitarna i separationsblocket självt överstiger värdet k så skall åtminstone ett av bitvärdena av typen "O" i separationsblocket er- sättas med ett bitvärde av typen "l" för att bryta sekvensen av nollor till sekvenser, som vardera ej är mer än k bitar långa.

Förutom deras funktion att säkerställa att kraven på (d,k)- villkor är uppfyllda kan separationsblocken vara så dimensionerade att de också kan ut- nyttjas för att minimera likströmsobalansen. Detta är baserat på insikten om det faktum att för vissa sammanställningar av block av informationsbitar ett förutbestämt format på blocket av separationsbitar är föreskrivet, men att i ett stort antal fall antingen inga krav eller endast begränsade krav är ställda på fonnatet hos blocket av separationsbitar. Den sålunda erhållna graden av frihet användes för att minimera strömobalansen.

Uppkomsten av likströmsobalansen och dess tillväxt kan förklaras på föl- jande sätt. Blocket av infonnationsbitar B11 som är visat i fig 1 b uppteck- nas på uppteckningsmediet, t.ex. i fonn av ett NRZ-markeringsformat. Vid detta fonnat markeras en "1":a genom en övergång vid början av den aktuella bitcellen ch blir "O" då ingen övergång upptecknas. Bitsekvensen som är visad vid B11 antar då en fonn som är betecknad med WF, i vilken fonn denna bitsekvens upp- tecknas på uppteckningsmediet. Denna sekvens har en likströmsobalans då i den föreliggande sekvensen den positiva nivån har en längd, som är större än den 456 708 s negativa nivån. Ett mått som ofta användes för likströmsobalansen är det digi- tala summavärdet, forkortat till d.s.v. Om man antar kurvformens nivåer vara NF + 1 respektive - 1 blir värdet på d.s.v. därvid lika med den löpande integralen av kurvformen NF och är + 6 T i det i fig 1 visade exemplet, varvid T är läng- den pâ ett bitintervall. Då sådana sekvenser upprepas kommer likströmsobalansen att växa. Generellt resulterar denna likströmsobalans i en baslinjeförskjutning som reducerar det effektiva signal-brusförhållandet och följaktligen tillför- litligheten i detekteringen av de upptecknade signalerna.

Blocket av separationsbitar BSí användes på följande sätt för att be- gränsa likströmsobalansen. Vid en given tidpunkt tillföres ett block av databi- tar Bßi. Detta block av databitar BDi omvandlas till ett block av infonna- tionsbitar B1í,t.ex. medelst en tabell som är lagrad i ett minne. Därefter genereras en grupp av möjliga block av kanalbitar innehållande lnlfnz) bitar. Alla dessa block innefattar samma block av informationsbitar (bitceller- na 1 till 14 i fig lb) kompletterade med de möjliga bitkombinationerna av de ng separationsbitarna (bitcellerna 15,16 och 17 i fig lb). I det i fig lb visade exemplet alstras följaktligen en grupp bestående av 2"/2= 8 möjliga block av kanalbitar. Därefter bestämmas följande parametrar från vart och ett av de möjliga blocken av kanalbitar, i princip i en godtycklig följd: a) det fastlägges för det aktuella möjliga blocket av kanalbitar med hänsyn till det föregående blocket av kanalbitar, om d-villkorskravet och k-villkors- kravet ej är i konflikt med formatet hos det föreliggande blocket av separa- tionsbitar: b) bestämning av värdet på d.s.v. för det aktuella, möjliga blocket av kanal- bitar.

En första indikationssignal genereras för de möjliga block av kanalbitar som ej är i konflikt med d-villkorskravet och k-villkorskravet. Valet av kod- ningsparametrarna garanterar att en sådan indikationssignal genereras för åt- minstone ett av de möjliga blocken av informationsbitar. Av de möjliga blocken av kanalbitar, för vilka en första indikationssignal har genererats, väljes t.ex. slutligen det block av kanalbitar vilket i absolut mening har det lägsta värdet på d.s.v. Men en ytterligare bättre metod är ackumulering av värdet på d.s.v. för de föregående blocken av kanalbitar och att bland blocken av kanal- bitar, som är tänkbara för den nästföljande transmissionen, väljes det block som kommer att bringa absolutvärdet av det ackumulerade värdet av d.s.v. att minska. Det således valda ordet transmitteras eller upptecknas.

En fördel med denna metod är att separationsbitarna, som redan är nödvän- diga för andra ändamål, nu även kan utnyttjas på ett enkelt sätt för begräns- 456' 708 ning av likströmsobalansen. En ytterligare fördel är att inflytandet på signalen som skall transmítteras, begränsas till blocken av separationsbitar och sträcker sig ej till blocken av informationsbitar (om man bortser från polariteten på vågformen som transmitteras eller upptecknas). Demodulationen av den uppteckna- de signalen efter avläsning är därvid enbart relaterad till informationsbitar- na. Separationsbitarna kan lämnas utan beaktande.

Fig 2 visar nâgra ytterligare utföringsformer av förfarandet. Fig 2a visar schematiskt sekvenserna av block av kanalbitar.....,BCi_1, BC¿, BCi+1,... ....., vilka block innefattar ett förutbestämt antal av (nl + n2) bitar.

Varje block av kanalbitar innefattar block av informationsbitar bestående av nl bitar och block av separationsbitar ......BSi_1, BSí, BSi+1, ....., vardera bestående av nz bitar.

I denna utföringsfonn bestämmes likströmsobalansen över flera block, t.ex. såsom är visat i fig Za över tvâ block av kanalbitar BCí och BCi+1. Lik- strömsobalansen bestämmes på ett liknande sätt som det som beskrivits för ut- föringsfonnen i fig 1 under förutsättning att de möjliga fonmaten av superblock genereras för varje superblock SBCí, d.v.s. blocken av informationsbitar för block BC¿ och block BCi+1 kompletteras med alla de möjliga kombinationerna, som kan bildas med de n2 separationsbitarna i block BSi och block BSi+l.

Den kombination som minimerar likströmsobalansen väljes därefter ur denna grupp. Detta förfarande har den fördelen att den återstående likströmsobalansen har en mera jämn karaktär då den kommer avser mer än ett block av kanalbitar som gör ingreppet optimalt.

En fördelaktig variant av detta förfarande har det kännetecknet att super- blocket SBCi (fig Za) skiftas ett block av kanalbitar sedan likströmsobalan- sen har minimerats. Detta betyder att block BCí (i fig 2a) som är en del av superblocket SBCi behandlas och att det efterföljande superblocket SBCi+1 (ej visat) innehålelr blocken BCi+1 och BC¿+2 (ej visade) för vilka den ovan beskrivna likströmsobalansminimeringsoperationen genomföres. Således är blocket BC¿+1 en del både av superblocket SBC¿ och det efterföljande blocket SBC¿+1. Det är därvid helt möjligt att (det provisoriska) valet för separationsbitarna i blocket BS¿+1 som görs i superblocket SBCi skiljer sig från det slutgiltiga valet som görs i superblocket SBC¿+1. Då varje block bestämmes flera gånger (två gånger i det föreliggande exemplet) reduceras lik- strömsobalansen och följaktligen störningsbidraget ytterligare.

Fig Zb visar en annan utföringsform i vilken likströmsobalansen bestämmes för flera block samtidigt (SBCJ), t.ex. såsom är visat i fig 2b för fyra block av kanalbitar BCj(l); BCj(2), BCj(3) och BCj(4). Vart och ett av desša 456 708? M block av kanalbitar innefattar ett förutbestämt antal av nl infonnationsbi- tar. Antalet separationsbitar som finns i blocken av separationsbitar BSj(1), BSj(2), BSj(3) och BSj(4) är emellertid inte detsamma för varje block av kanalbitar. Antalet informationsbitar kan t.ex. uppgå till fjorton medan anta- let separationshitar för blocken BSj(1), BSj(2) och BSj(3) kan vara två för varje block och sex för block BSj(4). Bestämning av likströmsobalansen utföres på ett liknande sätt som det som beskrivits för utföringsfonmen enligt fig Za.

Förutom de redan nämnda fördelarna, vilka också gäller här, har denna metod den fördelen att tillgängligheten av ett relativt långt block av separa- tionsbitar ökar möjligheterna att reducera likströmsobalansen. Närmare bestämt är den återstående likströmsobalansen hos en sekvens av kanalbitar, i vilken varje block av kanalbitar innefattar ett lika stort antal på t.ex. tre bitar större än den återstående likströmsobalansen hos en sekvens av kanalbitar, vars block av separationsbitar innefattar ett medeltal av tre bitar men uppdelade i 2-2-2-6 bitar.

Det observeras att de beskrivna tidssekvenserna av funktioner och till- hörande tillstånd vid förfarandet kan realiseras medelst universella sekven- tiella logiska kretsar, såsom kommersiellt tillgängliga mikroprocessorer med tillhörande minnen och periferiutrustning. Fig 3 visar ett flödesschema för en sådan realisering. Den följande förklarande texten avser beteckningarna i de geometriska figurerna, vilka tidssekventiellt illustrerar funktionerna och tillstånden vid kodningsmetoden. Kolumnen A visar referenssymbolen, B visar beteckningen och kolumn C den förklarande text som är tillordnad den aktuella geometriska figuren.

A B C 1 DSC :=0; i:=0; Det digitala summavärdet (d.s.v.) för de föregående blocken av kanalbitar ges värdet noll vid början av förfarandet.

Det första dataordet BD ges talet i=0.

Gå till geometriska figuren 2; 2 Bßi Blocket av databitar med m bitar med talet i väljes från ett minne.

Fortsätt till geometriska figuren 3; 7 8 Bli (Boi) J=j+1 j._ J BCi.-BIi+BS _ osv5=? 456 708 11 Biocket av databitar med taiet i (BD¿) omvandias tiii ett bïock av informationsbitar bestående av nl bitar (Bli) medeïst en tabell som är iagrad i minnetgfortsätt tiïi geometriska figuren 4; En parameter j initieras vid ett värde 0; parametern j är taiet för ett av de q biocken av kanaibitar, som består av n1+n2 bitar och som eventueiit är tänkbara för transmission eiier uppteckning; fortsätt till geometriska figuren ; Parametern j ökas med 1; fortsätt tiil geometriska figuren 6.

Då de aktueïïa parametrarna har bestämts för aiia q möjliga bïock av kanaibitar fortsätter förïoppet genom den operation, som är angiven genom den geometriska figuren 13. I den geometriska figuren 6 är detta angivet genom iänken N. Om j-5 Q fortsätter för1oppet genom den operation som är angiven genom den geometriska figuren 7; Det jze möjïiga biocket av kanaibitar BC¿ biïdas genom att kompiettera bïocket av in- fonnationsbitar Bïí med den jze kombinatio- nen av biocket av separationsbitar B53; fortsätt tiil geometriska figuren 8; Värdet d.s.v. för det jze möjiiga bïocket av kana1bitar bestämmes; Fortsätt tiïi geome- triska figuren 9; ll 12 456 7Û8 J > 1 kmax' < dijl? -1 DSV(j):=max (J) ._ osv acc.- (ål nsv +osvacc 12 Det undersökes om det jze möjliga blocket av kanalbitar vid sammanställning med de före- gående bldcken av kanalbitar BCí_1 uppfyller k- villkorskravet. Om detta krav uppfylles fortsätter förloppet genom den operation som är angiven i den geometriska figuren 10 (länkenN ). Om dessa krav ej uppfylles så är efterföljande steg den ope- ration, som är angiven genom den geometriska fi- guren 11 (länk Y).

Det undersökes om det j:e möjliga blocket av kanalbitar vid sammanställning med det föregående blocket av kanalbitar BCi_1 uppfyller d-villkorskravet. Om detta krav är uppfyllt är det efterföljande steget den operation som är angiven genom den geometriska figuren 12 (länk N).

Om detta krav ej är uppfyllt så fortsätter för- loppet genom det steg som är angivet genom den geometriska figuren 11 (länk Y); Värdet på d.s.v. för det jze blocket av kanalbitar ges ett sådant högt värde (max) att detta block definitivt inte kan väljas; fortsätt till den geometriska fig. 12; Värdet på d.s.v, för det jze blocket av kanalbitar ( DS(j) adderas till det ackumulerade värdet på dsv (DSVÖCC) för de föregående blocken av kanalbitar för att erhålla ett nytt ackumulerat värde på d.s.v.

DSV(ggc; fortsätt till geometriska figuren 5; 456 708 13 13 mfnq/osvwosvfe) :iinimiväraet på asv för de q möj- liga blocken av kanalbitar bestämmes. ßetta visar sig vara värdet på d.s.v. för det första blocket av kanalbitar (fortsätt till geometriska fig.14); 14 BC! Det första blocket av kanalbitar väljes bland de q möjliga blocken; fortsätt till geometriska fig.15; DSVacc:=DSV(1) Det ackumulerade värdet på d.s.v.

(DSV ) görs lika med det ackumu- acc lerade värdet på d.s.v. för det valda första blocket av informationsbitar; fortsätt till geometriska fig.16; 16 i:=i+l Talet för blocken av data - och informa- tionsbitar ökas med ett. Fortsätt till geometriska figuren 2; Cykeln upprepas nu för nästa block, det (i+1):e blocket av databitar.

Det visade flödesschemat gäller för den i fig 1 visade utföringsformen.

För utföringsformerna enligt fig 2 gäller motsvarande flödesschemor med beak- tande av de redan beskrivna modifikationerna.

För att vid demodulering av den överförda eller upptecknade strömmen av kanalbitar möjliggöra en distinktion mellan informationsbitarna och separa- tionsbitarna införes (n3+n4) bitar, nämligen n3 synkroniseringsinformationsbi- tar och n4 synkroniseringsseparationsbitar, i kanalbitblock strömmen. Ett block av synkroniseringsbitar införes t.ex. varje gång efter ett förutbestämt antal block av informations- och separationsbitar. Efter detektering av detta synkroni- seringsord kan man sedan entydigt bestämma, i vilka bitpositioner det finns infor- mationsbitar och i vilka bitpositioner det finns separationsbitar. Åtgärder måste därför vidtas för att förhindra att synkroniseringsordet imiteras av vissa bitsekven- ser i infonnations- och separationshlocken. För detta ändamål kan ett unikt block av synkroniseringsbitar, d.v.s. synkroniseringsbitar som ej finns i in- formations~ och separationsbitsekvenserna, väljas. Sekvenser som ej uppfyller kravet på d- villkor eller k-villkor är ej så attraktiva för detta ändamål, då 456 708 - M informationstätheten eller självklockningsegenskaperna därvid påverkas nega- tivt. Valet är emellertid mycket begränsat inom gruppen av sekvenser som upp- fyller (d,k)-villkorskraven.

En annorlunda metod föreslås därför. Blocket av synkroniseringsbitar innehåller ett antal gånger t.ex. minst tvâ gånger i följd och konsekutivt en sekvens som omfat- tar s bitar av typ "O" mellan två sekventiella bitar av typ "1“. Företrädesvis är s=k.

Fig 4 visar ett block av synkroniseringsbitar SYN. Blocket innefattar två gånger i följd och konsekutivt en sekvens (IOOOOOOOOOO, 1 efterföljt av 10 nollor) betecknad med SYNP1 respektive SYNP2. Denna sekvens kan också finnas i kanalbitströmmen, nämligen för sekvenser där k = 10. För att hindra sekvensen från att uppträda två gånger i följd och konsekutivt utanför blocket av synkroniseringsbitar undertryckes emellertid den första indikationssignalen då summan av antalet separationsbitar och antalet sekventiella och konsekutiva informationsbitar av typen "O" som omedelbart föregår en bit av typen "l", den senare utgörande en del av blocket av separationsbitar, är lika med k och även lika med summan av antalet konsekutiva och sekventiella informationsbitar av typen "D" som omedelbart följer efter nämnda bit av typ "1“ i blocket av sepa- rationsbitar. Det andra redan angivna sättet att förhindra imitering skulle vara att två gånger i följd använda sekvensen IOODOOOGDODO, således 1 följd av ll nollor.

Dessutom innefattar blocket av synkroniseringsbitar också ett block av synkroniseringsseparationsbitar. Funktionen hos blocket av separationsbitar är exakt densamma som den i det föregående beskrivna funktionen för blocket av separationsbitar mellan blocken av informationsbitar. De har följaktligen till uppgift att uppfylla (d,k)-villkoret och att begränsa likströmsobalans krav. Åtgärderna som har vidtagits för att förhindra att synkroniseringsmönst- ret imiteras i strömmen av kanalbitar, då det uppträder två gånger i följd och konsekutivt, dessa åtgärder förhindrar också att detta mönster uppträder tre gånger före eller efter blocket av synkroniseringsbitar.

Det ovan beskrivna förfarandet, som också kan betecknas såsom modulering _eller kodning, gör den motsatta riktningen, dvs demodulering eller avkodning mycket enklare. Begränsning av likströmsobalansen har utförts utan att påverka blocken av informationsbitar, så att informationen i separationsblocken är irre- levant för demoduleringen av informationen. Dessutom är det val som gjorts vid modulatoränden vilket m bitar långt block av databitar som har tillordnats ett givet n1 långt block av informationsbitar av betydelse inte bara för modulatorn utan också för demodulatorns komplexitet. I magnetiska uppteckningssystem är 456 708 modulatorns och demodulatorns komplexitet av lika stor betydelse, då de i all- mäflflt flfln5 l Samma apparat- I system för optisk uppteckning är upptecknings- mediet av "read-only"-typ så att konsumentapparaten ej behöver innehålla någon denodulator. I detta sistnämnda fall är det således av särskild betydelse att reducera demodulatorns komplexitet så mycket som möjligt även till priset av en högre komplexitet hos modulatorn. .

Fig 5 visar en utföringsform av en demodulator som denodulerar blocken med 8 databitar från blocken med 14 informationsbitar. Fig Sa visar ett blockschema för modulatorn och fig 5b visar schematiskt en del av kopplingen. Demodulatorn innefattar OCH-grindar 17-0 till 17-51 var och en med en eller flera ingångar.

En av de 14 bitarna i blocken av informationsbitar matas till varje ingång, vilka är av inverterande eller ej inverterande typ. Fig 5b visar i kolumn çí hur detta utföres. Kolumn 1 representerar den minst signifikanta bitpositionen Cl i 14-bitsinfonnationsblocket, kolumn 14 den nest signifikanta bitpositio- nen C14 och mellankolumnerna 2-13 representerar de återstående bitpositionerflä med en S19fllflkëflS fllvåa som motsvarar positionen. Raderna O-51 avser OCH-grindens tal, d.v.s. rad 0 avser ingångsfonnatet till OCH-grinden 17-0, rad 1 avser in- gångsformatet till OCH-grinden 17-1 o.s.v. En symbol 1 i den i:e kolumnen på rad j anger att den jze OCH-grinden 17 är matad via en ej inverterande ingång med innehållet i den i:e bitpositionen Bl. En symbol 0 i den i:e kolumnen på rad j anger att den jze OCH-grinden 17 är matad via en inverterande ingång med innehållet i den i:e bitpositionen (Ci). Följaktligen är en inverterande in- gång (rad 0) på OCH-grinden 17-0 ansluten till den 1:a bitpositionen (Cl) och en ej inverterande ingång är ansluten till den 4:e bitpositionen (C4); och (rad 1) en ej inverterande ingång på OCH-grinden 17-1 är ansluten till den 3:e bitpositonen (C3); o.s.v.

Demadulatorn innefattar vidare 8 ELLER-grindar 18-1 till 18-8 vilkas in- gångar är anslutna till OCH-grindarnas 17-D till 17-51 utgångar. Fig 5b visar i kolumn Ai hur detta är realiserat. Kolumnen Al avser grinden 18-1, ko- lumnen A2 avser grinden 18-2....och kolumnen A8 avser grinden 18-8.

En bokstav A i den i:e kolumnen på den jze raden anger att och-grindens 17-j r utgång är ansluten till ingången på ELLER-grinden 18-i.

För OCH-grindarna 17-50 och 17-51 är kretsen modifierad på följande sätt.

Inverterande utgångar på båda OCH-grindarna 17-50 och 17-51 är vardera anslu- ten till en ingång på en ytterligare OCH-grind 19. En utgång på ELLER-kretsen 18-4 är ansluten till en annan ingång på OCH-grinden 19.

Varje utgång på ELLER-grindarna 18-1,18-2,18-3 och 18-5 till 18-8 samt en utgång på.0CH-grinden 19 är ansluten till en tillhörande utgång 20-1. Det avkodae de blocket med 8 databitar uppträder följaktligen i parallell form på dessa utgångar. 456 708 16 Den i fig Sa visade demodulatorn kan alternativt ha formen av en s.k. FPLA (field prograumable logic array)'t.ex. Signetics bipolära FBLA typ 825100/825101. Den i fig 5 visade tabellen är programmeringstabellen för denna "array". U Den i fig 5 visade demodulatorn är till följd av sin enkelhet utmärkt lämpad för optiska uppteckningssysttm av "read only"-typ.

Blocket av synkroniseringsbitar kan detekteras med de i fig 6 visade medlen. Den transmitterade eller avlästa upptecknade signalen matas till en ingångsklëmma 21. Signalen är i.NRZ-M (ark)- format. Denna signal matas direkt till en första ingång på en ELLER grind 22 och till en andra ingång på eller- grinden 22 via ett fördröjningselement 23. En s.k. NRZ-I signal uppträder där- vid på ELLER-grindens 22 utgång som är ansluten till ingången på ett skift- register 24. Skiftregistret innefattar ett antal sektioner var och en med ett uttag, vilket antal är lika med antalet bitar som finns i blocket av synkroni- serings- bitar . I det i det föregående använda exemplet skall skiftregistret ha 23 sektioner" närmare bestämt för att kunna innehålla sekvensen IOOOOOOOOODIOOODDDODOOI. Varje uttag är anslutet till en ingång på en OCH-grind , vilken ingång antingen är en inverterande eller en ej inverterande ingång.

När synkroniseringssekvensen uppträder på OCH-grindens 25 ingångar kommer en signal att genereras på en utgång 26 till denna grind, vilken kan användas såsom en indikationssignal för detektering av synkroniseringsmönstret. Nedelst denna signal delas likströmmen upp i bl0Ck med (H1 + H2) bitar VfiYdeVa~ Dessa block av kanalbitar skiftas det ena efter det andra i ett ytterligare skiftregister. De mest signifikanta nl bitarna avlâses parallellt och matas till OCH-grindarnas 17 ingångar, såsom är visat i fig Sa. De minst signifikanta nz bitarna är irrelevanta för demodulationen.

Den kodade signalen upptecknas t.ex. på ett optiskt uppteckningsmedium.

Signalen har en form som är angiven genom NF i fig lb. Signalen anbringas på uppteckningsmediet i en spiralformig inforwationsstruktur. Informationsstruk- turen omfattar en sekvens av ett antal superblock, t.ex. av den i fig 7 visade typen. Ett superblock Sßi innefattar ett block av synkroniseringsbitar SYN¿ vilket block är realiserat på ett sätt som är visat i fig 4, och ett antal (i utföringsformen 33) block av kanalbitar, vart och ett med (n1+n2) bitar BCI, BC2...BC33. En kanalbit av typen "1" är representerad genom en över- gång i uppteckningsmediet, t.ex. en övergång från ej grop till grop; en kanalbit av typen "O" är på uppteckningsmediet representerad genom frånvaro av övergång. Det spiralformiga informationsspåret är uppdelat i elementarceller, N 45e 708 bitcellerna. På uppteckningsmediet bildar dessa bitceller en spatialstruktur som svarar mot en uppdelning i tiden (periodtiden för en bit) hos strömmen av kanalbitar. ' .

Oberoende av innehållet i infonnations- och separationsbitarna kan ett antal detaljer särskiljas på uppteckningsmediet. För mediet innebär k-villkoret att det maximala avståndet mellan två kcnsekutiva övergångar är k+1 bitceller.

Den längsta gropen (eller icke grop) har därför en längd av (k+l) bitceller. d-villkoret innebär att minimiavståndet mellan de två konsekutiva övergångarna är d+l. Den kortaste gropen (eller ej grop) har därför en längd av (d+1) bit- celler. På regelbundna avstånd finns vidare en grop med maximal längd efter- följd av (eller föregången av) frånvaro av grop av maximal längd. Denna struk- tur är en del av blocket av synkroniseringsbitar.

I en föredragen utföringsfonn är k=l0, d=2 och ett superblock Sßí omfat- tar 588 kanalbitceller. Superblocket SB¿ innefattar ett block av synkronise- ringsbitar med 27 bitceller och 33 block av kanalbitceller vardera med 17 (l4+3) kanalbitceller.

En modulator, en transmissionskanal, t.ex. ett optiskt uppteckningsmedium, och en demodulator kan tillsammans utgöra en del av ett system, t.ex. ett sys- tem för omvandling av analog infonnation (musik,tal) till digital information, vilken information upptecknas på ett optiskt uppteckningsmedium. Den på upp- teckningsmediet upptecknade informationen (eller en kopia därav) kan återges medelst ett arrangemang, som är lämpligt för återgivning av den typ av informa- tion som har upptecknats på uppteckningsmediet. _ Dmvandlingskretsen innefattar i synnerhet en analog-digitalomvandlare för att onvandla den analoga signalen (musik,tal) som skall upptecknas till en digital signal med ett förutbestämt format (källkodning). Dessutom kan omvand- lingskretsen innehålla en del av ett felkorrigeringssystem. I omvandlingskret sen omvandlas den digitala signalen till ett format, medelst vilket felet som i synnerhet uppträder under läsning av uppteckningsmediet kan korrigeras i arrangemanget för återgivning av signalerna. Ett felkorrigeringssystem som är lämpligt för detta ändamål är beskrivet i patentansökningar gjorda av Sony Corporation i Japan under nummer 14539, 21 maj 1980 respektive 5 juni 1980.

Den digitala, felskyddade signalen matas därefter till modulatorn som är beskriven i det föregående (kanalkodning) för omvandling till en digital signal som är anpassad till kanalegenskaperna. Dessutom tillföres synkroniserings- mönstret och signalen bringas till ett lämpligt ramformat. Den så erhållna signalen användes för att generera en styrsignal, t.ex. för en laser (NRZ- 456 708 m markeringsformat), medeist viiken en spiraiformig infonmationsstruktur påföres på uppteckningsmediet i form av en sekvens av gropar/ej gropar av en förutbe- stämd ïëngd. ' ' är mal; för återgivning av den informationsbit som är avledd från upptecknings- teckningsmediet eiïer en kopia därav kan aviäsas mcdeist ett arrange- meaiet. För "etta ändamåï innefattar arrangemanget en modu1ator, som redan har beskrivits i detaij, avkodningsdeien av feïkorrigeringssystefiet och en digi- tal/anaiogomvandiare för att återbiida en kopia av den anaïoga signaien, som tiïlföfis omvandlingskretsen.

Claims (14)

19 456 708 Patentkrav

1. Förfarande för kodning av en sekvens av binära databitar till en sekvens av binära kanalbitar, vilken sekvens av databitar uppdelas i konsekutiva och sekventiella block (B01) vardera omfattande m databitar, vilka block kodas till sekventiella block av (n1+n2) kanalbitar där (n1+n2) > m, varvid var och en av dessa block av kanalbitar (BC1) omfattar ett block med n1 informationsbitar (B11) och ett block med ng separationsbitar (BS¿), så att sekventiella block av informa- tionsbitar alltid är separerade av ett block av separationsbitar, medan två sekventiella kanalbitar av en första typ, typen "l", är separerade genom åt- minstone d sekventiella och konsekutiva bitar av en andra typ, typen "0", och antalet sekventiella och konsekutiva kanalbitar av den andra typen ej är mer än k, k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet innefattar följande steg: -1- omvandling av block innehållande m bitar av databitar till block innehål- lande nl bitar av informationsbitar; -2- generering av en grupp av möjliga sekvenser av kanalbitar, varvid varje sekvens innefattar minst ett block av informationsbitar och ett block av separationsbitar, vilka möjliga sekvenser var och en innefattar blocken av informationsbitar kompletterade med en av de möjliga bitkombinationerna av blocken av separationsbitar; ' -3- bestämning av likströmsobalansen för var och en av de möjliga sekvenserna av kanalbitar som är bestämda i det föregående steget; -4- bestämning för var och en av de möjliga sekvenserna av kanalbitar summan I av antalet separationsbitar och antalet konsekutiva och sekventiella infonnationsbitar av typen "O" som omedelbart föregår en bit av typen "l" och Sussen av antalet som följer efter en bit av typen "l", vilken bit bildar en del av ett av blocken av separationsbitar, och summan av antalet separationsbitar och antalet konsekutiva och sekventiella informationsbitar av typen "O" som omedelbart föregår och följer efter detta block av separa- tionsbitar; -5- generering av en första indikationssignal för de kanalbitsekvenser, vilkas värden på de summor som är bestämda i det föregående steget är högre än d men ej mera än lika med k; -6- utväljning bland sekvenserna av kanalbitar vilka resulterat i den första jndikationssignalen, den sekvens av kanalbitar som minimerar likströms- obalansen.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det femte steget innefattar följande delsteg: 456 708 20 -5a- undertryckning av den första indikationssignalen för den sekvens av kanalbitar för vilken summan som är bestämd i det fjärde steget av antalet separationsbitar och antalet konsokutiva och sekventiella informationsbitar av typen "0" som omedelbart föregår en bit av typen "l" i blocket av separationsbitar är lika med summan som också bestämts i det fjärde steget av antalet separationsbitar och antalet konsekutiva och sekventiella informationsbitar av typen "0" som omedelbart följer efter en bit av typen "1" i blocket av separationsbitar, vilken summa är lika med s; och att förfarandet vidare innefattar följande steg: -7- uppdelning av en sekvens av block av (nl+n2) kanalbitar till konsekutiva och sekventiella ramar vardera med p block; -8- införande av ett block av synkroniseringskanalbitar SYN¿ mellan varje tvâ sekventiella ramar, vilket block av synkroniseringskanalbitar innefattar ett förutbestämt block med n3 synkreniseringsinformationsbitar, vilket block innefattar minst två gånger i följd och konsekutivt en sekvens som mellan två sekventiella bitar av typen “l" innehåller s bitar av typen "O" och vidare innefattar ett block med n4 synkroniseringsseparations- bitar, vilket block av separationsbitar är bestämt genom utförande av stegen -2- t.o.m. -6~ med avseende på blocket av synkroniseringskanal- bitar.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att s=k.

4. Förfarande enligt något av patentkraven l«3, k ä n n e t e c k n a t av det sjätte steget vidare innefattar delstegen: i ~ bestämning av den ackumulerade likströmsobalansen för de föregående blocken av kanalbitar; - bestämning av absolutvärdet av summan av den ackumulerade likströmsoba- lansen och likströmsobalansen för var och en av sekvenserna av kanal- bitar som resulterat i den första indikationssignalen.

S. förfarande enligt något av patentkraven 1~4, k ä n n e t e c k n a t av att sekvensen av kanalbitar innefattar fyra block av informationsbitar vardera med nl bitar och fyra block av separationsbitar, att tre block av separationsbitar har en första längd nz' och ett block en längd n2" och att n2"> nl'. v

6. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att n1=14, 456 708 21 n2'=2, n2"=6 och m = 8.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att sekvensen av kanalbitar innefattar ett block av infonnationsbitar med nl bitar och ett block av separationsbitar med nz bitar.

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t av att n1=14, n2=3 och m=8.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att sekvensen av kanalbitar är bildad av minst två block av kanalbitar och att konsekutiva sekvenser av kanalbitar gemensamt är relaterade till minst ett block av kanalbitar.

10. Demodulator för avkodning av databitarna som är kodade i enlighet med för- farandet enligt något av patentkraven 2 till 9, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar: - organ för detektering av s,nkroniseringsmönstret; - organ för uppdelning av strömmen av kanalbitar till block med vardera (n1+n2) kanalbitar; - organ för att separera blocken med nl informationsbitar från blocken med nz separationsbitar; - organ för omvandling av ett block med nl informationsbitar till ett block med m databitar.

11. 'Demodulator enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k n a d av att om- vandlingsorganen innefattar OCH-grindar (17-O...17-51), varvid varje OCH-grind har ingångar till vilka parallellt matas informationsbitarna, som kommer från åtminstone en förutbestämd bitposition i blocket av informationsbitar, att or- ganen vidare innefattar ELLER-grindar (18-l...18-8) med ingångar, som på ett förutbestämt sätt är anslutna till OCH-grindarnas utgångar och att dessa ELLER- grindar vidare har utgångar för att mata ut de avkodade OCH-grindbitarna pa- rallellt.

12. Demodulator enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k n a d av att den dessutom innefattar en användaranordning som är kopplad till en m bitar bred databana vilken är matad av nämnda ELLER-grindar och som innefattar ett data- bitblockbehandlingsorgan. 456 708 22

13. Uppteckningsmedium med en informationsstruktur omfattande sekvenser av kanalbitceller, vilka kanalbitceller var och en innehåller en binär databit som är representerad genom en nivåövergàng eller ingen niväövergäng vid början av bitcellen, k ä n n e t e c k n a t av att det maximala avståndet mellan två konsekutiva övergångar är lika med längden av (k+1) bitceller, att minimiav- ståndet mellan två konsekutiva övergångar är lika med längden av (d+1) bitcel- ler, att det finns sekvenser av högst två gånger maximala avståndet för (k+1) bitceller och att nämnda sekvenser är en del av en synkroniseringssekvens.

14. Uppteckningsmedium enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k n a t av att k=10, d=2; att uppteckningsmediet mellan två konsekutiva sekvenser som lig- ger på maximalt avstånd från varandra innefattar en ram med 561 kanalbitceller, vilken ram omfattar 33 block vardera med 17 kanalbitceller och att synkronise- ringssekvensen innefattar 27 kanalbitceller-