DE4006426C2 - Verfahren zum Auswerten binärer Informationen einer Magnetspeicherkarte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten bi­ närer Informationen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren wird zum Lesen von Informationen verwendet, die mit einem magnetischen Aufzeichnungsge­ rät zuvor auf einer Magnetkarte abgespeichert worden sind. Derartige Magnetkarten haben eine breite Verwen­ dung im privaten und im geschäftlichen Bereich gefun­ den. Beispielsweise dienen sie zur Personenidentifizie­ rung, als Scheckkarte, als Berechtigungsausweis etc. Die Informationen sind auf einer oder mehreren Spuren nach einem bestimmten standardisierten Code aufgezeich­ net. Ein solcher Code ist zum Beispiel in der ISO-Norm 7811/2-1985 (E) beschrieben und wird als Zweifrequenz­ code bezeichnet. Bei diesem sind Flußwechsel, d. h. ma­ gnetische Flüsse mit abwechselnden Vorzeichen der Ma­ gnetisierungsrichtungen, in festen Abständen in der Ma­ gnetspur eingeprägt. Um einen Binärwert 1 zu definie­ ren, wird mittig zwischen diesen Flußwechseln ein wei­ terer Flußwechsel eingefügt. Fehlt dieser weitere Fluß­ wechsel, so liegt der Binärwert 0 vor. Zum Auslesen der magnetischen Informationen wird die Magnetspur an einem elektromagnetischen Wandler mit annähernd konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt, beispielsweise indem ein Motor die Magnetkarte relativ zu einem festen Wandler befördert, ein beweglicher Wandler über die ortsfeste Magnetspur geführt wird oder indem eine Person mit einer Handbewegung die Magnetkarte längs eines Schlit­ zes führt, in welchem der Wandler fest angeordnet ist.

Infolge der Abtastbewegung wird im Wandler nach dem elektrodynamischen Prinzip eine Spannung induziert, deren Vorzeichen von der Richtung des magnetischen Flusses auf der Magnetspur abhängt. Da die Abtastge­ schwindigkeit in einem weiten Bereich variieren kann, müssen durch eine Normierung die zeitlichen Abstände der Flußwechsel bzw. der induzierten Spannungsimpulse vor dem eigentlichen Einlesen der Informationen festge­ stellt werden. Gemäß der erwähnten ISO-Norm werden hierzu auf der Magnetspur in einem den Informationen vorgeschalteten Bereich Flußwechsel mit Abständen von­ einander aufgezeichnet, die dem Binärwert 0 entspre­ chen.

Die technisch-physikalischen Eigenschaften einer Ma­ gnetkarte müssen im allgemeinen innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen, damit ein sicheres Auslesen der gespeicherten Informationen gewährleistet ist. Dies ist bei neuen und wenig gebrauchten Magnetkarten der Fall. Mit zunehmendem Alter und Benutzung der Magnetkarte können sich ihre Eigenschaften nachteilig ändern. So kann ihre Oberflächengestalt durch mechanische und thermische Beanspruchung verändert sein, beispielsweise Wölbungen oder Wellen aufweisen. Auf der Magnetspur können sich ferner Gebrauchsspuren, wie Kratzer, Ab­ rieb, Schmutz oder feine Haarrisse zeigen. Weiterhin kann auch der in der Magnetspur eingeprägte magnetische Fluß durch Alterung, Überlagerung von magnetischem Störfluß sowie durch Temperatureinwirkung verringert sein. Neben solchen Veränderungen der Eigenschaften der Magnetkarte können auch Abnutzungen des elektromagneti­ schen Wandlers wie Abrieb oder fehlerhafter Magnetisie­ rungszustand sowie Schmutz das Erzeugen von Spannungs­ impulsen beeinträchtigen. Diese Veränderungen der Ei­ genschaften der Magnetkarte und des Wandlers können dazu führen, daß die vom Wandler abgegebene Spannung von Störsignalen überlagert ist, die binäre Informatio­ nen vortäuschen, oder daß der Spannungsverlauf so ver­ ändert ist, daß er außerhalb eines vorgegebenen Auswer­ tebereichs liegt, in dem die in ihm enthaltene Informa­ tion noch sicher ausgewertet werden kann. Die Folge davon ist, daß die gespeicherte Information fehlerhaft oder unvollständig ausgelesen wird. Die Magnetkarte kann dann die ihr zugedachte Funktion nicht mehr erfül­ len und ist für den Benutzer wertlos.

Beim bekannten Verfahren werden die binären Informatio­ nen durch eine analoge Auswertung der Spannungsimpulse gewonnen. Dieser geht im allgemeinen eine Verstärkung der Spannungsimpulse voraus, die anschließend tiefpaß­ gefiltert und gleichgerichtet werden. Zum Erkennen der Maximalwerte der gleichgerichteten Spannungsimpulse, die, wie noch erläutert wird, zum Ermitteln des zeitli­ chen Abstands der Impulse voneinander und damit der Informationsgewinnung dienen, wird der zeitliche Ver­ lauf der Spannungsimpulse differenziert und werden aus dem Ergebnis in einer Diskriminatorschaltung Rechteckimpulse erzeugt, deren Anstiegsflanken den Zeitpunkt der Maximalwerte definieren. Unter Zuhilfenahme der Rechteckimpulse wird es dann möglich, die Spannungsimpulse jeweils in ihrem Extremwert zu erfassen und so die gegenseitigen zeitlichen Abstände der Spannungsimpulse zur Informationsgewinnung auszuwerten.

Eine solche Auswertung liefert aber nur bei einwand­ freien Magnetkarten brauchbare Ergebnisse. Sind die Spannungsimpulse von vorher erwähnten Störsignalen überlagert, so entstehen durch die Differentiation Störimpulse. Beim nachfolgend erzeugten Rechtecksignal definiert die Anstiegsflanke nicht mehr den Extremwert des Spannungsimpulses, sondern einen Extremwert des Störsignals. Dadurch werden falsche Zeitabstände zwi­ schen den Spannungsimpulsen ermittelt, und die auf der Magnetspur abgespeicherten binären Informationen werden fehlerhaft ausgewertet.

Aus der EP 03 45 986 A2 ist ein Verfahren zum Demodulieren von Signalen bekannt, die beim Lesen von auf einem Datenträger aufgezeichneten Bitzellen erzeugt werden. Das beim Lesen einer Bitzelle erzeugte Analogsignal wird mehrfach abgetastet, und die Abtastamplituden werden in Digitalwerte gewandelt. Diese Digitalwerte werden zu einem digitalen Interpretationswert oder Vektor verknüpft, der als Adreßzeiger verwendet wird. Mit Hilfe dieses Adreßzeigers wird auf eine bestimmte Speicherzelle eines Speichers zugegriffen, der unter dieser Adresse einen Binärwert gespeichert hat, welcher dem Signal der gelesenen Bitzelle zugeordnet wird. Die Binärwerte werden aufgrund von Erfahrungswerten im Speicher vorher abgespeichert. Dieses Verfahren wird bei hohen Aufzeichnungsdichten eingesetzt, um eine zuverlässige Aussage über den gespeicherten Binärwert zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auswerten binärer Informationen anzugeben, das eine zuverlässige Auswertung der auf der Magnetspur einer Magnetspeicherkarte magnetisch gespeicherten Information auch dann noch gewährleistet, wenn die Magnetspur und/oder der elektromagnetische Wandler durch Alterung, Verschmutzung oder Beschädigung beeinträchtigt ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals für jeden Binärzustand der Information eine charakteristische Kurvenform hat. Diese kann für jeden Binärzustand in Form mindestens eines Verlaufsmusters angegeben werden. Wenn nun der Istverlauf des Ausgangssignals mit einem dieser Verlaufsmuster übereinstimmt, so liegt eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür vor, daß die im Ausgangs­ signalverlauf abgebildete binäre Information den Wert hat, der dem entsprechenden Verlaufsmuster zugeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung nutzt diese Erkenntnis, indem sie den Ausgangssignalverlauf eines Normierungszeitabstandes mit mindestens zwei Verlaufs­ mustern vergleicht, die den Binärzuständen 0 und 1 zu­ geordnet sind. Da der tatsächliche Ausgangssignal­ verlauf infolge von überlagerten Störungen vom theore­ tischen Verlauf abweicht, kann zwischen den Vergleichs­ mustern und dem Ausgangssignalverlauf im allgemeinen keine exakte Übereinstimmung festgestellt werden. Des­ halb werden die Abweichungen des Verlaufs des Musters von dem des Ausgangssignals festgestellt und das Verlaufsmuster mit der geringsten Abweichung ermittelt. Dieses ist dem tatsächlichen Ausgangssignalverlauf am ähnlichsten und sein ihm zugeordneter Binärwert wird als die auf der Magnetspur vorhandene Information ver­ wendet.

Wenn dem Ausgangssignalverlauf ein Störsignal überla­ gert ist oder wenn sich seine Kurvenform infolge Dämp­ fung verändert, so werden die beim Vergleich mit den Verlaufsmustern jeweils festgestellten Abweichungen größer. Solange die jeweiligen Abweichungen im Verhält­ nis zum erwarteten Ausgangssignal nicht zu groß sind, kann die binäre Information im Ausgangssignal noch ein­ deutig bestimmt werden. Da sich die jeweiligen Kurven­ formen des Ausgangssignalverlaufs für die verschiedenen Binärwerte stark unterscheiden und sich dies in den Ab­ weichungen auswirkt, ist auch bei einem verrauschten Ausgangssignalverlauf oder bei stark gedämpften Aus­ gangssignalen noch eine zuverlässige Informations­ auswertung gewährleistet.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für den Binärwert 0 als Verlaufsmuster eine Gerade mit konstanter positiver oder negativer Steigung und für den Binärwert 1 eine Gerade mit konstanter positiver und dann negativer Steigung oder umgekehrt mit Vorzeichenwechsel in der Mitte des Zeitabstandes bereitgestellt wird.

Die genannten Verläufe sind jeweils charakteristisch für den Verlauf des Ausgangssignals für Binärwerte 0 bzw. 1. Dabei ist jeweils zu unterscheiden, ob das Aus­ gangssignal zu Beginn der Erfassung einen Maximalwert oder einen Minimalwert hat. Eine Gerade mit einer kon­ stanten positiven Steigung ähnelt daher einem Ausgangs­ signalverlauf, der dem Binärwert 0 entspricht und der mit einem negativen Spannungsimpuls beginnt. Eine Ge­ rade mit negativer Steigung ähnelt einem Ausgangssi­ gnalverlauf mit Binärwert 0, der mit einem Maximalwert beginnt. Bei Binärwerten 1 tritt zwischen den Normie­ rungszeitabständen ein weiterer Spannungsimpuls auf. Daher ähnelt eine Gerade in Form eines umgekehrten V einem Spannungsverlauf, der mit einem Minimalwert und eine Gerade in Form eines V einem Verlauf, der mit einem Maximalwert beginnt.

Die genannten Kurvenverläufe der Verlaufsmuster können bei Anwendung des Auswertungsverfahrens auf einem Digitalrechner mit geringem Programmieraufwand reali­ siert werden. Auch lassen sich bei solchen Verläufen die Abweichungen von dem tatsächlichen Ausgangssignal­ verlauf mit geringem Rechenaufwand feststellen, so daß die Auswertung nur kurze Zeit beansprucht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist noch vorgesehen, daß die Abweichungen des zeitlichen Verlaufs des Aus­ gangssignals von dem Verlauf desjenigen Verlaufsmusters mit geringster Abweichung bestimmt werden, daß eine Korrektur des Verlaufsmusters abhängig von diesen Ab­ weichungen erfolgt, und daß im weiteren Verlauf der Auswertung das korrigierte Verlaufsmuster mit dem Aus­ gangssignalverlauf verglichen sowie der Korrektur un­ terzogen wird.

Die Spannungsamplitude des Ausgangssignals des Wandlers kann wie bereits erwähnt gedämpft oder der Signalver­ lauf in seiner Kurvenform verändert sein. Gründe hier­ für sind zum Beispiel der Abrieb des Wandlerkopfes, Verschmutzung, Änderung der magnetischen Feldstärke etc. Durch die Weiterbildung wird eine fortlaufende oder gleitende Anpassung der Verlaufsmuster an den tat­ sächlichen Verlauf des Ausgangssignals bewirkt. Dadurch wird erreicht, daß die Abweichung von Ausgangssignal­ verlauf und Verlaufsmuster mit geringster Abweichung minimal wird. Die Abweichungen bei anderen Verlaufsmu­ stern bleiben unverändert, so daß der Störabstand zum Erkennen der Binärinformation vergrößert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Magnetkarte mit einem ver­ größerten Ausschnitt einer Ma­ gnetspur,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Erfas­ sen binärer Informationen,

Fig. 3 Signalverläufe und Binärzustän­ de beim Zweifrequenzcode,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zum Ermit­ teln von Zeitabständen bei der Normierung,

Fig. 5 vier Verlaufsmuster und deren Abweichungen von einem vorgege­ benen Ausgangssignalverlauf,

Fig. 6 drei weitere Ausgangssignal­ verläufe mit dazu passenden Verlaufsmustern,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm für Verfah­ rensschritte zum Auswerten bi­ närer Informationen durch Ver­ gleich mit Verlaufsmustern,

Fig. 8 ein korrigiertes Verlaufsmu­ ster,

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm zur Auswahl geeigneter Verlaufsmuster, und

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm für ein Aus­ wertungsverfahren, bei dem Korrelationskoeffizienten be­ rechnet werden.

In Fig. 1 ist eine Magnetkarte 10 mit einem Magnet­ streifen 12 dargestellt, auf dem sich drei Magnetspuren 14, 16, 18 befinden. Ein Abschnitt 20 der Magnetspur 18 ist vergrößert dargestellt. Der Magnetspur 20 sind strichmusterartig magnetische Flüsse 22, 24, 26 einge­ prägt. Der Abstand zwischen den magnetischen Flüssen wird abhängig von der binären Information 0 oder 1 va­ riiert. Aufeinander folgende magnetische Flüsse haben jeweils entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen, an­ gedeutet durch Pfeile bei den magnetischen Flüssen 22, 24. Deshalb werden die Magnetflüsse 22 bis 26 auch als Flußwechsel bezeichnet. Die Anzahl der Flußwechsel pro Millimeter wird als Flußwechseldichte d bezeichnet und ist ein Maß für die pro Längeneinheit speicherbaren Bi­ närwerte.

Fig. 2 zeigt in einer Blockdarstellung eine Schaltungs­ anordnung zum Erfassen der auf der Magnetkarte 10 ge­ speicherten Information. Die Magnetkarte 10 wird mit einer Geschwindigkeit v an einem elektromagnetischen Wandler 30 vorbeigeführt, so daß infolge der vom Wand­ ler 30 erfaßten Magnetflußänderungen in seiner Spule Spannungsimpulse induziert werden, die in einem Tief­ paßfilter 32 gefiltert werden. Das vom Filter 32 abge­ gebene Signal wird durch einen Verstärker 34 zum Aus­ gangssignal U verstärkt. Dieses wird in regelmäßig vor­ gegebenen Zeitpunkten von einem A/D-Wandler 36 in Digi­ talwerte gewandelt. Die Digitalwerte des Wandlers 36 werden einem Mikroprozessor 38 zugeführt, der die Ver­ fahrensschritte zum Auswerten der Binärinformationen durchführt.

Die Impulsfolgefrequenz der Spannungsimpulse am Wandler 30 hängt von der Flußwechseldichte d der Magnetspur und von der Relativgeschwindigkeit v zwischen Wandler 30 und Magnetkarte 10 ab. Um den Verlauf des Ausgangssi­ gnals U des Wandlers 30 mit möglichst hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen, beträgt die Abtastfrequenz des A/D-Wandlers mindestens das 16fache der maximalen Impulsfolgefrequenz. Die Zeitpunkte für die A/D- Wandlung haben demgemäß einen Abstand Tad < (16vd)^-1. Bei einer Relativgeschwindigkeit von 200 mm/s und einer Flußwechseldichte d von 8,33/mm beträgt die Abtastfre­ quenz 26 656 Hz bzw. der Zeitabstand Tad 37,5µs.

In Fig. 3 sind in einem Bildteil a) Flußwechsel der Ma­ gnetspur 18 dargestellt. Im Bildteil b) ist der Verlauf der vom Wandler 30 abgegebenen Spannung U über der Zeit t beim Abtasten dieser Flußwechsel dargestellt. Im un­ teren Bildteil c) sind Binärzustände B über der Zeit t angegeben, die aus dem Spannungsverlauf U ermittelt werden.

Die Magnetspur 18 hat einen sogenannten Vornullenbe­ reich 40, in welchem nur Flußwechsel eingeprägt sind, die dem Binärwert 0 entsprechen. An den Vornullenbe­ reich 40 schließt sich der eigentliche Informationsbe­ reich 42 an, der als Informationen Binärwerte 0 und 1 enthält.

Die Verschlüsselung der Informationen erfolgt nach dem Zweifrequenzcode. Bei diesem wechseln sich die Magneti­ sierungsrichtungen aufeinander folgender Magnetflüsse ab. In vorgegebenen Wegabständen, die Zeitabständen T bei der Abtastung entsprechen, sind jeweils ein Fluß­ wechsel vorgesehen. Wenn innerhalb eines Abstandes T ein weiterer Flußwechsel vorkommt, so signalisiert dies den Binärwert 1 - fehlt dieser Flußwechsel, so signalisiert dies den Binärwert 0. Beim Abtasten der Flußwechsel werden abhängig von der Magnetisierungsrichtung positive oder negative Spannungsimpulse induziert, deren Verläufe im Bildteil b) der Fig. 3 dargestellt sind. Enthält die Magnetspur 18 lediglich Informationen mit dem Binärwert 0, so tre­ ten die Spannungsimpulse mit nur einer Frequenz bzw. einer Periode T auf. Sind in der Magnetspur 18 auch Binärwerte 1 gespeichert, so enthält der Signalverlauf auch Signalanteile mit der doppelten Frequenz bzw. der halben Periodendauer T. Im Bildteil c sind die in den vorgegebenen Wegabständen, die den Zeitabständen T ent­ sprechen, enthaltenen Binärwerte B dargestellt. Die Binärwerte stehen jeweils erst nach einem Extremwert­ wechsel fest.

Da nicht immer sichergestellt ist, daß die Relativge­ schwindigkeit v zwischen Wandler 30 und Magnetkarte 10 für alle Magnetkartenlesegeräte gleich ist, ist es er­ forderlich, eine Normierung durchzuführen, bei der die Periode T zu bestimmen ist. Hierzu dient der Vornullen­ bereich 40, der zu Beginn eines Abtastvorganges abgeta­ stet wird. Aus den zeitlichen Abständen der Spannungs­ impulse des Vornullenbereichs 40 kann der dem Binärwert 0 zugeordnete Zeitabstand T ermittelt werden. Die hierzu erforderlichen Verfahrensschritte sind in einem Ablaufdiagramm in Fig. 4 dargestellt.

In einem ersten Verfahrensschritt 46 werden die Zeitab­ stände T für die binäre Information 0 durch Zeitmessung ermittelt. Hierzu können beispielsweise die vom A/D- Wandler 36 abgegebenen Digitalwerte auf Extremwerte analysiert werden. Bei einer festen Abtastfrequenz des A/D-Wandlers 36 ist die Zahl der zwischen den Extrem­ werten liegenden Digitalwerte ein Maß für den gesuchten Zeitabstand T.

Im Verfahrensschritt 48 werden aus mehreren Zeitabstän­ den T des Vornullenbereichs 40 ein mittlerer Zeitab­ stand Tm berechnet. Dadurch werden Zeitmeßfehler ausge­ mittelt. Die weiteren Verfahrensschritte 50, 52, 54 be­ ziehen sich auf eine Korrektur des mittleren Zeitabs­ tandes Tm, die erforderlich ist, wenn im Verlaufe des Abtastens der Magnetspur 18 die Abtastgeschwindigkeit schwankt. Hierzu werden wäh­ rend des Abtastvorgangs fortlaufend die Zeitabstände Tist für binäre 0-Werte bestimmt und der für die Aus­ wertung benötigte Zeitabstand Tm fortlaufend korri­ giert. Im Verfahrensschritt 50 wird der Zeitabstand Tm beim n-ten Auswertungsschritt mit dem aktuellen Zeitab­ stand Tist verglichen und bei Abweichungen voneinander zum Schritt 52 verzweigt. In diesem wird durch eine arithmetische Mittelwertbildung der Zeitabstand Tm für den nächsten Auswertungsschritt n+1 gemäß der beim Ver­ fahrensschritt 52 angegebenen Beziehung ermittelt. Das Ergebnis dieser Korrektur wird dann im Verfahrens­ schritt 54 anderen an der Auswertung beteiligten Ver­ fahrensabläufen übergeben und für die weitere Auswer­ tung der Informationen verwendet. Nach der Korrektur wird zum Verfahrensschritt 50 weitergeleitet und der Zeitabstand Tm im weiteren Verlauf weiter korrigiert.

Beim Auswertungsverfahren nach der Erfindung wird der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals U mit Verlaufsmustern verglichen. Solche Verlaufsmuster sind in der Fig. 5 wiedergegeben. Im Bildteil a) ist links ein Verlaufsmuster VL₁ dargestellt, das durch eine Gerade mit konstanter positiver Steigung innerhalb eines Zeitabschnitts T gebildet wird, der dem bei der Normierung ermittelten Zeitabstand entspricht. Im Bildteil a) ist rechts das Verlaufsmuster VL₁ zusammen mit dem Ausgangssignalverlauf U in ein Diagramm eingezeichnet. Die Abweichungen zwischen den Verläufen des Ausgangssignals U und dem Verlaufsmuster VL₁ sind schraffiert dargestellt. Die Summe der Abweichungen entspricht der schraffierten Fläche W.

Im Bildteil b) ist links als Verlaufsmuster VL₂ eine Gerade mit konstanter negativer Steigung dargestellt. Im Diagramm rechts ist die Summe der Abweichungen des Verlaufsmusters VL₂ vom Ausgangssignalverlauf U als Fläche W gekennzeichnet. Das Verlaufsmuster VL₂ hat die charakteristische Form des Ausgangssignalverlaufs U eines Binärwerts 0, da es mit einem positiven Wert (Maximalwert) beginnt und mit einem negativen Wert (Minimalwert) endet. Entsprechendes gilt für das Ver­ laufsmuster VL₁, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen. Die Verlaufsmuster VL₃ und VL₄ in den Bildteilen c) und d) geben die charakteristische Form des Ausgangssi­ gnalverlaufs U für einen Binärwert 1 wieder, wobei einem Extremwert erster Art ein Extremwert anderer Art und darauf wieder ein Extremwert erster Art folgt. Beim Verlaufsmuster VL₃ ist der Extremwert erster Art ein Minimalwert, beim Verlaufsmuster VL₄ ein Maximalwert. Aus der Fig. 5 ergibt sich, daß die Abweichung W beim Vergleich des Verlaufsmusters VL₂ mit dem Ausgangssi­ gnalverlauf U (Bildteil b) in Fig. 5) den kleinsten Wert hat. Demgemäß entspricht der Ausgangssignalverlauf U innerhalb des betrachteten Zeitabschnitts T dem Bi­ närwert B = 0.

Als Abweichung W ist in diesem Beispiel die Fläche zwi­ schen den Kurvenverläufen des Spannungssignals U und den Verlaufsmustern VL₁ bis VL₄ verwendet worden. Diese Fläche W kann durch Aufsummierung oder Integralbildung aller Betragsabweichungen gewonnen wer­ den. Aus diesen Abweichungen kann ein mittlerer Wert gebildet werden, der ein standardisiertes Maß für die Ähnlichkeit zwischen dem Verlauf des Ausgangssignals U und dem Verlauf der Verlaufsmuster VL₁ bis VL₄ an­ gibt. Ensprechend kann auch eine mittlere quadratische Abweichung der Verläufe gebildet werden, bei dem die Abweichungen quadriert, aufsummiert und ein Mittelwert berechnet wird. Mit Hilfe der mittleren quadratischen Abweichung und/oder der mittleren Betragsabweichung können statistische Betrachtungen über die Veränderung der Kurvenform des Ausgangssignals U angestellt werden.

Dadurch können kurz- und langzeitige Änderungen des Kurvenverlaufs, die z. B. auf einen systematischen Stör­ einfluß zurückzuführen sind, erkannt werden.

In Fig. 6 sind drei Diagramme dargestellt, die die beste Übereinstimmung zwischen je einem der vier Ver­ laufsmuster und verschiedenen Variationen des Ausgangs­ signalverlaufs U wiedergeben. Im Bildteil a) ist dies für das Verlaufsmuster VL₁ für den Binärwert 0 darge­ stellt. Im Bildteil b) ergibt der Vergleich des Ver­ laufsmusters VL₄ mit dem dargestellten Ausgangssi­ gnalverlauf U die minimale Abweichung W. Dem Ausgangs­ signalverlauf U wird daher der dem Verlaufsmuster VL₄ entsprechende Binärwert 1 zugeordnet. Analoges gilt auch für den Vergleich gemäß Bildteil c), bei dem im Unterschied zum Bildteil b) der Ausgangssignalverlauf U mit einem negativen Spannungswert beginnt.

In Fig. 7 sind in einem Ablaufschema die zum Erkennen der Information durch Vergleich mit Verlaufsmustern er­ forderlichen Verfahrensschritte dargestellt. Im Schritt 110 werden zunächst die Daten der Verlaufsmuster in einem Datenfeld bereitgestellt. Anschließend werden im Verfahrensschritt 112 die Daten des Ausgangssignals U eines Zeitabschnitts T in den Mikroprozessor 38 einge­ lesen. Im Schritt 114 werden diese Daten mit den Daten der Verlaufsmuster VL_i verglichen, d. h. es werden die Betragsabweichungen bzw. die quadratischen Abweichun­ gen W_i mit i = 1, 2, 3, 4 ermittelt. Im nachfolgenden Schritt 116 wird der Minimalwert unter den vier Abwei­ chungen W_i festgestellt. Das entsprechende Verlaufs­ muster VL_i hat die größte Ähnlichkeit mit dem tat­ sächlichen Kurvenverlauf des Ausgangssignals U. In den Verfahrensschritten 118 bis 130 wird sodann der Binär­ wert ausgegeben, der dem festgestellten Verlaufsmuster VL₁ bis VL₄ zugeordnet ist.

Anschließend wird in einem Verfahrensschritt 132 das festgestellte Verlaufsmuster VL_i korrigiert. Hierzu werden die Abweichungen der Daten des Verlaufsmusters VL_i von den tatsächlichen Daten D des Ausgangssignals U ermittelt, und die aktuellen Daten des Verlaufsmu­ sters VL_i um die Hälfte dieser Abweichungen korri­ giert. Im weiteren Verlauf der Informationsauswertung wird das so gewonnene korrigierte Verlaufsmuster VL_i fortlaufend weiter korrigiert, so daß sich sein Verlauf immer mehr dem tatsächlichen Verlauf des Ausgangssi­ gnals U annähert. Dadurch werden die Abweichungen W_i von zueinander passenden Verläufen des Ausgangssignals U und des jeweiligen Verlaufsmusters VL_i minimiert und damit die Sicherheit der Entscheidung für eines der Verlaufsmuster VL_i beim Vergleich erhöht.

Die Auswirkungen dieser Korrektur sind in Fig. 8 dar­ gestellt. Im linken Bildteil wird das Verlaufsmuster VL₁ durch eine Gerade mit positiver Steigung gebil­ det. Durch Korrektur der Gerade um die Hälfte der Ab­ weichungen des Verlaufsmusters VL₁ vom Ausgangssi­ gnalverlauf U entsteht ein Verlaufsmuster VL₁′ (Bild rechts), das sich dem tatsächlichen Verlauf des Aus­ gangssignals U besser anschmiegt. Dementsprechend ist die Abweichung W′ vom Ausgangsspannungsverlauf U klei­ ner als die im Bild links.

Bei einer Variante der Auswertung durch Vergleich mit Verlaufsmustern kann die Wahl der Verlaufsmuster abhän­ gig von dem zuvor festgestellten Ausgangssignalverlauf U erfolgen. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, daß der Signalverlauf aufeinander folgender Verlaufsab­ schnitte annähernd stetig ist. Praktisch bedeutet dies, daß auf einen Ausgangssignalverlauf U gemäß Bildteil a) in Fig. 6 zwar ein Abschnitt des Spannungssignal­ verlaufs U mit einem Binärwert 1 gemäß dem Bildteil b) folgen kann, jedoch nicht ein Signalverlauf U gemäß dem Bildteil c). Entsprechendes gilt für Signalverläufe U mit Binärwert 0, d. h. auf den Spannungsverlauf gemäß Bildteil a) kann nur ein Spannungsverlauf U mit zu Be­ ginn positiver Spannung folgen. Demgemäß kann der auf einen bereits ausgewerteten Spannungsverlauf U folgende Vergleich mit einem Verlaufsmuster VL₁ bis VL₄ auf diejenigen Muster beschränkt werden, die an den letzten Spannungswert des letzten Zeitabschnitts T angepaßt sind.

Die entsprechenden Verfahrensschritte zum Auswählen der geeigneten Verlaufsmuster sind dem Ablaufschema nach Fig. 9 zu entnehmen. In einem ersten Vergleichsschritt 140 wird abhängig vom beim vorherigen Vergleich n-1 festgestellten Verlaufsmuster VL_i verzweigt. Wenn zuvor das Muster VL₁ oder VL₄ als passend festge­ stellt worden ist, dann werden für den folgenden Ver­ gleich n im Verfahrensschritt 142 die Verlaufsmuster VL₂ und VL₄ bereitgestellt. Anderenfalls werden die Verlaufsmuster VL₁ und VL₃ für den Vergleich ver­ wendet (Verfahrensschritt 144). Durch die Vorauswahl geeigneter Verlaufsmuster VL_i wird die Zahl der durchzuführenden Vergleiche reduziert und damit die Informationsauswertung beschleunigt.

In Fig. 10 ist eine weitere Variante der Ermittlung binärer Informationen durch Vergleich mit Verlaufs­ mustern in einem Ablaufschema dargestellt. Bei dieser Variante werden zum Feststellen der Ähnlichkeit zwi­ schen dem Istverlauf der Ausgangsspannung U in einem Zeitabschnitt T und den Verlaufsmustern VLi Korrelationskoeffizienten Rxy,i gebildet. Hierzu werden in einem ersten Verfahrensschritt 150 die Daten der Verlaufsmuster VLi in einem Datenfeld bereitgestellt. Im nächsten Verfahrensschritt 152 werden die Daten des Ausgangssignals U eines betrachteten Zeitabschnitts T in den Mikroprozessor 38 eingelesen.

Im darauf folgenden Schritt 154 werden aus den Daten der vier Verlaufsmuster VLi und den Daten des Ausgangs­ signals U jeweils ein normierter Korrelations­ koeffizient Rxy,i mit i = 1, 2, 3, 4 nach der Formel

gebildet. Darin sind

x_k Daten des Verlaufsmusters VLi mit der Laufvariable k,
 der Mittelwert über alle Werte x_k,
y_k Daten des Ausgangssignals U,
 der Mittelwert über alle Werte y_k,
k die Laufvariable von 1 bis n, mit n dem größten Wert der Laufvariable k.

Die so ermittelten Korrelationskoeffizienten Rxy,i haben einen Wertebreich von -1 bis +1. Der Wert +1 kennzeichnet die völlige Übereinstimmung des Ausgangs­ spannungsverlaufs mit dem betreffenden Verlaufsmuster VLi. Der Wert -1 kennzeichnet die völlige Gegen­ läufigkeit von Spannungsverlauf U und Verlauf des Verlaufsmusters VLi. In der Praxis wird der berechnete Korrelationskoeffizient Rxy im allgemeinen zwischen diesen Extremwerten liegen. Dasjenige Verlaufsmuster VLi mit einem Korrelationskoeffizienten Rxy, der dem Wert +1 am nächsten kommt, ist unter den betrachteten vier Verlaufsmustern VL1 bis VL4 dem Kurvenverlauf der Ausgangsspannung U am ähnlichsten. Der zu diesem Verlaufsmuster VLi gehörende Binärwert B wird dann als gültiger Binärwert B ausgegeben.

Die Bildung des Maximalwerts aus den vier Korrelations­ koeffizienten Rxy,i erfolgt im Verfahrensschritt 156. In den darauf folgenden Schritten 158 bis 170 wird der zum Verlaufsmuster VLi mit maximalem Koeffizienten Rxy gehörende Binärwert B ausgegeben. Anschließend wird zum Verfahrensschritt 152 verzweigt und die Auswertungs­ prozedur auf den nächsten Zeitabschnitt T angewendet. Selbstverständlich können bei der Auswertung durch Korrelationskoeffizientenvergleich auch die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellten und weiter oben beschriebenen Verfahrensschritte der Korrektur der Verlaufsmuster VLi sowie der Auswahl der Verlaufsmuster VLi angewendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Auswerten binärer Informationen, die auf der Magnetspur einer Magnetspeicherkarte in Form von Flußwechseln nach dem Zweifrequenzcode gespeichert sind, bei dem eine Relativbewegung zwischen der Magnetspeicherkarte und einem elektromagnetischen Wandler erzeugt wird, der durch die Magnetflußänderungen induzierte Spannungsimpulse als Ausgangssignal abgibt, das nachfolgend in Digitalwerte gewandelt wird, wobei zur Auswertung der Informationen Zeitintervalle für die induzierten Spannungsimpulse durch eine zu Beginn eines Abtastvorganges mit gleichbleibender Vorinformation durchgeführte Normierung bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals (U) während jedes durch die Normierung vorgegebenen Zeitintervalls (T) erfaßt wird, daß für jeweils einen Binärzustand (B) der Information mindestens ein Verlaufsmuster (VL₁ bis VL₄) bereitgestellt wird, das den charakteristischen zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals (U) für den Binärwert (B) während eines Zeitintervalls (T) wiedergibt, daß der erfaßte Verlauf des Ausgangssignals (U) mit den Verläufen mindestens zweier Verlaufsmuster (VL₁ bis VL₄) verglichen wird, und daß zum Gewinnen der binären Informationen das Vergleichsergebnis mit der geringsten Abweichung (W) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich die mittlere quadratische Abweichung oder die mittlere Betragsabweichung des Ausgangssignalverlaufs (U) vom Verlaufsmuster (VL₁ bis VL₄) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Binärwert 0 als Verlaufsmuster (VL₁ bzw. VL₂) eine Gerade mit konstanter positiver oder negativer Steigung und für den Binärwert 1 als Verlaufsmuster (VL₃ bzw. VL₄) eine Gerade mit konstanter positiver und dann negativer Steigung oder umgekehrt mit Vorzeichenwechsel in der Mitte des Zeitintervalls (T) bereitgestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der Verlaufsmuster (VL₁ bis VL₄) abhängig von dem zuvor festgestellten Ausgangssignalverlauf (U) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen (W) des zeitlichen Verlaufs des Ausgangssignales (U) von dem Verlauf desjenigen Verlaufsmusters (VL₁ bis VL₄) mit geringster Abweichung bestimmt werden, daß eine Korrektur des Verlaufsmusters (VL₁ bis VL₄) abhängig von diesen Abweichungen (W) erfolgt, und daß im weiteren Verlauf der Auswertung das korrigierte Verlaufsmuster (VL₁ bis VL₄, VL₁) mit dem Ausgangssignalverlauf (U) verglichen sowie der Korrektur unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlaufsmuster (VL₁) um die Hälfte der Abweichungen (W) korrigiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich ein normierter Korrelationskoeffizient (Rxy, i) aus den Verlaufsmustern (VL₁ bis VL₄) und dem erfaßten Verlauf des Ausgangssignals (U) gebildet wird, und daß seine Abweichung vom Wert 1 ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den bei der Normierung ermittelten Zeitintervallen (T) ein mittleres Zeitintervall (Tm) gebildet wird, das im weiteren Verlauf für die Auswertung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Binärwert 0 gehörende Zeit (Tist) zwischen aufeinanderfolgenden Extremwerten gemessen wird, und daß bei Abweichung des aus der Normierung ermittelten Zeitintervalls (Tm) von der Zeit (Tist) eine Korrektur des Zeitintervalls (Tm) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (Tm) um die halbe Abweichung korrigiert wird, und daß im weiteren Verlauf der Auswertung das korrigierte Zeitintervall (Tm) verwendet wird.