Grundlagen: CD-ROM

Fehlererkennung und Fehlerkorrektur

Manchmal sind die Daten auf der CD nicht mehr vollständig lesbar, etwa in Folge von großen Kratzern. In so einem Fall braucht man Verfahren, um erstens diese Fehler aufzuspüren und um sie zweitens mittels der vorhandenen Daten zu rekonstruieren.

Das beste Verfahren zur Fehlererkennung ist das Hinzufügen von Paritätsbits zu den aufgenommenen Nutzdaten. Dabei wird etwa zu jedem Daten-Byte noch ein Bit mitgespeichert. Der Wert dieses Bit ist 0, wenn die Anzahl der Eins-Bits im Daten-Byte gleich Null oder eine gerade Zahl ist, ansonsten nimmt das Paritätsbit den Wert 1 an. Wird ein Bit falsch gelesen, kann dieser Fehler erkannt werden. Durch die Verwendung mehrerer Paritätsbits, die aus verschiedenen Kombinationen der Nutzdaten gebildet werden, kann man fehlerhafte Bits genau lokalisieren, sodass auch eine Korrektur möglich ist.

Dieses Verfahren lässt sich beliebig verfeinern, aber mit steigender Fehlererkennungsrate steigt auch die zu übertragende Datenmenge auf Grund der größer werdenden Anzahl der Paritätbits.

Einzelne Fehler, wie falsch abgebildete Bits, können leicht erkannt und korrigiert werden. Treten Fehler in aufeinander folgenden Gruppen auf, spricht man von Flächenfehlern oder Bursts. Hier ist der Korrekturaufwand größer. Flächenfehler kommen bei CDs oft vor, etwa in Form von radialen Kratzern.

Flächenfehler korrigiert ein Laufwerk durch Interleaving. Dabei werden die Daten vor der Aufzeichnung so umverteilt, dass aufeinander folgende Werte auf dem Speichermedium niemals benachbart sind. Beim Lesen werden nun die Daten wieder in ihre ursprüngliche Reihenfolge gebracht (De-Interleaving). Tritt nun ein Flächenfehler auf dem Medium auf, werden die Daten durch das De-Interleaving so umverteilt, dass daraus mehrere Einzelfehler entstehen, die mit Hilfe von Paritätsbits korrigiert werden.

Die Verfeinerung dieser Technik nennt man Cross Interleaving; dabei werden die Daten mehrere Male in kürzeren als auch in längeren Intervallen verschachtelt.

Der Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturcode bei CDs heißt CIRC. Hierbei werden für Einzelfehler Paritätsprüfungen benutzt und Flächenfehler durch das Cross Interleaving zu Einzelfehlern umgewandelt.

Fehler, die trotz CIRC nicht korrigierbar sind, könnten bei Audio-CDs hörbare Klicks erzeugen. Um solchen Effekten vorzubeugen, sind in Audio-CD-Spielern Verdeckungsschaltungen eingebaut, die den nicht eindeutig lesbaren Wert bei der Wiedergabe ausblenden. Manchmal wird der fehlende Wert auch durch Interpolation der Nachbarstellen ersetzt. Der Hörer bekommt in den meisten Fällen durch solche Schaltungen gar nicht mit, dass hier ein nicht behebbarer Fehler auftrat.