Umwandlung von 8-Bit- in 14-Bit-Folgen Was ist die Eight-to-Fourteen-Modulation (EFM)?

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Die Eight-to-Fourteen-Modulation ist ein Verfahren zur Codierung digitaler Daten. Es wandelt Daten im 8-Bit-Code in 14-Bit-Folgen um. Zum Einsatz kommt es hauptsächlich bei optischen Speichermedien wie CDs. Das Modulationsverfahren stellt sicher, dass sich die Daten zuverlässig und fehlerfrei lesen lassen.

Das Akronym für Eight-to-Fourteen-Modulation lautet EFM. Bei EFM handelt es sich um ein Modulationsverfahren, das digitale Daten, die in 8-Bit-Folgen vorliegen, in 14-Bit-Folgen umwandelt.

Die Eight-to-Fourteen-Modulation wurde bereits in den 1970er-Jahren von Kees A. Schouhamer Immink entwickelt. Das Verfahren kommt hauptsächlich bei optischen Speichermedien wie Compact Discs (CDs) und ihren Varianten wie Audio-CDs, CD-ROMs und CD-Rs zum Einsatz. EFM stellt sicher, dass sich die Daten zuverlässig und fehlerfrei lesen lassen und die Kapazität eines optischen Speichermediums optimal genutzt werden kann. Die Umwandlung der Daten von 8-Bit-Folgen in 14-Bit-Folgen sorgt für die Einhaltung einer Mindest- und Maximalzahl an aufeinanderfolgenden Nullen zwischen den Einsen einer Bitfolge.

Kees A. Schouhamer Immink entwickelte auch EFMPlus, bei dem die 8-Bit-Folgen in 16-Bit-Folgen umgewandelt werden. EFMPlus kommt unter anderem bei DVDs und Super Audio CDs (SACDs) zum Einsatz. Das für das EFM-Verfahren angewandte Prinzip der Umwandlung von Bitfolgen einer bestimmten Länge in Bitfolgen einer größeren Länge ist aber nicht auf den Bereich optischer Speichermedien begrenzt. Es findet sich auch in anderen Bereichen wie der magnetischen Datenspeicherung, der digitalen Rundfunkübertragung oder der Netzwerkübertragungstechnik.

Prinzipielle Funktionsweise der Eight-to-Fourteen-Modulation

Bei einem mit einer 8-Bit-Folge dargestellten Byte können mehrere Einsen oder Nullen direkt aufeinanderfolgen. Um eine Mindest- und Maximalanzahl an aufeinanderfolgenden Einsen oder Nullen sicherzustellen, müssen die 8-Bit-Folgen in längere Bit-Folgen umgewandelt werden. Die Eight-to-Fourteen-Modulation nutzt hierfür 14-Bit-Folgen.

Die Zuordnung der mit acht Bit darstellbaren 256 verschiedenen Werte erfolgt über eine Zuordnungstabelle. Durch die Umwandlung mithilfe dieser Tabelle ist zum Beispiel sichergestellt, dass sich zwischen zwei Einsen mindestens zwei und höchstens zehn Nullen befinden. Von den mit 14 Bit maximal darstellbaren 16.384 Werten enthält die Tabelle 256 Werte, die diese Bedingungen erfüllen. Die Zuordnungstabelle ist standardisiert und für die verschiedenen CD-Varianten zum Beispiel im „Red Book“ und im „Yellow Book“ festgeschrieben. Zwischen zwei 14-Bit-Folgen fügt EFM drei zusätzliche Bits ein, die sicherstellen, dass auch bei den verketteten 14-Bit-Folgen die spezifischen Grundbedingungen des Modulationsverfahrens eingehalten werden.

Vorteile durch den Einsatz der Eight-to-Fourteen-Modulation

Der Einsatz der Eight-to-Fourteen-Modulation bietet unter anderem folgende Vorteile:

• Minimierung der Fehlerrate und Sicherstellung des zuverlässigen Auslesens der Daten,

• bessere Ausnutzung der Speicherkapazität des optischen Speichermediums (höhere Speicherdichte),

• Stabilisierung der Synchronisation beim Lesen und Schreiben von Daten,

• geringere Anfälligkeit gegenüber physikalischen Einflüssen wie Kratzer oder Verschmutzungen.

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