Dekodierer

Unter einem Dekodierer oder Decoder (englisch) versteht man in der Regel einen Umsetzer, Konverter oder Wandler für digitale oder analoge Signale. Er kann mit einem Umsetzer bzw. einer Kodiereinheit, auch Kodierer oder Encoder genannt, eine logische Einheit bzw. eine Funktionskette bilden. Eine Einrichtung, die aus Ausgangssignalen des Dekodierers die ursprünglichen Eingangssignale für den Dekodierer erzeugen kann, ist der Kodierer bzw. Encoder (englisch).

Ein Dekodierer muss nicht zwingend die Aufgabe haben, die ursprünglichen Informationen der Kodiereinheit vollständig wiederherzustellen oder einem weiteren System zur Verfügung zu stellen, da die Umwandlung der Informationen bzw. Signale redundant oder verlustbehaftet sein kann.

Das folgende Bild stellt ein Kodierer- (Encoder-) / Dekodierer- (Decoder-)System dar:

Gesicherte Signalübertragung mit Kodierung und Dekodierung

In der Nachrichtentechnik wird in der Regel der englische Begriff Decoder als Dekodierer und für den Kodierer der Begriff Encoder verwendet.

In der Kryptographie werden Personen und Hilfsmittel zum Entschlüsseln von Nachrichten häufig als Decodierer bezeichnet.

Man unterscheidet je nach Signalart analoge Dekodierer, digitale Dekodierer und Übergaben zwischen diesen beiden Signalstrukturen.

Analoge Dekodierer

Einer der häufigsten Decoder für analoge Signale ist der für den Stereoempfang verwendete Dekodierer in den UKW-FM-Receivern. Auch für den Empfang des analogen Farbfernsehens werden in Europa PAL- und SECAM analoge Dekodierer eingesetzt.

Digitale Dekodierer

Die Realisierung von Dekodierern kann durch reine Hardware (z. B. in Kodeumsetzern), reine Software (z. B. in Codecs) oder in DSPs erfolgen.

Auch die digitale Signalverarbeitung kann zum Aufbau von Dekodierern verwendet werden.

Digitale Dekodierer können mit:

• mechanischen oder elektronischen Schaltern
• Relais
• Elektronenröhren
• Dioden
• Transistoren
• TTL-Bausteinen
• Festwertspeichern
• digitalen Signalprozessoren (DSP)

aufgebaut werden.

In den Multimediaanwendungen dienen Dekodierer und Codecs häufig zum Rekonstruieren von Daten nach einer Übertragung oder Komprimierung.

Typische Anwendungsfälle von digitalen Dekodierern in der Technik sind Umsetzungen von Signalen für Messgeräte, Ansteuerung von digitalen Zählern mit unterschiedlichen Zähllogiken sowie Umsetzung von Signalen von parallelen Übertragungsverfahren für eine serielle Datenübertragung, z. B. für die RS-232-Schnittstelle.

Beispiele für digitale Dekodierer in der Schaltungstechnik

Ein Dekodierer kann ein Schaltnetz sein, das, je nach Realisierung, aus n Eingängen $2^{n}$ (oder weniger) Min- bzw. Maxterme erzeugt. Jede Funktion lässt sich durch diese Terme ausdrücken und daher ist der Dekodierer dazu geeignet, beliebige Schaltfunktion zu realisieren, indem die auftretenden Terme ausgangsseitig verknüpft werden.

Beispiel eines Schaltnetzwerks als digitaler Dekodierer

Ein 3×8-Dekodierer

• Eingänge: s0, s1, s2
• Ausgänge: Minterme m0, m1, …, m7

s2	s1	s0	m0	m1	m2	m3	m4	m5	m6	m7
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

1-aus-n-Dekodierer

Der 1-aus-n-Dekodierer schaltet genau einen von n Ausgängen auf 1, wobei n eine Potenz von 2 ist, da n in Binärdarstellung an den Eingängen anliegen muss. Bei den Eingängen e0, e1, e2, e3 mit 0 1 1 0 bin = 6 dez würde der Ausgang y6 = 1 und alle anderen y0, y1, …, y5, y7, y8, …, y15 = 0.

Mit Hilfe von 1-aus-n-Dekodierern werden beispielsweise die einzelnen Flipflops in einem Speicher ausgewählt, in die geschrieben werden soll, indem die Adresse an die Eingänge des 1-aus-n-Dekodierers gelegt wird und die Ausgänge y0, …, yn und die Flip-Flop Eingänge f0, …, fn mit einem UND verschaltet werden.

Realisierung von Dekodiererschaltungen mit Mintermen/Maxtermen:

	Minterm	Maxterm
0	NOR-Gatter	UND-Gatter
1	OR-Gatter	NAND-Gatter

7-Segment Dekodierer mit Relais und Dioden

2 bit zu 7 Segment Anzeige Dekoder

Das folgende Schaltnetz veranschaulicht beispielhaft die Ansteuerung einer 7 Segment LED Anzeige mit einer zwei bit Zahl am Eingang bit-1 und bit-0 für die Darstellung der Ziffern 0 bis 3.

Zunächst wird Eingang bit-0 und bit-1 in eins aus vier (L-1 bis L-4) nach dem Binärbaumprinzip mittels Relais dekodiert. Anschließend erfolgt das Kodieren von L-1 bis L-4 mittels Diodenmatrix in die einzelnen Segmente (S-a bis S-g) der 7-Segment LED Anzeige.

Wahrheitstabelle für 7-Segment Dekodierer mit Relais und Dioden:

Eing bit-1	Eing bit-0		L-4	L-3	L-2	L-1		S-a	S-b	S-c	S-d	S-e	S-f	S-g		7-Segment Anzeige
0	0		0	0	0	1		1	1	1	1	1	1	0		0
0	1		0	0	1	0		0	1	1	0	0	0	0		1
1	0		0	1	0	0		1	1	0	1	1	0	1		2
1	1		1	0	0	0		1	1	1	1	0	0	1		3

Kodeumsetzung zwischen analog und digital

Zur Umsetzung von analogen in digitale Signale werden Analog-Digital-Umsetzer und für die umgekehrte Richtung werden Digital-Analog-Umsetzer verwendet. Wesentliche Kenngrößen dieser Umsetzer sind die Genauigkeit, Linearität und Geschwindigkeit der Umsetzung. Das Haupteinsatzgebiet dieser Dekoder ist die Messtechnik. Aber auch in der Unterhaltungselektronik werden mit Hilfe von Dekodierern digitale Signale z. B. von einer CD, DVD oder von einem digitalen Rundfunk- bzw. Fernsehempfänger in analoge Signale umgesetzt.

Siehe auch

• Code
• Codeumsetzer
• Multiplexer

Literatur

• Hartmut Ernst, Jochen Schmidt, Gerd Beneken: Grundkurs Informatik. Grundlagen und Konzepte für die erfolgreiche IT-Praxis – Eine umfassende, praxisorientierte Einführung, 6. Auflage, Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-14633-7.
• Manfred Rost, Sandro Wefel: Elektronik für Informatiker. Von den Grundlagen bis zur Mikrocontroller-Applikation, Oldenbourg Verlag, München 2013, ISBN 978-3-486-70692-5.
• Hans-Ulrich Post: Entwurf und Technologie hochintegrierter Schaltungen. B. G. Teubner Verlag, Stuttgart 1989, ISBN 978-3-519-02267-1.
• Wolfgang J. Paul, Jörg Keller: Hardware Design. Formaler Entwurf digitaler Schaltungen, 2. Auflage, B. G. Teubner Verlag, Stuttgart 1997, ISBN 978-3-8154-2304-2.
• Rainer Scholze: Einführung in die Mikrocomputertechnik. Grundlagen – Programmierung – Schaltungstechnik, 3. Auflage, B. G. Teubner Verlag, Stuttgart 1990, ISBN 978-3-519-20104-5.
• Klaus Fricke: Digitaltechnik. Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker, 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2001, ISBN 978-3-528-13861-5.

Weblinks

• Kodierer und Dekodierer (Redstone) auf Fandom.com (abgerufen am 21. April 2021)