DE3318774A1 - Verfahren zur uebertragung von digital codierten analogsignalen - Google Patents

Description

Deutsche Bundespost 2515

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von digital codierten Analogsignalen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Verfahren dieser Art finden vorzugsweise Anwendung bei der digitalen Übertragung hochwertiger Tonsignale über Rundfunksatelliten. Digitale Paketmultiplexverfahren ermöglichen durch ihre große Flexibilität die Unterbringung verschiedenster Digitalsignale in gleichartig aufgebauten Datenpaketen.

Es ist bekannt, bei der digitalen Codierung von Analogsignalen eine Block- oder Quasimomentanwertkompandlerung vorzusehen, so daß anstelle der beim Moment anwert kompander verwendeten ungleichmäßig gestuften Quantisierungsskala mehrere gleichmäßig gestufte Quantislerungsskalen verwendet werden, deren Quantisierungsintervallgrößen sich jeweils um den Faktor 2 unterscheiden. Bei Codiereinrichtungen für hochwertige Tonsignale mit derartigen Kompandern wird eine bestimmte Anzahl von Abtastwerten z. B. 32 - zunächst gleichmäßig mit der feinsten vorgesehenen Stufung quantisiert und codiert. Die zugehörigen Codeworte werden digital gespeichert. Dann wird in Abhängigkeit vom höchstwertigen der gespeicherten Codeworte und von der für die Übertragung gewählten Anzahl der Bits je Wort die feine Quantisierung entweder beibehalten oder vergrößert.

Dies geschieht z. B. dadurch, daß in einem ersten Schritt gleichmäßig quantisiert und in 14 bit codiert wird. Nach Feststellung des höchstwertigen Codewortes werden von den 14 bit z. B. 4 bit unterdrückt, je nach Wertigkeit des höchstwertigen Codewortes. Voraussetzung für dieses Verfahren ist, daß zu jedem der aus 32 Codeworten bestehende: Blöcke ein aus mehreren zusätzlich zu übertragenden Bit bestehendes Skalenfaktorwort hinzugefügt wird, dae eine Aussage über die gewählte Quantisierungeskala macht. Auße] dem muß eine Clocksynchronisation auf der Empfangsseite e] folgen.

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Der bekanntgewordene Systemvorschlag NICAM 3 der British Broadcasting Corporation (The Radio and Electronic Engineer, VoI 50, Jahrgang 1980 No. 10, S. 519 - 530) verwandet eine Quantisierungskennlinie mit s = 1024 Intervallen, η = 10 "bit pro Abtastwert und 32 Abtastwerten pro Block. Dieses Verfahren hat die Europäische Rundfunkunion dem CCIR zur Anwendung beim Rundfunksatellitendienst vorgeschlagen.

Beim vorstehend beschriebenen Codierverfahren ist es erforderlich, daß dem empfangsseitigen Decodierer eine Blockkennung übermittelt wird, die den Anfang der Codierblöcke kennzeichnet»

Es ist weiterhin bekannt, zusätzlich zu jedem codierten Abtastwert ein Bit zur Minderung des Einflusses von auf dem Übertragungsweg entstehenden Bitfehlern mit zu übertragen. Mit diesem Bit wird eine Paritätsprüfung z. B. der 5 höchstwertigen Bits durchgeführt. Wird auf der Empfangsseite eine Paritätsverletzung infolge eines Bitfehlers in den geschützten Bits eines Codewortes festgestellt, so wird das fehlerhafte Codewort unterdrückt und durch einen Schätzwert ersetzt, der z. B. durch lineare Interpolation zwischen den Codeworten gewonnen werden kann, die dem fehlerhaften Codewort zeitlich benachbart sind. Durch diesen einfachen Schutz gegen Bitfehler, der bezogen auf das vorstehend beschriebene Codierbeispiel die Anzahl der Bits je Abtastwert auf 11 erhöht, können mittlere Bitfehlerhäufigkeiten bis ca. 10"^ toleriert werden. Bei ungünstigeren Werten der Bitfehlerhäufigkeit von z. B. 10~ , die etwa beim Satellitenrundfunk mit digitaler Tonübertragung am Rande oder außerhalb des Versorgungsgebietes auftreten können, ist es erforderlich, für den Bitfehlerschutz wesentlich mehr zusätzliche Übertragungε kapazität vorzusehen und fehlergeschützte Codes (BCH-Code, Hamming-Code usw.) zu verwenden.

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Es ist weiterhin bekannt, daß für die digitale Multiplexbildung mehrerer Kanäle ein kontinuierliches Multiplex mit fester oder in geringen Grenzen variabler Zeiteinteilung des Pulsrahmens oder aber ein Paketmultiplex verwendet werden kann.

Bei letzterem ist die nutzbare Information in Paketen untergebracht, deren prinzipieller Aufbau in Pig. 1 dargestellt ist. Jedes Paket der Länge w ist untergliedert in die Abschnitte x, y und z. Im Abschnitt χ ist eine Synchronisierkombination enthalten, die für alle Pakete gleich ist. Der Abschnitt y beinhaltet Adressinformationen, die je nach Kanal bzw. Dienst, unterschiedlich ist. χ + y wird auch als Kopf des Paketes bezeichnet. Die nutzbaren Daten sind im Abschnitt ζ enthalten. Da auf jedes Paket eines Paketmultiplexes neu synchronisiert wird (x-Abschnitt), können sowohl die Länge der Pakete, als auch der Zeitpunkt ihres Eintreffens beliebig sein. Es hat sich gezeigt, daß wegen der HOtwendigkeit der Übertragung des Paketkopfes die Übertragungsbitrate nur zu 90 bis 95 # durch die nutzbaren Daten belegt werden kann.

Die Übertragungsbitrate kann aber ökonomischer genutzt werden, wenn man das Paketmultiplex in einer Weise modifiziert, wie dies im CCIR-Grünbuch, Vol. X and XI - Part. 2, Genf 1982, S. 265 beschrieben ist. Dabei wird nur eine einheitliche Paketlänge verwendet. Die Pakete treten in periodischer Folge auf, d. h. ein Paket folgt unmittelbar dem vorhergehenden. Durch diese Maßnahme kann die für Synchronieierzwecke erforderliche Kapazität erheblich verringert werden, da dann kein besonderer Fehlerschutz für die periodisch auftretende Synchronisierkombination aufgewendet zu werden braucht. Es kann die bei einem kontinuierlichen Multiplex üblichen Synchronisierstrategie angewendet werden.

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Dieses modifizierte Paketmultiplex hat jedoch den Nachteil, daß bei der Übertragung von digital codierten Tonsignalen mit unterschiedlichem Aufwand an Informationskapazität für den Bitfehlerschutz, wodurch jeder Abtastwert beispielsweise 11 oder 15 bit enthält, die Codierblöcke mit 32 codierten Abtastwerten eine unterschiedliche Anzahl von Bits enthalten. Da man¹ bisher davon ausging, daß durch die Paketbildung gleichzeitig die Grenzen der Codierblöcke mit übertragen werden sollen, lag es nahe, eine ganze Zahl von Codierblöcken je Paket vorzusehen. Dies führt automatisch zu unterschiedlichen Paketlängen bei unterschiedlichen Pehlerschutzverfahren. Dadurch werden unterschiedliche Demultiplexer erforderlich. Außerdem ist bei Anwendung des im CCIR-Grünbuch beschriebenen, modifizierten Paketmultiplex keine gemischte Übertragung von Signalen mit unterschiedlichem Bitfehlerschutz möglich.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei Verwendung einer einheitlichen Paketlänge unterschiedlich lange Codierblöcke in den Paketen zu übertragen bei empfangsseitig eindeutiger Erkennung der Grenzen der Codierblöcke, wir durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer einheitlichen .Paketlänge w, die beispielsweise auf den schon beschriebenen einfachen Bitfehlerschutz optimiert ist, auch mit höherem Fehlerschutzaufwand versehene codierte Tonsignale übertragen werden können und dabei ein einheitlicher Demultiplexer eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil betrifft die Möglichkeit der gemischten Übertragung von codierten Ton-Signalen mit unterschiedlichem Bitfehlerschutz. Außerdem kann ein Paketverlust leicht erkannt werden.

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Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt.vier Pakete P1 bis P4-, wobei nur eine nutzbare Länge ζ der Pakete ohne Paketkopf dargestellt ist. Die Länge ζ ist so gewählt, daß sie identisch .einer ersten Codierblocklänge ν (Pig. 2b) eines ersten Codierblockes C1 ist, der beispielsweise einem Tonsignal mit einfachem Bitfehlerschutz zugeordnet ist, der durch Übertragung eines Paritätsbits zu jedem codierten Abtastwert erreicht wird. Die empfangsseitige Erkennung der Grenzen der Codier blöcke ist einfach.

Soll nun der Bitfehlerschutz durch zusätzliche Bits je Codewort verbessert werden, so ergibt sich ein neuer Codierblck C2 der Länge v¹ (Pig. 2c). Durch Vergleich der' Figuren 2a und 2c zeigt sich, daß die zeitliche Lage der Grenzen der Codierblöcke C2 bezogen auf die Grenzen der Pakete P1 und P4 unterschiedlich ist. Es gibt demzufolge a = 4 Typen von Paketen, die insgesamt b = 3 Codierblöcke 02 enthalten. Dieser Umstand wird mit c = 2bit mittels freier Informationskapazität im Paketkopf zum Empfänger signalisiert.

Ein Zahlenbeispiel soll dies verdeutlichen. Für zwei unterschiedliche Bitfehlerschutzverfahren ist die Anzahl der Bits je Abtastwert 11 bzw. 15. Ein Codierblock C1 oder 02 für ein stereophonisches Tonsignal enthält 2 · 32 = 64 codierte Abtastwerte. Man erhält für die Länge des Codierblickes C1 : ν = 64 · 11 bit + 16 bit = 720 bit. 16 zusätzliche Bits bieten sich an und können - beispielsweise zur Übertragung der Skaleninformation genutzt werden um die Faktoren a und b möglichst klein zu halten. Die erste Codierblocklänge ν ist gleich der nutzbaren Paketlänge z, also 720 bit. Für den Codierblock 02 ergibt sich eine zweite Codierblocklänge ▼· = 64 · 15 bit = 960 bit, so daß die nutzbare Paketlänge ζ = ^ ν¹, die Anzahl der verschiedenen. Pakettypen a = 4 und die Anzahl der zusätzlich erforderlichen Bit c = 2 ist.

Claims (2)

1. Deutsche Bundespost"*25'15 " ' ' ο ο ι Q Ί Ί j

   Verfahren zur Übertragung von digital codierten Analogsignalen

   (2) Patentansprüche

   Γ 1 Λ Verfahren zur Übertragung von in Codierblöcken zusammengefaßten digital codierten Analogsignalen in einem digitalen Paketmultiplexsystem unter Verwendung konstanter Paketlängen, dadurch gekennzeichnet, daß einer bestimmten Anzahl (a) von gleichlangen Paketen (P1; P2; P3; P4· in Fig. 2) mit einer für eine erste Codierblocklänge (v) optimierten Länge (w) zur Übertragung von zur nutzbaren Paket- . länge (iw)nicht passenden Codierblöcken einer zweiten Länge (v¹) eine Anzahl (b) Codierblöcke der zweiten Länge (v*) so zugeordnet wird, daß a Pakete (P1 - P4) der Länge (w) unterschiedlicher Inhaltsstruktur entstehen und daß die unterschiedliche Inhaltsstruktur der Pakete (P1 - P4) bezogen auf die in den Paketen enthaltenen Codierblockteile mit c bit in vorhandener freier Übertragungkapazität des Paketkopfes zur Empfangsseite signalisiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a in der Formel a = 2° ausgedrückt wird.