DE10133600A1 - Verfahren zur Datenübertragung über ein analoges Fernsehsignal und Vorrichtung dazu - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Datenübertragung über ein analoges Fernsehsignal. Dazu wird einem analogen Fernsehsignal vorzugsweise innerhalb der zu übertragenden Bildinformation ein digitales Signal aufgeprägt. Durch teilweise Verwendung des bisher der Bildübertragung zugeordneten Zeitbereichs des analogen Fernsehsignals lassen sich besonders hohe Datenübertragungsraten erzielen.

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Datenübertragung und insbesondere Sende- und Empfangsvorrichtungen und -verfahren zur Übertragung von Daten, vorzugsweise mittels herkömmlicher analoger Fernsehsignale.
• Die Übertragung von Zusatzdaten im analogen Fernsehen bietet die Möglichkeit, existierende Ressourcen und Infrastrukturen (Geräte, Frequenzen usw.) für zusätzliche Dienste zu nutzen und so mit geringem Aufwand einen beträchtlichen Mehrwert zu erreichen. Das analoge Fernsehen ist dabei eines der Medien, die aufgrund ihrer großen Verbreitung und einheitlichen Normung die Einführung von zusätzlichen Übertragungsverfahren besonders interessant erscheinen lassen. Dabei hängen die Perspektiven einer solchen Zusatzdatenübertragung im analogen Fernsehen von der Zukunft des analogen Fernsehsystems ab. Selbst nach vorsichtigen Prognosen wird hier ein Fortbestehen über die nächsten 15 bis 20 Jahre erwartet.
• Zur Übertragung von Signalen durch gemeinsame Nutzung bestimmter Ressourcen eignet sich im Wesentlichen das Zeitmultiplex-Verfahren, das auf der Verwendung ungenutzter Zeilen und nicht sichtbarer Bereiche des Bildes beruht.
• Es gibt weltweit verschiedene Fernsehnormen, von denen die beiden wichtigsten PAL und NTSC sind. PAL wird hauptsächlich in Europa verwendet, wohingegen NTSC in Amerika Anwendung findet. Die Auflösung von PAL beträgt 768 × 576 Pixel, wobei die Bilder mit einer Bildwiederholfrequenz (für Halbbilder) von 50 Hz wiedergegeben werden.
• Das PAL-Fernsehsignal besteht aus insgesamt 625 Zeilen, die in zwei Halbbilder eingeteilt sind. Die ersten 22 Zeilen jedes Halbbildes sowie die letzten 2,5 werden vom Fernseher nicht dargestellt und man nennt diesen Bereich die vertikale Austastlücke oder Vertical Blanking Interval bzw. VBI. Bei älteren Fernsehgeräten, die nicht optimal synchronisiert waren, konnte das Phänomen von "rollenden Bildern" betrachtet werden, die durch schwarze Streifen unterbrochen waren. Dieser schwarze Bereich repräsentiert optisch die vertikale Austastlücke. Die ersten sechs Zeilen am Beginn und Ende werden zum Detektieren eines neuen Bildes benötigt (Bildsynchronisation). Die verbleibenden 16 Zeilen jedes Halbbildes können zur Übertragung beliebiger Daten verwendet werden, ohne dass der Fernsehzuschauer davon etwas merkt. Die meisten dieser Zeilen sind durch Datendienste wie Teletext, VPS, PALplus-Umschaltung, Prüf- und Testinformation belegt.
• Bei einer Bildwiederholfrequenz von 50 Hz für Halbbilder wird jedes Halbbild 50 mal pro Sekunde neu übertragen, so dass die effektive Bildrate für Vollbilder 25 Bilder pro Sekunde beträgt.
• Seit 1980 besteht der Verteildienst Videotext. Zu diesen Diensten zählen unter anderem die Einblendmöglichkeit von Untertiteln in laufende Sendungen und die Übermittlung aktueller Nachrichten. Die Videotextdaten werden im digitalen NRZ-Code (Non Return to Zero) in den Zeilen 20 und 21 (erstes Halbbild) sowie 333 und 334 (zweites Halbbild) übertragen. Die Verschlüsselung der Zeichen wird dabei im 8-Bitbreiten-ASCII-Code vorgenommen.
• In jeder Videotextzeile sind innerhalb der vertikalen Austastlücke 45 Bytes (360 Bit) untergebracht. Davon werden drei Bytes zur Synchronisation und zwei Bytes zur Nummerierung der Videotextseite benötigt. In der ersten Zeile einer Videotextseite werden zusätzlich zwei Steuerbytes sowie sechs Bytes mit Coderedundanz für die aktuelle Uhrzeit übertragen. Damit verbleiben für die eigentlichen Datenworte 40 bzw. 32 Bytes pro Zeile.
• Diese Videotextübertragung nach dem Euro-WST-Standard hat den Nachteil, dass die Menge der übertragenen Information begrenzt ist und sich zur Übertragung hoher Datenraten nicht eignet. Man hat sich deshalb auch Gedanken gemacht, Zusatzdaten auf andere Weise im Fernsehsignal zu übertragen.
• Es ist ebenfalls bekannt, Zusatzsignale im Bild in einer Art Frequenzmultiplex- oder Korrelationsmultiplexverfahren zu überlagern. Die Überlagerung selbst erfolgt im Farbbildsignal mit Amplituden von 3 bis 20 mV. Damit sind Datenraten bis etwa 30 KBit/s erzielbar. Diese Zusatzsignale stellen für das Fernsehbild eine Störung dar, die je nach Bildinhalt vom menschlichen Auge registriert wird. Um das zu vermeiden, muss die Amplitude der Zusatzsignale im Vergleich zur Amplitude des analogen Fernsehsignals (FBAS-Signal) hinreichend klein gewählt werden. Die Erkennung der relativ kleinen Zusatzdatensignale stellt wiederum ein schwieriges Empfangsproblem dar. Wegen der Empfindlichkeit moderner Fernsehempfänger sind solche Zusatzsignale mit relativ kleiner Amplitude bei der Überlagerung im Fernsehsignal in bestimmten Bildszenen immer noch erkennbar.
• Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher von einem Sender für Fernsehsignale Information jeglicher Art an Fernsehempfangsgeräte mit einer hohen Datenübertragungsrate übertragen werden kann.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem Zeitbereich eines analogen Fernsehsignals, der zur Übertragung von Bildinformation vorgesehen ist, Bildinformation zumindest teilweise durch ein digitales Signal zur Datenübertragung ersetzt wird. Auf diese Weise lässt sich die Datenrate gegenüber herkömmlichen Übertragungsverfahren im analogen Fernsehsignal deutlich erhöhen.
• Dadurch, dass ein verkleinertes Bild zum Empfänger übertragen und der dieses Bild umgebende Bereich zur Datenübertragung verwendet wird, kann auch bei hohen Datenraten ein auch für den Zuschauer akzeptabler Kompromiss zwischen kurzer Übertragungszeit für die Zusatzdaten mit entsprechend vielen Anwendungsmöglichkeiten und einem ausreichend großen Bild erreicht werden.
• Erfindungsgemäß ist zur Erhöhung der Datenrate auf diese Weise ein Verfahren zum Erzeugen eines entsprechenden Fernsehsignals, eine Sendeeinrichtung zum Übertragen eines solchen Fernsehsignals, ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zur Aufzeichnung eines solchen Fernsehsignals, ein Verfahren zum Empfangen eines solchen Fernsehsignals und eine entsprechende Empfangseinrichtung angegeben.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung, sowie weitere Merkmale, Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten derselben wird bzw. werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Überall in den Zeichnungen bezeichnen dieselben bzw. ähnliche Bezugszeichen dieselben bzw. entsprechende Elemente. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, und zwar unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüche oder deren Rückbeziehungen. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Übertragung von Zusatzsignalen;
• Fig. 2 zeigt schematisch die mögliche Nutzung des Fernsehsignals zur Datenübertragung;
• Fig. 3 zeigt in den Fig. 3a bis 3c verschiedene Beispiele zur zeilenweisen Aufteilung des Bildsignals gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4 zeigt in den Fig. 4a und 4b zwei weitere Beispiele für eine Aufteilung des Bildbereichs zur Bild- und Datenübertragung;
• Fig. 5 zeigt ein Beispiel mit einer besonders hohen Datenübertragungsrate;
• Fig. 6 zeigt in den Beispielen 6a bis 6f eine für den Benutzer angenehmere Bildwiedergabemöglichkeit bei der Übertragung von Zusatzdaten;
• Fig. 7 zeigt in den Beispielen 7a bis 7c weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Bildwiedergabe während der Datenübertragung;
• Fig. 8 ein stark schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung der senderseitig vorgesehenen Komponenten bzw. Verfahrensschritte;
• Fig. 9 ein stark schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung der empfängerseitig vorgesehenen Komponenten bzw. Verfahrensschritte;
• Fig. 10 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung einer digitalen Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) am Beispiel einer 16-QAM gemäß dem Stand der Technik;
• Fig. 11 ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen senderseitigen Parametrisierung der Codierung zur Vermeidung einer Übersteuerung;
• Fig. 12 ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen empfängerseitigen Decodierung bezüglich einer Codierung gemäß Fig. 11; und
• Fig. 13 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen statistischen Auswertung der empfangenen Symbolzustände zur Korrektur des Kanalprofils.
• Bei einer herkömmlichen Wiedergabe von Fernsehsignalen wird ein Videosignal von einem Contentprovider, in der Regel einer Fernsehanstalt, über bestehende Fernsehverteilnetze den Empfängern zugeführt. Die Verteilung erfolgt entweder über Satellit, über terrestrische Ausstrahlung oder über das Kabelnetz. Der Empfänger bereitet das empfangene Signal auf, um es auf einem Display wiederzugeben.
• Für eine kompatible Ergänzung dieses Videoübertragungssystems für die zusätzliche Übertragung von Datensignalen sind sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite Anpassungen erforderlich. Auf der Senderseite, also bei der Fernsehanstalt, wird das Videosignal durch einen "Inserter" geleitet. Ein solcher Inserter fügt an den vorgesehenen Stellen, herkömmlich in der VBI, das zu übertragende Datensignal von einem anderen Betreiber ein. Das neue, kombinierte Fernsehsignal wird über die bekannten Verteilwege (Satellit, terrestrisch, Kabel) übertragen und im herkömmlichen Empfänger auch auf dieselbe Weise empfangen und wiedergegeben.
• Zur Verwertung der Zusatzdaten benötigt der Empfänger zusätzlich eine Extraktionseinrichtung, um parallel zur Wiedergabe der Videosignale auf dem Display aus dem empfangenen Videosignal die eingefügten Datensignale zu extrahieren und der entsprechenden Anwendung zuzuführen.
• In Fig. 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems dargestellt, bei dem ein Inserter das Videosignal eines Contentproviders mit dem Datensignal eines entsprechenden Providers zusammenführt. Dabei werden die Signale nicht wie bisher üblich ausschließlich in der vertikalen Austastlücke eingefügt, sondern ein Teil des für die Bildwiedergabe vorgesehenen Zeitabschnitts wird auch zur Datenübertragung verwendet. Dieses ausgestrahlte Signal wird von dem Empfänger in herkömmlicher Weise empfangen.
• Der Fernsehempfänger extrahiert zusätzlich aus dem empfangenen Videosignal die übertragenen Zusatzdaten und führt sie einer entsprechenden Auswertevorrichtung zu. Bei einer solchen Auswertevorrichtung handelt es sich insbesondere um einen externen PC oder eine in einem PC oder einem Fernsehempfänger angeordneten Harddisc zur Aufzeichnung des Videosignals. Vorteilhafterweise wird das Fernsehsignal von einer TV-Tuner-Karte empfangen, die in den PC integriert ist. Eine solche Tunerkarte ermöglicht einerseits die analoge Videoerfassung und andererseits das Auslesen der Zusatzdaten. Der TV-Tuner kann auch direkt auf dem Hauptboard des Rechners integriert sein. Für das Extrahieren der übertragenen Zusatzdaten aus dem Videosignal ist in der Regel eine spezielle Software ausreichend.
• Gleichzeitig wird das Videosignal in herkömmlicher Weise verarbeitet und auf dem Videobildschirm wiedergegeben.
• Fig. 2 zeigt den "optischen" Aufbau eines herkömmlichen analogen Videosignals. Zusätzlich zu den übertragenen Bilddaten steht eine vertikale Austastlücke (VBI) zur Datenübertragung zur Verfügung. Herkömmlicherweise werden zusätzlich zu den Bilddaten übertragene Informationen in der VBI übertragen. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß das Datensignal in dem für die Bildübertragung vorgesehenen Bereich eingefügt, so dass ein Teil der Bilddaten durch ein digitales Signal, also durch Zusatzdaten ersetzt wird. In den Fig. 3 bis 5 ist der "optische" Aufbau eines erfindungsgemäßen Videosignals dargestellt, um die Datenrate zur Übertragung von Zusatzinformationen parallel zur Bildübertragung zu erhöhen.
• In den Fig. 3a bis 3c wird der zur Bildübertragung vorgesehene Bereich eines herkömmlichen analogen Fernsehübertragungssystems in vertikaler Richtung so aufgeteilt, dass in etwa das analoge Fernsehbild und die digitalen Zusatzdaten die Hälfte des zur Verfügung stehenden Bereichs einnehmen. Es ist jedoch auch jede andere Aufteilung möglich, die entweder dem Bild oder den Daten mehr Raum einräumt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird in Abhängigkeit von den übertragenen Bildzeilen entschieden, ob Daten oder Bildinformation übertragen wird. Das übertragene Bild lässt sich dabei, wie in den Figuren gezeigt, beliebig innerhalb des zur Verfügung stehenden Bereichs verschieben.
• Eine solche zeilenweise Umschaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Übertragungsverfahren für die Zusatzdaten zeilenbasiert arbeitet, um auf Basis der Zeilen beispielsweise eine Datenkompression zur weiteren Erhöhung der Übertragungsdatenrate durchzuführen.
• In den Fig. 4a und 4b ist eine weitere Alternative gezeigt, bei der das Bild in horizontaler Richtung verkleinert wird.
• Bei den in den Fig. 3a bis 3c und den Fig. 4a und 4b gezeigten Beispielen wurde das übertragene Bild ausgehend von dem ursprünglichen Seitenverhältnis entsprechend gestaucht, so dass dem Betrachter weiterhin die gesamte Bildinformation - wenn auch gestaucht - wiedergegeben wird. Alternativ kann auch ein Ausschnitt des ursprünglichen Bildes oder ein speziell an das Übertragungsformat angepasstes Bild in dem Bildbereich übertragen werden. Besonders vorteilhaft sind die in den Fig. 3a bis 3c dargestellten Alternativen bei einer Spielfilmübertragung, bei der herkömmlicherweise die oberen und unteren Bildbereiche nicht zur Bildübertragung verwendet werden und das ursprüngliche Kinoformat auch an den Seiten beschnitten wird. Solche Spielfilme werden vorteilhafterweise ohne die seitliche Beschneidung wiedergegeben, wobei die in vertikaler Richtung vorzugsweise ober- und unterhalb des Bildes angeordneten Bereiche "Balken" zur Datenübertragung verwendet werden.
• Zur weiteren Erhöhung der Datenübertragungsrate kann das Bild sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung verkleinert werden. Eine solche Übertragungsvariante ist in Fig. 5 dargestellt. Zusätzlich kann zur Erhöhung der Datenrate die vertikale Austastlücke (VBI) zusätzlich zum Bildbereich zur Übertragung von Daten verwendet werden.
• Die Übertragung von digitalen Daten im Bildbereich erzeugt beim Betrachter den Eindruck von Rauschen, wie er in den Fig. 3 bis 5 angedeutet ist. Da dieses Rauschen nicht stationär ist, sondern in Abhängigkeit von den übertragenen Daten einen "belebten" Eindruck hervorruft, führt dies ungewollt zu einer erhöhten Aufmerksamkeit und Ablenkung des Betrachters vom eigentlich übertragenen Bildinhalt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden diese Bereiche mit einem vorbestimmten Bildinhalt belegt. In den Fig. 6a bis 6f ist als eine mögliche Alternative eine "Schwarzschaltung" dieser Bereiche dargestellt, wobei Fig. 6 im übrigen den Beispielen aus den Fig. 3 bis 5 entspricht. Bei einer solchen Wiedergabevariante würde der Betrachter deutlich weniger von der Datenübertragung abgelenkt, so dass dies unbemerkt im Hintergrund stattfinden kann.
• Um die Datenübertragungsrate zeitweise oder auf Dauer weiter zu steigern, kann der gesamte zur Bildübertragung vorgesehene Zeitabschnitt in einem herkömmlichen analogen Fernsehsignal zur Datenübertragung verwendet werden. Anstelle eines Bildes wird von einem herkömmlichen Fernsehempfänger dem Betrachter dann nur ein Rauschbild wiedergegeben.
• Sowohl bei einer nur zeitweisen Nutzung eines Fernsehkanals mit einer solch hohen Datenrate als auch zur Information von Zuschauern, die kein entsprechend ausgerüstetes Endgerät besitzen, kann in das "Rauchbild" ein Text eingeblendet werden. Ein solcher Text kann, wie in den Fig. 7a bis 7b gezeigt, einen Hinweis auf die augenblicklich stattfindende Datenübertragung bzw. deren Inhalt geben oder in werbemäßiger Weise auf den Betreiber der Datenübertragung und/oder auf den Vertreiber entsprechender Empfangsgeräte hinweisen. Für eine angenehmere Betrachtung kann auch in diesem Fall anstelle des Rauschens ein vorbestimmter Bildinhalt wiedergegeben werden. In Fig. 7 ist als Beispiel die Textwiedergabe vor einem schwarz geschalteten Bildhintergrund gezeigt.
• Zur weiteren Erhöhung der Datenrate können Verfahren verwendet werden, die digitale Zusatzdaten komprimiert übertragen, so dass sich die Datenrate weiter erhöht.
• Vorzugsweise wird zur Erhöhung der Datenrate in einem Zeitbereich des analogen Fernsehsignals diesem ein auf mehreren Trägern und/oder mittels einer Quadratur- Amplituden-Modulation codiertes, digitales Signal aufgeprägt.
• In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens zur beschleunigten Übertragung von Zusatzdaten weist das digitale Signal Bit-Blöcke auf, wobei jeweils ein Bit-Block in einer Zeile des analogen Teils des Fernsehsignals enthalten ist.
• Zur Synchronisation der Demodulation des digitalen Signals wird vorzugsweise ein Synchronsignal des analogen Signals verwendet. Dabei kann zur Synchronisation der Demodulation des digitalen Signals eine Phaseninformation verwendet werden, die in den Zeitbereich zusätzlich eingefügt wird. In einer Ausführungsform wird die Phaseninformation in Form wenigstens einer Sinusschwingung übertragen.
• Im folgenden wird das Verfahren zur beschleunigten Übertragung von Zusatzdaten gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 8 bis 13 beschrieben. In Zusammenhang mit Fig. 8 werden die erforderlichen Komponenten bzw. Verfahrensschritte auf der Senderseite zur Durchführung einer beschleunigten Datenübertragung näher erläutert. Hierbei ist die Darstellung in der Fig. 8 so gewählt, dass die senderseitig vorhandenen Komponenten bzw. Verfahrensschritte oben in der Fig. 8 von links nach rechts gezeigt sind, wobei sich dieselbe Darstellung in der linken Spalte der Fig. 8 von oben nach unten wiederholt. Jeweils rechts von der linken Spalte der Fig. 8 sind weitere Einzelheiten zu den einzelnen Komponenten bzw. Verfahrensschritten angegeben. Ausgangspunkt der senderseitigen Verarbeitung sind Daten 1, welche vorzugsweise Computer-Dateien, Streaming-Video, Audiodaten, Fernsehtext und dergleichen sind. Grundsätzlich kommen für das erfindungsgemäße Verfahren alle Daten in Frage, welche sich in digitaler Form, d. h. insbesondere als NRZ-Signal oder als Bitsequenz, darstellen lassen. Die Daten 1 werden von einem Packetierer 2 in entsprechende Datenpakete bzw. Blöcke aufbereitet. Hierbei hängt die Blockgröße von der Größe des Kanals ab, in welchem die Datenübertragung stattfindet. Vorzugsweise wird als Übertragungskanal die vertikale Austastlücke verwendet und jeweils ein Block in einer VBI-Zeile moduliert. Die im darauffolgenden Schritt durchgeführte Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC = Forward Error Correction) erzeugt eine weitere Erhöhung der Datenmenge. Schließlich werden jedem Block eine Blocknummer oder auch weitere Steuerinformation hinzugefügt, so dass der Gesamtblock, mit Vorwärts-Fehlerkorrektur und Steuerinformationen in dem gewählten Übertragungskanalbereich übertragen werden kann. Auf jeden Block wird in einem darauffolgenden Schritt 3 eine an sich bekannte Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC) durchgeführt. Die Vorwärts-Fehlerkorrektur dient zur Vermeidung eines Bitfehlers bei der Decodierung des Signals. Ein derartiger Bitfehler kann z. B. dadurch entstehen, dass im Demodulator durch zu hohes Rauschen eine Entscheiderschwelle überschritten wird und damit der empfangene Wert einer anderen, falschen Bitkombination zugewiesen wird. Durch die Vorwärts-Fehlerkorrektur wird es dem Empfänger ermöglicht, die Fehler, welche insbesondere auf dem Übertragungsweg aufgetreten sind, zu korrigieren. Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Codiermethoden bekannt, wobei insbesondere auf sogenannte Blockcodes und Faltungscodes hingewiesen wird. Im vorliegenden Verfahren wird vorzugsweise ein Read-Solomon- Code, d. h. ein symbolorientierter Blockcode, verwendet. Bei dieser Art von Vorwärts- Fehlerkorrektur kann der Empfänger sowohl erkennen, welches Symbol eines Blockes falsch ist, aber auch den Wert des unverfälschten Symbols berechnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei verschiedene Codes zur Fehlerkorrektur verwendet, welche verkettet sind, um die Leistungsfähigkeit der Fehlerkorrektur zu erhöhen, wobei allerdings dieses mit einer Erhöhung der Datenrate der Übertragung erkauft ist. Zwischen den beiden verketten Blockcodes wird ein Blockinterleaver geschaltet, um zusätzlich zu Bitfehlern und kurzen Burstfehlern auch lange Burstfehler korrigieren zu können. Dabei liefert der Interleaver keinen zusätzlichen Fehlerkorrekturcode, sondern bewirkt lediglich eine Umsortierung bzw. Verschachtelung der vom äußeren Code generierten Symbole.
• Im Schritt 4 wird die eigentliche Modulation durchgeführt. Hierzu wird in einem Schritt 41 ein adaptives Shuffiing-Verfahren bezüglich des zu modulierenden Blockes durchgeführt, welches im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und Fig. 12 näher erläutert wird. Vor der eigentlichen Modulation wird daher eine parametrisierte Änderung des Ausgangsblockes durchgeführt, wobei in einem Schritt 49 das Ergebnis der Modulation im Hinblick auf ein Testkriterium geprüft wird. Sollte das Testkriterium im Schritt 49 nicht erfüllt werden so wird unter Verwendung eines anderen Parameters ein erneutes adaptives Blockshuffling im Schritt 41 durchgeführt und im Anschluss daran erneut moduliert. Diese "Schleife" ist in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie angezeigt. Im Anschluss an die parametrisierte Bearbeitung des Ausgangsblockes wird die Nummer des Shufflemusters, d. h. der Parameter der parametrisierten Rechenvorschrift, dem Block hinzugefügt. In einem Schritt 42 wird eine weitere Vorwärts-Fehlerkorrektur über die Blocknummer und den Wert des Parameters gebildet. Im einfachsten Fall wird dies einfach durch mehrfaches Anfügen der entsprechenden Daten, d. h. durch eine Redundanz, erreicht. Im Schritt 43 wird der Block in Vier-Bit-Worte oder sogenannte "Quadbits" aufgespaltet. Jedes der Vier-Bit-Worte wird nun den Schritten 44, 45 mittels einer 16-stufigen QAM auf einer Trägerschwingung aufmoduliert. Die verfügbaren Trägerschwingungen sind im Schritt 46 dargestellt und sind folgendermaßen vorgegeben. Die Grundschwingung, d. h. der Sinus niedrigster Frequenz, wird durch die Fernsehzeilenlänge bestimmt. Ferner werden für das gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung Multiträgerverfahren auch Oberschwingungen bzw. Harmonische dieser Grundschwingung verwendet, und zwar bis zur Grenze der Bandbreite des Übertragungskanals. Bei einem herkömmlichen Fernsehsignal stehen hierbei etwa 240 Trägerschwingungen zur Verfügung. Weitere Einzelheiten, wie mittels einer 16-Quadratur-Amplituden-Modulation entsprechende digitale Blöcke einer Trägerschwingung aufmoduliert werden, sind in der Fig. 10 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. Vorzugsweise wird daher bei einer beschleunigten Datenübertragung eine Kombination einer Quadratur-Amplituden- Modulation mit einem Multiträgerverfahren verwendet. In einem Schritt 47 wird eine inverse Fourier-Transformation, welche vorzugsweise eine inverse Fast-Fourier- Transformation ist, durchgeführt, um das vollständige, zur Übertragung vorgesehene Signal zu erhalten. In einem Schritt 48 werden zwei Perioden einer Referenzsinusschwingung angefügt, wodurch eine Phasenreferenz für den Empfänger bereitgestellt wird, um eine kohärente Demodulation zu ermöglichen.
• In einem Schritt 5wird das modulierte Signal in das Fernsehsignal mittels eines Inserters eingefügt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das modulierte Signal in das analoge Fernsehsignal zu Zeiten eingefügt, die bisher für eine Übertragung von Bildinformation vorgesehen sind. Dabei wird jedoch weiterhin ein wenn auch verkleinertes Bild als analoges Fernsehbild übertragen. Daneben kann das digitale Signal auch in der vertikalen Austastlücke (VBI) eingefügt werden. Das derart aufbereitete Signal wird nun von einem Sender 6 ausgestrahlt. Die Ausstrahlung über den Sender 6 kann grundsätzlich terrestrisch, über Kabel und/oder Satellit oder in anderer geeigneter Form an einen Empfänger ausgestrahlt werden.
• In Zusammenhang mit Fig. 9 wird im Folgenden die am Ort des Empfängers durchgeführte Demodulation des digitalen Signals näher erläutert. Dabei wird, entsprechend der Fig. 8, davon ausgegangen, dass das Signal zumindest teilweise anstelle eines herkömmlichen analogen Bildsignals übertragen wird. Ferner wird die empfängerseitige Demodulation anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, in welchem der Empfänger ein Personalcomputer mit darin eingebauter PC-Fernseh- oder PC-Tuner-Karte darstellt. Die herkömmliche Tunerkarte gestattet keine hardwaremäßige Decodierung des Signals, weshalb diese softwaretechnisch implementiert werden muss, was allerdings mit einem handelsüblichen PC mit beispielsweise einem Intel Pentium-Signalprozessor ohne weiteres möglich ist. Das in der vertikalen Austastlücke übertragene Signal wird von einem Empfänger oder Receiver 10 empfangen. Der Empfänger ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Tuner einer PC-Fernsehkarte ausgebildet, welche vorzugsweise einen Brooktree- Videodecoderchip enthält, und Zeilen-Samples in einer achtfachen Übersampelung erzeugt. Zur Durchführung der darauffolgenden Demodulation im Schritt 11 wird zunächst in einem Schritt 12 die im Schritt 48 angefügte Phasenreferenz über eine Fast- Fourier-Transformation des Referenz-Sinussignals gemessen. Im Anschluss daran werden im Schritt 13 die Samples auf vorzugsweise 512 Punkte runter-interpoliert. Daraufhin wird im Schritt 14 eine zu der Operation des Schrittes 47 inverse Operation, d. h. eine Fast-Fourier-Transformation, durchgeführt. In einem Schritt 15 werden nun eine Amplituden- und Phasen-Korrektur für jeden Träger durchgeführt. Hierzu werden die Amplituden- und Phasenwerte über einen vorgegebenen Zeitraum aufgenommen und aus den sich ergebenden Häufungspunkten entsprechende Korrekturfaktoren aus den gemessenen Häufungspunkten unter Verwendung einer entsprechenden Statistik und den erwarteten Werten gebildet. Nähere Einzelheiten zu diesem Korrekturverfahren werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 13 näher erläutert. Anschließend wird in einem Schritt 16 eine 16-QAM-Demodulation durchgeführt, so dass in einem Schritt 17 der Datenblock für eine Zeile vorliegt. Danach werden in einem Schritt 18 die Blocknummer und die Shufflenummer wiederhergestellt, so dass in einem Schritt 19 von einem Deshuffler der ursprüngliche Datenblock wiederhergestellt werden kann. Es sei hierzu bemerkt, dass in dem Deshuffler 19 eine zu der Operation des Schritts 41 inverse Operation durchgeführt wird, wobei die genaue Art der inversen Operation davon abhängt, welche der parametrisierten Rechenvorschriften im Schritt 41 angewendet wurde, wobei diese durch die Wiederherstellung des Shuffleparameters im Schritt 18 eindeutig bestimmt ist. Die parametrisierte Rechenvorschrift kann dabei lokal in dem Empfangsgerät, d. h. im Personalcomputer, gespeichert sein, oder aber auch zusammen mit dem Signal an diesen übertragen werden.
• In einem Schritt 20 werden die ursprünglichen Daten wiederhergestellt, wobei hierbei die entsprechenden inversen Operationen zu der im Schritt 3 durchgeführten Vorwärts- Fehlerkorrektur durchgeführt werden. Insbesondere wird hierzu jeder Block von innen nach außen decodiert, wobei insbesondere auch ein Deinterleaver eingesetzt wird. In einem Schritt 30 werden die Datenblöcke depacketiert und anhand der Blocknummer zu den Ursprungsdaten zusammengefasst, so dass die Daten 1 wieder in der ursprünglichen Form vorliegen.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 wird im folgenden kurz das Grundkonzept der digitalen Quadratur-Amplituden-Modulation am Beispiel einer 16-QAM näher erläutert. Dieses digitale Modulationsverfahren ist im Stand der Technik bekannt. Ausgangspunkt des Verfahrens sind digitale Daten 1, welche durch ein NRZ-Signal (Non Return to Zero- Signal) gebildet werden. In der Zeichnung ist schematisch das NRZ-Signal als Bitfolge von aufeinanderfolgenden Nullen und Einsen dargestellt. Nach der 16-stufigen Quadratur-Amplituden-Modulation werden jeweils vier Bit des NRZ-Signals zu einem Quadbit zusammengefasst. Ausgehend von einer Abbildeeinrichtung bzw. Mapper 90 wird nun gemäß einem vorgegebenen Konstellationsdiagramm für die Modulation aus einem Quadbit zwei zeitabhängige Signale S_real(t) und S_imaginär(t) gebildet. Das in der Zeichnung angegebene Konstellationsdiagramm erfolgt nach dem sogenannten "Gray Mapping". Der Sinn dieses Abbildeverfahrens besteht darin, im Fall eines wahrscheinlichsten Übertragungsfehlers, also beim Überschreiten gerade der Entscheiderschwellen zwischen benachbarten Konstellationspunkten, lediglich einen einzigen Bitfehler zu produzieren. Demzufolge ist die Anordnung der Symbole in der I/Q- Ebene derart ausgebildet, dass sich in Richtungen parallel zu beiden Achsen benachbarte Symbole in jeweils nur einer Stelle voneinander unterscheiden. Im Einzelnen ist die Zuordnung der Trägervektoren auf das Quadbit-Codewort derart getroffen, dass das erste Bit nach der rechten ("Null") bzw. linken ("Eins") Hälfte der 4- Quadranten-Darstellug unterscheidet und das zweite Bit die oberste ("Null") oder untere ("Eins") Hälfte angibt. Somit wird durch die ersten beiden Bits des Quadbit der zuständige Quadrant des Diagramms festgelegt. Aus den sechzehn möglichen Signalzuständen ergibt sich auch die Bezeichnung dieser Quadratur-Amplituden- Modulation als 16-stufige Modulation. Der Fig. 10 entnimmt man, dass sich für das 16- QAM-Signal drei verschiedene Amplitudenzustände sowie zwölf verschiedene Phasenzustände ergeben. Das Signal S_real(t) wird über einen Multiplizierer bzw. Mischer 91 auf einen Träger aufmoduliert, welcher vorzugsweise eine Cosinusfunktion mit der Trägerfrequenz ω aufmoduliert. Das resultierende Signal I(t) ist in der Zeichnung ebenfalls dargestellt. Entsprechend wird das Signal S_imaginär(t) über einen Mischer bzw. Multiplizierer 92 dem von einem Phasenschieber 93 um 90° phasenverschobenen Träger, also im vorliegenden Fall einer Sinusfunktion, mit der Trägerfrequenz ω aufmoduliert. Das hieraus hervorgegangene Signal Q(t) ist ebenfalls in der Zeichnung dargestellt. Die der Modulation zugrundeliegende Cosinus-Trägerschwingung kann man in dem ersten Viertel des I(t)-t-Diagramms entnehmen. Die Signale I(t) und Q(t) werden anschließend über einen Addierer 94 zusammengeführt und bilden das quadraturamplitudenmodulierte Signal QAM(t), welches ebenfalls in der Zeichnung dargestellt ist. Das Signal QAM(t) ist insofern eine Addition zweier unabhängiger ASK- Signale. Man entnimmt der Fig. 10, das die Einhüllende des QAM-Signals QAM(t) nicht konstant ist. Allerdings kann im entsprechenden Demodulator nicht lediglich eine Hüllenkurven-Demodulation, wie bei einer herkömmlichen ASK, durchgeführt werden. Gegen diese Möglichkeit spricht, dass es unterschiedliche Symbolzustände gibt, welche dieselbe Amplitude, aber eine unterschiedliche Phasenlage besitzen. Dies kann gut aus dem Teil der Fig. 10 erkannt werden, in welchem das "Gray Mapping" dargestellt ist. Deshalb ist lediglich ein synchrone Demodulation zulässig, wobei hierzu entsprechende Synchronisierinformation vorhanden sein muss. Gemäß dem Stand der Technik wird die Synchronisierinformation ebenfalls mit den digitalen Daten übertragen, was allerdings die zu übertragende Nutzdateninformation einschränkt.
• Wie bereits zuvor in Verbindung mit der Fig. 8 ausführlich erläutert, findet eine beschleunigte digitale Übertragung unter Verwendung eines Multi-Träger-Quadratur- Amplituden-Modulationsverfahrens statt. Das modulierte Videosignal besteht dabei aus einer Menge sich überlagernder Sinusschwingungen. Im Unterschied zu der bei der üblichen QAM (vgl. Fig. 10) verwendeten einzelnen Cosinusträgerfrequenz. Die zu übertragenden Daten werden dabei in Amplitude und Phase auf jeder dieser einzelnen Sinusschwingungen (Träger) gemäß dem Quadratur-Amplituden-Modulationsverfahren codiert. Die für die sinusförmigen Trägerschwingungen verwendeten Frequenzen reichen dabei von der Periodendauer der Fernsehzeilenlänge über deren ganzzahlige Vielfache bis zur durch die Videobandbreite vorgegebenen maximalen Frequenzgröße. In diesem Bereich stehen ca. 240 Träger zur Verfügung. Dies entspricht bei einer 16- QAM-Modulation 120 Nutzbytes. Dies erklärt sich dadurch, dass pro Trägerfrequenz ein Quadbit, also 4 Bit, übertragen werden können, d. h. dass die Anzahl der Nutzbytes der halben Anzahl von Trägerschwingungen entspricht. Wie im Stand der Technik bekannt, erfolgt die Demodulation und Modulation der Träger unter Verwendung einer Fast- Fourier-Transformation (FFT) bzw. deren Inversen.
• In Fig. 11 ist schematisch als Flussdiagramm ein weiterer Aspekt der beschleunigten Übertragung von Daten dargestellt, welcher auch als "adaptives Shuffling" bezeichnet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Verfahren senderseitig eingesetzt und wurde oben bereits kurz skizziert. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Bitfolge in Form eine N-Bit-Blocks bereitgestellt. Der bereitgestellte N-Bit-Block weist eine Folge von Nullen und Einsen auf, welche einen Teil der zu übertragenden Daten 1 darstellen. In einem Schritt 110 wird eine Zählvariable oder -parameter n = 0 gesetzt. In einem Schritt 120 wird nun auf den N-Bit-Block eine Operation angewendet, welche vorzugsweise eine Exklusiv-Oder-Operation (XOR) mit einem Shuffle-Bit-Block der gleichen Länge ist. Der für die Operation im Schritt 120 erforderliches N-Bit-Shuffle- Block wird einer Tabelle entnommen, welche für jeden Wert des Parameters n für einen vorgegebenen Wertbereich, z. B. n = 1, . . . ,16, einen unterschiedlichen N-Bit-Shuffle- Block aufweist. Der zugehörige Parameter n wird dem Block ebenfalls Bitfolge codiert angeführt. Wichtig für die vorliegende Erfindung ist das die im Schritt 120 verwendete Rechenvorschrift oder Operation parametrisierbar ist. Dies wird im vorliegenden Fall durch die Zuordnung in der Look-Up-Tabelle sichergestellt. In einem darauffolgenden Schritt 130 wird eine Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC) über die Blocknummer und die Shuffle-Musternummer d. h. den Parameter n, durchgeführt. Vorzugsweise ist die verwendete Vorwärts-Fehlerkorrektur eine Wiederholung der entsprechenden Informationen. Der Schritt 130 ist insoweit für die Erfindung besonders bedeutsam, da ein bei der Blocknummer bzw. der Shuffle-Musternummer auftretender Fehler ein empfängerseitiges Decodieren unmöglich machen würde. Anschließend wird in einem Schritt 140 eine weitere Operation durchgeführt, welche im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Multiträger-16-Quadratur-Amplituden-Modulation ist. Für diesbezügliche weitere Einzelheiten sei auf die vorgehende Beschreibung, insbesondere auf die zu der Fig. 10 zugehörige Beschreibung, verwiesen. Im Schritt 150 wird eine inverse Fourier-Transformation, vorzugsweise eine inverse Fast-Fourier- Transformation der 240 trägercodierten Signale, durchgeführt. In einem darauffolgenden Schritt 160 wird überprüft, ob die so bearbeiteten Daten ein vorgegebenes Kriterium erfüllen oder nicht. Das vorzugsweise verwendete Kriterium ist die Überprüfung, ob die so bearbeiteten Daten im Hinblick auf deren Amplitude eine Übersteuerung des Übertragungskanals bedingen. Insbesondere aufgrund der mathematischen Natur einer inversen Fourier-Transformation, aber auch bezüglich der Eigenschaften des Übertragungskanals, insbesondere bei Verwendung einer PC-Tuner-Karte, würde das Vorliegen einer Kanalübersteuerung eine Decodierung des Signals unmöglich machen.
• Falls das Ergebnis der Abfrage im Schritt 160 JA ist, wird im Schritt 170 die Zählvariable n um Eins inkrementiert und das Verfahren kehrt zum Schritt 120 zurück. Dies bedeutet, dass die Operation im Schritt 120 mit einem weiteren N-Bit-Shuffle-Block (n+1) durchgeführt wird. Im Fall, dass das Ergebnis der Abfrage im Schnitt 160 NEIN ist, werden die durch die inverse Fourrier-Transformation erhaltenen Signale in einem Schritt 180 übertragen. Hierzu sei bemerkt, dass die übertragenen Signale insbesondere neben den Ausgangsdaten, d. h. dem N-Bit-Block, auch den Wert der Zählvariablen n erhalten, mit welchem die Exklusiv-Oder-Operation des Schrittes 120 durchgeführt wurde.
• Anhand der Fig. 12 wird nun kurz die Demodulation, d. h. die Rückgewinnung der übertragenen Daten, erläutert. Dabei ist grundsätzlich klar, dass zu den in Fig. 11 durchgeführten Operationen die entsprechenden inversen Operationen durchgeführt werden müssen. So wird in einem Schritt 200 eine Fast-Fourier-Transformation durchgeführt. In einem darauffolgenden Schritt 210 wird für jeden Träger eine 16-QAM- Demodulation durchgeführt. Daraufhin wird in einem Schritt 220 die Shufflenummer, d. h. der übertragene Parameter der im Schritt 120 durchgeführten Operation, wiederhergestellt und in einem Schritt 230 eine der Operation des Schrittes 120 inverse Operation an dem decodierten N-Bit-Block durchgeführt. Vorzugsweise ist dies ebenfalls eine Exklusiv-Oder-Operation, welche an dem N-Bit-Block mit einem N-Bit-Shuffle-Block gemäß der Tabelle durchgeführt wird. Selbstverständlich muss zu diesem Zweck die Tabelle bzw. ganz allgemein gesprochen alle Informationen zur Durchführung der inversen Operation des Schritte 120 empfängerseitig vorhanden sein. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Softwareprogramm in einem Decoderchip oder ein entsprechendes Softwareprogramm, welches in Verbindung mit einem Personalcomputer, welcher zum Fernsehempfang eine Tunerkarte aufweist, gespeichert ist. Abschließend sei bemerkt, dass die Verfahrensschritte gemäß Fig. 12 nur sehr grob wiedergegeben sind, um die Erfindung deutlich darzustellen. So sind insbesondere weitere Schritte zur Rückgewinnung der Daten erforderlich, wenn besagte Vorwärts-Fehlerkorrektur im Schritt 130 durchgeführt wurde.
• Dem linken Teil der Fig. 13 entnimmt man die demodulierten Signalzustände im Phasenraum, wie sie bei einem Empfang der beschleunigt übertragenen Daten mit einem Personalcomputer, in welchem eine Tunerkarte eingebaut ist, auftreten. Das Kanalprofil (Amplitudengang, Frequenzgang) ist dabei sehr stark von der verwendeten Tunerkarte abhängig, wobei eine reale Tunerkarte auch für das Verfahren der beschleunigten Übertragung nicht ausgelegt ist. Es ist daher ein Ziel der beschleunigten Übertragung die aufgenommenen Symbolzustände derart zu modifizieren bzw. korrigieren, dass eine sinnvolle Auswertung möglich ist. Eine herkömmliche Auswertung der empfangenen Symbolzustände unter Verwendung von Entscheiderschwellen ist nicht möglich, da man durch einen Vergleich des linken und des rechten Teils der Fig. 13 erkennt, dass die Symbolzustände im Phasenraum zum einen bezüglich ihrer Amplitude gestaucht bzw. gestreckt und zum anderen in ihrer Phasenlage verschoben, d. h. im Diagramm gedreht, sind. Um nun eine Demodulation zu ermöglichen, sollten alle Phasenraumzustände mit einem geeigneten Korrekturfaktor für die Amplitude multipliziert werden und in die richtige Phasenlage durch Drehung gebracht werden. Um insbesondere eine Anwendung bei dem Empfang des Fernsehsignals mittels eines Personalcomputers und eingebauter Tunerkarte zu ermöglichen, sollte die Aufbereitung der Symbolzustände softwaretechnisch erfolgen, da insbesondere eine Nachrüstung von bestehenden Tunerkarten sehr aufwendig erscheint. Daher muss die Korrektur empfängerseitig als sogenannte "Autokalibration" der Tunerkarte durch ein softwaremäßig implementiertes Verfahren erfolgen. Um nun von dem linken Teil der Fig. 13, in welchem die real empfangenen Symbolzustände dargestellt sind, zu dem rechten Teil, in welchem die aufbereiteten bzw. korrigierten Symbolzustände aufgetragen sind, welche eine herkömmliche Interpretation nach Entscheiderschwellen ermöglichen, sieht die vorliegende Erfindung im Einzelnen folgende Schritte vor. Hierzu sei bemerkt, dass die in dem Zustandsdiagramm der Fig. 13 eingezeichneten ausgefüllten Kreise real eine "Wolke" von mehr oder weniger von dem Mittelpunkt der Kreise abweichenden Messpunkten darstellt. Ein Vorteil der beschleunigten Übertragung besteht darin, dass keine Eichdaten mit den übertragenen Daten mitübertragen werden müssen. Die Korrektur in der Amplitude und der Phase sind grundsätzlich unabhängig voneinander, weshalb in einem ersten Schritt die Amplitudenverteilung aufgenommen wird, wobei sich in der in Fig. 9 angezeigten Richtung eine Häufigkeitsverteilung mit drei Maxima ergibt. Es sei bemerkt, dass das in Fig. 13 dargestellte Verfahren für jeden Träger separat durchgeführt wird, da die erforderliche Korrektur-Operation frequenzabhängig ist. Durch Vergleich der Orte der Maxima mit den theoretischen Sollwerten, d. h. aus der Häufigkeitsverteilung der Messwerte wird ein Korrekturfaktor k für die Amplitude bestimmt, welcher größer oder kleiner Eins sein kann, d. h. einer Streckung bzw. Stauchung entspricht. In einem zweiten Schritt wird dann in erster Näherung ein Korrekturfaktor k' für die Phase bestimmt, wobei die in Fig. 9 dargestellte Häufigkeitsverteilung der Winkel, vorzugsweise zur Erhöhung der besseren Messgenauigkeit anhand der im Phasenraum äußersten Zustände, welcher bei einer 16-QAM vier Phasenfestpunkten entspricht ermittelt. Im Anschluss daran werden alle aufgenommen Symbolzustände und im Betrag k' = Δφ gedreht. Die oben beschriebene Amplituden- und Phasenkorrektur wird im Anschluss daran alternierend so oft wiederholt, bis eine vorgegebene Maximalzahl von Korrekturschritten durchgeführt wurde und/oder bis keine weitere Verbesserung durch das gewählte Korrekturverfahren zu erzeugen ist. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Konvergenz eintritt oder die Größe der erforderlichen Korrektur nach einer anfänglichen Abnahme wieder zunimmt. Abschließend sei bemerkt, dass das in Zusammenhang mit der Fig. 13 näher erläuterte statistische Korrekturverfahren für das Kanalprofil durch eine Softwareimplementierung so schnell durchgeführt werden kann, dass die Übertragung und Wiedergabe der Daten in Echtzeit nicht gefährdet ist.
• Bei der Übertragung des digitalen Signals bzw. der Zusatzdaten im aktiven Bildbereich wird vorzugsweise nur ein Teil des wiedergegebenen Bildbereichs zur Übertragung der Zusatzdaten verwendet, so dass dem Zuschauer auch bei der Übertragung von Zusatzdaten mit hoher Datenrate ein wenn auch verkleinertes Bild auf dem Fernsehschirm dargestellt wird.
• In einer Ausführungsform der Erfindung wird nur der Teil des zur Bildübertragung zur Verfügung stehenden Signalanteils des analogen Fernsehsignals verwendet, der nicht zum "aktiven" Bildbereich gehört, also nur solche Bildsignalanteile, die zwar übertragen, von herkömmlichen Fernsehempfängern aber nicht wiedergegeben werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zeilenweise zwischen Bilddaten und Zusatzdaten umgeschaltet werden. Dabei werden die Bilddaten in vertikaler Richtung reduziert, so dass der Betrachter ein Bild mit gleicher horizontaler Breite aber vorzugsweise in etwa halbierter Höhe betrachten kann. Die dabei freiwerdenden Bildbereiche, bevorzugt am oberen und/oder unteren Bildrand, werden zur Übertragung der Zusatzdaten verwendet.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zur weiteren Erhöhung der Datenrate der Zusatzdaten das Bild auch in horizontaler Richtung verkleinert, um auch die dabei freiwerdenden Bildbereiche zur Übertragung der Zusatzdaten zu verwenden. Die Position und die Größe des übertragenen Bildes kann dabei variiert werden. Eine solche Variation kann auch während der Übertragung erfolgen.
• Ein besonderer Aspekt der Erfindung ist es, auf dem Bildschirm während der Übertragung der Zusatzdaten gleichzeitig ein Bild wiederzugeben. In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wurde dazu die Größe des Bildes reduziert, um den freiwerdenden "räumlichen" Bildbereich zur Datenübertragung zu benutzen. Alternativ kann jedoch auch in "zeitlicher" Folge ein bestimmter Bereich der Bildsequenz zur Übertragung von Zusatzdaten verwendet werden. Dazu wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ein Halbbild/Vollbild zur Datenübertragung verwendet. Eine solch kurze Unterbrechung der Bildübertragung ist für den Betrachter in der Regel kaum wahrnehmbar und ermöglicht eine Übertragung von Zusatzdaten mit einer hohen Datenrate. Der Ersatz von Halb- oder Vollbildern durch Zusatzdaten sollte jedoch so erfolgen, dass die Bildqualität nur möglichst wenig beeinträchtigt wird.
• Die Bildbereiche, die anstelle von Bildinformation Zusatzdaten enthalten, werden basierend auf dem bisherigen analogen Fernsehstandard im Allgemeinen als Rauschen wiedergegeben. Bei der räumlichen Verkleinerung des übertragenen Bildes, erscheint dieses von Rauschen umgeben. Die Bildqualität des wiedergegebenen Bildes kann dadurch verbessert werden, dass diese Bereiche mit einem anderen Bildinhalt dargestellt werden, der dem Fernsehempfänger entweder vorab bekannt ist oder diesem senderseitig angezeigt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die für das digitale Signal verwendeten Bildbereiche schwarz dargestellt, so dass sie bei einer Verkleinerung des übertragenen Bildes in vertikaler Richtung als schwarze Streifen am oberen und/oder unteren Bildrand erscheinen. Vorteilhafterweise wird dazu ein im Allgemeinen in Fernsehempfängern vorhandener Zeichengenerator verwendet. Ein solcher Zeichengenerator wird herkömmlich zur Wiedergabe des Videotextes und/oder zur Benutzerführung des Fernsehgeräts verwendet. Ein Zeichengenerator überlagert Zeichen aus einem vorab definierten Satz von Zeichen den empfangenen Fernsehbildern. Die Information zur Einblendung solcher Zeichen über die zur Übertragung der Zusatzdaten verwendeten Bildanteile kann zusätzlich in das Fernsehsignal eingefügt werden, entweder als Flag (wenn dem Empfänger vorab der zu überlagernde Bereich bekannt ist) oder auch als Signal, dass die zu überlagernden Bereiche angibt. Dieses Signal wird vorzugsweise in der Austastlücke übertragen.
• Auf diese Weise kann der gesamte für die Bildübertragung zur Verfügung stehende Bereich zur Übertragung von Zusatzdaten verwendet werden, wobei dem Zeichengenerator vorzugsweise über die Austastlücke mitgeteilt wird, dass das gesamte Bild schwarz oder mit einem anderen vorgegebenen Bildinhalt wiederzugeben ist, wobei das wiedergegebene Bild dann vorzugsweise einen Text aufweist, der eine Werbebotschaft enthält oder angibt, welche Daten dem Zuschauer gerade im Hintergrund heruntergeladen werden oder heruntergeladen werden könnten. Auf diese Weise kann auch Fernsehzuschauern, die noch nicht über den entsprechenden Anschluss zum Verwerten der Zusatzdaten verfügen, ein Ansprechpartner für den Erwerb entsprechender Geräte genannt werden.
• Ein anstelle der digitalen Daten wiederzugebendes Bild kann auch in einem Zusatzspeicher bereitgehalten werden. Die Daten können vorab in dem Gerät gespeichert sein oder über das Fernsehsignal zu dem Empfänger übertragen werden.
• Alternativ können diese Bilddaten mittels Videotext zum Empfänger übertragen werden, so dass das zu überlagernde Bild über den Videotext dem wiedergegebenen "Rauschen" überlagert werden kann. Die Auswahl der Videotextseite und die Einstellung des Überlagerungsmodus kann durch den Benutzer erfolgen oder in einem erfindungsgemäß angepassten Empfänger auch direkt vom Sender veranlasst werden.
• Vorzugsweise werden als Zusatzdaten solche Daten übertragen, die in Zusammenhang mit dem wiedergegebenen Bildinhalt stehen. Beispielsweise können technische Daten oder Video-Bewegt- oder Video-Standbilder zu beworbenen Produkten, Musikdaten einer CD beispielsweise im MP3-Format gleichzeitig mit einem Music-Clip oder Spiele zu einer gleichzeitig vorgestellten Spielekonsole übertragen werden. Dabei kann die Übertragung der Daten verschlüsselt erfolgen und eine Freischaltung erst durch einen käuflich zu erwerbenden Schlüssel ermöglicht werden. Während herkömmlich eine Übertragung von Zusatzdaten während der Ausstrahlung eines Fernsehfilms erfolgt, werden erfindungsgemäß Zusatzdaten begeleitend zur Werbung übertragen, und zwar mit Bezug zum Werbeinhalt. Auf diese Weise ist eine sehr viel bessere kommerzielle Nutzung möglich, da über die Zusatzdaten Werbung direkt mit der Vermarktung gekoppelt werden kann.
• Im Allgemeinen ist zur Übertragung von Zusatzdaten im analogen Fernsehsignal ein sendeseitig angeordneter spezieller "Inserter" erforderlich. Ein solcher Inserter fügt das digitale Signal in das analoge Fernsehsignal beim Fernsehsender ein.
• Auch wenn für eine besonders hohe Datenübertragungsrate die Zusatzdaten sowohl in den Bildbereich als auch in der vertikalen Austastlücke eingefügt werden können, wird gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung das digitale Signal zur Übertragung von Zusatzdaten nur in dem sichtbaren Bildbereich eingefügt. Diese Vorgehensweise macht den üblichen Inserter überflüssig, da dem Sender die von ihm zu übertragende Information über eine herkömmliche Magnetaufzeichnung zugeführt werden kann. Eine solche Magnetaufzeichnung enthält vorzugsweise sowohl die Bilddaten als auch die im Bildbereich übertragenen Zusatzdaten. Zur Verwendung der oben beschriebenen Übertragung von Zusatzdaten mit hoher Datenrate sollte keine Magnetaufzeichnung verwendet werden, bei der die zu übertragenden Daten komprimiert werden.
• Durch den Verzicht auf einen Inserter zur Einfügung des Zusatzdatenstroms in das übertragene Fernsehsignal sind Anbieter von Übertragungsdiensten in analogen Fernsehsignalen unabhängig von einem vorhandenen oder zu installierenden Inserter beim Fernsehsignalsender. Zudem sind TV-Sender sehr viel eher zur Übertragung von Zusatzdaten bereit, wenn ein Eingriff in ihre Hardware nicht erforderlich ist.
• Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Datenrate von maximal 15 MBit/s möglich, wenn die gesamte Bildinformation zur Übertragung durch ein digitales Signal ersetzt wird. Auf diese Weise ist eine Datenübertragung über das existierende analoge Fernsehsystem in bisher nicht gekannter Größenordnung möglich.
• Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen derselben näher erläutert. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass unterschiedliche Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken zu verlassen.

Claims (35)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zur Übertragung von Bildinformation vorgesehenen Zeitbereich eines analogen Fernsehsignals die Bildinformation zumindest teilweise durch ein digitales Signal zur Datenübertragung ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Teil des zur Übertragung von Bildinformation vorgesehenen Bereichs durch ein digitales Signal ersetzt wird, der nicht Teil des aktiven Bildbereichs ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Übertragung von Bildinformation verbleibende Bereich zur Übertragung eines Bildes mit in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verkleinerter Größe verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Übertragung von Bildinformation vorgesehene Bereich jeweils zeilenweise durch das digitale Signal ersetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildübertragung verwendeten Zeilen einen zusammenhängenden Ausschnitt in dem herkömmlich übertragbaren Bild bildet, wobei der Ausschnitt vorzugsweise in der Mitte, am oberen oder am unteren Rand des herkömmlich übertragbaren Bildes angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des Zeitbereichs zur Übertragung von Bildinformation und digitalem Signal so erfolgt, dass die Bildinformation und das digitale Signal jeweils in etwa die Hälfte des herkömmlich übertragenen Bildes einnehmen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragene Bild mit wechselnder Position auf einem Empfänger wiedergegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des übertragenen Bildes mit der Zeit variiert.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Halbbilder oder Vollbilder des analogen Fernsehsignals in vorbestimmten Zeitabständen durch das digitale Signal ersetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fernsehsignal weiterhin Information enthält, die die Art der Wiedergabe der durch das digitale Signal belegten Zeitbereiche auf einem Fernsehempfänger festlegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Information angibt, dass die zur Übertragung des digitalen Signals verwendeten Drucke schwarz dargestellt wurde.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Information einen Bildinhalt bestimmt, der anstelle des digitalen Signals wiedergegeben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Signal zusätzlich in der vertikalen Austastlücke des analogen Fernsehsignals übertragen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Signal verschlüsselte Information darstellt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Signal in einem Zeitbereich des analogen Fernsehsignals diesem als ein auf mehreren Trägern und/oder mittels einer Quadratur-Amplituden-Modulation codiertes, digitales Signal aufgeprägt wird.

16. Verfahren nach Anspruche 15, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Signal Bit-Blöcke aufweist, wobei jeweils ein Bit-Block in einer Zeile des analogen Teils des Fernsehsignals enthalten ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synchronisation der Demodulation des digitalen Signals ein Synchronsignal des analogen Signals verwendet wird.

18. Sendeeinrichtung zum Übertragen eines Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zur Übertragung von Bildinformation vorgesehenen Zeitbereich eines analogen Fernsehsignals die Bildinformation zumindest teilweise durch ein digitales Signal zur Datenübertragung ersetzt wird.

19. Sendeeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung zur Übertragung eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 erzeugten Fernsehsignals angepasst ist.

20. Magnetisches Aufzeichnungsmedium, insbesondere ein Magnetband, zur Aufzeichnung eines Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zur Aufzeichnung von Bildinformation vorgesehenen Abschnitt eines aufgezeichneten analogen Fernsehsignals zumindest teilweise anstelle der Bildinformation ein digitales Signal zur Datenübertragung aufgezeichnet ist.

21. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium ein gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 17 erzeugtes Fernsehsignal aufgezeichnet ist.

22. Verfahren zum Empfangen eines Fernsehsignals, wobei ein empfangenes analoges Fernsehsignal Zeitbereiche zur Übertragung von Bildinformationen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Zeitbereiche des empfangenen Fernsehsignals zumindest teilweise zur Übertragung von Bildinformation vorgesehene Zeitbereiche durch ein digitales Signal zur Datenübertragung ersetzt sind, und das digitale Signal aus dem empfangenen Fernsehsignal extrahiert wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das extrahierte digitale Signal einem in einer Fernsehwiedergabeeinrichtung integrierten oder einem externen Rechner zur Aufzeichnung oder Weiterverarbeitung zugeführt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das extrahierte digitale Signal programmbegleitende Information, insbesondere Software, Musikdaten oder Videodaten in Zusammenhang mit dem in dem verbleibenden Bild übertragenen Inhalt darstellt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Signal verschlüsselt übertragene Daten darstellt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Empfang eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 erzeugten Fernsehsignals angepasst ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem empfangenen Fernsehsignal weiterhin ein Signal zur Einstellung der Wiedergabe der für das digitale Signal verwendeten Zeitbereiche extrahiert wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Einstellung der Wiedergabe der für das digitale Signal verwendeten Zeitbereiche extrahierte Signal zur Ansteuerung eines Zeichengenerators in einer Wiedergabevorrichtung verwendet wird, um die zur Übertragung des digitalen Signals verwendeten Zeitbereiche gemäß einer Voreinstellung wiederzugeben, vorzugsweise in Schwarz.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Zeitbereich des analogen Fernsehsignals auf mehreren Trägern und/oder mittels einer Quadratur-Amplituden-Modulation aufgeprägte codierte digitale Signal decodiert wird.

30. Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Fernsehsignals, wobei ein empfangenes analoges Fernsehsignal Zeitbereiche zur Übertragung von Bildinformation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Zeitbereiche des empfangenen Fernsehsignals zumindest teilweise die Bildinformation durch ein digitales Signal zur Datenübertragung ersetzt ist, wobei die Empfangseinrichtung eine Extraktionseinrichtung zum Extrahieren des digitalen Signals aus dem empfangenen Fernsehsignal umfasst.

31. Empfangseinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung eine Recheneinrichtung umfasst, der das extrahierte digitale Signal zugeführt wird, oder Anschlüsse für eine externe Recheneinrichtung zur Zuführung des digitalen Signals.

32. Empfangseinrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung weiterhin eine Extraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Signals von dem empfangenen Fernsehsignal umfasst, das die Art der Wiedergabe des analogen Fernsehsignals während der Zeitbereiche angibt, zu denen das digitale Signal empfangen wird.

33. Empfangseinrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung weiterhin einen Zeichengenerator der Bildinformation erzeugt, die anstelle des digitalen Signals wiedergegeben wird.

34. Empfangseinrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung einen Bildspeicher umfasst, der Bildinformation enthält, die anstelle des digitalen Signals wiedergegeben wird.

35. Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Fernsehsignal ein diesem auf mehreren Trägern und/oder mittels einer Quadratur-Amplituden-Modulation codiertes Signal aufgeprägt ist, das von einer in der Empfangseinrichtung angeordneten Decodiervorrichtung decodiert wird.