DE102004040676B4

DE102004040676B4 - Verfahren zur Fehlerkorrektur von programmbezogenen Daten

Info

Publication number: DE102004040676B4
Application number: DE102004040676.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Hofmann; Gerald Spreitz; Gerold Bertram
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: CA2559024C; KR101160479B1; DE102004040676A1; WO2006021471A3; KR20070046872A; EP1782564A2; CN101040477B; CN101040477A; US20070277079A1; CA2559024A1; WO2006021471A2

Abstract

Verfahren zur Fehlerkorrektur von in Rahmen vorliegenden Daten, wobei Codewörter über mehrere Rahmen genutzt werden, mit folgenden Schritten: – Es wird Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Rahmenstruktur hinzugefügt und zwar für programmbezogene Daten mit variabler Länge, wobei als programmbezogene Daten Digital Audio Broadcast Extended Program Associated Data (DAB-X-PAD) Datenpakete verwendet werden, – Die Information über die Länge der programmbezogenen Daten wird zusätzlich durch einen Code geschützt.

Description

Stand der Technik
Für die Datenübertragung spezifiziert beispielsweise der DAB (Digital Audio Broadcasting) Standard ein Verfahren wie Daten in Gruppen variable Länge innerhalb eines MPEG Rahmen übertragen werden, die Audioprogrammen von ihrem Inhalt her zugeordnet sind. Diese werden 'Program associated data – PAD' genannt. Die zusätzlichen Daten insbesondere die mit variabler Länge werden als 'X-PAD' – X für extended – genannt. Die Bezeichnung DAB-X-PAD bedeutet in diesem Zusammenhang eine Abkürzung des englischen Fachsprachenbegriffs „Digital Audio Broadcast Extended Program Associated Data”, wobei die nachfolgend noch weiterhin verwendete Bezeichnung „F-PAD” eine Abkürzung des englischen Fachsprachenbegriffs „Fixed Program Associated Data” bedeutet. Dieses Verfahren sieht keine Methode zur Fehlererkennung vor, um fehlerhaft übertragene Daten zu erkennen. Für einige Anwendungen werden diese Daten zu Datengruppen zusammengesetzt, fur die ein Fehlererkennungsverfahren (CRC-Verfahren) eingesetzt wird. Da die einzelnen Daten zu Datengruppen und weiter zu Datenfiles zusammengesetzt werden, kann ein einzelnes falsches Bit die Übertragung großer Datenmengen zunichte machen. Der Fehlerschutz bei DAB wird über einen Faltungscode erreicht. Die Zielsetzung dabei war, eine Bitfehlerrate von 10^(–4) zu erreichen.
In der DE 10 2004 021 308 A1 ist ein Verfahren zur Fehlerkorrektur von Paketdaten beschrieben, welches Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Paketdatenstruktur hinzufugt.
Die EP 1 592 160 A1 offenbart ein Verfahren zur Fehlerkodierung in einem Überrahmen für digitalen Hörfunk (DAB).
Beim DVB-T Verfahren wird ein verketteter Code aus Faltungscode und Blockcode verwendet. Hierdurch lassen sich sehr geringe Bitfehlerraten in der Größenordnung 10^(–8) erreichen.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, wobei Codewörter über mehrere Rahmen genutzt werden, Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Datenstruktur hinzugefügt wird und zwar für programmbezogene Daten mit variabler Länge und die Information über die Länge der programmbezogenen Daten zusätzlich durch einen Code geschützt wird, können Fehler korrigiert werden, ohne dass z. B. ein DAB-Empfänger Kenntnis über dieses Verfahren haben muss, die Daten trotzdem als gültige DAB-PAD-Daten erkennt und mit einem üblichen Fehlererkennungsverfahren (CRC) verarbeiten kann. Höherwertige Empfänger, die das Fehlerkorrekturverfahren nach der Erfindung beherrschen, können dieses anwenden und liefern somit öfter bzw. schneller korrekte Datenfiles.
Wenn die Information über die Länge der programmbezogenen Daten (X-PAD Felder), zusätzlich gegen Übertragungsfehler geschützt wird, kann die neue Struktur bei fehlerhaften Längenangaben nicht vollständig zusammenbrechen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Bitfehlerrate zwar für Audiodaten gering ist, aber für die Übertragung programmbezogener Daten zu hoch ist.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
1 einen zusammenhängenden Datenstrom von Audiodaten und programmbezogenen Daten,
2 eine FEC-PAD-Struktur,
3 eine FEC-PAD-Struktur mit 192 Zeilen und 12 Spalten,
4 eine FEC-PAD-Struktur mit Schutz der Länge der programmbezogenen Daten,
5 die Struktur des Inhaltsindikator-Feldes,
6 den Schutz der Längeninformation der programmbezogenen Daten,
7 eine 3-Bit-Gruppierung für die Daten gemäß 6,
8 die F-PAD-Struktur mit zusätzlichem PAD Fehlerschutz.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bevor die eigentliche Erfindung beschrieben wird, werden zum bessern Verständnis bisherigen Strukturen mit Fehlerkorrektur aufgezeigt.
1 zeigt eine bisherigen Rahmenstruktur von Audiodaten, denen programmbezogene Datenfelder in Form von X-PAD-Subfields 2 variabler Länge zugeordnet sind. Diesen X-PAD-Subfields 2 schließt sich ein 4 Byte Feld gefolgt von zwei 2 Byte Feldern an. Das 4 Byte Feld ist gefüllt mit 1 Byte Inhaltsindikatoren CI bzw. einem END-Marker, um die CI Liste zu schließen. Je nach Länge und/oder Anzahl der X-PAD-Subfields sind null bis vier CI-Indikatoren vorgesehen. DER CI-Indikator beschreibt, was im X-PAD-Subfield enthalten ist. Sind X-PAD-Subfields 2 vorhanden wird dies im F-PAD-Feld mit „10”gekennzeichnet. Fehlen X-PAD-Subfields, erscheint im F(fixed)-PAD-Feld die Kennzeichnung „00”. UEP (unequal error protection) bedeutet einen besseren Schutz.
Die Randbedingungen des Verfahrens sind wie folgt:

– Die Bit Error Rate soll unter 10^(–8) sein, wenn der gesamte Audiokanal eine BER von 10^(–4) hat,
– Existierende Dienste sollen nicht beeinflusst werden, einschließlich einfache wie „Dynamic Label” (Rückwärtskompatibilität Level 2),
– X-PAD-Applikationen mit variabler Länge sollen unterstützt werden,
– Plötzliche Beendigung der Daten soll unterstützt werden mit einem variablen Ende des FEC(forward error correction)-Rahmens.

2 zeigt die FEC-PAD-Struktur. In 12 Spalten werden 16 Byte FEC-Felder zur Fehlerkorrektur angeordnet mit fester Länge. Die Signalisierung erfolgt innerhalb des F-PAD-Feldes (Byte L Indikator/L-Byte-Data Feld). Außerdem ist ein Zähler zur Kennzeichnung der Rahmen im F-PAD-Feld vorgesehen, um die Position der Codewörter eindeutig aufzufinden.
3 zeigt die FEC-PAD-Struktur in einer Matrix mit 192 Zeilen (columns) und 12 Spalten (Rows). Nur relevante Daten werden geschützt. „Padding zeros” werden nicht übertragen. Zusätzliche Paritätsdaten sind als neue X-PAD-FEC-Daten eingefügt enthalten. Alle anderen Daten mit PAD werden nicht beeinflusst. Demzufolge sind alle X-PAD-Applikationen verfügbar und für herkömmliche Empfänger nutzbar. Eine robuste Synchronisation und Signalisierung der FEC-Daten ist vorgesehen im F-PAD-Feld. Die Daten sind in einer „Application Date Table” angeordnet wie beim Packet-Mode-Verfahren. Die gleiche Rahmenstruktur und Codierung wird angewendet, um die Empfängerkomplexität zu begrenzen. Der FEC-Rahmen kann jederzeit beendet werden um Unterbrechungen der X-PAD-Übertragung zu unterstützen. Ein Hauptproblem existiert jedoch: Nur ein Bitfehler in den Längenindikatoren (CI-Indikatoren) der X-PAD-Subfields kann den gesamten FEC-Rahmen zerstören, trotz des höheren Schutzes durch UEP.
Um dies zu verhindern, wird die Information über die Länge der programmbezogenen Daten (CI-Indikatoren) erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen Code geschützt.
Die in 4 umkreisten Längeninformationen (CI-Indikatoren) sind in 5 vergrößert dargestellt. Es sind 4 Gruppen von 3 Bit Längeninformation (insgesamt 12 Bit), die gemäß 6 geschlitzt werden.
Dazu werden im F-PAD „Byte-L” Feld 6 Datenbits als Parity Bits hinzugefügt. Ein einfacher Block-Code (18, 12) ist nur fähig 1 Bit zu korrigieren. Dies ist nicht ausreichend wenn ein Viterbi Codec einen Fehlerburst erzeugt. Besser ist die Codierung der Längeninformation mittels eines REED-Solomon-Codes (RS-Codes), der über einem Galois Feld 2³ berechnet wird. Das heißt die 3 Bit Längeninformation wird zu vier Informationssymbolen gruppiert, die zusammen mit 2 Parity Symbolen mittels eines RS-Codes über dem Galois Feld GF (2³) codiert werden. Ein RS(6, 4)-Code ist nicht möglich. Aber ein RS(7, 5)-Code kann benutzt werden, der auf die verwendete Paketlänge gekürzt (um Eins) wird. Mit diesem Code kann ein Symbol (eine 3-Bit-Gruppe) korrigiert werden, so dass der Code robuster gegen Burstfelder ist.
7 zeigt die Gruppierungen der CI-Daten. Es ist ein RS(7, 5, 3)-Code vorgesehen. Das erste Symbol wird auf 0 gesetzt und nicht übertragen. Danach folgen 4 Informationssymbole und 2 Paritätssymbole. Vorteilhaft ist es alle 4 Bit-Gruppen zu korrigieren, unabhängig davon, ob sie Längeninformation enthalten oder nicht.
8 zeigt die Kennzeichnung/Signalisierung im F-PAD-Feld mit neudefinierten L-Byte Indikatoren, z. B. für geschützte CI-Daten:
Byte-L-Ind = 'b 1111,
z. B. für FEC-Rahmen:
Byte-L-Ind = 'b 1010
Für FEC-Rahmen ist ein Zähler Z zur Synchronisation im L-Byte-Datenfeld vorgesehen. Für Datenrahmen werden Paritätsbits in das L-Byte-Datenfeld eingefügt, die notwendig sind für die korrekte Detektion von PAD-Bits.

Claims

Verfahren zur Fehlerkorrektur von in Rahmen vorliegenden Daten, wobei Codewörter über mehrere Rahmen genutzt werden, mit folgenden Schritten: – Es wird Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Rahmenstruktur hinzugefügt und zwar für programmbezogene Daten mit variabler Länge, wobei als programmbezogene Daten Digital Audio Broadcast Extended Program Associated Data (DAB-X-PAD) Datenpakete verwendet werden, – Die Information über die Länge der programmbezogenen Daten wird zusätzlich durch einen Code geschützt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Redundanzinformation zum Schutz der Längeninformation der X-PAD Daten innerhalb des Fixed Program Associated Data (F-PAD) Feldes angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Existenz der Redundanzinformation für die Längeninformation gekennzeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennzeichnung im F-PAD-Feld vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur der Längeninformation ein Reed-Solomon-Code verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur der Längeninformation Bitgruppen korrigiert werden, unabhängig davon, ob sie Längeninformationen enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung, dass Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur in einem Rahmen enthalten ist und/oder zum Auffinden der Position des Codewortes im Datenstrom eine entsprechende Kennzeichnung im Rahmen vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kennzeichnung der Rahmen ein Zähler vorgesehen wird, um die Position der Codewörter eindeutig aufzufinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur ein Reed-Solomon-Code verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Redundanzinformation ein eigenes Datenpaket vorgesehen wird, welches an die Datenpakete für Nutzinformation angehängt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Nutzdaten jederzeit abgebrochen werden kann, um Redundanzdaten zu senden.