DE102012206910A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Signalisierng eines Zeitpunkts und/oder eines Taktes durch eine einen Transportdatenstrom aus Video- und/oder Audio-Daten erzeugende Kopfstation (7) an mindestens einen Empfänger (19, 241, 242, ...) des Transportdatenstroms berechnet iterativ die in einem Transportdatenpaket des Transportdatenstroms integrierte Zeitinformation (PCRN+1; RTPN+1; TN+1) aus der Zeitinformation (PCRN; RTPN; T1) des zuletzt im Transportdatenstrom gesendeten Transportdatenpakets mit integrierter Zeitinformation, einer Übertragungszeit von seit dem zuletzt gesendeten Transportdatenpaket mit integrierter Zeitinformation im Transportdatenstrom übertragenen Datenbits und einem Takt (fPCR; fSys). Die Zeitinformationen (PCRN+1, PCRN; RTPN+1, RTPN; TN-1, T1) dient jeweils zur Signalisierung von Zeitpunkten oder eines Taktes und enthält jeweils eine bis zum Sendezeitpunkt des jeweiligen Transportdatenpakets gezählte Impulsanzahl des Taktes (fPCR; fSys).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes insbesondere in einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem.
• In einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem, beispielsweise nach dem US-amerikanischen Advanced-Television-Systems-Commitee(ATSC)-Standard oder nach dem in Europa üblichen Digital-Video-Broadcast(DVB)-Standard, werden zwischen einer zur Rundfunkanstalt gehörigen Kopfstation und den einzelnen Fernseh-Empfängern Zeitinformationen zur Rekonstruktion bzw. Synchronisation des in der Rundfunkanstalt verwendeten Systemtaktes und zur Ermittlung des auf diesem Systemtakt basierenden Anzeigezeitpunktes jedes einzelnen Bildes der Fernsehübertragung auf dem Bildschirm des Fernseh-Empfängers übertragen.
• Bei der üblicherweise in der Fernsehübertragung verwendeten Moving-Picture-Expert-Group(MPEG)-Kodierung – Bewegtbilder-Ingenieur-Gruppe-Kodierung – wird der in der Rundfunkanstalt verwendete Systemtakt im Programme-Clock-Reference(PCR)-Feld – Programm-Referenztakt-Feld – eines MPEG-kodierten Transportdatenpakets der Anzeigezeitpunkt eines Bildes auf dem Bildschirm des Fernseh-Empfängers im Presentation-Time-Stamp(PTS)-Feld (Präsentation Zeit Stempel-Feld) eines MPEG-kodierten Transportdatenpakets und der Zeitpunkt der Dekodierung eines Bildes im Fernseh-Empfänger im Decoding-Time-Stamp(DTS)-Feld (Decodierungs Zeit Stempel-Feld) eines MPEG-kodierten Transportdatenpakets von der Kopfstation der Rundfunkanstalt zum Fernseh-Empfänger übertragen.
• Zusätzlich werden zwischen der Kopfstation der Rundfunkanstalt und einem der Kopfstation nachgelagerten Ausgabe-Adapter bzw. zwischen der Kopfstation der Rundfunkanstalt und den einzelnen Sendestationen eines Gleichwellennetzes die Sendezeitpunkte der einzelnen MPEG-kodierten Transportdatenpakete des von der Kopfstation zu den einzelnen Fernsehen-Empfängern übertragenen Transportdatenstroms übertragen.
• Während der Systemtakt und die Zeitpunkte zur Anzeige eines Bildes oder Ausgabe eines Tones bzw. zur Dekodierung eines Bildes oder eines Tones bereits von der im Studio befindlichen Video- bzw. Audio-Quelle erzeugt werden, die jeweils die aufgenommenen Video- bzw. Audio-Daten in Transportdatenpakete oder Steuerungsdaten eines zum aufgenommenen Programm gehörigen Transport-Datenstroms bzw. Elementar-Datenstroms packen, werden die einzelnen Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete erst bei der Generierung eines Transportdatenstroms in der dem Studio nachgeschalteten Kopfstation ermittelt.
• Der Systemtakt wird in der Video- bzw. Audio-Quelle anhand von akkumulierten Taktimpulsen einer zur Video- bzw. Audio-Quelle gehörigen Taktquelle gewonnen und als Zeitinformation in bestimmten Transportdatenpaketen eines Transport-Datenstroms bzw. in bestimmten Steuerungsdaten eines Elementardatenstroms zur Kopfstation übertragen. In der Kopfstation werden die den Systemtakt beinhaltenden Zeitinformationen in Transportdatenpakete des Transportdatenstroms gepackt. Zusätzlich werden in der Kopfstation die Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete anhand von akkumulierten Taktimpulsen einer zur Kopfstation gehörigen Taktquelle gewonnen und ebenfalls als Zeitinformationen in bestimmte Transportdatenpakete des Transportdatenstroms abgelegt.
• Die Genauigkeit des auf diese Weise in den Zeitinformations-Feldern der einzelnen Transport-Datenströme bzw. Elementardatenströme abgelegten Systemtaktes und der einzelnen abgelegten Sendezeitpunkte ist ganz wesentlich von der Genauigkeit der jeweils verwendeten Taktquellen abhängig. Während die Taktquelle einer Video- bzw. Audio-Quelle typischerweise eine durchschnittlich gute Taktgenauigkeit aufweist, ist die in einem Prozessrechner der Kopfstation verwendete Taktquelle leider nur durch eine geringe Taktgenauigkeit im Kurzzeithorizont gekennzeichnet. Die Taktgenauigkeit der in der Kopfstation verwendeten Taktquelle im Langzeithorizont ist aufgrund einer Zeitsynchronisierung der in der Kopfstation verwendeten Taktquelle mit einer Referenztaktquelle mit einer guten Taktgenauigkeit, beispielsweise mit dem Referenztakt des Global-Positioning-System (GPS) oder des Network-Time-Protocol(NTP)-Servers, in einem größeren Zeitraster vergleichsweise gut.
• Aus der DE 10 2009 057 362 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Transportdatenstroms in einem Fernseh-Übertragungssystem bekannt, bei dem die im Studio verwendete Taktquelle gegenüber der in der Kopfstation verwendeten Taktquelle eine deutlich schlechtere Taktgenauigkeit aufweist. Die Taktgenauigkeit der zur Kopfstation gehörigen Taktquelle, die typischerweise nur eine hohe Taktgenauigkeit im Langzeithorizont besitzt, wird hierbei mittels Interpolation des für den Langzeithorizont verantwortlichen Taktes eines NTP-Servers in seiner Taktgenauigkeit im Kurzzeithorizont verbessert. Trotz Interpolation weist die Taktquelle der Kopfstation einen unerwünschten Phasenjitter auf, der die Taktgenauigkeit der zur Kopfstation gehörigen Taktquelle auch im Kurzzeithorizont in einer für die Anforderungen heutiger Fernseh-Übertragungssysteme ungenügenden Qualität belässt.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung und Übertragung von Zeitinformationen – insbesondere des verwendeten Systemtaktes und der exakten Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete des Transportdatenstroms – zu schaffen, die durch eine hohe Takt- bzw. Zeitpunkts-Genauigkeit gekennzeichnet sind.
• Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Signalisierung eines Zeitpunkts und/oder eines Taktes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalisierung eines Zeitpunkts und/oder eines Taktes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 24 gelöst. Vorteilhafte technische Erweiterungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt. Patentanspruch 38 bzw. 39 betrifft ein entsprechendes Computerprogramm bzw. Computerprogramm-Produkt.
• Erfindungsgemäß wird der Zeitpunkt – insbesondere der Sendezeitpunkt des einzelnen Transportdatenpakets – und der Takt – insbesondere der Systemtakt – nicht anhand des vergleichsweise ungenauen Taktes der in der Kopfstation integrierten Taktquelle ermittelt, sondern in der Kopfstation berechnet und als Zeitinformation in einem Transportdatenpaket an den jeweiligen Empfänger – im Fall des Sendezeitpunktes eines Transportdatenpakets an den Ausgabeadapter oder an die einzelnen Sendestationen oder im Fall des Systemtaktes an den Fernseh-Empfänger – übertragen. Die in einem Transportdatenpakete abgelegte Zeitinformation ergibt sich hierbei aus der bis zum Sendezeitpunkt akkumulierten Impulsanzahl eines Taktes. Die Berechnung erfolgt iterativ, indem die in einem Transportdatenpaket abgelegte Zeitinformation aus der in einem zuletzt übertragenen Transportdatenpaket abgelegten Zeitinformation zuzüglich der zwischen dem Sendezeitpunkt der beiden Transportdatenpakete akkumulierten Impulsanzahl des Taktes, die sich wiederum aus der Multiplikation der Übertragungszeit zwischen den beiden Transportdatenpaketen mit dem Takt ergibt, berechnet wird.
• Die Übertragungszeit zwischen den beiden Transportdatenpaketen ergibt sich wiederum aus dem Quotienten der in der Übertragungszeit zwischen den beiden Transportdatenpaketen übertragenen Anzahl von Datenbits und der Datenrate des Transportdatenstroms.
• In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden für den Fall einer Signalisierung eines Systemtaktes folglich zur Berechnung der in den einzelnen Transportdatenpaketen jeweils abgelegten Zeitinformationen als reine Rechengrößen die Anzahl von übertragenen Datenbits zwischen den Sendezeitpunkten von zwei jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen mit jeweils integrierter Zeitinformation, die Datenrate des Transportdatenstroms und die Zeitinformation des mit integrierter Zeitinformation zuletzt übertragenen Transportdatenpakets verwendet. Als zusätzliche in der Berechnung verwendete Größe wird der in der Kopfstation rekonstruierte Takt des reellen Taktes der in einer Video- bzw. Audio-Quelle enthaltenen Taktquelle benutzt.
• In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden für den Fall einer Signalisierung eines Sendezeitpunktes eines Transportdatenpakets zur Berechnung der in den einzelnen Transportdatenpakete jeweils abgelegten Zeitinformationen bestimmte Rechengrößen, nämlich die Anzahl von übertragenen Datenbits zwischen den Sendezeitpunkten von zwei jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen mit jeweils integrierter Zeitinformation, die Datenrate des Transportdatenstroms, die Zeitinformation des mit integrierter Zeitinformation zuletzt übertragenen Transportdatenpakets und der nominelle Wert des Systemtaktes, verwendet.
• Somit wird mit der erfindungsgemäßen Signalisierung eines berechneten Systemtaktes und/oder eines berechneten Sendezeitpunktes die Taktungenauigkeit der in der Kopfstation integrierten Taktquelle des Stand der Technik beseitigt und ein korrekter Systemtakt und vergleichsweise korrektes Sendezeitpunkte an die jeweiligen Empfänger übertragen.
• Im Fall der Signalisierung eines Systemtaktes wird bevorzugt der reelle Takt der in einer Video- bzw. Audio-Quelle vorhandenen Taktquelle von der Video- bzw. Audio-Quelle über Transportdatenpakete eines Transport-Datenstroms mit integrierter Zeitinformation zur Kopfstation übertragen. Hierzu werden die zum Sendezeitpunkt eines Datenpakets mit integrierter Zeitinformation akkumulierte Impulsanzahl des reellen Taktes der Taktquelle als Zeitinformation im aktuell gesendeten Datenpaket hinterlegt.
• Bei Verwendung eines MPEG-kodierten Transportdatenstroms für die Übertragung von digitalen vorkomprimierten Video-Daten über eine Asynchronous-Serial-Interface(ASI)-Schnittstelle – asynchrone serielle Schnittstelle – werden die zum Sendezeitpunkt des jeweiligen Transportdatenpakets akkumulierte Impulsanzahl vorzugsweise im PCR-Feld des Transportdatenpakets abgelegt. Bei Verwendung eines nicht kodierten Elementar-Datenstroms für die Übertragung von digitalen nicht komprimierten Video-Daten über eine Serial-Data-Interface(SDI)-Schnittstelle – serielle Daten-Schnittstelle – wird die akkumulierte Impulsanzahl zum Sendezeitpunkt von Daten eines Bildes in Steuerungsdaten, insbesondere in einem Synchronisierbitmuster übertragen die bzw. das am Beginn der die Informationen eines Bildes enthalten Daten in den Elementardatenstrom eingefügt werden bzw. wird. Schließlich wird für die Übertragung von digitalen Pulse-Code-Modulation(PCM)-modulierten – Pulscodemodulierten – Audio-Daten in einem Elementar-Datenstrom über eine Audio-Engineering-Socity-3(AES3) – Audioingenieurgesellschaft – die akkumulierte Impulsanzahl zum Sendezeitpunkt der zu einem Bild gehörigen Audio-Daten in Steuerungsdaten, insbesondere in einem Synchronisierbitmuster, übertragen die bzw. das am Beginn der die Audio-Informationen enthaltenden Daten in den Elementardatenstrom eingefügt werden bzw. wird.
• In der Kopfstation wird der reelle Takt der in einer Video- bzw. Audio-Quelle verwendeten Taktquelle vorzugsweise rekonstruiert, indem die Differenz zwischen den Zeitinformationen von zwei jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen bzw. Steuerungsdaten mit jeweils integrierter Zeitinformation durch die in einem der Kopfstation vorgelagerten Eingangsadapter ermittelten Empfangs-Zeitpunkte der zugehörigen Transportdatenpakete bzw. Steuerungsdaten mit jeweils integrierter Zeitinformation dividiert werden. Der Empfangs-Zeitpunkt eines Transportdatenpakets bzw. von Steuerungsdaten im Eingangsadapter ergibt sich aus der akkumulierten Impulsanzahl einer im Eingangsadapter integrierten Taktquelle zum Zeitpunkt des Empfangs des Transportdatenpakets bzw. der Steuerungsdaten, deren Frequenzgenauigkeit höher als die Frequenzgenauigkeit der in der Video- bzw. Audio-Quelle vorhandenen Taktquelle ist.
• Da der in der Kopfstation rekonstruierte Takt der in der Video- bzw. Audio-Quelle verwendeten Taktquelle aufgrund der durchschnittlich guten Taktgenauigkeit dieser Taktquelle gegenüber dem nominellen Systemtakt zu einer Verfälschung der in den einzelnen Transportdatenpaketen jeweils abgelegten Zeitinformationen für die Signalisierung des Systemtaktes führt, wird diese rekonstruierte Takt in der Kopfstation vorzugsweise hinsichtlich seiner Frequenzabweichung und Frequenzdrift auf einen durch den Übertragungsstandard vorgegebenen maximale Frequenzabweichungswert und maximalen Frequenzdriftwert begrenzt.
• Im Fall des Signalisierung eines Sendezeitpunktes für ein Transportdatenpaket werden aus Effizienzgründen bevorzugt mehrere Transportdatenpakete zu einem Verbund von Transportdatenpaketen zusammengefasst, der einen eigenen Header – Datenpaketkopf – aufweist, in dem die für den Verbund von Transportdatenpakete ermittelte Zeitinformation abgelegt wird. Auf diese Weise muss nur noch eine einzige Zeitinformation für eine Anzahl von im Verbund integrierte Transportdatenpakete anstelle einer Zeitinformation für jedes einzelne Transportdatenpakete übertragen werden. Bevorzugt wird als Verbund von Transportdatenpakete ein Real-time-Transport-Protocol(RTP)-Datenpaket – Echtzeit-Transportprotokoll-Datenpaket – verwendet, das aus einer bestimmten Anzahl von Transportdatenpaketen besteht. Im Fall einer Verwendung eines Verbundes von Transportdatenpaketen anstelle einzelner Transportdatenpakete werden bei der iterativen Berechnung der in einem Verbund von Transportdatenpakete jeweils abgelegten Zeitinformation vorzugsweise die übertragenen Datenbits zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden übertragenen Verbünden mit jeweils integrierter Zeitinformation verwendet.
• Die von der Kopfstation gesendeten Transportdatenpakete werden über ein lokales paketorientiertes Netzwerk, bevorzugt über ein nach dem Internet-Protocol(IP) – Internetprotokoll – arbeitendes paketorientiertes Netzwerk, zu einem der Kopfstation nachgelagerten Ausgangsadapter übertragen. In Ausgangsadapter werden die einzelnen Transportdatenpakete bzw. Verbünde von Transportdatenpaketen, bevorzugt RTP-Transportdatenpakete, in einem Zwischenspeicher bis zum Sendezeitpunkt des jeweiligen Transportdatenpakets zwischengespeichert. Auf diese Weise werden unterschiedliche Übertragungsverzögerungen der einzelnen Transportdatenpakete bzw. der einzelnen Verbünde von Transportdatenpaketen im lokalen paketorientierten Netzwerk aufgrund eines unterschiedlich intensiven Übertragungsaufkommens im Netzwerk aufgefangen.
• Die von der Kopfstation gesendeten Transportdatenpakete werde alternativ über ein lokales paketorientiertes Netzwerk, bevorzugt über ein nach dem Internetprotokoll arbeitendes paketorientiertes Netzwerk, direkt zu den einzelnen in einem Gleichwellennetz installierten Sendestationen übertragen. Äquivalent werden die empfangenen Transportdatenpakete bzw. Verbünde von Transportdatenpaketen, bevorzugt RTP-Transportdatenpakete, in einem Pufferspeicher bis zum Sendezeitpunkt des jeweiligen Transportdatenpakets zwischengespeichert.
• Der zeitliche Abstand der Sendezeitpunkte zweier aufeinander folgend zu sendender Transportdatenpakete im Fall der Übertragung von Verbünden von Transportpaketen zwischen der Kopfstation und dem Ausgangsadapter bzw. den einzelnen Sendestationen wird vorzugsweise im Ausgangsadapter bzw. in einzelnen Sendestationen aus dem ganzzahligen Quotienten zwischen der Differenz der in zwei aufeinander folgend übertragenen Verbünden von Transportdatenpaketen jeweils übertragenen Zeitinformation und der Anzahl von in einem Verbund enthaltenen Transportdatenpaketen berechnet. Um die Genauigkeit des ermittelten zeitlichen Abstands zwischen den Sendezeitpunkten zweier aufeinander folgend zu sendenden Transportdatenpakete im Fall der Übertragung von Verbünden von Transportdatenpaketen noch zusätzlich zu erhöhen, wird zum ermittelten zeitlichen Abstand ein in einer Tabelle hinterlegter Korrekturwert addiert, der von der Position des jeweils zu sendenden Transportdatenpakets im Verbund von Transportdatenpaketen und vom fraktionalen Anteil des Quotienten abhängt.
• Ein Transportdatenpaket wird im Ausgangsadapter oder in der Sendestation vorzugsweise gesendet, sobald die akkumulierte Impulsanzahl eines Taktes einer im Ausgangsadapter oder in der Sendestation integrierten Taktquelle seit dem Sendezeitpunkt des zuletzt gesendeten Transportdatenpakets die korrigierte Anzahl von Taktimpulsen erreicht hat, die in den zeitlichen Abstand zwischen den Senderzeitpunkten zweier aufeinander folgend zu sendender Transportdatenpakete fallen.
• Die Taktquelle im Ausgangsadapter bzw. in einer Sendestation weist eine vergleichsweise hohe Taktgenauigkeit gegenüber dem Systemtakt im Kurzzeithorizont auf, während ihre Taktgenauigkeit gegenüber dem Systemtakt im Langzeithorizont vergleichsweise ungenügend ist. Zur Erhöhung der Taktgenauigkeit der Taktquelle im Ausgangsadapter bzw. in einer Sendestation im Langzeithorizont wird die Frequenz eines in der Taktquelle integrierten spannungsgesteuerten Frequenzoszillators bevorzugt in einem Regelkreis geregelt. Als Regelgröße wird in diesen Regelkreis die mit dem nominellen Systemtakt normierte Zeitdifferenz zwischen dem im Zwischenspeicher am längsten zwischengespeicherten Transportdatenpaket und dem im Zwischenspeicher am kürzesten zwischengespeicherten Transportdatenpaket benutzt, die mit der mit dem nominellen Systemtakt normierte Zeitdifferenz zwischen dem im Pufferspeicher am längsten zwischengespeicherten Transportdatenpaket und dem im als Pufferspeicher wirkenden Zwischenspeicher am kürzesten zwischengespeicherten Transportdatenpaket in einem Initialisierungszeitpunkt im Hinblick auf eine Sollwertabweichung verglichen mit.
• Somit liegt keine reine Füllstandsregelung, bei der die Anzahl von Transportdatenpaketen im Pufferspeicher auf einen konstanten Wert geregelt wird, sondern eine Regelung der mit dem nominellen Systemtakt normierten Differenz von Sendezeitpunkten zwischen dem am längsten und am kürzesten im Pufferspeicher zwischengespeicherten Transportdatenpaketen auf einen konstanten Wert vor. Kommt es aufgrund einer längerfristigen Frequenzdrift der im Ausgangsadapter oder in einer Sendestation integrierten Taktquelle zu einer beschleunigten bzw. verzögerten Aussendung der einzelnen Transportdatenpakete im Langzeithorizont, so macht sich dies in einer geringeren bzw. höheren Anzahl von im Zwischenspeicher zwischengespeicherten Transportdatenpaketen sowie zu einer Verringerung bzw. Vergrößerung der Differenz von Sendezeitpunkten zwischen dem am längsten und dem am kürzesten im Zwischenspeicher zwischengespeicherten Transportdatenpaketen bemerkbar. Diese Verringerung bzw. Vergrößerung in der Sollwertabweichung reduziert bzw. erhöht die Frequenz des in der Taktquelle integrierten Frequenzoszillators. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Differenz von Sendezeitpunkten zwischen dem am längsten und am kürzesten im Zwischenspeicher zwischengespeicherten Transportdatenpaket auf den in Initialisierungszeitpunkt vorherrschenden konstanten Differenzwert geregelt wird und somit die Periodizität zwischen den einzelnen Sendezeitpunkten im Langzeithorizont einen konstanten Wert behält.
• Der Pufferfüllstand und damit die mit dem nominellen Systemtakt normierte Differenz von Sendezeitpunkten zwischen dem am längsten und am kürzesten im Zwischenspeicher gespeicherten Transportdatenpaketen ist aufgrund der Übertragungsjitter im Netzwerk zwischen Kopfstation und Ausgangsadapter bzw. Sendestation und des sprunghaften Erhöhung des Pufferfüllstands bei Empfang eines Verbundes von Transportdatenpaketen nicht konstant. Um einem brauchbaren Messwert für die mit dem nominellen Systemtakt normierte Differenz von Sendezeitpunkten zwischen dem am längsten und am kürzesten im Zwischenspeicher gespeicherten Transportdatenpaketen zu erhalten, wird dieser Wert vorzugsweise jeweils zu den einzelnen Empfangszeitpunkten eines Verbundes von Transportdatenpaketen ermittelt und der jeweils maximale Wert aus allen über ein bestimmtes Zeitintervall ermittelten Werten als vertrauenswürdigster Wert weiterverfolgt.
• Bei der Übertragung von Verbünden von Transportdatenpaketen besteht der Pufferspeicher bevorzugt aus einem ersten Teilzwischenspeicher zur Speicherung der empfangenen Verbünde von Transportdatenpaketen und einem mit dem ersten Teilzwischenspeicher gekoppelten zweiten Teilzwischenspeicher, in dem die aus dem Verbund entpackten Transportdatenpakete, die in den nächsten Sendezeitpunkten gesendet werden, gespeichert sind.
• Zur Glättung von sprungförmigen Sollwertabweichungen an den Übergängen der einzelnen Zeitintervalle ist in dem Regelkreis vor dem Regler vorzugsweise ein Vorfilter und zur Glättung von hochfrequenten Anteilen in der Sollwertabweichung vorhanden. Beispielsweise ist im Fall von überlagertem Rauschen vor dem Regler ein Mittelungsfilter vorgesehen. Der Regler weist bevorzugt ein proportionales Regelverhalten auf, um die Dynamik des Regelkreises nicht unnötig zu verschlechtern und gleichzeitig bei vorhandenen integrierenden Verhalten der Regelstrecke – Füllstandstrecke – eine Regeldifferenz von null zu realisieren.
• Die vorhandene Taktungenauigkeit des Taktes der im Ausgangsadapter oder in einer Sendestation verwendeten Taktquelle gegenüber dem nominellen Systemtakt wird im Regelkreis vorzugsweise durch einen dem Regler nachgeschalteten Pegel-Begrenzer auf eine durch den jeweiligen Übertragungsstandard vorgegebene maximale Frequenzabweichung begrenzt. Eine vorhandene Frequenzdrift des Taktes der im Ausgangsadapter oder in einer Sendestation verwendeten Taktquelle gegenüber dem nominellen Systemtakt wird im Regelkreis zusätzlich durch einen dem Regler nachgeschalteten Flanken-Begrenzer auf eine durch den jeweiligen Übertragungsstandard vorgegebene maximale Frequenzdrift beschränkt.
• Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes in einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem werden im Folgenden im Detail anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
• 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Senderseite eines digitalen Fernsehen-Übertragungssystems,
• 2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Video- oder Audio-Quelle,
• 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Eingangsadapters,
• 4 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Kopfstation,
• 5 ein Blockdiagramm ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ausgangsadapters und einer erfindungsgemäßen Sendestation,
• 6 eine Tabelle mit Korrekturwerten in Abhängigkeit der Position des Transportdatenpakets im Verbund und des fraktionalen Anteils,
• 7 eine Tabelle mit Anzahl empfangener RTP-Pakete, RTP-Paketabstand und RTP-Paketanzahl im Puffer in Abhängigkeit der Datenrate,
• 8 ein Zeitdiagramm des Pufferfüllstand im Pufferspeicher,
• 9A, 9B, 9C eine Datenstruktur eines Ausführungsbeispiels der eines RTP-Datenpaketkopfs, einer RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung und eine RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung mit Zeitinformationen für einzelne Transportdatenpakete und
• 10 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes in einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem.
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes in einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem anhand des Flussdiagramms in 10 in Kombination mit den in den 1 bis 5 dargestellten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Signalisierung eines Sendezeitpunktes und/oder eines Systemtaktes in einem digitalen Fernseh-Übertragungssystem erläutert.
• Im ersten Verfahrensschritt S10 des erfindungsgemäßen Verfahrens werden gemäß 1 in den einzelnen Video-oder Audio-Quellen 1 ₁, 1 ₂, .., 1 _i, ., 1 _n jeweils ein Transport-Datenstrom mit Transport-Datenpaketen oder ein Elementar-Datenstrom mit digitalen Daten erzeugt, die jeweils Video-Daten oder Audio-Daten enthalten. Die einzelne Video- oder Audio-Quelle 1 _i gemäß 2 enthält hierzu einen Video- oder Audio-Daten-Generator 2 _i, beispielsweise eine TV-Kamera zur Erzeugung von digitalen Video-Daten oder ein Audio-Aufnahmesystem zur Erzeugung von digitalen Audio-Daten. Ein Video- oder Audio-Daten-Generator 2 _i erzeugt einen vorkomprimierten digitalen Transportdatenstrom mit digitalen typischerweise MPEG-kodierten Video-Transportdatenpaketen nach dem ASI-Protokollstandard, eine nicht komprimierten digitalen Elementar-Datenstrom mit digitalen nicht kodierten Video-Daten nach dem SDI-Protokollstandard oder einen digitalen Elementar-Datenstrom mit digitalen PCM-modulierten Audio-Daten nach dem AES3-Protokollstandard.
• Die einzelnen TransportDatenpakete bzw. Datenströme mit Video- oder Audio-Daten werden in einem nachfolgenden Ausgangspuffer 3 _i zwischengespeichert. Die einzelnen TransportDatenpakete bzw. Datenströme werden im Takt f_Si einer der Video- oder Audioquelle 1 _i zugeordneten Taktquelle 4 _i aus dem Ausgangspuffer 3 _i ausgelesen und in diesen Takt f_si zu einem der Kopfstation 7 vorgelagerten Eingangsadapter 6 _i übertragen. Der Takt f_Si der jeweiligen Taktquelle 4 ist dabei abhängig vom jeweiligen verwendeten Protokollstandard und kann innerhalb eines verwendeten Protokollstandards auch noch variieren. Die Taktgenauigkeit des Taktes f_S1, f_S2, ..., f_Si, ..., f_Sn der in einer Video- oder Audio-Quelle 1 ₁, 1 ₂, .., 1 _i, ., 1 _n verwendeten Taktquelle 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n gegenüber dem Systemtakt einer MPEG-kodierten Fernseh-Übertragung in Höhe von z.B. 27 MHz beträgt typischerweise z.B. 30ppm und liegt damit in einem durchschnittlich guten Genauigkeitsbereich.
• Die Darstellung des einzelnen zum jeweiligen Video gehörigen Bildes im Fernseh-Empfänger im richtigen Zeitpunkt, der in Relation zum Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes in der Video- oder Audio-Quelle 1 _i steht, wird dem Fernseh-Empfänger im Fall einer Übertragung von Bilddaten in MPEG-kodierten Transdatenpaketen nach dem ASI-Standard der Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes über die bis zum Aufnahmezeitpunkt akkumulierte Anzahl von Taktimpulsen der in der Video- oder Audio-Quelle 1 ₁, 1 ₂, .., 1 _i, ., 1 _n verwendeten Taktquelle 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n im PTS-Feld im Datenpacketkopf (Header) des die Bilddaten des jeweiligen Bildes übertragenden Transportdatenpakets durch die Video- oder Audio-Quelle 1 _i signalisiert.
• Im Fall einer Übertragung von Bilddaten in unkodierten digitalen Datenströmen nach dem SDI-Standard wird der Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes über die bis zum Aufnahmezeitpunkt akkumulierte Anzahl von Taktimpulsen der in der Video- oder Audio-Quelle 1 ₁, 1 ₂, .., 1 _i, ., 1 _n verwendeten Taktquelle 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n über zugehörige Steuerungsdaten, bevorzugt über zugehörige Synchronisationsbitmuster, im digitalen Datenstrom vor den Daten, die die erste Zeile des jeweiligen Bildes beinhalten, durch die Video- oder Audio-Quelle 1 _i signalisiert.
• Im Fall einer Übertragung von Audiodaten in unkodierten digitalen Datenströmen nach dem AES3-Standard wird der Aufnahmezeitpunkt des zum jeweiligen Bild gehörigen Tones über die bis zum Aufnahmezeitpunkt akkumulierte Anzahl von Taktimpulsen der in der Video- oder Audio-Quelle 1 ₁, 1 ₂, .., 1 _i, ., 1 _n verwendeten Taktquelle 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n über zugehörige Steuerungsdaten, bevorzugt über zugehörige Synchronisationsbitmuster, im digitalen Datenstrom vor den Audio-Daten durch die Video- oder Audio-Quelle 1 _i signalisiert.
• Äquivalent wird dem Fernseh-Empfänger der Zeitpunkt und damit die Reihenfolge der Dekodierung des einzelnen Transportdatenpakets, die wiederum in Relation zum Zeitpunkt und damit zur Reihenfolge der Kodierung des jeweiligen Transportdatenpakets in der Video- oder Audio-Quelle 1 _i steht, über eine Zeitinformation im DTS-Feld des jeweiligen Transportdatenpakets durch die Video- oder Audio-Quelle 1 _i signalisiert.
• Da die im PTS- und DTS-Feld des jeweiligen Transportdatenpakets jeweils abgelegten Zeitinformationen als Impulsanzahl des Takts der in der jeweiligen Video- oder Audio-Quelle 1 _i integrierten Taktquelle 4 _i gewonnen werden, wird dem Fernseh-Empfänger der Takt der jeweiligen Taktquelle 4 _i über Zeitinformationen, die wiederum als Impulsanzahl des Takts der Taktquelle 4 _i gewonnen werden, in den PCR-Feldern von jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen signalisiert. Im Fall von nicht kodierten Video-Daten werden die für die Rekonstruktion des Taktes im Fernseh-Empfänger erforderlichen Zeitinformationen in einem geeigneten Feld direkt vor den ersten Video-Daten eines Bildes im Elementardatenstrom abgelegt. Äquivalent werden bei der Übertragung von PCM-modulierten Audio-Daten die für die Rekonstruktion des Taktes im Fernseh-Empfänger erforderlichen Zeitinformationen in einem geeigneten Feld direkt vor den Audiodaten im Elementardatenstrom platziert.
• Zur Signalisierung des Taktes der in einer Video- oder Audio-Quelle 1 _i integrierten Taktquelle 4 _i an einen Fernseh-Empfänger werden im nächsten Verfahrensschritt S20 die Impulse des Taktes der Taktquelle 4 _i einer Einheit 5 _i zum Bestimmen der Impulsanzahl zum Sendezeitpunkt des Transportdatenpakets bzw. der Steuerungsdaten zugeführt und dort gezählt. Aus der Information, welches im Ausgangspuffer 3 _i zwischengespeicherte Transport Datenpaket bzw. welche im Ausgangspuffer 3 _i zwischengespeicherten Steuerungsdaten zu welchen Taktimpuls der Taktquelle 4 _i gesendet wird bzw. werden, wird von der Einheit 5 _i zum Bestimmen der Impulsanzahl zum Sendezeitpunkt die zum Sendezeitpunkt des jeweils zu sendenden Transportdatenpakets bzw. der jeweils zu sendenden Steuerungsdaten gezählte Impulsanzahl des Taktes der Taktquelle 4 _i als Zeitinformation im jeweiligen Transportdatenpaket bzw. in den jeweiligen Steuerungsdaten abgelegt.
• Die einzelnen Transportdatenströme bzw. Elementardatenströme werden von den einzelnen Video- oder Audio-Quellen 1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n zu jeweils zugeordneten Eingangsadaptern 6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n übertragen, die jeweils einer Kopfstation 7 vorgelagert sind. In einem jeweiligen Eingangsadapter 6 _i gemäß 3 werden die einzelnen Transport-Datenpakete des jeweiligen Transport-Datenstroms bzw. die Daten des jeweiligen Elementardatenstroms in einem zugehörigen Eingangspuffer 8 _i zwischengespeichert, bevor sie in einer nachfolgenden Konvertierungseinheit 9 _i vom jeweils benutzten Übertragungsprotokoll – ASI, SDI, AES3 usw. – in ein einheitliches Übertragungsprotokoll eines paketorientierten Netzwerkes, bevorzugt in ein Internet-Protocol(IP) – Internet-Protokoll –, gewandelt werden und anschließend in einem zugehörigen Ausgangspuffer 10 _i ausgelagert werden.
• Im jeweiligen Eingangsadapter 6 _i werden im darauf folgenden Verfahrensschritt S30 in einer Einheit 11 _i zur Ermittlung des Empfangszeitpunkt eines Datenpakets die Empfangszeitpunkte derjenigen Transport-Datenpakete bzw. Steuerungsdaten ermittelt, die jeweils eine Zeitinformation enthalten. Hierzu wird wiederum die zum Empfangszeitpunkt des jeweiligen Transport-Datenpakets bzw. der Steuerungsdaten akkumulierte Impulsanzahl des Taktes einer zum jeweiligen Eingangsadapter 6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n gehörigen Taktquelle 12 ₁, 12 ₂, ..., 12 _i, ..., 12 _n ermittelt. Die Taktgenauigkeit des Taktes f_T1, f_T2, ..., f_Ti, ..., f_Tn einer derartigen Taktquelle 12 ₁, 12 ₂, ..., 12 _i, ..., 12 _n gegenüber dem Systemtakt einer MPEG-kodierten Fernsehen-Übertragung ist mit ca. +/–1ppm vergleichsweise hoch. Die ermittelten Empfangszeitpunkte der einzelnen Transport-Datenpakete bzw. Steuerungsdaten mit integrierter Zeitinformation werden von der Einheit 11 _i zur Ermittlung des Empfangszeitpunkt eines Datenpakets in nicht benutzten Feldern der zugehörigen IP-basierten Datenpakete zur Übertragung an die Kopfstation 7 hinterlegt.
• Die Datenpakete der einzelnen Transport-Datenströme nach dem ASI-Standard bzw. die einzelnen Daten der Elementardatenströme nach dem SDI- bzw. AES3-Standard werden in einzelne Datenpakete eines Datenpaketstroms für den Transfer über ein paketorientiertes lokales Netzwerk 13 gepackt und aus den Ausgangspuffern 10 ₁, 10 ₂, .., 10 _i, .., 10 _n der einzelnen Eingangsadapter 6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n über das paketorientierte lokale Netzwerk 13, insbesondere über das Internet, zur Kopfstation 7 gemäß 4 übertragen und dort in den zugehörigen Eingangspuffern 13 ₁, 13 ₂, ..., 13 _i, ..., 13 _n abgelegt.
• Im darauf folgenden Verfahrensschritt S40 werden die zu den Taktquellen 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n der einzelnen Video- oder Audio-Quellen 1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n jeweils gehörigen reellen Takte f_PCR in einer zur Kopfstation 7 gehörigen Einheit 14 zur Rekonstruktion des Takts einer Taktquelle anhand von in jeweils aufeinander folgenden Datenpaketen N und N+1 der einzelnen Datenpaketsströme integrierten Zeitinformationen PCR_N+1 und PCR_N und den übertragenen Empfangszeitpunkte

  

  gemäß Gleichung (1) rekonstruiert.

  
• Die in den einzelnen Eingangspuffern 13 ₁, 13 ₂, ..., 13 _i, ..., 13 _n zwischengespeicherten Datenpakete der einzelnen Datenpaketsströme werden im nächsten Verfahrensschritt S50 in nachfolgenden Kodierern 15 ₁, 15 ₂, ..., 15 _i, ..., 15 _n jeweils zu MPEG-konformen Transportdatenpaketen kodiert und in zugehörigen Zwischenspeichern 16 ₁, 16 ₂, ..., 16 _i, ..., 16 _n nach der Kodierung zwischengespeichert. Die einzelnen Transportdatenpakete der einzelnen Elementar-Transportdatenströme werden im selben Verfahrensschritt S50 in einem Multiplexer 17 zu einem gemeinsamen Transportdatenstrom zusammengefügt.
• In einer zur Kopfstation 7 gehörigen Berechnungseinheit 18 werden zur Signalisierung des Taktes der in den einzelnen Video- oder Audio-Quellen 1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n integrierten Taktquellen 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n an den Fernseh-Empfänger ausgehend von dem in der vorausgehenden Einheit 14 zur Rekonstruktion des Taktes einer Taktquelle ermittelten Takt f_PCR einer Taktquelle die für eine Rekonstruktion des Taktes im Fernseh-Empfänger erforderlichen Zeitinformationen in jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen mit integrierter Zeitinformation iterativ gemäß Gleichung (2) ermittelt.

  
• Hierzu wird gemäß Gleichung (2) die Zeitinformation PCR_N+1 in einem Transportdatenpaket N + 1 iterativ aus der Zeitinformation PCR_N des zuletzt gesendeten Transportdatenpakets N durch Addition des mit dem rekonstruierten Takt f_PCR multiplizierten Quotienten zwischen der Anzahl von Datenbits N_Bits(T_N+1) – N_Bits(T_N), die zwischen den jeweils aufeinander folgenden gesendeten Transportdatenpaketen N + 1 und N übertragen werden, und der Datenrate f_TS des Transportdatenstroms gewonnen.
• In einer an die Berechnungseinheit 18 sich anschließenden Einheit 41 zur Frequenzbegrenzung der Zeitinformationen werden die Zeitinformationen, die für die Signalisierung des Taktes der zu den einzelnen Video-oder Audioquelle 1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, .., 1 _n jeweils gehörigen Taktquellen 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n zuständig sind, in jeweils aufeinander folgenden Transportdatenpaketen N und N + 1 im Hinblick auf eine Begrenzung der Frequenzabweichung und der Frequenzdrift der rekonstruierten Takte f_PCR angepasst. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine Frequenzabweichung bzw. eine Frequenzdrift der Takte dieser Taktquellen 4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n infolge eines Messfehlers bei der Erfassung der Empfangszeitpunkte der einzelnen TransportDatenpakete bzw. Steuerungsdaten mit integrierter Zeitinformation innerhalb bestimmter Grenzen bleibt und damit die einzelnen Zeitinformationen (PCR,PTS,DTS) im Fernseh-Empfänger innerhalb einer begrenzten Genauigkeit korrekt rekonstruierbar sind.
• In derselben Berechnungseinheit 18 werden zur Signalisierung der Senderzeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete an einen der Kopfstationen 7 nachgelagerten Ausgangsadapter 19 oder an die einzelnen Sendestationen 24 ₁, 24 ₂, ... eines Gleichwellennetzes die die Senderzeitpunkte jeweils übertragenden Zeitinformationen von jeweils zwei aufeinander folgenden Transportdatenpaketen mit integrierter Zeitinformation iterativ ermittelt.
• Um nicht für jedes einzelne Transportdatenpaket jeweils einen zugehörigen Sendezeitpunkt zu übertragen, was die Effizienz der Übertragung deutlich verschlechtern würde, wird nur für eine bestimmte Anzahl von Transportdatenpaketen jeweils eine einen Sendezeitpunkt beinhaltende Zeitinformation bestimmt und übertragen. Aus diesen übertragenen Zeitinformationen wird im Ausgangsadapter oder in den Sendestationen des Gleichwellennetzes der Sendezeitpunkt jedes einzelnen Transportdatenpakets rekonstruiert.
• In einer ersten Variante wird nur für jedes N-te Transportdatenpaket jeweils ein Sendezeitpunkt übertragen, aus dem die Sendezeitpunkte der restlichen N – 1 Transportdatenpakete bestimmt werden. Die den Sendezeitpunkt des N + 1-ten Transportdatenpakets beinhaltende Zeitinformation T_N+1 im N + 1-ten Transportdatenpaket lässt sich gemäß Gleichung (3A) aus der den Sendezeitpunkt des ersten Transportdatenpakets beinhaltende Zeitinformation T₁ im ersten Transportdatenpaket durch Addition des mit dem nominalen Systemtakt f_Sys einer MPEG-kodierten Fernseh-Übertragung (27 MHz) multiplizierten Quotienten aus der Anzahl von übertragenen Datenbits N_Bits(T_N+1) – N_Bits(T₁) zwischen dem ersten und dem N + 1-ten Transportdatenpaket und der Datenrate f_TS des Transportdatenstroms bestimmen.

  
• In einer zweiten Variante, die im folgenden näher betrachtet wird, werden jeweils n Transportdatenpakete zu einem Verbund von Transportdatenpaketen zusammengefasst und in Header – Datenpaketkopf – des Verbundes von Transportdatenpaketen der Sendezeitpunkt des Verbundes von Transportdatenpaketen abgelegt. Bevorzugt wird als Verbund von Transportdatenpaketen das so genannte Real-time-Transport-Protocol(RTP) – Echtzeit-Transportprotokoll – verwendet, das auf dem Application-Layer – Anwendungsschicht – mehrere Transportdatenpakete zu einem Verbund von Transportdatenpaketen zusammenfasst und mit einem entsprechenden RTP-Datenpaketskopf versieht.
• Für die iterative Berechnung einer in einem RTP-Transportdatenpaket N + 1 abgelegten Zeitinformation RTP_N+1 wird gemäß Gleichung (3B) der mit dem nominellen Systemtakt f_Sys einer MPEG-kodierten Fernseh-Übertragung multiplizierte Quotient aus der Anzahl N_Bits(T_N+1) – N_Bits(T_N) der zwischen dem RTP-Transportdatenpaket N und dem RTP-Transportdatenpaket N + 1 übertragenen Datenbits und der Datenrate f_TS des Transportdatenstroms zur Zeitinformation RTP_N eines zuletzt konstruierten und übertragenen RTP-Transportdatenpaket N hinzuaddiert.

  
• Die zweite Variante der Erfindung ist der ersten Variante der Erfindung vorzuziehen, da die Übertragung der für den Systemtakt relevanten Zeitinformationen im Header der einzelnen Transportdatenpakete von der Übertragung der für die Sendezeitpunkte relevanten Zeitinformationen im Header eines bevorzugt als Verbund von Transportdatenpaketen gewählten RTP-Transportdatenpakets getrennt ist und somit die Zuordnung der einzelnen Zeitinformationen eindeutig festgelegt ist und keine zusätzlichen die Effizienz der Übertragung reduzierenden Zuordnungsinformationen zu übertragen sind.
• Die einzelnen Zeitinformationen werden von der Berechnungseinheit 18 – im Fall der einen Systemtakt beinhaltenden Zeitinformationen nach Zwischenschaltung der Einheit 41 zur Frequenzbegrenzung der Zeitinformationen – dem Multiplexer 17 zur Verfügung gestellt und im selben Verfahrensschritt S70 in den entsprechenden Feldern des Headers der einzelnen Transportdatenpakete bzw. RTP-Transportdatenpakete eingefügt. Die somit für die Übertragung generierten einzelnen Transportdatenpakete des gemeinsamen Transportdatenstroms werden in einem dem Multiplexer 17 nachgeschalteten Ausgangspuffer 19 bis zur Aussendung zwischengespeichert.
• Die einzelnen Transportdatenpakete des gemeinsamen Transportdatenstroms werden mit einer bestimmten Datenrate übertragen. Die Taktung des gemeinsamen Transportdatenstroms erfolgt über den Takt f_R einer der Kopfstation 7 zugeordnete Taktquelle 20. Diese Taktquelle weist eine vergleichsweise schlechte Taktgenauigkeit gegenüber dem nominellen Systemtakt der digitalen Fernsehen-Übertragung im Kurzzeithorizont auf (typischerweise +/–100 ppm). In einer Langzeit-Synchronisier-Einheit 21 wird dieser im Kurzzeithorizont vergleichsweise ungenaue Takt der Taktquelle 20 mit dem langezeitstabilen Takt eines Referenzzeit-Servers 25, beispielsweise eines Network-Time-Protocol(NTP)-Servers – Netzwerkzeitprotokoll-Server-, im Langzeithorizont synchronisiert. Die einzelnen Datenbits der einzelnen Transportdatenpakete des gemeinsamen Transportdatenstroms werden mit dem Ausgangstakt der Langzeit-Synchronisier-Einheit 21 über einen lokales paketorientiertes Datennetz 22, bevorzugt über das Internet, zum Ausgangs-Adapter 19 oder über ein paketorientiertes Weitbereichs-Netzwerk 23, das ebenfalls bevorzugt ein IP-basiertes Netzwerk ist, zu den einzelnen Sendestationen 24 ₁, 24 ₂, ... eines Gleichwellennetzes gesendet(so genannter Transportstrom über IP-basiertes Netz (Transport-Stream-over-Internet-Protocol(TSoverIP))).
• Die im Ausgangsadapter 19 bzw. in den einzelnen Sendestationen 24 ₁, 24 ₂, ... empfangenen Transportdatenpakete werden im nächsten Verfahrensschritt S80 jeweils in einem Zwischenspeicher 26 eingespeichert. In der ersten Untervariante der Erfindung ist dieser Zwischenspeicher 26 ein einziger Zwischenspeicher, während sich der Zwischenspeicher 26 in der zweiten Variante der Erfindung aus einem ersten Teilzwischenspeicher 26 ₁, in dem die einzelnen empfangenen und noch nicht entpackten Verbünde von Transportdatenpaketen, d.h. bevorzugt die einzelnen noch nicht entpackten RTP-Transportdatenpakete, eingespeichert werden, und einem zweiten Teilzwischenspeicher 26 ₂ zusammensetzt, in dem entpackte Transportdatenpakete gespeichert sind.
• Eine Übertragung eines RTP-Transportdatenpakets vom ersten Teilzwischenspeicher 26 ₁ zum zweiten Teilzwischenspeicher 26 ₂ erfolgt auf Anforderung durch den zweiten Teilzwischenspeicher 26 ₂, sobald im zweiten Teilzwischenspeicher 26 ₂ keine einzelnen Transportdatenpakete mehr enthalten sind.
• Im selben Verarbeitungsschritt S80 werden die Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete in einer Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets ermittelt.
• Im Fall der ersten Variante der Erfindung liest die Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunktes eines Transportdatenpakets die Zeitinformationen T₁ und T_N+1 von zwei im Abstand von jeweils N Transportdatenpaketen beabstandeten Transportdatenpakete mit integrierter Zeitinformation aus und ermittelt gemäß Gleichung (4A) die in die Zeitdifferenz zwischen den beiden Zeitinformationen T₁ und T_N+1 fallende Impulsanzahl ∆T. ∆T = T_N+1 – T₁ (4A)
• Im Fall der zweiten Variante liest die Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunktes eines Transportdatenpakets die in zwei jeweils aufeinander folgend übertragenen Verbünden von Transportdatenpaketen N und N + 1 jeweils übertragenen Zeitinformationen RTP_N und RTP_N+1 aus und ermittelt gemäß Gleichung (4B) die in die Zeitdifferenz zwischen den beiden Zeitinformationen RTP_N und RTP_N+1 fallende Impulsanzahl ∆RTP. ∆RTP = RTP_N+1 – RTP_N (4B)
• Nach einer Division der Impulsanzahl ∆T gemäß Gleichung (4A) bzw. der Impulsanzahl ∆RTP gemäß Gleichung (4B) durch die Anzahl Anzahl_TS_ Packete und einer anschließenden Ermittlung des ganzzahligen Anteils int(.) ergibt sich gemäß Gleichung (5) die in den Sendezeit-Abstand zwischen zwei aufeinander folgend zu sendenden Transportdatenpaketen fallende Impulsanzahl ∆_TS-Packet. ∆_TS-Packet = int( ∆RTP / Anzahl_TS_ Packete) bzw. = int( ∆T / Anzahl_TS_ Packete) (5)
• Die Ermittlung des ganzzahligen Anteils ist einerseits erforderlich, um das einzelne Transportdatenpaket zu einer bestimmten ganzzahligen Taktanzahl auszusenden, führt aber andererseits zu einer Ungenauigkeit des Sendezeitpunktes der einzelnen Transportdatenpakete gegenüber dem jeweiligen exakten Sendezeitpunkt beim nominellen Systemtakt der MPEG-kodierten Fernseh-Übertragung. Bei einer Integration einer Zeitinformation lediglich in jedes siebte Transportdatenpaket bzw. bei einer Integration von jeweils sieben Transportdatenpaketen in ein RTP-Datenpaket kann sich für den Sendezeitpunkt eines einzelnen Transportdatenpakets eine fehlerhafte Verzögerung von bis zu sechs Systemtakten ergeben, d.h. eine Verzögerung von nicht mehr tolerierbaren 222 ns bei einem Systemtakt von 27 MHz.
• Um diese nicht tolerierbare Verzögerung zu minimieren, wird in Abhängigkeit der Position eines Transportdatenpakets zwischen zwei Transportdatenpaketen mit jeweils integrierter Zeitinformation im Fall der ersten Variante der Erfindung bzw. der Position eines Transportdatenpaket im Verbund von Transportdatenpaketen im Fall der zweiten Variante der Erfindung und in Abhängigkeit des fraktionalen Anteils der Division zwischen der Impulsanzahl ∆RTP bzw. ∆T und der Anzahl Anzahl_TS_ Packete in einem Verbund von Transportdatenpaketen gemäß der in 6 dargestellten Tabelle für jedes einzelne Transportdatenpaket ein Korrekturwert zum jeweils ermittelten Sendezeitpunkt addiert. Hierbei wird eine Übertragung einer Zeitinformation in jedem siebten Transportdatenpaket bzw. eine Übertragung von sieben Transportdatenpaketen in einem Verbund angenommen. Auf diese Weise wird die Verzögerung im Sendezeitpunkt eines Transportdatenpaketes auf maximal einen einzigen Systemtakt minimiert.
• Die Berechnung der Impulsanzahl ∆RTP zwischen den in zwei aufeinander folgenden RTP-Datenpaketen N und N + 1 jeweils übertragenen und eine Impulsanzahl darstellenden Zeitinformationen RTP_N und RTP_N+1 und der in den Sendezeit-Abstand zwischen zwei aufeinander folgend zu sendenden Transportdatenpaketen fallende Impulsanzahl ∆_TS−Packet und die Korrektur um den jeweiligen Korrekturwert wird in der zweiten Variante der Erfindung unmittelbar nach dem Transfer eines RTP-Datenpakets vom ersten Teilzwischenspeicher 26 ₁ zum zweiten Teilzwischenspeicher 26 ₂ in der Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets durchgeführt.
• Die Ermittlung eines optimierten Sendezeitpunktes für jedes Transportdatenpaket nach obiger beschriebener Vorgehensweise setzt eine Konstanz der Datenrate des Transportdatenstroms während der Übertragungszeit zwischen zwei Transportdatenpaketen mit integrierter Zeitinformation bzw. während der Übertragungszeit des Verbundes von Transportdatenpaketen voraus. Ist die Datenrate des Transportdatenpakets nicht konstant, so kann in einer dritten Variante der Erfindung für jedes Transportdatenpaket, das in einem RTP-Datenpaket übertragen wird, jeweils eine Zeitinformation zur Signalisierung des jeweiligen Sendezeitpunktes in einer RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung übertragen werden.
• Ein RTP-Datenpaketkopf gemäß 9A weist hierzu ein optionales Feld "RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung" auf, das eine Erweiterung des RDP-Datenpaketkopfs um zusätzliche Felder anzeigt. Diese zusätzlichen Felder der RTP-Datenpaketkopfs-Erweiterung gemäß 9B sind hinsichtlich ihrer Länge im Feld "Länge" definiert und weisen eine des Inhalts des Feldes "Länge" proportionale Erweiterung um jeweils 4 Bytes auf. In 9C sind bei einer Übertragung von sieben Transportdatenpaketen in einem RTP-Datenpaket die zugehörigen sieben Sende-Zeitpunkte in den jeweiligen Feldern der RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung dargestellt.
• Auf diese Weise müssen die Sendezeitpunkte der einzelnen in einem RTP-Datenpaket übertragenen Transportdatenpakete nicht mehr auf der Basis einer einzigen in einem RTP-Datenpaket übertragenen Zeitinformation berechnet werden, sondern werden vorab in der Berechnungseinheit 18 der Kopfstation 7 berechnet und in den einzelnen Feldern der RTP-Datenpaketkopf-Erweiterung abgelegt. Alternativ kann in einer vierten Variante der Erfindung der Sendezeitpunkt eines Transportdatenpakets auch als Zeitinformation in jedem einzelnen Transportdatenpaket übertragen werden. Somit kann in der dritten und vierten Variante der Erfindung die Datenrate des Transportdatenstroms innerhalb der Übertragungszeit eines RTP-Datenpakets zeitlich schwanken, ohne den Sendezeitpunkt der einzelnen Transportdatenpakete zu verfälschen.
• Die übertragenen oder ermittelten Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete stellen jeweils Impulsanzahlen des nominellen Systemtaktes dar. Der reelle Sendezeitpunkt des einzelnen Transportdatenpakets ergibt sich, wenn der übertragenen oder ermittelten Sendezeitpunkte der einzelnen Transportdatenpakete mit der akkumulierten Impulsanzahl des Taktes _f der dem _A Ausgangsadapter 19 oder den Sendestationen 24 ₁, 24 ₂, ... des Gleichwellennetzes jeweils zugeordneten Taktquelle 28 entsprechen. Der Takt f_A der Taktquelle 28 weist zwar eine vergleichsweise hohe Taktgenauigkeit gegenüber dem nominellen Systemtakt im Kurzzeithorizont auf (typischerweise +/–1 ppm), die Langzeitstabilität des Taktes f_A der Taktquelle 28 ist aber vergleichsweise nicht sehr hoch. Somit kommt es im Zwischenpuffer 26 nach einer gewissen Zeit zu einem unerwünschten Überlauf oder Leerlauf.
• Zur Vermeidung eines Überlaufs oder Leerlaufs des Zwischenpuffers 26 wird im nächsten Verfahrensschritt S90 die Taktquelle 28 als spannungsgesteuerter und typischerweise temperaturkompensierter Frequenzoszillator 29 realisiert, dessen Frequenz in Abhängigkeit der Sollwertabweichung des als Regelgröße dienenden Zeitabstands zwischen dem am längsten und dem am kürzesten im Zwischenpuffer 26 zwischengespeicherten Transportdatenpakete geregelt wird und damit die Langzeitstabilität des Takts der Taktquelle 28 verwirklicht wird.
• In diesem Zusammenhang wird in einer dem Zwischenpuffer 26 nachgelagerten Einheit 30 zur Ermittlung des maximalen Sendezeitabstands der Transportdatenpakete im Pufferspeicher ausgehend von der obig dargestellten Ermittlung eines optimierten Sendezeitpunktes für jedes Transportdatenpaket der Sendezeitpunkt des am längsten im Zwischenpuffer 26 befindlichen Transportdatenpakets – dies ist im Fall der zweiten Variante der Erfindung ein im zweiten Teilpufferspeicher 26 ₂ aus dem jeweiligen Verbund von Transportdatenpaketen entpacktes Transportdatenpaket – und der Sendezeitpunkt des am kürzesten im Zwischenspeicher 26 befindlichen Transportdatenpakets – dies ist im Fall der zweiten Variante der Erfindung ein im ersten Teilpufferspeicher 26 ₁ im zuletzt empfangenen Verbund von Transportdatenpaketen enthaltenes und noch nicht entpacktes Transportdatenpaket, das an letzter Position im Verbund platziert ist – ermittelt.
• Da der Sendezeitpunkt des einzelnen Transportdatenpakets sich aus der Multiplikation der im Transportdatenpaket übertragenen Zeitinformation und dem nominellen Systemtakt ergibt, ist dieser unabhängig von der Datenrate f_TS des Transportdatenstroms. Eine zeitliche Änderung der Datenrate f_TS des Transportdatenstroms hat folglich bei Anwendung des Sendezeitabstands zwischen dem am längsten und dem am kürzesten im Zwischenpuffer 26 zwischengespeicherten Transportdatenpaket als Regelgröße im Gegensatz zur Anwendung der Anzahl von im Zwischenspeicher 26 zwischengespeicherten Datenbits und/oder Transportdatenpakete als Regelgröße keine Auswirkung auf das Regelergebnis und muss für die Frequenzregelung des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 auch nicht bekannt sein. Dies ist in 5 gezeigt.
• Der Pufferfüllstand des Zwischenspeichers 26 – ermittelt als Anzahl von im Zwischenpuffer 26 befindlichen Transportdatenpaketen – weist im Fall der zweiten Variante der Erfindung einen zeitveränderlichen Verlauf auf. Er ist gemäß 8 durch einen unstetigen Anstieg in den einzelnen Empfangszeitpunkten eines mit mehreren Transportdatenpaketen besetzten Verbundes im Zwischenpuffer 26 und durch einen weit stetigeren Abfall aufgrund des Absendens der einzelnen Transportdatenpakete zu jeweils unterschiedlichen Sendezeitpunkten und damit durch Maxima gekennzeichnet. Da die Übertragungszeit der einzelnen Verbünde von Transportdatenpaketen im lokalen paketorientierten Netzwerk 22 zwischen Kopfstation 7 und Ausgangsadapter 19 bzw. im paketorientierten Weitbereichs-Netzwerk 23 zwischen Kopfstation 7 und Sendestation 24 ₁, 24 ₂, ... aufgrund der zeitabhängigen Netzbelastung schwankt, sind die einzelnen Maxima im Pufferfüllstand des Zwischenspeichers 26, wie aus 8 hervorgeht, unterschiedlich hoch. Da die Verbünde von Transportdatenpaketen mit der geringsten Übertragungszeit zu einem Pufferfüllstand des Zwischenspeicher 26 führen, der am aussagekräftigsten ist, wird für den Fall der zweien Variante der Erfindung in einem der Einheit 30 zur Ermittlung des maximalen Senderzeitabstands der Transportdatenpakete im Pufferspeicher nachfolgenden Maximalwert-Ermittler 31 über einen geeignet festgelegten Zeitraum der Maximalwert des Zeitabstands zwischen dem am kürzesten und dem am längsten im Zwischenspeicher zwischengespeicherten Transportdatenpaket, der die verlässlichste Regelgröße darstellt, ermittelt.
• Für die Wahl eines geeigneten Zeitraums zur Maximalwert-Ermittlung ist die in 7 dargestellte Tabelle heranzuziehen, in der bei einer Übertragung von sieben Transportdatenpaketen in einem RTP-Datenpaket und bei einer Puffertiefe von 100 msec. für den Zwischenspeicher 26 für jeweils unterschiedliche Datenraten für einen MPEG-kodierten Transportdatenstrom die Anzahl von im Zwischenpuffer 26 pro Sekunde empfangenen RTP-Datenpakete, der Zeitabstand zwischen zwei empfangenen RTP-Datenpaketen und die Anzahl von im Zwischenspeicher 26 befindlichen RTP-Datenpaketen dargestellt sind. Um eine genügende Anzahl von empfangenen RTP-Datenpaketen und damit eine genügende Anzahl von Maxima im Zeitraum zur Maximalwert-Ermittlung bei gegebenen Parametern zu erreichen, ist ein Zeitraum für die Maximalwert-Ermittlung von bevorzugt 100 msec. empfehlenswert.
• Dieser ermittelte Maximalwert wird in einem nachfolgenden und ebenfalls nur in der zweien Variante der Erfindung benutzten Abtast-Halte-Glied 32 über den Zeitraum der Maximalwertermittlung gehalten und in einem anschließenden Subtrahierer 33 von einem Sollwert zu Ermittlung einer Sollwertabweichung subtrahiert. Als Sollwert wird der maximale Zeitabstand zwischen dem am längsten und dem am kürzesten im Zwischenpuffer zwischengespeicherten Transportdatenpaket zum Initialisierungszeitpunkt bestimmt und anschließend benutzt.
• In einem sich an den Subtrahierer 33 anschließenden Vorfilter 34 werden sprunghafte Änderungen in der Sollwertabweichung, insbesondere Unstetigkeiten in der Sollwertabweichung an den einzelnen Übergängen der Maximalwert-Ermittlungszeiträume, geglättet. Ein dem Vorfilter 34 sich anschließendes Mittelungsfilter 35 führt mit seiner Tiefpasscharakteristik eine Glättung von hochfrequenten Anteilen in der Sollwertabweichung, insbesondere eine Glättung von überlagerten Rauschanteilen in der Sollwertabweichung, durch. Das Mittelungsfilter 35 ermittelt iterativ eine gemittelte Sollwertabweichung y_i+1 zum Abtastzeitpunkt i + 1 aus dem gemittelten Sollwertabweichung y_i zum Abtastzeitpunkt i und der ungemittelten Sollwertabweichung y_i zum Abtastzeitpunkt i über eine gleitende exponentielle Mittelung mit dem Gewichtungsfaktor α gemäß Gleichung (6). Der Gewichtungsfaktor α wird bevorzugt in Potenzen von zwei ausgelegt, so dass das Mittelungsfilter 35 rechenzeiteffizient einzig durch Schiebeoperationen und mithilfe von Festpunktarithmetik realisiert werden kann. y_i+1 = (1 – α)·y_i + α·y_i (6)
• Die vorgefilterte und gemittelte Sollwertabweichung wird einem Regler 36 zugeführt, der ein rein proportionales Regler-Verhalten mit einem geeignet dimensionierten Verstärkungsfaktoren K_P aufweist. Auf diese Weise fügt der Regler 36 keine zusätzliche Verzögerung in den Regelkreis ein und gewährleistet gleichzeitig bei einer integrierenden Regelstrecke und bei einem geeignet dimensionierten Verstärkungsfaktor K_P eine Sollwertabweichung, die nach der Einschwingzeit des Regelkreises vernachlässigbar klein ist.
• Dem proportionalen Reglers 36 schließt sich ein Pegel-Begrenzer 37 an, der eine Frequenzabweichung des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 auf eine nach den Übertragungs-Standards übliche maximale Frequenzabweichung begrenzt. Bei einem MPEG-kodierten ATSC-Transportdatenstrom mit einer SMPTE310M-Schnittstelle ist eine absolute Frequenzabweichung von kleiner +/–2,8 ppm vorgesehen, die für die Parametrierung des Pegel-Begrenzers 37 angesetzt wird und damit eine mittelfristige Schwankung, d.h. ein Wandern, der Frequenz des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 unterbindet. Zusätzlich erfolgt in einem an den Pegel-Begrenzer 37 sich anschließenden Flanken-Begrenzer 38 eine Begrenzung der Frequenzdrift des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 auf eine durch Übertragung-Standards vorgegebene maximale Frequenzdrift. Bei einem MPEG-kodierten Transportdatenstrom mit einer ASI-Schnittstelle ist die Frequenzdrift auf 75 mHz pro Sekunde begrenzt. Auf diesen Maximalwert einer Frequenzdrift wird der Flanken-Begrenzer 38 parametriert.
• Über eine serielle digitale Schnittstelle 39 wird das hinsichtlich einer Frequenzabweichung und einer Frequenzdrift begrenzte und vom Regler 36 erzeugte digitale Stellsignal seriell an den Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 39 übertragen und damit eine unterschiedliche Taktrate zwischen dem Flanken-Begrenzer 38 und dem Digital-Analog-Wandler 39 überwunden. Im Digital-Analog-Wandler 39 wird der zum digitalen Ausgangssignal des Flanken-Begrenzer 38 korrespondierende analoge Wert zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 ermittelt. Die Auflösung des Digital-Analog-Wandlers 39 ist so zu wählen, dass eine minimale Änderung des digitalen Stellsignals am Ausgang des Flanken-Begrenzers 38 in Höhe des niedrigwertigsten Datenbits zu einer deutlich unter der maximal möglichen Frequenzdrift liegenden Änderung der Frequenz des spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 29 führt.
• Im ausgeregelten Zustand des Regelkreises entspricht der Sendezeitabstand zwischen dem im Zwischenspeicher 26 am längsten und am kürzesten gespeicherten Transportdatenpaket dem Sollwert, also dem Sendezeitabstand zwischen dem im Zwischenspeicher 26 am längsten und am kürzesten gespeicherten Transportdatenpaket zum Initialisierungszeitpunkt.
• Im abschließenden Verfahrensschritt S100 werden die einzelnen im Zwischenspeicher 26 zwischengespeicherten Transportdatenpakete zu ihren jeweiligen Sendezeitpunkten gesendet.
• Im Fall der dritten und vierten Variante der Erfindung, in der für jedes Transportdatenpaket jeweils ein Sendezeitpunkt in der Kopfstation 7 ermittelt und übertragen wird, liegt der jeweilige reelle Sendezeitpunkt vor, wenn in der Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets die in der Zeitinformation des jeweilig zu sendenden Transportdatenpakets enthaltene Impulsanzahl des Systemtaktes mit der gezählten Impulszahl des Taktes f_A der zum Ausgangsadapter 19 oder zur Sendestation 24 ₁, 24 ₂, ... gehörigen Taktquelle 28 übereinstimmt.
• Im Fall der ersten oder zweiten Variante der Erfindung, in der jeweils nur der Sendezeitpunkt eines Transportdatenpakets in einer Folge von Transportdatenpaketen als Zeitinformation von der Kopfstation 7 zum Ausgangsadapter 19 oder zur Sendestation 24 ₁, 24 ₂, ... übertragen wird, während die Sendezeitpunkte der übrigen Transportdatenpakete in der Folge von Transportdatenpakete im Ausgangsadapter 19 oder in der Sendestation 24 ₁, 24 ₂, ... berechnet werden, wird bei der Ausgabe des Transportdatenpakets, dessen Sendezeitpunkt bereits in der Kopfstation ermittelt und nur noch um einen Korrekturwert in der Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets korrigiert wird, zum reellen Sendezeitpunkt genauso verfahren wie in der dritten oder vierten Variante der Erfindung.
• Bei den Transportdatenpakete der ersten und zweiten Variante der Erfindung, für die jeweils in der Einheit 27 zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets der Sendezeit-Abstand ∆_TS-Packet zum jeweils zuvor zu sendenden Transportdatenpaket berechnet und um einen Korrekturwert korrigiert wird, wird der um den jeweiligen Korrekturwert korrigierte Sendezeit-Abstand ∆_TS−Packet als Impulsanzahl des Systemtakts mit der seit dem Sendezeitpunkt des zuletzt gesendeten Transportdatenpakets gezählten Impulsanzahl des Taktes f_A der zum Ausgangsadapter 19 oder zur Sendestation 24 ₁, 24 ₂, ... gehörigen Taktquelle 28 verglichen und bei Identität die Ausgabe des jeweiligen Transportdatenpakets aktiviert.
• Die im Ausgangsadapter 19 ausgegebenen Transportdatenpakete werden über eine ASI-Schnittstelle mittels einer nach der Synchronen-Digitalen-Hierarchie(SDH)-Multiplextechnik arbeitenden Standleitung zu den einzelnen Sendestationen 24 ₁, 24 ₂, ... des Gleichwellennetzes gesendet.
• Die Eingangsadapter 6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n wie auch der Ausgangsadapter 19 können auch in der Kopfstation 7 integriert sein, wobei der Datenverkehr zwischen den Eingangsadaptern 6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n und dem Prozessrechner der Kopfstation 7 und zwischen dem Prozessrechner der Kopfstation 7 und dem Ausgangsadapter 19 über jeweils ein internes Bussystem anstelle einem lokalen Netzwerk 13 und 22 verwirklicht sein. Eine derartige technische Ausführung ist von der Erfindung auch mit abgedeckt.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten einzelnen Ausführungsformen und Varianten beschränkt. Von der Erfindung sind insbesondere alle Kombinationen aller in den einzelnen Patentansprüchen beanspruchten Merkmale, aller in der Beschreibung offenbarten Merkmale und aller in den Figuren der Zeichnung dargestellten Merkmale mit abgedeckt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102009057362 A1 [0008]

Claims (39)

1. Verfahren zur Signalisierung eines Zeitpunkts und/oder eines Taktes durch eine einen Transportdatenstrom aus Video- und/oder Audio-Daten erzeugende Kopfstation (7) an mindestens einen Empfänger (19, 24 ₁, 24 ₂, ...) des Transportdatenstroms durch iteratives Berechnen der in einem Transportdatenpaket des Transportdatenstroms integrierten Zeitinformation (PCR_N+1; RTP_N+1; T_N+1) aus der Zeitinformation (PCR_N; RTP_N; T₁) des zuletzt im Transportdatenstrom gesendeten Transportdatenpakets mit integrierter Zeitinformation, einer Übertragungszeit von seit dem zuletzt gesendeten Transportdatenpaket mit integrierter Zeitinformation im Transportdatenstrom übertragenen Datenbits und einem Takt (f_PCR; f_Sys), wobei die Zeitinformationen (PCR_N+1, PCR_N; RTP_N+1, RTP_N; T_N+1, T₁) jeweils zur Signalisierung von Zeitpunkten und/oder eines Taktes dienen und jeweils eine bis zum Sendezeitpunkt des jeweiligen Transportdatenpakets gezählte Impulsanzahl des Taktes (f_PCR; f_Sys) enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungszeit von seit dem zuletzt gesendeten Transportdatenpaket mit integrierter Zeitinformation im Transportdatenstrom übertragenen Datenbits dem Quotienten aus der Anzahl (N_Bits(T_N+1) – N_Bits(T_N)) von seit dem zuletzt gesendeten Transportdatenpaket mit integrierter Zeitinformation im Transportdatenstrom übertragenen Datenbits und der Datenrate (f_TS) des Transportdatenstroms entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der signalisierte Takt ein in der Kopfstation (7) rekonstruierter Takt (f_PCR) einer Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) einer Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) ist, die einen Transportdatenstrom aus Transportdatenpaketen oder einen Elementardatenstrom aus seriell übertragenen Daten generiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu einem Bild oder zu einem Ton gehörige Zeitinformation in einem Datenpaketkopf bzw. in Steuerungsdaten eines von der Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) erzeugten Transportdatenpakets bzw. Elementardatenstroms eine gezählte Anzahl von Impulsen des Taktes der zur Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) gehörigen Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) zum Aufnahmezeitpunkt des Bildes oder Tones ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Takt (f_S1, f_S2, ..., f_Si, ..., f_Sn) der zur Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) gehörigen Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) aus den integrierten Zeitinformationen (PCR_N+1, PCR_N) und den ermittelten Empfangszeitpunkten

   

   von jeweils zwei aufeinander folgend im empfangenen Elementarstrom übertragenen Datenpaketen rekonstruiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangszeitpunkte

   

   von zwei aufeinander folgenden Transportdatenpakete bzw. Steuerungsdaten mit integrierter Zeitinformation mit dem Takt (f_T1, f_T2, ..., f_Ti, ..., f_Tn) einer Taktquelle (12 ₁, 12 ₂, ..., 12 _i, ..., 12 _n) eines der Kopfstation (7) vorgelagerten Eingangsadapters (6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n) bestimmt werden, deren Frequenzstabilität gegenüber einem nominellen Systemtakt (f_Sys) höher als die Frequenzstabilität des Takts (f_S1, f_S2, ..., f_Si, ..., f_Sn) der zur Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) gehörigen Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) gegenüber dem nominellen Systemtakt (f_Sys) ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Kopfstation (7) rekonstruierte Takt (f_PCR) der Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) hinsichtlich seiner Frequenzabweichung und/oder Frequenzdrift begrenzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportdatenpaket mit integrierter Zeitinformation des Transportdatenstroms ein MPEG-kodiertes Transportdatenpaket mit einer integrierten PCR-Zeitinformation ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementardatenstrom ein in einer SDI-Schnittstelle empfangener nicht kodierter Datenstrom mit digitalen nicht komprimierten Video-Daten mit einer den Beginn eines Bildes kennzeichnenden Zeitinformation und/oder ein in einer AES3-Schnittstelle empfangener kodierter Datenstrom mit digitalen PCM-kodierten Audio-Daten mit einer den Beginn von zu einem Bild gehörigen Audio-Daten des Elementardatenstroms kennzeichnenden Zeitinformation ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der signalisierte Zeitpunkt der Aussende-Zeitpunkt eines Transportdatenpakets des Transportdatenstroms in einem der Kopfstation (7) nachgelagerten Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) ist, deren Taktquelle (28) jeweils eine höhere Zeitgenauigkeit in einem kurzen Zeithorizont als die Taktquelle (20) der Kopfstation (7) aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur iterativen Berechnung einer zu einem Transportdatenpaket gehörigen Zeitinformation (RTP_N+1; T_N+1) in Abhängigkeit einer zu einem im Transportdatenstrom jeweils vorausgehenden Transportdatenpaket gehörigen Zeitinformation (RTP_N; T₁) ein nomineller Systemtakt (f_Sys) verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Transportdatenpakete des Transportdatenstroms zu einem Verbund zusammengeschlossen werden und für den Verbund aus mehreren Transportdatenpaketen eine Zeitinformation (RTP_N+1, RTP_N) im Datenpaketkopf des Verbunds übertragen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur iterativen Berechnung der in einem Verbund von mehreren Transportdatenpaketen integrierten und einen Sendezeitpunkt des Verbundes signalisierenden Zeitinformation (RTP_N+1) die Anzahl (N_Bits(T_N+1) – N_Bits(T_N)) von zwischen zwei aufeinander folgenden Verbünden jeweils zu übertragenden Datenbits verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die im Ausgangsadapter (19) oder in der Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) empfangenen Transportdatenpakete bis zum jeweiligen Sendezeitpunkt zwischengespeichert werden, wobei eine in den Sendezeit-Abstand zwischen zwei jeweils aufeinander folgend gesendete Transportdatenpakete fallende Impulsanzahl (∆_TS−Packet) aus dem ganzzahligen Quotienten der Differenz (∆RTP) der in zwei aufeinander folgenden Verbünden jeweils integrierten Zeitinformationen (RTP_N+1, RTP_N) durch die Anzahl (Anzahl_TS_ Packete) der in einem Verbund enthaltenen Transportdatenpakete berechnet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur in den Sendezeit-Abstand zwischen zwei jeweils aufeinander folgend gesendeter Transportdatenpakete fallenden Impulsanzahl (∆_TS−Packet) ein vom fraktionalen Anteil des Quotienten und der Reihenfolge des jeweiligen Transportdatenpaktes innerhalb des Verbundes abhängiger Korrekturwert addiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transportdatenpaket im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) gesendet wird, sobald die von der Taktquelle (28) des Ausgangsadapters (19) oder der Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) seit dem Sendezeitpunkt des zuletzt gesendeten Transportdatenpakets erzeugte Anzahl von Taktimpulsen der in den Sendezeit-Abstand zweier jeweils aufeinander folgend gesendeter Transportdatenpakete fallenden Impulsanzahl (∆_TS−Packet) entspricht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus mehreren Transportdatenpaketen ein RTP-Datenpaket ist, in dem eine bestimmte Anzahl von Transportdatenpaketen enthalten ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem erweiterten Datenpaketkopf des RTP-Datenpakets die Zeitinformationen der im RTP-Datenpaket jeweils enthaltenen Transportdatenpakete übertragen werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit des Taktes der zum Ausgangsadapter (19) oder zu einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) gehörigen Taktquelle (28) hinsichtlich der Langzeit stabilisiert wird, indem die Frequenz eines in der Taktquelle (28) integrierten Frequenzoszillators (29) in Abhängigkeit einer Sollwertabweichung der mit dem nominellen Systemtakt (f_Sys) normierten Differenz zwischen der Zeitinformation des am längsten zwischengespeicherten Transportdatenpakets und des am kürzesten zwischengespeicherten Transportdatenpakets geregelt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitinformationen des am längsten und des am kürzesten im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) zwischengespeicherten Transportdatenpakets im Empfangszeitpunkt jedes Verbundes aus mehreren Transportdatenpaketen im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) erfasst werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert aus allen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls ermittelten Differenzen zwischen den Zeitinformationen des am längsten und des am kürzesten im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) zwischengespeicherten Transportdatenpakets ermittelt und mit einer zu einem Initialisierungszeitpunkt ermittelten und als Sollwert dienenden Differenz zur Bestimmung der Sollwertabweichung verglichen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertabweichung vor einer Regelung in einem proportionalen Regler (36) einer Vorfilterung zur Glättung von sprungförmigen Sollwertabweichungen und einer Mittelungsfilterung zur Glättung von höherfrequenten Anteilen in der Sollwertabweichung zugeführt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Regler (36) erzeugte Stellsignal einem Pegel-Begrenzer (37) zur Begrenzung der Frequenzabweichung des Taktes (f_A) der im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) verwendeten Taktquelle (28) vom nominellen Systemtakt (f_Sys) auf eine durch einen Übertragungsstandard für Transportdatenströme vorgegebene maximale Frequenzabweichung und/oder einem Flanken-Begrenzer (38) zur Begrenzung der Frequenzdrift des Taktes (f_A) der im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) verwendeten Taktquelle (28) auf eine durch einen Übertragungsstandard für Transportdatenströme vorgegebene maximale Frequenzdrift zugeführt wird.
24. Vorrichtung zur Signalisierung eines Zeitpunkts und/oder eines Taktes durch eine einen Transportdatenstrom aus Video- und/oder Audio-Daten erzeugende Kopfstation (7) an mindestens einen Empfänger (19; 24 ₁, 24 ₂, ...) des Transportdatenstroms mit jeweils einem Kodierer (15 ₁, 15 ₂, .., 15 _i, .., 15 _n) zur Erzeugung von Transportdatenpaketen aus einzelnen in jeweils einem Transportdatenstrom oder einem Elementardatenstrom übertragenen Transportdatenpaketen bzw. Daten, einem Multiplexer (16) zur Erzeugung eines Transportdatenstroms aus den einzelnen Transportdatenpaketen und einer Berechnungseinheit (18) zur iterativen Berechnung einer in einem Transportdatenpaket des Transportdatenstroms integrierten Zeitinformation (PCR_N+1; RTP_N+T; T_N+1) Abhängigkeit einer in einem im Transportdatenstrom vorausgehenden Transportdatenpaket integrierten Zeitinformation (PCR_N; RTP_N; T₁), wobei die Zeitinformationen (PCR_N+1, PCR_N; RTP_N+1; RTP_N; T_N+1, T₁) jeweils Zeitpunkte oder einen Takt signalisieren.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Signalisierung eines Taktes der Berechnungseinheit (18) eine Einheit (14) zur Rekonstruktion eines Taktes einer Taktquelle vorgeschaltet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rekonstruktion des Taktes (f_S1, f_S2, ..., f_Si, ..., f_Sn) einer in einer Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) integrierten Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) der Kopfstation (7) ein Eingangsadapter (6 ₁, 6 ₂, ..., 6 _i, ..., 6 _n) mit einer integrierten Taktquelle (12 ₁, 12 ₂, ..., 12 _i, ..., 12 _n) und einer Einheit (11 _i) zur Ermittlung des Empfangszeitpunkts eines Transportdatenpakets bzw. von Steuerungsdaten vorgeschaltet sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der in einem Transportdatenpaket bzw. in Steuerungsdaten integrierten Zeitinformation einer Taktquelle (4 ₁, 4 ₂, ..., 4 _i, ..., 4 _n) einer Video- und/oder Audio-Quelle (1 ₁, 1 ₂, ..., 1 _i, ..., 1 _n) jeweils eine Einheit (5 _i) zum Bestimmen der Impulsanzahl des Sendezeitpunkts nachgeschaltet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kopfstation (7) eine Einheit (41) zur Frequenzbegrenzung der Zeitinformationen vorgesehen ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Kopfstation (7) nachgeschalteten Ausgangsadapter (19) oder in einer der Kopfstation (7) nachgeschalteten Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) jeweils ein Zwischenspeicher (26) zur Zwischenspeicherung der Transportdatenpakete des empfangenen Transportdatenstroms vorhanden ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass zum zeitsynchronen Senden der Transportdatenpakete im jeweiligen Sendezeitpunkt im Ausgangsadapter (19) und/oder in der Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) jeweils eine Einheit (27) zur Ermittlung des Sendezeitpunkts eines Transportdatenpakets und eine Taktquelle (28) vorgesehen sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zur Langzeit-Stabilisierung der Frequenz und der Frequenzdrift der Taktquelle (28) des Ausgangsadapters (19) oder der Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) ein Regelkreis zur Regelung der Frequenz eines in der Taktquelle (28) integrierten Frequenzoszillators (29) in Abhängigkeit einer Sollwertabweichung einer Differenz zwischen den Zeitinformationen des im Zwischenspeicher (26) am längsten und am kürzesten zwischengespeicherten Transportdatenpakets vorgesehen ist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zwischenspeicher (26) eine Einheit (30) zur Ermittlung des maximalen Sendezeitabstands der Transportdatenpakete im Zwischenspeicher (26) nachgeschaltet ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer maximalen Differenz zwischen den Zeitinformationen des im Zwischenspeicher (26) am längsten und am kürzesten gespeicherten Transportdatenpakets über ein bestimmtes Zeitintervall (30) zur Ermittlung des maximalen Sendezeitabstands der Transportdatenpakete dem Zwischenspeicher (26) ein Maximalwert-Ermittler (31) nachgeschaltet ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausregelung der Sollwertabweichung ein Regler (36) mit einem proportionalen Regelverhalten vorgesehen ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (36) zur Glättung von sprungförmigen Sollwertabweichungen ein Vorfilter (34) und/oder zur Glättung von höherfrequenten Anteilen in der Sollwertabweichung ein Mittelungsfilter (35) vorgeschaltet sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (36) ein Pegel-Begrenzer (37) zur Begrenzung der Frequenzabweichung des Taktes der im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) verwendeten Taktquelle vom nominellen Systemtakt auf eine durch einen Übertragungsstandard für Transportdatenströme vorgegebene maximale Frequenzabweichung und/oder ein Flanken-Begrenzer (38) zur Begrenzung der Frequenzdrift des Taktes der im Ausgangsadapter (19) oder in einer Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) verwendeten Taktquelle (28) auf eine durch einen Übertragungsstandard für Transportdatenströme vorgegebene maximale Frequenzdrift nachgeschaltet sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer Integration mehrerer Transportdatenpakete in einen Verbund von Transportdatenpaketen der im Ausgangsadapter (19) oder in der Sendestation (24 ₁, 24 ₂, ...) jeweils integrierte Zwischenspeicher (26) aus einem ersten Teilzwischenspeicher (26 ₁) zur Zwischenspeicherung der empfangenen Verbünde von Transportdatenpaketen und einem mit dem ersten Teilpufferspeicher (26 ₁) gekoppelten zweiten Teilpufferspeicher (26 ₂) zur Zwischenspeicherung von vereinzelten Transportdatenpaketen besteht.
38. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.
39. Computerprogramm-Produkt mit insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.

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