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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung und Wiedergabe von Informationen, insbesondere von Medieninformationen wie Ton- und/oder Bildinformationen. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Korrektur von fehlerhaft übertragenen Informationen bzw. der ihnen entsprechenden Daten im Empfänger mittels Nutzung verschiedener Übertragungswege sowie Prozessschritte zur Vor- und Aufbereitung der Daten.
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Zur Übertragung von Informationen in Form von Medieninhalten, beispielsweise Radioprogrammen, Fernsehprogrammen, Nachrichten, Filmen, Musik usw. sind kabelgebundene Verfahren und drahtlose Verfahren bekannt, beispielsweise Kabelfernsehen und Satellitenfernsehen.
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Beim klassischen Empfang von Daten in Form von drahtlosen linearen Broadcastsignalen wie z. B. DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) werden die Signale von einem terrestrischen Sender übertragen. Diese werden über eine Antenne empfangen, einem TV-Empfänger zugeführt und zur Anzeige gebracht. Während bei kabelgebundenen Verfahren die Übertragungs- und Wiedergabequalität relativ stabil gewährleistet werden können, sind die drahtlosen Verfahren diversen Einflüssen ausgesetzt, durch die die Wiedergabequalität in Mitleidenschaft gezogen werden kann. Beispielweise wirken sich Topografie und Gebäude auf die Empfangsqualität aufgrund von Mehrwegempfangs- oder Abschattungs-Effekten aus. Die Empfangssituation verschlechtert sich auch aufgrund der sich permanent ändernden Empfangsbedingungen, wenn die Empfangseinrichtung bewegt wird und sich zum Beispiel in einem fahrenden Fahrzeug befindet. Durch schlechte Empfangsqualität kann es zu verschiedenen Störungen kommen, wie z. B. Störungen im Bild- und Tonsignal, Blockartefakte in Teilbildern oder Tonsequenzen, Unterbrechungen oder, wenn kein Signal empfangen wird, zu Ausfällen, durch die dann keine Audio/Videodekodierung möglich ist.
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Die beschriebenen Empfangsprobleme können insbesondere beim Mobilempfang in einem Fahrzeug verursacht werden durch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges und dem damit einher gehenden Doppler-Effekt, durch Abschattung des Signals, beispielsweise verursacht durch Gebäude oder eine ungünstige Gelände-Topografie, durch Interferenzen oder durch ein schwaches Broadcast-Empfangssignal aufgrund schlechter Infrastruktur. Unter solchen Einflussgrößen ist mitunter eine unterbrechungs- und störungsfreie Audio- und Videodekodierung nicht mehr möglich.
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Aus der
DE 100 27 610 A1 ist ein sogenanntes Diversity Verfahren bekannt, bei dem die Empfangsqualität einer drahtlosen Fernseh-Empfangseinrichtung dadurch verbessert wird, dass mehrere Antennen vorgesehen sind, die Fernsehsignale einer Fernsehsendung von dem selben Sender parallel empfangen und deren Empfangssignale ausgewertet werden um das jeweils beste Signal zu bestimmen und für die Wiedergabe der Fernsehsendung zu verwenden.
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Ein in der
DE 100 27 610 A1 erwähntes Verfahren zum Verbessern der Empfangsqualität von Fernsehempfängern, die speziell für den Mobilempfang vorgesehen sind, ist das so genannte Maximum Ratio Combining (MRC) Verfahren. Dabei werden verschiedene physikalische Antennen und HF-Pfade zur Übertragung verwendet. Weiterhin erfolgt eine Bewertung der einzelnen Signale, eine Korrektur der Amplitude und Phase und eine Gewichtung der einzelnen Signale. Trotz dieser Maßnahmen kommt es beim aktuellen Stand der Technik häufig zu Störungen in der Dekodierung beim Mobilempfang. Dadurch wird der Rezipient mit Störungen im Signal, wie Bild, Tonaussetzer, Blockartefakte bis hin zum vollständigen Signalausfall konfrontiert.
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In der
US 5,828,945 A ist ein Fernsehsystem beschrieben, bei dem die Empfangssignale mehrerer Empfänger zu einer Fernsehsendung ausgewählt werden können.
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Aus der
JP 2011-146942 A ist ein Empfangsverfahren bekannt, bei dem Sendedaten einer Fernsehsendung parallel über Satellit und das Internet ausgesandt werden. Die Daten werden empfangsseitig primär mit einem Satelliten-Receiver empfangen. Falls es zu Empfangsstörungen bei gewissen Sendedaten kommt, fordert der Satelliten-Receiver über die Internet-Verbindung diese Sendedaten nochmals an und ersetzt die per Satellit empfangenen Sendedaten durch die per Internet empfangenen Sendedaten.
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Die Inhalte der oben genannten Veröffentlichungen werden hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst störungsfreie Wiedergabe von Informations-Sequenzen zu ermöglichen, insbesondere von Audio- oder Video-Sequenzen oder Zusatzdaten, die mittels drahtloser Verbindungen übertragen werden.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die Wiedergabe einer Informations-Sequenz vorgesehen. Diese wird parallel von einer Informationsquelle über zumindest eine erste Verbindung und eine zweite, von der ersten unabhängigen Verbindung jeweils über einen verbindungsspezifischen Signalpfad kodiert zu entsprechenden ersten und zweiten Empfangseinrichtungen übertragen. Die Empfangseinrichtungen dekodieren unabhängig voneinander die jeweils empfangenen Signale um die Informations-Sequenz zu gewinnen. Dabei erzeugt die erste Empfangseinrichtung eine erste Dekoder-Sequenz und die zweite Empfangseinrichtung eine zweite Dekoder-Sequenz. Mittels einer Korrelationseinrichtung werden anhand vorgegebener Kriterien die ersten und zweiten Dekoder-Sequenzen miteinander verglichen und aus den jeweils beiden zeitlich einander entsprechenden ersten und zweiten Dekoder-Sequenzen jeweils diejenige Dekoder-Sequenz ausgewählt, die der entsprechenden ursprünglichen Informations-Sequenz am ähnlichsten ist. Aus aufeinanderfolgenden ausgewählten Dekoder-Sequenzen wird eine Ausgabe-Sequenz gebildet. Die Dekoder-Sequenzen können insbesondere jeweils ein komplettes Bild oder nur ein Teilbild umfassen. Die dem entsprechend erzeugten bzw. verarbeiteten Signale können zum Beispiel Video- und insbesondere Fernsehsignale oder auch reine Audiosignale oder andere Datendienste sein.
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Die Korrelationseinrichtung kann insbesondere eine Einrichtung zum Synchronisieren von Dekoder-Sequenzen, eine Umschalteinrichtung und/oder eine Korrekturstufe zur Korrektur fehlerhafter Dekoder-Sequenzen umfassen. Zur Auswahl der Dekoder-Sequenz, die der entsprechenden ursprünglichen Informations-Sequenz am ähnlichsten ist, kann insbesondere vorgesehen sein, in den Dekoder-Sequenzen nach Fehlermustern zu suchen und diejenige Dekoder-Sequenz auszuwählen, die keinen Fehler oder am wenigsten Fehler, insbesondere einer bestimmten Fehlerart aufweist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Störungen bei der Übertragung von Bild- und/oder Tonsignalen gut ausgeglichen werden können, wenn die jeweiligen Bild- bzw. Tonsignale aus unterschiedlichen Sendequellen empfangen werden. Insbesondere durch die unabhängige Übertragung über zwei getrennte Kommunikationswege mittels zweier unabhängiger Kommunikationseinrichtungen, d. h. mittels zweier zueinander unabhängiger Paare von Sende- und Empfangseinrichtungen, kann eine Redundanz der Signalübertragung geschaffen werden, durch die die Übertragungssicherheit und damit die Wiedergabequalität gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich erhöht ist. Mit der Erfindung kann dabei zusätzlich erreicht werden, dass die Wiedergabe ohne nennenswerte zeitliche Verzögerungen erfolgt. Die letztliche Bild- bzw. Tonwiedergabe ist damit in der notwendigen Wiedergabegeschwindigkeit ohne störende Unterbrechungen möglich.
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Mit der Erfindung kann ein Empfangssystem für Datendienste, insbesondere für Audio/Video (AV) Daten geschaffen werden, mit dem ein verbesserter Empfang im Mobilbetrieb möglich ist. Insbesondere kann mit der Erfindung auch das Ziel erreicht werden, dem jeweiligen Nutzer während des Mobilempfangs eine weitgehend unterbrechungsfreie Wiedergabe des gewählten Datendienstes zu ermöglichen.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Konzepts wird es insbesondere möglich, durch Nutzung der verschiedenen möglichen Empfangsquellen für ein- und denselben Dienst bzw. Kontent bisherige Nachteile des Mobilempfangs wie zum Beispiel die geringere Auflösungsqualität bei Videodiensten entscheidend zu verbessern. Dies wird durch die zwischenzeitlich relativ gut ausgebaute Verfügbarkeit von IP-Datendiensten und entsprechender Standards wie z. B. LTE/3G begünstigt, die z. B. das Streamen von hohen Datenraten beispielsweise für Video-Kontents ermöglichen.
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Die Erfindung kann insbesondere in Medien-Empfangsgeräten von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, aber zum Beispiel auch in handbetriebenen Mobilgeräten wie Smart Phones, die sowohl mit einem terrestrischen TV-Empfänger ausgerüstet sind, als auch mit einer Online Verbindung zum Internet.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Konzepts wird es grundsätzlich möglich, jegliche verschiedenartige Empfangsquellen bzw. Übertragungspfade für ein- und denselben Dienst bzw. Kontent zu nutzen. Dabei werden jeweilige Nachteile oder Probleme beim Nutzen der ersten Empfangsquelle bzw. des ersten Übertragungspfades durch das Nutzen der jeweiligen zweiten Empfangsquelle bzw. des zweiten Übertragungspfades vermieden bzw. gelöst. Beispielsweise ist es auch möglich, ein TV-Programm einerseits über einen terrestrischen Übertragungspfad und einen stationären bzw. mobilen Empfänger zu empfangen und andererseits zur Fehlerkorrektur über einen Wireless Local Area Network (WLAN) Zugangspunkt wie z. B. einen so genannten Hot Spot eines Internet-Providers. In einem weiteren Anwendungsbeispiel ist es z. B. möglich, ein TV-Programm an einem Mobilgerät über einen Internet-Dienst zu streamen. Aufgrund der Übertragungskosten und/oder eines Datenvolumen-Limits dieses Download-Dienstes sucht das Gerät automatisch eine Alternativquelle für das TV-Programm und findet denselben Kontent über eine Broadcast-Verbindung. Es schaltet deshalb den Empfang auf die kostenlose, unlimitierte und ggf. hoch aufgelöste Broadcast-Verbindung als primäre Empfangsquelle um und lädt Daten über die Internet-Verbindung nur noch selektiv und/oder niedriger aufgelöst zur Fehlerkorrektur, wenn beim Broadcast-Empfang Fehler auftreten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Verbindungen zueinander andersartig. Zumindest eine der Verbindungen kann insbesondere eine drahtlose Verbindung sein. Dabei kann eine der Verbindungen beispielsweise eine unidirektionale Radiofrequenz (RF)- bzw. Broadcast-Verbindung sein. Die erste oder zweite Verbindung kann beispielsweise eine bidirektionale Mobilfunk-Verbindung sein. Es können alternativ oder zusätzlich weitere Varianten und Kombinationen drahtloser Verbindungen vorgesehen sein, beispielsweise hinsichtlich der Frequenzen, Polarisierungen und/oder Kodierungen der Verbindungen. Die beiden drahtlosen Verbindungen können insbesondere hinsichtlich der Auflösung der darüber übertragenen Dekoder-Sequenzen verschieden sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt mittels einer der Verbindungen eine Internet-Verbindung. Die Internet-Verbindung kann insbesondere dauerhaft bzw. zumindest während einer Empfangsdauer von z. B. einer Radio- bzw. Fernsehsendung ohne Unterbrechung aufrecht erhalten werden, so dass die jeweilige Sendung ohne Unterbrechung über den Internet Signal- bzw. Datenpfad empfangen wird. Durch zeitliche Synchronisierung der beiden Signalpfade im Dekoder kann erreicht werden, dass die Wiedergabe der Sendung selbst beim Kombinieren der beiden Dekoder-Sequenzen aus den beiden Übertragungswegen ohne nennenswerte zeitliche Verzögerungen erfolgt.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht zwei Varianten für eine verbesserte Empfangsqualität vor. Gemäß einer ersten Variante, einer so genannten „Multi Source Decoding” (MSD) Methode, erfolgt eine parallele Dekodierung des identischen Audio/Video-Inhaltes aus unterschiedlichen Quellen. Dadurch kann erreicht werden, dass bei kritischem Signal einer Quelle durch Umschalten auf das jeweilige Signal einer anderen Quelle sichtbare bzw. hörbare Störungen verhindert werden. Die Umschaltung kann insbesondere in vorgegebenen Intervallen (Sequenzgrößen) von Datenpaketen erfolgen, beispielsweise bei Videodaten bildweise oder halbbildweise. Mit dieser Variante werden einem Empfänger mehrere Signalquellen alternativ angeboten, deren Signale insbesondere unabhängig voneinander vom Empfänger verarbeitet und im Falle des gestörten Signals einer Quelle das entsprechende Signale der alternativen Quelle verwendet bzw. weiter verarbeitet.
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In einer zweiten Variante, der so genannten „Multi Source Error Correction” (MSEC) Methode, die unabhängig oder in Kombination mit der ersten Variante angewandt werden kann, werden die Signale des identischen Audio/Video-Inhaltes aus unterschiedlichen Quellen bzw. aus unterschiedlichen Empfangswegen genutzt um fehlerhafte Bild-/Ton- und Datenanteile in einem der Empfangswege durch die entsprechenden Datenanteile des oder ggf. der anderen Empfangswege korrigieren zu können. Die Korrektur kann auf Datenpaketebene erfolgen. Dabei werden aufgrund der Bit- oder Paketerror-Rate nicht dekodierbare Datenpakete durch den alternativen Signalpfad korrigiert. In einer nächsten Stufe einer MSEC können nach Dekodierung der Daten fehlerhafte Bild/ oder Tonanteile erkannt und diese Bereiche mittels Daten aus dem alternativen Signal korrigiert werden. Auch bei Kontent in unterschiedlichen Qualitätsstufen kann dieses Verfahren erfolgreich angewendet werden.
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Bei der MSEC-Variante wird die jeweilige zweite Signalquelle verwendet um zu den von der ersten Signalquelle über den ersten Signalpfad empfangenen Signalen bzw. Daten, beispielsweise von Broadcast-Signalen, zusätzliche Daten beispielsweise über eine Mobilfunk- und/oder Internetverbindung, bereit zu stellen und einen Vergleich der jeweiligen Signale/Daten durchzuführen. Dadurch können Fehler bzw. Störungen im ersten Signalpfad beseitigt oder zumindest so verschleiert werden, dass sie nicht mehr sichtbar bzw. hörbar sind. Die Qualität der aus den ersten Signalen/Daten generierten Ausgangs-Daten für eine Dekodierung wird dabei verbessert. Bei vollständigem Signalverlust z. B. des Broadcastsignals können die fehlenden Daten vollständig durch die Alternativdaten der zweiten Signalquelle ersetzt werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Fernseh-Übertragungssystem
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2 ein Empfangssystem
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3 die Verarbeitung von Bildsequenzen
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4 die Encodierung von AV-Daten
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5 die Dekodierung von AV-Daten und
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6 Beispiel-Audiosequenzen.
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In 1 ist ein Übertragungssystem 1 für Fernsehsendungen und Radiosendungen gezeigt. Dabei erzeugt ein Fernsehsender 4 Fernsehprogramme und überträgt diese an ein Sendesystem 1. Dieses strahlt entsprechende Sendesignale aus, die ein Empfangssystem 3 empfängt. Für die Signalübertragung sind zwei Signalpfade vorgesehen. Auf dem ersten Signalpfad 5 werden Signale der Fernsehprogramme über einen oder mehrere DVB-T Sender 6 drahtlos übertragen und von einem DVB-T Empfänger 7 empfangen. Auf dem zweiten Signalpfad 8 können die Signale derselben Fernsehprogramme parallel zum ersten Signalpfad 5 vom Fernsehsender 4 über geeignete Computer (Server) in das Internet 9 übertragen, auf Anforderung über weitere Server gestreamt und mittels eines Mobilfunknetzes 10 übertragen werden.
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DVB-T Sender 6 und Mobilfunknetz 10 können jeweils durch ein anderes drahtloses Übertragungssystem ersetzt werden und/oder durch entsprechende weitere drahtlose Systeme zur Übertragung der Fernsehprogramme ergänzt werden, beispielsweise durch weitere terrestrische RF Broadcastsysteme oder durch ein Satelliten-Übertragungssystem. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Empfangssystem 3 in einem Kraftfahrzeug 11 vorgesehen. Dort kann es fest z. B. als TV-Empfänger installiert sein oder lediglich temporär, z. B. in Form eines intelligenten Mobilfunkgeräts (Smart Phone) oder eines tragbaren Computers (Laptop) während der Fahrt vorgesehen sein. DVB-T Empfänger 7 und Mobilfunkempfänger 11 empfangen die jeweiligen Signale derselben Fernsehsendungen, dekodieren diese und übertragen die dekodierten Signale an einen Datenprozessor 12. Im Datenprozessor 12 werden die DVB-T Signale weiter verarbeitet und an den Bildschirm 13 ausgegeben zur Anzeige des Fernsehprogramms. Eine entsprechende Verarbeitung und Ausgabe an Lautsprecher erfolgt für die dazu gehörigen Audiosignale.
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In 2 ist das Empfangssystem 3 genauer gezeigt. Die DVB-T-Signale bzw. -Daten, nachfolgend auch Broadcastdatenstrom 16 genannt (Broadcast: MPEG_TS), werden in einem ersten Schritt mit einem Funktionsmodul 14 „Service Mapper” analysiert um festzustellen, um welchen Service es sich bei den Daten handelt. Dies kann z. B. durch Vergleich des Sendernamens oder PID (Programm Identifier), durch Vergleich der elektronischen Programmzeitschrift-Daten (Electronic Programme Guide, EPG), mittels Look Up Tabellen und/oder Application Information Data (AIT) Daten erfolgen. AIT-Daten wirken als Eintrittspunkt für Online Zugang im Broadcastsignal, womit der Empfänger vom Broadcaster signalisierte Online Zugänge nutzen und die online verfügbaren Daten zum Zuordnen (Mapping) der richtigen Senders nutzen kann. Ein entsprechender Vergleich kann auch mit sonstigen, in den Übertragungspfaden bzw. Datenströmen verfügbaren Online Informationen erfolgen.
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Wenn online eine Alternative gefunden wurde, wird die Internet-Verbindung über eine Mobilfunkverbindung 10 hergestellt und die entsprechende Streamingverbindung aufgebaut und der entsprechende Streamingdatenstrom 15 (IP_MPEG_TS) über das Internet herunter geladen. Da die über die beiden Signalpfade 5 und 8 empfangenen Audio-/Videodatenströme 15, 16 üblicherweise nicht synchronisiert sind, müssen sie in einer Synchronisationsstufe 17 nachträglich zueinander zeitlich synchronisiert werden. Dies kann mit an sich bekannten Technologien erfolgen. Beispielsweise können die beiden Datenströme 15, 16 anhand von PTS (engl. Presentation Time Stamp) Informationen bildgenau zueinander synchronisiert werden. Es können auch die Audio/Videosignale verwendet und die Synchronisierung mittels Audiokorrelation realisiert werden. Nach der Synchronisierung kann ein etwaiger Zeitversatz der beiden Datenstöme 15, 16 ausgeglichen werden indem der aktuell wiedergegebene vorauseilende Datenstrom während einer Übergangsphase sukzessive mittels einer Wiedergabeeinrichtung 20 derart langsamer abgespielt wird bis beide Ströme synchronisiert sind, dass diese Anpassung vom Betrachter des Bildschirms 13 unbemerkt bleibt. Der Zeitversatz kann auch umgekehrt ausgeglichen werden. Für den Ausgleich können die jeweiligen Datenströme in Ringspeichern 18, 19 zwischengespeichert werden. Die temporäre Geschwindigkeitsänderung des jeweiligen aktiven, d. h. an den Bildschirm 13 ausgegebenen Datenstroms ist dazu so gering, dass sie dem menschlichen Sinnesorgan nicht auffällt. Nachdem beide Ströme synchronisiert sind, kann bei einem zu definierenden kritischen Qualitätslevel des Broadcastsignals (z. B. Bitfehlerrate, C/N-Wert) in dem Umschaltprozessor 21 eine nahtlose bzw. unterbrechungsfreie (engl. seamless) Umschaltung vom Broadcast-Signal zum IP-Streamingsignal stattfinden. Der Umschaltprozessor 21 umfasst für die Entscheidung, welches Signal im Weiteren verwendet wird, entsprechende in einem Speicher 22 enthaltenen Entscheidungsparameter, beispielsweise zur Verfügbarkeit, zur Signal-Qualität und/oder zur Inhalts-Qualität (z. B. SD/HD TV-Qualität).
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Das nachfolgende Beispiel illustriert die Funktionsweise des Übertragungssystems 1 bzw. des gesamten Send- und Empfangssystems anhand einer Sendung (auch Service genannt) des Zweiten Deutschen Fernsehens (ZDF). Dabei wird das terrestrische (DVB-T) Audio/Video-Broadcastsignal des ZDF Services dekodiert. Das als Multi-Source Dekoder ausgestaltete Empfangssystem 3 beginnt im Hintergrund über z. B. eine serverbasierte Datenbank eine IP- bzw. internetbasierte Streaming Alternative über eine Long Term Evolution (LTE) Mobilfunkverbindung für den Service des ZDF zu suchen. Dieser online über die Internetadresse www.zdf.de angebotene Livestream oder als Video an Demand (VoD) online verfügbarer Kontent, wird parallel dekodiert. Der zu erwartende Zeitversatz zwischen dem Broadcast Video/Audiostrom und dem IP Streaming Video/Audiostrom wird mit geeigneten Synchronisationsverfahren synchronisiert, beispielsweise nach dem Presentation Time Stamp (PTS) Verfahren, mit Bildvergleichen und/oder mit Audio-Korrelation. Durch eine entsprechend synchronisierte Umschaltung zwischen beiden Strömen kann verhindert werden, dass es zu Unterbrechungen im jeweils nicht empfangbaren oder nur mit kritischer Empfangsqualität empfangbaren Audio/Videostrom zu sichtbaren und/oder hörbaren Störungen kommt.
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In 3 sind Bildsequenzen B1...B3 und W1...W3 dargestellt, die im Umschaltprozessor 21 nach der Multi Source Decoding (MSD) Methode verarbeitet werden. Dabei wird unterbrechungsfrei zum Erzeugen des Ausgangs-Datenstroms 23 ein ganzes Bild B2 des Broadcast-Datenstroms 16, das eine Bildstörung 50 aufweist, ersetzt durch das entsprechende Bild W2 aus dem IP-Streaming Datenstrom 15.
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4 zeigt die Enkodierung und Übertragung von AV-Daten zur Übertragung über eine Luftschnittstelle. Ein Fernsehsender bzw. Broadcaster enkodiert unkomprimierte, originale AV-Daten (Audio- und/oder Videodaten) 24 und/oder Daten anderer Datendienste mit einem typischen AV-Codec, z. B. h.264, in verschiedenen Qualitätsstufen. Die encodierten Daten werden als AV-Elementarströme 24a in geeigneten Speichern beispielsweise in Servern 25 zwischengespeichert. Zur weiteren Übertragung über ein Broadcast RF-Signal im Broadcast-Datenpfad 27 werden verschiedene AV-Elementarströme 24a in einer Multiplex-Stufe 26 zu einem sogenannten Multiplex zusammengefasst, in einem Broadcast-Modulator 29 auf Hochfrequenz moduliert und über einen Broadcasting-Transmitter 34 an die Luftschnittstelle 30 ausgestrahlt. Dabei können übliche Standards, wie DVB-T/T2/ATSC/ATSCM/H/DAB/DMB/DVB-S/S2 usw. verwendet werden.
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Gleichzeitig stellt der Fernsehsender bzw. Broadcaster die AV-Elementarströme zum Download über das Internet (world wide web, www, IP) über eine Streaming-Schnittstelle 31 bereit. Hierbei werden üblicherweise verschiedene Qualitätsstufen enkodiert, um der jeweiligen Bandbreite der Nutzer Rechnung zu tragen. Diese AV-Elementarströme 25 werden zur Übertragung in einen Transportstrom, z. B. per MPEG-2 Kodierung verpackt. Dadurch können als Video an Demand Dienste einzelne Transportströme und Datendienste über das Internet direkt abgerufen werden. Abhängig von der Datenverbindung und der damit einhergehenden Datenrate kann automatisch ein Video mit der für die Datenrate tauglichsten Qualitätsstufe (Datenrate) gewählt werden. Über entsprechendes IP-Streaming werden die Videodaten übertragen. In diesem Fall ist die Übertragung nicht rein kabelgebunden sondern findet über das Mobilfunktnetz statt. Dazu wird der Signalpfad im Mobilfunk-Modulator 32 auf eine entsprechende RF-Übertragung wie z. B. UMTS, LTE, HDSPA usw. moduliert und über einen Mobilfunk-Transmitter 33 an die Luftschnittstelle 30 ausgestrahlt.
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5 zeigt die an der Luftschnittstelle 30 empfangsseitig liegenden Systemkomponenten. Am Empfangssystem 3 werden die jeweiligen RF-Signale mit Empfangsdekodern 35, 51 empfangen. Der für Broadcastempfang ausgelegte Broadcast-Dekoder 35 nutzt mehrere Broadcast-Kanaldekoder 35a, 35b, 35c, die mit mehreren unterschiedlichen nicht korrelierten Empfangszweigen bzw. Antennen verbunden sind, um das Signal zu empfangen und zu verarbeiten. In einem ersten Verarbeitungsschritt werden in einem Korrekturglied 36 z. B. über MRC-Algorithmen (Maximum Ratio Combining) die verschiedenen Empfangssignale in Amplitude und Phase korrigiert, gewichtet und zu einem optmierten Signal zusammengefasst. Zusätzlich werden in Kodierstufen 37a, 37b, 37c die vom jeweilig genutzen Kodier-Standard (z. B. DVB) möglichen Fehlerkorrekturmechanismen verwendet. Am Ausgang der Kanaldekoder 35a, 35b, 35c liegt ein Basisbandsignal vor, der so genannte Broadcast-Transportstrom 38. Neben diesem terrestrischen Broadcast-Empfangsweg ist in 5 auch der Empfangsweg über Mobilfunk dargestellt. Dieser dient dazu, den Transportstrom 39, der über IP angefordert wurde, auf den Empfänger zu streamen.
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Der in links dargestellte Broadcast-Empfangs- bzw. Übertragungspfad 27 ist wegen der Broadcast-Eigenschaft unidirektional, der rechte IP-Empfangs- bzw. Übertragungspfad 28 mit dem für UMTS, LTE bzw. HDSPA ausgelegten Empfangsdekoder 51 ist wegen der Mobilfunk- und IP-Eigenschaften bidirektional. Die Transportströme 38, 39 liegen z. B. im MPEG-Format vor und werden in MPEG Dekodern 40a, 40b dekodiert. Auch hierbei kann über MPEG-Verfahren eine Fehlerkorrektur stattfinden. Danach werden die gewünschten Audio-/Videodaten und Metadaten aus dem MPEG-Datenstrom herausgefiltert und die so gefilterten Daten an die Umschalt- bzw. Korrektureinrichtung 41 weiter geleitet. In den Dekodern 40a, 40b und/oder in der jeweils daran angeschlossenen Korrekturstufe 41 erfolgt eine Analyse, ob und ggf. welche Fehler die gefilterten Daten noch enthalten. Abhängig von dieser Analyse korrigiert der jeweilige MPEG-Decoder 40a, 40b dieser die Fehler selbst oder sendet von ihm nicht korrigierbare Datenpakete auf dem Pfad C bzw. D an die Korrekturstufe 41. In dieser Stufe 41 wird dann entschieden, ob fehlerhafte Daten des Broadcast-Datenpfades 27 durch entsprechende Daten des IP-Datenpfades 28 auf Datenpaketebene ersetzt werden können, d. h. ob eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden kann. Ggf. wird die Korrektur ausgeführt und das jeweils korrigierte Datenpaket über den jeweiligen Pfad E, F an den Decoder 40a bzw. 40b zurück gesandt. Wenn auch keine Korrektur über die Korrekturstufe 41 möglich ist, dann verwirft der Dekoder 40a, 40b das Datenpaket.
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Der schließlich aus den Decodern 40a, 40b ausgegebene Datenstrom wird wiederum der Korrekturstufe 42 zugeführt, die je nach Bedarf und Möglichkeit eine Korrektur auf Ebene eines Samples Audio/Video/Bild vornimmt und jeweils einen Ausgangs-Datenstrom erzeugt, der auf einem Bildschirm 43 bzw. auf einem Lautsprecher 44 ausgegeben werden kann.
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Die Fehlerkorrektor-Stufen 41, 42 können jeweils eine Fehlerkorrektur nach dem erfindungsgemäßen MSD-Verfahren durchführen. Sie können auch eine Korrektur nach dem erfindungsgemäßen MSEC-Verfahren durchführen. Ein Ausführungsbeispiel der MSEC-Variante (Multi Source Error Correction) wird nachfolgend erläutert. Dabei werden individuelle Fehler in einem Audio,- Video,- oder Metadatensignal mittels entsprechender Daten aus einer alternative Datenquelle korrigiert. Dadurch können beispielsweise in einem Videosignal Fehler innerhalb eines Bildes korrigiert werden, wobei die fehlerhaften Daten eines Teilbildes durch die entsprechenden korrekten Daten aus der alternativen Datenquelle ersetzt werden. Somit wird nicht das gesamte Bild ersetzt, sondern nur der jeweils fehlerhafte Teil.
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In einer ersten Beispielanwendung wird über den Broadcast-Datenpfad 27 ein qualitativer hochwertiger Film in HD-Auflösung (1980×1280 Pixel) ausgestrahlt. Aufgrund der hohen Datenrate ist die Robustheit des Signals möglicherweise nicht optimal für Broadcastempfang und es kommt durch die Bewegung des Empfängers zu Störungen oder sogar zu Empfangsabrüchen in Bild und Ton. Der Receiver empfängt mittels des Dekoders 40b über den alternativen IP- bzw. Mobilfunkkanals 28 als Video an Demand per IP-Streaming denselben Kontent in unterschiedlicher, hier in geringerer Auflösung und Qualität, z. B. QVGA. Somit können gestörte oder korrupte Daten im HD-Signal durch Bild- oder Tondaten aus dem QVGA-Alternativsignal korrigiert werden.
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In einer zweiten Beispielanwendung erfolgt eine entsprechende Korrektur reiner Audiodaten, wobei ein Digitaler Audio Broadcastempfang (DAB) erfolgt. Im Hintergrund wird ein weiterer Empfänger dazu verwendet denselben Service auf FM zu tunen. Beide Signale werden zeitlich synchronisiert. Wenn die DAB-Audio Daten gestört sind, werden diese mit den Audiodaten des FM-Signals korrigiert bzw. ersetzt indem beim Erzeugen des Ausgangssignals statt der fehlerhaften DAB-Daten die entsprechenden FM-Signale verwendet werden.
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Um die Fehlerkorrektur mittels des Alternativsignals durchführen zu können, wird zunächst eine alternative Quelle für den aktuellen Kontent gesucht. Die Suche kann über den Sendernamen, Servicenamen oder Sendungsnamen, über eine Providerdatenbank und EPG (Elektronische Programmzeitschrift) geschehen. Ist eine Alternative gefunden, dann wird diese angewählt. Dabei wird auf diesen Service getuned, beispielsweise über AM, FM, DAB, DVB-S,/S2/T/T2/ usw. und bei Empfang wird die alternative Quelle online angefragt und gestreamt bzw. heruntergeladen.
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Dann werden beide Ströme synchronisiert. Dazu können beispielsweise PTS/SCR/PCR Werte in den MPEG-TS Daten verwendet werden. Diese kann der MPEG-Dekoder aus den Elementarströmen auslesen und die Elementarströme snychronisieren. Sollte dies nicht möglich sein, kann die Synchronisation mit alternativen Methoden, beispielsweise anhand von Bildvergleichsalgorithmen erfolgen. Speicher- und recheneffizient kann die Synchronisierung beispielsweise über eine reine Audiokorrelation erfolgen. Um den zeitlichen Versatz beider Audio/Video-Ströme zu reduzieren kann zusätzlich die Wiedergabegeschwindigkeit beschleunigt oder verlangsamt werden. Wenn dies in einem Rahmen durchgeführt wird, der nicht vom Rezipienten (Betrachter bzw. Hörer) bemerkt wird, kann dies zudem zur Optimierung des Speicherverbrauchs erfolgen. Sobald beide Ströme synchronisiert sind, können die korrupten Audio- bzw. Videodaten korrigiert werden.
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Nachfolgend wird das MSEC-Verfahren für Audiodaten anhand eines in 6 gezeigten Beispiels genauer beschrieben. Sie zeigt zwei miteinander synchronisierte Audiosignal-Sequenzen 45, 46. Das fehlerhafte Audiosample 45 bzw. die darin enthaltende Signalstörung 47 kann daran erkannt werden, dass Sie nicht mit den umgebenden Samples, die vorher und später empfangen wurden, korrelieren. Sie stellen so genannte Ausreisser dar oder wurden bereits vom MPEG-Dekoder als fehlerhafte Datenpakete verworfen. Somit ist es möglich, statt komplett durch den MPEG-Dekoder verworfener korrupter Pakete entsprechende Pakete aus dem Alternativsignal für das aktuell gesehene Signal zu verwenden. In einem nächsten Schritt, nachdem die Audiodaten bereits dekodiert wurden und durch Audiokorellation beide Audiosignale absolut synchronsiert sind, können fehlerhafte Samples im Audiosignal korrigiert werden. Die MSEC-Korrekturstufe 49 ersetzt die fehlerhafte Audiosequenz 45 durch die entsprechende korrekte Sequenz 46 zum Erzeugen des Ausgabe-Audiosignals 48.
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Nachfolgend wird das MSEC-Verfahren für Videodaten anhand eines Beispiels genauer beschrieben. Wie bei der Audio-Korrektur können fehlerhafte Pakete bereits auf MPEG-Ebene korrigiert werden. Bei fertig dekodierten Frames können fehlerhafte Bildbereiche und Bildinfromationen erkannt werden, indem diese auf Pixel- und/oder Makroblockebene verglichen werden. Dazu werden Mittelwerte über eine bestimmte Anzahl von Pixeln und/oder Makroblöcken gebildet, zum Beispiel den in 3 dargestellten Bildfehler 50. Bei extremen Ausreissern werden diese mit den Pixeln/Makroblöcken des Alternativsignals verglichen. Bei Feststellung, dass es sich hierbei um einen Fehler handelt, wird das jeweilige Pixel bzw. der jeweilige Makroblock mit den Bildinformationen aus dem Alternativsignal korrigiert. Für die Fehlererkennung können auch verschiedene benachbarte Pixel oder Makroblöcke miteinander verglichen werden und beispielsweise die Anzahl der Pixelfehler innerhalb eines Makroblocks anhand vorgegebener Kriterien wie zum Beispiel Plausibilitätsregeln bei Bildübergängen oder Filterkoeffizienten bestimmt werden. Weichen beispielsweise direkt benachbarte Pixelwerte extrem voneinander ab, dann kann dieser Bereich als fehlerhaft klassifiziert und dann korrigiert werden. Somit können mit der MSEC Methode auf Framebasis die fehlerhaften Pixel, Makroblöcke und/oder Bildbereiche korrigiert werden. Wenn die alternativen Korrekturdaten aus einem qualitativ deutlich schlechteren Signal stammen, so fällt dies einem Betrachter der Videosequenz nicht ohne weiteres auf, da nur relativ geringe Teilbereiche eines Bildes korrigiert werden und/oder die deutlich schlechtere Qualität des Korrekturmaterials in der subjektiven Bewertung des Gesamtbildeindruckes vernachlässigbar sind.
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Die Erfindung kann bei einer Vielzahl weiterer Datendienste Anwendung finden wie z. B. EPG, BML, HbbTV, usw. Die beschriebenen Geräte und Systemkomponenten werden insbesondere mit Computerprogrammen gesteuert und können dazu weitere, an sich bekannte Elemente von Computern und digitalen Steuerungseinrichtungen wie einen Prozessor, flüchtige und nicht flüchtige Speicher, Schnittstellen usw. aufweisen. Die Erfindung kann deshalb auch ganz oder teilweise in Form eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das beim Laden und Ausführen auf einem Computer einen erfindungsgemäßen Ablauf ganz oder teilweise bewirkt. Es kann beispielsweise in Form eines Datenträgers wie einer CD/DVD bereit gestellt werden oder auch auf einem Server, von dem das Computerprogramm herunter ladbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Übertragungssystem
- 2
- Sendesystem
- 3
- Empfangssystem
- 4
- Fernsehsender
- 5
- Erster Signalpfad
- 6
- DVB-T Sender
- 7
- Satellitenempfänger
- 8
- Zweiter Signalpfad
- 9
- Internet
- 10
- Mobilfunknetz
- 11
- Fahrzeug
- 12
- Datenprozessor
- 13
- Bildschirm
- 14
- Funktionsmodul „Service Mapper”
- 15
- IP-Datenstrom
- 16
- Broadcast-Datenstrom
- 17
- Synchronisationsstufe
- 18
- Ringspeicher
- 19
- Ringspeicher
- 20
- Wiedergabeeinrichtung
- 21
- Umschaltprozessor
- 22
- Parameter-Speicher
- 23
- Ausgabe-Datenstrom
- 24
- Originale AV-Daten
- 24a
- Elementarströme
- 25
- Server/Speicher
- 26
- Multiplexstufe
- 27
- Broadcast-Datenpfad
- 28
- IP-Datenpfad
- 29
- Broadcast-Modulator
- 30
- Luftschnittstelle
- 31
- Streaming-Schnittstelle
- 32
- Mobilfunk-Modulator
- 33
- Mobilfunk-Transmitter
- 34
- Broadcasting Transmitter
- 35, 35a, 35b, 35c
- Broadcast-Kanaldekoder
- 36
- MRC-Korrekturglied
- 37a, 37b, 37c
- Korrektur-Kodierstufen
- 38
- Broadcast-Transportstrom
- 39
- IP-Transportstrom
- 40a, 40b
- MPEG Dekoder
- 41
- Korrekturstufe auf Datenpaketebene
- 42
- Korrekturstufe auf Ebene Sample/Video/Audio/Bild
- 43
- Bildschirm
- 44
- Lautsprecher
- 45
- Synchronisierte, gestörte Audiosignalsequenz
- 46
- Synchronisierte, ungestörte Audiosignalsequenz
- 47a
- Audiosignal-Störung
- 48
- Ausgabe-Audiosignal
- 49
- MSEC-Korrekturstufe
- 50
- Bildstörung
- 51
- IP-Empfangsdekoder
- B1, B2, B3
- Broadcasting Bilder
- W1, W2, W3
- IP-Stream Bilder
- C, D
- Pfad für nicht dekoder-korrigierbare Datenpakete
- E, F
- Pfad für korrigierte Datenpakete
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10027610 A1 [0005, 0006]
- US 5828945 A [0007]
- JP 2011-146942 A [0008]
