DE19540741A1 - Verfahren zur fehlergeschützten Übermittlung von zeitkritischen Digitalsignalen variabler Bitrate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fehlergeschützten Übermittlung von zeitkritischen Digitalsignalen variabler Bitrate, insbesondere von Videosignalen, über ein ATM-Netz gemäß Anspruch 1.

Ein Beispiel für Digitalsignale variabler Bitrate sind Videosignale. Videosignale sind ganz allgemein gesprochen die Farbinformationen aller Bildpunkte. Codierte Videosignale besitzen normalerweise eine schwankende Bandbreite, die von der Redundanz des Bildinhalts abhängt. Es ist bekannt, zur Übermittlung digitaler Videosignale Codecs (Codec von Codierer und Decodierer) zu benutzen, die eine konstante Bitrate liefern, um die Videosignale variabler Bitrate über Übertragungskanäle mit einer festen Bandbreite übertragen zu können. Der Einsatz von Codecs zur Erzeugung konstante Bitraten birgt den Nachteil in sich, daß die Signallaufzeit der zu übertragenden Videosignale erhöht wird, da in den Codec-internen Speichern die in den Videosignalen enthaltenen natürlichen Schwankungen in der Bitrate ausgleichen müssen. Darüber hinaus ist die Bildqualität Schwankungen unterworfen, da durch die konstante Bitrate und die vorgegebene Größe der Speicher in den Codecs nicht beliebig große Datenmengen in den Bildsequenzen anfallen dürfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur fehlergeschützten Übermittlung von zeitkritischen, d. h. in Echtzeit zu übertragenden Digitalsignalen variabler Bitrate verfügbar zu machen, das Signalverzögerungen bei der Übertragung von Digitalsignalen variabler Bitrate verringert und somit für eine bessere Bildqualität sorgt.

Die Erfindung löst dieses technische Problem mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden zunächst die zu übertragenden Digitalsignale variabler Bitrate in mehrere Datenblöcke unterteilt, deren Gesamtlänge jeweils einem Vielfachen n der Länge eines Nutzinformationsfeldes entspricht, wobei die Gesamtlänge jedes Datenblocks von der variablen Bitrate der digitalen Signale abhängt. Füllen die Digitalsignale einen Datenblock einmal nicht vollständig auf, werden entsprechend viele Stopfbits eingefügt. Auf diese Weise ist es möglich, daß die jeweils zu einem Datenblock zusammengefaßten Digitalsignale mit n vollständig gefüllten ATM-Zellen übertragen werden können. Zum Fehlerschutz jedes einzelnen Datenblocks werden sende- und empfangsseitig eine vorbestimmte Anzahl von Korrekturmatrizen unterschiedlicher Größe bereitgestellt. Jede Korrekturmatrix umfaßt eine vorbestimmte Anzahl von Nutzinformationszeilen und Redundanzzeilen, die jeweils die Länge eines Nutzinformationsfeldes (z. B. 46 Bytes) haben. Um die Bearbeitungszeit der zu übertragenden Digitalsignale zu verkürzen, können die Korrekturmatrizen blockweise ausgewählt werden, so daß jeder Datenblock unabhängig vom vorhergehenden und nachfolgenden Datenblock geschützt werden kann. Dazu wird in Abhängigkeit von der Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks wenigstens eine Korrekturmatrix ausgewählt, in die die zu dem aktuellen Datenblock zusammengefaßten Digitalsignale geschrieben werden. Die Verarbeitungszeit von Datenblöcken wird weiter dadurch reduziert, daß die nicht mit den digitalen Signalen des aktuellen Datenblocks beschriebenen Nutzinformationszeilen der oder jeder ausgewählten Korrekturmatrix mit Null-Werten aufgefüllt werden. Damit wird erreicht, daß die ausgewählten Korrekturmatrizen immer nur mit den zum aktuellen Datenblock zusammengefaßten digitalen Signalen beschrieben werden und nicht auf den flachsten Datenblock warten müssen, damit die restlichen Nutzinformationszeilen vollgeschrieben werden können. Aus den in den Nutzinformationszeilen stehenden Daten werden Redundanzdaten erzeugt, die in die Redundanzzeilen dem jeweiligen Korrekturmatrix eingeschrieben werden. Die Erzeugung von Redundanzdaten kann beispielsweise in einem allgemein bekannten Reed-Solomon- Codierer geschehen.

Bei der Übertragung von Digitalsignalen variabler Bitrate gemäß er Erfindung keine zusätzliche Bandbreite benötigt, da lediglich die mit Redundanzdaten gefüllten Redundanzzeilen und die mit den zum aktuellen Datenblock zusammengefaßten Digitalsignalen beschriebenen Nutzinformationszeilen der oder jeder ausgewählten Korrekturmatrix ausgelesen werden. Die mit Null-Werten aufgefüllten Nutzinformationszeilen brauchen nicht übertragen zu werden. Anschließend wird der Inhalt jeder ausgelesenen Redundanzzeile und jeder ausgelesenen Nutzinformationszeile einem eigenen Nutzinformationsfeld, welches Bestandteil einer ATM-Zelle ist, zugeordnet. Jedem Nutzinformationsfeld wird ein Datenblock-Wiederherstellungsfeld und ein Zellkopf hinzugefügt. Das Nutzinformationsfeld bildet dann zusammen mit dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld und dem Zellkopf eine ATM-Zelle. Am Ende dieses Verfahrensschrittes ist dann der gesamte Datenblock auf n ATM-Zellen verteilt worden.

Damit empfangsseitig jeder in jeweils n ATM-Zellen übertragene Datenblock wieder korrekt hergestellt werden kann, enthält das Datenblock-Wiederherstellungsfeld jeder ATM-Zelle Daten, aus denen empfangsseitig die Zuordnung jeder ATM-Zelle zu einem bestimmten Datenblock und die Folgenummer der jeweiligen ATM-Zelle ermittelt werden können. In den Datenblock-Wiederherstellungsfeldern von wenigstens zwei aufeinander folgendenden ATM-Zellen ist die Information über den Blockbeginn und über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks abgelegt, wobei die Informationen über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks und über den Blockbeginn periodisch in den ATM-Zellen enthalten sind, auf die der aktuelle Datenblock zur Übertragung über ein ATM- Netz verteilt worden ist.

Zweckmäßigerweise wird die Information über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks in die erste und zweite Zelle und die Information über den Blockbeginn in die dritte Zelle des entsprechenden Datenblocks geschrieben. Diese Informationen werden in die entsprechenden nachfolgenden Zellen, auf die der aktuelle Datenblock zur Übertragung über das ATM-Netz verteilt worden ist, periodisch wiederholt eingeschrieben.

Die Datensicherheit bei der Übertragung von Videosignalen variabler Bitrate wird dadurch gewährleistet, daß, wenn die Gesamtlänge des Datenblocks die vorbestimmte Anzahl von Nutzinformationszeilen der größten Korrekturmatrix überschreitet, zunächst die Korrekturmatrix oder die Korrekturmatrizen, die vollständig mit den Digitalsignalen des Datenblocks gefüllt werden, ausgewählt werden und anschließend diejenige Korrekturmatrix ausgewählt wird, bei der die wenigsten Nutzinformationszeilen mit Null-Werten aufgefüllt werden müssen. Eine Alternative besteht darin, zuerst die Korrekturmatrix auszuwählen, deren Nutzinformationszeilen nicht vollständig mit den Digitalsignalen des aktuellen Datenblocks aufgefüllt werden und anschließend die Korrekturmatrix oder die Korrekturmatrizen, die vollständig mit den Digitalsignalen des Datenblocks gefüllt werden, auszuwählen.

Um die Übertragungsqualität des ATM-Netzes zu verbessern, werden mehrere Sätze mit einer vorbestimmten Anzahl von Korrekturmatrizen sende- und empfangsseitig bereitgestellt, die jeweils unterschiedlich viele Redundanzzeilen aufweisen, so daß je nach Anzahl von Redundanzzeilen entsprechend viele, verlorengegangene Zellen innerhalb eines Datenblocks korrigiert werden können. Ein bestimmter Satz von Korrekturmatrizen mit einem bestimmten Redundanzgrad wird während der Datenübermittlung in Abhängigkeit von der Fehlerrate des ATM-Netzes ausgewählt. Die Information über die Auswahl eines bestimmten Korrekturmatrizensatzes wird in dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld übertragen.

Um empfangsseitig beispielsweise eine Bild- und Tonsynchronität zu erreichen, ist es notwendig, daß der auf der Sendeseite benutzte Referenztakt auch auf der Empfangsseite mit gleicher Frequenz zur Verfügung steht. Dazu wird in jedem oder in vorbestimmten Datenblöcken eine Synchronisationsinformation in Form eines Zeitstempels untergebracht. Der Zeitstempel entspricht dabei dem Absendezeitpunkt einer vorbestimmten Zelle des Datenblocks, der dem Datenblock vorhergeht, der die Synchronisationsinformation enthält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Format eines Datenblocks mit der Gesamtlänge von 190 Nutzinformationsfeldern (190 _* 46 Bytes)
Fig. 2a-2b drei mögliche Strukturen, das fakultative Feld des Datenblocks nach Fig. 1 mit Zusatzinformationen zu füllen,

Fig. 3 eine Verschachtelungsmatrix mit Null-Werten aufgefüllten Nutzinformationszeilen,

Fig. 4 das Format einer ATM-Zelle mit dem Datenblock- Wiederherstellungsfeld gemäß der Erfindung, und

Fig. 5 das Multifunktionsfeld des Datenblock- Wiederherstellungsfeldes nach Fig. 4 von drei aufeinanderfolgenden ATM-Zellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft anhand des Schichtenmodells für eine "ATM Adaption Layer 2" (AAL2) beschrieben. Bei der AAL2 handelt es sich um eine Variante der AAL, die für die Übermittlung von digitalen Signalen variabler Bitrate - das sind im folgenden digitalisierte Videosignale - über ein ATM-Netz vorgesehen ist. Die AAL2 besteht aus einer unteren Schicht, die als "Segmentation and Reassembly Sublayer" (SAR) bezeichnet wird, und aus einer höheren Schicht, die "Common Part Convergence Sublayer" (CPCS) genannt wird. Gemäß der Hierarchie des Schichtenmodells wird zunächst die CPCS-Schicht beschrieben.

Die CPCS-Schicht kümmert sich insbesondere darum, die zu übertragenden Digitalsignale variabler Bitrate (Videosignale) zu mehreren Datenblöcken zusammenzufassen. Ein denkbares Format für einen Datenblock 10 ist in Fig. 1 dargestellt. Jeder Datenblock 10 enthält demnach ein Videodatenfeld 20 veränderlicher Länge, in dem die digitalisierten Videosignale untergebracht werden. Die Länge des Videodatenfeldes 20 und damit die Gesamtlänge des Datenblocks 10 hängt von der variablen Bitrate der Videosignale ab. Dieser Umstand wird weiter unten noch ausführlicher erläutert. Darüber hinaus besitzt jeder Datenblock 10 ein Pad-Feld 30, in das gerade so viele Stopfbits geschrieben werden, daß die Gesamtlänge jedes Datenblocks 10 einem Vielfachen n der Länge eines Nutzinformationsfeldes 60 entspricht. Es sei bereits erwähnt, daß das Nutzinformationsfeld 60 Bestandteil einer ATM-Zelle (ATM von Asynchroner Transfer-Modus) ist und lediglich zu Erläuterungszwecken 64 Bytes umfassen soll. Mit anderen Worten ist demnach die Gesamtlänge jedes Datenblocks 10 gleich n _* 46 Bytes. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß n gleich 190 ist; der Datenblock 10 ist daher 190 _* 46 Bytes lang. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann der Datenblock 10 ein sogenanntes Trailer-Type-Feld 42 aufweisen, das auf die unterschiedlichen Datenblock- Strukturen hinweist. So kann das Feld 42 einen Datenblock anzeigen, in dem eine Synchronisationsinformation übertragen wird. Ein LEN-Feld 44 gibt die Lage des Trailer-Type-Feldes 42 vom Ende des Datenblocks 10 an. Ferner kann ein fakultatives Feld 50 vorgesehen sein, in das verschiedene Zusatzinformationen geschrieben werden können. Fig. 2a bis 2c zeigen den Aufbau von drei möglichen fakultativen Feldern 50. Das Unterfeld 52 in Fig. 2a dient betspielsweise der Aufnahme von Synchronisationsdaten, das Unterfeld 54 in Fig. 2b zur Aufnahme beliebiger Daten (z. B. Videotext) und das Unterfeld 56 in Fig. 2c der Aufnahme von Audiodaten. Ein zyklisches Blocksicherungsfeld CRC (CRC von Cyclic Redundancy Check) in Fig. 2a schützt das LEN-Feld 44. Der Datenblock 10 kann daher neben den digitalisierten Videosignalen variabler Bitrate noch eine geringe Menge an Zusatzinformationen enthalten. Für die Erfindung ist jedoch nur wichtig, das jeder Datenblock 10 vollständig mit Daten gefüllt ist und immer eine Gesamtlänge besitzt, die dem Vielfachen n der Länge eines Nutzinformationsfeldes (60) (Payload) entspricht. Damit ist gewährleistet, daß die zu dem Datenblock 10 zusammengefaßten digitalen Videosignale und gegebenenfalls die darin untergebrachten Zusatzinformationen in n vollständig gefüllten ATM-Zellen übertragen werden können. Die hierin erwähnten ATM-Zellen umfassen jeweils das 46 Byte lange Nutzinformationsfeld 60, ein 2 Byte langes Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 und einen 5 Byte langen Zellkopf 80, die zusammen in Fig. 4 dargestellt sind. Wir kommen jetzt noch einmal kurz auf die Länge des Videodatenfeldes 20 bzw. des Datenblocks 10 zu sprechen. Es wird vorgeschlagen, jedes zu übertragende Bild in eine angemessene Anzahl von Slices zu unterteilen, die wiederum jeweils eine geeignete Anzahl an Bildzeilen umfassen. Danach werden jeweils die Daten eines Slices in das Videodatenfeld 20 des entsprechenden Datenblocks 10 eingelesen.

Da jeder Datenblock 10 in ATM-Zellen in Echtzeit übertragen wird, bleibt für ein erneutes Senden von fehlerhaft empfangenen ATM-Zellen keine Zeit mehr. Deshalb müssen Maßnahmen zum Erkennen und Beheben von Zellverluste bei der Übermittlung von Videosignalen über ein ATM-Netz ergriffen werden.

Dazu wird sende- und empfangsseitig eine vorbestimmte Anzahl von Korrekturmatrizen 90 unterschiedlicher Größe bereitgestellt. Jede Korrekturmatrix 90 weist x Nutzinformationszeilen 94, 96 und r Redundanzzeilen 98 auf. Die Länge jeder Nutzinformationszeile 94, 96 und jeder Redundanzeile 98 entspricht der Länge eines Nutzinformationsfeldes 60 einer ATM-Zelle, d. h. 46 Bytes. Wir gehen zunächst davon aus, daß drei verschiedene Korrekturmatrizen der Größe 30/32, 60/64 und 120/128. benutzt werden. Die erste Zahl gibt die Anzahl x der Nutzinformationszeilen 94, 96 und die zweite Zahl die Gesamtzahl x + r der Korrekturmatrixzeilen an. Aus der Differenz der beiden Kennzahlen einer Korrekturmatrix läßt sich dann die Anzahl r von Redundanzzeilen 98 berechnen. Die erste Korrekturmatrix enthält somit 30 Nutzinformationszeilen und 2 Redundanzzeilen, usw. In Fig. 3 ist ganz allgemein eine Korrekturmatrix 90 mit n + 3 Nutzinformationszeilen 94, 96 und r Redundanzzeilen 98 dargestellt. Drei Nutzinformationszeilen 96 sind allerdings mit Null-Werten gefüllt. Man kann sich jede Korrekturmatrix als eine entsprechende Anordnung von Speichern realisiert vorstellen, in die der gesamte Datenblock 10 auf einmal oder abschnittsweise eingeschrieben wird, wobei jeder Abschnitt sequentiell von einer Korrekturmatrix oder parallel von mehreren Korrekturmatrizen verarbeitet werden kann. Die schaltungsmäßige Verwirklichung jeder Korrekturmatrix hängt unter anderem von den Kosten ab.

Obwohl zur Übertragung von Videosignalen eine Vielzahl von Datenblöcken in der CPCS-Schicht aufgebaut werden müssen, werden wir der Einfachheit halber das weitere erfindungsgemäße Verfahren lediglich anhand des Datenblocks 10 beschreiben. Es sei aber angemerkt, daß das nachfolgend beschriebene Verfahren auf jeden Datenblock angewendet wird.

Es sei beispielhaft zunächst der Fall angenommen, daß die CPCS-Schicht einen Datenblock 10 mit einer Gesamtlänge erzeugt hat, die der Länge von 190 Nutzinformationsfeldern 60 entspricht. Der Datenblock 10 umfaßt daher 190 × 46 Bytes. Da die Länge der Nutzinformationszeile 94, 96 einer Korrekturmatrix mit der Länge eines Nutzinformationsfeldes 60 übereinstimmt, wird der Datenblock 10 insgesamt 190 Nutzinformationszeilen besetzen. Ein möglicher Algorithmus zur Auswahl der erforderlichen Korrekturmatrizen sieht vor, zunächst die größte Korrekturmatrix (120/128) so oft auszuwählen, wie sie vollständig mit den Informationen des Datenblocks 10 gefüllt werden kann. Anschließend wird die nächst kleinere Korrekturmatrix (60/64) ausgewählt und ebenfalls vollständig mit den Daten des Datenblocks 10 voll geschrieben. Abschließend wird diejenige Korrekturmatrix (30/32) ausgewählt und mit dem Rest des Datenblocks 10 gefüllt, bei der die wenigsten Nutzinformationszeilen 96 mit Null-Werten gefüllt werden müssen. Folglich wird in unserem Fall zunächst die Korrekturmatrix mit der Größe 120/128 ausgewählt und mit den Daten des Datenblocks beschrieben. Eine bekannte Methode, den Datenblock in die Korrekturmatrix zu schreiben, besteht darin, seine Daten byteweise und spaltenweise von oben nach unten und von links nach rechts in die Korrekturmatrix einzuschreiben, wie dies in Fig. 3 durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt ist. Die Korrekturmatrix wird deshalb auch Interleaving- oder Verschachtelungsmatrix genannt. Im ersten Schritt werden alle 120 Nutzinformationszeilen der Korrekturmatrix mit den Digitalsignalen des Datenblocks 10 beschrieben. Anschließend werden nach allgemein bekannten Redundanztechniken, wie z. B. mit Hilfe eines Reed-Solomon-Codierers, aus den Daten in den Nutzinformationszeilen entsprechende Redundanzdaten erzeugt, die in die verbleibenden acht Redundanzzeilen 98 der Korrekturmatrix eingeschrieben werden. Mit der oben beschriebenen Korrekturmatrix ist es möglich, maximal acht fehlerbehaftete ATM-Zellen zu finden und zu korrigieren. Jetzt wird die nächst kleinere Korrekturmatrix der Größe 60/64 ausgewählt und auf eine Weise mit weiteren Daten des Datenblocks vollständig gefüllt, wie dies bezüglich der vorhergehenden Korrekturmatrix beschrieben worden ist. Es sei angemerkt, daß mit dieser Korrekturmatrix nur noch vier fehlerbehaftete ATM-Zellen erkannt und korrigiert werden können. Der Rest des Datenblocks 10, der noch die Länge von zehn Nutzinformationsfeldern bzw. von zehn Nutzinformationszeilen aufweist, wird in die Korrekturmatrix der Größe 30/32 eingeschrieben. Da die Korrekturmatrix 30 Nutzinformationszeilen besitzt, von denen lediglich zehn Zeilen mit den restlichen Daten des Datenblocks 10 gefüllt werden, werden erfindungsgemäß die verbleibenden Nutzinformationszeilen 96 mit Null-Werten aufgefüllt. Für die derart "komplett gefüllte" Korrekturmatrix werden wie oben beschrieben Redundanzdaten berechnet und in die beiden Redundanzzeilen der Korrekturmatrix geschrieben. Es sei angemerkt, daß die in jeder Nutzinformationszeile stehenden Digitalsignale aufgrund der verschachtelten Einschreibweise nicht mehr in der ursprünglichen Form vorliegen. Die Länge der Nutzinformationszeile entspricht allerdings der Länge eines Nutzinformationsfeldes 60 einer ATM-Zelle, in unserem Beispiel also 46 Bytes.

Anstelle des oben beschriebenen Algorithmus kann ein Algorithmus benutzt werden, der es erlaubt, mehr fehlerbehaftete ATM-Zellen zu erkennen und zu korrigieren als dies im vorher beschriebenen Beispiel der Fall ist. Ein derartiger Algorithmus kann lauten: Man wähle immer die größte Korrekturmatrix (120/128) aus, allerdings mit dem Nachteil, unter Umständen sehr viele nicht-gefüllte Nutzinformationszeilen 96 mit Null-Werten auffüllen zu müssen. Dadurch könnte sich der Arbeitsaufwand für die Korrekturmatrix beträchtlich erhöhen. Im vorliegenden Beispiel können mit dem Algorithmus jedoch sechzehn anstelle von 14 fehlerbehafteten ATM-Zellen, die den Datenblock 10 übertragen, erkannt und korrigiert werden. Die beiden Algorithmen unterscheiden sich also dadurch, daß nach dem zweiten Algorithmus zwar viele Null-Zeilen 96 erzeugt werden, aber die den Datenblock übertragenden ATM- Zellen mit einer großen Redundanz versehen sind. Der erste Algorithmus benötigt zwar mehrere Korrekturmatrizen, die insgesamt eine niedrigere Redundanz den Datenblöcken hinzufügen. Allerdings müssen auch nur 20 Null-Zeilen erzeugt werden. Die Wahl des jeweiligen Algorithmus hängt unter anderem von der Sicherheit des jeweiligen Übertragungswegs ab. Wichtig ist auf jeden Fall, daß der Auswahlalgorithmus dem Empfänger bekanntgemacht wird. Weitere zahlreiche Algorithmen fallen dem Durchschnittsfachmann ohne weiters Nachdenken ein und brauchen daher nicht im einzelnen diskutiert zu werden.

Im nächsten Schritt werden nur die mit den Redundanzdaten gefüllte Redundanzzeilen 98 und die mit den verschachtelten Digitalsignalen gefüllten Nutzinformationszeilen 94 der drei Korrekturmatrizen nacheinander ausgelesen und der SAR- Schicht zugeführt. Eine Übertragung der mit Null-Werten gefüllten Nutzinformationszeilen 96 erfolgt nicht.

Die SAR-Schicht sorgt zunächst dafür, daß die in einhundertneunzig Nutzinformationszeilen verschachtelt untergebrachten Digitalsignale des Datenblocks auf die Nutzinformationsfelder 60 von einhundertneunzig ATM-Zellen und die Redundanzdaten in den vierzehn Redundanzzeilen auf die Nutzinformationsfelder von weiteren vierzehn ATM-Zellen verteilt werden. Es ist nunmehr die Aufgabe der SAR-Schicht, 204 ATM-Zellen gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Zellen-Format aufzubauen, mit denen der Datenblock 10 und die Redundanzdaten übertragen werden.

Damit empfangsseitig der mit den 190 ATM-Zellen übertragene Datenblock 10 korrekt wiederhergestellt werden kann, müssen auf der Empfangsseite neben der Angabe des auf der Sendeseite angewandten Algorithmus zur Auswahl bestimmter Korrekturmatrixen weitere Informationen - z. B. die Anzahl n der mit Digitalsignalen des Datenblocks gefüllten Nutzinformationszeilen 94 und der Blockanfang - bereitgestellt werden, die in dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 enthalten sind. In der SAR-Schicht wird daher jedem Nutzinformationsfeld 60 ein solches zwei Byte langes Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 hinzugefügt. Darüber hinaus wird jedem Nutzinformationsfeld 60 noch ein Zellkopf 80 vorangestellt, der zusammen mit dem Nutzinformationsfeld 60 und dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 eine ATM- Zelle bildet. Damit auf der Empfangsseite der in den ATM- Zellen übertragene Datenblock 10 fehlerfrei wiederhergestellt werden kann, enthält das Datenblock- Wiederherstellungsfeld 70 jeder ATM-Zelle, das sind die n ATM-Zellen zur Übertragung des Datenblocks 10 und die r ATM- Zellen zur Übertragung der Redundanzdaten für den Datenblock, die zusammen einen sogenannten Zellrahmen bilden, ein Blockänderungsbit BC (BC von Block Change), das abwechselnd mit jedem Zellrahmen von 0 auf 1 bzw. von 1 auf 0 wechselt. Auf diese Weise ist empfangsseitig die Zuordnung der 204 ATM-Zelle zu dem Zellrahmen gesichert. Eine beispielsweise 5 Bit lange Folgenummer SN (SN von Sequence Number) ist für jede ATM-Zelle im Datenblock- Wiederherstellungsfeld 70 enthalten. Die Folgenummer ermöglicht eine fortlaufende Durchnumerierung von ATM-Zellen in einem Zellrahmen. In unserem Beispiel werden die 204 ATM- Zellen periodisch von 0 bis 31 durchnumeriert. Die fortlaufende Numerierung von ATM-Zellen muß auch bei einem Übergang zum nächsten Zellrahmen beibehalten werden. Um eine Wiederherstellung des Datenblocks sicherzustellen, muß außerdem in den Datenblock-Wiederherstellungsfeldern 70 von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden ATM-Zellen die Information über den Blockbeginn und über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks (d, h. die Zahl n) enthalten sein. Die Information über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks und über den Blockbeginn wird periodisch in das Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 der einhundertneunzig ATM-Zellen geschrieben, die den Datenblock 10 übertragen. Hierfür ist in dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld 70 ein sogenanntes Multifunktionsfeld MF vorgesehen, das beispielsweise 5 Bit lang ist. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, enthält das Multifunktionsfeld MF der ersten ATM-Zelle die fünf höchstwertigen Bits der Anzahl n, die die Gesamtlänge des Datenblocks angibt. Das Multifunktionsfeld MF der zweiten ATM-Zelle enthält die niedrigstwertigen fünf Bits der Zahl n. Wie oben bereits erwähnt, beziffert die Zahl n die Anzahl von Nutzinformationsfeldern 60, deren Länge der Gesamtlänge des Datenblocks 10 entspricht. Ein Empfänger, der die erste und zweite ATM-Zelle richtig empfängt, kann aus den beiden Multifunktionsfeldern MF damit die Gesamtlänge des Datenblocks 10 ermitteln. In dem Multifunktionsfeld MF der dritten ATM-Zelle ist die Folgenummer SN der ersten, einen Abschnitt des Datenblocks 10 übertragenden ATM-Zelle enthalten, aus der der Empfänger den Beginn des Datenblocks ermitteln kann. Das Ende des Datenblocks 10 wiederum findet man danach leicht durch die Kenntnis des Beginns des Datenblocks und der Anzahl n+r - in unserem Fall ist n + r gleich 204 - der zur Übertragung des Datenblocks und der Redundanzdaten erforderlichen ATM- Zellen. Ein Multifunktions-Startbit MFS weist beispielsweise durch eine Eins daraufhin, daß die Information in dem zugeordneten Multifunktionsfeld MF den ersten Teil einer mehrteiligen Information darstellt. Ist das Multifunktions- Startbit MFS auf Null gesetzt, so wird die Information des zugeordneten Multifunktionsfeldes MF als der jeweilige nachfolgende Teil der mehrteiligen Information interpretiert. Wichtig ist nun die Frage, wie oft die Information in den Multifunktionsfeldern MF gesendet werden muß, damit der Empfänger die Anzahl n und die Information über den Blockbeginn wenigstens einmal erhält. Nur dann kann der Datenblock im Empfänger wieder korrekt hergestellt werden. Sinnvoll erscheint in diesem Zusammenhang die Überlegung, daß der Datenblock in dem Moment nicht mehr korrekt zurückgewonnen werden muß, wenn bei einer Übertragung des Datenblocks soviele ATM-Zellen verlorengegangen sind daß, keine Korrekturmatrix mehr die Zellverluste beheben kann. Daraus folgt, daß die Summe aller gesendeten ATM-Zellen, die zur Übertragung des Datenblocks und der Redundanzdaten erforderlich sind, dem Ausdruck n + r < 3 _* (m + r) genügen sollte. Dabei ist n die Anzahl der zur Übertragung des Datenblocks benötigten ATM-Zellen, r die Anzahl der zur Übertragung der Redundanzdaten erforderlichen ATM-Zellen und m die Anzahl ausgewählter Korrekturmatrizen. Es ist vorteilhaft, mehrere Sätze mit einer vorbestimmten Anzahl von Korrekturmatrizen bereitzustellen, die sich hauptsächlich durch unterschiedlich viele Redundanzeilen 98 unterscheiden. Beispielsweise kann neben dem bereits behandelten Korrekturmatrizensatz 30/32, 60/64 und 120/128 ein weiterer Satz mit den Korrekturmatrizen der Größe 28/32, 56/64 und 112/128 benutzt werden, der eine höhere Redundanz enthält. Die beiden Korrekturmatrizensätze wird dann während der Datenübermittlung in Abhängigkeit von der Fehlerrate des ATM-Netzes ausgewählt. Die Information hierfür findet sich in einem Redundanzpegelfeld RL (RL von Redundancy Level) wieder. Damit ist es möglich, die für jeden Datenblock erforderliche Redundanz im Laufe einer Datenübertragung optimal an den Netzzustand anzupassen. Der Wechsel zwischen verschiedenen Korrekturmatrizensätzen muß selbstverständlich zwischen dem Sender und Empfänger vereinbart werden. Ein zwei Bit langes Feld CRC (CRC von Cyclic Redundancy Check) am Ende des Datenblock-Wiederherstellungsfeldes 70 enthält Informationen zur zyklischen Blocksicherung, um beispielsweise Bitfehler in den Feldern RL, MFS und MF zu erkennen. Diese Information muß dann allerdings einer anderen ATM-Zelle entnommen werden.

Die zur Übertragung des aktuellen Datenblocks und der notwendigen Redundanzdaten erforderlichen ATM-Zellen - in unserem oben beschriebenen Beispiel sind das 204 Zellen - werden nunmehr über ein ATM-Netz geschickt. Empfangsseitig werden die Daten der Nutzinformationsfelder jeder übertragenen ATM-Zelle zeilenweise in die oder jede entsprechende ausgewählte Korrekturmatrix eingeschrieben und spaltenweise ausgelesen. Danach stehen die in den Nutzinformationsfeldern der ATM-Zellen verschachtelt übertragenen Videosignale wieder in ihrer ursprünglichen Form zur Verfügung und können zusammen mit dem synchronisierten Referenztakt an den Decoder weitergegeben werden.

Um beispielsweise empfangsseitig eine Synchronisation zwischen Bild- und Tonsignalen zu erreichen, ist es notwendig, daß der Referenztakt der Sendeseite auch auf der Empfangsseite mit gleicher Frequenz zur Verfügung steht. Dazu wird in der CPCS-Schicht in das Feld 52 des Datenblocks 10 nach Fig. 2a eine Synchronisationsinformation eingeschrieben, die jeweils den Absendezeitpunkt einer vorbestimmten Zelle, beispielsweise der ersten Zelle, des jeweils vorhergehenden Datenblocks enthält. Die Auswertung und Verarbeitung dieser Synchronisationsinformation ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims (15)

1. Verfahren zur fehlergeschützten Übermittlung von zeitkritischen Digitalsignalen variabler Bitrate, insbesondere von Videosignalen, über ein ATM-Netz mit folgenden Schritten:

• a) die zu übertragenden Digitalsignale variabler Bitrate werden in Datenblöcke (10) unterteilt, deren Gesamtlänge jeweils einem Vielfachen n der Länge eines Nutzinformationsfeldes (60) entspricht, wobei die Gesamtlänge jedes Datenblocks (10) von der variablen Bitrate der digitalen Signale abhängt,
• b) es werden sende- und empfangsseitig eine vorbestimmte Anzahl von Korrekturmatrizen (90) unterschiedlicher Größe zum Fehlerschutz der Datenblöcke (10) bereitgestellt, wobei jede Korrekturmatrix (90) eine vorbestimmte Anzahl von Nutzinformationszeilen (94) und Redundanzzeilen (98) aufweist,
• c) es wird in Abhängigkeit von der Gesamtlänge-des aktuellen Datenblocks wenigstens eine Korrekturmatrix ausgewählt, in die die zu dem aktuellen Datenblock zusammengefaßten Digitalsignale geschrieben werden,
• d) die nicht beschriebenen Nutzinformationszeilen (96) der oder jeder ausgewählten Korrekturmatrix (90) werden mit Null-Werten aufgefüllt,
• e) es werden Redundanzdaten erzeugt und in die Redundanzzeilen (98) der jeweiligen Korrekturmatrix eingeschrieben,
• f) die Schritte c) bis e) werden für jeden Datenblock wiederholt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Datenblock (10) zusammengefaßten Digitalsignale derart spaltenweise in die oder jede ausgewählte Korrekturmatrix eingeschrieben werden, daß n Nutzinformationszeilen (94) vollständig beschrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Datenblock durch Stopfbits auf seine Gesamtlänge vollständig aufgefüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die mit Redundanzdaten gefüllten Redundanzzeilen (98) und die mit Digitalsignalen beschriebenen Nutzinformationszeilen (94) der oder jeder ausgewählten Korrekturmatrix ausgelesen werden und der Inhalt jeder ausgelesenen Redundanzzeile und jeder ausgelesenen Nutzinformationszeile einem jeweiligen Nutzinformationsfeld (60) zugeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Nutzinformationsfeld (60) ein Datenblock-Wiederherstellungsfeld (70) und ein Zellkopf (80) hinzugefügt wird, die zusammen mit dem Nutzinformationsfeld eine ATM-Zelle bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenblock- Wiederherstellungsfeld (70) jeder ATM-Zelle Daten enthält, aus denen empfangsseitig die Zuordnung der ATM- Zelle zu einem bestimmten Datenblock und die Folgenummer der jeweiligen ATM-Zelle ermittelt werden können, und daß in den Datenblock-Wiederherstellungsfeldern (70) von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden ATM-Zellen Informationen über den Blockbeginn und über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks enthalten sind, wobei die Informationen über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks und über den Blockbeginn periodisch in den ATM-Zellen enthalten sind, auf die der aktuelle Datenblock (10) zur Übertragung über das ATM- Netz verteilt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die Gesamtlänge des aktuellen Datenblocks (10) in der ersten und zweiten ATM-Zelle und die Information über den Blockbeginn in der dritten ATM-Zelle enthalten sind, wobei diese Informationen in die entsprechenden nachfolgenden ATM-Zellen, auf die der aktuelle Datenblock (10) zur Übermittlung über das ATM-Netz verteilt wird, periodisch eingeschrieben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Gesamtlänge des Datenblocks die vorbestimmte Anzahl von Nutzinformationszeilen (94) der größten Korrekturmatrix (120/128) überschreitet, zunächst die Korrekturmatrix oder die Korrekturmatrizen, die vollständig mit den Digitalsignalen des Datenblocks gefüllt werden, ausgewählt werden und anschließend diejenige Korrekturmatrix ausgewählt wird, bei der die wenigsten Nutzinformationszeilen (96) mit Null-Werten aufgefüllt werden müssen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Korrekturmatrix ausgewählt wird, deren Nutzinformationszeilen nicht vollständig mit den Digitalsignalen des aktuellen Datenblocks ausgefüllt werden, und anschließend die Korrekturmatrix oder die Korrekturmatrizen, die vollständig mit den Digitalsignalen des Datenblocks gefüllt werden, ausgewählt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede ATM-Zelle ein 46-Byte­ langes Nutzinformationsfeld, ein 2-Byte-langes Datenblock-Wiederherstellungsfeld und einen 5-Byte­ langen Zellkopf aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus zur Auswahl von Korrekturmatrizen dem Empfänger bekannt gemacht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze mit einer vorbestimmten Anzahl von Korrekturmatrizen (30/32, 60/64, 120/128; 28/32, 56/64, 112/128) bereitgestellt werden, die jeweils unterschiedlich viele Redundanzzeilen (98) aufweisen, wobei ein bestimmter Satz von Korrekturmatrizen während der Datenübermittlung in Abhängigkeit von der Fehlerrate des ATM-Netzes ausgewählt werden kann, wobei die Information zur Auswahl eines bestimmten Korrekturmatrizen-Satzes in dem Datenblock-Wiederherstellungsfeld (70) übertragen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem oder jedem Datenblock (10) neben den Digitalsignalen variabler Bitrate Zusatzdaten, insbesondere Audiosignale, Synchronisationsinformationen, ein Trailer-Type-Feld zur Unterscheidung unterschiedlicher Datenblockstrukturen, zusätzliche Informationen (z. B. Videotext) sowie am Ende des Datenblocks (10) ein Längenfeld, das die Lage des Trailer-Type-Feldes vom Ende des jeweiligen Datenblocks angibt, untergebracht werden können.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsinformation in vorbestimmte Datenblöcken geschrieben wird und jeweils den Absendezeitpunkt einer vorbestimmten Zelle des jeweils vorhergehenden Datenblocks enthält.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu einem Datenblock (10) zusammengefaßten Digitalsignale variabler Bitrate und Zusatzdaten empfangsseitig zeilenweise in die oder jede in Schritt c) ausgewählte Korrekturmatrix eingeschrieben und spaltenweise ausgelesen wenden.