DE19601161A1

DE19601161A1 - Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformationen in TV-Kanälen

Info

Publication number: DE19601161A1
Application number: DE19601161A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Ing Biedermann; Hans-Peter Dr Ing Boettcher
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1995-05-27
Filing date: 1996-01-15
Publication date: 1996-11-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformationen in TV-Kanälen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind allgemein Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die innerhalb der Videosignale bzw. TV-Kanäle Zusatz informationen übertragen, und zwar in den nicht durch Bildsignale belegten Zeilen der vertikalen Austastlücke. Bekannteste Anwendungen sind der. Videotext, die Datenzeile und die Prüfzeilen. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind zum Beispiel für Audiodaten aus Gassmann/Eckert: "Das COM-System", Funkschau 1970, Heft 20, Seiten 689-692 und Heft 21, Seiten 749 und 750 und für die Videodaten aus Langenkamp/Löwy: "Megatext-IC für Videotext und Grafik", RFE 1994, Heft 7, Seiten 18 bis 20, bekannt.

Die Eigenschaften des FBAS-Signals (Farb-, Bild-, Ablenk- und Synchronsignal) lassen die Möglichkeit offen, weitere informationstragende Signale (Zusatzdaten) zu überlagern, wobei der Empfang des TV-Rundfunkprogramms nicht gestört werden darf. Während sich die meisten Veröffentlichungen nur mit einer Art von Zusatzdaten befassen, ist zum Beispiel in dem Buch Rudolf Mäusl: "Fernsehtechnik", Hüthig 1991, im 9. Kapitel auf den Seiten 210 bis 227 die Übertragung mehrerer zusätzlicher Prüf- und Datensignale beschrieben. Dabei erfolgt die Übertragung der Zusatzdaten mit hoher Übertragungssicherheit und einer möglichst hohen Übertragungsrate. Außerdem ist im gleichen Buch auf den Seiten 243 bis 245 ein Vergleich der Eigenschaften verschiedener Phasenumtastverfahren genau beschrieben. Außerdem sind die Fernseh-Prüfzeilentechnik und die Übertragung von Videotextsignalen, außer Prüfzeilen, mit dem Fernsehsignal in dem Buch von P. Dammbacher: "Digitale Technik für Hörfunk und Fernsehen", R. von Decker Verlag, Seiten 145 bis 147 bzw. 154 und 155, beschrieben. Diese beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen wurden bereits vor vielen Jahren entwickelt und eingeführt und werden dem heutigen fortgeschrittenen Stand-der Technik nicht mehr gerecht. Die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität wird nur unzureichend ausgenutzt und neue Anwendungen können nicht mehr in die etablierten Videosignale eingeführt werden. Außerdem sind in dem Buch "Hörfunk und Fernsehen" unter dem Titel "Die internationale Reform der Hör- und Fernsehrundfunktechnik durch neuartige Technologien, digitale Signalverarbeitung und Datenkompression", von Paul Dambacher, R. v. Decker′s Verlag, G. Schenk Heidelberg, 1995, die bekannten Übertragungsverfahren detailliert beschrieben, wie zum Beispiel das NICAM-Verfahren ab Seite 170.

In den TV-Bändern existiert oberhalb der Tonträger eine freie, für die TV-Übertragung nicht genutzte Frequenzlücke. Die Breite dieser Lücke ist abhängig vom TV-Standard. Fig. 1 der Zeichnung zeigt beispielhaft die Belegung des oberen Frequenzbereiches für die Standards B, G und I. Man erkennt eine deutliche Frequenzlücke im Standard G (1 MHz). Aber auch im Standard B ist eine Zusatzträgereinführung vorstellbar, wie es zum Beispiel durch die NICAM- Unterträgerlösung dargestellt ist. (Fig. 1b). Da bei terrestrischer Übertragung am Empfänger der obere Nachbarkanal im allgemeinen nicht empfangen wird, kann man die Zusatzträgereinfügung auch noch erweitern.

In diesen Frequenzlücken werden, überwiegend für lokale Übertragungen, Funkübertragungen durchgeführt. Bekannteste Anwendung dürfte der Reportagefunk der Rundfunkprogramm anbieter sein. Die Aussendung der Signale in diesen Frequenzlücken erfolgt dabei völlig unabhängig von den TV- Signalen in den betroffenen TV-Kanälen.

Durch diese bisherigen Nutzungen (TV-Übertragung und zum Beispiel Reportagefunk) ergibt sich eine mangelhafte und ungenügende Nutzung der zur Verfügung stehenden Resource "Frequenzspektrum".

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformationen in TV- Kanälen zu schaffen, durch das es technisch realisierbar wird, die freien Frequenzlücken mit optimal dimensionierten, modulierten Zusatzträgern zu füllen und zusätzliche Übertragungskanäle mit relativ hohen Übertragungsraten in den für die Nutzsignale koordinierten Versorgungsbereichen zu verteilen.

Die erfindungsgemäße Lösung für das Verfahren ist insbesondere in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 2 charakterisiert. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen 3 bis 13.

Die mit dem lösungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß vorhandene, international bereits koordinierte TV-Kanäle verwendet werden können, die Bild- und Tonaussendungen in den TV-Kanälen nicht beeinträchtigt werden und neue Übertragungskapazität geschaffen werden kann. Ein faszinierender Vorteil ergibt sich zum Beispiel dann, wenn in die freie Frequenzlücke ein höherstufig, digital modulierter Träger (zum Beispiel 64 QAM) eingefügt wird. Bei einer HF-Bandbreite der Lücke von 1 MHz kann, theoretisch, ein Bruttodatenstrom von 6 MBit/s übertragen werden. Ein Teil des Datenstromes wird für den Fehlerschutz genutzt, mit der verbleibenden Nettobitrate lassen sich dann zum Beispiel ein oder mehrere MPEG-codierte TV-Programme (VHS-Qualität) oder ein qualitativ höherwertiges MPEG-codiertes TV-Programm übertragen. Die Tabelle 1 zeigt für beispielhaft ausgewählte Modulationsarten theoretisch und praktisch erreichbare Datenraten.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 Belegung des oberen Frequenzbereiches bei verschiedenen TV-Standards und zwar für Standard B/G (Fig. 1a), für Standard B mit NICAM- Unterträger (Fig. 1b) und für Standard I mit NICAM-Unterträger (Fig. 1c) und

Fig. 2 Belegungsvorschlag für Audioübertragung.

Tabelle 1

Mögliche Datenraten für die Nutzung der 1-MHz- Frequenzlücke im Standard G bei einer Belegung mit einem Einträgerphasenumtastverfahren

Eine analoge Betrachtung kann für eine Mehrträgerbelegung der Lücke und für andere Standards durchgeführt werden. Dabei wird sich die geringste zusätzliche Datenkapazität für den Standard B und das Maximum beim Standard G ergeben.

Damit können zum Beispiel flächendeckend oder regional zusätzliche TV-Übertragungskanäle eröffnet oder ein Simulcastbetrieb (als Vorbereitung der digitalen Nutzung des gesamten TV-Kanals) zwischen dem analogen TV-Programm und dem gleichen, digital übertragenen Programm realisiert werden. Dadurch entstehen Vorteile, die sich mit einer getrennten Nutzung der an sich bekannten Anwendungen nicht erreichen lassen.

In den Figuren und der Beschreibung verwendete Abkürzungen bedeuten:
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Mehrträgerverfahren)
QAM Quadratur Amplitude Modulation
RF Radio frequency
ADR Astra Digital Radio
MPEG Motion Picture Expert Group
VHS Video Home System
MUSICAM Masking pattern-adapted Universal Subband Coding and Multiplexing.

Fig. 2 zeigt mögliche Belegungen der freien Frequenzlücke für Audioübertragung.

In Fig. 2 bedeuten:

*) Trägerreduzierung des 1. Tonträgers bis auf -20 dB;
1. Darstellung der Belegung der Lücke mit zusätzlichen analogen Rf-Trägern (nach ASTRA-ADR, Panda-I- komprimiert) und
2. Darstellung der Belegung der Lücke mit zusätzlichen digitalen Rf-Trägern (nach ASTRA-ADR, MUSICAM- komprimiert).

Dabei sind auch Kombinationen zwischen den Belegungen möglich, so daß sich mehrere Möglichkeiten der Anwendung unterschiedlicher Modulationsverfahren (Mischbelegung) ergeben.

Die Realisierung gestaltet sich relativ einfach, da die Abstrahlung von koordinierten und bereits vorhandenen Standorten erfolgt. Bei Erweiterung von vorhandenen Sendeanlagen, aber besonders bei einer zukünftigen Installation neuere TV-Sender, insbesondere Solid State- Sender, ergibt sich nur ein geringer Investionsmehraufwand auf der Sendeseite (zusätzliche Entzerrung für die Zusatzsignale). Weiterhin wird der Aufwand auf der Sendeseite und auch auf der Empfangsseite dadurch verringert, daß der Pegel des 1. analogen Tonträgers spürbar verringert wird. Hier wird ein Intermodulations gewinn erreicht, der als Entzerrungsreserve für den oder die Rf-Träger in der Frequenzlücke genutzt werden kann.

Dadurch, daß die Anordnung und Modulation der zusätzlichen Rf-Träger analog dem ADR-Verfahren erfolgt, müssen am Markt befindliche Empfängerlösungen nur geringfügig modifiziert werden. Dadurch ist die Datenübertragung auch für einen Massenmarkt hervorragend geeignet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die verstärkten zusätzlichen modulierten Rf-Träger über eine entkoppelte Antenne in den TV-Kanal eingespeist werden, und daß die verstärkten zusätzlichen modulierten Rf-Träger über ein frequenzselektives Entkoppelungsnetzwerk in den TV-Kanal eingespeist werden. Dies ermöglicht eine elegante Einfügung in vorhandene Antennensysteme insbesondere dann, wenn die Versorgungsaufgabe für die Zusatzsignale nicht mit den TV- Antennendiagrammen gewünscht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß in die freie Frequenzlücke ein oder mehrere, vorzugsweise digital modulierte Rf-Träger eingefügt werden (als mehrere modulierte Rf-Träger gelten hier auch Mehrträgerverfahren wie OFDM). Die technische Realisierung kann auf zwei Wegen durchgeführt werden. Zum einen werden der oder die zusätzlichen, modulierten Träger unter Benutzung des TV-Senders (es kann der Tonsender, aber auch der Bildsender benutzt werden) übertragen oder zum anderen werden der oder die zusätzlichen, modulierten Träger über einen gesonderten Rf-Verstärker auf den erforderlichen Rf- Pegel angehoben und über ein frequenzselektives Netzwerk in den TV-Kanal eingefügt. Dabei ist auch die Abstrahlung der zusätzlichen, modulierten Träger über eine selbständige, von der TV-Antenne maximal entkoppelten Antenne möglich.

Grundsätzlich kann die Modulation des oder der zusätzlichen Rf-Träger nach den bekannten Modulations- und Codierverfahren erfolgen. Im Hinblick auf eine leichte Einführbarkeit und hohe Kosteneffizienz bei den Endgeräten wird für den Fall einer Audioübertragung die Modulation analog dem ADR-Verfahren vorgeschlagen. Eine mögliche Belegung dafür ist in Fig. 2 dargestellt. Statt der codierten und datenreduzierten Audiosignale können auch beliebige andere Datenströme übertragen werden. Sinngemäß lassen sich für den Fall einer Audioübertragung, ebenfalls wieder vorteilhafte Nutzungsmöglichkeiten und -szenarien darstellen. Mehrkanalsurroundtonübertragung nach dem Fünfkanal-Surround-System sind realisierbar, wobei die Signale L und R als analoge Signale fit dem klassischen 1. und 2. Tonträger, die Surroundzusatzsignale C, L, S, RS mit Hilfe der Zusatzkanäle übertragen werden können.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformationen in TV-Kanälen, bei dem insbesondere in die freie Frequenzlücke der TV-Kanäle zusätzliche Informationen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die freie Frequenzlücke zusätzlich ein modulierter, mehrere modulierte Rf-Träger oder ein Frequenzpaket nach dem Mehrträgerverfahren OFDM eingefügt werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zusätzlichen Rf-Träger in seiner bzw. ihrer Amplitude (Amplitudenmodulation), in seiner bzw. ihrer Frequenz (Frequenzmodulation), in seiner bzw. ihrer Phase (Phasenmodulation) oder in einer Kombination dieser Modulationsverfahren moduliert wird bzw. werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des oder der zusätzlichen Rf-Träger analog, das heißt kontinuierliche Übertragung der Zusatzinformationen, oder digital, das heißt, Übertragung von transparenten oder codierten Datenströmen, die die zu übertragenden Zusatzinformationen enthalten, erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und Modulation der zusätzlichen Rf- Träger analog dem ADR-Verfahren erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten zusätzlichen modulierten Rf-Träger über eine entkoppelte Antenne in den TV-Kanal eingespeist werden.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten zusätzlichen modulierten Rf-Träger über ein frequenzselektives Entkoppelungsnetzwerk in den TV-Kanal eingespeist werden.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Rf-Träger in modifizierenden TV- Sendern, zusätzlich zu den Bild- und Tonsignalen verstärkt und übertragen werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulation, die Aufbereitung und gegebenenfalls die Auswertung und Darstellung der übertragenen Zusatzinformationen durch Zusatzeinrichtungen in einem TV-Empfänger selbst oder in einem separatem Empfänger erfolgt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den zusätzlichen Rf-Trägern modulierten Datenströme so verknüpft werden, daß der resultierende übertragbare Datenstrom aus der Addition einzelner oder aller Einzeldatenströme entsteht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zusätzlichen Rf-Trägerübertragung die Leistung des 1. Tonträgers spürbar vermindert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Rf-Träger für die Übertragung von Surroundtoninformationen verwendet werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zusätzlichen Rf-Träger zur Übertragung von stehenden oder bewegten TV-Bildern verwendet werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem oder den zusätzlichen Rf-Träger(n) übertragbaren TV-Bilder zur Simulcastübertragung zum analogen TV-Kanal benutzt werden.