DE19603724A1

DE19603724A1 - Verfahren zur Gewinnung einer Information über die Restfehler in einem übertragenen kanaldecodierten digitalen Signal

Info

Publication number: DE19603724A1
Application number: DE19603724A
Authority: DE
Inventors: Rodolfo Mann Dr Pelz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1997-04-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer Information über die Restfehler in einem übertragenen kanaldecodierten digitalen Signal, insbesondere bei der Bildübertragung über Mobilfunkkanäle.

Zur fehlergeschützten Übertragung von Signalen (Video, Audio, Daten) werden neben Blockcodes Faltungscodes angewendet. Eine übliche Decodierung von Faltungscodes beruht auf dem sogenannten Maximum-Likelihood-Kriterium, wobei dasjenige Codewort decodiert wird, welches mit der größten Wahrscheinlichkeit gesendet worden ist. Eine effiziente Umsetzung der zugehörigen Decodiervorschrift erfolgt mittels des Viterbi-Algorithmus. Verwendet man bei der Decodierung eine sogenannte Soft-decision, wird neben den binären Symbolen zusätzlich Zuverlässigkeitsinformation zur Decodierung herangezogen, wodurch ein Gewinn bezüglich des erforderlichen Störabstandes auf dem Kanal erzielt werden kann. Auf der Basis des Viterbi-Algorithmus sind Verfahren bekanntgeworden, welche die Gewinnung von Zuverlässigkeitsinformation bezüglich der kanaldecodierten Symbole ermöglichen. Diese Zuverlässigkeitsinformation kann in vorteilhafter Weise verwendet werden, beispielsweise zur Fehlerverschleierung (wie in DE 41 37 609 A1), zur adaptiven Fehlerkorrektur oder für verkettete Codes. Sie stellt ein Maß der momentanen Übertragungsfehler dar. Dabei ist jedoch die unmittelbare Verwendung der symbolweisen gewonnenen Zuverlässigkeitsinformation nicht sinnvoll, da die Wahrscheinlichkeit, daß ein Symbol falsch decodiert ist, kleiner als 0,5 ist. Ein Viterbi-Algorithmus mit Soft-decision-Ausgangssignalen und seinen Anwendungen ist beschrieben in J. Hagenauer, P. Hoeher "A viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications" Proc. IEEE GLOBECOM ′90, Dallas, Texas, Seiten 47.1.1-47.1.7, November 1989.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus der Zuverlässigkeitsinformation, die bei derartigen Decodierungen entsteht, eine Information über die Restfehler zu gewinnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Zuverlässigkeitsinformation bei der Kanaldecodierung des übertragenen Signals gewonnen wird, daß die Zuverlässigkeitsinformation kurzfristig gemittelt wird, daß die kurzfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler abgebildet wird, daß die durch die Abbildung gewonnene Größe mit mindestens einer Entscheidungsschwelle verglichen wird und daß das Vergleichsergebnis als Restfehlerinformation ausgegeben wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die kurzfristige Mittelung über jeweils einen Block der kanaldecodierten Signale erfolgt.

Die Zuverlässigkeitsinformation kann durch Anwendung des Soft-Output-Viterbi-Algorithmus oder nach anderen Verfahren gewonnen werden, wie sie beispielsweise in J. Huber, A. Rüpel, "Zuverlässigkeitsschätzung für die Ausgangssymbole von Trellis-Decodern", AEÜ, Band 44, Heft 1, S. 8-21, 1990 beschrieben wird.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bildübertragung über Mobilfunkkanäle. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner für alle Multimedia-Anwendungen mit fehlergeschützter digitaler Übertragung vorteilhaft anwendbar.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Fehlerinformationen können unter anderem zur Fehlerverschleierung verwendet werden, wodurch sich der Einfluß von nach der Kanaldecodierung verbleibenden Restfehlern auf die Bildqualität verringert. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Informationen können außerdem nach Übertragung über einen Rückkanal einen Coder im Sinne einer Minimierung der Restfehler steuern.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß dem übertragenen Signal keine zusätzliche Redundanz zur Erkennung von Restfehlern (beispielsweise zusätzliche Paritätsbits) zugefügt werden muß.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Zuverlässigkeitsinformation ferner langfristig gemittelt wird und daß mit der langfristig gemittelten Zuverlässigkeitsinformation die mit der Abbildung gewonnene Größe modifiziert wird. Dadurch ist insbesondere eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Information über die Restfehler möglich, insbesondere wenn bei Verwendung einer einzigen Entscheidungsschwelle lediglich eine Aussage abgeleitet wird, die zwischen "kein Fehler" und "ein oder mehr Fehler" unterscheidet.

Vorzugsweise ist die Weiterbildung derart ausgebildet, daß die Modifikation durch Multiplikation der mit der Abbildung gewonnenen Größe mit einer durch die Abbildung der langfristig gemittelten Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler gewonnenen weiteren Größe erfolgt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Weiterbildung besteht darin, daß die langfristige Mittelung durch Mitteln mehrerer aufeinanderfolgender kurzfristiger Mittelwerte erfolgt. Damit wird in einem das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Signalprozessor Rechenleistung erspart.

Gute Ergebnisse liefert das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Abbildung der gemittelten Zuverlässigkeitsinformationen mit Hilfe jeweils einer fallenden Funktion erfolgt, insbesondere, wenn die kurzfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation mit Hilfe einer stetig fallenden Funktion, vorzugsweise mit einem Polynom, auf Restfehler abgebildet wird.

Einzelheiten zum Verlauf der Funktion sind vom Fachmann jeweils in bezug auf die spezielle Anwendung und die jeweils verarbeiteten Signale vom Fachmann zu ermitteln.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die langfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler mit Hilfe einer fallenden Funktion abgebildet wird, die in einem mittleren Wertebereich einen negativen Sprung aufweist. Hierbei tritt eine wesentliche Reduktion der Werte der langfristig gemittelten Zuverlässigkeitsinformation auf, so daß die anschließende Signalverarbeitung stark vereinfacht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Signalübertragung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fehlerverschleierung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Zuordnung der Restfehlerinformation zu einzelnen Blöcken.

Das Ausführungsbeispiel sowie Teile davon sind zwar als Blockschaltbilder dargestellt. Dieses bedeutet jedoch nicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Realisierung mit Hilfe von einzelnen den Blöcken entsprechenden Schaltungen beschränkt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vielmehr in besonders vorteilhafter Weise mit Hilfe von hochintegrierten Schaltungen durchgeführt werden. Dabei können digitale Signalprozessoren eingesetzt werden, welche bei geeigneter Programmierung die in den Blockschaltbildern dargestellten Verarbeitungsschritte durchführen.

Bevor das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert wird, wird bezugnehmend auf Fig. 2 eine Übertragung von Signalen, beispielsweise Videosignalen, erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung einer Information über die Restfehler angewendet wird. Bei 11 werden die zu übertragenden Signale zunächst einem Quellencoder 12 und anschließend einem Kanalcoder 13, der nach dem Faltungsverfahren arbeitet, zugeführt. Die kanalcodierten Signale werden im Anschluß daran einer Verwürfelung (Interleaving) 14 zugeführt, die in an sich bekannter Weise die kanalcodierten Signale unempfindlicher gegen im Kanal 15 auftretende Störungen macht.

Nach einer Entwürfelung (Deinterleaving) 16 erfolgt eine Kanaldecodierung 1. Der Kanaldecoder hat außer einem Eingang 2 und einem Ausgang 3 für das kanaldecodierte Signal einen Ausgang 17 für eine Zuverlässigkeitsinformation. Das kanaldecodierte Signal wird vom Ausgang 3 des Kanaldecoders 1 einem Quellendecoder 18 zugeleitet, an dessem Ausgang 19 das übertragene und decodierte Signal zur weiteren Verwendung, beispielsweise zur Wiedergabe eines aufgenommenen Bildes, zur Verfügung steht. Der Ausgang 17 des Kanaldecoders 1 ist mit dem Eingang einer Einrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden, an dessem Ausgang 10 ein Maß für die Restfehler ansteht. Das im folgenden QP genannte Maß wird bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 2 dem Quellendecoder 18 zugeleitet, um dort im Falle von gestörten Signalen eine Fehlerverschleierung zu bewirken. Diese kann beispielsweise darin bestehen, daß ein gestörter Block innerhalb eines Bildes durch den entsprechende Block des vorherigen Bildes ersetzt wird.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird die Zuverlässigkeitsinformation vom Kanaldecoder 1 zunächst einem Mittelwertbildner 4 zugeleitet, der die Zuverlässigkeitsinformation L_k kurzfristig, d. h., bei diesem Ausführungsbeispiel für jeweils einen Block i mittelt. Dieses erfolgt nach der Gleichung

Dabei ist K die Anzahl der Symbole pro Block und i der Index des jeweiligen Blocks.

Da gedächtsnisbehaftete Kanäle betrachtet werden, wie beispielsweise Mobilfunkkanäle, weisen die resultierenden Übertragungsfehler eine starke statistische Bindung auf (Bündelfehler). Im Fall einer begrenzten Verwürfelung der übertragenen Symbole besteht auch eine statistische Bindung für die decodierten Symbole bzw. die zugehörige Zuverlässigkeitsinformation. Diese tritt auch bei der Verwendung eines Codes mit nicht ausreichender Korrekturfähigkeit auf.

Die Ausnutzung dieser zusätzlichen Information kann durch eine langfristige Mittelung der kurzfristigen Mittelwerte der Zuverlässigkeitsinformation erfolgen. Dazu werden die kurzfristigen Mittelwerte (n_K) bei 5 nach der Gleichung

gemittelt, wobei M die Anzahl der gemittelten Blöcke (Gedächtnis) bezeichnet.

Die kurzfristigen Mittelwerte m_K und die langfristigen Mittelwerte m_L werden bei 6 und 7 jeweils auf die Restfehler mit Hilfe von fallenden Funktionen abgebildet. Die Ausgangsgrößen der Funktionen 6 und 7 werden bei 8 multipliziert. Das entstehende Produkt wird über einen Schwellwertschalter 9 zum Ausgang 10 geleitet und steht dort als Signal QP zur Verfügung. Dieses ist ein Maß für die Restfehler pro Block, wobei lediglich ausgesagt wird, ob Fehler in einem Block vorliegen. Unabhängig davon, wieviele Fehler es sind.

Fig. 3 stellt schematisch den Zusammenhang zwischen dem kanaldecodierten Datenstrom DATA mit jeweils 8 Bit pro Block und dem Fehlerbitstrom QP dar, wobei zwei Blöcke als fehlerfrei und ein Block als fehlerbehaftet erkannt werden. In letzterem Fall nimmt das Signal QP den Wert 1 an.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung einer Information über die Restfehler in einem übertragenen kanaldecodierten digitalen Signal, insbesondere bei der Bildübertragung über Mobilfunkkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuverlässigkeitsinformation bei der Kanaldecodierung des übertragenen Signals gewonnen wird, daß die Zuverlässigkeitsinformation kurzfristig gemittelt wird, daß die kurzfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler abgebildet wird, daß die durch die Abbildung gewonnene Größe mit mindestens einer Entscheidungsschwelle verglichen wird und daß das Vergleichsergebnis als Restfehlerinformation ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzfristige Mittelung über jeweils einen Block der kanaldecodierten Signale erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuverlässigkeitsinformation ferner langfristig gemittelt wird und daß mit der langfristig gemittelten Zuverlässigkeitsinformation die mit der Abbildung gewonnene Größe modifiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikation durch Multiplikation der mit der Abbildung gewonnenen Größe mit einer durch die Abbildung der langfristig gemittelten Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler gewonnenen weiteren Größe erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die langfristige Mittelung durch Mitteln mehrerer aufeinanderfolgender kurzfristiger Mittelwerte erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der gemittelten Zuverlässigkeitsinformationen mit Hilfe jeweils einer fallenden Funktion erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation mit Hilfe einer stetig fallenden Funktion auf Restfehler abgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stetig fallende Funktion ein Polynom ist.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die langfristig gemittelte Zuverlässigkeitsinformation auf Restfehler mit Hilfe einer fallenden Funktion abgebildet wird, die in einem mittleren Wertebereich einen negativen Sprung aufweist.