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Verfahren zur bbertragung digitaler Signale mit Fehlersicherung Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ubertragung digitaler Signale, insbesondere
Differenzsignale,mit gewichteter Fehlersicherung der Codeelemente in den verschiedenen
Bitebenen durch Zufügung künstlicher Redundanz, in Nachrichtensystemen.
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Bekannt sind Verfahren, bei denen alle Bitebenen -(Positionen der
Codeelemente innerhalb des Codewort es) gesichert werden. Wegen des unterschiedlichen
Einflusses der Verfälschungen in den verschiedenen Bitebenen auf den
relevanten
Restfehler wird bei bekannten Verfahren den verschiedenen Bitebenen ein unterschiedlicher
Anteil an künstlicher Redundanz hinzugefügt und zwar in der Art, daß einer Bit ebene
der größte Anteil hinzugefügt wird und dieser Anteil von Bit ebene zu Bitebene verringert
wird, wobei der Anteil künstlicher Redundanz für einzelne Bitebenen auch Null sein
kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Möglichkeit zu schaffen, mit einer
geringeren künstlichen Redundanz bzw. geringerem Realisierungsaufwand eine gleichwertige
oder sogar höherwertige Sicherung der Codewörter zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Signalwerten
Codewörter in der Weise zugeordnet werden, daß signifikante, störungsbedingte Äiiderungen
von Signalwerten durch Verfälschungen von Codeelementen in ausgewählten Bit ebenen
erzeugt werden.
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Dabei sollen vorzugsweise nur die Codeelemente der ausgewählten Bitebenen
gesichert übertragen werden.
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Die Zuordnung der Codewörter kann dabei so vorgenommen werden, daß
die signifikanten Änderungen von Signalwerten durch Verfälschungen von Codeelementen
in einer einzigen Bitebene erzeugt werden und daß lediglich diese Bit ebene gesichert
übertragen wird.
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Zweckmäßig sollte die Codierung so durchgeführt werden, daß beim Auftreten
eines Behlers in der gesicherten Bitebene
Verfälschungen der Signalwerte
um wenigstens zwei Stufen erfolgen.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Codierung sind die Codeelemente in
der gesicherten Bitebene in Bereichen kleinerer Signalwerte einerseits und in Bereichen
großer Signalwerte andererseits jeweils gleich.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber bekannten Nachrichtensystemen
eine apparative Vereinfachung und erleichterte Fehlererkennung und/oder Fehlerkorrektur
erreichbar. Darüberhinaus ist eine Entlastung des Ubertragungskanals von künstlicher.
Redundanz möglich, die zur Sicherung der Codeelemente übertragen werden muß.
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Ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bekannte
Nachrichtenübeftragungssysteme mit Differenzpulscodemodulation CDPC). Das Verfahren
ist im nachstehenden im einzelnen anhand eines solchen DPCM-Systems beschrieben,
das in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt ist.
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Das zu übertragende Signal,- z.B. ein Bildsignal, gelangt vom Eingang
1 des Nachrichtenübertragungssystems nach Fig. 1 an die Codierschaltung 2, die aus
dem Eingangssignal das differenzpulscodemodulierte Signal (Differenzsignal) erzeugt.
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Die Werte des Differenzsignals werden z.B. in Form von Codewörtern
in Paralleldarstellung abgegeben. Im Beispiel
nach Fig. 1 sind Codewörter
angenommen, die aus äe drei Codeelementen - im allgemeinen Bits - bestehen. Die
Position äe eines der drei Codeelemente innerhalb eines Codewortes ist mit a, b
bzw. c bezeichnet und entspricht je einem der drei Ausgänge der Schaltung 2. Dabei
können in herkömmlichter Weise das Codeelement in der Position a das Vorzeichen
und die Codeelemente in den Positionen b und c den Betrag der Differenzsignalwerte
repräsentieren.
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Die am Ausgang der Schaltung 2 erscheinenden Codewörter werden jeweils
vom Codewandler 3 aufgenommen. Dieser ordnet den Codekombinationen mit den Codeelementen
in den Positionen a, b, c die erfindungsgemäßen Codekombinationen zu.
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Die Positionen der vom Codewandler 3 abgegebenen Codeelemente innerhalb
eines Codewortes sind mit d, e, f bezeichnet. Jeder Position entspricht eine Bitebene.
Codewandler, auch Zuordner genannt, sind in der Technik bekannt.
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Die Codeelemente d, e, f der nach der Codeumsetzung im Codewandler
3 in Parallelform entstandenen Codewörter werden dem Parallel-Serien-Wandler 5 zugeführt.
Die ungesichert zu übertragenden Codeelemente d, e erreichen den Parallel-Serien-Wandler
5 direkt, während die gesichert zu übertragenden Codeelemente f über die Kanalcodierschaltung
4 geleitet werden.
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Durch die Kanalcodierschaltung 4 werden Prüfeeichen erzeugt, die als
zusätzliche Zeichen in die Codewortfolge eingefügt werden und eine künstliche Redundanz
darstellen.
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Bei Bildsignalen können beispielsweise die Codewörter oder Codeelemente
einer Zeile oder eines Teiles einer Zeile Blöcke bilden.
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Zur Sanalcodierung können unter anderem übliche Verfahren der Fehlererkennung
und/oder -korrektur dienen. Dies können z.B. Verfahren mit Blockcodes sein, wie
Codierungen nach Bose-Chaudhuri-Hocquenghem, oder Verfahren mit kontinuierlichen
Codes, wie convolutionelle oder rekurrente Codierungen, auch in Verbindung mit bekannter
Cospreizung.
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Der Parallel-Serien-Wandler 5 gibt die ihm in der Parallelform zugefiihrten
Codeelemente in serieller Form an den Übertragungskanal 6 ab, in dem im allgemeinen
Störungen auftreten. Am Ausgang des Ubertragungskanals, d.h. auf der Empfangsseite
des Nachrichtenübertragungssystems nach Fig. 1, befindet sich ein Serien-Parallel-Wandler
7> der aus den seriell eintreffenden Codeelementen Codewörter in Parallelform
erzeugt. Zwischen den Einrichtungen 5 und 7 können Modulations- bzw. Demodulationsschaltungen
und dergleichen liegen.
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Die gesichert übertragenen Codeelemente der vom Serien-Parallel-Wandler
7 abgegebenen Codewörter und die Prüfzeichen durchlaufen die Kanaldecodierschaltung
8. Diese Schaltung prüft, ob Code.elemente verfälscht empfangen wurden, und veranlaßt
gegebenenfalls eine Fehlerkorrektur.
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Hierzu kann ein dem Verfahren der Xanalcodierung angepaßtes, übliches
Decodierverfahren dienen.
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Die ungesichert übertragenen Codeelemente erreichen im Anschluß an
den Parallel-Serien-Wandler 7 das Verzögerungsglied 9. Dessen Verzögerungszeit ist
so gewählt, daß
jeweils das gesichert übertragene Codeelement f
jedes Codewortes gleichzeitig mit den ungesichert übertragenen Codeelementen d,
e desselben Codewortes am Eingang des Codewandlers 10 eintrifft. Der Codewandler
10 ordnet in Umkehrung der Funktion des Codewandlers 3 den in Form der erfindungsgemäßen
Codekombinationen mit den Codeelementen der Positionen d, e, f dargestellten Codewörtern
Codekombinationen in der von der Codierschaltung 3 abgegebenen Form zu. Die zugehörigen,
aus den Codeelementen der Positionen a, b, c bestehenden Codewörter werden der Decodierschaltung
11 zugeführt. Die Decodierschaltung 11 erzeugt aus dem durch die Codewörter repräsentierten
Differenzsignal das ursprüngliche, zu übertragende Signal und gibt dieses am Ausgang
12 des Nachrichtenübertragungssystems ab.
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Bezüglich weiterer Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise eines
DPCM-Systems wird auf die DU-OS 2 041 077 verwiesen.
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Die Codekombinationen eines Codes, der vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren Anwendung finden kann, sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.
| X D Y 1 Yf |
| 1 2 3 |
| 1 + 22 1 0 0 |
| 2 + 14 1 0 1 |
| 3 +8 0 1 1 |
| 4 +2 0 0 1 |
| 5 - 2 0 0 0 |
| 6 - 8 0 1- 0 |
| 7 - 14 1 1 1 |
| 8 - 22 1 1 0 |
nhelle 1
In der Tabelle sind in der ersten Spalte Indexzahlen X
angegeben, denen in der zweiten Spalte Repräsentationswerte D eines DPCM-Systems
zugeordnet sind. In der dritten Spalte sind die den Indexzahlen zugeordneten Codewörter
angegeben und zwar als Drei-Bit-Codewörter mit den Bitebenen Y1s Y2 und X3.
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Bei DPCM-Systemen kann davon ausgegangen werden, daß die Codewörter
der mittleren Indizes, in Tabelle 1 z.B. der Indizes 3 - 6, überwiegend und die
Codewörter der äußeren Indizes, in Tabelle 1 z.B. der Indizes 1 und 2 sowie 7 und
8, relativ selten übertragen werden. Hiervon ausgehend, sind der ersten Bitebene
für die Gruppe der mittleren Indizes 3 bis 6 bzw. die Gruppe der äußeren Indizes
1 und 2 sowie 7 und 8, jeweils gleiche Bits (binäre Nullen bzw. binäre Einsen) zugeordnet.
Wird die erste Bitebene Y1 gesichert übertragen, so werden Verfälschungen von äußeren
Indiz es in mittlere Indizes und umgekehrt weitgehend verhindert.
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Die Bits in den Bit ebenen Y2 und X3 können dann so zugeordnet werden,
daß bei den mittleren Indizes Verfälschungen von Codeelementen zu nur geringen Repräsentationswertänderungen
führen. Nach Tabelle 1 führen beispielsweise Verfälschungen von Codeelementen der
Bitebene X2 im mittleren Bereich jeweils nur zu dem unmittelbar bee nachbarten Repräsentationswert.
Damit wird der Anteil signifikanter, störungsbedingter Repräsentationswertänderungen
auch bei ungesicherter Ubertragung der Bitebenen
Y2 und Y3 klein
gehalten. Signifikante Änderungen der Repräsentationswerte X werden damit bei dem
Code nach Xabelle 1 ausschließlich durch Sicherung der Bitebene weitgehend verhindert.
Die Auswirkung des Codes nach Tabelle 1 und die Sicherung nur einer ausgewählten
Bitebene soll anhand der folgenden Tabelle 2 noch einmal verdeutlicht werden.
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x2, y3
| o0 01 10 11 |
| 0 5 4- 6 3 |
| X |
| 1 1 2 8 7 |
Tabelle 2 Die Tabelle 2 zeigt das Karnaugh-Diagramm für den Code nach Tabelle 1.
In dem Diagramm sind senkrecht die Codeelemente der Bitebene Y1 aufgetragen, während
waagerecht die Kombinationen der Codeelemente der Bitebenen Y2 und y3 aufgetragen
sind. Durch die Sicherung der Code elemente der Bitebene Y1 ist der Übergang der
Indexzahlen in senkrechter Richtung, also über die doppelte, waagerechte Linie hinweg,
und damit der Übergang zwischen Indexzahlen,
die zu großen Differenzwerten
zwischen den ineinander verfälschten Repräsentationswerten führen, mit großer Wahrscheinlichkeit
verhindert.
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Die Codeelemente in der Bitebene X3 werden so zugeordnet, daß bei
der erwähnten Häufigkeitsverteilung der Anteil signifikanter, störungsbedingter
Repräsentationswertänderungen wiederum gering bleibt.
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Der Code nach Tabelle 1 läßt sich selbstverständlich in üblicher Weise
abwandeln. So können die einzelnen Bitebenen gegeneinander vertauscht werden und
beispielsweise die ausgewählte Bitebene in die Ebene Y2 oder X3 gelegt werden. Darüber
hinaus können in bekannter Weise die Codeelemente durch die Komplementärwerte ersetzt
werden. Statt binärer Codeelemente sind auch solche mit mehr als zwei unterscheidbaren
'Zuständen möglich.
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Es wurde festgestellt, daß bei Codekombinationen mit Zwei-Bit-Codewörtern
mit einer Sicherung nur der zweiten Bit ebene bei Bildübertragungen bereits der
überwiegende Teil signifikanter Repräsentationswertänderungen eliminierbar ist.
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Bei längeren Codewörtern, also bei Vier-und Fünf-Bit-Codewörtern oder
noch längeren Codewörtern kann es erforderlich sein, zusätzliche Bitebenen zu sichern.
In jedem Fall werden auch hier nur ausgewählte Bitebenen gesichert und zwar Bitebenen,
in denen Verfälschungen zu signifikanten Änderungen führen.
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Statt, wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, eine Umcodierung
in den erfindungsgemäßen Code durchzuführen, kann selbstverständlich unmittelbar
eine Codierung der Signale mit dem erfindungsgemäßen Code durchgeführt werden.
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Das Verfahren kann auch mit anderen Verfahren der Fehlererkennung
und/oder -korrektur kombiniert werden, z.B.
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auch solchen, die natürliche Redundanz des Signals ausnutzen.