DE2426769C3

DE2426769C3 - Verfahren zur Übertragung digitaler Signale mit Fehlersicherung

Info

Publication number: DE2426769C3
Application number: DE19742426769
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Lippmann
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2426769A1; DE2426769B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung digitaler Signale, insbesondere Differenzsignale, mit gewichteter Fehlersicherung der Codeelemente in den verschiedenen Bitebenen durch Zufügung künstlicher Redundanz, in Nachrichtensystemen.

Bekannt sind Verfahren, bei denen alle Bitebenen (Positionen der Codeelemente innerhalb des Codewortes) 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 Bitebene der größere Anteil hinzugefügt wird und dieser Anteil von Bitebene zu Bitebene verringert wird, wobei der Anteil künstlicher Redundanz für einzelne Bitebenen auch Null sein kann.

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.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Signalwerten Codewörter in der Weise zugeordnet werden, daß signifikante, störungsbedingte Änderungen von Signalwerten durch Verfälschungen von Codeelementen in ausgewählten Bitebenen erzeugt werden.

Dabei sollen vorzugsweise nur die Codeelemente der ausgewählten Bitebenen gesichert übertragen werden.

Die Zuordnung der Codewörter kann dabei so vorgenommen werden, daß die signifikanten Änderungen von Signalwerten durch Verfälschungen von s Codeelementen in einer einzigen Bitebene erzeugt werden und daß lediglich diese Bitebene gesichert übertragen wird.

Zweckmäßig sollte die Codierung so durchgeführt werden, daß beim Auftreten eines Fehlers in der ίο gesicherten Bitebene Verfälschungen der Signalwerte um wenigstens zwei Stufen erfolgen.

Bei einer besonders zweckmäßigen Codierung sind

die Codeelemente in der gesicherten Bitebene in Bereichen kleinerer Signalwerte einerseits und in Bereichen großer Signalwerte andererseit jeweils gleich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber bekannten Nachrichtensystemen eine apparative Vereinfachung und erleichterte Fehlererkennung und/oder Fehlerkorrektur erreichbar. Darüber hinaus ist eine Entlastung des Übertragungskanais von künstlicher Redundanz möglich, die zur Sicherung der Codeelemente übertragen werden muß.

Ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bekannte Nachrichtenübertragungssysteme mit Differenzpulscodemodulation (DPCM). Das Verfahren ist im nachstehenden im einzelnen anhand eines solchen DPCM-Systems beschrieben, das in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt ist.
Das zu übertragende Signal, z. B. ein Bildsignal, gelangt vom Eingang 1 des Nachrichtenübertragungssystems nach der Figur an die Codierschaltung 2, die aus dem Eingangssignal das differenzpulscodemodulierte Signal (Differenzsignal) erzeugt.

Die Werte des Differenzsignals werden z. B. in Form von Codewörtern in Paralleldarstellung abgegeben. Im Beispiel nach der Figur sind Codewörter angenommen, die aus je drei Codeelementen — im allgemeinen Bits — bestehen. Die Position je 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 herkömmlicher Weise das Codeeleinent in der Position a das Vorzeichen und die Codeelemente in den Positionen £>und eden Betrag der Differenzsignalwerte repräsentieren.

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 so erfindungügemäßen Codekombinationen zu. 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.

Die Codeelemente d, e, /der nach der Codeumsetzung im Codewandler 3 in Parallelform entstandenen Codewörter werden dem Parallel-Serien-Wandler 5 zugeführt. Die ungesichert zu übertragenden Codeele-6d mente d, e erreichen den Parallel-Serien-Wandler 5 direkt, während die gesichert zu übertragenden Codeelemente f über die Kanalcodierschaltung 4 geleitet werden.

Durch die Kanalcodierschaltung 4 werden Prüfzei-'•s chen erzeugt, die als zusätzliche Zeichen in die Codewortfolge eingefügt werden und eine künstliche Redundanz darstellen. Bei Bildsignalen können beispielsweise die Codewörter oder Codeelemente einer

Zeile oder eines Teiles einer Zeile Blöcke bilden.

Zur Kanalcodierung können unter anderem übliche Verfahren der Fehlererkennung und/oder -korrektur dienen. Dies können z. B. Verfahren mit Blockcodes sein, wie Codierungen nach Böse — Chat.dhuri— s Hocquenghem, oder Verfahren mit kontinuierlichen Codes, wie convolutionelle Oibr rekurrente Codierungen, auch in Verbindung mit bekannter Codespreizung.

Der Parallel-Serien-Wandler 5 gibt die ihm in d.r ι ο Parallelform zugeführten Codeelemente in serieller Form an den Übertragungskanal 6 ab, in dem im allgemeinen Störungen auftreten. Am Ausgang des Übertragungskanals, 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.

Die gesichert übertragenen Codeelemente der vom Serien-Parallel-Wandler 7 abgegebenen Codewörter und die Prüfzeichen durchlaufen die Kanaldecodierschaltung 8. Diese Schaltung prüft, ob Codeelemente verfälscht empfangen wurden, und veranlaßt gegebenenfalls eine Fehlerkorrektur. Hierzu kann ein dem Verfahren der Kanak codierung angepaßtes, übliches Decodierverfahren dienen.

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 /"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.

Bezüglich weiterer Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise eines DPCM-Systems wird auf die DT-OS 20 41 077 verwiesen.

Die Codekombinationen eines Codes, der vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden kann, sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

In der Tabelle sind in der ersten Spalte Indexzahlen X angegeben, denen in der zweiten Spalte Repräsentationswerte Deines DPCM-Systems zugeordnet sind. In der dritten Spalte sind die den Indexzahlen zugeordneten Codewörter angegeben, und zwar als Drei-Bit-Codewörter mit den Bitebenen V,, Vj und V₃.

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 V, gesichert übertragen, so werden Verfälschungen von äußeren Indizes in mittlere Indizes und umgekehrt weitgehend verhindert.

Die Bits in den Bitebenen V2 und V₃ 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 Vi im mittleren Bereich jeweils nur zu dem unmittelbar benachbarten Repräsentationswert. Damit wird der Anteil signifikanter, störungsbedingter Repräsentationswertänderungen auch bei ungesicherter Übertragung der Bitebenen V2 und Vj klein gehalten. Signifikante Änderungen der Repräsentationswerte X werden damit bei dem Code nach Tabelle 1 ausschließlich durch Sicherung der Bitebene Vi 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.

Tabelle 2

V?, Vj

Tabelle 1	D	Vi	V2	Yi
X	+ 22	1	0	0
1	+ 14	1	0	1
2	+ 8	0	1	1
3	+ 2	0	0	I
4	- 2	0	0	0
5	- 8	0	1	0
6	-14	1	1	1
7	-22	1	1	0
8

Die Tabelle 2 zeigt das Karnaugh-Diagramm für den Code nach Tabelle 1. In dem Diagramm sind senkrecht die Codeelemente der Bitebene V, aufgetragen, während waagerecht die Kombinationen der Codcelemente der Bitebenen Y₂ und V₃ aufgetragen sind. Durch die Sicherung der Codeelemente der Bitebene V, 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.

Die Codeelemente in der Bitebene Vi werden so zugeordnet, daß bei der erwähnten Häufigkeitsverteilung der Anteil signifikanter, störungsbedingter Repräsentationswertänderungen wiederum gering bleibt.

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 V₂ oder Vj 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.

Es wurde festgestellt, daß bei Codekombinationen mit Zwei-Bit-Codewörtern mit einer Sicherung nur der zweiten Bitebene bei Bildübertragungen bereits der überwiegende Teil signifikanter Repräsentationswertänderungen eliminierbar ist.

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 ausgewählt! Bitebenen gesichert, und zwar Bitebenen, in denei Verfälschungen zu signifikanten Änderungen führen.

Statt, wie bei dem beschriebenen Ausführungsbei spiel, eine Umcodierung in den erfindungsgemäßer Code durchzuführen, kann selbstverständlich unmittel bar eine Codierung der Signale mit dem erfindungsge mäßen Code durchgeführt werden.

Das Verfahren kann auch mit anderen Verfahren de ίο Fehlererkennung und/oder -korrektur kombiniert wer den, z. B. auch solchen, die natürliche Redundanz de Signals ausnutzen.

Hicr/u 1 Blatt Zcichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung digitaler Signale, insbesondere Differenzsignale mit gewichteter Fehlersicherung der Codeelemente in den verschiedenen Bitebenen durch Zufügung künstlicher Redundanz, in Nachrichtensystemen, dadurch gekennzeichnet, daß den Signalwerten Codewörter in der Weise zugeordnet werden, daß signifikante, störungsbedingte Änderungen von Signalwerten durch Verfälschungen von Codeelementen in ausgewählten Bitebenen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Codeelemente der ausgewählten Bitebene gesichert übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die signifikanten Änderungen von Signalwerten durch Verfälschungen von Codeelementen in einer Bitebene erzeugt werden, und daß nur die Codeelemente dieser Bitebene gesichert übertragen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung so durchgeführt wird, daß beim Auftreten eines Fehlers in der gesicherten Bitebene Verfälschungen der Signalwerte um wenigstens zwei Stufen erfolgen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung so durchgeführt wird, daß die Codeelemente in der gesicherten Bitebene in Bereichen kleiner Signalwerte einerseits und in Bereichen großer Signalwerte andererseits jeweils gleich sind.