DE2431037A1

DE2431037A1 - Digitales zeitmultiplexverfahren fuer die uebertragung oder speicherung von signalen, insbesondere sprache und bildern

Info

Publication number: DE2431037A1
Application number: DE2431037A
Authority: DE
Inventors: Heinz L Dipl Ing Gerhaeuser; Dieter Prof Dr Ing Seitzer; Roland Dipl Ing Woitowitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1976-01-08
Also published as: DE2431037B2

Description

Digitales Zeitmultiplexverfahren für die Übertragung oder Speicherung von Signalen, insbesondere Sprache und Bildern Die Erfindung betrifft ein digitales Zeitmultiplexverfahren für die Übertragung oder Speicherung von Signalen, insbesondere Sprache und Bildern.
Die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von elektrischen Signalen, welche z.3 von Sprache oder Bildern herrühren, erfolgt mehr und mehr in digitaler Form. Eine weit verbreitete Art der Codierung hierbei ist die sog. Pulscodemodulotion Insbesondere zur Einsparung von teueren Übertragungseinrichtungen in einem Fernmeldenetz wie s.B. Kabel und Verstärker, oder Satellitenstrecken versucht man nun, bekannte Signaleigenschaften, d.h. die im Signal vorhandene Redundanz zur Datenreduktion auszunutzen Es sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt geworden, mit denen sich Reduktionsfaktoren von 2 bis etwa 8 erreichen lassen, d.h. anstelle von 8 bit für eine Stichprobe werden nur 4 bit oder weniger übertragen Ein solches Verfahren ist z.B.
die sog Differenz-PCM (DPCM), welche nur die Differenz aufeinanderfolgendr Abtastwerte und nicht die Werte selbst (= Stichproben) überträgte Man benutzt dabei die Tatsache, daß sich der seitlich folgende Wert mit einiger Sicherheit voraussagen läßt, wenn man den vorausgehenden Wert kennt. Die einfachste Form der Voraussagt ist die, den folgenden Wert als gleich wie den vorhergehenden anzunehmen. Damit lassen sich bereits 1 bis 2 bit ohne Qualitätsverlust einsparen.
Eine bessere Voraussage wird möglich, wenn man weitere in der Vergangenheit zurückliegende Abtastwerte mit heranzieht. Ubertragen wird dann immer nur die Differenz zum vorausgesagten Wert. Damit läßt sich eine Einsparung von 2 bis 3 bit erzielen.
Weitere Einsparungen sind möglich, wenn man die Tatsache ausnützt, daß kleine Differenzen häufiger sind als große und daß man deswegen die größeren Differenzen mit gröberer Stufung übertragen kann, ohne daß die Abweichung von der wahren Differenz als schwerwiegendes Störgeräusch in Brscheinung tritt. Ein Verfahren, das nahe am theoretischen Optimum arbeitet, ist das mit dem sog. gesteuerten Quantisierer, bei dem die Stufung der Kennlinie je nach dem aus der Vergangenheit vorausgesagten wahrscheinlichsten Wertebereich des Signals erfolgt. Das Verfahren hat gegenüber anderen mit optimaler Codierung den Vorteil, daß die Zahl der bit pro Codewort konstant ist. Das Verfahren der Optimalcodierung nach Huffmann erzielt seine Einsparung nämlich dadurch, daß für häufige Werte kurze Codeworte verwendet werden und für seltene Werte längere Codeworte. Dadurch kommt ein zeitlich schwankender Datenfluß zustande. Er kann zwar durch Pufferspeicher-ausgeglichen werden, was jedoch einen erhöhten Aufwand bedeutet.
Pufferspeicher erheblicher Länge aufgrund einer variablen Datenrate benötigen auch die sog. Run-Length-Verfahren. Sie machen von der Tatsache Gebrauch, daß die Amplitude eines Signals u.U. für einen gewissen Zeitabschnitt konstant bleibt.Ein solcher Abschnitt wird englisch mit '!Run" bezeichnet. Übertragen werden die codierten Längen der Abschnitte konstanten Signalpegels. Eine erhebliche Schwierigkeit liegt in der Festlegung der Länge des Codewortes, da sie offensichtlich für die Übertragung langer Runs ausreichen muß.
Treten kurze Runs auf, so müssen häufig lange Codeworte übertragen werden und die Codierung wird ineffektiv.
Außerdem hängt die Datenrate von der Häufigkeit der Runs ab. Der Ausgleich erfolgt durch einen Pufferspeicher.
Ein anderes Verfahren für Schwarzweiß-Bilder mit nur zwei Helligkeitsstufen benutzt die Vorhersage in vertikaler und horizontaler Richtung, um die Länge eines nachfolgenden Runs für die Ubertragung vorauszusagen.
Eine andere bekannte, der Erfindung am nächsten kommende Art von Zeitmultiplexverfahren benutzt die Tatsache, daß ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem maximalen und dem mittleren Datenfluß einer Signalquelle besteht, ja daß sogar unter Umständen für gewisse Zeitabschnitte überhaupt kein Ubertragungsbedarf besteht. Das ist bei der Telefonübertragung in Sprachpausen der Fall, bei der Übertragung von Schwarzweiß-Bildern (Schrift, Strichzeichnungen), wenn eine weiße Fläche abgetastet wird, oder bei der Differenzübertragung in den Fällen, wo die Differenz zum vorausgesagten Wert gleich Null ist. Die Einsparung erfolgt dann dadurch, daß einer Anzahl von N Quellen nur n Übertragungskanäle ( N> n ) zur Verfügung gestellt werden. Verfahren dieser Art sind Multiplexverfahren und unter den Bezeichnungen TAXI, SPEC, MPZ bekannt geworden.
Ein anderes Verfahren, das für Konferenzgesprächübertragung gedacht ist, gibt dem Teilnehmer mit der größten Amplitude den Vorrang.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der bisherigen Multiplexverfahren. Die Wirkungsweise soll zunächst anhand der Sprachübertragung beschrieben werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Vorteile sollen hauptsächlich im Vergleich zu dem bisher wirkungsvollsten Verfahren vom Multiplex-Typ, dem MPZ-Verfahren, herausgestellt werden.
Dieses bekannte Verfahren der momentanen Prioritätszuteilung (MPZ) für Sprache nutzt die Tatsache aus, daß bei Telefon-Konversation ein Sprecher nur für etwa 30% der Zeit aktiv ist. Es wird nun in jedem Abtastzeitpunkt festgestellt, welche der N Quellen einen Übertragungsbedarf in Form einer Differenz zum vorher gesendeten Abtastwert haben, und diese Differenzen werden zusammen mit den Adressen der Eingänge zum empfangsseitigen Demultiplexer übertragen. Die Übertragungskapazität ist so ausgelegt, daß sie dem mittleren Bedarf genügt, d.h. daß sie n Worte, bestehend jeweils aus der Adresse und der Differenz für einen Eingang übertragen kann. Wenn die Zahl a der augenblicklich aktiven Eingänge größer ist als n, wird eine momentane Prioritätssuteilung nach Maßgabe der Größe der Differenz getroffen. Ist z.B. im einfachen Fall N = 4 und n = 1, so kann immer nur ein Wort pro Abtastzeitpunkt übertragen werden. Die Abtastwerte der anderen aktiven Quellen werden unterdrllckt. Im Empfänger wird der zuletzt gesendete Abtastwert so lange wiederholt, bis der Übertragungsbedarf zu einem späteren Zeitpunkt befriedigt wird. Durch die Abweichung des übertragenen Signals von dem der Sendeseite entsteht ein Störgeräusch, dessen zulässige Größe den Reduktionsfaktor bestimmt.
Außer dem entstehenden Störgeräusch ist ein weiterer Nachteil des MPZ-Verfahrens, daß es nicht möglich ist, die theoretisch mögliche Datenreduktion zu erreichen, da zur Differenz immer noch die Adresse mit übertragen werden muß.
Dieser Nachteil wird um so schwerwiegender, je größer die Zahl der Quellen N ist und je kleiner die zu übertragende Differenz bei einer entsprechend guten Vorhersage des nächsten Wertes wird. Bei N = 16 Quellen und einer Differenzübertragung mit S = 16 Stufen, ist die Adresse gleich groß wie die Differenz.
Aufgrund einer rechnerischen Abschätzung ist es möglich, mit N = 32 und n = 8 eine hinreichende Qualität zu erreichen. Bei PCM-Übertragung beträgt die Datenrate 32 . 8 kHz 8 8 bit = 2,048 . 106 bit pro Sekunde, beim MPZ-Verfahren 8 . 8 kllz . 9 bit = 0,576 100/bit pro Sekunde. Von den 9 bit benötigt man 5 bit für die Adresse und 4 bit für die Amplitude. Der Datenreduktionsfaktor beträgt also R = ## .## = = 3,5. Ohne die Adressenübertragung wäre er R = ##.8 = 8.
-4 Die Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile der Adressenübertragung einerseits zu vermeiden und andererseits auch eine Verbesserung bezüglich des Störgeräusches bei vorübergehender Systemüberlastung (a)n) zu erzielen. Damit kommt das verbesserte Verfahren auf das theoretisch mögliche Optimum bei Kombination von DPCM und momentaner Bedarfs zuteilung mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand, da ein großer Teil des Schaltungsaufwandes für alle Eingänge gemeinsam ist, und der DPCM-Codierer nicht mit umschaltbarer Kennlinie aufgebaut werden muß.
Die Verbesserung kommt erfindungsgemäß dadurch zustande, daß die für mindestens einen Abtastzeitpunkt zur Verfügung stehende Ubertragungs- oder Speicherkapazität unter den einzelnen Signalquellen mit variabler Wortlänge nach Maßgabe des in der Vergangenheit zurückliegenden Signalverlaufs mit Hilfe von Prädiktionsschaltungen aufgeteilt wird und zwar derart, daß für große absolute oder relative Differenzbeträge der Amplitudenwerte der zu übertragenden Signale entsprechend größere Wortlängen vorgesehen werden und die Worte, die den einzelnen Signalquellen zugeordnet sind, zur Übertragung der codierten Differenz zum geschätzten Wert (DPCM-Übertragung) oder des codierten Absolutwertes des Signals (PCM-Übertragung) verwendet werden. Es fällt also die Adressenübertragung völlig weg und bei Überlastung werden nicht einfach ganze Abtastwerte unterdrückt, sondern von allen Abtastwerten werden nach bestimmten Vorschriften Stellen niedrigster Wertigkeit weggelassen, die Stellen höchster Wertigkeit bleiben jedoch in der Regel erhalten. Die zu übertragenden Worte der einzelnen Eingänge haben demzufolge unterschiedliche Länge, und es besteht wiederum die Frage, wie dem Empfänger die unterschiedliche Länge dieser Codeworte mitgeteilt wird. Dazu wäre nach dem MPZ-Verfahren zusätzlich zur AdressenUbertragung noch diejenige von Markierungsinformation notwendig.
Die Grundidee ist, den Verlauf des Signals vor dem zur Sendung anstehenden Abtastwert zur Vorhersage der bei der Ubertragung notwendigen Codewortlänge heranzuziehen. Es soll also die Prädiktion nicht nur wie bei der DPCM zur Vorhersage des nächsten Amplitudenwertes, sondern auch zur Aufteilung der Kapazität des Übertragungskanals mit herangezogen werden. Dabei erhält der Prädiktor im Sender ebenso wie der im Empfänger die durch verminderte Wortlängen im Wortkompressor modifizierten Werte.
In der Zeichnung soll ein grundsätzliches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Sie zeigt N Eingänge E1 bis EN, die von N Signalquellen stammen und N Ausgänge, die mit den entsprechenden Empfängern verbunden sind. Zu jedem Eingang gehört eine Verzögerungseinrichtung V für das Abtastintervall T, ein Prädiktor P, ein Wortkompressor WK, ein Wortexpander WE und ein Wortlangendeçcodierer WLD, außerdem die Addierer AD1 und AD2. Allen Eingängen gemeinsam ist der Multiplexer M vor dem Übertragungskanal K. Zu jedem der N Ausgänge A1 bis AN gehört ein Wortexpander WE, ein Wortlängendecodierer WIRD, ein Prädiktor P, eine Verzögerungseinrichtung V für das Abtastintervall g sowie zwei Addierer AD1 und AD2. Allen Ausgängen gemeinsam ist der Demultiplexer D hinter dem Übertragungskanal K. Soll zum Beispiel, wie aus der Zeichnung hervorgeht, der Wert D1i der Signalquelle 1 zum Abtastzeitpunkt i übertragen werden, so dient der im Prädiktor aus einem oder mehreren zeitlich früher liegenden komprimierten Worten geschätzte Wert Die im Wortlängendecodierer zur Bestimmung der Anzahl der binären Stellen W1i, die dem Wort D1i zugeteilt werden.
######## # Der Wortkompressor codiert das Wort Dii in ein Wort Dt1i mit der vorgeschriebenen Länge W1i, wie noch naher zu erklären sein wird, um und leitet es dem Multiplexer zu, der dieses mit den entsprechend codierten Worten der übrigen Signalquellen zu einem Rahmen konstanter Länge zusammenfaßt und diesen auf den Übertragungskanal leitet. Der Multiplexer arbeitet nach dem Zeitmultiplex-Prinzip als Parallel-Serien-Umsetzer. Auch der Wortexpander erhält vom Wortlängendecodierer die Information über das Wort D'. Er decodiert das Wort D'1i auf die volle Wortlänge. Diese Information wird dem Prädiktor zugeführt.
Im Empfänger wird anhand des ebenfalls vorliegenden geschätzten Wertes D1i* im Wortlängendecodierer die zu Dt1i gehörende Wortlänge ermittelt, im Demultiplexer dem Rahmen entnommen und im Wortexpander auf die volle Wortlänge gebracht. Wegen der festen Reihenfolge der übertragenen Worte im Rahmen kann wie bei einem reinen Zeitmultiplexverfahren die Adresse rung vermieden werden. Es ist einzusehen, daß darüberhinaus auch bei momentaner Überlastung des Übertragungskanals die Fehlergeräusche im Empfänger kleiner sein werden als beim Wegfall ganzer Abtastwerte, da je stets eine Anzahl von Stellen höherer Wertigkeit auf jeden Fall übertragen werden.
Durch das vorgeschlagene Zeitmultiplex-System mit prädiktionsgesteuerter Wortaufteilung (PWA) wird es möglich, mit einem relativ geringen Aufwand pro Eingang an das theoretisch mögliche Optimum an Datenreduktion heranzukommen.
Es lassen sich nun 2 Modifikationen des Grundverfahrens denken. Bei der ersten Modifikation geht man von einer konstanten mittleren Wortlänge B für die Ubertragung von N Signalquellen aus, die man einmal vorher aus statistischen Messungen am Signal ermittelt hat und verteilt die konstante Wortlänge in jedem Abtastaugenblick nach Maßgabe eines bestimmten Algorithmus, der im folgenden beschrieben wird: Die Wortlänge für die Übertragung der einzelnen Signalquellen ist so zu wählen, daß die Fehler zu kleinen Störgeräuschen führen. Geht man davon aus, daß alle Quellen gleiche mittlere Leistung abgeben, so ist die Größe von ßDyij ein sinnvolles Kriterium für die Bestimmung der Wortlänge. Um das Störgeräusch klein zu halten, müssen große ßDyi| mit mehr Stellen (größere WortLänge )übertragen werden als kleinere Sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite ist der Teil für die Prädiktion und Wortlängenaufteilung gleich aufgebaut. Auch der sendeseitige Teil leitet seine Vorhersage von den gesendeten, d.h. in den Wortlängen gekürzten Worten Dvi1 ab wie der Empfänger. Aus diesem Grund werden die Fehler "zurückgekoppelt" und bei der Differenzbildung zwischen vorhergesagtem und wirklichem Wert bei den nächsten Abtastperioden ausgeglichen (Prinzip der Fehlerrückkopplung).
Im folgenden soll der Algorithmus zur Ermittlung der Wortlänge für den Fall beschrieben werden, daß 1. die Summe der übertragenen Wortlängen aller Signalquellen konstant und 2. der Betrag der geschätzten Differenz #Dyi# als Kriterium für die Wortlängenaufteilung genommen wird.
Die Wortlängen für die zu übertragenden Signale W1i, W2i, ...
Wvi, WNi müssen folgende Bedingungen erfüllen: Min (Wyi) = 1 Y (B = Zahl der für die Übertragung eines Rahmens zur Verfügung stehenden bit.) Für die Aufteilung von B ermittelt man zu jedem Zeitpunkt für jede Signalquelle eine Kanalpriorität (Übertragungsdringlichkeit).
P1i, ..., Pvi, ..., PNi

Pvi # { 1, 2 3s s ,M # (2)

Pvi = F1 (D vi)

M = Zahl der Prioritätsklassen Dvi* wird durch Prädiktion ermittelt.
Für große Pvi müssen auch die Wortlängen der zu übertragenden Signale groß gewählt werden, um kleine Störgeräusche zu erhalten. Andererseits gestatten kleine Pvi die Übertragung geringer Wort längen für gleiches Störgeräusch.

Wvi = F2 (P1i, ...,Pµi, ..., PNi) Als Beispiel sei eine lineare Aufteilung angegeben: Wvi = nächste kleinere ganze Zahl von Ist bei dieser Aufteilung

B, dann werden die kleinsten si daß die

w Wvi erniedrigt Beziehung

< Bs dann werden die größten (1) gilt

Wyi erhöht,

(5) Zahlenbeispiel zum Abtastzeitpunkt i: 4 Kanäle N = 4 a 12 bit (lin. quantisiert) B = 12 bit (Reduktionsfaktor = 4) 11 Prioritätsklassen: M = Ermittlung der Kanalpriorität: Pvi = K für 2(x-1) = Dvi* < 2k (K = 1,2 ..., 11) Pvi = 1 für Dvi* = 0 (7)

Pli 1 Wli = = ii

P2i = 1 =$ W2i = 3

P = 1 W3i : 3

3i 3i

P4i = 1 W4i : 3

Pii = Wii 2

P = 3 zuW2i

2i = W W2i = 2

P.

3i - 3i

P4i = 9 W4i = 6

p - W Wli = 3

ii - Ii

P2i = 11 s W2i = 3

P3i = 11 W3i = 3

P4i : t1 W4i = 3

ii Wli = 3 Wli = 3

P21 = 2 s W2i = 1 7 Wvj < W2i 1

P - 10 W3i = W3i 6

3i - w = 5

P4i = 4 W4i = 2 W4i = 2

An dieser Stelle muß noch erklärt werden, welche Informationen mit den Wvi bit übertragen werden sollen.

An einem Beispiel, das auch bereits in einer Simulation erprobt wurde soll dazu eine Möglichkeit aufgezeigt werden.
Man kann die zu übertragenden Differenzen Dvi in folgender Form darstellen: Dvi = V(2p + C12p-1 + ... +C#2p-# + ... + Cp) V = + 1 (Vorzeichen) p = O (Exponent) #{0,1} (Mantissenziffer) Damit ist die Rangfolge Vorzeichen, Exponent und Mantisse für die zu übertragende Information gegeben. Gemäß dieser Rangfolge werden die 3 Größen bei der Vergabe der zur Verfügung stehenden bits berücksichtigt. Ist nur 1 bit vorhanden, dann wird nur das Vorzeichen und damit gleichzeitig die kleinstmögliche Differenz übertragen. Der Exponent benötigt bei einer Länge der Betragsdifferenz von z. B. 11 bit maximal 4 bit. Stehen noch weitere bits zur Verfügung, so werden damit die C# übertragen.
Die im Beispiel vorgenommenen Operationen können nacheinander z. B. von einem Schaltwerk durchgeführt werden. Eine andere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, die Zuordnung zwischen Kanalpriorität und Wortlänge einer in einem Festwertspeicher abgelegten Tabelle zu entnehmen.

Für ein einfaches Beispiel zweier Prioritätsklassen (1 und 2), dreier Signalquellen und einer Rahmenkapazität von B = 12 bit könnte die Tabelle entsprechend einer linearen Aufteilung folgendermaßen aussehen:

Speicher- Wortlängen
adresse = in bit für
Prioritäts- Quelle Nr.
klassen der
Quelle Nr.
123 123
111 444
112 336
1 2 1 3 6 3
122 255
211 633
212 525
221 552
222 444

Dabei bilden die Zahlenkombinationen aller möglichen Prioritätsklassen (hier 1 und 2) auf soviel Stellen, wie Quellen vorhanden sind (hier 3), die Speicheradresse. In der dazugehörigen Speicherzelle steht die entsprechend ihrer Priorität zugeteilte Wortlänge für jede Quelle.

Weichen die mittleren Ausgangsleistungen der Quellen stark voneinander ab, so muß' die unterschiedliche Aussteuerung für die Bitaufteilung berücksichtigt werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß #Dvi# als Prioritätskriterium durch das Verhältnis von #Dvi# zur mittleren Signalleistung der Y-ten Quelle ersetzt wird.Man kann dadurch vermeiden,daß z.B. schwach ausgesteuerte Telefonkanäle bei der Übertragung benachteiligt werden. In diesem Fall muß der Wortlängendecodierer in der Weise geändert werden, daß das Verhältnis #Dvi# zur mittleren Signalleistung als Prioritätskriterium herangezogen wird.
Eine zweite Modifikation, welche weniger Aufwand auf der Sendeseite vor der Übertragung, dafür aber mehr Speicheraufwand benötigt, teilt den Übertragungsbedarf aufgrund der Vorhersage jedem Eingang ohne Rücksicht auf die Summe B der gesamten Codewortlängen zu und verwendet vor der Übertragung einen Pufferspeicher zum Ausgleich der schwankenden Datenrate. Dieser Pufferspeicher wäre im Multiplexbetrieb wesentlich kleiner als bei einem Einzelkanal, da durch die Multiplexbildung von vornherein eine Ausmittelung stattfindet. Er wäre außerdem deswegen kleiner als beim Verfahren der Run-Length-Übertragung mit Pufferspeichern, da die Längen WV der einzelnen Teilworte für die Amplitudendifferenzen dem Empfänger nicht mitgeteilt zu werden brauchen, sie sind ihm aus der Vorhersage bekannt. Die volle Übertragungskapazität steht also zur Übertragung der Amplitudenänderung zur Verfügung.
Die erste Modifikation ist wohl am ehesten für die Sprachübertragung geeignet, wo die Geräte für den Zuteilungsalgorithmus genügend Zeit zu dessen Abwicklung haben. Die zweite Modifikation mit Pufferspeicher kommt für die Bildübertragung infrage, da sie weniger zeitraubende Vorbereitungsschritte benötigt.
Im Zusammenhang mit den genannten beiden Modifikationen sei erwähnt, daß sich weitere Modifikationen denken lassen. Man könnte z.B. das Multiplexsignal auch aus dem Signal einer einzelnen Quelle in an sich bekannter Weise dadurch gewinnen, daß man einen Speicher bestimmter Länge vorsieht, der mit den Signalwerten seriell gefüllt wird und parallel an mehreren Stellen, aber mit reduziertem akt,ausgelesen wird.
Andere Modifikationen kommen durch Kombinationen mit dem MPZ-Verfahren zustande, z.B. dadurch, daß man bei konstanter Wortlänge die für die Einzeiquelle verfügbare Kapazität den zwei, drei oder mehr Eingängen mit der größten vorhergesagten Differenz zuteilt und die zu einem bestimmten Zeitpunkt unberücksichtigt gebliebenen Werte nach dem Prinzip der Anciennität zu den folgenden Abtastzeitpunkten mit fest vereinbarten Prioritätssteigerungen an der Verteilung teilhaben läßt.
Eine weitere Modifikation ist die, für die Übertragung anstelle der Differenzen die codierten Absolutwerte der Signale der einzelnen Quellen vorzusehen wie bei der Pulscodemodulation (PCM). Ein Prädiktor im Sender und im Empfänger ist nach der Art eines digitalen Filters aufzubauen und wiederum die Länge der für die Übertragung der einzelnen Signalquellen vorzusehenden Worte festzulegen. Eine Einsparung kommt dadurch zustande, daß in Sprachpausen bzw.
bei stimmlosen Lauten die höherwertigen Stellen im POM-Code den Wert 0 aufweisen und ohne Informationsverlust eliminiert werden könnten.
Die PCM-Übertragung hat den Vorteil, daß im Lauf der Übertragung über den Kanal auftretende Fehler nicht im Empfänger aufsummiert werden wie bei der Differenzübertragung, sondern nur für die Dauer ihres Verbleibs im Prädiktor einen Fehler in der Vorhersage verursachen. Auch werden Sender und Empfänger wegen des Wegfalls verschiedener Summationsglieder einfacher werden. Ein Nachteil ist, daß mehr Übertragungskapazität pro Signalquelle für die PCM-Übertragung vorgesehen werden muß.
Die Bestimmung der Wortlänge ist anstatt für nur einen Abtastzeitpunkt ebenso für einen Block von mehreren denkbar.
Dies hat den Vorteil, daß sich die Geschwindigkeit der für den Aufteilungsalgorithmus eingesetzten Schaltungen herabsetzen läßt. Aus Untersuchungen über adaptive Verfahren für eine Signalquelle ist bekannt, daß es Signalverläufe gibt, in denen eine blockweise anstelle der momentanen Adaption zulässig ist.
Auf zwei Fälle ist noch hinzuweisen, daß nämlich auf den Beginn einer Übertragung, wo es noch keine Werte für die Vorhersage gibt und den Fall, daß die für die Übertragung vorhergesagte Differenz = 0 wird. Es werden dann alle folgenden vom Empfänger aufgrund einer Differenzvorhersage erwarteten Werte ebenfalls = 0.
Der Fall des Beginns läßt sich leicht beantworten: Man arbeitet so lange mit einer gleichmäßigen Aufteilung, bis sich aufgrund der im Verteilungsalgorithmus vorgesehenen Klassen signifikante Unterschiede ergeben. Der Fall der Differenz O läßt sich so lösen, daß - wie aus Formel (7) hervorgeht , man etwas vom theoretischen Optimum abweicht und stets mindestens 1 bit für die Differenzübertragung vorsieht. Auch ist denkbar, daß man in bestimmten Zeitabständen Stichproben in absoluter Form überträgt.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß dem Verfahren aufgrund der heute starken Bestrebungen zur Einsparung von Ubertragungskanälen bei der Sprachübertragung über Satelliten seinerseits und der Einsparung von Bandbreite bei der geplanten Übertragung von Bildfernsprechsignalen andererseits eine große Bedeutung zukommt. Neu daran ist die Heranziehung der Vorhersage für die ungleichmäßige Aufteilung der Übertragungskapazität eines bestimmten Übertragungsmediums auf eine Anzahl von Signalquellen nach signalabhängigen Kriterien, die sowohl dem Sender wie dem Empfänger bekannt sind. Bisher wurde lediglich die wahrscheinlichste Größe des nächsten Abtastwertes bzw. auch die Länge des Runs bei einem Schwarzweiß-Verfahren innerhalb eines einzelnen Kanals mit Hilfe der Vorhersage ermittelt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Digitales Zeitmultiplexverfahren für die Übertragung oder Speicherung von Signalen, insbesondere von Sprache und Bildern, d a d u r c h gekennzeichnet daß die für mindestens einen Abtastzeitpunkt zur Verfügung stehende Übertragungs- oder Speicherkapazität unter den einzelnen Signalquellen mit variabler Wortlänge nach Maßgabe des in der Vergangenheit zurückliegenden Signalverlaufs mit Hilfe Prädiktionssohaltugen (11 und P2)aufgeteilt wird und zwar derart, daß für große absolute oder relative Differenzbeträge der Amplitudenwerte der zu übertragenden Signale entsprechend größere Wortlängen vorgesehen werden und die Worte, die den einzelnen Signalquellen zugeordnet sind, zur Übertragung der codierten Differenz zum geschätzten Wert (DPCM-Übertragung) oder des codierten Absolutwertes des Signals (PCM-Übertragung) verwendet werden.

2. Verfahren nach anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Summe der variablen Wortlängen für jeden Abtastwert gleich groß ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wortlänge nach Maßgabe des voraussichtlich zu übertragenden Differenzbetrages bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e nn ei e L c hn e t daß die Wortlänge nach Maßgabe einer bezogenen Differenz bestimmt wird, wobei der Bezug entweder auf den Abtastwert eines oder mehrerer gemittelter, in der Vergangenheit zurückliegender Abtastwerte oder auf die mittlere Signalleistung über einen größeren vergangenen Zeitabschnitt erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek ennz ei ohne t daß eine Kombination mit dem Verfahren der Differenz-PCM für jede einzelne Signalquelle und deren Übertragung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ei e i c h n e t daß eine Kombination mit dem Verfahren der PCM für jede einzelne Signalquelle und deren Übertragung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Festlegung der Wortlänge für jeden Abtastwert bzw. eine begrenzte Zahl von Abtastwerten, d.h. blockweise von neuem erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n 2, e i c h n e t , daß zum Zweck der Vereinfachung des Zuteilalgorithmus für die Wortlänge eine beschränkte Zahl von Prioritätsklassen gebildet wird, aufgrund deren die Zuteilung vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der unregelmäßige Datenfluß, der durch eine Vereinfachung des Zuteilalgorithmus für die Wortlänge zustande kommt, wenn die Summe der Wortlängen für die einzelnen Signalquellen verschieden groß ist, durch einen Pufferspeicher ausgeglichen wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wortlängendecodierer (WED) der Prädiktionsschaltungen(P1 und P2)zur Aufteilung der Übertragungskapazität aus Festwertspelchern bestehen.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 6 a d u r c h g e k e n n 2, e i c h n e t , (WLD) daß die Wortlängendecodierer/der Prädiktionsachaltungen (P1 und P2) zur Aufteilung der Übertragungskapazität aus Schaltwerken bestehen.