DE2431037C3

DE2431037C3 -

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Publication number: DE2431037C3
Application number: DE19742431037
Authority: DE
Inventors: Heinz L. Dipl.-Ing.; Seitzer Dieter Prof. Dr.-Ing.; Woitowitz Roland Dipl.-Ing.; 8520 Erlangen Gerhäuser
Original assignee: Digitales Zeitmultiplexverfahren für die Übertragung oder Speicherung von Signalen, Insbesondere Sprache und Bildern Standard Elektrik Lorenz AG, 7000 Stuttgart
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1977-04-28

Description

der Runs ab. Der Ausgleich erfolgt durch einen Pufferspeicher.

Ein anderes Verfahren für Schwart-Weiß-Bilder mit nur zwei Helligkeitsstufen benutzt die Vorhersage in vertikaler und horizontaler Richtung, um die Länge eines nachfolgenden Runs für die Übertragung 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 Übertragungsbedarf besteht

Das ist bei der Telefonübertragung in Sprachpausen der Fall, bei der Übertragung von Schwarz-Weiß-Bildern (Schrift, Strichzeichnungen), wenn eine weiße Fläche abgetastet wird, oder bei der üifferenzübertragung in den Fällen, wo die Differenz zum vorausgesagten Wert gleich Null ist. Die Einsparung erfolgt dann dadurch, daß einer Anzahl von N Quellen nur π Übertragungskanäle (N > n) zur Verfügung gestellt werden. Verfahren dieser Art sind Multiple).verfahren und unter den Bezeichnungen TASI, SPEC, MPZ bekanntgeworden.

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 an Hand der Sprachübertragung beschrieben werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Vorteile sollen hauptsächlich im Vergleich zu dem bisher wirkungsvollsten Verfahren vom Multiplex-Typ, dem M PZ-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 η 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 Prioritätszuteilung nach Maßgabe der Größe der Differenz getroffen. Ist z. B. im einfachen Fall N — 4 und π = 1, so kann immer nur ein Wort pro Abtastzeitpunkt übertragen werden. Die Abtastwerte der anderen aktiven Quellen werden unterdrückt. 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 Reduklionsfaktor bestimmt.

Außer dem entstehenden Störgeräusch ist ein weiterer Nachteil des MPZ-Verfahrcns, 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 /V ist und je kleiner die zu übertragende Differenz bei einer entsprechend guten Vorhersage des niichsten Wertes wird. Bei N = 16 Quellen und einer Differenzübertra gung mit 5=15 Stufen, ist die Adresse gleich groß wie die Differenz. Auf Grund einer rechnerischen Abschätzung ist es möglich, mit N = 32 und η = 8 eine hinreichende Qualität zu erreichen. Bei PCM-Übertragung beträgt die Datenrate 32 · 8 kHz · 8 bi; = 2,048 · 10⁶ bit pro Sekunde, beim M PZ-Verfahren

8 8 kHz · 9 bit = 0,576 ■ 10« bit pro Sekunde. Von

ίο den 9 bit benötigt man 5 bit für die Adresse und 4 bit für die Amplitude.

Der Datenreduktionsfaktor beträgt also

R =

Ohne die Adressenübertragung väre er

— O

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 Bedarfszuteilung mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand, da ein großer Teil des Schaltungsaufwandes für alle Eingänge gemeinsam ist und der DPCM-Codierer nicht mi· umschaltbarer Kennlinie aufgebaut werden muß.

Die Verbesserung kommt erfindungsgemäß dadurch zustande, daß die für mindestens einen Abtastzeitpunkt zur Verfugung stehende Übertragungs- 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 Steilen 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-Vcrfahren zusätzlich zur Adressenübertragung noch diejenige von Markierungsinformation nut wendig.

Die Grundidee ist, den Verlauf des Sign.Vis vor dem /ν-- Sendung anstehenden Abtastwert zur Vorhersage der bei der Übertragung notwendigen Codewortlänge heranzuziehen. Es soll also die Prädiktion nicht nur wie bei der DPCM zur Vorhersage des nächsten Amplitudenwertes, sondern auch zur Aufteilung de: 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 Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Sie zeigt N Eingänge E\ bis Eyv.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 Wortlängendecodierer WLD, außerdem die Addierer ADi und AD 2. Allen Eingängen gemeinsam ist der Multiplexer M vor dem Übertragungskanal K. Zu jedem der N Ausgänge A\ bis /4/v gehört ein Wortexpander WE, ein Wortlängendecodierer WLD, ein Prädiktor P, eine Verzögerungseinrichtung V für das Abtastintervall T sowie zwei Addierer ADi und AD2. Allen Ausgängen gemeinsam ist der Demultiplexer D hinter dem Übertragungskanal K. Soll zum Beispiel, wie aus der Zeichnung hervorgeht, der Wert O₁, der Signalquelle 1 zum Abtastzeitpunkt i übertragen werden, so dient der im Prädiktor aus einem oder mehreren zeitlich früher liegenden komprimierten Worten geschätzte Wert D\* im Wortlängendecodierer zur Bestimmung der Anzahl der binären Stellen Wm, die dem Wort Dm zugeteilt werden. Der Wortkompressor codiert das Wort Du in ein Wort D\, mit der vorgeschriebenen Länge Wu, wie noch näher zu erklären sein wird, um und leitet es dem Multiplexer zu, der dieses mit den entsprechend codierten Worten der übrigen Signalqueilen 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\_h Er decodiert das Wort D\, auf die volle Wortlänge. Diese Information wird dem Prädiktor zugeführt.

Im Empfänger wird an Hand des ebenfalls vorliegenden geschätzten Wertes Du* im Wortlängendecodierer die zu D'u gehörende Wortlänge ermittelt, im Demultiplexer dem Rahmen entnommen und im Wortexpander auf die volle Wortlänge gebracht Wegen der festen Reihenfolge der übertragenen Worte im Pxahmen kann wie bei einem reinen Zeitmultiplexverfahren die Adressierung vermieden werden. Es ist einzusehen, daß darüber hinaus 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 Übertragung 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 IDv₁I ein sinnvolles Kriterium für die Bestimmung der Wortlänge. Um das Störgeräusch klein zu halten, müssen große I Dv,l mit mehr Stellen (größere Wortlänge) übertragen werden als kleinere II

Sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangssei te 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 Dv₁' 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 Signalqueilen konstant und

2. der Betrag der geschätzten Differenz IDv*I als Kriterium für die Wortlängenaufteilung genommen wird.

Die Wortlängen für die zu übertragenen Signale W\„ W₂* .... Wvi, ..., Wsi müssen folgende Bedingungen erfüllen: _N

Σ W»i: = B H)

Min(W._f) = 1

(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).

Pu-

P_xi, 11. 13.

M\

M = Zahl der Prioritätsklassen.
D* wird durch Prädikation ermittelt.

Für große P₁, müssen auch die Wortlängen der zi übertragenden Signale groß gewählt werden, um kleine Störgeräusche zu erhalten. Andererseits gestatter kleine P„, die Übertragung geringer Wortlängen füi

gleiches Störgeräusch.

W« = F₂(P₁, P,,.... P.v,) (3)

Als Beispiel sei eine lineare Aufteilung angegeben:

W'_v, = nächste kleinere ganze Zahl von
' -^P* B

Ist bei dieser Aufteilung

> S. dann werden die kleinsten
W_vj erniedrigt

: ß. dann werden die größten
W_v, erhöht, so daß die
Beziehung (1) gilt

Zahlenbeispiel zum Abtastzeitpunkt;':

4 Kanäle:/V = 4ä 12bit(lin.quantisiert) B = 12 bit (Reduktionsfaktor = 4) 11 Prioritätsklassen: M = 11

Ermittlung der Kanalpriorität: P,„. = X für2^IK-" g D* < 2^K

(X = 1,2 11)

P_v, = 1 furD* = 0

führt werden. Eine andere Realisierungsmöglichkei besteht darin, die Zuordnung zwischen Kanalprioritä und Wortlänge einer in einem Festwertspeiche abgelegten Tabelle zu entnehmen.

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

Speicheradresse = Prioritäts- Wortlängen in bii für klassen der Quelle Nr. Quelle Nr.

12 3 12 3

W₁, = 3

= 1 = 1

Pu =

Pu Pz,

p_3i

P₁, = 6

P-, i = 2

P₃, = ^lü

P₁, = 4

= 3 = 3 = 9

= 11

W₁, = 3

IJ/ __ N

U/ = 1

W₂, =	3	W₁,	₌ 3
W₃, =	3	*W₂,* W₃,	1 = 6
W₄,- =	3
W₁, =	2
W₂, =	2
W₃, =	2
W₄, =	6
W₁, =	3
W₂, =	: 3
W₃, =	: 3
W₄, =	: 3

< 12 =

1 1 1

1 1 2

1 2 1

1 2 2

2 1 1 2 1 2

2 2 1

2 2 2

An dieser Stelle muß noch erklärt werden, welche Informationen mit den IV_n-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 üben, agenden Differenzen D_n in folgender Form darstellen:

D_x, = V(2^P + C₁2'-¹ + ■ · · + C, l^p" +--- + C₁,)

V = ± ι (Vorzeichen)

ρ 2; Q (Exponent)

C, ι {0.1} (Mantissenziffer)

Damit ist die Rangfolge Vorzeichen, Exponent und Mantisse für die zu fibertragende Information gegeben. Gemäß dieser Rangfolge werden die 3 Größen bei der Vergabe der zur Verfugung 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 maxima] 4 bit Stehen noch weitere bits zur Verfügung, so werden damit die Ck übertragen.

Die im Beispiel vorgenommenen Opeiftionen können nacheinander z. B. von einem Schaltwerk durchge-

4 4 4 3 3 6

3 6 3 2 5 5 6 3 3

5 2 5 5 5 2

4 4 4

Dabei bilden die Zahlenkombinationen aller mögli chen Prioritätsklassen (hier 1 und 2) auf so viel Steller wie Quellen vorhanden sind (hier 3), die Speicheradres se. In der dazugehörigen Speicherzelle steht dii entsprechend ihrer Priorität zugeteilte Wortlänge fü jede Quelle.

Weichen die mittleren Ausgangsleistungen de Quellen stark voneinander ab, &» muß die unterschiedli ehe Aussteuerung für die Bitaufteilung berücksichtig werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß I D_nI al:

Prioritätskriterium durch das Verhältnis von I D_n-I zu: mittleren Signalleistung der v-ten Quelle ersetzt wird Man kann dadurch vermeiden, daß z. B. schwaci ausgesteuerte Telefonkanäle bei der Übertragunj benachteiligt werden. In diesem Fall muß der Wortlän gendecodierer in der Weise geändert werden, daß da: Verhältnis ID_nI zur mittleren Signalleistung al: Prioritätskriterium herangezogen wird.

Eine zweite Modifikation, welche weniger Aufwanc auf der Sendeseite vor der Übertragung, dafür abe mehr Speicheraufwand benötigt teilt den Übertra gungsbedarf auf Grund der Vorhersage jedem Einganj ohne Rücksicht auf die Summe B der gesamtei Codewortlängen zu und verwendet vor der Übertra gung einen Pufferspeicher zum Ausgleich der schwan kenden Datenrate. Dieser Pufferspeicher wäre in Multiplexbetrieb wesentlich kleiner als bei einen Einzelkanal da durch die Multiplexbildung von vornher ein eine Ausmittelung stattfindet Er wäre außerden deswegen kleiner als beim Verfahren der Run-Length Übertragung mit Pufferspeichern, da die Längen W_r dei einzelnen Teilworte für die Amplitudendifferenzen den Empfänger nicht mitgeteilt zu werden brauchen, sie sine ihm aus der Vorhersage bekannt Die volle Übertra gungskapazität steht also zur Übertragung der Amplitu denänderung zur Verfügung.

Die erste Modifikation ist wohl am ehesten für di< Sprachübertragung geeignet, wo die Geräte für dei Zuteilungsalgorithmus genügend Zeit zu dessen Ab wicklung haben. Die zweite Modifikation mit Puffer speicher kommt für die Bildübertragung in Frage, da si< weniger zeitraubende Vorbereitungsschritte benötigt

Im Zusammenhang mit den genannten beidei Modifikationen sei erwähnt, daß sich weitere Modifika

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tionen denken lassen. Man könnte z. B. cias 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 Takt, ausgelesen wird. Andere Modifikationen kommen durch Kombinationen mit dem M PZ-Verfahren zustande, z. B. dadruch, daß man bei konstanter Wortlänge die für die Einzelquelle verfügbare Kapazität den zwei, drei oder to 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 Abtastzeiten mit fest vereinbarten Prioritätssteigerungen an der Verteilung teilhaben läßt

Eine weitere Modifikation ist die, für die Übertragung an Stelle 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 PCM-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 Aufteüungsalgorithmus eingesetzten Schaltungen herabsetzen läßt. A'js Untersuchungen über adaptive Verfahren für eine Signalquc!- Ie ist bekannt, daß es Signalverläufe gibt, in denen eine blockweise an Stelle 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 auf Grund einer Differenzvorhersage erwarteten Werte ebenfalls = 0.

Der Fall des Beginns läßt sich leicht beantworten: Man arbeitet so lange mit einer gleichmäßigen Aufteilung, bis sich auf Grund der im Verteilungsalgorithmus vorgesehenen Klassen signifikante Unterschiede ergeben. Der Fall der Differenz 0 läßt sich so lösen, daß — wie aus Formel (7) hervorgeht — man etwas vom theoretischen Optimum abweicht und stets mindestens 1 bit für die Differenzübc-tragung vorsieht Auch ist denkbar, daß man in bestimmten Zeitabständen Stichproben in absoluter Form überträgt

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß dem Verfahren auf Grund der heute starken Bestrebungen zur Einsparung von Übertragungskanälen bei der Sprachübertragung über Satelliten einerseits und der Einspa rung von Bandbreite bei der geplanten Übertragung von Bildfernsprechsignalen andererseits eine große Bedeutung zukommt Neu daran ist die Heranziehung der Vorhersage für die ungleichmäßige Aufteilung dei Übertragungskapazität eines bestimmten Übertra gungsmediums auf eine Anzahl von Signalquellen nach signalunabhängigen Kriterien, die sowohl dem Sendei wie dem Empfänger bekannt sind. Bisher wurde lediglich die wahrscheinlichste Größe des nächster Abtastwertes bzw. auch die Länge des Runs bei einen Schwarz-Weiß-Verfahren innerhalb eines einzelner Kanals mit Hilfe der Vorhersage ermittelt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Digitales Zeitmultiplexverfahren für die Übertragung oder Speicherung von Signalen, insbesondere von Sprache und Bildern, dadurch gekennzeichnet, daß die für mindestens einen Abtastzeitpunkt zur Verfügung stehende Übertragungsoder Speicherkapazität unter den einzelnen Signalquellen mit variabler Wortlänge nach Maßgabe des in der Vergangenheit zurückliegenden Signalverlaufs mit Hilfe von Prädiktionsschaltungen (P 1 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 SÜgnalquellen zugeordnet sind, zur Übertragung der codierten Differenz zum geschätzten Wert (DPC M-Übertragung) verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der variablen Wortlängen für jeden Abtastwert gleich groß ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wortlänge nach Maßgabe des voraussichtlich zu übertragenden Differenzbetrages bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß eine Kombination mit dem Verfahren der Differenz-PCM für jede einzelne Signalquelle und eieren Übertragung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination mit dem Verfahren der PCM für jede einzelne Signalquelle und deren Übertragung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Wortlänge für jeden Abtastwert bzw. eine begrenzte Zahl von Abtastwerten, d. h. blockweise;, vcn neuem erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Vereinfachung des Ziiteilalgorithmus für die Wortlänge eine beschränkte Zahl von Prioritätsklassen gebildet wird, auf Grund deren die Zuteilung vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der um egelmäßige Datenfluß. Jer durch eine Vereinfachung de;; 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Wortlängendecodierer (WLD)der Prädiktior.sschaltungen (PX und P2) zur Aufteilung der Übertragungskapazität aus Festwertspeichern bestehen.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wortlängendekodierer (WLD)der Prädiktionsschaltungen (PX und P2) zur Aufteilung der Übertragungskapazität aus Schaltwerken bestehen.

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. B. von Sprache oder Bildern herrühren, erfolgt mehr und mehr in digitaler Form. Eine weit verbreitete Art der Codierung hierbei ist die sog. Pulscodemodulation.

Insbesondere zur Einsparung von teuren Übertragungseinrichtungen in einem Fernmeldenetz wie z. 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 bekanntgeworden, mit denen sich Reduktionsverfahren von 2 bis etwa 8 erreichen lassen, d. h. an Stelle von 8 bit für eine Stichprobe werden nur 4 bit oder weniger übertragen. Ein solches Verfahren ist z. B. die sog. Differenz-PCM (DPCM)₁ welche nur die Differenz aufeinanderfolgender Abtastwerte und nicht die Werte selbst ( = S?.ichproben) überträgt. Man benutzt dabei die Tatsache, daß sich der zeitlich folgende Wert mit einiger Sicherheit voraussagen läßt, wenn man den vorausgehenden Wert kennt. Die einfachste Form der Voraussage is» die, den nachfolgenden 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 Abtasiwerte mit heranzieht. Übertragen wird dann immer nur die Differenz zum vorausgesagten Wert. Damit läßt sich eine Einsparung von 2 bis. 3 bit cr.'.ielen.

Weitere Einsparungen sind möglich, wenn man die Tatsache ausnutzt, daß kleine Differenzen häufiger sind als große und daß man deswegen die größeren Differenzen mi: gröberer Stufung übertragen kann, ohne daß die Abweichung von der wahren Differenz als schwerwiegendes Störgeräusch in Erscheinung 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 Lange 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 Datenratc von der Häufigkeit