DE2616379C2

DE2616379C2 - Verfahren zur Übertragung von numerischen Signalen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2616379C2
Application number: DE2616379A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Saint-Michel-en-Greve Jolivet; Francois-Xavier Perros Guirec Stouls
Original assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Current assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Priority date: 1975-04-18
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2616379A1; SE7604333L; IT1058356B; FR2308259B1; DD124269A5; FR2308259A1; SE415221B; BG34915A3; US4049910A; CH609509A5; SU650528A3; GB1550421A; PL115493B1

Description

a) der gleich langen Worte sukzessive nach Maßgabe der Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens in jeweils möglichst kurze binäre Worte (entsprechend ihrem Inhalt) umgesetzt werden,

b) Synchronsignale der Frequenz F_p = HE/N erzeugt werden,

c) die unterschiedlich langen binären Worte gemäß Merkmal a) und die Synchronsignale gemäß Merkmal b) miteinander multiplexiert und dieses Multiplexsignal-Gemisch elastisch gespeichert und

d) der Speicherinhalt mit der Übertragungsfrequenz //Tgesendet wird, und

e) empfängerseitig das Multiplexsignal mit der Frequenz /fTelastisch gespeichert,

f) die Synchronsignale aus dem Multiplexsignal herausgesiebt und

g) die Worte unterschiedlicher Wortlänge wieder in entsprechende Worte gleicher Länge umgesetzt (und wiedergegeben) werden,

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dadurch gekennzeichnet, daß

h) senderseitig dem dortigen Multiplexer zusätzlich die Abweichung der (Wort-)Abtastfrequenz HE von einer an die Übertragungsfrequenz HT gebundenen Frequenz eingegeben wird, und

i) empfangsseitig aus der Abweichung (siehe Merkmal h) und der an die Übertragungsfrequenz HTgebundenen Frequenz die (ursprünglich senderseitige) Abtastfrequenz HE wiedergewonnen wird und

j) mittels dieser wiedergewonnenen Abtastfrequenz als Auslesetaktgeber der empfängerseitige — elastische — Speicher ausgelesen wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergewinnung der Abweichung der Abtastfrequenz HE von der an die Übertragungsfrequenz HT gebundenen Frequenz durch Auswertung der Synchronsignale gesteuert wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, bei der senderseitig ein Code-Umwandler zur Umwandlung von mit einer Abtastfrequenz HE anfallenden, gleichlangen binären Worten in Worte von je nach ihrer Auftrittswahrscheinlichkeit variabler Länge, sowie ein Generator zur Erzeugung von Synchronsignalen der Frequenz Fp = HE/N über eine Vorrichtung zum multiplexieren der vom Cod-Umwandler abgegebenen Worte mit den Synchronsignalen mit einem elastischen Speicher verbunden sind und bei der empfängerseitig ein mit dem senderseitigen Speicher verbundener, elastischer Speicher angeordnet ist, wobei das Auslesen aus dem senderseitigen Speicher, sowie das Einlesen in den empfängerseitigen Speicher mit der Übertragungsfrequenz HT erfolgt, und an den Ausgang des empfängerseitigen Speichers eine Vorrichtung zum Erkennen und Aussieben der Synchronsignale, sowie eine Decodiervorrichtung zur Umsetzung der Worte variabler Länge in Worte gleicher Länge angeschlossen sind, gekennzeichnet durch eine senderseitig angeordnete Vorrichtung (6) zur Erzeugung eines Signals für die Abweichung der Abtastfrequenz HE von einer an die Übertragungsfrequenz HP gebundenen Frequenz, welche mit dem Multiplexer 4 verbunden ist und einen empfängerseitig angeordneten, steuerbaren Oszillator (11) als Auslesetaktgeber für den empfängerseitigen Speicher (8), sowie eine Vorrichtung (10) zur Erkennung des Signals für die Abweichung, weiche von der Vorrichtung (9) zum Erkennen und Aussieben der Synchronsignale angesteuert und mit einer Vorrichtung (14) zur Wiedergewinnung der Abtastfrequenz HE aus dem Signal für die Abweichung und der an die Übertragungsfrequenz HT gebundenen Frequenz verbunden ist, die ihrerseits den Oszillator (11) ansteuert

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Code-Umwandler (2) ein die gleichlangen Worte abgebender DPCM-Codierer (1) vorgeschaltet ist und ein steuerbarer Umschalter (3) vorhanden ist, dessen Ausgänge an den Multiplexer (4) angeschlossen sind, während einer seiner Eingänge mit dem Code-Umwandler (2) und ein anderer Eingang mit dem DPCM-Codierer (1) verbunden ist und einem Ansteuereingang vom senderseitigen Speicher (7) ein vom Beladungszustand des Speichers (7) abhängiges Steuersignal zugeführt wird, wobei der Umschalter (3) so ausgebildet ist, daß er auf die vom DPCM-Codierer (1) abgegebenen Signale umschaltet, wenn die Beladung des Speichers (7) unterhalb eines unteren Schwellwertes liegt oder die mittlere Länge der Worte variabler Länge größer ist als die Länge der gleichlangen Worte, und daß er die Wortübertragung ganz unterbricht, wenn die Beladung des Speichers (7) oberhalb eines oberen Schwellwertes liegt, wobei vom Umschalter (3) dem Multplexer (4) eine zusätzliche, den jeweiligen Schaltzustand des Umschalters (3) charakterisierende Information TR zugeführt wird, und empfängerseitig die Vorrichtung (10) zur Erkennung des Signals für die Abweichung so ausgebildet ist, daß sie diese Information TR erkennt und der Decodiervorrichtung (13) zuführt.

50 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Übertragung von numerischen Signalen, die senderseitig in Form von Serien zu je N gleich langen binären Worten unterschiedlichen Inhalts mit der (Wort-)Abtastfrequenz HE anfallen und in dieser Form empfängerseitig wiedergegeben werden.

Es handelt sich dabei insbesondere um ein Verfahren zur Übertragung von numerischen Signalen, die besondere statistische Charakteristika aufweisen, wie Videosignale, beispielsweise Visiophonsignale.

Die Übertragung von codierten Signalen auf numerischen Kanälen erfolgt gewöhnlich in der Weise, daß man jeden Abtastwert durch ein Wort charakterisiert, das eine feste Anzahl von Binärelementen enthält. Wenn jedoch die zu übertragenen Wörter spezielle statistische Charakteristika aufweisen, kann man die gleiche Information mit einer geringen numerischen

Kapazität bzw. Leistung übertragen, indem man eine Codierung veränderlicher bzw. unterschiedlicher Länge verwendet, wobei das Wort umso weniger Binärelemente aufweist, je wahrscheinlicher sein Auftreten ist

Das Prinzip der Codierung von Wö-iern unterschiedlicher Länge ist bereits bekannt Eine Methode zur Ausführung einer Informationsverdichtung gemäß einer Asynchroncodierung ist beispielsweise in einem von R. F. Ric & J. R. Plaunt veröffentlichten Artikel »Adaptative variable-length conding for efficient compression of spacecraft televison data« in I.E.E.E. Trans, on Communication Technology Band COM 19, Nr. 6, vom 6. Dezember 1971 Teil 1, beschrieben.

Ein derartiges Codierungsprinzip ist insbesondere bei Videosignalen anwendbar. Ein Videosignal resultiert aus '⁵ der zeilenweisen Abtastung eines Bildes, wobei jede Zeile eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten bzw. Bildelementen enthält Wenn man das Videosignal abtastet und wenn man die Sprünge oder Unterschiede zwischen den Amplituden von zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten betrachtet, stellt man fest, daß die geringeren Sprünge, die geringen Leuchtdichteschwankungen entsprechen, bei weitem wahrscheinlicher sind als größere Sprünge, die starken Leuchtdichteschwankungen entsprechen. Indem man eine DPCM-Codierung für das analoge Videosignal anwendet, erhält man demzufolge Signale, auf die vorteilhafterweise eine Docierung mit unterschiedlicher Länge angewandt werden kann.

Ein weiteres Beispiel einer Asynchroncodierung wird durch ein bekanntes Verfahren geliefert, bei dem man Informationen nur dann überträgt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, beispielsweise das Überschreiten eines Schwellwertes bzw. einer Schwelle. Ein derartiges Verfahren ist von J. C. Candy, M. A. Franke,³⁵ B.G. Haskell und F.W. Mounts unter dem Titel »Transmittung Television as Clusters of Frame Differences« in Bell System Technical Journal, Vol. 50, No. 6, Seiten 1889 bis 1919, vom Juli 1971 beschrieben.

Um bei konstanter numerischer Übertragung eine Synchronübertragung von Asynchronsignalen zu gewährleisten, ist es unbedingt notwendig, einen »elastischen« Pufferspeicher an der Sendeseite und einen weiteren »elastischen« Pufferspeicher an der Empfangsseite vorzusehen, um die Leistung zu regulieren, und zwar deshalb, weil die in den Speicher der Sendeseite eingelesenen Wörter eine variable bzw. unterschiedliche Anzahl von Binärelementen enthalten. Die Übertragungsfrequenz ist dabei unabhängig von der Ursprungsfrequenz, mit der die Wörter in den Speicher der ^⁰ Sendeseite eingelesen worden sind. Daher ist es unerläßlich, diese Ursprungsfrequenz auf der Empfangsseite wiederzugewinnen, und zwar einerseiu um ein Signal, welches demjenigen der Sendeseite identisch ist, wiederherzustellen, und andererseits um die Synchroni- ^a5 sation zwischen den beiden Pufferspeichern zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches die Wiedergewinnung bzw. die Zurückbildung der Ursprungsfrequenz ermöglicht, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Patentanspruch 2 beschrieben.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 2 ist Gegenstand von Patentanspruch 3.

Wenn das zu übertragende Signal statistische Werte aufweist die stark von statistischen Mittelwerten abweichen, kann es zu einer Unterladung oder Überladung des elastischen Speichers der Sendeseite kommen. Um einen Ausgleich der Beladung dieses Speichers zu erlangen ist es vorteilhaft wenn die Einrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 4 aufweist

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben, die ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Übertragungssystemes darstellt

Das in der Zeichnung dargestellte und im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Übertragung eines Visiophonsignales, das durch eine zeilenweise Abtastung des Bildes erhalten wird, wobei das Signal bei jeder Zeile das Videosignal selbst und eine dem Strahlrücklauf entsprechende Löschung (Dunkeltastung) umfaßt Man verwendet den Zeitraum der Löschung, um ein Synchronsignal zu übertragen. Eine Zeile umfaßt beispielsweise 256 Bildpunkte bzw. Bildelemente, von denen 216 dem Videosignal und 18 dem Synchronsignal zugeordnet sind.

Das Visiophonsignal wird in Aualogform dem DPCM-Codierer 1 zugeführt Der Codierer 1 codiert nicht die Abtastwert-Amplituden, sondern die Differenzen zwischen den Amplituden von zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten, und der Codierer 1 liefert Wörter aus drei Binärelementen, wobei jedes Wort einem Bildpunkt im Takt der Abtastfrequenz HE entspricht, die eine Frequenz von 2,048 MHz aufweist. Die Kapazität des Codierers 1 beträgt somit 3 · 2,048 = 6,144 Megabit/sec.

Der Code-Umwandler 2 transformiert die von dem Codierer 1 gelieferten und drei Binärelemente enthaltenden Wörter in Wörter, die eine variable Anzahl von Elementen zwischen 1 und 8 enthalten. Die Länge des von dem Code-Umwandler 2 gelieferten Wortes ist eine Funktion der Wahrscheinlichkeit des Auftretens des von dem Codierer 1 gelieferten Wortes, wobei die wahrscheinlichsten Wörter den kürzesten Wörtern (mit 1 oder 2 Elementen) am Ausgang des Code-Umwandlers entsprechen. Es ist verständlich, daß im Falle eines Videosignales nicht alle Signale die gleiche Erscheinungswahrscheinlichkeit haben, da geringere Sprünge, die geringen Leuchtdichteschwankungen entsprechen, viel häufiger sind als größere Sprünge, die stärkeren Schwankungen entsprechen. Der Code-Umwandler 2 liefert beispielsweise Signale von der Form 0,01,011,... 01111111, wobei jede »0« dem Anfang eines Wortes entspricht. Der Code-Umwandler 2 liefert die Wörter im Takt der Abtastfrequenz HE, so daß demzufolge die Übertragungsrate zwischen 2,048 Mb/s und 8 · 2,048 Mb/s liegen kann.

Die von dem Code-Umwandler herrührenden Wörter werden über einen steuerbaren Umschalter 3 und einen Multiplexer 4 in einen elastischen Speicher 7 eingegeben. Der elastische Speicher 7 ermöglicht in Verbindung mit dem Umschalter eine Regulierung bzw. einen Ausgleich der Übertragungsrate bzw. -leistung, die, wie oben erwähnt, am Ausgang des Code-Umwandlers 2 sehr unregelmäßig ist. Der Umschalter 3 besitzt einen direkt an den Codierer 1 angeschlossenen Eingang und kann außerdem während einer Zeile eine Unterbrechung der Übertragung bewirken. Der Umschalter 3

wird von einem Signal gesteuert, das repräsentativ für die Beladung des elastischen Speichers 7 ist.

Die mittlere numerische Leistung am Ausgang des Speichers 7 hat eine Größenordnung von zwei Binärelementen je Wort. Wenn jedoch der Speicher unterbeladen ist, was die Gefahr von Auslesefehlern mit sich bringt, überträgt der Umschalter 3 die von dem Codierer 1 herrührenden und drei Elemente aufweisenden Wörter und nicht die vom Code-Umwandler 2 kommenden Wörter. Man benutzt gleichfalls die von dem Codierer 1 von einer Zeile abgeleiteten Wörter, wenn der mittlere Wortumfang auf der vorangegangenen Zeile über drei Binärelementen je Wort liegt. Wenn der Speicher 7 überladen ist, unterbricht der Umschalter

3 die Übertragung während einer Zeile, wobei diese Unterbrechung im Empfangsteil die Wiederholung der vorhergehenden Zeile bewirkt.

Der Umschalter 3 liefert weiterhin an den Multiplexer

4 eine Information TR, die für die von ihr bewirkte Selektion charakteristisch ist. Um die Information 77? zu definieren, wären zwei Binärelemente ausreichend, da drei Fälle auftreten können, aber man verdreifacht jedes dieser Elemente, um im Empfangsteile eine bevorzugte Gleichrichtung bzw. Demodulation zu ermöglichen. Die Information TR umfaßt demzufolge sechs Binärelemente.

Der Multplexer 4 empfängt gleichfalls die Synchronwörter, die von einem Generator 5 im Takt der Abtastfrequenz HE geliefert werden. Das Synchronwort wird durch eine pseudozufällige Folge von 15 Binärelementen gebildet und wird von dem Generator 5 einmal je Zeile geliefert, wenn die Vorderflanke des in dem ankommenden Signaies enthaltenen Synchronsignales erscheint.

Der Multiplexer 4 fügt die Information TR zusammen mit dem von dem Generator 5 gelieferten Synchronwortes ein, das während des Zeitraumes der Dunkeltastung des ankommenden Signales vorliegt. Das Multiplexsignal wird in den elastischen Speicher 7 mit einer von der Abtastfrequenz HE bestimmten Wort- to Übertragungsrate der Wörter eingegeben, und die Information wird von dem Speicher 7 in einen weiteren elastischen Speicher 8 im Takt der Übertragungsfrequenz f/reingegeben, der von dem Übertragungskanal abhängt. Da die Länge der Wörter infolge der Code-Umwandlung variabel bzw. veränderlich ist, ist die Übertragungsfrequenz //runabhängig von der Abtastfrequenz HE, und es ist notwendig, diese Abtastfrequenz im Empfangsteil wiederzugewinnen, um das Signal wiederherzustellen und um den Schreibvorgang in den Speicher 7 und das Auslesen aus dem Speicher S zu synchronisieren.

Aus diesem Grund empfängt der Multiplexer 4 eine Information d, die für die Abweichung der Abtastfrequenz HF gegenüber einer Frequenz charakteristisch ist, die an die Übertragungsfrequenz HT gebunden ist, beispielsweise k. HT. Diese Information wird von einem Frequenzvergleicher 6 geliefert, und der Faktor k ist so gewählt, daß die Differenz während einer Zeile zwischen HE und k. HT sich durch ein Binärelement ausdrucken läßt Diese Information wird von dem Multiplexer 4 zusammen mit der von dem Umschalter 3 gelieferten Selektionsinformation TR eingefügt

Im Empfangsteil wird das Signal in dem Speicher 8 im Takt der Abtastfrequenz HE gelesen, die in der im folgenden beschriebenen Weise durch einen zugeordneten Oszillator 11 wiedergewonnen worden ist Danach überprüft ein Synchronisationsdetektor 9 eine Synchronisationssequenz, indem er die Anzahl der Koinzidenzen zwischen den empfangenen Binärelementen und dem gespeicherten Synchronwort bestimmt.

Die Wiedergewinnung der Abtastfrequenz HE findet in der folgenden Weise statt:

Die Abweichungsinformation d wird zuerst in den Speicher 8 mit der natürlichen Frequenz FN des Oszillators 11 gelesen und dann, ebenso wie die Selektionsinformation TR in dem Detektor 10 erfaßt, und zwar nach Erkennung des Synchronwortes in dem Detektor 9, der das Signal S abgibt.

Die Information D wird im Takt der Frequenz FN in einen Pufferspeicher 14 eingegeben und mit der von dem Oszillator 11 abgegebenen Frequenz Fp ausgelesen, die der Frequenz der Zeüenaussendung entspricht. Entsprechend dem Wert der Abweichung d wird ein Impuls bei der gespeicherten Frequenz k. HT unterdrückt, wobei k den obengenannten Wert hat, oder k. HTb\eibl unverändert. Das erhaltene Signal wirkt auf den Oszillator 11 ein, der an seinem Eingang eine Phasenschleife hat, die von einem nicht dargestellten Phasenvergleicher und einem ebenfalls nicht dargestellten Tiefpaßfilter gebildet ist, um die Sprünge bzw. Übergänge im Moment der Impulsunterdrückungen zu eliminieren, und man steuert auf diese Weise den Oszillator auf die Abtastfrequenz HE.

Die Erkennung des Synchronwortes erfolgt mittels einer Verriegelungseinrichtung 12. Der Synchronisationsdetektor untersucht die erste Gruppe, die die gleiche Anzahl von Binärelementen enthält wie ein Wort, das mit dem Synchronwort identisch ist. Im speziellen Fall der vorliegenden Erfindung kann man für die Wörter unterschiedlicher Länge nicht mehr die Anzahl der Taktimpulse zählen, um die Synchronisationssequenz wiederzuerkennen, und es ist daher erforderlich, das empfangene Signal zu decodieren, um die Synchronisation zu erhalten. Man überprüft die Synchronisation im Inneren eines Fensters, das durch die Verriegelungseinrichtung definiert ist, die eine Zeitachse enthält, die auf Null zurückgestellt wird, wenn der Detektor 9 an die Verriegelungseinrichtung 12 das Signal S abgibt, das der Auswertung entspricht Die ausgewählte Breite des Fensters ist ein Kompromiß zwischen einem schmalen Fenster, welches unterbindet, flasche Synchronisationen aus dem Signal auszuwerten, und einem breiten Fenster, welches verhindert, daß eventuelle Fehler in einem Wortrahmen eine Synchronisation nicht zustande kommen lassen.

Wenn das System nicht verriegelt ist untersucht man die erste Gruppe, die dem Synchronwort 8 im Detektor S identisch ist, man richtet die Informationen der Code-Umwandlung und der Abweichung im Detektor 10 gleich, und man decodiert die sich ergebenden Binärelemente in einem Decodierer 13 gemäß der abgeleiteten Code-Umwandlung.

Wenn man danach ein Synchronwort in dem erwarteten Bereich wiederfindet, indem man einen Fehler eines Binärelementes in diesem Wort toleriert, um den Einfluß der Fehler der numerischen Übertragung auf ein Minimum herabzusetzen, rastet das System ein. Die Synchronisation kann im Gegensatz dazu als verloren angesehen werden, wenn man das Synchronwort nicht mehr im Inneren des Fensters wiederfindet und daher nicht mehr die die Code-Umwandlung betreffende Information wiederfinden kann. Die Synchronisation ist eine Funktion des Erkennens des Synchronwortes und der erwarteten Position des Synchron wortes. Es gibt daher bei der Übertragung von

Wörtern veränderlicher bzw. unterschiedlicher Länge zwei Arten zulässiger Fehler entsprechend der Erhaltung der Synchronisation. Um den Einfluß von Übertragungsfehler auf ein Minimum herabzusetzen, da ein Fehler eine Verschiebung eines Wortes mit sich bringen könnte, toleriert man eine Schwankung bzw. Abweichung von vier Wörtern mehr oder weniger bezogen auf die erwartete Position der Synchronisation.

Das beschriebene Übertragungsverfahren, das bei Auftreten von Übertragungsfehlern untersucht worden ist, bleibt bei Fehlerraten bis zu 5 — 10~⁴ benutzbar.

Der Decodierer 13 liefert Binärelemente mit einer Übertragungsrate von drei Binärelementen je Wort bei

einer Frequenz von 2,048 MHz im Fall eines Visiophonsignales, wobei die Worte in Differentialform codiert sind (DPCM).

Das Verfahren ist für den Fall eines Visiophonsignales beschrieben, bei dem ein Wort durch drei Binärelemente repräsentiert ist. Es wurde eine Anwendung dieses Verfahrens im Fall der Übertragung eines Televisionssignales durch eine Code mit veränderlicher Wortlänge realisiert. Die Erfindung kann auch auf dem Gebiet der Telephonie, im Fall von PCM-Signalen oder, allgemein bei jedem System angewandt werden, bei dem die Informationsquantität zwischen zwei Synchronwörtern nicht konstant ist.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung von numerischen Signalen, die senderseitig in Form von Serien zu je N gleich langen binären Worten unterschiedlichen Inhalts mit der (Wort-)Abtastfrequenz HE anfallen und in dieser Form empfängerseitig wiedergegeben werden, wobei senderseitig