DE3100472A1 - Pruefgeraet und verfahren zur ueberwachung digitaler signale - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft die digitale übertragung und Empfang von Information, sie bezieht sich insbesondere auf ein Testgerät für digitale Übertragung und Empfang.

Die digitale Übertragung bzw. Empfang von Information erhält insbesondere beim Fernsehen zunehmende Bedeutung. Dies ist z.B. dort der Fall, wo Information in digitaler Form während der Teilbild-Austastzeit eines herkömmlichen Videosignals übertragen wird. Dieses Verfahren wird als Teletext bezeichnet und wird zur Zeit in verschiedenen Ländern betrieben.

Die anhängige ÜK-Patentanmeldung 19 609/77 betrifft ein Gerät, das zum Testen von Dekodern einen einstellbaren Störungsgrad einem Datensignal einer Teletextübertragung verleihen kann. Obwohl das Gerät unter gewissen Umständen auch eingesetzt werden kann, um die Qualität eines Teletext-Signals unbekannter Qualität zu prüfen, so ist dies doch nicht sein primärer Verwendungs zweck.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gerät anzugeben, die die Qualität eines Teletext-Signals unbekannter Qualität genau messen kann. Das

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erfindungsgemäße Gerät soll ferner nach einem digitalen Konzept aufgebaut sein und daher eine automatische Überwachung für Kontrollzwecke ermöglichen, auch, wenn ein Operator nicht anwesend ist. Durch Hinzufügung von nachrichtentechnischen oder Fernmeß ' -Einrichtungen kann das Gerät daher von einer zentralen Station ohne Handbetätigung betrieben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät gelöst, welches ein digitales Signal dadurch überwacht, daß ein Teil des Signal 9 digital gespeichert wird, und daß das gespeicherte Signal analysiert wird.

Bevorzugt wird ein Mikroprozessor verwendet, um das Gerät zu steuern, und um den gespeicherten Teil des Datensignals hinsichtlich einer Anzahl verschiedener Parameter zu testen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein englisches Teletext-Format; Fig. 2 einen Teil des Datensignals;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Geräts;

Fig. 4 ein weiteres Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Geräts, welches die Steuerpfade zeigt; und

Fig. 5 die Frontplatte des Geräts gemäß

den Fig. 3 und 4, mit einer Drucktaste zur Wahl der zu überwachenden Parameter, und mit Drehrädern zur

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Bestimmung der Leitung, die überwacht werden soll.

Die Teletext-Übertragung in England wird z.B. bei 7/8 Megabyte/See, von 8 Bitwörtern ausgeführt, wodurch tatsächlich eine Datenbit-Frequenz von etwa 7 Megabits /See. (6,9375 MHz) erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Gerät tastet den digitalen Signalverlauf mit einer Frequenz ab, der ein ganzzahliges Vielfaches der Datenbit-Frequenz ist, bevorzugt liegt die Abtastfrequenz über dem Nyquist-Wert, so daß nach dem Abtasten die ursprüngliche Kurvenform genau rekonstruiert werden kann. So wurde z.B. im vorliegenden Fall eine Abtastfrequenz gewählt, die gleich dem dreifachen Wert der Datenbit-Frequenz ist, d.h. etwa 3x7 MHz beträgt und somit ungefähr 21 Mega—Abtastpunkte pro Sekunde zur Folge hat. Verwendet werden bevorzugt 8 Bitwörter für die Abtastamplitude, um eine ausreichende Genauigkeit zu verwirklichen.

Der Figur 1 läßt sich entnehmen, daß die digitale Information in Bündeln oder Paketen übertragen wird, wobei jedes Paket durch die normalen Zeilen-Synchronisationsimpulse markiert ist. Der Figur 2 läßt sich entnehmen, daß das empfangene Datensignal eher einem analogen Signal als einer Gruppe von Rechteckimpulsen entspricht, wenn jedoch ein spezieller Begrenzungspegel gewählt wird, kann das Signal in ein Digitalsignal umgewandelt werden. Das erfindungsgemäße Gerät tastet das empfangene Datensignal mit etwa 21 MHz ab und speichert die abgetasteten Amplitudenwerte.

Es ist ein Merkmal des Teletext-Verfahrens, daß nicht alle verfügbaren Perioden eines Fernsehsignals

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mit Daten ausgefüllt werden, und das Gerät muß daher die Zeilensynchronisationsimpulse zählen, um die richtigen Abschnitte des Fernsehsignals zu identifizieren und abzutasten. Bevorzugt wird auf beiden Seiten des interessierenden Datensignals ein Teil des Fernsehsignals ebenfalls abgetastet und gespeichert, um sicherzustellen, daß die volle Videozeile einschließlich der Sync -Impulse übertragen wurde.

Gemäß dem Blockschaltbild der Figuren 3 und 4 wird ein Videoeingangssignal einem Sync. -Impuls-Separationskreis 10 und einer vom Separationskreis 10 gesteuerten Klemmschaltung 11 zugeführt. Die Klemmschaltung ist mit einem 5,5 MHz-Tiefpaß-Videofilter 14versehen, um das Frequenzband des empfangenen Signals zu begrenzen, der Ausgang der Klemmschaltung wird über einen Video-Wechselschalter 12 einem Analog/Digitalwandler 14 zugeführt, der unter der Steuerung eines Abtast-Taktkreises 15 und eines Phasenschieberkreises 16 bei 2O,8 MHz arbeitet. Der Zweck dieser Kreise wird später weiter erläutert. Das Ausgangssignal vom Analog/Digitalwandler 14 stellt ein 8 Bit-Serienwort dar, das in einem Speicher 18 gespeichert wird, der von einem Adressenzähler 18 adressiert wird, welcher von dem Taktkreis 15 oder der Adressierleitung (Adressierbus) eines Mikroprozessors 20 ausgesteuert wird, wobei der Mikroprozessor 20 von einem Taktkreis betrieben wird, der in diesem Fall ein separater Taktkreis 21 ist, da der Mikroprozessor nicht mit 20,8 MHz arbeitet.

Der Mikroprozessor ist so ausgebildet, daß er einen oder mehrere Tests an den im Speicher 17 gespeicherten

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Daten ausführt und das Ergebnis an der Anzeigeeinheit 23 anzeigt.

Es stellt ein Merkmal des Gerätes dar, daß die im Speicher 17 gespeicherten Daten unter der Steuerung des Prozessors 20 ausgelesen und einem Digital/Analogwandler 25 zugeführt werden können, dessen Ausgangssignale über Tiefpaß 26 zurück zu einem anderen Anschluß des Wechselschalters 12, der ebenfalls unter Steuerung des Prozessors 20 arbeitet und folglich zurück zum A/D-Wandler 14_f gegeben werden, um eine weitere Abtastung an Stellen vorzunehmen, die vom Zustand des Phasenschieberkreises 16 abhängen.

Im Speicher 17 wird also eine digitale Darstellung eines Teils des Teletextes gespeichert. Diese digitale Darstellung kann verwendet werden, um das ursprüngliche analoge Datensignal zu rekonstruieren, welches dann erneut an Punkten abgetastet wird, die vom Mikroprozessor als geeignetste Punkte zur überwachung eines bestimmten Parameters ausgewählt werden. Auf diese Weise erhält man schneller zufriedenstellende Ergebnisse als dies mittels digitaler Interpolation durch den Mikroprozessor der Fall wäre; gleichwohl kann eine derartige Interpolation bei der Berechnung gewisser Parameter eingesetzt werden.

Anhand von Figur 4 wird nun die Arbeitsweise des Geräts erläutert. Neben anderen Elementen sind zusätzliche Wechselschalter dargestellt, und die Verbindung zwischen dem Abtast-Taktkreis 15 und dem Adressenzähler 18 ist in Einzelheiten dargestellt und enthält eine durch den Wert 256 teilende Teilerschaltung 18a und einen Wechselschalter 18b. Der

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Phasenschieberkreis 1-6 ist in gebrochenen Linien
dargestellt und enthält eine Phasenschieber-Verriegelungsschaltung 16a, eine durch den Wert 256 teilende Teilerschaltung 16b und einen Wechselschalter 16c.
Die Wechselschalter werden vom Prozessor 20 entweder von einem Ausgangssignal der Datenleitung gesteuert, das einem Schaltersteuer-Verriegelungskreis 30 zugeführt, wobei eine Adressendekodierlogik 31 bestimmt, welches der verschiedenen Elemente zu einem bestimmten Zeitpunkt je nach dem zu überwachenden Parameter Jbetätigt wird, oder die benötigte Funktion wird vom
Prozessor festgelegt.

Es wird nun angenommen, daß ein -bestimmter Parameter überwacht werden soll, und daß die Abtastamplituden der Kurvenform an Stellen vorgenommen werden, welche nicht die besten Ergebnisse geben. Dies kann der Fall sein, da die Abtastfrequenz mit den Daten innerhalb
der Zeitperiode der betrachteten Fernsehzeile nicht
phasensynchronisiert ist.

Der Logikkreis öffnet zuerst den Schalter 33 zwischen der Datenleitung des Prozessors 20 und dem schnellen Speicher 17; er schließt den Wechselschalter 34 am
Ausgang des schnellen Speichers 17; er schließt den
Schalter 35 am Eingang des A/D-Wandlers 25 und betätigt den Adressen-Wechselschalter 37, den Wechselschalter 12 und einen weiteren Wechselschalter 38
zwischen dem A/D-Wandler 14 und dem schnellen
Speicher 17, so daß die im Speicher enthaltene Information vom Adressenzähler 18 ausgelesen, vom Wandler 25 umgewandelt, vom Wandler 14 wieder digitalisiert, und im Speicher 17 gespeichert werden kann.

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Die Zeitsteuerung des Abtastvorgangs wird mit der Adressierung des Speichers 17 durch den Verrxegelungskreis 16a, die durch 256 teilenden Teilerschaltungen 16b und 18a, den Schalter 16c und einen weiteren Schalter 18b zwischen dem Taktkreis 15 und dem Adressenzähler 18 synchronisiert. Die Anordnung ist so getroffen, daß jder Schalter 18b geöffnet wird, um eine Adressierung des Speichers 17 zu verhindern, und daß der Phasenschieber-Verriegelungskreis 16a mit einem Datenwort vom Prozessor 2O beladen wird, welches die Position angibt, die nach Berechnung des Prozessors die geeignetsten Abtaststellen während der A/B-Wandlung ergibt. Der Ausgang des Verriegelungskreises 16a wird verwendet, um den Kreis 16b auf einen bestimmten Zählwert vorzusetzen. Die Adressierung des Speichers zur Auslesung seiner Daten, und die Triggerung des A/D-Wandlers 14 werden also auf diese Weise durch die beiden durch den Weri: 256 teilenden Teilerschaltungen synchronisiert;, und die Zeit, zu der Amplituden abgetastet werden, wird -durch Änderung des Vorsetz-Zustands -des Kreises 16b verändert.

Im vorliegenden Beispiel wird der schnelle Speicher mit einer Frequenz von 20,8 MHz, geteilt durch Ί256, ausgelesen. Die durch die Kreise 16a und 16b eingeführte Phasenverschiebung gestattet es daher, die Abtastposition an eine von 256 Positionen zwischen den existierenden Abtastpunkten zu bewegen. Die Zahl 256 ist bequem, sie kann jedoch je nach der gewünschten Genauigkeit verändert werden. Aus obigem ergibt sich, daß der Speicher 17 mit einer Vielzahl verschiedener Frequenzen, z.B. mit der Frequenz des Taktkreises 15 oder der Frequenz des Mikroprozessors 2O₇ die kleiner ist als diejenige des Taktkreises,

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oder mit der Ausgangsfrequenz der Teilerschaltung 18a adressiert werden kann, wodurch ein Videoausgangssignal einer einzelnen Videozeile gewonnen werden kann, welches eine größere Helligkeit besitzt als dies bisher möglich war. Dies ist in Fig. 5 mit dem Begriff "langsame Video-Abtastung" bezeichnet.

Die Frequenz von 20,8 MHz, geteilt durch 256, wird sowohl zum Auslesen einer einzelnen Videozeile alsauch zur Phasenverschiebung- verwendet, da sich dies in der Praxis als vernünftig erwiesen hat. In einigen Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, die Frequenz für die eine oder die andere der beiden Operationen zu verändern.

Das Gerät läßt sich zusammen mit nachrichtentechnischen Übertragungseinrichtungen im Fernsteuerbetrieb betreiben.

Im folgenden sind diejenigen Parameter aufgelistet, die zur Zeit von dem erfindungsgemäßen Gerät überwacht werden können:

Dekodierintervall,

Basisamplitude,

Datenposition,

Anzahl an Anfangsimpulsen,

Spitzen/Spitzen-Amplitude,

Video-Rauschpegel,

Teletext-Rauschpegel,

Nullpegel-Schnittpunkt-Jitter

Im folgenden wird nun das Verfahren beschrieben, nach dem das erfindungsgemäße Gerät das Dekodierintervall

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(oder Dekodierrand) mißt.

Das Gerät tastet die Zeile 332 und die Stör-Zeile (Default-Zeile) 19 ab. Als Spannungsdifferenz zwischen dem Durchschnitt der Weißpegel-Abtastamplituden und der Schwarzpegel-Abtastamplituden wird eine Balkenamplitude abgeleitet. Die Balkenamplitude wird anschließend zur Normierung des Ergebnisses verwendet. In Abwesenheit eines ITS sei das Signal auf Standardpegel.

Es wird' eine Datenzeile gespeichert. Gespeichert wird die niederste "1" und die höchste "O" an den nominellen Taktpunkten der Datenzeile. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten wird durch (O,66x der ITS-Balkenamplitude) dividiert und angezeigt.

Es wird eine zweite Datenzeile gespeichert. Die niederste "1" ersetzt diejenige der vorausgegangenen Zeile, sofern sie niedriger ist, und die höchste "O" ersetzt diejenige der vorausgegangenen Zeile, sofern sie höher ist. Das Dekodierintervall oder Dekodierrand wird nochmals berechnet und angezeigt.

Der Prozess setzt sich über sechs Datenzeilen fort, und die Endablesung ist das gewünschte "1 in 1000" Dekodierintervall. Dieses Ergebnis wird für die Nachrichtenübertragung oder Fernmessung verwendet.

Sofern die Berechnungsgeschwindigkeiten schnell genug sind, können mehrere Abtastamplituden oder -proben, z.B. 10, pro Datenzeile gespeichert werden, und es werden in einem laufenden Register die zehn schlechtesten ^Il1"-und "O"-Werte gespeichert gehalten, die über eine lange Signalfolge, im vorliegenden Fall

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über 58 Datenzeilen (oder 10.000 Bit) auftreten. Das Endergebnis wird dann aus der Differenz zwischen der zehntschlechtesten "1" und der zehnt-schlechtesten "0" gewonnen.

Ein weiteres Beispiel besteht in der Speicherung der fünftschlechtesten "1" und "0" über 29 Datenzeilen. Wenn mehr als ein Impulswerfc.gespeichert wird, müssen die Zwischenanzeigen, wenn Datenzeilen analysiert werden, in Relation zu der Anzahl der Zeilen definiert werden, die schon einen Beitrag geliefert haben.

Auf alle Fälle verbessert sich die statistische Invarianz des Ergebnisses mit zunehmender Rechengeschwindigkeit und daher mit einer zunehmenden Zahl der Bits, die zu dem "1 in 1000"-Fehler-Kriterium beitragen.

Das erfindungsgemäße Gerät wurde unter Verwendung folgender Geräte aufgebaut:

DAC-Präzisions-Monolith-Schaltkreise: DAC-03 8-Bit

mit 9 Bit Genauigkeit

Filter: 3 2 KHz Tiefpaß mit Gruppenlauf-

zeitkorrektor und Apertur-Korrektur für 82 K Abtastamplituden pro Sekunden. Dieses Filter muß die ursprüngliche Videokurvenform innerhalb der Grenzen wiedergeben, die durch das Quantisierungsrauschen des Analog/Digital-Wandlungsprozesses eingeführt werden.

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Videoschalter:

Siliconix DG 180 muß eine gute Isolation liefern, wenn in Ausstellung,und kleine Störeinflüsse, wenn in EIN-Stellung.

CPU

Intel 8086

16-Bit-Mirkoprozessor mit EPROM und RAM. Läuft durch einen 15 MHz-Kristall.

Der !Prozessor besitzt die Möglichkeit einer 16-Bit-Multiplikation und meiner Division, um die Ergebnisse für die Teletext-Parameter berechnen zu können.

Sync Separator S 221/1

Ein von der IBA ausgelegter Modul.

Klemmschaltung;

S756 von der der IBA ausgelegte Modul. Mit einem 5,5 MHz-Tiefpaß-Videofilter ausgestattet, um das empfangene Signal zu begrenzen.

Energiequelle:

24V Wechselspannung mit 5 V und 10 AAusgang und + 14 V und 2A Ausgang

Anzeige:

Die Frontplatte enthält 5x7 Punkt-Matrix-Anzeigen (Monsanto MAN 2A) mit hebelbetätigbarenSchalter mit rechteckformxgen roten LED-Indikatoren

Elektronik:

INTEL 8741 Peripherie Steuergerät

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Schneller Speicher

2KBytes von Fairchild RAM Typ 93425 APC

von 745161 Zählern und 745158
Multiplexern adressiert. Der
Speicher ist adressierbar^ vom
schnellen Zähler, wenn die Zykluszeit 48 Mikrosekunden beträgt, oder vom CPU und speichert 1,5 Zeilen des Videosignals,

Analog/Digital-Wandler

TRW TDC 1007 J Hochgeschwindigkeits-Analog/Digitalwandler C8-Bit). Minimale maximale Konversions-Frequenz 20 MHz

Nominale maximale Konversions-Frequenz 30 MHz.

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Claims (7)

Independent Broadcasting Authority, 70 Brompton Road, London S.W. 3, England Prüfgerät und Verfahren zur Überwachung digitaler Signale ANSPRÜCHE

1. Prüfgerät zur Überwachung digitaler Signale, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (14, 15, 16), die das ankommende digitale Signal mit einer Frequenz abtastet, welche größer ist als die Bit-Frequenz des ankommenden digitalen Signals, und die am Ausgang die Abtastamplituden kennzeichnende digitale Wörter abgibt, eine Speichereinheit (17}

zur Speicherung der abgegebenen digitalen Wörter, und eine Rechnereinheit (20, 21) zur Berechnung eines Parameter des angekommenen digitalen Signals aus den gespeicherten abgegebenen digitalen Wörtern.

WWR/eo

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I ν, j - 2 -

2· Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (14, 15, 16) mit einer Frequenz über den Nyquistwert arbeitet und eine Wandlereinheit (25) enthält, die mit dem Speicher

(17) verbunden ist und aus den abgegebenen digitalen Wörtern das ankommende digitale Signal wiedergewinnt, und daß Steuereinrichtungen mit der Abtasteinrichtung (14, 15, 16) verbunden sind, die ihrerseits mit der Wandlereinheit (25, 26) verbunden ist und das wiedergewonnene ankommende digitale Signal (digitales Eingangssignal) erneut abtastet, um zusätzliche digitale Wörter abzugeben.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (16) einen Phasenschieber (16) enthalten.

4. Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (16) einen digitalen Zähler enthält, dessen Zählwert die Phasenverschiebung angibt, welche gegenüber einer vorausgegangenen Abtastposition erzielt werden soll.

5. Prüfgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adressiereinheit (18) zur Adressierung des Speichers (17) vorgesehen ist, um die gespeicherten digitalen Wörter mit einer Frequenz auszulesen, die die Gewinnung einer einzigen Videozeile gestattet, und daß ein Digital/Analogwandler (25, 26) vorgesehen ist, um die eine Videozeile zu erzeugen.

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6. Prüfgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (20) einen Mikroprozessor enthält.

7. Verfahren zur Bewachung eines digitalen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß ein ankommendes digitales Signal mit einer Frequenz abgetastet wird, die größer ist als die Bitfolgefrequenz des ankommenden digitalen Signals, daß die Abtastamplituden kennzeichnende digitale Wörter erzeugt und abgegeben werden, daß die digitalen Wörter gespeichert werden, und daß aus den gespeicherten digitalen Wörtern ein Wert eines Parameters des ankommenden digitalen Signals (Eingangssignals) berechnet wird.

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