DE3103406A1 - Verfahren zur uebertragung digitalisierter tonsignale in der horizontal-austastluecke eines videosignals - Google Patents

Description

• Verfahren zur Sbertragung digitaler Tonsignale in der
• horizontalen Austastlücke des Videosignals Anwendungsgebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ubertragung digital codierter Tonsignale in der horizontalen Austastlücke des Videosignals.
• Zweck Derartige Verfahren für das Fernsehbild begleitende Tonsignale haben den Zweck, ohne zusätzliche (n) Träger eine ttbertragung der zum Bild gehörenden Tonsignale zu ermöglichen. Dadurch kann bei gleicher Bandbreite und Sendeleistung für das Fernsehsignal ein größerer Störabstand erzielt, oder bei gleicher Bandbreite und konstantem Störabstand eine bis zu 4 dB geringere Sendeleistung verwendet werden. Das letztere Merkmal ist insbesondere für Fernsehrundfunksatelliten von Bedeutung.
• Aber auch für die Richtfunktechnik ist die Frequenzbandersparnis durch Verzicht auf einen speziellen Torträger von Bedeutung.
• Stand der Technik In den Rundfunktechnischen Mitteilungen Jahrgang 24 (1980) H. 1, S. 26 bis 30 ist ein Verfahren beschrieben, das dem vorstehend erläuterten Zweck dient. Bei diesem Verfahren wird der Synchronimpuls des Videosignals von 4,7 auf 1,2 verkürzt, während die Lage des Farbsynchronsignals (Bursts) unverändert beibehalten wird. In jeder horizontalen Austastlücke werden insgesamt 48 bit, herrührend von zwei codierten Tonkanälen, übertragen. 32 bit stehen vor, 16 bit hinter dem Farbsynchronsignal auf der hinteren Schwarzschulter.
• Die 48 bit setzen sich wie folgt zusammen: 2 Startbits 44 bit für die codierten Tonsignale (4 x 11 bil 2 bit für den Fehlerschutz.
• Die Signale zweier Tonkanäle werden mit der doppelten Zeilenfrequenz (2 x 15,625 kHz = 31,25 kHz) abgetastet; jede Abtastprobe wird nach dem im CCIR-Grünbuch 1978, Volume XII, Seite 154, Spalte 3 beschriebenen Verfahren in 11 bit codiert. In einer Austastlücke sind die codierten Signale zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte von zwei Tonkanälen, also (2 x 11 bit) x 2 untergebracht. Die Bitrate je Tonkanal beträgt (ohne die genannten Startbits) 359,375 kbit/s. Fig. 1 zeigt den Signalverlauf huber der Zeit der horizontalen Austastlücke.
• Kritik des Standes der Technik Bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahren zur Übertragung der Tonsignale in codierter Form in der horizontalen Austastlücke des Videosignals bis zum Endteilnehmer entsteht folgendes Problem: Die Abtastfrequenz von 31,25 kHz stimmt nicht mit den 32 kHz überein, die für die digitale Tonsignalübertragung allgemein angestrebt werden. Auch in den Tonstudios der Rundfunkanstalten ist mit einem Wert von 32 kHz zu rechnen.
• Die Koppelung der Abtastfrequenz mit der Zeilenfrequenz des Videosignals würde darüber hinaus Studio-, tlbertragungs-und Empfängertechnik verkomplizieren. Andererseits läßt sich nur mit einer festen Phasenbeziehung der bei der Abtastung entstehenden Bitfolgefrequenz zur Zeilenfrequenz eine gleichbleibende Anzahl Bit in der Horizontal-Austastlücke unterbringen.
• Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ubertragung codierter Tonsignale in der horizontalen Austastlücke des Videosignals anzugeben, bei dem eine in keiner Weise mit der Zeilenfrequenz korrelierte Abtastfrequenz verwendet wird.
• Lösung Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Erzielbare Vorteile Die Erfindung bietet als Hauptvorteil die Möglichkeit, die allgemein bei Post- und Rundfunkverwaltungen vorgesehene Abtastfrequenz für Tonsignale von 32 kHz bei völliger Entkopplung von der Zeilenfrequenz bei der oben genannten Ubertragungsart zu verwenden. Ein weiterer Vorteil ist die Anwendbarkeit eines nachfolgend beschriebenen, von der EBU vorgesehenen Kompanders bei der Digitalisierung der Tonsignale.
• Beschreibung Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der bereits erwähnten Fig. 1 und der Fig. 2 näher erläutert.
• Beim Ausführungsbeispiel wird von einem sog. "near-instantaneous compandor ausgegangen, der eine Verringerung der Anzahl der Bits je Abtastwert von 14 auf 10 erlaubt.
• Ein entsprechendes Codierschema ist im EBU-Dokument GT C2 54 vom 05.06.1978 beschrieben. Es benötigt einschließlich des Schutzes gegen Bitfehler je hochwertigem monophonischen Tonkanal eine Bitrate von 338 kbit/s, wenn man als Abtastfrequenz 32 kHz ansetzt.
• Nach der Fig. 2 wird davon ausgegangen, daß nach Abtastung eines analogen Tonsignals mit 32 kHz und Codierung der Polge der Abtastwerte unter Verwendung eines (Quasi-) Momentanwertkompanders ein Bitfluß mit der Taktfrequenz f1 entsteht, der in keiner festen Phasenbeziehung zur Zeilenfrequenz fz des Videosignals steht. Durch Hinzufügen eines Differenzflusses X<t1 zu 1 entsteht ein Bitfluß 02 = 1 +» 0 dessen Folgefrequenz f2 nunmehr in einer festen Phasenbeziehung zu fZ steht, wobei f2tfz eine ganze Zahl n und gleich der Anzahl der Bit ist, die in einer horizontalen Austastlücke zu übertragen sind. Der Bitfluß 2 ist nach Fig. 2 in Pulsrahmen zu b bit eingeteilt.
• Bei der Positiv-Taktanpassungstechnik ist der Pulsrahmen in Fig. 2 von vornherein so konzipiert, daß die für die Aufnahme von Informationen vorgesehenen Zeitlagen bei jeder Schwankung des Abtasttaktes ausreichen. Das heißt, es stehen für die zu übertragenden Informationen mehr Plätze im Pulsrahmen zur Verfügung als notwendig. Um den Pulsrahmen auszufüllen, wird an der Stelle des Pulsrahmens bei Bedarf ein Leerbit eingefügt.
• Dieser Pulsrahmen besteht aus den Abschnitten k, s, st und u. Der erste Block mit k bit dient der Rahmensynchronisierung auf der Empfangsseite. Die s bit des zweiten Blocks werden zu Signalisierung der Tatsache an den Empfänger verwendet, ob an der Bit-Stelle st ein Leerbit, oder ein Informationsbit aus dem Bitfluß steht. Durch die Möglichkeit, daß an der Stelle st entweder ein Leerbit, oder ein Informationsbit aus 1 gesendet werden kann, wird die Taktanpassung des Taktes f1 an den Takt f2 durchgeführt. Der letzte Block mit u bit ist ausschließlich durch Informationsbits des Flusses belegt.
• Derartige Verfahren der positiven Taktanpassung sind bekannt und beispielsweise in den Nachrichtentechnischen Fachberichten Nr. 42 (1972), S. 235 bis 244, beschrieben worden. Neu ist jedoch die Anwendung bei der Einfügung digitaler Tonsignale in die horizontale Austastlücke des Videosignals.
• Die Anzahl k der Bit für die Rahmensynchronisierung ist so zu wählen, daß eine möglichst kurze Aufsynchronisierzeit erreicht wird. Für die Signalisierung der Taktanpassung zur Empfangsseite reicht theoretisch s = 1 bit aus. Doch sollten im Interesse einer größeren Sicherheit gegen auf dem obertragungsweg entstehende Bitfehler mehr als 1 bit verwendet werden.
• Schließlich ist noch ein Faktor a zu definieren, der angibt, in welchem Maße die Bit-Stelle st mit Informationsbits aus 1 belegt ist.
• Der nach der Taktanpassung, für die die Schaltungstechnik bekannt ist, entstehende Bitstrom 2 wird mit seiner Taktfrequenz f2 in einen Speicher ein - und mit einer sehr viel höheren Frequenz in Paketen zu n = f2/fz bit aus diesem ausgelesen. Die Pakete werden, wie in Fig. 1 dargestellt1 auf der hinteren Schwarzschulter vor und hinter dem Farbsynchronsignal (Burst) plaziert.
• Ein spezielles Ausführungsbeispiel für zwei Tonkanäle, deren Signale mit 32 kHz abgetastet und mit dem von der EBU vorgesehenen Verfahren codiert wurden, habe folgende Zahlenwerte: 1 = 2 x 338 kbit/s = 676 kbit/s b = 1024 bit k = 12 bit s = 5 bit st - 1 bit u = 1006 bit a = 0,871272 bit 2 = 687,5 kbit/s Die Anzahl der Bit je horizontaler Austastlücke beträgt f2 687,5 kHz n = fz = 15,625 kHz = 44.
• Hierzu kommen ggf. noch ein oder zwei Startbits. Die mittlere Taktanpassungsfrequenz fT, mit der Leerbits an der Stelle st in den Bitstrom eingefügt werden, ist fT = f2 . 1 - a = 86,43 Hz Dieser Wert ändert sich entsprechend den Schwankungen der Takte f1 und f2 im Rahmen ihrer Toleranzen. Nimmt man man als Summe dieser Toleranzen + 50 . 10 an, so erhält man f = + 34,4 Hz.
• Eine vorteilhafte Weiterführung der Erfindung ist darin zu sehen, daß nicht alle Bits des Blockes k der Rahmensynchronisierung dienen, sondern einige beispielsweise für die Signalisierung bestimmter Betriebszustände verwendet werden.
• Das Verfahren der Erfindung ist im Prinzip nicht auf die im Stand der Technik beschriebenen Tonübertragungsverfahren in der Horizontal-Austastlücke beschränkt, sondern z. B. auch auf Verfahren anwendbar, bei denen in der Horizontal-Austastlücke anstelle des Synchron- und Farbsynchronsignals ein Block von 88 Bit übertragen wird, der neben der digitalen Toninformation das Synchron-und Farbsynchronsignal kodiert enthält (EBU-Document V 3 MUX 4 Dez. 1979).

Claims (3)

1. (3) Patentansprüche 0 Verfahren zur Übertragung digitalisierter Tonsignale in der Horizontal-Austastlücke eines Videosignals, deren Bitfluß in einer festen Phasenbeziehung zur Zeilenfrequenz fz stehen muß, da durch gekennzeichnet, a) daß die Digitalisierung des Tonsignals aus Gründen einer für digitale Hörfunk- und Fernsehtonübertragung einheitlichen Studio-, Übertragungs- und Empfängertechnik zunächst mit der von der Zeilenfrequenz unabhängigen, international vorgesehenen Abtastfrequenz f1 = 32 kHz erfolgt, b) daß der entstehende Bitfluß #1 danach durch an sich bekanntes Hinzufügen eines die Synchronisier- und Taktanpassungsinformation und das Gaktanpassungsbit für ein Positiv-Taktanpassungsverfahren enthaltenden Differenzflusses ##<<#1 auf einen Bitfluß #2 vergrößert wird, c) dessen Bitfolgefrequenz f2 schließlich in der erforderlichen Phasenbeziehung zur Zeilenfrequenz f G = n steht. (n = Anzahl der in der Horizontal-Austastlücke zu übertragenden Bit) (Fig. 2).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung von zwei Tonsignalen in der Horizontal-Austastlücke mit einem Bitfluß #1 von 2 x 338 kbit/s = 676 kbit/s der um 12 Synchronisierbit k, 5 bit zur Signalisierung der Taktanpassung s und um ein Taktanpassungabit st von 1 006 bit/Rahmen auf 1 024 bit/Rahmen vergrößerte Bitfluß 2 687,5 kbit/s f2 687,5 mit n = = = 44 bit in der horizontalen Ausfz 15,625 tastlücke beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den 12 Synchronisierbits einige für die Signalisierung bestimmter Betriebszustände abgezweigt werden.