DE3141927C2 - - Google Patents

Description

A. Hintergrund der Erfindung A(1) Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsanlage mit einem Sender und einem Empfänger zur Übertragung eines Informationssignals, insbesondere eines Videosignals, in einem digitalen Format, das durch Differenz-Pulscode- Modulation (DPCM) erhalten wird. Der Sender dieser Anlage ist mit einer DPCM-Kodieranordnung und der Empfänger mit einer DPCM-Dekodieranordnung versehen.

A(2) Beschreibung des Standes der Technik

In einer DPCM-Kodieranordnung wird von dem Informationssignal ständig ein Prädikationssignal subtrahiert zur Erzeugung eines Differenzsignals, das zunächst quantisiert und daraufhin kodiert wird. Dieses Prädikationssignal ist eine geschätzte Version des Informationssignals. Es wird von dem quantisierten Differenzsignal abgeleitet, das dazu einem integrierten Netzwerk zugeführt wird. Durch das Kodieren wird das quantisierte Differenzsignal in ein DPCM- Signal umgewandelt, das aus einer Folge von Kodeworten besteht, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit f _s , auch als Abtastfrequenz bezeichnet, auftreten. Die inverse Größe 1/f _s wird als Abtastperiode bezeichnet und durch das Symbol T angegeben.

Die von der DPCM-Kodieranordnung erzeugten Kodeworte werden über ein Übertragungsmedium zu der DPCM-Dekodieranordnung übertragen. Dort werden die empfangenen Kodeworte dekodiert, wodurch wieder das quantisierte Differenzsignal erhalten wird. Dies wird nun auch einem integrierenden Netzwerk zugeführt, das dadurch ein Ausgangssignal liefert, dessen Form der des ursprünglichen Informationssignals genau entspricht. Um dies zu erreichen ist dies integrierende Netzwerk der DPCM-Dekodieranordnung auf dieselbe Art und Weise aufgebaut wie das integrierende Netzwerk der DPCM- Kodieranordnung, und die beiden integrierenden Netzwerke haben dieselbe Zeitkonstante.

Das integrierende Netzwerk der DPCM-Dekodieranordnung weist die Eigenschaft auf, daß jedes empfangene Kodewort während eines gewissen Zeitintervalls zur Bildung des Ausgangssignals beiträgt. Dies hat zur Folge, daß, wenn ein Kodewort auf dem Übertragungsweg gestört wird, diese Störung während dieses Zeitintervalls dieses Ausgangssignals beeinträchtigt. Dieses Zeitintervall ist meistens um viele Male länger als die Abtastperiode T und hängt mit der Zeitkonstante des integrierenden Netzwerkes genauestens zusammen. Wenn diese Zeitkonstante unendlich groß ist (in diesem Fall ist von einem idealen Integrator die Rede) wird nach dem Auftritt eines Übertragungsfehlers das Ausgangssignal dieses integrierenden Netzwerkes nie mehr den genauen Wert erhalten. In einem derartigen Fall ist es üblich, die integrierenden Netzwerke der Kodier- und Dekodieranordnung am Ende jeder Fernsehzeile auf einen festen Wert einzustellen.

Je nachdem ob die Zeitkonstante kleiner wird (in diesem Fall ist von einem leckenden Integrator die Rede), wird auch das genannte Zeitintervall kleiner. Eine ständige Verringerung der Zeitkonstante geht jedoch mit einer ständigen Verringerung der Qualität des Fernsehbildes einher. Die höchste Bildqualität wird erhalten, wenn ideale Integratoren verwendet werden. Werden leckende Integratoren gewählt, so wird der Leckfaktor immer ein Kompromiß zwischen der Länge des genannten Zeitintervalls (d. h. der Geschwindigkeit, mit der ein Übertragungsfehler rückgängig gemacht wird) und dem Verlust an Bildqualität sein.

Um nun in einer DPCM-Übertragungsanlage, in dem ideale Integratoren verwendet werden, dennoch zu erhalten, daß der Einfluß eines gestörten Kodewortes in kurzer Zeit rückgängig gemacht wird, ist in dem weiter unten angeführten Bezugsmaterial 1, 2 und 3 vorgeschlagen, in dem Sender zu dem DPCM-Signal ein Fehlerverringerungssignal zu addieren. Dieses Fehlerverringerungssignal wird dabei von einem Fehlerverringerungskreis erzeugt, der eine Quantisieranordnung und in Reihe damit eine Kodieranordnung aufweist. Diesem Fehlerverringerungskreis wird das zu übertragende Informationssignal selbst oder eine geschätzte Version desselben zugeführt.

In dem Empfänger dieser DPCM-Übertragungsanlage wird ein Fehlerverringerungssignal von dem empfangenen Summensignal zur Erzeugung des ursprünglichen DPCM-Signals subtrahiert. Auch dieses in dem Empfänger erzeugte Fehlerverringerungssignal wird von einem Fehlerverringerungskreis erzeugt, der ebenfalls durch eine Quantisieranordnung mit einer damit in Reihe geschalteten Kodieranordnung gebildet wird. Diesem Fehlerverringerungskreis wird ein in der DPCM-Dekodieranordnung erzeugtes Signal zugeführt, das bei einer ungestörten Übertragung möglichst gut dem Fehlerverringerungssignal, das in dem Sender erzeugt wird, entspricht.

B. Zusammenfassung der Erfindung

Die obenstehend beschriebene bekannte Übertragungsanlage wird auch als Hybrid-D-PCM-Übertragungsanlage bezeichnet. Wie aus Fig. 13 aus dem Bezugsmaterial 1 hervorgeht, und wie in dem Bezugsmaterial 2 angegeben, kann jedoch in dieser Übertragungsanlage der Einfluß eines Übertragungsfehlers nicht unter allen Umständen völlig rückgängig gemacht werden, beispielsweise wenn das Informationssignal konstant ist. In diesem Fall gibt es nach wie vor einen Restfehler, dessen Wert maximal der dem betreffenden Informationssignalwert zugeordneten Quantisierungsschrittgröße der Quantisieranordnung entspricht, die in den Fehlerverringerungskreis des Empfängers aufgenommen ist.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, diesen in der Hybrid-D-PCM-Übertragungsanlage auftretenden Restfehler zu verringern.

Nach der Erfindung sind dazu der Sender und der Empfänger der Hybrid-D-PCM-Übertragungsanlage mit den folgenden Mitteln versehen:

• - Mitteln, die mit der Quantisieranordnung in dem Fehlerverringerungskreis verbunden sind, um ein Quantisierungsfehlersignal zu liefern;
• - Mitteln, um dieses Quantisierungsfehlersignal zur Erzeugung eines modifizierten Quantisierungsfehlersignals zu modifizieren;
• - Mitteln, um in dem Sender das modifizierte Quantisierungsfehlersignal zu dem Summensignal zu addieren (bzw. davon zu subtrahieren) zur Erzeugung eines Senderausgangssignals und um in dem Empfänger das modifizierte Quantisierungsfehlersignal von dem empfangenen Senderausgangssignal zu subtrahieren (bzw. zu demselben zu addieren).

C. Bezugsmaterial

1. Hybrid D-PCM for Joint Source/Channel Encoding; Th.M.M. Kremers, MCW van Buul; "Tÿdschrift voor het Nederlands Elektronica- en Radiogenootschap" Teil 44, Nr. 5/6, 1979, Seiten 257-261.

2. Transmission System by Means of Time Quantization and Trivalent Amplitude Quantization; US-Patentschrift Nr. 40 99 122 vom 4. Juli 1978;

3. Hybrid D-PCM, A Combination of PCM and DPCM; M.C.W. van Buul; IEEE Transactions on Communications, Heft COM-26, Nr. 3, März 1978, Seiten 362-368.

4. A Simple High Quality DPCM-codec for Video Telephony Using 8 Mbit per second; G. Bostelmann; Nachrichtentechnische Zeitschrift Bd. 27, März 1974, H. 3, Seiten 115-117.

5. Arithmatic Operations in Digital Computers; R.K. Richards; D. van Nostrand Company, INC 1957, Seite 84.

6. Digital Signal Processing; A.V. Oppenhein, R.W. Schafer; Prentice Hall, INC, 1975, Seiten 409-413.

D. Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt die Hybride D-PCM-Übertragungsanlage, wie dies im Bezugsmaterial 2 beschrieben ist,

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen je ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der bekannten hybriden D-PCM-Übertragungsanlage,

Fig. 3 zeigt die hybride D-PCM-Übertragungsanlage, die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen versehen ist,

Fig. 4 zeigt einige Ausführungsbeispiele des Modifizierkreises, der in der Übertragungsanlage aus Fig. 3 verwendet wird,

Fig. 5a und 5b zeigen je ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Übertragungsanlage nach Fig. 3,

Fig. 6 zeigt die hybride D-PCM-Übertragungsanlage, in der die Erfindung auf eine andere Art und Weise angewandt wird,

Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Übertragungsanlage aus Fig. 6.

E. Beschreibung der Ausführungsbeispiele E(1) Die bekannte hybride D-PCM-Übertragungsanlage

Obschon bekanntlich DPCM-Kodier- und Dekodieranordnungen verschiedenartig ausgebildet werden können, wird die nachfolgende Beschreibung auf die digitale Ausbildung beschränkt.

In Fig. 1 ist bei A ein Ausführungsbeispiel eines Senders der bekannten hybriden D-PCM-Übertragungsanlage dargestellt, das in dem Bezugsmaterial 1, 2 und 3 beschrieben worden ist. Dieser Sender ist mit einer Fernsehkamera 1 mit eingebautem Videoverstärker 2 versehen, der ein analoges Videosignal x(t) liefert. Dieses Videosignal wird einem Analog-Digital-Wandler 3 zugeführt, der das digitale Videosignal x(n) liefert. Dieser Analog-Digital-Wandler 3 wird durch Abtastimpulse gesteuert, die mit einer Periode T auftreten. Das digitale Video-Signal x(n) wird daraufhin einer DPCM-Kodieranordnung 4 zugeführt, die das DPCM-Signal d(n) liefert. Dazu weist diese DPCM-Kodieranordnung einen Differenzerzeuger 5 auf, dem x(n) und ein Prädiktionssignal (n) zugeführt werden, zur Erzeugung eines Differenzsignals e(n) = x(n) - (n). Dieses Differenzsignal wird einer Quantisieranordnung 6 zugeführt, die üblicherweise eine nicht-lineare Quantisierungscharakteristik hat und dieses Differenzsignal in ein quantisiertes Differenzsignal (n) umwandelt. Zum Erzeugen des DPCM-Signals wird dieses quantisierte Differenzsignal (n) einem Kodewandler 7 zugeführt. Auch wird dieses quantisierte Differenzsignal einem integrierenden Netzwerk 8 zugeführt und zwar zur Erzeugung des Prädiktionssignals (n). Dabei wird vorausgesetzt, daß dieses integrierende Netzwerk ein idealer Integrator ist. Dazu enthält dieses integrierende Netzwerk 8 eine Addieranordnung 9, der das quantisierte Differenzsignal (n) sowie das Prädiktionssignal (n) zugeführt werden. Das dadurch erhaltene Summensignal (n), das eine Annäherung von x(n) darstellt, wird einem sogenannten Prädiktionskreis 10 zugeführt, der das Prädiktionssignal (n) liefert. Die einfachste Form dieses Prädiktionskreises 10 ist eine Verzögerungsanordnung mit einer Verzögerungszeit entsprechend einer Abtastperiode T.

Zur Verwirklichung der hybriden DPCM-Übertragungsanlage wird nun in dem dargestellten Ausführungsbeispiel (n) nicht nur dem Differenzerzeuger 5 zugeführt, sondern auch einem Fehlerverringerungskreis 11. Dieser ist mit einer Quantisieranordnung 12 versehen, die das quantisierte Prädiktionssignal (n) liefert, das dem Kodewandler 13 zugeführt wird, der das Fehlerverringerungssignal y(n) liefert. Dieses Fehlerverringerungssignal wird zu dem DPCM-Signal d(n) in der Addieranordnung 4 addiert, und das auf diese Weise erhaltene Summensignal s(n) wird zu dem bei B angegebenen Empfänger übertragen.

Dieser Empfänger ist mit einem Empfängereingang 15′ versehen, an dem die empfangene Version s′(n) des Summensignals s(n) auftritt, die zusammen mit einem Fehlerverringerungssignal y′(n) einem Differenzerzeuger 15 zugeführt werden und zwar zur Erzeugung eines Differenzsignals d′(n) = s′(n) - y′(n), das bei ungestörter Übertragung d(n) entspricht. Dieses Differenzsignal wird einer DPCM-Dekodieranordnung 16 zugeführt und zwar zur Erzeugung des Dekodieranordnungsausgangssignals ′(n), das dem Signal (n) entspricht und an dem DPCM-Dekodieranordnungsausgang 16′ auftritt. Diese DPCM-Dekodieranordnung 16 weist dazu einen Kodewandler 17 auf, dessen Wirkungsweise der des Kodewandlers 7 invers ist und ein Signal ′(n) liefert, das dem quantisierten Differenzsignal (n) entspricht. Dieses Signal ′(n) wird dem integrierenden Netzwerk 18 zugeführt, das auch als idealer Integrator ausgebildet ist und auf dieselbe Art und Weise aufgebaut ist wie das integrierende Netzwerk 8 in dem Sender. So weist auch dieses integrierende Netzwerk 18 eine Addieranordnung 19 auf, der ′(n) und ein Hilfsprädiktionssignal ′(n) zugeführt werden zur Erzeugung des Dekodieranordnungsausgangssignals ′(n). Zur Erzeugung des Hilfsprädiktionssignals ′(n) wird ′(n) dem Hilfsprädiktionskreis 20 zugeführt, der auf dieselbe Art und Weise aufgebaut ist, wie der Prädiktionskreis 10 in dem Sender.

Zur Erzeugung des Fehlerverringerungssignals y′(n) wird ′(n) zugleich dem Fehlerverringerungskreis 21 zugeführt, der wieder mit einer Quantisieranordnung 22 versehen ist, die das quantisierte Hilfsprädiktionssignal ′(n) liefert, das dem quantisierten Prädiktionssignal (n) in dem Sender entspricht. Dieses Signal ′(n) wird weiterhin einem Kodewandler 23 zugeführt, der das Fehlerverringerungssignal y′(n) liefert. Die Quantisieranordnungen 12 und 22 weisen dieselbe Quantisierungscharakteristik auf und die Kodewandler 13 und 23 haben dieselbe Übertragungscharakteristik.

Außer dem Hilfsprädiktionskreis 20 wird (n) einem Digital-Analog-Wandler 24 zugeführt, der das analoge Ausgangssignal x′(t) liefert, das dem analogen Videosignal x(t) in dem Sender entspricht und über ein Tiefpaßfilter 25 und einen Videoverstärker 26 einer Wiedergaberöhre 27 zugeführt wird.

Aus Erfahrung hat es sich herausgestellt, daß die Wirkungsweise dieser bekannten hybriden D-PCM-Übertragungsanalge am besten dadurch verdeutlicht werden kann, daß die Responz dieser Übertragungsanlage auf ein konstantes Videosignal in einem Diagramm angegeben wird. Bevor dazu übergegangen wird, wird in der Übertragungsanlage aus Fig. 1 vorausgesetzt, daß:

• 1. x(n) ein unipolares Videosignal darstellt;
• 2. der Analog-Digital-Wandler 3 uniform ist und daß darin eine Quantisierungsschrittgröße Q₀ benutzt wird;
• 3. s(n), e(n), (n), (n), (n), (n), ′(n), ′(n), ′(n), ′(n) je acht Größenbits aufweisen, so daß:
  0 = x(n), (n), (n), (n), ′(n), ′(n), ′(n) 2⁸ - 1 - 2⁸ + 1 e(n), (n), ′(n) 2⁸ - 1;
• 4. die Quantisieranordnung 6 die im Bezugsmaterial 3 und 4 dargestellte Quantisierkennlinie aufweist (die sogenannte Bostelmann-Quantisierungskennlinie), wobei die kleinste Quantisierungsschrittgröße ebenfalls gleich Q₀ ist;
• 5. die Quantisieranordnungen 12 und 22 je uniform sind mit Quantisierungsschrittgröße Q₂, die sechzehn mal größer ist als Q₀, und daß d(n), d′(n), y(n) und y′(n) je durch vier Größenbits dargestellt werden können, so daß 0 y(n), y′(n) 2⁴ - 1 und -2⁴ + 1 d(n) 2⁴ - 1;
• 6. die Prädiktionskreise 10 und 20 durch je eine Verzögerungsanordnung mit einer Verzögerungszeit entsprechend einer Abtastperiode T gebildet werden.

Um in dem Verhalten dieser Übertragungsanlage eine gute Einsicht zu bekommen, wird zunächst die Situation betrachtet, in der im Sender y(n) nicht zu d(n) addiert wird, und wobei auf entsprechende Weise im Empfänger y′(n) nicht von dem empfangenen DPCM-Signal subtrahiert wird. In diesem Fall handelt es sich um eine konventionelle DPCM- Übertragungsanlage, und dabei gilt dann, daß s(n) = d(n). Es wird nun vorausgesetzt, daß x(n) = 56 für alle Werte von n ist. Dann gilt, daß auch (n) = 56 ist für alle Werte von n, so daß e(n) = (n) = d(n) = s(n) = 0 sind.

Wenn nun auf dem Übertragungsweg kein Übertragungsfehler eingeführt wird, gilt, daß s′(n) = s(n) = 0 und ′(n) = 56 sind. Wenn jedoch für n = n₁ infolge eines Übertragungsfehlers plötzlich gilt, daß s′(n) = 4 ist, ist von diesem Zeitpunkt an auch (n) nicht mehr gleich 56, sondern beispielsweise gleich 82. Dies ist in dem Diagramm nach Fig. 2a dargestellt. Wie aus diesem Diagramm hervorgehen dürfte, verschwindet in einem konventionellen DPCM- Übertragungssystem, in dem ideale Integratoren verwendet werden, der Einfluß eines Übertragungsfehlers auf das Dekodieranordnungsausgangssignal ′(n) nicht.

Wird nun, wie in der hybriden D-PCM-Übertragungsanlage dargestellt, bei dem DPCM-Signal d(n) das Fehlerverringerungssignal y(n) addiert, so wird ein Senderausgangssignal s(n) erhalten, das trotz der Tatsache, daß d(n) = 0 ist, einen von Null abweichenden Wert hat. Insbesondere ist in dem hier betrachteten Fall y(n) = 3 und folglich auch s(n) = 3 für alle Werte von n. Wird nun auf dem Übertragungsweg derselbe Fehler eingeführt wie in dem Falle der Fig. 2a, so wird s′(n₁) = 7. Dadurch, daß nun in dem Empfänger das Signal y′(n) von s′(n) subtrahiert wird, liefert die Dekodieranordnung 16 durch dieses Signal s′(n) das Signal ′(n), dessen Verlauf in dem Diagramm nach Fig. 2b dargestellt ist. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, wird der Einfluß eines Übertragungsfehlers nun stark verringert. Insbesondere wird der Einfluß dieses Übertragungsfehlers nun soweit rückgängig gemacht, bis ′(n) einen Wert hat, der in demjenigen Quantisierungsintervall der Quantisieranordnung 22 liegt, in dem auch (n) liegt. Mit anderen Worten: der zu ′(n) gehörende Wert von y′(n) muß dem zu (n) gehörenden Wert von y(n) entsprechen. In dem betrachteten Beispiel, in dem y(n) = 3 ist, wird der Einfluß des Übertragungsfehlers soweit rückgängig gemacht, daß auch y′(n) = 3 ist. Eine weitere Verringerung des Einflusses der Übertragungsfehler ist nun nicht möglich, so daß es nach wie vor einen Restfehler gibt, der höchstens einem Quantisierungsschritt Q₂ entspricht.

Es sei noch bemerkt, daß in Fig. 2b durch horizontale Linien die Begrenzungen der aufeinanderfolgenden Quantisierungsintervalle der Quantisieranordnung 22 angegeben ist. Vollständigkeitshalber sei bemerkt, daß unter einem Quantisierungsintervall einer Quantisieranordnung die Reihe von Eingangssignalwerten verstanden wird, die alle denselben Ausgangssignalwert ergeben. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel bedeutet dies für die Quantisierungsanordnungen 12 und 22, daß das nullte Quantisierungsintervall die Signalwerte 0 (n), ′(n) < 16 umfaßt. Wenn (n) bzw. ′(n) in diesem nullten Quantisierungsintervall lieft, gilt, daß y(n) = 0 bzw. y′(n) = 0 ist. Das erste Quantisierungsintervall umfaßt die Signalwerte 16 (n), ′(n) 32. Für dieses Quantisierungsintervall gilt, daß y(n) = 1 bzw. y′(n) = 1 usw.

E(2) Verbesserung der hybriden D-PCM-Übertragungsanlage

Der im vorhergehenden Abschnitt genannte Restfehler, der in der bekannten hybriden D-PCM-Übertragungsanlage zurückbleibt, läßt sich nun dadurch verringern, daß in dieser bekannten hybriden D-PCM-Übertragungsanlage die Verbesserung vorgesehen wird, die in Fig. 3 angegeben ist. In dem durch A in Fig. 3 bezeichneten Sender besteht diese Verbesserung daraus, daß das Ein- und Ausgangssignal (n) bzw. (n) der Quantisierungsanordnung 12 einem Differenzerzeuger 28 zur Erzeugung des Quantisierungsfehlersignals q(n) = (n) - (n) zugeführt wird. Dieses Signal wird einem Modifizierkreis 29 zugeführt, der auf noch näher zu beschreibende Art und Weise aufgebaut ist und ein modifiziertes Quantisierungsfehlersignal (n) liefert. Dieses Signal (n) wird in einer Addieranordnung 30 zu dem Summensignal s(n) addiert, wodurch das Senderausgangssignal z(n) = s(n) + (n) erhalten wird.

In dem durch B in Fig. 3 dargestellten Empfänger besteht die Verbesserung auf entsprechende Weise daraus, daß das Ein- und Ausgangssignal ′(n) bzw. ′(n) der Quantisieranordnung 22 einem Differenzerzeuger 31 zum Erzeugen des Quantisierungsfehlersignals q′(n) = ′(n) - ′(n) zugeführt werden. Dieses Signal wird einem Modifizierkreis 32 zugeführt, der das modifizierte Quantisierungsfehlersignal ′(n) liefert und auf dieselbe Art und Weise aufgebaut ist wie der Modifizierkries 29 in dem Sender. Das Signal ′(n) wird in dem Differenzerzeuger 33 von dem empfangenen Senderausgangssignal z′(n) zum Erzeugen des Summensignals s′(n) subtrahiert.

Eine erste Ausführungsform der Modifizierkreise ist bei A in Fig. 4 dargestellt und weist eine Addieranordnung 34 auf, der eines der Quantisierungsfehlersignale q(n) und q′(n) sowie ein Hilfssignal h(n) zugeführt wird. Diese Addieranordnung 34 liefert ein Summensignal r(n), das einer Quantisieranordnung 35 zugeführt wird, die das modifizierte Quantisierungsfehlersignal (n) oder ′(n) liefert.

Das Hilfssignal h(n) wird dabei dem Ausgang einer Verzögerungsanordnung 36 entnommen, deren Eingang an den Ausgang eines Differenzerzeugers 37 angeschlossen ist, dem das Summensignal r(n) sowie das Ausgangssignal (n) oder ′(n) der Quantisieranordnung 35 zugeführt werden. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsanordnung 36 entspricht einer Abtastperiode T. Dieses Hilfssignal bildet also eine verzögerte Form des durch die Quantisieranordnung 35 eingeführten Quantisierungsfehlersignals u(n).

Die Quantisieranordnung 35 kann auf bekannte Weise derart ausgebildet werden, daß eine Quantisierungskennlinie erhalten wird, die einer Rundungskennlinie entspricht (siehe beispielsweise Fig. 9.1 des Bezugsmaterials 6). Auch kann sie derart ausgebildet werden, daß sie nur das signifikanteste Bit von r(n) hindurchgehen läßt. Dies bedeutet, daß die Quantisierungskennlinie einer Grenzkennlinie (Truncation characteristic, siehe ebenfalls Fig. 9 aus dem Bezugsmaterial 6) entspricht.

Eine zweite Ausführungsform jedes der Modifizierkreise ist durch B in Fig. 4 dargestellt. Diese Ausführungsform weicht von der bei A darin ab, daß das Quantisierungsfehlersignal q(n) oder q′(n) nun über einen Multiplizierer 38 der Addieranordnung 34 zugeführt wird. Dieser Multiplizierer 38 hat einen Multiplizierfaktor K, dessen Absolutwert kleiner als eins ist.

Eine dritte Ausführungsform jedes der Modifizierkreise ist bei C angegeben. Diese Ausführungsform weicht von der bei A darin ab, daß das Hilfssignal h(n) von den Zählerstellungen H(n) eines Zählers 39 abgeleitet wird, dem die Abtastimpulse als Zählimpulse zugeführt werden. An diesen Zähler 39 ist ein Auskodierungsnetzwerk 39′ angeschlossen, das das Hilfssignal h(n) liefert. Insbesondere stellt h(n) die bitinverse Form der Zählstellung H(n) dar. Vollständigkeitshalber ist dieser Zusammenhang zwischen H(n) und h(n) bei D dargestellt. Dabei ist vorausgesetzt, daß H(n) nur drei Bits aufweist.

Eine vierte Ausführungsform jedes der Modifizierkreise ist bei E dargestellt. Diese Ausführungsform weicht von der bei C darin ab, daß das Quantisierungsfehlersignal q(n) oder q′(n) nun wieder über den Multiplizierer 38 der Addieranordnung 34 zugeführt wird. Auch nun hat dieser Multiplizierer 38 einen Multiplizierfaktor K, dessen Absolutwert kleiner als eins ist.

Es sei noch bemerkt, daß der Zähler 39 in der Modifizieranordnung des Empfängers zu dem in dem Sender synchron laufen muß. Dies kann auf übliche Weise verwirklicht werden.

Wird nun insbesondere von der Quantisieranordnung 35 der Modifizierkreise erwartet, daß sie ausschließlich das signifikanteste Bit von r(n) hindurchgehen läßt, kann die Funktion der Addieranordnung 34, der Quantisieranordnung 35 und des Differenzerzeugers 37 auf die bei F in Fig. 4 angegebene Art und Weise mit Hilfe einer Addieranordnung 34′ verwirklicht werden, die mit einem Summenausgang S und einem Carry-Ausgang C versehen ist. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Addieranordnung ist beispielsweise in Fig. 4-1 in dem Bezugsmaterial 5 angegeben. Die an dem Carry-Ausgang C auftretenden Carry-Impulse stellen jeweils das signifikanteste Bit des obengenannten Summensignals (r(n) dar, und dieses Bit wird als das am wenigsten signifikante Bit von q(n) oder q′(n) betrachtet. Das an dem Summenausgang S auftretende Signal u(n) stellt dann die Äquivalente des Quantisierungsfehlersignals dar, das von dem Differenzerzeuger 37 geliefert wird.

Wird nun in der Übertragungsanlage, das in Fig. 3 dargestellt ist jeder der Modifizierkreise 29 und 32 auf die Art und Weise ausgebildet, wie bei A in Fig. 4 dargestellt, wobei dann die Quantisieranordnung 35 nur das signifikanteste Bit von r(n) hindurchgehen läßt, und wird vorausgesetzt, daß das Signal s′(n) für alle Werte von n gleich 3 ist mit Ausnahme von n = n₁, in welchem Fall s′(n₁) = 7 vorausgesetzt wird, so verläuft das Ausgangssignal ′(n) der Dekodieranordnung 16, wie in Fig. 5a angegeben. Daraus geht hervor, daß eine Oszillationserscheinung auftritt, sobald ein Übertragungsfehler aufgetreten ist. Diese Oszillationserscheinung wird dadurch verursacht, daß infolge des ausgetretenen Übertragungsfehlers das Signal h′(n) in dem Empfänger eine Phasenverschiebung aufweist gegenüber dem Signal h(n) in dem Sender. Es stellt sich denn auch heraus, daß diese Oszillationserscheinung verschwindet, wenn die Modifizierkreise 29 und 32 je auf die Art und Weise ausgebildet werden, we bei C in Fig. 4 angegeben, wobei die Kaskadenschaltung der Addieranordnung 34 und der Quantisieranordnung 35 auf die bei F in Fig. 4 angegebene Art und Weise aufgebaut ist. In diesem Fall erhält ′(n) den Verlauf, wie dieser in Fig. 5b dargestellt ist.

E(3) Ein alternatives Ausführungsbeispiel

In der Übertragungsanlage nach Fig. 3 wird in dem Sender das modifizierte Quantisierungsfehlersignal (n) unmittelbar zu dem Summensignal s(n) addiert, damit das Senderausgangssignal z(n) erhalten wird. In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform dieser Übertragungsanlage dargestellt. Diese Ausführungsform weicht von der in Fig. 3 darin ab, daß in dem Sender, der bei A in Fig. 6 dargestellt ist, das modifizierte Quantisierungsfehlersignal (n) mit Hilfe einer Addieranordnung 40 zu dem Prädiktionssignal (n) addiert wird. Auf entsprechende Weise wird in dem zugeordneten Empfänger, der bei B angegeben ist, das modifizierte Quantisierungsfehlersignal ′(n) in einer Addieranordnung 41 zu dem Hilfsprädiktionssignal ′(n) addiert.

In diesem Ausführungsbeispiel wird jeder der Modifizierkreise 29 und 32 vorzugsweise auf die Art und Weise ausgebildet, wie diese bei B in Fig. 4 angegeben ist, wobei dann die Quantisieranordnung 35 eine Rundungskennlinie aufweist. In diesem Fall verläuft ′(n) auf die Art und Weise, wie in Fig. 7 angegeben. Dabei wurde davon ausgegangen, daß K = -0,2 ist und daß ebenso wie Obenstehend x(n) konstant und gleich 56 ist.

E(4) Allgemeine Bemerkungen

A. Für die jeweiligen Ausführungsformen der hybriden D-PCM-Übertragungsanlage sei der Kürze wegen auf das Bezugsmaterial 2 verwiesen. Folgendes sei jedoch bemerkt:

• 1. In den Übertragungsanlagen, die in Fig. 1 und 3 dargestellt sind, wird jeweils in dem Sender dem Fehlerverringerungskreis 11 das Prädiktionssignal (n) zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, statt (n) das digitale Videosignal x(n) oder die um nur eine Abtastperiode T verzögerte Form von (n) diesem Fehlerverringerungskreis zuzuführen. Im letzteren Fall kann der Prädiktionskreis 10 zum Durchführen einer mehrdimensionalen Prädiktion benutzt werden.
• 2. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird jeweils das quantisierte Differenzsignal (n) unmittelbar dem integrierenden Netzwerk 8 des Senders zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen das DPCM-Signal d(n) über einen Kodewandler diesem integrierenden Netzwerk zuzuführen. Dieser Kodewandler wird dann dieselbe Übertragungsfunktion aufweisen müssen wie der Kodewandler 17 in dem Empfänger.
• 3. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird das analoge Videosignal x(t) in ein digitales Videosignal x(n) umgewandelt, bevor es der DPCM-Kodieranordnung 4 zugeführt wird. Statt x(n) ist es jedoch auch möglich, das analoge Videosignal x(t) unmittelbar der DPCM- Kodieranordnung zuzuführen. In diesem Fall wird dann jedoch die Quantisieranordnung 6 durch einen Analog- Digital-Wandler ersetzt werden müssen, und das digitale Prädiktionssignal (n) wird in einem Digital-Analog- Wandler zu einem analogen Prädiktionssignal umgewandelt werden müssen.

B. In bezug auf die verbesserte hybride D-PCM-Übertragungsanlage sei bemerkt, daß darin noch die nachfolgenden Änderungen möglich sind.

• 1. Ohne Beeinträchtigung des einwandfreien Funktionierens der Übertragungsanlage ist es möglich, in der Anlage die in Fig. 6 dargestellt ist, statt des Ausgangssignals des Prädiktionskreises 10 bzw. 20 das Ausgangssignal der Quantisieranordnung 12 bzw. 22 der Addieranordnung 40 bzw. 41 zuzuführen.
• 2. In dem Bezugsmaterial 2 ist angegeben, daß die Funktion der Kaskadenschaltung der Quantisieranordnung 12 bzw. 22 und des Kodewandlers 13 bzw. 23 mittels einer Rundungsanordnung (magnitude truncator) verwirklicht werden kann. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen des Übertragungssysems wird dann vorzugsweise eine Rundungsanordnung gewählt werden, die mit zwei Ausgängen versehen ist und einem ersten Ausgang jeweils die vier signifikantesten Bits des Kodeworts zuführt, das von dem Prädiktionskreis 10 bzw. 20 geliefert wird, während die vier am wenigsten signifikanten Bits von diesem Kodewort dem zweiten Ausgang zugeführt werden. Die vier- Bit-Kodeworte, die an dem ersten Ausgang der Rundungsanordnung auftreten, stellen das Fehlerverringerungssignal y(n) bzw. y′(n) dar. Die vier-Bit-Kodeworte, die an dem zweiten Ausgang dieser Rundungsanordnung auftreten, stellen das Quantisierungsfehlersignal q(n) bzw. q′(n) dar.

Claims (5)

1. Übertragungsanlage mit:

• A. einem Sender mit:
  • 1) einer DPCM-Kodieranordnung zum Umwandeln eines Informationssignals zu einem DPCM-Signal, die mit einem ersten Differenzerzeuger versehen ist, dem über einen ersten Eingang das Informationssignal und über einen zweiten Eingang eine geschätzte Form dieses Informationssignals zur Erzeugung eines ersten Differenzsignals zugeführt werden;
  • 2) einem ersten Fehlerverringerungskreis zum Erzeugen eines ersten Fehlerverringerungssignals, das Übertragungsfehler verringert und welcher Kreis mit einer ersten Quantisieranordnung versehen ist, deren Eingang mit einem der beiden Eingänge des ersten Differenzerzeugers verbunden ist;
  • 3) Mitteln, die mit der ersten Quantisieranordnung verbunden sind, um ein erstes Quantisierungsfehlersignal zu liefern,
  • 4) Mitteln zum Modifizieren des ersten Quantisierungsfehlersignals zum Erzeugen eines modifizierten ersten Quantisierungsfehlersignals;
  • 5) Addiermitteln zum Erzeugen des Senderausgangssignals;
  • 6) Mitteln, um den Addiermitteln das DPCM-Signal, das erste Fehlerverringerungssignal und das modifizierte erste Quantisierungsfehlersignal zuzuführen;
• B. einem Empfänger mit:
  • 1) einem Empfängereingang zum Empfangen des Senderausgangssignals,
  • 2) einem zweiten Differenzerzeuger, von dem ein erster Eingang mit dem Empfängereingang verbunden ist und dem über einen zweiten Eingang ein zweites Fehlerverringerungssignal zum Erzeugen eines zweiten Differenzsignals zugeführt wird,
  • 3) einer DPCM-Dekodieranordnung, der das zweite Differenzsignal zugeführt wird und die mit einem DPCM-Dekodieranordnungsausgang versehen ist,
  • 4) einem zweiten Fehlerverringerungskreis zum Erzeugen des zweiten Fehlerverringerungssignals, der mit einer zweiten Quantisieranordnung versehen ist, deren Eingang mit dem DPCM-Dekodieranordnungsausgang verbunden ist,
  • 5) Mitteln, die mit der zweiten Quantisieranordnung verbunden sind zum Erzeugen eines zweiten Quantisierungsfehlersignals,
  • 6) Mitteln zum Modifizieren des zweiten Quantisierungsfehlersignals zum Erzeugen eines modifizierten zweiten Quantisierungsfehlersignals,
  • 7) Mitteln, die zwischen dem Empfängereingang und dem DPCM- Dekodieranordnungsausgang in Kaskade mit dem zweiten Differenzerzeuger verbunden sind und denen das modifizierte zweite Quantisierungsfehlersignal zugeführt wird zum Rückgängigmachen des modifizierten ersten Quantisierungsfehlersignals, das in dem empfangenen Senderausgangssignal vorhanden ist.

2. Übertragungsanlage nach Anspruch 1, in der die Mittel zum Modifizieren des Quantisierungsfehlersignals mit den folgenden Mitteln versehen sind:

• 1) einer Addieranordnung mit einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Summenausgang,
• 2) Mitteln um das Quantisierungssignal dem ersten Eingang zuzuführen,
• 3) Mitteln zum Erzeugen eines Hilfssignals, das dem zweiten Eingang zugeführt wird,
• 4) Quantisiermitteln, deren Eingang an den Summenausgang angeschlossen ist.

3. Übertragungsanlage nach Anspruch 2, in der die Mittel um das Quantisierungssignal dem ersten Eingang der Addieranordnung zuzuführen, eine Multiplizieranordnung aufweisen mit einem Multiplizierfaktor, dessen Absolutwert kleiner als eins ist.

4. Übertragungsanlage nach Anspruch 2, in der die genannten Mittel zum Erzeugen eines Hilfssignals mit den folgenden Mitteln versehen sind:

• 1) Mitteln, die mit den Quantisiermitteln zum Erzeugen eines dritten Quantisierungsfehlersignals verbunden sind,
• 2) Verzögerungsmitteln, denen dieses dritte Quantisierungsfehlersignal zugeführt wird.

5. Übertragungsanlage nach Anspruch 2, in der die genannten Mittel zum Erzeugen eines Hilfssignals mit den folgenden Elementen versehen sind:

• 1) einer Zählschaltung, der periodisch auftretende Zählimpulse zugeführt werden,
• 2) einem Auskodiernetzwerk zum Umwandeln der aufeinanderfolgenden Zählstellungen in dem Hilfssignal.