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Pulsrahmen für ein Zeitmultiplexsystem mit einem
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Videokanal und Ton und -Datenkanälen Die Erfindung-betrifft ein Zeitmultiplex-Nachrichtenubertragungssystem
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges System ist bekannt aus
einer Veröffentlichung vom S.Drews, P.Pirsch, K.Schaper: "Circuit Technique for
VLSI Design of Video Codec", Conference Record ICC' 84, S. 250 - 255, Amsterdam
1984.
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Dieses System dient dazu, eines von zwei Zeitmultiplexsignalen mit
einer Bitfolgefrequenz von 69,632 Mbit/s zu bilden (und empfangsseitig wieder aufzulösen),
die wiederum zu einem Zeitmultiplexsignal mit der fur die vierte Stufe der PCM-Hierarchie
genormten Bitfolgefrequenz von 139,264 Mbit/s zusammengefaßt werden. Um die für
das Videosignal zu übertragende Datenmenge zugunsten von ubertragungskapazität für
Tonsignale und
Datensignale herabzusetzen, werden vor der Einfügung
des codierten Videosignals in den Zeitmultiplexrahmen die codierten Abtastwerte
der Horizontalaustastlucke entfernt. Die Daten- und Tonsignale haben Takte, die
zum Multiplextakt von 69,632 MHz synchron sind, wogegen der Takt des codierten Videosignals
in typischer Weise asynchron hierzu ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, fur das Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem
der vorstehend bezeichneten Gattung einen geeigneten Pulsrahmen anzugeben, um dadurch
die Funktionen im Multiplexer und im Demultiplexer zu definieren.
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Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprechen.
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Die Erfindung wird nun anhand der einzigen Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Diese zeigt den Rahmenaufbau des erfindungsgemäßen Systems. Eine
Darstellung und Erläuterung der Schaltung des auf diesem Rahmenaufbau beruhenden
Multiplexers und Demultiplexers ist entbehrlich, da bei beiden Teilen die Realisierung,
insbesondere die Steuerung durch den Rahmenaufbau direkt bestimmt ist.
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Wie die Zeichnung zeigt, ist der Pulsrahmen gegliedert in 68 Spalten
und vier Zeilen. Dies ergibt 272 Zeitabschnitte des Rahmens. Die angegebene Bitfolgefrequenz
von 69,632 MHz ergibt sich daraus, daß jeder dieser Zeitabschnitte aus 16 Bits besteht
und die Rahmenwiederholfrequenz 16 kHz beträgt.
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Von den 68 Spalten des Rahmens sind 60 für die übertagung des codierten
Videosignals reserviert und bilden einen Zeitkanal mit einer Ubertragungskapazität
von 61,44 MHz. Diese Ubertragungskapazität ist größer gewählt als die tatsächliche
mittlere Bitfolgefrequenz des codierten Videosignals, weil dieses asynchron zum
übertragungstakt ist. Die 60 fur das Videosignal reservierten Spalten sind in vier
gleichen Gruppen gleichmäßig uber den Pulsrahmen verteilt, und jeder Gruppe gehen
zwei Spalten voraus, die Zeitkanäle fur andere Signale als das Videosignal bilden.
Die regelmäßige Anordnung der Zeitabschnitte im Pulsrahmen vereinfacht die Erzeugung
der zur Ablaufsteuerung im Multiplexer/Demultiplexer notwendigen Takte.
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Wie aus der Beschriftung "TV" ersichtlich ist, besteht eine erste
Gruppe aus den Spalten 3 bis 17, eine zweite Gruppe aus den Spalten 20 bis 34, eine
dritte Gruppe aus den Spalten 37 bis 51 und eine vierte Gruppe aus den Spalten 54
bis 68.
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Die Aufeinanderfolge der 272 Zeitschlitze des Pulsrahmens ergibt sich
durch Aneinanderreihen der vier Zeilen, beginnend jeweils mit dem ersten Zeitabschnitt
einer Zeile.
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Ein Problem stellt die Einfügung des asynchronen Videosignals in die
hierfür reservierten Zeitabschnitte des Pulsrahmens dar. Dieses Problem kann in
konventioneller Weise dadurch gelöst werden, daß das asynchrone Video-
signal
durch Anwendung einer Stopftechnik synchron zum Pulsrahmen gemacht wird, wie dies
z. B. aus der DE-OS 32 27 780 bekannt ist. Es kann aber auch dadurch gelöst werden,
daß das Videosignal ohne vorherige Taktanpassung in die hierfur reservierten Zeitabschnitte
des Rahmens eingefügt wird und die hierdurch auf der übertragungsstrecke vorhandene
Taktschwankung des Videosignals empfangsseitig korrigiert wird, wozu ein die Taktschwankung
angebendes Korrekturwort jeder Zeile eines Videosignals hinzugefügt wird. Diese
Lösung ist aber nicht Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung, sondern einer
anderen, gleichlaufenden Patentanmeldung, in der sie ohne Bezug auf einen speziellen
Pulsrahmen beschrieben ist.
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Mit Bezug auf den speziellen Pulsrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung
wird lediglich erläutert, daß jeweils nach dem Auftreten des Zeilenanfangs im zu
übertragenden Videosignal die Einfügung des Zeilenanfangs in den Pulsrahmen solange
verzögert wird, bis ein für dieses Signal freier Zeitabschnitt beginnt. Damit der
Videozeile noch Zusatzinformationen, die den Zeilen-oder Bildanfang markieren und
die die Verzögerung seiner Einfügung angeben, vorangestellt werden, wird die Einfügung
der Videozeile noch um zwei zusätzliche Zeitabschnitte verzögert. Im gezeigten Beispiel
ist die Videozeile so in den Pulsrahmen eingefügt, daß sie in der vierten Zeile
mit dem 42.ten Zeitabschnitt (Spalte 42) beginnt. Die beiden diesem 42.ten Zeitabschnitt
vorausgehenden Zeitabschnitte werden mit Zusatzinformationen belegt, der erste mit
einer sogenannten "TV-Kennung" und der zweite mit einem die Taktschwankung angebenden
Korrekturwort.
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Wie die gesondert dargestellte Belegung dieser beiden Zeitabschnitte
zeigt, ist die "TV-Kennung" entweder ein Zeilensynchronisationswort mit der Bitfolge
0101 1001 0001 1110 oder ein hierzu inverses Wort, das angibt, daß der Anfang dieser
Zeile gleichzeitig ein Bi Idanfang ist. Diese Bitfolge ist deshalb so gewählt, weil
sie die erforderlichen statistischen Eigenschaften in bezug auf das Rahmenkennungswort
hat und dadurch eine sichere Erkennung des Zeilen- oder Bildanfangs erlaubt. Die
hier genannten Bitfolgen für Rahmenkennungswort und Zeilensynchronisationswort sind
als Beispiele zu verstehen. Es existieren weitere Bitfolgen, die als Kennungswörter
benutzt werden können, sofern sie untereinander die erforderliche Hamming-Distanz
aufweisen und 0 und 1 g lei chhäufi g auftreten.
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Im zweiten Zeitabschnitt sind die Bits 13 bis 16 mit dem Korrekturwort
belegt, wobei dessen höchstwertiges Bit (MSB=Most Significant Bit) als 13. und das
niedrigstwertige Bit (LSB=Least Significant Bit) als 16. Bit dieses Zeitabschnitts
eingefügt ist. Der ubrige Teil dieses Zeitabschnitts ist frei für irgendwelche anderen
Informationen.
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Weiterhin zeigt die Darstellung des Pulsrahmens, daß die Daten der
Videozeile unter Berücksichtigung ihrer Wortstruktur in den Pulsrahmen eingefügt
sind, d. h.
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mit Beginn des Zeilenanfangs ist eindeutig festgelegt, welche Bitplätze
des Pulsrahmens mit welcher Art von Informationen belegt ist. In aufeinanderfolgenden
Zeitabschnitten werden abwechslungsweise Luminanzinformationen Y und Chrominanzinformationen
C übertragen,
jeweils 16 Bits. Diese 16 Bits sind gebildet aus
vier Wörtern mit jeweils vier Bits, welche die Luminanzdaten Y1 bis Y4 bzw. die
Chrominanzdaten C1 bis C4 von vier aufeinanderfolgenden Bildpunkten beinhalten.
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Dabei sind die Wortgrenzen des codierten Videosignals berucksichtigt,
indem die Wörter mit einer festen Zuordnung in die Zeitabschnitte eingefugt sind,
beispielsweise ist das erste Bit des ersten Zeitabschnitts mit dem höchstwertigen
Bit des Luminanz-Codeworts Y1 des ersten Bildpunkts belegt und das vierte Bit mit
dem niedrigstwertigen Bit (LSB) dieses Codewortes. Diese Berücksichtigung der Wortgrenzen
bei der Einfugung des codierten Videosignals in dem Pulsrahmen erlaubt eine höchst
einfache empfangsseitige Verarbeitung.
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Die Daten einer Videozeile erstrecken sich vom Zeilenanfang über mehrere
aufeinanderfolgende Pulsrahmen.
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Nach dem Zeilenende jeder Videozeile werden die aufeinanderfolgenden
Zeitabschnitte des betreffenden Pulsrahmens mit Fullwörtern, z. B. 0000 0000 0000
0000 beschrieben, bis die nächste Videozeile beginnt.
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Da der Multiplexer, wie vorstehend erläutert, den Zeilenanfang des
Videosignals berücksichtigt, wenn er dieses in den Pulsrahmen eingefügt, kann er
dabei auch die Abtastwerte der Horizontalaustast lücke aus dem zu übertragenden
Videosignal entfernen, indem er diese Abtastwerte entweder nicht in seinen Eingangsspeicher
einschreibt oder nicht aus diesem ausliest. Hierdurch wird die Ubertragungs-Bitfolgefrequenz
für das Videosignal so reduziert, daß nur 60 von 68 Spalten mit Videoinformationen
belegt sind. Der Zusatzaufwand zum Entfernen der Daten aus der Horizontalaustastlucke
ist sehr gering.
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Die acht Spalten des Pulsrahmens, die nicht für das Videosignal reserviert
sind, werden wie folgt verwendet: Im ersten Zeitabschnitt des Pulsrahmens (Spalte
1, Zeile 1) wird ein Rahmenkennungswort mit der Bitfolge 1111 0101 1001 0000 übertragen,
das wiederum so gewählt ist, die geforderten statistischen Eigenschaften hat.
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Jeweils vier Bits der übrigen Zeitabschnitte der Spalte 1 (Zeilen
2 bis 4) bieten eine übertragungskapazität von 64 kbit/s und sind entweder frei
oder mit einem Kanal dieser Bitfolgefrequenz belegt, was z. B. bei den ersten 4
Bits des Zeitabschnitts in der Zeile 3 der Spalte 1 der Fall ist.
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Die Spalte 2 bildet einen Zeitkanal für die übertragung eines digitalen
Stereotonsignals mit der zum Pulsrahmen synchronen Bitfolgefrequenz von 1,024 MHz,
das den Fernsehbegleitton bildet. In der Zeichnung ist diese Spalte mit "TV-Ton
1" gekennzeichnet. Einen Zeitkanal für ein zweites digitales Stereotonsignal mit
derselben Bit folgefrequenz zur übertragung eines zweiten Fernsehbegleittons (TV-Ton
2) bildet die Spalte 19 des Pulsrahmens. Wie aus der gesonderten Darstellung der
Belegung dieser Spalte ersichtlich ist, ist jeder Zeitabschnitt einer solchen Spalte
mit einem mit 16 Bits codierten Abtastwert eines Tonkanals (linker oder rechter
Kanal) belegt, wobei zur Erleichterung der empfangsseitigen Verarbeitung wiederum
die Wortstruktur berücksichtigt ist, indem das erste Bit jedes Zeitabschnitts mit
dem höchstwertigen Bit (MSB) eines Codewortes und das 16. Bit mit dem niedrigstwertigen
Bit (LSB) belegt wird.
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Die Spalte mit der Nr. 18, die eine übertragungskapazität von 1,024
MHz bietet, ist beispielsweise fur die übertragung von maximal 16 64-kbit/s-Digitalsignalen
verwendbar.
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Die Spalten 35 und 36 bilden zusammen einen Zeitkanal fur die übertragung
eines Zeitmultiplexsignals des Systems PCM 30, dessen Bitfolgefrequenz gleich 2,048
MHz beträgt. Dasselbe gilt für die Spalten (52 und 53). Selbstverständlich können
diese Spalten auch mit mehreren 64 kbit/s-Kanälen belegt werden, wobei die maximale
Anzahl pro Spalte gleich 16 ist.