DE3533848A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum synchronisieren von asynchronen digitalen videosignalen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Synchronisierung von asynchron übertragenen digitalen Videosignalen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Übertragung, insbesondere auch zur Speicherung auf Magnetband, werden Videosignale häufig getrennt nach Komponenten oder auch geschlossen als Videosignalgemisch digital codiert und als serieller Datenstrom übertragen. Darin ist die Information als Folge von jeweils mehrere Bit breiten Datenworten enthalten. Zur Einsparung von Kanalkapazität wird weder ein Takt zur Phasensynchronisierung noch ein Takt zur Wortsynchronisierung mitübertragen.

Die verwendeten Codes sollen daher selbstsynchronisierend sein, so daß auf der Empfänderseite eine Regeneration des Bittaktes und des Worttaktes möglich ist. Die Wortsynchronisierung erfolgt im allgemeinen durch n-Bit breite Synchronworte, die in regelmäßigen Abständen in den Datenstrom eingestreut und auf der Empfängerseite als solcher durch Korrelation erkannt werden. Um Fehlsynchronisation zu vermeiden, sollen diese Synchronworte bestimmten Bedingungen genügen.

Aus der DE-AS 28 38 228 ist ein Verfahren zum Synchronisieren einer Datenbitfolge bekannt, bei dem zur Verringerung von Synchronisierfehlern und damit zur Verbesserung der Übertragungssicherheit der Information empirisch ermittelte n-Synchronisationsbitfolgen vorangestellt werden. Die angegebenen Synchronisationsbitfolgen werden für jeden Wert von n aus allen möglichen Kombinationen von 0 und 1 im Code nach statistischen Gesichtspunkten ausgewählt, um die besten Übertragungsergebnisse zu erhalten. Für die serielle Übertragung digital codierter Videosignale sind die angegebenen Synchronisations-Bitfolgen jedoch nicht ohne weiteres brauchbar, da die dort verwendeten Synchronisationsworte nicht aus dem Wertebereich des übertragenen Signals entnommen sein dürfen. Andernfalls wird dessen Dynamikumfang eingeschränkt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 34 12 860 ein digitales Videoübertragungssystem zur Übertragung in serieller synchroner Form bekannt, bei dem das Videosignal während der Synchronpegelintervalle in PCM- und während der Nichtsynchronpegelintervalle in NRZ-Form codiert ist, wobei jedes PCM-Wort aus verbotenen Minimum- und Maximumzuständen des NRZ-Codes gewählt ist. Das bekannte Übertragungssystem verbessert zwar die Synchronisationssicherheit, jedoch ist auf der Sendeseite ein Doppelformat-Decoder erforderlich. Auch muß der verwendete NRZ-Code der Bedingungen der begrenzten Lauflänge an beiden Extremen seines Wertebereichs genügen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Synchronisieren von asynchron übertragenen digitalen Videosignalen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Sicherheit gegen Fehlsynchronisation ohne Einschränkung des Dynamikbereiches des Eingangssignals erzielt wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß keine Doppelformat- Codierung und -Decodierung erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 als Blockschaltbild eine Anordnung zur Erzeugung eines mit Synchronworten versetzten Datenstroms, in dem die digital codierten Videosignale enthalten sind,

Fig. 2 die Funktion des Tiefpaßfilters nach Fig. 1,

Fig. 3 die gleiche Filterfunktion unter Zugrundelegung anderer Parameter.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 werden die am Eingang 11 der Schaltung eintreffenden Helligkeitsanteile und Chrominanzanteile der Videosignale jeweils getrennt und zunächst im Tiefpaßfilter 12 einer Filterung unterworfen, um die im Videosignal vorkommenden höchsten Frequenzen zu begrenzen. Die Auswirkung dieser Filterung auf das digital codierte Videosignal und dessen Synchronisierverhalten ist weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 ausführlich erläutert. Anschließend erfolgt im Analog-Digital-Wandler 13 die Abtastung und Codierung des Videosignals, beispielsweise nach dem NRZ-Code. Das digital codierte Videosignal wird in der Umcodierungseinrichtung 14, die durch ein PROM realisiert sein kann, derart umcodiert, daß die Synchronworte sowie die Worte, die durch Bitverschiebung eine gewählte Synchronwort- Kombination ergeben könnten, in den Bereich der Signaldifferenzen gelegt wird, die im Videosignal nicht mehr enthalten sind. Anschließend werden die umcodierten Videosignale in einer Multiplexeinrichtung 15 mit der gewählten Synchronwortfolge zusammengefaßt und als Datenstrom mit periodisch enthaltenen Synchronworten übertragen.

Auf der Empfangsseite dienen die im Datenstrom enthaltenen periodisch auftretenden Synchronworte zur Erkennung des Worttaktes im seriellen Datenstrom zum Zweck der Decodierung.

In Fig. 2 sind die bei einer Tiefpaßfilterung analoger Signale bestehenden Zusammenhänge dargestellt. Dabei ist in der Waagerechten das Verhältnis der Signalfrequenz zur Abtastfrequenz der nachfolgenden Abtastung zur digitalen Codierung aufgetragen, während in der Senkrechten die Signaldämpfung aufgetragen ist. Nach dem bekannten Abtasttheorem von Niquist wird das zu übertragende Videosignal auf eine obere Frequenz begrenzt, die der Hälfte der Abtastfrequenz entspricht. Da die Filterkurve im Bereich der oberen Frequenz nicht unendlich steil verläuft, ergibt sich ein Abfall der Filterkurve im vorliegenden Beispiel zwischen den Faktoren 0,375 bis 0,5 des Verhältnisses der Nutzfrequenz zur Abtastfrequenz.

Die Auswirkung der endlich steilen Rampe der Filterkurve auf das zu übertragende digital codierte Videosignal ergibt sich aus Fig. 3. Dort ist in der Waagerechten wieder das Verhältnis der Signalfrequenz zur Abtastfrequenz aufgetragen, während die Senkrechte die Signalauflösung, ausgedrückt in Signalsprüngen je Wortdifferenz, darstellt. Die vom Nullpunkt ausgehende Gerade charakterisiert die zunehmende Auflösung bei zunehmendem Verhältnis der Signalfrequenz zur Abtastfrequenz. Bei theoretisch unendlich steiler Filterkennlinie setzt sich diese Gerade im gestrichelt gezeichneten Bereich fort und trägt bei einem 8-Bit breiten Wort bei exakt einem Verhältnis von 0,5 der Signalfrequenz zur Abtastfrequenz den Wert 255, das heißt bei einem Schwarz-Weiß-Übergang ist von einem Abtastwert zum anderen eine Helligkeitsänderung möglich, die den gesamten Wertebereich vom tiefsten Schwarz bis zum hellsten Weiß umfaßt.

Infolge der endlichen Steilheit der Filterkennlinie erreicht diese Kurve im vorliegenden Fall ihren höchsten Wert bei einem Frequenzverhältnis von 0,375 und einer erzielbaren Auflösung entsprechend einer Differenz von 192 Abtastwerten. Daraus ergibt sich, daß Differenzen zwischen 192 und 255 Abtastwerten im übertragenen Signal nicht vorkommen können. Dieser "verbotene" Bereich der Signalsprünge wird nun zur Synchronisation ausgenutzt. Ein Synchronwort besteht daher immer aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Worten, deren Wertdifferenz im Bereich zwischen 192 und 255 liegt.

Das 8-Bit-parallele Videosignal wird in der Umcodiereinrichtung 14 (Fig. 1) derart umcodiert, daß die Worte, die in der seriellen Ebene durch Bit-Verschiebung ebenfalls die Synchronwort-Kombination ergeben können, in den Bereich der Signaldifferenzen gelegt wird, die im Videosignal aufgrund der Filterkennlinie nicht mehr enthalten sind. Die Umcodierung erfolgt auch deshalb, weil an ein Synchronwort bestimmte andere Anforderungen gestellt werden, wie z. B. Gleichspannungsfreiheit, die von den Worten oberhalb der übertragbaren Signaldifferenzen nicht unbedingt erfüllt werden.

Beispiel

Das zu übertragende Videosignal liegt in NRZ-codierter Form vor. Es ist eine Synchronwortfolge ausgesucht worden, die im Wertbereich zwischen 192 und 255 liegt und zur Erhöhung der Synchronisiersicherheit wiederholt wird. Im vorliegenden Fall soll das Synchronwort

H = 0100 1110/1011 0001/0100 1110/1011 0001 lauten.

In Hexadezimal-Schreibweise ergibt sich die Folge 4E B1 / 4E B1

Die folgenden Wortkombinationen im Datenstrom können fälschlich als Synchronwort durch Bit-Verschiebung ergeben und sind ebenfalls in den Bereich der Wortdifferenzen für die Synchronisation zu legen:

01001110/10110001/01001110/10110001

 10011101/01100010 9D/62
  00111010/11000101 3A/C5
   01110101/10001010 EB/14
    11101011/00010100 EB/14
     11010110/00101001 D6/29
      10101100(01010011 AC/53
       01011000/10100111 58/A7

Mit der Umcodiereinrichtung 14 werden die NRZ-codierten Datenworte nun derart umcodiert, daß die Wortkombinationen des Synchronwortes selbst und die oben angegebenen sieben Wortkombinationen in den Bereich der Maximal-Wortdifferenzen, also in den Wertebereich zwischen 192 und 255 gelegt werden.

Daraus ergibt sich als Beispiel die folgende Umcodierungs- Tabelle:

PROM-Tabelle

Auf der Empfangsseite wird eine Umcodierungseinrichtung eingesetzt, deren Codetabelle invers zur vorliegenden Tabelle 2 ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Synchronisierung von asynchron übertragenen digitalen Videosignalen, bei dem der Information periodisch eine Synchronisations-Bit-Folge mit n-Bit vorausgesandt wird, aus welcher beim Empfang der Beginn der Daten-Bit-Folge, welche die Information enthält, erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der Informations- Daten-Bit-Folge vorangehende Synchronisations-Bit- Folge aus nicht erlaubten Zuständen des für die Übertragung der Information gewählten Codes ausgesucht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragenen Videosignale vor der Abtastung tiefpaßgefiltert werden und die Synchronisation-Bit- Folge aus Worten besteht, die oberhalb der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu übertragende Videosignal nach der Abtastung derart umcodiert wird, daß durch Bit-Verschiebung entstehende Pseudo-Synchronwort-Bit-Folge vermieden werden.