DE3543310A1 - System zur uebertragung von digitalen bewegtbildsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von digitalen Bewegtbildsignalen mit einem sendeseitigen Codierer und einem empfangsseitigen Decodierer, das auf der Empfangsseite einen Eingangs-Pufferspeicher sowie einen Bildspeicher aufweist, dessen Inhalt aktualisiert und laufend zur Wiedergabe an einen Monitor weitergeleitet wird.

Ein solches System ist aus der DE-OS 33 10 410 bekannt. Auf der Sendeseite des bekannten Systems wird der Codierer mit einem Worttakt betrieben, mit dem 8-Bit-PCM Video-Daten von einer Video-Datenquelle - z. B. einer Video-Kamera - abgegeben werden. Die Frequenz fs des Worttaktes liegt bei etwa 5 MHz.

Der sendeseitige Codierer codiert die PCM-Codeworte der Datenquelle unter anderem mit Hilfe einer sogenannten Interframe-Codierung in Codeworte unterschiedlicher Länge um, wobei der einfachen Darstellung halber hier auch Codeworte der Länge 0 Bit mitgerechnet werden sollen. Die anderen Längen der Codeworte hängen unter anderem davon ab, welcher der dem Fachmann geläufige Huffman-Code verwendet wird. Am Ausgang des sendeseitigen Codierers entsteht ein Datenstrom mit zeitlich schwankender Bitrate. Da die am Ausgang des sendeseitigen Codierers anliegende binäre Information mit konstanter Bitrate übertragen werden soll, wird das Ausgangssignal des sendeseitigen Codierers zusammen mit Rahmenbits und Synchronisierbits in einen sendeseitigen Pufferspeicher eingeschrieben und dann mit einer konstanten Bitrate von etwa 2 Mbit/s ausgelesen sowie übertragen. Zwischen der Übertragungsbitrate ft und dem Worttakt fs besteht kein innerer Zusammenhang.

Auf der Empfangsseite des bekannten Systems werden die Video-Daten des übertragenen Signals in einen empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeicher eingeschrieben und mit einem Worttakt fe dem empfangsseitigen Decodierer zugeführt. Auch die Empfangsseite enthält einen Bildspeicher, in dem die zu einem Bildpunkt gehörigen decodierten Codeworte mindestens für die Dauer eines Vollbildes zwischengespeichert werden und mit dem Worttakt fe einer Datensenke - z. B. einem Monitor - zugeführt werden.

Bei dem bekannten Übertragungssystem werden der sendeseitige Pufferspeicher, die Übertragungsstrecke und der empfangsseitige Eingangs-Pufferspeicher als ein Speichersystem aufgefaßt, durch das jedes der Codeworte variabler Länge während des gesamten Betriebes um die gleiche Zeit verzögert wird. Diese Auffassung ist jedoch nur dann richtig, wenn der sendeseitige Worttakt fs, mit dem die Codeworte in den sendeseitigen Pufferspeicher eingeschrieben werden, und der empfangsseitige Worttakt fe, mit dem die Codeworte aus dem empfangsseitigen Eingangs- Pufferspeicher ausgelesen werden, synchron sind. Da, wie oben schon erwähnt, das Verhältnis zwischen dem Worttakt fs und dem Übertragungstakt ft willkürlich ist, ist es bei dem bekannten Übertragungssystem erforderlich, Synchronisierzeichen zu übertragen, mit denen der Takt fe auf den Takt fs synchronisiert wird. Ist die Synchronisierung der Worttakte fs und fe sichergestellt - mit ihnen werden auch der Codierer und auch der Decodierer betrieben - so besteht ein gesetzmäßiger Zusammenhang zwischen dem Füllstand des sendeseitigen Pufferspeichers und dem des empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeichers, der bei dem bekannten Übertragungssystem dazu ausgenutzt wird, einen Überlauf oder einen Leerlauf des empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeichers zu verhindern. Notwendig dafür ist auch die regelmäßige Übertragung von Angaben über den Füllstand des sendeseitigen Pufferspeichers auf die Empfangsseite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine Synchronisierung des sendeseitigen Worttaktes fs und des empfangsseitigen Worttaktes fe nicht erforderlich ist, bei dem also keine hierfür vorgesehenen Synchronisierzeichen übertragen werden müssen, und bei dem auch keine Information über den Füllstand des sendeseitigen Pufferspeichers übertragen werden muß.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für den empfangsseitigen Decodierer ein unabhängiger Oszillator mit fester Frequenz vorgesehen ist, deren Wert größer ist als der Wert der Frequenz, mit der der sendeseitige Codierer betrieben wird, daß eine erste Überwachungsschaltung den Füllstand des Eingangs-Pufferspeichers überwacht und bei drohendem Leerlauf das Auslesen aus dem Eingangs-Pufferspeicher stoppt und den aktualisierten Inhalt des Bildspeichers wiederholt den Monitor weiterleitet, bis der Füllstand des Eingangs-Pufferspeichers einen Normalwert erreicht hat.

Da der empfangsseitige Worttakt fe größer ist als der sendeseitige Worttakt fs, ergibt sich der Vorteil, daß der Überlauf des empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeichers und damit der Verlust von Informationen wesentlich unwahrscheinlicher ist als bei Synchronisation der beiden Worttakte fs und fe.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines Ausführungsbeispieles, das mit der Figur erläutert wird, soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Systems zur Übertragung von Bewegtbildsignalen mit erfindungsgemäßen Schaltungsmerkmalen.

Die Figur enthält nur für die Erfindung wichtigsten Bestandteile des Übertragungssystems. Auf der Sendeseite des Systems befindet sich eine Video-Kamera K die mit einem Worttakt der Frequenz fs PCM-Codeworte an einen Codierer COD übergibt. Der Worttakt mit der Frequenz fs wird von einem Oszillator OS erzeugt. Der Oszillator OS - gleiches gilt für alle weiteren Oszillatoren - steht beispielhaft für jede beliebige andere Taktquelle, die die gleiche Funktion hat.

Mit dem Worttakt der Frequenz fs werden die umcodierten Codeworte an einen sendeseitigen Pufferspeicher PS übergeben, aus dem sie bitweise mit einem Übertragungstakt der Frequenz ft ausgelesen werden. Quelle des Übertragungstaktes ist ein Oszillator OT. Die Frequenz ft des Oszillators OT ist in keiner Weise mit der Frequenz fs des Oszillators OS korreliert. Bei einer Variante eines Systems der eingangs genannten Art liegt die Frequenz fs bei 5 MHz. Bei einer anderen Variante wird die Kamera K mit hoher Worttaktfrequenz betrieben (13,5 MHz) und nur der Codierer COD mit etwa 5 MHz getaktet. Zwischen der Kamera K und dem Codierer COD liegen daher Einheiten, die die Worttaktfrequenz herabsetzen. Die Frequenz des Übertragungstaktes ft liegt bei 2 MHz. Diese Bitratenreduktion ist eine Folge der eingangs schon erwähnten Interframe- Codierung.

Nachdem das 2 MBit/s-Signal weitere Übertragungseinrichtungen TE durchlaufen hat, wird es auf der Empfangsseite ebenfalls bitweise in einem empfangsseitigen Eingangs- Pufferspeicher PE eingelesen, und mit einem Worttakt der Frequenz fe eines Oszillators OE codewortweise in einen Decodierer DEC übernommen und wieder in PCM-Codewort umcodiert. Der Oszillator OE schwingt unabhängig vom Oszillator OS mit der Frequenz fe = fs(1+a), wobei die reelle Zahl a größer als 0 ist.

Die PCM-Codeworte werden dann in einen Bildspeicher BS eingeschrieben und ersetzen dort einen Teil der zum vorangegangenen Bild gehörigen und gespeicherten Codeworte (Aktualisierung des Inhalts des Bildspeichers). Zusätzlich wird der gesamte Bildspeicher BS zyklisch mit der Bildwiederholungsfrequenz abgefragt und die in ihm gespeicherte Information einem Monitor MO zugeführt.

Da der Codierer COD die PCM-Codeworte in Codeworte ungleicher Länge umcodiert und diese in den sendeseitigen Pufferspeicher PS eingeschrieben werden und die Codeworte bitweise mit konstanger Bitrate wieder ausgelesen werden, führt das zu einem zeitlich schwankenden Füllstand des Pufferspeichers PS. Entsprechendes gilt für den empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeicher PE. Da der empfangsseitige Eingangs-Pufferspeicher PE - wegen fe größer als fs - schneller entleert wird als der senderseitige Pufferspeicher PS, ist ein Überlauf des Pufferspeichers PE daher auch unwahrscheinlicher als der Überlauf des Pufferspeichers PS. Wahrscheinlicher ist dagegen ein Leerlauf des Pufferspeichers PE. Ein Leerlauf wäre jedoch mit keinem Informationsverlust sondern lediglich mit einer längeren Bildstörung auf dem Monitor MO verbunden. Zur Vermeidung einer solchen Störung wird der Füllstand des empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeichers PE von einem Mikroprozessor MP überwacht. Hat der Füllstand eine untere Grenze erreicht, wird das Auslesen aus dem Pufferspeicher PE und damit die Aktualisierung des Inhaltes des Bildspeichers BS verhindert. Das zuletzt im Bildspeicher BS gespeicherte Bild wird solange wiederholt an den Monitor MO übertragen, bis der Füllstand des Pufferspeichers PE wieder einen normalen Wert erreicht hat. Das ist in der Regel nach der Wiederholung eines einzigen Bildes der Fall. Derartige Wiederholungen kommen - wenn der Pufferspeicher PE u. B. alle zu einem Vollbild gehörigen Daten speichern kann - in Abständen von mehreren Minuten vor.

Experimentell hat sich a = 10^-4 als günstig erwiesen, d. h. die Frequenz fe um 0,1 p. m. größer zu wählen als die Frequenz fs.

Sollte der senderseitige Worttakt fs mehr als 0,1 %0 nach oben von der Fernsehnorm abweichen, so besteht die erhöhte Gefahr eines Überlaufs des empfangsseitigen Eingangs-Pufferspeichers PE. Daher verhindert der Mikroprzessor MP bei drohendem Überlauf des Pufferspeicher PE - d. h., wenn der Füllstand eine obere Grenze überschreitet - das Einschreiben eines neuen Vollbildes in den Pufferspeicher PE. Ein solcher Vorgang ist als Bildstörung auf dem Monitor sichtbar.

Beim Einschalten der empfangsseitigen Einrichtungen nimmt der Füllstand des Eingangs-Pufferspeichers PE einen zufälligen Wert an. Liegt dieser Wert an der oberen Grenze, so droht unter Umständen schon beim Einschreiben des nächsten übertragenen Bildes in den empfangsseitigen Eingangs- Pufferspeicher PE ein Überlauf. Danach würde das Einschreiben eines weiteren Bildes verhindert, was wiederum zu einer Bildstörung auf dem Monitor führen würde. Zur Vermeidung solcher möglichen Störungen wird der empfangsseitige Eingangs-Pufferspeicher PE zur Beginn der Übertragung und nach der Unterbrechung einer Übertragung durch den Mikroprozessor MP entleert.

Claims (5)

1. System zur Übertragung von digitalen Bewegbildsignalen mit einem sendeseitigen Codierer und einem empfangsseitigen Decodierer, das auf der Empfangsseite einen Eingang-Pufferspeicher sowie einen Bildspeicher aufweist, dessen Inhalt aktualisiert und laufend zur Wiedergabe an einen Monitor weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß für den empfangsseitigen Decodierer (DEC) ein unabhängiger Oszillator (OE) mit fester Frequenz (fe) vorgesehen ist, deren Wert größer ist als der Wert der Frequenz (fs), mit der der senderseitige Codierer (COD) betrieben wird,
daß eine erste Überwachungsschaltung den Füllstand des Eingangs-Pufferspeichers (PE) überwacht und bei drohendem Leerlauf das Auslesen aus dem Eingangs- Pufferspeicher (PE) stoppt und den nicht aktualisierten Inhalt des Bildspeichers (BS) wiederholt an den Monitor (MO) weiterleitet, bis der Füllstand des Eingangs- Pufferspeichers (PE) einen Normalwert erreicht hat.

2. System nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fe) des unabhängigen Oszillators (OE) um etwa 0,1 p. m. größer ist als die Frequenz (fs), mit der der sendeseitige Codierer (COD) betrieben wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Überwachungsschaltung das Einschreiben in den Eingangs-Pufferspeicher (PE) verhindert, falls ein Überlauf droht.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Überwachungsschaltung zu Beginn der Übertragung oder nach einer Unterbrechnung der Übertragung den Eingangs-Pufferspeicher (PE) entleert.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Überwachungsschaltungen um einen Mikroprozessor (MP) handelt.