DE4013204C2 - Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes von digitalen Daten - Google Patents
Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes von digitalen DatenInfo
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- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/16—Time-division multiplex systems in which the time allocation to individual channels within a transmission cycle is variable, e.g. to accommodate varying complexity of signals, to vary number of channels transmitted
- H04J3/1682—Allocation of channels according to the instantaneous demands of the users, e.g. concentrated multiplexers, statistical multiplexers
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Zur Verringerung der Datenrate von digitalen Tonsignalen sind
Datenreduktionsverfahren wie z. B. MSC (Mehrfach adaptive
spektrale Audio-Codierung), ASPEC (Adaptive Spectroperceptual
Entropy Coding), MASCAM (Masking Pattern Adapted Universal
Sub-Band Integrated Coding and Multiplexing), MUSICAM u. s. w.
bekannt, die in der Regel die psycho-akustischen Eigenschaf
ten der menschlichen Audio-Wahrnehmung berücksichtigen. Bei
diesen heute bekannten und mit vertretbarem Aufwand für die
Anwendung in einem digitalen Rundfunksystem realisierbaren
Verfahren hat es sich gezeigt, daß für eine digitale Tonüber
tragung mit hoher Tonqualität im Mittel z. B. 80 kbit/s pro
Monokanal ausreichend sind, d. h. bei z. B. 98% aller Musik
stücke oder in 98% aller Zeit können bei dieser Datenrate
keine von der Datenreduktion stammende Defekte hörbar werden.
Diese Datenrate reicht jedoch bei bestimmten kritischen
Musikstücken, die im genannten Beispiel als restliche 2%
auftreten, nicht aus. In diesen Extremfällen und bei beson
ders hohen Ansprüchen an die Qualität muß für den gerade
kritischen Programmkanal zeitweise eine Datenrate von 128 kbit/s
oder sogar 192 kbit/s zur Verfügung stehen wie dies
aus dem Beitrag von Stoll et al "Masking-pattern adapted
subband coding: Use of the dynamic bit-rate margin, 84th
Convention of the Audio Engineering Society, Paris 1988,
Preprint No. 2585" [1] bekannt ist.
Unter frequenz- und programm-ökonomischen Gesichtspunkten ist
es nachteilig, die Datenrate je Programmkanal auf einen
jeweils nur kurzzeitig erforderlichen Spitzen-Datenratenbe
darf wie z. B. 192 kbit/s auszulegen, denn dies reduziert die
Anzahl der übertragbaren Programme in einem vorgegebenen
Frequenzband bzw. einer vorgegebenen Gesamtdatenrate entspre
chend. Abhilfe kann in gewisser Weise die Verwendung von
Datenpuffern bringen, mit denen Spitzenanforderungen an die
Datenrate innerhalb kurzer Zeit-Intervalle durch geringere
Anforderungen in Zeit-Intervallen vorher oder nachher sozusa
gen "geglättet" oder "ausgepuffert" werden können.
Nachteilig ist dabei jedoch die prinzipiell durch jeden
Puffer bewirkte Zeitverzögerung des Tonsignals, die bei
bekannten Vorschlägen von ca. 40 msec bis 1 sec reicht. Aus
verschiedenen Gründen ist es für wichtige Anwendungen jedoch
notwendig, daß die gesamte Verzögerung geringer als 25 msec
bemessen ist.
Die terrestrische HF-Ausstrahlung mehrerer digitaler
Programme auf einem HF-Träger kann z. B. mit Hilfe des COFDM
(Coded-Orthogonal-Frequency-Devision-Multiplex)-Verfahrens
erfolgen, wie dies aus dem Beitrag von Le Floch et al
"Digital Sound Broadcasting to Mobile Receivers" IEEE Transaction
on Consumer Electronics [2] bekannt ist.
Für die Ausstrahlung von 13 Stereo-Programmen mit hoher Qua
lität (jeweils codiert mit zweimal 168 kbit/s), war damit bei
einem Versuchssystem eine HF-Bandbreite von 7 MHz erforder
lich [2]. Für durchschnittliches Musikprogramm auf allen Pro
grammkanälen bedeutet das aber, daß ein erheblicher Teil der
verfügbaren Datenrate vom Tonsignal selbst ungenutzt bleibt.
Dieser Teil der Datenrate wird eigentlich nur für solche
(statistisch gesehen seltene) Programm-Zeitabschnitte vorge
halten, die für das verwendete Datenreduktionsverfahren hin
sichtlich der Qualität kritisch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der in
einem HF-Frequenzband übertragbaren digitalen Ton- oder/und
Bildprogramme ohne Qualitätseinbuße zu vergrößern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläu
tert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein bekanntes mehrkanaliges Tonübertragungssy
stem,
Fig. 2 einen Empfänger zu diesem System,
Fig. 3 ein neues mehrkanaliges Tonübertragungssystem,
Fig. 4 einen Empfänger zu dem neuen Tonübertragungssy
stem,
Fig. 5 einen Einfachempfänger zu dem neuen Tonübertra
gungssystem,
Fig. 6 die Gewinnung eines gemeinsamen ergänzenden
Signales zu dem neuen Tonübertragungsystem.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Prinzip eines mehrkanaligen digi
talen Tonübertragungssystemes, welches hier der Einfachheit
halber nur für 4 einzelne Tonprogramme dargestellt ist. Die
datenreduzierenden Encoder C1, C2, C3 und C4 liefern für
jedes einzelne Signal eine zeitlich feste Datenrate von je
120 kb/s, die sich aus einer von dem jeweiligen Grad der
Datenreduktion abhängigen und daher bei üblichen Tonprogram
men schwankenden Nutzdatenrate und einer die Nutzdatenrate zu
120 kb/s ergänzenden Fülldatenrate zusammensetzt. Die einzel
nen Signale werden in einem Multiplexer M1 zu einem gemeinsa
men Digitalsignal mit ebenfalls fester Datenrate von 4.120 kb/s
= 480 kb/s zusammengefaßt. In dem bekannten System der
Fig. 1 muß aufgrund der festen Datenraten die Dimensionierung
des Übertragungskanals am Ausgang des Multiplexers M1 auf den
Spitzendatenratenbedarf aller Audiokanäle im worst case
erfolgen.
Fig. 2 zeigt einen zum Übertragungssystem der Fig. 1 gehören
den Empfänger, bestehend aus einem Demultiplexer für den
jeweiligen Datenstrom von 120 kb/s und einen Dekoder hierfür.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäß konzipiertes neues Übertra
gungssystem für dieselbe Kanaldatenrate von 480 kb/s, das nun
jedoch ein Tonsignal mehr übertragen kann als das bekannte
System nach Fig. 1. Die Coder C10, C11, C12, C13 und C14
liefern im Gegensatz zu den Codern aus Fig. 1 zwei getrennte
Ausgangssignale. Jedes erste Teilsignal an jedem Coderausgang
hat eine zeitlich unveränderliche Datenrate von 80 kb/s. Auch
diese setzt sich aus einer von dem jeweiligen Grad der Daten
reduktion abhängigen und daher bei üblichen Tonprogrammen
schwankenden Nutzdatenrate und einer die Nutzdatenrate zu 80 kb/s
ergänzenden Fülldatenrate zusammen. Bei einer 80 kb/s
überschreitenden Nutzdatenrate wird das erste Teilsignal dann
auf eine Nutzdatenrate von ebenfalls 80 kb/s begrenzt. Jedes
erste Teilsignal am Coderausgang enthält Daten, die bereits
für sich als Tonsignal dekodiert werden können. Da diese
feste und begrenzte Datenrate im worst case, d. h. bei beson
ders kritischen Tonsignalabschnitten, nicht alle für
exzellente Qualität erforderliche Daten aufnehmen kann, kann
das allein aus dem ersten Teilsignal mit fester Datenrate (80 kb/s)
dekodierte Tonsignal gewisse Degradationen aufweisen.
Jeder Coder C10, C11, C12, C13 und C14 liefert neben dem
ersten Teilsignal mit fester Datenrate ein zweites Teilsignal
mit veränderlicher Datenrate, das die verbleibenden Nutzda
ten, also die durch die Begrenzung im ersten Teilsignal zeit
weise abgeschnittenen Nutzdaten enthält. Typischerweise wird
ein solches zweites Teilsignal nur bei kritischen Eingangssi
gnalen oder in kritischen Abschnitten des Eingangssignales
zum jeweiligen Coder nennenswerte Datenraten führen, sonst
jedoch mit großer Häufigkeit nur minimale oder sogar ver
schwindende Datenraten führen. Alle zweiten Teilsignale wer
den einer Steuereinheit zugeführt, welche diese Signale mit
Steuerinformation versieht und - soweit die Summe der Daten
raten aller zweiten Teilsignale dieses erlaubt - alle Teilsi
gnale für einen weiteren gemeinsamen Kanal mit fester Daten
rate (hier ebenfalls 80 kb/s) codiert.
Falls die Datenratensumme aller Teilsignale kurzzeitig oder
dauernd die zur Verfügung stehende Übertragungsrate über
schreitet, werden in Abhängigkeit von der Priorität oder der
Wichtigkeit einzelner zweiter Teilsignale für die empfangs
seitig dekodierbaren Tonsignale einzelne weniger wichtige
zweite Signalteile verzögert, weiter reduziert oder sogar
garnicht in das gemeinsame ergänzende Signal aufgenommen. Die
Grundüberlegung zu dem in Fig. 3 dargestellten Übertragungs
system geht davon aus, daß die Eingangstonsignale statistisch
unabhängig voneinander sein werden und daher in der Regel
nicht alle gleichzeitig die maximal mögliche Datenrate in dem
zweiten Teilsignal erfordern werden. Es sollten damit normalerweise
alle zweiten Teilsignale so übertragen werden
können, daß die Tonsignale ohne Degradationen dekodiert
werden können.
Fig. 4 zeigt einen hochwertigen Empfänger für das Übertra
gungssystem nach Fig. 3. Mit zwei Demultiplexern werden aus
dem Eingangsdatensignal für den jeweiligen Tonkanal das
erstes Teilsignal und aus dem gemeinsamen ergänzenden Signal
das zugehörige zweite Teilsignal. Beide Teilsignale werden
dem Dekoder zugeführt, der hieraus das Ausgangstonsignal
dekodiert.
In einem Einfach-Empfänger, z. B. Auto-Radio, gemäß Fig. 5
wird nur das erste Teilsignal mit fester Datenrate dekodiert.
Die aufwendigere Demultiplex- und Dekodierfunktion für das
zweite Teilsignal wird eingespart. Hiermit ergibt sich in
kritischen Signalabschnitten eine reduzierte Tonqualität, die
jedoch für verschiedene Anwendungen, z. B. für Geräte niedri
ger Preisklassen, durchaus akzeptabel sein kann.
Fig. 6 zeigt im den linken Bildteilen die für eine bestimmte
Tonqualitätsvorgabe erforderliche individuelle Datenrate an 5
Coderausgängen als Funktion der Zeit. Die zeitabhängig vari
ierende für eine gute Tonqualität erforderliche Datenrate
erreicht nur selten den worst case Wert von 120 kb/s und
bleibt sogar überwiegend unter 80 kb/s. Die rechts darge
stellten ersten Teilsignale enthalten daher mit je 80 kb/s
meist bereits die volle anfallende Datenrate und übertragen
damit die volle Tonqualität. Die in kurzen Zeitabschnitten 80 kb/s
überschreitenden individuellen Teildatenströme bilden
die 5 zweiten Teilsignale, welche gemeinsam in einem zusätz
lichen Kanal von 80 kb/s übertragen werden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Übertragung oder Decodierung mehrerer digi
tal codierter vollständiger Ton-, Bild- oder Daten-
Signale in einem Gesamtdatenstrom, wobei einzelne oder
alle dieser Signale zeitlich variierende Datenraten auf
weisen, gekennzeichnet durch:
jedes dieser vollständigen Signale wird zunächst für sich codiert als ein erstes Teilsignal mit innerhalb des Ge samtdatenstroms begrenzter, vorgewählter Nutzdatenrate;
für diese vollständigen Signale wird zu entsprechenden Zeitpunkten mit erforderlicher hoher Datenraten- Anforderung ein zweites Teilsignal für nicht innerhalb der begrenzten, vorgewählten Nutzdatenrate codierbare Da tenanteile codiert;
alle zu dem Gesamtdatenstrom gehörenden zweiten Teilsi gnale werden zu einem gemeinsamen ergänzenden Signal zu sammengefaßt und mit innerhalb des Gesamtdatenstroms be grenzter, vorgewählter Nutzdatenrate übertragen;
dem gemeinsamen ergänzenden Signal werden solche Informa tionen hinzugefügt, mit deren Hilfe bei der Decodierung in einem Empfänger das gemeinsame ergänzende Signal wie der in die einzelnen zweiten Teilsignale zerlegbar ist und ein entsprechendes zweites Teilsignal einem zugehöri gen ersten Teilsignal zugeordnet wird.
jedes dieser vollständigen Signale wird zunächst für sich codiert als ein erstes Teilsignal mit innerhalb des Ge samtdatenstroms begrenzter, vorgewählter Nutzdatenrate;
für diese vollständigen Signale wird zu entsprechenden Zeitpunkten mit erforderlicher hoher Datenraten- Anforderung ein zweites Teilsignal für nicht innerhalb der begrenzten, vorgewählten Nutzdatenrate codierbare Da tenanteile codiert;
alle zu dem Gesamtdatenstrom gehörenden zweiten Teilsi gnale werden zu einem gemeinsamen ergänzenden Signal zu sammengefaßt und mit innerhalb des Gesamtdatenstroms be grenzter, vorgewählter Nutzdatenrate übertragen;
dem gemeinsamen ergänzenden Signal werden solche Informa tionen hinzugefügt, mit deren Hilfe bei der Decodierung in einem Empfänger das gemeinsame ergänzende Signal wie der in die einzelnen zweiten Teilsignale zerlegbar ist und ein entsprechendes zweites Teilsignal einem zugehöri gen ersten Teilsignal zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeweils für zwei der
vollständigen Signale, insbesondere für Stereoton-
Signale, ein gemeinsames erstes Teilsignal und ein ge
meinsames zweites Teilsignal gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem den zweiten
Teilsignalen Informationen über die Wichtigkeit und/oder
Priorität zugeordnet werden und diese Informationen bei
der Zusammenfassung der zweiten Teilsignale berücksich
tigt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Berücksichtigung
der Wichtigkeit und/oder Priorität aller zweiten Teilsi
gnale abschnittsweise in einem gemeinsamen zeitlichen Ra
ster erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Berücksichtigung
der Wichtigkeit und/oder Priorität der zweiten Teilsigna
le in durch die betroffenen Signale selbst bestimmten
Zeitabschnitten erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ein
zelne zweite Teilsignale geringerer Wichtigkeit und/oder
Priorität verzögert, mit verminderter Qualität, mit ver
minderter Quantität oder gar nicht in das gemeinsame er
gänzende Signal übernommen werden, falls die Gesamtdaten
rate aller zweiten Teilsignale die für das gemeinsame er
gänzende Signal zur Verfügung stehende Datenrate über
steigt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ande
re Daten dem gemeinsamen ergänzenden Signal hinzugefügt
werden, wenn die Summe der erforderlichen Datenraten al
ler zweiten Teilsignale oder derjenigen zweiten Teilsi
gnale mit hoher Wichtigkeit und/oder hoher Priorität
kleiner als die zur Verfügung stehende Datenrate ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die anderen dem ge
meinsamen ergänzenden Signal hinzugefügten Daten für pro
grammbegleitende Dienste genutzt werden, insbesondere für
Verkehrsfunk, laufende Nachrichten oder RDS-Signale.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem für
jedes erste Teilsignal ein gleicher Anteile am Gesamtda
tenstrom vorgesehen wird und für das gemeinsame ergänzen
de Signal ebenfalls der gleiche Anteil oder ein ganzzah
liges Vielfaches davon vorgesehen wird.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19904013204 DE4013204C2 (de) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes von digitalen Daten |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19904013204 DE4013204C2 (de) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes von digitalen Daten |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4013204A1 DE4013204A1 (de) | 1991-10-31 |
DE4013204C2 true DE4013204C2 (de) | 2002-10-31 |
Family
ID=6405068
Family Applications (1)
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DE19904013204 Expired - Fee Related DE4013204C2 (de) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes von digitalen Daten |
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1990
- 1990-04-25 DE DE19904013204 patent/DE4013204C2/de not_active Expired - Fee Related
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84th Convention of the Audio Enginnering Society, Paris 1988, Preprint No. 3585 (D-5), S. 1-33 * |
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