DE4020932A1

DE4020932A1 - Verfahren zum uebertragen einer sich zeitlich aendernden stellgroesse

Info

Publication number: DE4020932A1
Application number: DE19904020932
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Plenge; Juergen Mielke
Original assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Current assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date: 1990-06-30
Filing date: 1990-06-30
Publication date: 1992-01-09
Also published as: HUT63018A; CZ279940B6; CA2084791A1; CZ369792A3; EP0538289A1; AU655588B2; AU8005991A; JPH05508758A; DE4020932C2; HU9203809D0; WO1992000637A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfah ren ist aus "EBU Review-Technical", Nr. 218 (August 1986), Seiten 2 bis 12 bekannt.

Rundfunk-Tonsignale werden den Sendern mit einer Dynamik (Unterschied zwischen den lautesten und leisesten Signalen) zugeführt, welche auf den Signal-Rauschabstand des nach folgenden Übertragungsweges abgestimmt ist. Die hieraus resultierende Dynamik entspricht jedoch in vielen Fällen nicht den individuellen Wünschen des Rundfunkhörers. So ist beispielsweise beim Abhören in einem fahrenden Kraft fahrzeug die übertragene Dynamik wegen des Geräuschpegels im Fahrzeug erheblich zu groß, wohingegen beispielsweise beim Abhöran über Kopfhörer die übertragene Dynamik, die in der Regel geringer als die Originaldynamik des aufge nommenen Schallsignals ist, zu gering ausfällt.

Um die Tonsignalwiedergabe entscheidend zu verbessern, ist es wünschenswert, die Dynamik individuell am Ort der Wiedergabe den Wünschen des Hörers anpassen zu können. Hierfür ist es bekannt ("EBU Review-Technical", Nr. 218 (August 1986), von dem Programmsignal eine Stellgröße abzuleiten, welche die Einengung der Originaldynamik auf eine sogenannte "Zieldynamik" repräsentiert. Unter "Zieldynamik" versteht man die Einengung auf einen bestimm ten Wert, beispielsweise 30 dB, welche kleiner ist als die übertragene Dynamik. Dieses Stellsignal wird synchron mit dem zugeordneten Programmsignal übertragen und im Empfän ger zur variablen Dynamikwahl ausgewertet. Die freie Wahl der Dynamik wird dadurch ermöglicht, daß mit Hilfe der übertragenen Stellgröße die "Zieldynamik" realisiert wird oder weiter eingeengt wird (Kraftfahrzeug) oder bei inverser Nutzung des Stellsignals die Originaldynamik rekonstruiert wird.

Zur Übertragung des Stellsignals "Variable Dynamik" ist es bekannt (DE-PS 33 11 646 und DE-PS 33 11 647), am unteren Frequenzende des S-Signals eines M/S-codierten stereofonen Tonsignals eine feste und eine variable Ton frequenz mit kleinem Pegel unhörbar einzufügen, deren Frequenzabstand die momentane Stellgröße repräsentiert. Die zur Demodulation der Frequenzdifferenz erforderlichen schmalbandigen Filtar lassen jedoch schnelle Änderungen der Stellgröße nicht zu; ferner ist der für die Stellsignalüber tragung vorgesehene Frequenzbereich im S-Signal nicht hin reichend störungsfrei, um mit den verwendeten kleinen Signalpegeln der Tonfrequenzen eine sichere Übertragung zu gewährleisten. Insbesondere beim mobilen Empfang treten in dem betreffenden Frequenzbereich Störungen durch Mehrwege empfang auf.

Aufgrund dieser schwerwiegenden Mängel ist eine digitale Übertragung des Stellsignals "Variable Dynamik" in einem programmsignalfreien Bereich des Übertragungsbandes des Rundfunksignals wünschenswert. Für ein Fernseh-Tonsignal käme beispielsweise als programmsignalfreier Bereich der Austastbereich des Bildsignals in Betracht, welcher für andera digitale Zusatzsignale (Teletext) bereits ganutzt wird. Für ein UKW-FM-Signal bietet sich ein Hilfsträger im Mulitplexkanal an; hier besteht jedoch die Schwierigkeit, daß bereits bei 57 kHz die Kennsignale für Verkehrsfunksender sowie der Datenstrom des Radio-Daten-Systems (RDS) über tragen werden und weitere Hilfsträger wegen das Decoder- Aufwandes auf der Empfängerseite für den Rundfunkteilnehmer nicht akzeptierbar sind. Einer Einfügung des Stellsignals "Variable Dynamik" in den RDS-Datenstrom bzw. in den Teletext-Datenstrom steht jedoch entgegen, daß diese Daten ströme nicht synchron zum UKW- bzw. Fernseh-Tonsignal aus gesendet werden, was der Forderung nach synchroner Über tragung des Stellsignals "Variable Dynamik" zuwiderläuft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Übertragung des Stellsignals "Variable Dynamik" zu schaffen, welches trotz asynchroner Datenstromübertragung die erfor derliche Synchronität zwischen dem Stellsignal und dem Programmsignal empfängerseitig gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Überlegung aus, daß das Stellsignal "Variable Dynamik" nicht zeitgleich mit dem Programmsignal, sondern mit einer konstanten Vor eilung von beispielsweise 1000 ms das Sendestudio verläßt. Diese Voreilung erlaubt die folgende Verfahrensweise, erläutert anhand eines RDS-Datenstroms:

Der RDS-Coder am Sender nimmt das Stellsignal entgegen und speichert es. Sobald der RDS-Coder über eine freie Gruppe (Folge von Datenbits) verfügt, wird das digitalisierte Stellsignal als Datenpaket in dieser Gruppe übertragen. Die in einer Gruppe verfügbaren 37 Nettobits könnten wie folgt genutzt werden:

32 bit für die Übertragung der Stellgröße "Variable Dynamik"
5 bit für die Kennzeichnung des Übertragungs zeitpunktes.

Die letztgenannten 5 bit geben an, um wieviel ms die Über tragung im RDS-Coder jeweils verzögert worden ist bzw. wieviel von der Voreilzeit "verbraucht" worden ist. Diese Angabe erlaubt dem Empfänger:

- das Datenpaket zeitlich wieder zu entzerren und in einzelne diskrete Stellsignale mit konstanten zeit lichen Abständen zu wandeln, so daß schließlich ein konstanter Stelldatenstrom entsteht, und
- diese Daten in einem einfachen Schieberegister weiter so zu verzögern, daß die gesamte Voreilzeit ausgeglichen wird, und der konstante Stelldatenstrom wieder synchron zum Programmsignal zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen darge stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer sendeseitigen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Varfahrens;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer empfangsseitigen Einrich tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer gegenüber Fig. 2 abge wandelten Einrichtung zur Durchführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 4a bis 4g Diagramme zur Veranschaulichung einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die anhand von Fig. 1 schematisch veranschaulichte Einrich tung zur senderseitigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt ein Hörfunkstudio 10, in welchem ein Rundfunkprogrammsignal 11 und ein Stellsignal "Variable Dynamik" 12 ganeriert werden. Das Stellsignal 12 wird da bei von dem Programmsignal abgeleitet, wie eingangs bereits erläutert wurde. Wesentlich ist, daß am bzw. vor dem Aus gang des Studios 10 eine zeitliche Verzögerung des Pro grammsignals 11 gegenüber dem Stellsignal 12 arfolgt, was durch ein Zeitglied 13 mit einer konstanten Verzögerungs zeit in Fig. 1 symbolisiert wird. Diese Verzögerung führt dazu, daß das Stellsignal 12 gegenüber dem zugeordneten Programmabschnitt des Programmsignals 11 voreilt. In Fig. 4a sind für einen angenommenen Zeitverlauf eines Hörfunk-Pro grammsignals drei Programmabschnitte n, n+1 und n+2 aufgetra gen, welche gleiche zeitliche Längen aufweisen. Von jedem Programmabschnitt n bzw. n+1 wird das Stellsignal "Variable Dynamik" beispielsweise in Form diskreter Abtastwerte abgeleitet. Die Abtastwerte für jeden Programm signalabschnitt werden, wie Fig. 4c zeigt, in digitaler Form zu einem Datenpaket zusammengefaßt, wobei zum Zeitpunkt des letzten Abtastwertes das zugeordnete Datenpaket im darge stellten Beispielsfalle beginnt.

Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, werden das Programmsignal 11 wie auch das Stellsignal 12 über getrennte Leitungen 14 bzw. 15 zum Senderstandort 16 übertragen. Der Senderstand ort 16 umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen UKW-FM-Sender 17 sowie einen RDS-Coder 18, wobei das Pro grammsignal 11 dem Sander 17 und das voreilende Stellsignal 12 dem RDS-Coder 18 zugeführt werden. Der RDS-Coder 18 fügt die Datenpakete des Stellsignals 12 um eine variable Zeit Δt verzögert in seinen RDS-Datenstrom ein, wie anhand der Fig. 4d und e bzw. 4f und g im folgenden näher er läutert werden soll.

Bei der Variante nach Fig. 4d enthält der im RDS-Coder 18 gespeicherte Datenstrom eine zyklische Folge von Gruppen, in welcher bereits Gruppen VD für die Einfügung des Stell- Signals "Variable Dynamik" vorgesehen sind. Der in Fig. 4d veranschaulichte Zyklus umfaßt die Gruppan 0A, VD, 2A, 0A, VD, 6A, 0A, VD, 6A, 2A, 0A, VD, 6A und 6A. Die Ein fügung der den Programmabschnitten n, n+1 und n+2 zugeordneten Datenpakete des Stellsignals ist in Fig. 4e gezeigt. Dabei entfallen einige der für die Einfügung des Stellsignals freigehaltenen Gruppen VD im gesendeten RDS-Datenstrom, falls für diese Gruppen VD keine einzufügen den Oatanpakete vorhanden sind. Dies bedeutet im Falle des Beispiels nach Fig. 4d, daß die Gruppen VD mit den laufen den Gruppennummern 2 und 5 nicht gesendet werden, so daß zum Zeitpunkt des Auftretens des betrachteten Datenpaketes der laufenden Nummer n die Datenpakete 1, 3, 4 und 6 bereits ausgesendet sind bzw. (Datenpaket Nr. 6) auf Sendung sind. Die nächste freie Gruppe VD ist daher die Gruppe Nr. 8, so daß mit der Einfügung des Datenpaketes n gewartet werden muß, bis die Gruppe Nr. 7 vollständig gesendet ist. Diese Wartezeit ist in Fig. 4e mit Δt_n bezeichnet. Die gleichen Überlegungen gelten für die Datenpakete mit den laufenden Nummern n+1 und n+2, wobei hier die Wartezeiten mit Δt_n+1 bzw. Δt_n+2 bezeichnet sind. Wie man anhand der aufgetragenen Wartezeiten erkennt, sind die Wartezeiten unterschiedlich auf Grund der Struktur des gespeicherten RDS-Datenstroms und können maximal dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gruppen VD betragen. Infolge der jeweiligen Wartezeit Δt verringert sich die Voreilung des Stellsignals 12 gegenüber dem zugeordneten Programmsignal abschnitt auf den Wert τ-Δt. Da das Programmsignal und das Stellsignal im Empfänger synchronisiert werden müssen, werden die Wartezeiten Δt in dem RDS-Coder 18 erfaßt und in den betreffenden Datenpaket kodiert übertragen.

Der gesendete RDS-Datenstrom wird von dem RDS-Coder 18 dem Sender 17 zugeführt, wo er auf einem Hilfsträger im Multi plexbereich des Programmsignals normgemäß Übertragen wird.

Alternativ zu der Bereitstellung von Gruppen VD in der gespeicherten Folge von RDS-Gruppen ist es gemäß Fig. 4f alternativ möglich, auf eine derartige Bereitstellung zu verzichten, wie durch Vergleich der Fign. 4d und 4f ohne weiteres ersichtlich ist. Ein Vorteil besteht darin, daß die im RDS-Coder 18 gespeicherte Folge von Gruppen (Zyklus) wesentlich kürzer als im Falle von Fig. 4d ist. Soll in die gespeicherte Folge von RDS-Gruppen gemäß Fig. 4f ein Daten paket eingefügt werden, so erfolgt diese Einfügung am Ende der gerade gesendeten Gruppe, wobei die nächste Gruppe des Zyklus um die Dauer einer Gruppe verschoben wird. Wie Fig. 4g zeigt, erfolgt die Einfügung des Datenpaketes n am Ende der Gruppe mit der laufenden Nummer 4 im Zyklus 1, des Daten paketes n+1 am Ende der Gruppe mit der laufenden Nummer 7 im Zyklus 2 und des Datenpaketes n+2 am Ende der Gruppe mit der laufenden Nummer 9 im Zyklus 2. Hierdurch ergeben sich ebenfalls Wartezeiten Δt_n, Δt_n+1 bzw. Δt_n+2, welche aber im Vergleich zu den Wartezeiten nach Fig. 4e wesent lich kürzer sind. Dies stellt einen weiteren Vorteil der Alternative gemäß Fign. 4f und 4g dar.

Bei der anhand von Fig. 2 schematisch dargestellten empfangs seitigen Einrichtung wird in dem RDS-tauglichen Empfänger der ausgesendete RDS-Datenstrom dem Hörfunk-Programmsignal abgetrennt und einem RDS-Decoder 21 zugeführt, welcher den geträgerten RDS-Datenstrom demoduliert und decodiert. Der decodierte RDS-Datenstrom wird an die Stufe 22 übergeben (welche auch Teil des Decoders 21 sein kann), wo die Ab trennung und Auswertung des Stellsignals "Variable Dynamik" erfolgt. Hierbei wird euch die in jedem Datenpaket enthaltene Information über die Wartezeit Δt zurückgewonnen, welche zur Steuerung eines nachfolgenden Pufferspeichers 23 für das Stellsignal "Variable Dynamik" dient. Das am Ausgang des Pufferspeichers 23 auftretende Stallsignal ist wieder synchron zu dem zugeordneten Signalabschnitt des Programm signals, welches von dem Empfänger 20 einem gesteuerten Verstärker 24 zugeführt wird. Das zeitgleiche Stellsignal am Steuereingang des geregelten Verstärkers 24 verändert nach Maßgabe einer manuellen Eingabe 25 des Verstärkers 24 die Verstärkung des Programmsignals, so daß das über Laut sprecher 26 bzw. nichtdargestellten Kopfhörer wiedergegebene Programmsignal eine Dynamik entsprechend dem individuallen Wunsch des Zuhörers bzw. der manuellen Vorgabe am Eingang 25 aufweist. Damit erfolgt auf der Empfangsseite in umgekehrter Weise wie auf der Senderseite die Durchführung der Verfah rensschritte gemäß Fig. 4a bis 4g.

In Fig. 3 ist ein weiteres, empfangsseitiges Ausführungsbei spiel veranschaulicht, welches von der Überlegung ausgeht, daß in einem RDS-Übertragungskanal nur eine begrenzte Kapazität zur Übertragung des Stellsignals "Variable Dynamik" verfügbar ist. Um dennoch eine insbesondere daten geschützte Übertragung im RDS-Kanal zu gewährleisten, wer den in einem empfängerseitigen Speicher 27, welcher anstelle des Pufferspeichers 23 gemäß Fig. 2 vorgesehen wird, typische Stellsignalverläufe fest gespeichert. Als Inhalt der Datenpakete des Stellsignals "Variable Dynamik" werden lediglich die Adressen der jeweils gewünschten Stellsignal verläufe übertragen, was erheblich weniger Kanalkapazität beansprucht als die Übertragung der Stallsignalverläufe als solche. Zusätzlich zu den Adressen der fest gespeicherten Stellsignalverläufe können die an den Grenzen der Programm signalabschnitte tatsächlich auftretenden Stellsignalwerte übertragen werden, welche in dem Speicher 27 zur Plausibili tätsprüfung und/oder Korrektur und/oder zur lnitialisierung bei Geräteeinschaltung, bei Programmwechsel oder bei Stell signalausfall verwendet zu werden. Die mit Hilfe dieser Verfahrensalternative erzielte Kapazitätseinsparung ist so groß, daß jedes Datenpaket zweimal im RDS-Datenstrom übertragen werden kann, was eine wesentliche Erhöhung der Übertragungssicherheit bedeutet.

Unterhalb des Schaltungsblockes 27 sind in Fig. 3 in einer Tafel Beispiele für typische Stellsignalverläufe aufgetragen;
man erkennt:
eine Gerade mit der Steigung 0 (konstante Dynamik) eine Gerade mit positiver Steigung (ansteigende Dynamik)
eine Gerade mit negativer Steigung (abfallende Dynamik)
Signalsprünge mit verschiedener Amplitude, ver schiedener Richtung und zu verschiedenan Zeit punkten (sprunghafte Dynamikänderungen nach Größe, Richtung und Zeit).

Claims

1. Verfahren zum Übertragen einer sich zeitlich ändern den Stellgröße, welche von einem zugeordneten Rund funkprogrammsignal abgeleitet und zusammen mit dem Programmsignal ausgesendet wird, um empfangsseitig zur Wahl einer von der übertragenen Programmsignal dynamik abweichenden Wiedergabedynamik verwendet zu werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) die Stellgröße wird als digitales Zusatzsignal in einen Datenstrom eingefügt, der in einem pro grammsignalfreien Bereich des Übertragungsbandes des Rundfunkprogrammsignals asynchron zu demselben übertragen wird;
b) die Einfügung des digitalen Zusatzsignals erfolgt intervallweise als Datenpaket mit einer variieren den Voreilung gegenüber dem betreffenden Programm signalabschnitt des Programmsignals, und
c) die variablen Zeitdifferenzen zwischen den Zeit punkten der intervallweisen Einfügung der Daten pakete und des Auftretens der betreffenden Pro grammsignalabschnitte werden als gesonderte Zeit information in den Datenpaketen übertragen und empfangsseitig zur Synchronisierung des voreilenden Stellsignals mit dem Programmsignal verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig eine Vielzahl typischer Stellsignalverläufe fest ge speichert ist, und daß als Stellsignale lediglich die Adressen der fest gespeicherten Stellsignalverläufe übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die an den Grenzen der Programmsignalabschnitte tatsächlich auftretenden Stellsignalwerte zusammen mit den Adressen der fest gespeicherten Signalverläufe über tragen werden, welche empfangsseitig zur Plausibili tätsprüfung und/oder zur Korrektur und/oder zur Initialisierung bei Geräteeinschaltung, bei Programm wechsel oder Stellsignalausfall verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Zusatzsignal in den Datenstrom eines Radio-Daten-Signals (RDS-Signal) eingefügt wird, welches auf einem Hilfsträger im Multiplexkanal eines FM-Rundfunkprogrammsignals übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem RDS-Daten strom periodisch wiederholte Folgen von Datenbits (Gruppen) für die Übertragung des Stellsignals vorge sehen werden und daß in dem RDS-Datenstrom eine größere Anzahl von Gruppen als erforderlich vorgesehen werden und daß nur solche Gruppen ausgesendet werden, die mit einem Datenpaket des digitalen Zusatzsignals belegt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem RDS-Daten strom Folgen von Datenbits (Gruppen) jeweils zur Auf nahme eines Datenpaketes des digitalen Zusatzsignals bedarfsweise zwischen anderen Gruppen eingefügt wer den.