DE4240226A1 - Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Fernsehsignalen - Google Patents
Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-FernsehsignalenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Übertra
gen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Fernsehsigna
len. (HDTV = High Defintion TV, DETV = Extended Defintion TV
und SDTV = Standard Defintion TV).
Zur Übertragung von digitalen, hierarchischen Fernsehsigna
len ist Multiresolution-Modulation Stand der Technik (Siehe
K.M. Uz, K. Ramchandran und M. Vetterli, "Multiresolution
source and channel coding for digital broadcast of HDTV"
Fourth International Workshop on HDTV and beyond, Torino,
Sept. 1991; T. Cover, "Broadcast Channel", IEEE Trans. on
IT, IT-18, Stn. 2 bis 14, Jan. 1972). Zur Fehlersicherung
bei der Übertragung sind diverse Kanalcodierungs-Verfahren,
wie Faltungscodes, Blockcodes, u. a. bekannt. Bei der Kombi
nation von Kanalcodierung und Modulation sind trellis-co
dierte Modulation (TCM), (Siehe G. Ungerboeck, "Channel Coding
with multilevel phase signals", IEEE Trans. IT, Vol. IT-28,
Stn. 55 bis 67, Jan. 1982), blockcodierte Modulation (BCM)
(siehe S.I. Sayegh, "A class of optimum block codes in
signal space", IEEE Trans. on Com., COM-34, Stn. 1043 bis
1045, Okt. 1986) und Multilevel-Coding bekannt (siehe A.R.
Calderbank, "Multilevel codes and multistage decoding" IEEE
Trans. on Com, COM-37, Stn. 222 bis 229, März 1989). Zu
einer effizienteren Übertragung über einen begrenzten Kanal
wird weiterhin das Orthogonal Frequency Devision- (OFD-)
Multiplexing angewendet. (Siehe S.B. Weinstein und P.M.
Ebert, "Data transmission by FDM using discrete Fourier
Transform", IEEE Trans. on Com., COM-19, Stn. 628 bis 634,
Okt. 1971).
Mit den derzeit bekannten Mitteln ist eine Übertragung von
digitalen hierarchischen Fernsehsignalen in einem 7 MHz-Kanal
nicht möglich, wenn den nachstehend angeführten Ansprüchen
genügt werden soll.
- a) Eine extrem hohe Gesamt-Datenrate ist annäherend fehler frei über den zur Verfügung stehenden Kanal zu übertragen.
- b) Die unterschiedlich wichtigen Daten sind entsprechend ihrer Priorität vor Kanalfehlern zu schützen.
- c) Es ist ein Modulationsverfahren zu finden, bei welchem sich die jeweiligen Empfänger die benötigte Information aus dem gesendeten Datenstrom holen können.
- d) Ferner ist ein Übertragungsverfahren zu finden, das eine der Qualität des empfangenen Fernsehsignals entsprechende Empfängerkomplexibilität erlaubt.
- e) Ferner sollte das Verfahren so ausgelegt sein, daß mög lichst "Error Concealment" und "Graceful Degradation" durch führbar sind.
- f) Das Übertragungsverfahren ist so auszulegen, daß ein stationärer, portabler und mobiler Empfang bei jeweils un terschiedlichen Übertragungskanälen möglich ist.
Mit der Multiresolution-Modulation ohne Multilevel-Coding
kann eine hierarchische Übertragung von HDTV-, EDTV- und
SDTV-Signalen durchgeführt werden, jedoch nur, falls eine
erheblich größere Bandbreite für die Übertragung zur Verfü
gung stehen würde. Ebenso könnte die Übertragung mit den
bekannten TCM- und BCM-Verfahren zwar durchgeführt werden,
aber nur bei gleicher, sehr hohen Empfängerkomplexibilität
und unter Verzicht auf die Graceful Degradation.
Ferner gab es, um einige der vorstehend unter (a) bis (g)
angeführten Ansprüche zu bewältigen, verschiedene Ansätze.
Als Modulationsverfahren ist mindestens ein 64 Quadrature-
Amplitude Modulation (QAM) zu verwenden. Zusätzlich ist eine
Kanalcodierung notwendig, damit bei einem gegebenen Verhält
nis Symbolenergie/einseitige Rauschleistung (Es/No) und den
jeweiligen Kanaleigenschaften das Signal mit der gewünschten
Bitfehlerwahrscheinlichkeit empfangen werden kann. Ferner
ist vorgeschlagen worden, durch Multiresolution-Modulation
die verschiedenen EDTV-Signale in einem gemeinsamen Signal zu
übertragen. Damit war auch Graceful-Degradation möglich, um
bei einer Verschlechterung der Empfangebedingungen statt
eines Totalausfalls lediglich eine etwas schlechtere Fern
sehqualität zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, mit den zur Verfügung ste
henden Verfahren und deren Kombination ein digitales Über
tragungsverfahren für hierarchische Fernsehsignale, wie
HDTV, EDTV und SDTV zu schaffen, damit aus einem empfangenen
Signal, das aus den drei qualitativ unterschiedlichen Fern
sehsignalen HDTV, EDTV und SDTV besteht, jeweils das benö
tigte Signal detektiert werden kann. Gemäß der Erfindung ist
dies mit einem Verfahren zum Übertragen von hierarchischen
Fernsehsignalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch
die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 er
reicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf
Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Unteran
sprüche.
Zur Lösung der Aufgabe sind bei dem erfindungsgemäßen Ver
fahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen Fernseh
signal die Verfahren Multilevel-Coding bzw. Multistage-Deco
ding, Multiresolution-Modulation und Orthogonal Frequency
Devision-(OFD-)Multiplexing in optimaler Weise verknüpft.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann das hierar
chische Fernsehsignal, das aus HDTV-, EDTV- und SDTV-Antei
len besteht, in einem terrestrischen Kanal, einem Kabel- oder
einem Satelliten-Kanal unter unterschiedlichen Emp
fangsbedingungen und mit unterschiedlicher Empfänger-Komple
xität empfangen werden. Darüber wird ist Graceful-Degrada
tion ermöglicht und Error Concealment unterstützt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus
führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun
gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a in Form eines Blockschaltbildes eine sendeseitige
Aufbereitung von hierarchischen HDTV-, EDTV- und
SDTV-Signalen;
Fig. 1b in Form eines weiteren Blockdiagramms eine emp
fangsseitige Verarbeitung der empfangenen HDTV-,
EDTV- und SDTV-Signale;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von benötigten Bit
fehlerraten bei verschiedenen Übertragungsbedin
gen;
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Zusammenset
zung eines hierarchischen HDTV/EDTV/SDTV-Signals
nach einem Quellcoder;
Fig. 3b eine schematische Darstellung einer Zusammenset
zung eines hierarchischen HDTV-, EDTV-, SDTV-Sig
nals nach einem UEP-Coder;
Fig. 4a eine schematisierte Darstellung von Multilevel-
Coding;
Fig. 4b eine schematisierte Darstellung von Multistage
Decoding;
Fig. 5a eine schematische Darstellung von Coderaten Ci
eines Multilevel-Codes;
Fig. 5b eine schematische Darstellung einer Verteilung von
SDTV/EDTV/HDTV-Anteilen auf Bitströme (li);
Fig. 6a eine schematische Darstellung von Multiresolution
Set-Partitioning, und
Fig. 6b eine schematische Darstellung von Multiresolution
Set-Partition-Mapping.
In Fig. 1a ist in einem Blockschaltbild die sendeseitige Auf
bereitung von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Signalen
dargestellt. Ein analoges Bild-Eingangssignal wird in einem
A/D-Wandler 10 analog/digital gewandelt. Da es sich hierbei
noch um eine Datenrate < 1 Gbit/s handelt und nur eine Ka
nalbandbreite B von 7 MHz zwischen zwei benachbarten Kanälen
zur Verfügung steht, wird dem Bild-Signal im nachgeordneten
Quellcoder 11 Redundanz entzogen, so daß eine Gesamtdatenra
te des Bild- bzw. Videosignals von etwa 20 Mbit/s zu über
tragen ist. Zusätzlich fallen noch Ton- bzw. Audiodaten und
Zusatzdaten von jeweils etwa 500 kbit/s an.
Ein hierarchisches HDTV-/EDTV-/SDTV-Signal besteht aus un
terschiedlich wichtigen Bits, d. h. eine Verfälschung der
Bits bei der Übertragung durch Kanalstörungen wirkt sich im
später rekonstruierten Fernsehbild unterschiedlich aus; dies
reicht von Fehlern, die kaum bemerkt werden, bis hin zu
einem totalen Bildausfall. Aus diesem Grund werden die Bits
ihrer Wichtigkeit entsprechend mit einer UEP-(Unequal Error
Protection) Code in einem UEP-Coder 12 geschützt (siehe K.
Fazel, J. J. Lhuillier, "Transmission of images over bursty
and random channels", Signal Processing V: Theories and
Applications. Stn. 853 bis 856, 1990). Hierbei werden dem
Gesamtsignal eine Redundanz von etwa 7% hinzugefügt, so daß
das geschützte hierarchische Bildsignal nun etwa eine Daten
rate von 21,6 Mbit/s besitzt.
In einem weiteren Schritt sind nunmehr die Daten für die
Multiresolution-Modulation und die unterschiedlichen Über
tragungsbedingungen aufzubereiten. Hierzu werden für ein
gegebenes Verhältnis Es/No bei den in Fig. 2 aufgeführten
Übertragungsbedingungen die in Fig. 2 angegebenen Bitfehler
wahrscheinlichkeiten BERÿ benötigt. Die benötigten Bitfeh
lerwahrscheinlichkeiten BERÿ bei den jeweiligen Übertra
gungsbedingungen werden durch eine zusätzliche Kanalcodie
rung mittels raten-kompatiblen gelochten Faltungscodes
(RCPC) oder Blockcodes erreicht. (Siehe J. Hagenauer,
"Rate-compatible punctured convolutional codes (RCPC codes)
and their applications", IEEE Trans. Commun., Vol. COM-36,
Stn. 389 bis 400, Apr. 1988) Dabei ist jeweils der schlechte
ste Fall ("worst case") des benötigen Kanalcodes bestimmend.
Dem Quellencoder 11 können drei hierarchisch aufgebaute
Fernsehsignale, wie HDTV, EDTV und SDTV, entnommen werden.
Das Gesamtbild baut sich dabei vor und nach dem UEP-Coder 12
so auf, wie in Fig. 3a und 3b schematisiert dargestellt ist.
Das Gesamtsignal besteht hierbei nach dem UEP-Coder aus fol
genden Teilen:
einem SDTV-Anteil mit einer Datenrate von 6,8 Mbit/s, wel cher sich zusammensetzt aus 5 Mbit/s für das Bildsignal (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für den Audio-Anteil (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für Zusatzdaten (SDTV) und aus 0,8 Mbit/s für den UEP-Code;
dem zusätzlichen EDTV-Anteil von 7 Mbit/s für das zusätzli che EDTV-Bildsignal, aus 0,25 Mbit/s Audioanteil (EDTV), aus 0,25 Mbit/s Zusatzdaten (EDTV) und aus 0,4 M/s für den UEP-Code, und
dem zusätzlichen HDTV-Anteil mit 10 Mbit/s für das zusätz liche HDTF-Bildsignal mit 0,3 Mbit/s für den UEP-Code.
einem SDTV-Anteil mit einer Datenrate von 6,8 Mbit/s, wel cher sich zusammensetzt aus 5 Mbit/s für das Bildsignal (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für den Audio-Anteil (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für Zusatzdaten (SDTV) und aus 0,8 Mbit/s für den UEP-Code;
dem zusätzlichen EDTV-Anteil von 7 Mbit/s für das zusätzli che EDTV-Bildsignal, aus 0,25 Mbit/s Audioanteil (EDTV), aus 0,25 Mbit/s Zusatzdaten (EDTV) und aus 0,4 M/s für den UEP-Code, und
dem zusätzlichen HDTV-Anteil mit 10 Mbit/s für das zusätz liche HDTF-Bildsignal mit 0,3 Mbit/s für den UEP-Code.
Insgesamt ergibt sich somit eine Datenrate nach dem UEP-Co
der 12 von 22,5 Mbit/s.
Die drei Signalanteile werden in einem nachfolgenden Multi
level-Coder 13 mit RCPC-Codes gegen Kanalstörungen ge
schützt, wodurch eine zusätzliche Redundanz von 30% ent
steht, werden dann zu Symbolen aus jeweils sechs Bit zusam
mengefaßt und mittels Multiresolution-Modulation 13 und OFD-
Multiplexing (OFDM) 15 übertragen. Dazu werden für ein spä
teres inverses OFD-Multiplexing die Synchronisation und die
kohärente Detektion dem mittels des Multilevel-Coders 13 co
dierten Daten zusätzliche Trainingsfolgen in der Größenord
nung der Datenrate von 0,6 Mbit/s hinzugefügt, so daß das Ge
samtsignal nunmehr eine Rate von etwa 33 Mbit/s besitzt.
Bei OFD-Multiplexing wird beispielsweise bei einer Symbol
dauer Ts = 250 µs von einem Trägerabstand von 1/Ts = 1/250 µs
= 4 kHz ausgegangen. Das ergibt bei einem Schutzintervall von
TG = 30 µs eine Datenrate von 1/T = 1/Ts + TG = 1/280 µs =
3,571 ksymb/s. Wird ferner beispielsweise von einer nutzbaren
Kanalbandbreite B = 6,144 MHz in einem Kanalraster von 7 MHz
ausgegangen, dann lassen sich darin 0,75·211 = 1536 Träger
mit dem Trägerabstand von 4 kHz unterbringen. Dies ergibt
eine maximale übertragbare Datenrate von 1536·3,571
kSymb/s = 5,49 Msymb/s und bei Anwendung der 64 QAM für die
Multiresolution-Modulation eine übertragbare Datenrate von
etwa 33 Mbit/s. Damit ist das für das OFD-Multiplexing
(OFDM) aufbereitete Sendesignal mit dieser Anordnung zu
übertragen.
Die so aufbereiteten Daten werden nun nach einer Digital/Analog-
Umwandlung in einem nachgeordneten D/A-Wandler 16
über den zur Verfügung stehenden Kanal der Bandbreite
B = 7 MHz übertragen. Dieser Kanal kann entweder ein terre
strischer Kanal, ein Kabel- oder ein Satellitenkanal sein.
Wie aus dem Blockschaltbild der Fig. 1b zu ersehen ist, wird
empfangsseitig nach einer Analog/Digital-Wandlung in einem
A/D-Wandler 20 und nach einem inversen Frequenz-Demultiple
xing (OFDM) 21 mit Hilfe einer Kanalschätzung (CSI-Channel
State Information) 22 eine Demodulation durchgeführt. Dies
geschieht je nach dem gewünschten Fernsehsignal mit ver
schiedenen Empfängern unterschiedlicher Komplexität. Mittels
einer kohärenten Detektion und einem Multistage-Decoding
werden die benötigen Teilströme empfangen. Die dabei verwen
deten RCPC-Codes gestatten es außerdem bei Benützung eines
Soft-Output Viterbi Decoders (SOVA; siehe J. Hagenauer und
P. Höher, "A Viterbi algorithm with soft-decision outputs
and its applications", in Proc. GLOBECOM′89, Dallas Texas,
Stn. 47.1.1 bis 47.1.7, Nov. 1989) Zuverlässigkeitsinforma
tionen an einem nachgeordneten UEP-Decoder 25 zu liefern.
Ein je nach Empfänger (HDTV, EDTV, SDTV) unterschiedlicher
Quelldecoder 26 rekonstruiert das Fernsehsignal mit entspre
chender Bildqualität und nach einer Digital/Analog-Wandlung
in einem D/A-Wandler 27 steht schließlich das gewünschte
Fernsehsignal zur Verfügung.
Hierbei führt der jeweilige Empfänger eine kohärente Detek
tion und das inverse OFD-Multiplexing (OFDM) durch, schätzt
den Kanalzustand und gibt die Kanalschätzung (CSI) 22 an
einen Multiresolution-Demodulator 23 und den Multistage-De
coder 24 weiter. Hier gewinnt nun der einfach aufgebaute
SDTV-Empfänger die für ihn bestimmten Daten, der etwas kom
plexere EDTV-Empfänger überdies den zusätzlichen EDTV-Anteil
und der komplexe HDTV-Empfänger die gesamte Signalinforma
tion und gibt die jeweiligen Daten an die spezifischen UEP-
Decoder 25 und Quelldecoder 26 weiter.
Die Grundidee ist hierbei, das mit 64 QAM zu übertragende
Symbol, das aus 6 Bit pro Symbol besteht, vor Kanalstörun
gen zu schützen. Durch die sendeseitige Verwendung von Mul
tilevel-Coding und durch die empfangsseitige Verwendung von
Multistage-Decoding lassen sich nun auch auf die einzelnen
Bits des Symbols unterschiedliche, in optimaler Weise ge
wählte Kanalcodes anwenden. Diese Kanalcodes sind nun entwe
der RCPC-Codes oder Blockcodes. Gemäß der Erfindung werden
nach einer seriellen/parallelen Wandlung der drei Fernsehda
tenströme, wie in Fig. 4a dargestellt ist, für die Codes C1
bis C6 RCPC-Codes ausgewählt, da sich dadurch die Forderun
gen nach einem einzigen Viterbi- oder SOVA-Decoder und nach
Zuverlässigkeits-Informationen für den UEP-Decoder 25 und
für ein Error-Concealment erfüllen lassen. Die Datenströme
bi mit i = 1 . . . 6 werden mit den Codes Ci in die Bitströme
li überführt. Dabei gilt das beispielsweise in Fig. 5a ange
führte Schema. Das hierarchische Fernsehsignal ist nach dem
Multilevel-Coding nun so auf die Bitströme li verteilt, daß
das SDTV-Signal nur innerhalb der Ströme l1, l2 übertragen
wird, das EDTV-Signal innerhalb der Bitströme l1 bis l4 und
das HDTV-Signal in allen Bitströmen l1 bis C6 übertragen
wird, wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 5b zu
ersehen ist. Nunmehr wird jeweils ein (1) Bit aus den sechs
(6) Teilströmen li zu einem Symbol zusammengefaßt und einem
Signalpunkt im 64 QAM-Multiresolution-Raum zugeordnet.
Nach der in Fig. 5b gezeigten Aufteilung der hierarchischen
Fernsehsignale gibt es auch noch die Möglichkeit, das HDTV-
Teilsignal (EDTV-Teilsignal) einer zusätzlichen UEP (unequal
error protection) zu unterziehen, indem das Teilsignal je
nach den vorgegebenen Anforderungen an die zulässige Fehler
bitrate auf die Teilströme l1 bis l6 bzw. l1 bis l4 verteilt
wird.
Ziel einer Multiresolution-Modulation ist es, durch ein ge
eignetes Set-Partitioning Si mit i = 1 . . . 6, den Detektions
aufwand und damit die Decoder-Komplexibilität des jeweiligen
Fernsehempfängers an die jeweilige Bildqualität anzupassen.
Deshalb wurde gemäß der Erfindung das in Fig. 6a und 6b wie
dergegebene Multiresolution Set-Partitioning gewählt. In
Fig. 6a und 6b ist zu erkennen, daß für die Detektion des
SDTV-Signals d. h. der Datenströme l1 und l2, nur die Detek
tion bis zur dritten (3.) Set-Partition (S2 und S3) nötig
ist. Dann liegen die zwei Teilströme b1′ und b2′ vor, und der
SDTV-Empfänger kann das SDTV-Fernsehsignal rekonstruieren.
Für den EDTV-Empfänger ist die Kenntnis der Datenströme b1′
bis b4′ nötig; daher muß dieser die Detektion bis zur fünften
(5.) Set-Partition (S2 bis S5) vornehmen. Schließlich ge
winnt der HDTV-Empfänger durch eine Detektion bis zur sieb
ten (7.) Set-Partition (S2 bis S7) das gesamte Signal und
kann somit die volle HDTV-Bildqualität zurückgewinnen.
Zur Decodierung der empfangenen Teilströme wird ein Multi
stage-Decoding durchgeführt, wie aus Fig. 4b zu ersehen ist.
Ein Teilstrom l1′′ wird mittels eines Viterbi-, SOVA- oder
Blockcode-Decoders in einen Datenstrom b1′ zurückgewandelt.
Um nun eine verbesserte Detektion für den Teilstrom l2′′ zu
erlangen, wird der Datenstrom b1′ wieder mit dem Code C1 co
diert, so daß der Teilstrom l1′ - mit weniger Bitfehler als
der Teilstrom l1′′ - erhalten wird und dieser Teilstrom l1′ als
Ausgangsfolge für die Detektion in der Set-Partition S2 ver
wendet wird. Dieses Vorgehen wird für die folgenden Teil
ströme wiederholt, bis der jeweilige Empfänger die für ihn
benötigten Datenströme bi′ empfangen hat. Hierbei ist wieder
um die abgestufte Komplexität der Decoder zu erkennen. Der
SDTV-Empfänger muß lediglich zwei Teilbitströme decodieren,
um das SDTV-Fernsehsignal, welches in den Datenströmen b1′
und b2′ enthalten ist, zu erhalten. Der EDTV-Empfänger muß
vier Teilbitströme decodieren, um die Datenströme b1′ bis b4′
zu erhalten, und der HDTV-Empfänger muß alle sechs Teilbit
ströme decodieren, um das volle HDTV-Fernsehsignal b1′ bis b6′
zu erhalten. Somit verhält sich der Decodieraufwand der Emp
fänger folgendermaßen: SDTV/EDTV/HDTV = 1/2/3. Somit ist
durch die Multiresolution-Modulation und das Multistage-De
coding bzw. das Multilevel-Coding die geforderte abgestufte
Empfängerkomplexität gegeben.
Um bei einer Verschlechterung der Empfangsbedingungen für
HDTV und EDTV keinen abrupten Bildverlust zu erhalten, ist
erfindungsgemäß eine "Graceful Degradation" möglich. Über
steigt beispielsweise beim HDTV-Empfänger die Bildfehlerrate
der zusätzlichen HDTV-Daten das zulässige Maß, was einem
entsprechenden Bitverlust entspricht, kann der HDTV-Empfän
ger auf EDTV-Qualität umschalten. Dieses Umschalten wird vom
Zuschauer auf jeden Fall als weitaus weniger störend empfun
den als ein Zusammenbrechen des Bildes. Das Übergehen von
der HDTV- auf die EDTV-Qualität ist möglich, da die EDTV-Da
ten b1′ bis b4′ in aller Regel weitaus weniger gestört bzw.
verfälscht sind als die hochempfindlichen HDTV-Zusatzdaten
(b5′, b6′). In derselben Weise ist Graceful Degradation bei
möglicherweise erschwertem EDTV-Empfang möglich, indem von
EDTV- auf SDTV-Qualität umgeschaltet wird, da die Bitfehler
rate der SDTV-Daten (b1′, b2′) im Vergleich zu den weniger vor
Bitfehlern geschützten, zusätzlichen EDTV-Daten (b3′, b4′)
geringer ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung starker Qualitätsbe
einträchtigungen durch Übertragungsfehler bietet das Verfah
ren des sogenannten "Error Concealments". Dieses Verfahren
wird durch die Verwendung von Zuverlässigkeitsinformation zu
den empfangenen Daten (Bits) ermöglicht. Wird beispielsweise
statt des Viterbi-Decoders ein SOVA-Decoder für die Decodie
rung der Teilströme li′ verwendet, können bei einer hohen Feh
lerwahrscheinlichkeit die decodierten Bits Teile des vorher
gehenden Bildes für das aktuelle (höchstwahrscheinlich stark
gestörte) Bild verwendet werden. Dies wiederum führt im Ver
gleich zu einem durch Bitfehler gestörten Bild zu einem
stark verbesserten Bildeindruck, da es keine stark verzerr
ten, verschobenen oder schwarzen Störstellen gibt.
Da die Übertragungseigenschaften stark von der gewünschten
Fernsehqualität abhängen, muß das Verfahren einer kombi
nierten Multilevel-Coding/Multiresolution-Modulation opti
mal darauf adaptierbar sein. Gemäß der Erfindung können die
zu erwartenden Bildfehlerraten der unterschiedlichen Teil
ströme b1 bis b6 an die jeweiligen Übertragungseigenschaften
angepaßt werden. Wie schon in Fig. 2 dargestellt, werden ent
entsprechend der erforderlichen Bitfehler-Wahrscheinlichkeit
der Datenströme b1 und b2 die Codes C1 und C2 so gewählt,
daß alle Bitfehlerwahrscheinlichkeiten (SDTB, EDTV, HDTV)
unter allen möglichen Empfangsbedingungen eingehalten wer
den. Danach müssen die zusätzlichen EDTV-Daten b3 und b4 so
geschützt werden, daß bei einem stationären Empfang eine
Bitfehlerrate BER <10-8 und bei einem portablen Empfang eine
Bitfehlerrate BER <10-6 eingehalten wird. Schließlich muß
bei stationärem Empfang die Bitfehlerrate BER <10-6 der Da
tenströme b5 und b6 eingehalten werden. Diese Anpassung kann
gemäß der Erfindung in optimaler Weise erfolgen, was auf die
Verknüpfung von Multilevel-Coding und Multiresolution-Modu
lation durch die Wahl der Systemparameter α1 und α2, d. h.
der in Fig. 6b wiedergegebenen Multiresolution-Parameter und
der Multilevelparameter C1 bis C6 erfolgen.
Somit können z. B. durch das erfindungsgemäße Verfahren bei
einem vorgegebenen Verhältnis ES/NO = 20 dB (EB/NO = 15 dB)
unter allen Empfangsbedingungen die geforderten Bitfehler-
Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Teilsignale erreicht wer
den, und es können eine Datenrate von 21 Mbit/s über einen
Kanal von 7 MHz übertragen werden. Zudem ist eine an die
Fernsehqualität angepaßte Empfängerkomplexibilität durch das
erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet. Ferner ist durch
die Anwendung von Graceful Degradation und Error Concealment
eine Verbesserung des Seheindrucks bei verschlechterten Emp
fangsbedingungen und Kanalstörungen möglich, so daß einem
abrupten Ausfall des Bildes und starken Bildqualitätsbeein
trächtigungen entgegengetreten werden kann. Dies gilt für
eine Übertragung über terrestrische Kanäle sowie über Ka
bel- und Satelliten-Kanäle.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede Art von hierar
chischer Datenübertragung anwendbar, d. h. für Audio-, Video-,
und sonstige hierarchisch gestaffelte Daten. Durch das er
findungsgemäße Verfahren lassen sich die hierarchischen Da
ten mittels des kombinierten Multilevel-Coding und Multi
resolution-Modulation auf beliebige Übertragungs- und Emp
fangsbedingungen hin optimieren. Auch ist das erfindungsge
mäße Verfahren nicht auf drei hierarchische Qualitätsstufen
beschränkt. Durch Verwenden einer anderen Symbolanzahl der
QAM kann das erfindungsgemäße Verfahren auf zwei Hierarchi
en beschränkt oder auch auf mehr als drei Hierarchien erwei
tert werden.
Claims (3)
1. Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen
HDTV-, EDTV- und SDTV Fernsehsignalen, dadurch gekenn
zeichnet, daß sendeseitig nach einer Analog/Digital-
Wandlung von Bild- und Ton-Eingangssignalen und einem an
schließenden Entzug von Redundanz in einem Quellcoder (11)
die Signal-Bits ihrer Wichtigkeit entsprechend in einem UEP-
Coder (12) geschützt werden,
die im Quellcoder (11) und dem nachgeordneten UEP-Coder (12)
hierarchisch aufgebauten Fernsehsignale (HDTV, EDTV und
SDTV) einem Multilevel-Coding und, zu Symbolen zusammenge
faßt, einer Multiresolution-Modulation sowie anschließend
einem OFD-Multiplexing unterzogen werden, um nach einer Di
gital/Analog-Wandlung übertragen zu werden,
und empfangsseitig die übertragenen Signale nach einer Ana
log/Digital-Rückumwandlung und einem inversen OFD-Multiple
xing (OFDM) unter Zuhilfenahme einer Kanalschätzung (CSI)
entsprechend den verschiedenen, unterschiedlich komplexen
Empfängern (HDTV, EDTV, SDTV) in einem Multiresolution-Demo
dulator (23) demoduliert werden, anschließend in einem Mul
tistage-Decoder (24) decodiert werden, worauf die Daten in
einem bezüglich des jeweiligen Empfängers spezifischen UEP-
Decoder (25) und einem nachgeordneten Quelldecoder (26)
durch eine Digital/Analog-Wandlung zu HDTV-, EDTV- bzw.
SDTV-Signalen verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Übertragung bei verschiedenen Über
tragungs- und Empfangsbedingungen die einzelnen Signalantei
le (HDTV, EDTV, SDTV) mit Hilfe unterschiedlicher Kanalco
dierung mittels des Multilevel-Codings geschützt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Symbole in dem Multiresolu
tion-Modulations-Signalraum mittels Set-Partitioning abge
bildet werden.
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