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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Trennen von Komponenten eines
digitalen Videosignals wie z. B. eines Fernsehsignals. In einer
speziellen Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine Anordnung, um in einem hochauflösenden digitalen Fernsehsignal
Komponenten einer normalen "Standard"-Priorität und Komponenten einer hohen
Priorität
in einer derartigen Weise voneinander zu trennen, daß mögliche Taktsteuerprobleme
(Synchronisierprobleme) auf ein Minimum reduziert werden.
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Unter
einem hochauflösenden
Fernsehsignal (HDTV-Signal) ist im allgemeinen ein Signal zu verstehen,
das Bildinformation mit ungefähr
der doppelten horizontalen und vertikalen Auflösung eines normalen Fernsehbildes
(z. B. eines Bildes entsprechend der NTSC-Norm) enthält und ein
Bild mit einem größeren Seitenverhältnis als
demjenigen eines normalen Fernsehbildes beschreibt. Ein HDTV-Signal
kann über
Rundfunk unter Anwendung einer Simultansendetechnik abgestrahlt
werden, wobei zwei Versionen desselben Programm-Materials gleichzeitig über getrennte
6-MHz-Standardkanäle
gesendet werden. Eine der beiden Programmversionen enthält Information
mit normaler Auflösung
gemäß der NTSC-Norm,
die über
den einen Kanal gesendet wird, während
die andere Programmversion Information für hohe Auflösung enthält, die über den anderen 6-MHz-Kanal
gesendet wird.
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Der
für die
hohe Auflösung
benutzte Kanal des Simultansendesystems kann (in einem 6-MHz-Standardkanal)
durch Anwendung einer digitalen Signalverarbeitung realisiert werden,
die mit Signalcodierungs- und Datenkompressionstechniken arbeitet.
Beim Prozeß der
Codierung hochauflösender
digitaler Videodaten für
die Übertragung
können die
Videodaten in einem in Ebenen "geschichteten" Codeformat komprimiert
und übertragen
werden. Das geschichtete Format kann Vorsatzdaten enthalten, die
Datenabschnitte identifizieren, so daß bei Verlust von Daten während der Übertragung
ein Empfänger
einen passenden Wiedereintrittspunkt im empfangenen Datenstrom finden
kann. Einen gesonderten Schutz gegen Verlust oder gegen verfälschte Daten,
die Verwirrung oder zerrissenen Betrieb am Empfänger verursachen, kann durch
Anordnung codierter Videodaten in Transportblöcken erreicht werden. Die Transportblöcke enthalten
zusätzliche
Vorsatzdaten, die relativ kleine Teile der Videodaten identifieren.
Die Vorsatzdaten können
vorteilhafterweise Hinweismarken enthalten, die Datenwiedereintrittspunkte
innerhalb der jeweiligen Transportblöcke anzeigen.
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Die
Videodaten können
in verschiedenster Weise komprimiert werden, z. B. im sogenannten MPEG-Format
oder einem ähnliche
Format. MPEG ist ein standardisiertes Codierungsformat, das von der
International Organization for Standardization festgelegt ist. Die
betreffende Norm ist beschrieben im Dokument "International Organization for Standardization", ISO/IEC DIS 11172,
Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage
Media, Rev. Nov. 23, 1991, das eine Beschreibung des allgemeinen
Codeformates enthält.
Ein System, das ein hochauflösendes
Fernsehsignal in vorteilhafter Weise unter Anwendung eines MPEG-ähnlichen
Verfahrens und unter Verwendung von Videodaten-Transportblöcken mit
zugehörigen
Vorsätzen
verarbeitet, ist in der
US-Patentschrift
5 168 356 ("Apparatus
for Segmenting Encoded Video Signal for Transmission", A. A. Acampora
u. a.) beschrieben. Bei diesem System wird ein Transportprozessor
verwendet, um Datenwörter
in Transport-Datenpakete
zu packen, die einen Transportblock bilden. Der Transportprozessor
erzeugt außerdem
die benötigten
Transportvorsätze
und vereinigt die Vorsätze
mit den zugeordneten Transport-Datenpaketen, um Transportblöcke zu bilden.
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Ein
beispielgebendes Verarbeitungssystem für HDTV-Signale, das in vorteilhafter
Weise im Zusammenhang mit einem Simultansendeverfahren verwendet
werden kann, ist in der
US-Patentschrift 5 287
180 sowie in der
US-Patentschrift
5 122 875 beschrieben. Bei diesem System wird ein Fernsehsignal,
das hochauflösende
Bildinformation enthält,
unter Verwendung zweier 32-QAM-Träger (quadratur-amplitudenmodlierte
Träger)
im Frequenzmultiplex in einem 6-MHz-Übertragungsband übertragen. Einer
der Träger
führt Information
hoher Priorität, während der
andere Träger
Information normaler (niedrigerer) Priorität führt. Die Information hoher
Priorität
ist diejenige, die zur Erzeugung eines ansehbaren, wenn auch noch
nicht perfekten Bildes führt,
und wird mit beträchtlich
mehr Leistung als die Information der normalen Priorität übertragen,
bei der es sich um die restliche Information handelt.
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Wie
in der oben erwähnten
US-Patentschrift 5 168 356 beschrieben,
wird ein Videosignal des in der genannten
US-Patentschrift
5 287 180 beschriebenen Typs, das zwei Träger mit
zwei unterschiedlichen Prioritäten
enthält,
anfänglich
entsprechend einem MPEG-ähnlichen
Format komprimiert. Anschließend
werden die Codewörter
des Signals des MPEG-Typs in zwei Bitströme entsprechend der jeweiligen
Wichtigkeit der einzelnen Codeworttypen aufgeteilt. Der Bitstrom
höherer
Wichtigkeit und der Bitstrom geringerer Wichtigkeit erhalten den
Status hoher Priorität
bzw. normaler (niedriger) Priorität und werden von den entsprechenden
Trägern übertragen.
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Wie
nun erkannt wurde, ist es wünschenswert,
die Aufteilung der MPEG-Codewörter
in einen Bitstrom hoher Priorität
und einen Bitstrom normaler Priorität so durchzuführen, daß die tatsächliche
Gefahr oder die Wahrscheinlichkeit eines Zerreißens des Betriebs der Signalverarbeitung
minimal wird. Insbesondere wurde es als wünschenswert erkannt, diese
Aufteilung durchzuführen,
ohne daß der
Bitstrom unterbrochen werden muß,
etwa durch Unterbrechung eines zugeordneten Systemtaktes, so daß Schwierigkeiten
bei der Stop/Start-Synchronisierung des
Taktes eliminiert werden.
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Ein
Datenverarbeitungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in einem Videosignal-Codiersystem enthalten, das einen
ausgangsseitigen Bitstrom gepackter codierter Daten hoher Priorität und einen
ausgangsseitigen Bitstrom gepackter codierter Daten normaler Priorität (im folgenden
auch "Standardpriorität" bezeichnet) liefert.
In einer dargestellten Ausführungsform
werden die Ausgangsdaten hoher Priorität von einem Hochpriorität-Datenpacker geliefert,
der auf einen Bitstrom längenvariabler
Codewörter
(VLCs) und ein Datenwort anspricht, das die Länge eines zugehörigen Datenwortes
hoher Priorität
anzeigt. In ähnlicher
Weise werden die Ausgangsdaten normaler Priorität von einem Standardpriorität-Datenpacker
geliefert, der ebenfalls auf den VLC-Bitstrom und auf ein Datenwort
anspricht, das die Länge
eines zugehörigen
Datenwortes normaler Priorität
anzeigt. Der VLC-Bitstrom, der in Datenabschnitte hoher Priorität und in
Datenabschnitte normaler Priorität
aufgeteilt und gepackt werden soll, wird beiden Datenpackern ständig angelegt.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung ist jedem längenvariablen Codewort ein
Datenwort LÄNGE
zugeordnet. Das Wort LÄNGE
ist trennbar in ein Wort SP LÄNGE,
um die Länge
(Anzahl von Bits) eines zugeordneten längenvariablen Codewortes der normalen "Standardpriorität" anzuzeigen, und
in ein Wort HP LÄNGE,
das die Bitlänge
eines zugeordneten längenvariablen
Codewortes hoher Priorität
anzeigt. Der Standardpriorität-Datenpacker
spricht auf das Wort SP LÄNGE
und auf den VLC-Bitstrom an. Der Hochpriorität-Datenpacker spricht auf das
Codewort HP LÄNGE
und auf den VLC-Bitstrom an. Während
des Vorhandenseins eines VLC normaler Priorität ist der Wert des Wortes HP
LÄNGE auf
Null gestellt, wodurch der Hochpriorität-Datenpacker untätig gehalten
wird, während
der Standardpriorität-Datenpacker
die VLC normaler Priorität
bearbeitet. In ähnlicher
Weise wird beim Vorhandensein eines VLC hoher Priorität der Wert
des Wortes SP LANGE auf Null gestellt, wodurch der Standardpriorität-Datenpacker untätig gehalten
wird, während
das VLC hoher Priorität
durch den Hochpriorität-Datenpacker
verarbeitet wird. Die Nulleinstellung der Wörter SP LÄNGE und HP LANGE dient in vorteilhafter
Weise als ein Lenkmechanismus für
diejenigen Daten, die dem nicht auf Null gestellten LÄNGE-Wort
zugeordnet sind, wodurch ein Umschalten des VLC-Bitstroms zwischen dem
Hochpriorität-
und dem Standardpriorität-Datenpacker vermieden
wird, womit auch Probleme hinsichtlich der Stop/Start-Synchronisierung
des Taktes vermieden werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen
erläutert:
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1 ist
ein Blockschaltbild einer gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Anordnung zum Trennen prioritätsklassierter Daten;
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2 zeigt
Einzelheiten eines Teils der Anordnung nach 1;
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3 ist
ein Blockschaltbild eines HDTV-Codiersystems, das eine Anordnung
gemäß der Erfindung
enthält;
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4a und 4b sind
bildliche Darstellungen von Folgen einzelner Teilbilder/Vollbilder
codierter Videosignale, hilfreich für das Verständnis der Arbeitsweise des
in 3 gezeigten Systems;
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5 ist
eine bildliche Darstellung der Datenblockerzeugung, wie sie von
der Kompressionseinrichtung im System nach 3 vorgenommen wird;
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6 ist
eine verallgemeinerte bildliche Darstellung des Datenformates, das
von der Kompressionseinrichtung im System nach 3 geliefert
wird.
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Die
in
1 gezeigte, nach den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung arbeitende Anordnung zum Trennen von Daten wird als Beispiel
im Zusammenhang mit einem Codiersystem für hochauflösendes Fernsehen (HDTV) beschrieben,
das MPEG-ähnliche
Prinzipien anwendet, wie sie in der oben erwähnten
US-Patentschrift 5 168 536 offenbart sind.
Gewisse Aspekte eines solchen Systems werden in Verbindung mit den
3,
4A,
4B,
5 und
6 dargestellt
und erörtert.
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Gemäß der 1 empfängt eine
Signaltrenn- und Decodiereinheit 110 Eingangssignale LÄNGE und
H/S, die entsprechend den MPEG-Normen entwickelt sind. Das Signal
LÄNGE besteht
aus 6-Bit-Parallelwörtern,
die gleichzeitig mit zugeordneten längenvariablen Codewörtern erscheinen,
um die Bitlängen
dieser Codewörter
anzuzeigen. Das Signal LÄNGE
wird von einem Netzwerk entwickelt, das der Datenkompressionseinrichtung
zugeordnet ist, welche die längenvariablen
Codewörter
entwickelt, z. B. dem Kompressor 310 in 3.
Unter Anwendung herkömmlicher
Datenverarbeitungstechniken wird bei der Erzeugung eines jeden längenvariablen
Codewortes (VLC) seine Bitlänge
gefühlt
und in Binärform
als das Signal LÄNGE
codiert und über
einen 6-Bit-Parallelweg gleichzeitig mit dem zugehörigen VLC übertragen.
Das Signal H/S ist ein aus einem Bit bestehender Hochpriorität/Standardpriorität-Indikator,
der einen logisch hohen Zustand hat während des Erscheinens von Daten
im VLC-Bitstrom, die für die
Dauer des logisch hohen Zustandes mittels des Hochpriorität-Trägers übertragen
werden sollen. Umgekehrt zeigt ein logisch niedriger Zustand des
Indikators H/S das Erscheinen von Daten normaler Priorität im VLC-Bitstrom
an, die für
die Dauer des logisch niedrigen Zustandes mittels des Standardpriorität-Trägers übertragen
werden sollen.
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Die
Einheit 110 enthält
einen eingangsseitigen Modulo-32-Begrenzer 112 und
logische UND-Glieder 114 und 116 in der gezeigten
Anordnung. Jedes der Glieder 114 und 116 ist eine
Gruppe von Gliedern, um das aus 6 Bits in Parallelform bestehende
Ausgangssignal von der Einheit 112 zu verarbeiten. Die
Einheit 110 trennt die aufeinanderfolgenden eingangsseitigen
LÄNGE-Wörter in
einen Standardpriorität-Wortlängenindikator
(SP LÄNGE) und
einen Hochpriorität-Wortlängenindikator
(HP LÄNGE)
entsprechend dem logischen Zustand des Hoch/Standard-Prioritätsindikators
H/S. Wenn beispielsweise der Indikator H/S einen hohen Logikpegel
(1) während
des Erscheinens von Datenwörtern hoher
Priorität
hat, zeigt der Ausgang des Gliedes 116 sechs Bits mit niedrigem
Logikpegel (0), womit der Indikator SP LÄNGE auf Null steht. Gleichzeitig wird
das Glied 114 aktiviert, um das 6-Bit-Wort LÄNGE (hohe
Priorität)
als Indikator HP LÄNGE
durchzulassen. Die Sache ist umgekehrt, wenn der Indikator H/S während des
Erscheinens von Daten normaler Priorität niedrigen Logikzustand hat,
in diesem Fall steht der Indikator HP LÄNGE auf Null, und das Glied 16
läßt die Daten
SP LÄNGE
durch.
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Die
eingangsseitigen längenvariablen
Codewörter
(VLCs) haben eine erwartungsgemäße Lange zwischen
0 und 32 Bits, somit werden 6 Bits für das Wort LÄNGE verwendet.
Da unerlaubte Längen
im Bereich von 33 bis 63 Bits in einem 6-Bit-Wort angegeben werden
können
und weil solche Werte durch äußere Faktoren
(Stöße der Versorgungsspannung usw.)
verursacht werden können
und Probleme in nachfolgenden Akkumulatoren schaffen können, wird das
eingangsseitige Wort LÄNGE
zunächst
durch den Modulo-32-Begrenzer 112 verarbeitet. Diese Einheit 112 begrenzt
die von einem Ausgangswort angegebene Zahl auf Werte von 0 bis 32,
um zu verhindern, daß die
32-Bit-Grenze eines zugeordneten längenvariablen MPEG-Codewortes überschritten wird.
So erscheint dann beispielsweise ein am Eingang angelegtes Wort
LÄNGE,
das die Zahl 34 darstellt, als ein Ausgangswort, das die Zahl 2
darstellt. Das resultierende Codewort wird mit einer Länge von "2" gepackt. Allerdings ist wahrscheinlich,
daß dieser Wert
falsch ist, weil die Länge "34" eine unerlaubte Länge ist.
Der sich ergebende Fehler ist aber wiedergutzumachen, was nicht
der Fall wäre,
wenn eine Länge
außerhalb
des erlaubten Bereichs vorhanden wäre.
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Die
voneinander getrennten Hochpriorität- und Standardpriorität-Längenindikatoren
HP LÄNGE und
SP LÄNGE
werden einem Hochpriorität-
bzw. Standardpriorität-Datenpacker 155 bzw. 145 angelegt,
deren jeder an seinem Ausgang einen Bitstrom aus gepackten VLC-Datenwörtern liefert.
Die Datenpacker empfangen außerdem,
beide gleichzeitig, den eingangsseitigen VLC-Bitstrom. Wenn der H/S-Indikator hohen
Logikwert hat, ist der Hochpriorität-Wortlängenindikator HP LÄNGE gleichzeitig
mit dem entsprechenden VLC vorhanden, und der Standardpriorität-Wortlängenindikator
SP LÄNGE
hat den Wert Null. Wenn umgekehrt der H/S-Indikator niedrigen Logikwert
hat, ist der Standardpriorität-Wortlängenindikator
SP LÄNGE
gleichzeitig mit dem entsprechenden VLC vorhanden, und der Hochpriorität-Wortlängenindikator
HP LÄNGE
hat den Wert Null. Die gepackten Daten von den Einheiten 145 und 155 können in
Transportblöcken
gruppiert sein, deren jeder eine vorgeschriebene Anzahl von Datenwörtern und einen
voranstehenden Transportvorsatz enthält, der Informationen zur Ermöglichung
ihrer Identifizierung an einem Decoder enthält. Ein Videosignal-Verarbeitungssystem,
das Transportblöcke
von Videodaten mit zugeordneten Vorsätzen benutzt, ist in der oben genannten
US-Patentschrift beschrieben und wird zum Teil weiter Unten in Verbindung
mit den 3 bis 6 erörtert.
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Die
Maßnahme
des Nullsetzens der LÄNGE-Wörter für die Standardpriorität und für die hohe Priorität vereinfacht
in vorteilhafter Weise die Verarbeitung der längenvariablen MPEG-Codewörter, die über einen
32-Bit-Parallelbus geleitet werden. Im einzelnen erlaubt es die
besagte Maßnahme,
den VLC-Bus gleichzeitig und dauernd mit beiden Datenpackern 145 und 155 zu
verbinden, und es besteht keine Notwendigkeit, den VLC-Bitstrom zu unterbrechen,
um die längenvariablen
Codewörter
vor dem Packen in die beiden Kathegorien HP (hohe Priorität) und SP
(normale Standardpriorität)
zu trennen. Das System bleibt ohne Unterbrechung getaktet, so daß die mit
einer Start/Stop-Synchronisierung des Taktes zusammenhängenden
Schwierigkeiten vermieden werden. Die Maßnahme der Nullsetzung vereinfacht außerdem den
Betrieb von Akkumulatoren, die den Datenpackern 145 und 155 zugeordnet
sind, wie es in Verbindung mit 2 erörtert wird.
Beispielsweise wird ein bei der Verarbeitung der Standardpriorität- oder
der Hochpriorität-Daten verwendeter
Akkumulator veranlaßt,
beim letzten akkumulierten Wert im Leerlauf zu bleiben, wenn das
zugeordnete Standardpriorität-
oder Hochpriorität-Längenwort
auf Null gesetzt wird (d. h. der als letztes akkumulierte Wert wird
während
dieses Leerlaufs fortlaufend um einen Nullwert erhöht). Eine
solche Art des Betriebs beseitigt auch Taktsteuer- und Synchronisierprobleme
bezüglich
der Akkumulatoroperation.
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Die 2 zeigt
zusätzliche
Einzelheiten der in 1 dargestellten Datenpacker 145 und 155.
Der Hochpriorität-Datenpacker 155 enthält einen
sogenannten Umlaufverschieber (barrel shifter) 256 und einen
Akkumulator 257, und der Standardpriorität-Datenpacker 145 weist
in ähnlicher
Anordnung einen Umlaufverschieber 246 und einen Akkumulator 247 auf.
Die Umlaufverschieber 256 und 246 empfangen den
aus längenvariablen
Codewörtern
in 32-Bit-Parallelform bestehenden Bitstrom beide gleichzeitig an
einem Signaleingang und Ausgangssignale von Akkumulatoren 257 und 247 an
entsprechenden Adresseneingängen.
Der Akkumulator 257 empfängt den Indikator HP LÄNGE, und
der Akkumulator 247 empfängt den Indikator SP LÄNGE. Die Umlaufverschieber 256 und 246 sind
Standardbausteine, z. B. Bausteine vom Typ SN 74AS8838 von Texas
Instruments.
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Wenn
im Hochpriorität-Datenpacker
(HP-Datenpacker) 155 ein längenvariables Codewort (VLC) am
Dateneingang des Umlaufverschiebers 256 erscheint, erscheint
am Eingang des Akkumulators 257 ein zugeordnetes Wort HP
LÄNGE.
Bei jedem Takt wird das eingangsseitige VLC vom Umlaufverschieber 256 durchgelassen,
so daß das
vorderste Bit des VLC die als nächstes
verfügbare
Bitposition im Bitstrom der gepackten Daten hoher Priorität belegt. Wenn
das VLC ein gültiges
Codewort ist, wird es im Bitstrom der gepackten Daten beim Erscheinen
des nächsten
Taktes "geschützt". Dieser nächste Takt veranlaßt den Akkumulator,
seinen Wert um einen Wert entsprechend der Länge des vorherigen VLC zu erhöhen. Die
Adresse am Umlaufverschieber bewegt sich nach links, um das vorhergehende
VLC zu umfassen (d. h. das neue VLC bewegt sich im Bitstrom der
gepackten Daten nach links und wird bei denjenigen Bit angesetzt,
das an das letzte gültige
Bit des vorhergehenden VLC angrenzt). Das Maß, um welches sich der betreffende
Adressenzeiger bewegt, ist eine Funktion der Länge des VLC, angezeigt durch das
Wort HP LÄNGE,
das den Akkumulator 257 um einen Wert entsprechend der
Länge des
VLC erhöht. Die
Erhöhung
des Akkumulatorwertes bewirkt, daß sich die Adresse des Umlaufverschiebers
um das gleiche Maß erhöht, wodurch
die Position des Zeigers bestimmt wird. Der erwähnte nächste Takt bewirkt außerdem,
daß der
Umlaufverschieber 256 das nächste VLC an die nächste Position
im Bitstrom der gepackten HP-Daten setzt.
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Das
VLC im Bitstrom der gepackten Daten bleibt "ungeschützt", d. h. es kann überschrieben werden, bis der
Zeiger zur Bewegung in der oben Weise veranlaßt wird. Das Auftreten eines
ungültigen VLC
wird bewirken, daß der
Zeiger unbewegt bleibt, d. h. in seiner letzten Position stehenbleibt.
Dieser Zustand tritt ein, wenn beim Prozeß des Aufteilens der VLCs hoher
Priorität
und niedriger Priorität
aus dem eingangsseitigen Bitstrom in die zugeordneten Bitströme gepackter
Daten entweder der Indikator HP LÄNGE oder SP LÄNGE einen
Nullwert zeigt. Solche Nullwerte bringen den jeweils zugeordneten Akkumulator
in den Leerlaufzustand, so daß die
Ausgangsgröße des Akkumulators
nicht erhöht
wird, die Adresse am Umlaufverschieber nicht geändert wird und sich der Zeiger
nicht bewegt. Jedes VLC, das dann an den Umlaufverschieber gelegt
wird, wird als ungültig
angesehen und überschrieben,
bis ein gültiges
VLC erscheint. Da eine Länge
von Null einer Nichtexistenz entspricht, gibt es kein gültiges VLC
mit einer Länge
von Null.
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Wenn,
in Fortsetzung des oben beschriebenen Beispiels, das nächste VLC
im eingangsseitigen Bitstrom ein VLC normaler Priorität ist, wird
der Indikator HP LÄNGE
auf Null gesetzt, wie oben beschrieben, was das Fehlen eines VLC
hoher Priorität
anzeigt. Der Akkumulator 257 erhöht seinen Wert nicht, so daß sich seine
Ausgangsgröße und die
Adresse des Umlaufverschiebers nicht ändern. Das VLC der normalen
Priorität
wird an eine Position des Hochpriorität-Bitstroms gesetzt, die durch
den Hochpriorität-Prozessor
nicht geschützt
wird, weil sich bei Nichterhöhung
des Akkumulators 257 die Adresse des Umlaufverschiebers
nicht ändert
und der Zeiger unbewegt bleibt. Im Standardpriorität-Datenpacker 145 jedoch
wird das VLC der normalen Priorität SP geschützt und vom Ausgang des Verschiebers 246 in den
Standardpriorität-Bitstrom
gepackt, in der gleichen Weise, wie es oben für gültige Daten hoher Priorität erläutert wurde.
Die vom Umlaufverschieber 256 empfangenen Daten bleiben
ungeschützt,
bis wieder ein gültiges
VLC hoher Priorität
vom Indikator HP LÄNGE
angezeigt wird. Es kann vorkommen, daß ein gegebenes VLC zu groß ist, um
in den Raum zu passen, der im ungeschützten Bitbereich des Umlaufverschiebers übrig ist.
In einem solchen Fall kann eine zweite (Uberlauf-)Umlaufverschieberanordnung wie
an sich bekannt verwendet werden, um den Restanteil eines solchen
großen
VLC zu verarbeiten, wobei dieser Restanteil am Beginn des Überlauf-Umlaufverschiebers
gehalten und geschützt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann z. B. bei einem HDTV-Signalverarbeitungssystem
angewendet werden, das ein im 2:1-Zeilensprung verschachteltes Signal
mit 1050 Zeilen pro Vollbild und 59,94 Vollbildern pro Sekunde verarbeitet,
wobei das aktive Bild nominell 960 Zeilen mit jeweils 1040 Pixel
und ein Seitenverhältnis
von 16:9 hat. Das Signal wird unter Verwendung zweier 32-QAM-Träger (quadratur-amplitudenmodulierte
Träger) übertragen,
die im Frequenzmultiplex in einem 6-MHz-vbertragungsband untergebracht sind.
Die nominelle Gesamtbitrate, einschließlich Video-, Ton- und Zusatzdaten,
beträgt 26–29 Megabit/Sekunde.
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Das
Videosignal wird zunächst
entsprechend einem MPEG-ähnlichen
Format komprimiert. Anschließend
werden die Codewörter
des Signals vom MPEG-Typ in zwei Bitströme entsprechend der relativen
Wichtigkeit der einzelnen Codeworttypen aufgeteilt. Die beiden Bitströme werden
unabhängig verarbeitet,
um informationslose Bits zur Fehlerkorrektur anzubringen, und werden
dann in Quadratur-Amplitudenmodulation zugeordneten Trägern aufgeprägt, die
für die Übertragung
kombiniert werden. Der Bitstrom größerer Wichtigkeit wird als
Kanal hoher Priorität
(HP) bezeichnet, und der Bitstrom geringerer Wichtigkeit wird als
Kanal normaler oder "Standard"-Priorität (SP) bezeichnet.
Der Kanal hoher Priorität
wird mit ungefähr
der doppelten Leistung des Kanals der Standardpriorität übertragen.
Das Verhältnis
der Information hoher Priorität
zur Information der Standardpriorität ist ungefähr 1:4.
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Die 3 zeigt
ein beispielgebendes HDTV-Codiersystem, das eine erfindungsgemäße Anordnung
verwendet. In der 3 ist das System für die Verarbeitung
eines einzelnen Videoeingangssignals dargestellt, es versteht sich
jedoch, daß die Leuchtdichte-
und die Farbartkomponenten getrennt verarbeitet werden und daß Leuchtdichte-Bewegungsvektoren
zur Erzeugung komprimierter Farbartkomponenten verwendet werden.
Die komprimierten Leuchtdichte- und Farbartkomponenten werden vor
der Prioritätsaufteilung
der Codewörter
verschachtelt, um Makroblöcke
zu bilden.
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Bei
der Anordnung nach 3 wird eine Folge von Teilbildern/Vollbildern,
wie sie in 4A gezeigt ist, an eine Schaltung 305 gelegt,
welche die Teilbilder/Vollbilder so umordnet, wie es in 4B gezeigt
ist. Die umgeordnete Folge wird einem Kompressor 310 angelegt,
der eine komprimierte Folge von Vollbildern erzeugt, die entsprechend
einem MPEG-ähnlichen
Format codiert sind. Dieses Format ist hierarchisch und ist in gekürzter Form
in 6 dargestellt.
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Das
hierarchische MPEG-Format enthält mehrere
Ebenen oder Schichten, jede mit einer zugeordneten Vorsatzinformation.
Nominell enthält
jeder Vorsatz einen Anfangscode, Daten über die betreffende Ebene und
Vorkehrungen zum Hinzufügen
von Vorsatzerweiterungen. Ein großer Teil der Vorsatzinformation
ist (wie in dem oben erwähnten
MPEG-Dokument angegeben) für
Synchronisierzwecke im Umfeld eines MPEG-Systems erforderlich. Für die Zwecke
der Lieferung eines komprimierten Videosignals für ein digitales HDTV-Simultansendesystem
werden nur beschreibende Vorsatzinformationen benötigt. Die
einzelnen Ebenen des codierten Videosignals sind bildlich in der 5 dargestellt.
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Wenn
hier davon die Rede ist, daß das
System ein MPEG-ähnliches
Signal erzeugt, dann ist damit gemeint, daß a) aufeinanderfolgende Teilbilder/Vollbilder
in einer Codiersequenz von I-, P- und B-Bildern codiert werden und
b) codierte Daten in der Bild-Ebene in MPEG-ähnlichen Bildstückchen oder Blockgruppen
codiert sind, wobei die Anzahl dieser "Stückchen" pro Teilbild/Vollbild
unterschiedlich sein kann und die Anzahl von Makroblöcken pro
Stückchen
verschieden sein kann. Ein I-codiertes
Vollbild ist ein Vollbild, das durch Intraframe-Codierung komprimiert ist, so daß zur Wiedergabe
eines entsprechenden Bildes komprimierte Daten nur aus dem I-Vollbild erforderlich
sind. P-codierte Vollbilder sind entsprechend einem vorwärtsgerichteten
bewegungskompensierten Vorhersageverfahren codiert, d. h. die codierten
Daten des P-Vollbildes
werden aus dem laufenden Vollbild und einem I- oder P-Vollbild erzeugt,
das vor dem laufenden Vollbild erscheint. B-codierte Vollbilder
sind entsprechend einem bidirektionalen bewegungskompensierten Vorhersageverfahren
codiert. Die Daten des B-codierten Vollbildes werden erzeugt aus
dem laufenden Vollbild und aus I- und P-Vollbildern, die vor und
hinter dem laufenden Vollbild erscheinen.
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Das
codierte Ausgangssignal des vorliegenden Systems wird unterteilt
in Gruppen von Teilbildern/Vollbildern, den sogenannten Bildergruppen (GOP),
die durch die Kästchenreihe
in der Ebene L1 dargestellt sind (6). Jede
Bildergruppe (Ebene L2) enthält
einen Vorsatz (G-Header), gefolgt von Abschnitten Pi von Bilddaten.
Der Vorsatz einer Bildergruppe GOP enthält Daten über die horizontale und vertikale
Bildabmessung, das Bildseitenverhältnis, die Teilbild/Vollbild-Rate,
die Bitrate, usw..
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Die
Bilddaten eines einzelnen Teilbildes/Vollbildes (Ebene L3) enthalten
einen Bildvorsatz (P-Header), gefolgt von den Daten einzelner Blockgruppen
oder "Stückchen" (GOBi). Der Bildvorsatz enthält eine
Teilbild/Vollbild-Nummer und eine Angabe über den Typ der Bildcodierung.
Jedes Stückchen (Ebene
L4) enthält
einen Stückchen-Vorsatz
(S-Header), gefolgt von einer Vielzahl von Datenblöcken MBi.
Der Stückchen-Vorsatz
enthält
eine Gruppennummer und einen Quantisierungsparameter.
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Jeder
Block MBi (Ebene L5) stellt einen Makroblock dar und enthält einen
Vorsatz (M-Header), gefolgt von Bewegungsvektoren (MV) und codierten Koeffizienten
(BD). Die M-Header enthalten eine Makroblock-Adresse, eine Angabe
des Makroblock-Typs
und einen Quantisierungsparameter. Die codierten Koeffizienten sind
in der Ebene L6 dargestellt. Jeder Makroblock enthält sechs
Blöcke,
nämlich
vier Leuchtdichteblöcke,
einen U-Farbartblock und einen V-Farbartblock, vgl. 5.
Ein Block stellt jeweils eine Matrix von Pixeln dar, z. B. 8 mal
8 Pixel, über
die eine diskrete Cosinustransformation (DCT) durchgeführt worden
ist. Die vier Leuchtdichteblöcke bilden
eine 2-mal-2-Matrix benachbarter Leuchtdichteblöcke, die z. B. eine 16-mal-16-Pixelmatrix
darstellen. Die Farbartblöcke
(U und V) stellen den gleichen Gesamtbereich wie die vier Leuchtdichteblöcke dar.
Das heißt,
vor der Komprimierung wird das Leuchtdichtesignal sowohl in Horizontalrichtung
als auch in Vertikalrichtung mit einem Faktor 2 gegenüber der
Leuchtdichte unterabgetastet. Ein Daten-"Stückchen" entspricht Daten,
die einen rechteckigen Teil eines Bildes darstellen, der einem Bereich entspricht,
welcher durch eine Gruppe aneinandergrenzender Makroblöcke dargestellt
wird. Ein Vollbild kann einen Raster von 360 Stückchen enthalten, 60 Stückchen in
Vertikalrichtung und 6 Stückchen
in Horizontalrichtung.
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Die
Blockkoeffizienten werden mit der diskreten Cosinustransformation
(DCT) jeweils für
einen Block auf einmal geliefert. Die Gleichstromkoeffizienten (DC-Koeffizienten)
erscheinen zuerst, gefolgt von den einzelnen Wechselstromkoeffizienten
(AC-Koeffizienten) der DTC in der Reihenfolge ihrer relativen Wichtigkeit.
Am Ende eines jeden der aufeinanderfolgend erscheinenden Datenblöcke ist
ein Blockende-Code EOB angehängt.
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Die
Menge der vom Kompressor 310 gelieferten Daten wird durch
eine Ratensteuereinrichtung 318 bestimmt. Wie allgemein
bekannt, erscheinen komprimierte Videodaten mit variablen Raten,
und es ist wünschenswert,
die Daten mit einer konstanten, der Kanalkapazität äquivalenten Rate zu übertragen, um
den Kanal wirtschaftlich auszunutzen. Ratenpuffer 313 und 314 sorgen
für die
Umwandlung variabler Datenrate in konstante Datenrate. Auch ist
es bekannt, die Menge der vom Kompressor gelieferten Daten entsprechend
dem Belegungsgrad der Puffer einzustellen. Somit enthalten die Puffer 313 und 314 Schaltungen
zum Anzeigen ihres jeweiligen Belegungsgrades. Diese Anzeigen werden
der Ratensteuereinrichtung 318 angelegt, um die mittlere
Datenrate vom Kompressor 310 zu justieren. Die Justierung
erfolgt typischerweise durch Verstellung der auf die DCT-Koeffizienten
angewandten Quantisierung. Die Quantisierungspegel können für die veschiedenen
Typen der Vollbildkomprimierung unterschiedlich sein.
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Komprimierte
Videodaten, die gemäß der Darstellung
in 6 hierarchisch formatiert sind, werden auf eine
Prioritätswähleinrichtung 311 gekoppelt,
die Vorrichtungen (z. B. die Einheit 110 in 1) enthält, um die
codierten Daten zwischen einem Kanal hoher Priorität (HP) und
einem Kanal normaler "Standardpriorität" (SP) aufzuteilen.
Die Information hoher Priorität
ist diejenige, deren Verlust oder Verfälschung die größte Verschlechterung
in wiedergegebenen Bildern bringen würde. Umgekehrt ausgedrückt handelt
es sich hierbei um die Daten, die als Mindestes notwendig sind,
um ein Bild zu erzeugen, wenn auch noch kein perfektes Bild. Information
der Standardpriorität
ist die übrige
Information. Die Information hoher Priorität enthält im wesentlichen alle Vorsatzinformation,
die in den verschiedenen hierarchischen Ebenen enthalten ist, plus
die Gleichstromkoeffizienten der einzelnen Blöcke und einen Teil der Wechselstromkoeffizienten
der einzelnen Blöcke (Ebene
L6 in 6).
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Das
Verhältnis
der HP-Daten zu den SP-Daten am Sender ist ungefähr 1:4. Im Transportprozessor
werden dem zu sendenden Signal Zusatzdaten beigefügt. Dieses
Zusatzsignal kann z. B. digitale Daten für Ton und Fernsehtext enthalten.
Die mittlere Länge
der im HP-Kanal enthaltenen Zusatzdaten wird berechnet und mit dem
zu erwartenden statistischen Mittel der komprimierten Videoinformation
verglichen. Hieraus wird das Verhältnis komprimierter Videoinformation
hoher Priorität
zu komprimierter Videoinformation der Standardpriorität berechnet.
Die Prioritätswähleinrichtung 311 gliedert
die vom Kompressor 310 gelieferten Daten entsprechend diesem Verhältnis auf.
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Die
komprimierten HP- und SP-Videodaten werden auf einen Transportprozessor 312 gekoppelt, der
eine Einrichtung enthalten kann, wie sie z. B. in 2 gezeigt
ist. Der Transportprozessor 312 führt folgende Operationen durch:
erstens unterteilt er die HP- und SP-Datenströme in Transportblöcke, zweitens
führt er
eine Paritäts-
oder zyklische Redundanzprüfung
an jedem Transportblock durch und hängt das passende Paritätsprüfbit an
den Block an, und drittens multiplexiert er die Zusatzdaten mit
den HP- bzw. SP-Videodaten.
Die Paritätsprüfbits werden vom
Empfänger
benutzt, um Fehler in Verbindung mit synchronisierender Vorsatzinformation
zu isolieren und um im Falle unkorrigierbarer Bitfehler in den empfangenen
Daten eine Fehlerverdeckung durchzuführen. Jeder Transportblock
hat einen Vorsatz, der Information über den Typ der im Block vorhandenen
Information wie z. B. Video, Ton und Hinweismarken auf die Anfangspunkte
aneinandergrenzender gleichartiger Daten enthält.
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Die
HP- und SP-Datenströme
vom Transportprozessor 312 werden jeweils an einen zugeordneten
Ratenpuffer 313 bzw. 314 gelegt, welcher die komprimierten
Videodaten variabler Rate aus dem Prozessor 312 in Daten
umwandeln, die mit einer im wesentlichen konstanten Rate erscheinen.
Die hinsichtlich ihrer Rate justierten HP- und SP-Daten werden auf
Einrichtungen 315 und 316 zur Vorwärts-Fehlercodierung
(FEC) gekoppelt, die folgendes tun: erstens führen sie für jeden Datenstrom eine unabhängige Codierung
für REED-SOLOMON-Vorwärtsfehlerkorektur
durch, zweitens verschachteln sie Blöcke von Daten, um zu verhindern,
daß große Bündelfehler
einen großen
zusammenhängenden Bereich
eines wiedergegebenen Bildes verfälschen, und drittens hängen sie
den Daten Codes wie z. B. Barker-Codes für die Synchronisierung des
Datenstroms am Empfänger
an. Anschließend
werden die Signale auf ein Sende-Modem 317 gekoppelt, worin die
Daten des HP-Kanals einem ersten Träger in Quadratur-Amplitudenmodulation
aufgeprägt
werden und die Daten des SP-Kanals einem zweiten Träger, der
gegenüber
dem ersten Träger
um ungefähr
2,88 MHz versetzt ist, in Quadratur-Amplitudenmodulation aufgeprägt werden.
Da die HP-Information in einer schmaleren Bandbreite übertragen
wird, ist sie viel weniger anfällig
gegenüber
Verfälschung
im Übertragungskanal.
Der HP-Träger
liegt in demjenigen Bereich des Frequenzspektrums eines Übertragungskanals
(z. B. eines NTSC-Fernsehkanals), der normalerweise vom Restseitenband
eines Standard-Fernsehsignals
z. B. der NTSC-Norm belegt ist. Dieser Teil des Signalkanals wird
normalerweise durch die Nyquist-Filter von Standardempfängern wesentlich
gedämpft,
und somit werden HDTV-Signale
des hier beschriebenen Sendeformates keine Gleichkanalstörung bewirken.
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In
einem Empfangsdecoder (nicht gezeigt) wird das gesendete Signal
durch ein Modem demoduliert, das zwei Signale entsprechend den Signalen des
HP- und des SP-Kanals liefert. Diese beiden Signale werden jeweils
einem Decoder zur REED-SOLOMON-Fehlerkorrektur
angelegt. Die fehlerkorrigierten Signale werden auf Ratenpuffer
gekoppelt, welche Daten mit der festen Rate des Kanals empfangen
können
und Ausgangsdaten mit einer variablen Rate entsprehend den Erfordernissen
der nachfolgenden Dekompressionsschaltung liefern können. Die
HP- und SP-Daten
variabler Rate werden einem Transportprozessor angelegt, der eine
Operation durchführt,
die umgekehrt zu der vom Prozessor
312 im Codierer durchgeführten Operation
ist; außerdem detektiert
er in gewissem Maß Fehler,
in Ansprache auf die Paritätsprüfbits, die
in den jeweiligen Transportblöcken
enthalten sind. Der Transportprozessor liefert getrennt Zusatzdaten,
HP-Daten, SP-Daten und ein Fehlersignal. Die drei letztgenannten
Signale werden auf einen die Prioritäten abwählenden Prozessor gekoppelt,
der die HP- und SP-Daten in ein hierarchisch geschichtetes Signal
umformatiert, das einem Dekompressor angelegt wird, der eine Funktion
durchführt,
die umgekehrt zur Funktion des Kompressors im Codierer ist. Weitere
Einzelheiten von Einrichtungen, die für den Kompressor
310,
den Prioritätswähler
311 und
den Transportprozessor
312 der
3 verwendet
werden können,
finden sich in der bereits oben erwähnten
US-Patentschrift 5 168 356 .