DE4410679A1 - Verfahren und Anordnung zur Verzögerung der von Empfangsgeräten der Nachrichtenübertragung aufbereiteten Signale - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Verzögerung der von Empfangsgeräten der Nachrichtenübertragung aufbereiteten Signale

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Description

Heutzutage können die übertragenen Fernseh- und Rundfunkpro­ gramme beim Teilnehmer durch Videorekorder und Audiorekorder aufgezeichnet werden. Häufig wird jedoch ein Aufzeichnungs­ wunsch gerade erst während der Übertragung geweckt, dann aber kann man mit den derzeitigen Empfangs- und Aufzeichnungsgerä­ ten nur noch den Rest der Sendung aufzeichnen.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Pro­ blem zugrunde, daß ein bereits mit der Übertragung begonnenes Musikstück oder Fernsehprogramm im nachhinein nicht vollstän­ dig aufgezeichnet werden kann.
Dieses Problem wird durch die zum ′normalen′ Signalpfad im Patentanspruch 1 aufgeführte parallele Verzögerung des auf­ bereiteten Empfangssignals durch eine Verzögerungsschaltung entscheidend erleichtert, bzw. insofern gelöst, daß nach dem Umschalten auf den Ausgang der Verzögerungsschaltung zusätz­ lich deren Inhalt noch zur Verfügung steht.
Solange erstens die bereits abgelaufene Übertragungszeit ei­ ner Sendung kürzer ist, als die Signallaufzeit in der Verzö­ gerungsschaltung, kann damit die komplette Sendung im nach­ hinein noch aufgezeichnet werden.
Ist zweitens die Verzögerungszeit der Schaltung so groß, daß diese z. B. der Übertragungsdauer eines Musikstücks ent­ spricht, beinhaltet die Verzögerungsschaltung das komplette Musikstück, wenn das Schreiben in die Verzögerungsschaltung am Übertragungsende des Musikstücks gestoppt und deren Inhalt aufrecht erhalten wird. Der gespeicherte Inhalt kann nun be­ liebig oft ausgelesen und auf ein nichtflüchtiges Speicherme­ dium übertragen werden.
Besonders vorteilhaft ist die Betriebsmöglichkeit der Verzö­ gerungsschaltung in beiden Modi, nämlich:
  • 1) Betrieb als Verzögerungsleitung; diese Betriebsart ist sinnvoll bei Anwendungen, welche große Datenmengen aufweisen (z. B. die Übertragung eines TV-Films ) und somit die Speichertiefe der Verzögerungsschaltung übersteigen.
  • 2) Betrieb als Kurzeitspeicher, d. h. die Speichertiefe der Verzögerungsschaltung reicht aus, um z. B. ein komplet­ tes Musikstück zu speichern.
Vorzugsweise wird die Verzögerungsschaltung mittels digitaler Halbleiterspeicher realisiert. Sie sind beispielsweise in der Lage, die ständigen Schreib-/Lesezyklen im Langzeitbetrieb ohne Qualitätsverluste auszuführen.
Im folgenden wird ein Realisierungsbeispiel zur Verzögerung von Rundfunksignalen beschrieben ( Figuren A, B ).
1) Der prinzipielle Signalfluß
Die beiden Ausgangssignale des Stereo-Empfängers (L1, R1) werden auf die Eingänge der Verzögerungsschaltung und gleichzeitig parallal über den Schalter (S) zum Verstärker geführt (Figur B). In der Verzögerungsschaltung gewinnt ein Analog-/Digitalwandler (A/D-Wandler) Digitalworte, welche die aktuell ermittelten Spannungen von L1 bzw. R1 eindeutig kennzeichnen. Die entstandenen Abtastwerte der beiden Stereo-Signale werden vom Serien-/Parallelwandler (SER/PAR-WANDLER) wortweise ausgegeben, und über ′tristate′-Buffer auf einem 16-Bit Datenbus zum Speicher geführt. Das Register (REGISTER) dient dazu, das zuletzt aus dem Speicher gelesene 16-Bit Wort zwischenzuspeichern, welches beim nächsten Lesezyklus vom Parallel-/Serien­ wandler (PAR/SER-WANDLER) übernommen wird. Danach werden die Daten in serieller Form einem Digital-/Analogwandler (D/A-Wandler) zugeführt. Die rückgewonnen analogen Signale L2, R2, welche sich idealerweise von L1, R1 nur durch ihre Verzögerung unterscheiden, stehen über den Schalter (S) am Ausgang zur Verfügung.
2) Die Analog-/Digitalwandlung (A/D-Wandlung)
Die Analog-/Digitalwandlung läßt sich mit integrierten Schaltkreisen durchführen, welche zum Beispiel auch in DAT-Rekordern verwendet werden. Die A/D-Wandlung läßt sich hier charakterisieren durch:
  • - Eingangsspannungsbereich +/- 2.75 Vpp,
  • - Bandbegrenzung der Signale auf 15 kHz
  • - Abtastrate: 32 kHz pro Kanal,
  • - Auflösung des A/D-Wandlers: 16-Bit,
  • - serielle Ausgabe der Abtastwerte im ′Zweierkomplement′,
  • - Alternierende Ausgabe der beiden Kanäle auf einem Ausgang.
Damit lassen sich UKW-Empangssignale, gekennzeichnet durch einen Signal/Rauschabstand von kleiner 60 dB und einer Übertragungsbandbreite von 15 kHz, hinreichend er­ fassen.
Verzögerungsschaltung für die, vom A/D-Wandler gelieferten Abtastwerte Der digitale Teil der Verzögerungsschaltung stellt in die­ sem Beispiel ein in sich geschlossenes, synchrones System dar. Deshalb kann zur Verzögerung ein Schieberegister - Prinzip angewendet werden, welches dem vorgestellten Ver­ fahren in "Tietze, Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 9. Auflage, Kapitel 11.2.2, ′RAM als Schieberegister′" ähnlich ist. Der Unterschied besteht darin, daß hier ′dynamische RAM-Module′ eingesetzt werden sollen, welche einen, für Ein- und Ausgang gemeinsamen Datenbus auf­ weisen.
Auf eine bestimmte Speicheradresse wird zuerst ein kom­ pletter Lesezyklus und unmittelbar danach auf die gleiche Adresse ein Schreibzyklus durchgeführt. Bei jedem Lesezu­ griff wird zuerst der Eingangsdatenpfad durch die ′tristate-Buffer′ gesperrt und das aus dem Speicher gele­ sene 16-Bit Wort im Register (REGISTER) taktgesteuert zwi­ schengespeichert. Während des Schreibzyklus′ liegt am Re­ gister keine aktive Taktflanke an, der ′tristate′-Buffer wird geöffnet und der im Seriell/Parallel-Wandler enthal­ tene aktuelle Abtastwert in den Speicher übernommen. Die­ ses 16-Bit Wort wird wieder ausgelesen, nachdem zuvor im gesamten übrigen Speicherbereich auf jede Adresse ein Lese-/Schreibzugriff durchgeführt wurde. Die Verzögerungs­ zeit der Schaltung ergibt sich aus dem zeitlichen Abstand der einzelnen Lese-/Schreibzugriffe multipliziert mit der Größe des Speicher-Adreßraums. Bei Verwendung von zwei DRAM-Modulen zur Realisierung eines Speichers der Form (16Mbit×16) und einer Wiederholrate der Lese-/Schreib­ zugriffe von (2×32 kHz) beträgt die Verzögerungszeit der Abtastwerte 262 Sekunden.
Die bei DRAMS notwendigen Refresh-Zyklen können zwischen den Schreib-/Lesezyklen ausgeführt werden. Für die auf dem Markt befindlichen 16 Mbit DRAM′s genügt es bereits, nach jedem Lese-/Schreibzugriff nur einen ′Refresh′-Zyklus durchzuführen (dies entspricht 4096 ′Refresh′-Zyklen in 64 ms). Vorteilhaft ist die Anwendung des ′/CAS-before- /RAS Refresh′, diese ′Refresh′-Art nutzt speicherinterne Adreßzähler aus.
Separate ′Refresh′-Zyklen sind notwendig, um die Verzöge­ rungsschaltung auch als Kurzzeitspeicher betreiben zu kön­ nen. Wird hierbei der Adreßzähler gestoppt und werden die Lese-/Schreibzugriffe auf den Speicher unterdrückt, darf trotzdem die minimale Anzahl der notwendigen ′Refresh′- Zyklen nicht unterschritten werden.
4) Steuerung der Verzögerungsschaltung
Die Steuerung erzeugt aus einem angelieferten Takt der 64- fachen Abtastfrequenz ( 64*fs ) zusammen mit den Kontroll­ signalen eines Bedienfeldes alle Signale zur Ansteuerung des Speichers und dessen Peripherie. Mit Hilfe des Bedienfeldes, welches demjenigen eines Kassettenrekorders ähnlich ist, können die verschiedenen Betriebszustände eingestellt werden.
Die Komponenten des Steuerungsblocks sind im wesentlichen:
  • - Ein ′up/down′-Binärzähler 24-Bit
  • - Ein Adreß-Multiplexer der Form 12*(2 : 1) zur Ausgabe der Speicheradresse für die DRAM′s im Multiplex-Betrieb.
  • - Eine Ablaufsteuerung zur Durchführung der Lese-/Schreib­ zyklen und der ′Refresh′-Zyklen.
  • - Ein RAS/CAS-Multiplexer zur variablen Speicheran­ steuerung.
Im folgenden sind die Eigenschaften der verschieden Be­ triebszustände charakterisiert:
Betriebszustand "SIGNALVERZÖGERUNG"
Dieser Betriebszustand wird grundsätzlich nach dem Anlegen der Versorgungsspannung eingestellt, er kann aber auch von jedem anderen Betriebszustand aus über eine Taste ausge­ wählt werden. Der Betriebszustand SIGNALVERZÖGERUNG ist gekennzeichnet durch:
  • - Durchführung der Schreib-/Lesezyklen, wobei die Wiederholrate der doppelten Abtastfrequenz ( 64 kHz) entspricht. Die Abtastwerte der Signale L1, R1 werden vom A/D Wandler alternierend geliefert und im Speicher in gleicher Weise abgelegt.
  • - Individuelle Durchführung eines Refresh-Zyklus′ (/CAS- before /RAS-Refresh) nach jedem Schreib- /Lesezyklus, für jedes der beiden Speichermodule.
  • - Inkrement des Adreßzählers nach jedem Lese/Schreib­ zugriff.
Betriebszustände STOP, VORWÄRTS, RÜCKWÄRTS
Der Betriebszustand STOP wird über eine Taste eingestellt und dient zur Sicherung des aktuellen Inhalts der Verzö­ gerungsschaltung. Dies bedeutet:
  • - Unterbrechen der Lese-/Schreibzyklen,
  • - Fortdauernde Ausführung der ′Refresh′- Zyklen,
  • - zunächst kein Zählerinkrement bei STOP, aber:
Zusätzlich kann nur im Betriebszustand STOP der Adreß­ zähler mit den Tasten VORWÄRTS und RÜCKWÄRTS und einem höheren Zählertakt schnell zu einem bestimmten Speicher- Adreßbereich hinbewegt werden.
Betriebszustand AUSLESEN
In diesem Betriebszustand wird der Inhalt der Verzöge­ rungsschaltung gesichert und gleichzeitig ausgegeben. Dies bedeutet:
  • - Durchführung von Lesezyklen, die Schreibzyklen werden unterdrückt.
  • - Durchführung der ′Refresh′-Zyklen.
  • - Inkrement des Adreßzählers nach jedem Lesezugriff.
5) Takterzeugung
Der A/D-Wandler, der Digitalteil der Verzögerungsschaltung und der D/A-Wandler arbeiten synchron zusammen. Die Blöcke werden mit den hierzu notwendigen Takten von der Takterzeugung versorgt.
Ein Quarzoszillator erzeugt die höchste benötigte Frequenz von 12.288 MHz; dies entspricht dem 384-fachen der Abtast­ frequenz (384*fs). Alle übrigen benötigten Takte werden hieraus mit synchronen Frequenzteilern gebildet.
Die Verzögerungsschaltung benötigt Takte der folgenden Frequenz:
  • - 384*fs: Dieser Takt dient zur Ansteuerung eines Dezimierungsfilters im A/D-Wandler und des Digi­ talfilters im D/A-Wandler.
  • - 64*fs: Takt, der zur seriellen Übergabe der Daten zwischen A/D-Wandler und Digitalteil, bzw. zwischen Digitalteil und D/A-Wandler benötigt wird. Zusätzlich dient er als Referenztakt für den Steuerungsblock.
  • - 2*fs: Übernahmetakt des Seriell/Parallel- Wandlers und des Parallel/Seriell-Wandlers. Dieser Takt ent­ spricht der Wiederholrate der alternierenden 16-Bit Worte.
  • - fs: Abtastfrequenz, und Frequenz zur eindeutigen Zuordnung von ′Linkes Signal′, ′Rechtes Signal′ er wird im A/D-Wandler und im D/A-Wandler benötigt.
6) Der Digital-/ Analog-Wandler
Der D/A- Wandler gewinnt aus den verzögerten Abtastwerten die beiden analogen Signale L2, R2. Hierzu geeignete Schaltkreise ( Digitalfilter und Wandler-IC′s ) kommen be­ reits in vielfältiger Weise zum Einsatz (CD-Spieler, DAT). Mehrere auf dem Markt befindliche Bausteine benötigen außer den Eingangsdaten im seriellen Format die Takte der Frequenz 384*fs bzw. 256*fs, 64*fs und fs. Die geforder­ ten Phasenbeziehungen zwischen den digitalen Daten und den Takten sind jedoch herstellerspezifisch. Der Einsatz von Digitalfilter in ′oversampling′-Verfahren vereinfacht ent­ scheidend die Komplexität der dem D/A-Wandler nachgeschal­ teten analogen Rekonstruktionsfilter.
In dem hier vorliegenden Realisierungsbeispiel ist folgen­ des zu berücksichtigen:
  • - Die gewählte Abtastfrequenz, fs, beträgt 32 kHz.
  • - Eine externe Taktansteuerung der Bausteine durch die Takterzeugung sollte möglich sein.
  • - Alternierende Anlieferung der verzögerten Abtastwerte der beiden Stereosignale L1, R1 in serieller Form.
7) Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten des Realisierungs­ beispiels
Mit nur geringem Zusatzaufwand können die verzögerten Ab­ tastwerte von L1, R1 direkt in digitaler Form über ein sog. ′AES/EBU-Interface′ bereitgestellt werden. Dies ermöglicht eine digitale Kopie, falls das Aufnahmegerät eine ent­ sprechende Schnittstelle besitzt.
Zur Minimierung des benötigten Speichers kann optional an den vom Serien-/Parallelwandler gelieferten 16-Bit Ab­ tastworten eine Datenreduktion z. B. durch nichtlineare Kodierung durchgeführt werden. Ein zugehöriger Dekoder, lokalisiert zwischen dem Register (REGISTER) und dem Parallel-/Seriellwandler, stellt dann nach den Kodier- /Dekodiervorschriften möglichst genau das ursprüngliche 16-Bit Abtastwort wieder her.
Weitere Einsatzmöglichkeiten der Verzögerungsschaltung
Ein derzeit weiteres interessantes Einsatzgebiet der Verzöge­ rungsschaltung ist deren Verwendung in Empfängern des digita­ len Satellitenrundfunks (DSR) als auch im geplanten Hörrund­ funksystem DAB. Der A/D-Wandler entfällt, die Signale liegen in den entsprechenden Empfängern bereits in digitaler Form vor. Die dort gegebene hohe Audioqualität wird innerhalb der Verzögerungsschaltung beibehalten. Weiterhin kann auch insbe­ sonders die bei DAB geplante Datenreduktion vorteilhaft zur Minimierung des benötigten Speichers benutzt werden.

Claims (3)

1. Verfahren und Anordnungen auf der Empfangsseite der Nach­ richtenübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Empfänger aufbereiteten Empfangssignale demoduliert und/oder dekodiert und/oder demultiplext z. B. L/R bei Audio, FBAS bei Video) parallel zum weit­ gehend unverzögerten Signalpfad (d. h. Verzögerung bedingt durch Übertragungslaufzeit und Signalaufbereitung)
  • A) mittels einer Verzögerungsschaltung derart verzögert werden, daß eine bereits begonnene Übertragung beim Abgriff der Signale an den Ausgängen der Verzögerungs­ schaltung im nachhinein um den Inhalt der Verzögerungs­ schaltung ergänzt, noch zur Verfügung steht und aufge­ zeichnet werden kann;
  • B) das Einlesen der Signale in die Verzögerungsschaltung gestoppt werden kann, deren Inhalt dann aber erhalten bleibt und beliebig oft ausgelesen werden kann.
2. Anordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen von digitalen Signalen die Verzöge­ rungsschaltungen mittels Digitalspeicher realisiert wer­ den, welche durch entsprechende Schreib-/Lesezugriffe
  • A) die Funktion von Schieberegistern, oder
  • B) die Funktion von First-In First-Out (FIFO)- Speichern, oder
  • C) die Funktion von Speichern mit Endlosschleifen aufweisen.
3.) Anordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen von analogen Signalen eine Analog- /Digital-Wandlung durchgeführt wird, die digitalen Si­ gnale auf Verzögerungsschaltungen nach 2) geführt werden und nach der Ausgabe der Signale diese digital weiter ver­ arbeitet, oder einer Digital-/Analogwandlung unterzogen werden.
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