DE69416547T2 - System zum Empfang und zur Dekodierung von digitalen Signalen entsprechend zweier Bildauflösungen - Google Patents

System zum Empfang und zur Dekodierung von digitalen Signalen entsprechend zweier Bildauflösungen

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Description

    System zum Empfangen und Decodieren von Digitalsignalen entsprechend zwei Bildauflösungspegeln.
  • Die Erfindung betrifft ein System zum Empfangen und Decodieren von Digitalsignalen nach zwei Bildauflösungspegeln, wobei das System folgende Elemente in Reihenschaltung enthält:
  • (A) eine Decoderbaugruppe des Übertragungskanals, die aus einem ersten Kanaldecoder in einer ersten Betriebsart für die höheren Auflösungspegelsignale, dazu in Parallelschaltung einen zweiten Kanaldecoder in einer zweiten Betriebsart für die niedrigeren Auflösungspegelsignale sowie einen Wählschalter zum Wählen eines dieser Decoder,
  • (B) eine Quellendecoderbaugruppe für die Decodierung der höheren Auflösungspegelsignale oder für die niedrigeren Auflösungspegelsignale,
  • (C) eine Anzeigeeinrichtung für die so decodierten Signale.
  • Diese Erfindung ist beispielsweise anwendbar in dem Fall, in dem ein selbes Fernsehbildprogramm auf zwei Auflösungspegeln übertragen wird (Normalauflösung und Hochauflösung), und insbesondere, wenn die so betriebene Auflösung der MPEG-Norm entspricht (deren wesentliche Eigenschaften weiter unten herangezogen werden).
  • Zum Übertragen von Fernsehsignalen entsprechend zwei Auflösungspegeln, die im weiteren mit TV- bzw. HDTV-Übertragungen bezeichnet werden, wird oft eine Wahl getroffen zum Gewährleisten, daß TV-Auflösungssignale besser gegen Übertragungsfehler als HDTV-Auflösungssignale geschützt sind. Diese charakteristische Eigenschaft ist insbesondere wichtig, indem sie ein leichterer Empfang von Fernsehsignalen mit Hilfe einer kleineren Antenne, eines preisgünstigeren Empfängers, usw. bietet. Ein Verfahren und eine Anordnung zum Codieren und Übertragen in Beantwortung einer derartigen Aufgabe sind beispielsweise im Dokument EP 0448491 beschrieben. Die Bedeutung dieses selektiven Schutzes dient insbesondere zum Ermöglichen eines leichteren Empfangs von Fernsehsignalen mit einer viel kleineren Antenne, mit einer preisgünstigeren Empfangseinrichtung, usw. Jedoch können unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. die entfernte Lage des Senders oder verschiedenartige Störungen in der Übertragung, im Allgemeinen die HDTV-Signale zum Decodieren nicht voll verwendbar oder sogar ganz unbrauchbar sein, weil sie weniger gut geschützt sind als die Fernsehsignale.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besseres Signalempfangs- und Decodierungssystem zu schaffen, wobei die Signale decodiert und nach der Durchführung eines selektiven Schutzverfahrens dieser Signale auf ihrem Bildauflösungspegel übertragen sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße System eingangs erwähnter Art dadurch gekennzeichnet, daß es weiter noch folgende Elemente enthält:
  • (D) am Ausgang der Quellendecoderbaugruppe eine Detektoranordnung zum Detektieren von Fehlern bei der Quellendecodierung, in Reihenschaltung gefolgt von einer Entscheidungsschaltung für die zum Steuern des Schalters entsprechend dem Ausgangssignal der Fehlerdetektoranordnung sowie zum Steuern des Übergangs der Decoderbaugruppe von einer der zwei Decoderbetriebsarten auf die andere.
  • Die hier beschriebene neukonfigurierbare Struktur ermöglicht es, den Fernsehzuschauern den best möglichen Dienst zu leisten, wobei eine Hochauflösungsdecodierung erfolgt, wenn die Bedienungen es zulassen, und nach der Detektion von Entscheidungsfehlern eine andere Konfiguration anzunehmen, um auf eine Decodierung mit niedrigerer Auflösung überzugehen, wenn die Übertragungsstörungen nicht mehr die richtige Decodierung auf Hochauflösung ermöglichen.
  • Die Eigenschaften der Erfindung werden in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Decoder- und Empfangssystems anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Vor der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems ist es nützlich, kurzgefaßt die Eigenschaften der MPEG-Norm zu erwähnen. Diese Norm, die vor kurzem von der Gruppe mit dem Namen "Moving Picture Expert Group" (MPEG), die 1988 von der internationalen Normalisationsorganisation I. S. O. und von der internationalen elektrotechnischen Kommission (IEC) mit der Aufgabe der Aufstellung eines internationalen Standards für die Codierung von digitalen Animations- Videobildern, ihre Speicherung und ihre Wiedergabe, gibt eine Definition eines sehr effizienten Codierverfahrens für die Aufzeichnung nichtverschachtelter Bilder, die jedes Format haben können, aber insbesondere das Format mit der Bezeichnung CIF (im englischen, Common Intermediate Format, 288 Zeilen · 352 Punkte/Zeile, 25 Hz, 1 : 1). Die kompatiblen Codiermethoden nach dieser Norm ermöglichen beispielsweise die Komprimierung eines digitalen Fernsehsignals von 160 Mbits/s nach 5 Mbits/s, d. h. in einem Verhältnis von 32/l, unter Beibehaltung einer sehr zufriedenstellenden Bildqualität.
  • Eine derartige Norm hat folgende Eigenschaften. Eine Folge von Animationsbildern enthält Information bezüglich der Leuchtdichtekomponente Y, sowie Information bezüglich der Farbartkomponenten oder Farbdifferenzsignale U und V. Das Eingangsformat ist derart, daß die Farbdifferenz mit vier in Bezug auf die Leuchtdichte eine Unterabtastung erfährt. Infolgedessen gibt es zwei Werte in Bezug auf die Farbe (einer für U, der andere für V) für vier Leuchtdichtewerte. Da die Graustufen für die Leuchtdichte Y und die Farbpegel für die Signale U und V mit Digitalwörtern von 8 Bits in Matrixanordnung ausgedrückt werden, und da diese Matrizen von Wörtern in Blöcke von 8 · 8 Pixeln verteilt werden, entsprechen vier benachbarte Blöcke der Matrix Y einem Block der Matrix U und einem Block der Matrix V, und diese sechs Blöcke zusammen bilden einen Makroblock (MB). Diese Blöcke und Makroblöcke sind die Bildunterteilungseinheiten, die einer Codierung oder weiteren Operationen unterworfen werden. Die Neuordnung einer Reihe von Makroblöcken bildet eine Scheibe und jedes Bild besteht aus einer vorgegebenen Anzahl von Scheiben, beispielsweise 36 im beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Neuordnung der verschiedenen Bilder formt eine Gruppe von Bildern, oder GOP, die eine beliebige Anzahl von Bildern enthält; die Folge von Bildern entspricht schließlich dem höchsten Pegel, und diese Folge startet mit einem Vorsatz, der die erforderlichen Informationsanteile zum Decodieren enthält (Startcode der Folge, Format, Bildgeschwindigkeit, Bitgeschwindigkeit, Speichermessung, Quantisierungsmatrizen), umfaßt eine GOP-Folge und endet mit einem Code, der das Ende der Sequenz angibt.
  • Das erfindungsgemäße System, das mit der MPEG-Norm kompatibel ist, deren wesentliche Eigenschaften oben beschrieben wurden, enthält folgende Elemente, die anhand der Fig. 1 erläutert werden, in der das Grundsystem nach der Erfindung und mehrere zusätzliche Bauteile dargestellt sind, mit denen Abwandlungen dieses Grundsystems definierbar sind. Ein Kanaldecoder-Unterbaugruppe 2 ist am Ausgang einer Antenne 1 zum Empfangen der übertragenen Signale (TV- und HDTV-Signale) angeordnet, und anschließend wird eine Demultiplexanordnung 3 in Reihenschaltung mit dieser Unterbaugruppe (diese Demultiplexanordnung kann fehlen, und die Schaltbilder dieses Systems bilden beim Vorhandensein und bei Abwesenheit zwei unterschiedene Betriebsarten, wie oben beschrieben), eine Quellendecoder-Unterbaugruppe 4 und eine Anzeigeeinrichtung 5 angebracht. Ein zweiter Ausgang der Unterbaugruppe 4 ist mit einer Einrichtung 61 zum Detektieren von Fehlern während der Quellendecodierung verbunden, deren Ausgang mit einer Entscheidungsschaltung 7 verbunden ist, die selbst wieder über seinen Ausgang mit den Kanaldecoder- und Quellendecoder-Unterbaugruppen 2 bzw. 4 verbunden ist.
  • Der Betrieb dieses Systems wird jetzt anhand eines besonderen Ausführungsbeispiels näher erläutert, in dem die Quellendecoderoperation entsprechend der MPEG Norm erfolgt. In diesem Fall führen Transmissionsstörungen Fehler in den Binärdatenfluß ein, und infolge dieser Fehler ist dieser Fluß nicht entsprechend der MPEG Norm, und zum Zeitpunkt der Decodierung führen sie zu Aberrationen oder Gegensätze: beispielsweise nach orthogonaler Transformation eines Blocks von 8 · 8 Pixeln, werden mehr als 64 Koeffizienten erhalten, oder der Datenfluß scheint mehreren Makroblöcken je Scheibe des Bildes zu entsprechen, als anfangs gegeben war, usw. In derartigen Zuständen entsteht im Allgemeinen eine ganz falsche Decodierung, so daß es nicht möglich ist, an nichtgestörten Daten beim Anfang der folgenden Scheibe zu neusynchronisieren, wenn ein Datenfluß vom MPEG Typ verwendet wird.
  • Die Fehlerdetektoranordnung 61 dient zum Auswerten der Bedeutung der zurückgebliebenen Störungen oder Aberrationen. Diese Anordnung 61 wertet einen vorgegebenen Parameter aus, wie z. B. die Anzahl gestörter Bildscheiben in einer Folge von N aufeinanderfolgenden Bildern. Die Entscheidungsschaltung 7 entscheidet sich dann dafür beispielsweise, ob es keinen normalen Betrieb mehr gibt, sondern eine gestörte Operation, wenn festgestellt wird, daß im Mittel mehr als ein Abschnitt der Bildscheibe in einer Folge von fünfzig aufeinanderfolgenden HDTV-Bildern gestört ist und also unrichtig decodiert. Wenn eine derartige Schwelle überschritten wird, erzeugt die Entscheidungsschaltung ein Steuersignal, das in den Kanaldecoder- und Quellendecoder-Unterbaugruppen 2 und 4 empfangen wird.
  • Bekannt ist, daß die Übertragung digitaler Fernsehsignale sehr hohe Bitgeschwindigkeiten beinhaltet, die gegen annehmbaren Kosten nicht gewährleistet werden können. Verschiedene Techniken zum Reduzieren dieser Bitgeschwindigkeiten sind brauchbar. Jedoch durch die Reduktion der Redundanz von Informationskomponenten werden sie je wesentlich wichtig. Die möglichen Übertragungsfehler, die ganz einfach korrigierbar waren, wenn die zu übertragenden Informationskomponenten redundant wären, haben viel tiefer gehenden Konsequenzen, wenn dieser Redundanz bedeutend reduziert wird, da die Reichweite der Fehler durch Übertragungsfehler unglücklicherweise schneller ansteigt als der Bitgeschwindigkeitsreduktionsfaktor. Zum Schutz vor diesen Übertragungsfehlern oder zum Reduzieren dieser Effekte besteht eine der benutzen Techniken darin, daß die Bitgeschwindigkeitsreduktionsanordnung (oder der Quellencoder) einer Fehlerkorrekturanordnung oder einem Kanalcoder zugeordnet wird, der bzw. die es ermöglicht, auf selektive Weise die empfindlichsten Informationskomponenten vor diesen Übertragungsfehlern zu schützen.
  • Beim Empfang oder beim Lesen der nach der Übertragung und/oder nach der Speicherung gespeicherten Informationskomponenten muß die invertierte Operation gewährleistet sein, d. h. die Decodierung des Kanals. Zu diesem Zweck enthält die Baugruppe 2 einen Kanaldecoder 21 für die HDTV-Signale im beschriebenen Ausführungsbeispiel. Parallel dazu enthält die Unterbaugruppe 2 ebenfalls einen Decoder 22 für die TV-Signale, vorangegangen von einem Schalter 23 zum Wählen eines dieser Decoder. Dieser Schalter wird vom Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung 7 gesteuert, wenn in Beantwortung der Detektion von der Anordnung 61 diese Entscheidungsschaltung angibt, daß die Operation nicht mehr normal verläuft, sondern gestört ist, und daß es keinen zufriedenstellenden Empfang der HDTV-Signale mehr gibt.
  • Die Demultiplexanordnung (wenn am Ausgang der Baugruppe 2 vorhanden) empfängt nicht länger mehr die Ausgangssignale aus dem HDTV- Signaldecoder 21, sondern jene aus dem TV-Signaldecoder 22 und legt sie an die Quellendecoder-Untereinheit 4. In diesem Fall enthält diese Untereinheit 4 einen Quellendecoder 40 (der beispielsweise eine Decoderuntereinheit mit variabler Länge ist), der zum Decodieren der HDTV-Signale oder der TV-Signale angeordnet ist. Dieser Decoder 40 wechselt von der HDTV-Decoderbetriebsart auf die TV-Decoderbetriebsart um bei dem Hinweis eines Signals aus der Entscheidungsschaltung 7. Die Anzeigeeinrichtung 5 empfängt die decodierten Signale, die HDTV-Signale oder TV- Signale sind. Unter geringen Transmissionsbedingungen wird wenigstens die Binär-TV- Signalfolge decodiert, was immer noch bevorzugt wird, als gar nichts zu empfangen, und die Fernsehbilder können entweder als solche angezeigt oder im größeren HDTV- Format am Ende der Decodierung jedes Bildes oder im Laufe der Decodierung der Binärsequenz wiedergegeben werden.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben beschriebene und in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel. Im Grundsystem mit den Elementen 1, 2, 4, 5, 61 und 7 können Abwandlungen beschrieben werden, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten. Oben wurde bereits erläutert, daß die Demultiplexanordnung 3 fehlen kann. Hier muß sie nicht unbedingt vorhanden sein, wenn die empfangenen Daten nur einer einfachen HDTV-Folge entsprechen, aber sie wird nötig sein, wenn wenigstens zwei digitale HDTV-Folgen übertragen werden (und möglicherweise gleichzeitig zugeordnete Audiosignale). Die Demultiplexanordnung 3 bietet die Möglichkeit der Trennung der jeder dieser Sequenzen zugeordneten Daten (d. h. die jeweiligen Digitalsignalsequenzen).
  • Wenn diese Demultiplexanordnung 3 vorgesehen ist, benutzt sie im Allgemeinen besondere Codewörter zur Durchführung ihrer Aufgabe. Wenn diese Digitalwörter durch eine geringe Übertragungsqualität zu stark verzerrt sind, gibt es ebenfalls eine mangelhafte Demultiplexoperation. Es ist dabei nützlich, einen zweiten Ausgang der Anordnung 3 mit einer zweiten Anordnung 62 zum Detektieren von Fehlern während der Demultiplexoperation anzubringen. Wie bei der ersten Anordnung 61, dient diese Anordnung 62, dessen Ausgang ebenfalls mit einem anderen Eingang der Entscheidungsschaltung 7 verbunden ist, zum Auswerten der Bedeutung von Störungen oder Aberrationen der betreffenden Digitalsignale, und hat eine Struktur gleich der der Anordnung 61.
  • Auch kann es nützlich sein (obgleich zweifellos einigermaßen redundant, da Fehler auf dem Kanaldecoder- oder Demultiplexpegel sich sehr häufig auf dem Quellendecoderpegel fortpflanzen), einen zweiten Ausgang der Kanaldecoder-Untereinheit 2 mit einer dritten Anordnung 63 zum Detektieren von Fehlern während der Kanaldecoderoperation anzubringen, und diese Anordnung hat eine Struktur und eine Betriebsart gleich denen der ersten und zweiten Anordnungen 61 und 62. Ebenso wie in diesen Anordnungen ist der Ausgang der dritten Anordnung 63 mit einem entsprechenden Eingang der Entscheidungsschaltung 7 verbunden.
  • Wenn das System automatisch seine Position in der Konfiguration hat, die dem Decodieren und Wiedergeben von Fernsehsignalen entspricht, kann ein neuer HDTV-Decoderversuch anschließend ausgeführt werden, entweder von Hand oder automatisch nach einem vorgegebenen oder einstellbaren Zeitintervall oder an regelmäßigen festen Zeitintervallen, beispielsweise in der Entscheidungsschaltung 7, die dazu invertierte Steuermittel enthält, wie z. B. eine Zeitverzögerung zum Umkehren des Systems auf die HDTV-Decoderbetriebsart durch Betätigen des Schalters 23. Es sei ebenfalls bemerkt, daß dieser Schalter 23, der im beschriebenen Ausführungsbeispiel vor den Kanaldecodern angeordnet ist, auf eine andere Weise hinter diesen Decodern angebracht werden kann.

Claims (5)

1. System zum Empfangen und Decodieren von Digitalsignalen auf zwei Bildauflösungspegeln mit folgenden Elementen in Reihenschaltung:
(A) eine Baugruppe (2) zum Decodieren des Übertragungskanals, die aus einem ersten Kanaldecoder (21) nach einer ersten Betriebsart für die höheren Auflösungspegelsignale besteht, dann in Parallelschaltung dazu aus einem zweiten Kanaldecoder (22) nach einer zweiten Betriebsart für die niedrigeren Auflösungspegelsignale sowie einen Wählschalter (23) zum Wählen des einen oder des anderen Decoders besteht,
(B) eine Quellendecoderbaugruppe (4) zum Decodieren der höheren Auflösungspegelsignale in einer ersten Betriebsart, und zum Decodieren der niedrigeren Auflösungspegelsignale in einer zweiten Betriebsart, wobei die Auflösungspegelsignale einem ersten Ausgang der Kanaldecoderbaugruppe entstammen,
(C) eine Anzeigeeinrichtung (5) der auf diese Weise decodierten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß sie ebenfalls folgende Elemente enthält:
(D) am Ausgang der Quellendecoderbaugruppe eine Anordnung (61) zum Detektieren von Fehlern bei der Quellendecodierung, in Reihenschaltung gefolgt von einer Entscheidungsschaltung (7) für die Steuerung des Schalters entsprechend dem Ausgangssignal der Fehlerdetektoranordnung, und für den Übergang der Quellendecoderbaugruppe von einer der zwei Decoderbetriebsarten auf die andere.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Reihenschaltung zwischen den Kanaldecoderbaugruppen und der Quellendecoderbaugruppe eine Demultiplexanordnung (3) zum Trennen der Daten entsprechend einer jeden der gleichartigen Auflösungspegelsignalfolgen über einen ersten Ausgang der Demultiplexanordnung enthält, wenn es mehrere gleichartige Auflösungspegelsignalfolgen gibt.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Ausgang der Demultiplexanordnung, eine zweite Anordnung (62) zum Detektieren von Fehlern bei dem Demultiplexvorgang enthält, deren Ausgang mit einem entsprechenden Eingang der Entscheidungsschaltung verbunden ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zweiten Ausgang der Kanaldecoderbaugruppe, eine dritte Anordnung (63) zum Detektieren von Fehlern beim Kanaldecodieren enthält, deren Ausgang mit einem entsprechenden Eingang der Entscheidungsschaltung verbunden ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Inversionssteuermittel des Wählschalters (23) für die Rückkehr in die Decodierungsbetriebsart der höheren Auflösungspegelsignale enthält.
DE69416547T 1993-06-30 1994-06-22 System zum Empfang und zur Dekodierung von digitalen Signalen entsprechend zweier Bildauflösungen Expired - Fee Related DE69416547T2 (de)

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