EP0609300B1 - Verfahren zum übertragen oder speichern eines aus einer folge von informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten tonsignals über störbehaftete kanäle - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der internationalen Veröffentlichungsschrift WO, A, 92 179 48 veröffentlicht am 15.10.1992, bekannt.
• Zum Übertragen digital codierter Tonsignale über Rundfunkkanäle oder andere störbehaftete Kanäle wird ein relativ hoher Bit-Fehlerschutz sendeseitig angestrebt, um auch einen Empfang unter schlechten Übertragungsbedingungen, beispielsweise durch Abschattungen bei mobilem Empfang, zu gewährleisten. Dies erfordert eine entsprechend hohe Redundanz der zu übertragenden Binärstellen des digital codierten Signals, was mit hohen Datenraten verbunden ist. Zur Verringerung der Datenrate werden meist vor der Kanalcodierung bitsparende Quellencodierungen eingesetzt, welche auf einer Redundanz- und Irrelevanz-Verringerung beruhen. Bei solchen bitsparenden Quellcodierungen wird das digital abgetastete Tonsignal unter Verwendung einer Filterbank in Teilband-Abtastwerte und/oder unter Verwendung einer Transformation in den Frequenzbereich in spektrale Abtastwerte umgesetzt. Zusätzlich zu den Abtastwerten werden Zusatz- und Steuerinformationen, wie beispielsweise Skalenfaktoren, Skalenfaktor-Selektierungsinformationen und Bitzuweisungs-Informationen übertragen, d.h., es müssen aufeinanderfolgende Informationseinheiten unterschiedlichen Inhaltes übertragen werden, wobei eine Folge solcher Informationseinheiten zu einem Informationsblock (auch "Infomlationsrahmen" genannt) zusammengefaßt ist. Bit-Fehler einzelnen Binärstellen innerhalb eines Informationsblockes erzeugen eine unterschiedlich subjektive Störwirkung beim Hörer. So kann beispielsweise die Störung einer Bit-Zuweisung im Rundfunkkanal kurzzeitig zu einem völligen Ausfall auf der Wiedergabeseite und damit zu einer Stummschaltung des Tonsignals von einer bestimmten Dauer führen. Diese Steuerinformationen müssen deshalb erheblich stärker geschützt werden als die encodierten Abtastwerte. Für den Fehlerschutz der encodierten Abtastwerte gilt, daß ein Bitfehler einer geringwertigen Binärstelle des encodierten Abtastwertes vom Hörer nur schwer und manchmal sogar überhaupt nicht wahrgenommen werden kann.
• Aus der DE 38 05 169 C2 ist es bekannt, einen variablen Bitfehlerschutz vorzusehen, welcher an die variierende Bedeutung der einzelnen Binärstellen jedes Informationsblockes angepaßt wird. Im Falle von zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen sind zunächst die weniger wichtigen Binärstellen des Informationsblockes gestört, da diese Binärstellen einen geringeren Fehlerschutz erhalten als die höherwertigen Binärstellen. Mit zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen werden immer wichtigere Binärstellen gestört, wobei die subjektive Störwirkung mit "wahrnehmbar", "leicht störend" bis hin zu "unangenehm störend" beschrieben werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß nur eine Fehlerkorrektur der empfangenen, encodierten Tonsignaldaten möglich ist, nicht dagegen eine Fehlerverschleierung, so daß relativ große subjektive Störwirkungen auftreten können.
• Aus der internationalen Veröffentlichungsschrift WO, A, 92 179 48 vom 15.10.1992 ist es bekannt, gestörte Teilbänder oder Spektralwerte gezielt zu verschleiern und dadurch die subjektive Störwirkung herabzusetzen.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art eine Kanalcodierung anzugeben, welche hinsichtlich minimaler subjektiver Störwirkung, minimaler Datenrate und maximalem Fehlerschutz optimiert ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die unterschiedliche Bedeutung der Informationseinheiten innerhalb jedes Informationsblockes derart für einen kontinuierlich abgestuften, variablen Fehlerschutz auszunutzen, daß sich bei Übertragungsstörungen bestimmte Störmuster ergeben, die sich durch geeignete Techniken gut verschleiern lassen. Durch die Zulassung dieser Fehlermuster kann die Datenrate für die Übertragung reduziert werden, da weniger Daten als beim Stand der Technik für einen ausreichenden Fehlerschutz benötigt werden.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Informationsblockes, welcher aus einer Folge von neun Informationseinheiten mit unterschiedlichem Fehlerschutz besteht;

Fig. 2

eine schematische Darstellung ähnlich wie in Fig. 1 für ein alternatives Ausführungsbeispiels, und

Fig. 3

eine schematische Darstellung der beiden Kanäle eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Fig. 2 kanalcodierten, stereophonen Tonsignals nach erfolgter Kanaldecodierung.

• Im Folgenden wird angenommen, daß als Quellcodierungsverfahren ein Teilbandverfahren benutzt wird, bei dem das Frequenzband des digitalisierten Tonsignals in eine Vielzahl von Teilbändern aufgespalten wird. Jedes Teilband wird einer von sechs Teilbandgruppen zugeordnet. Die Bitzuweisung und damit Datenreduktion der Abtastwerte jedes Teilbandes erfolgt entsprechend psychoakustischen Gesichtspunkten (Mithörschwellenberechnung). Dabei wird in jedem Teilband für eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte der Spitzenwert des Betrages dieser Abtastwerte bestimmt und als sogenannter "Skalenfaktor" quantisiert festgehalten sowie zusammen mit den datenreduzierten Abtastwerten sowie der Bitzuweisungsinformation einer Kanalcodierung unterzogen. Zusätzlich zu den Skalenfaktoren kann eine Selektierungsinformation für die unbedingt notwendigen Skalenfaktoren übertragen werden, um die Anzahl der zu übertragenden Skalenfaktoren und damit die Datenmenge weiter zu reduzieren. In der Figur ist ein derartiges, datenreduziertes, kanalcodiertes Tonsignal 1 schematisch dargestellt, welches aus einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Informationsblöcken 10 besteht. Die Informationsblöcke 10 sind vorzugsweise gleich lang und umfassen im gezeigten Beispielsfalle jeweils eine Folge von neun Informationseinheiten 11 bis 19. Die neun Informationseinheiten 11 bis 19 enthalten entsprechend dem betrachteten Quellcodierungsschema folgende Information:

Einheit 11

Bitzuweisungsinformation

Einheit 12

Skalenfaktor-Selektierungsinformation

Einheit 13

Skalenfaktoren

Einheit 14

Teilbandgruppe Nr. 1

Einheit 15

Teilbandgruppe Nr. 2

Einheit 16

Teilbandgruppe Nr. 3

Einheit 17

Teilbandgruppe Nr. 4

Einheit 18

Teilbandgruppe Nr. 5

Einheit 19

Teilbandgruppe Nr. 6.

• Erfindungsgemäß wird den einzelnen Informationseinheiten 11 bis 19 ein variierender Bitfehlerschutz 21 bis 29 bei der Kanalcodierung zugewiesen. Die Bitzuweisungsinformation 11 und die Skalenfador-Selektierungsinformation 12 benötigen einen hohen Fehlerschutz 21 bzw. 22, da Bitfehler innerhalb dieser Informationseinheiten zu einer völligen Zerstörung des Tonsignals am Ausgang des Quellen-Decoders führen können. Da gestörte Skalenfaktoren 13 subjektiv äußerst störend wirken, benötigen sie ebenfalls einen relativ hohen Fehlerschutz 23. Die Teilbandgruppen Nr. 1 bis Nr. 6, die als Informationseinheiten 14 bis 19 dargestellt sind, werden hinsichtlich ihres Fehlerschutzes 24 bis 29 unterschiedlich behandelt. Dabei befinden sich die Teilband-Abtastwerte der Teilbänder des unteren Frequenzbereichs in der Informationseinheit 14, die des höchsten zu übertragenen Frequenzbereichs in der Informationseinheit 19. Den Teilbandgruppen Nr. 1 bis Nr. 6, dargestellt durch die Informationseinheiten 11 bis 19, werden die datenreduzierten Teilbandabtastwerte nach ihrer spektralen Zugehörigkeit zugewiesen. Die Teilbandgruppen erhalten dabei einen von tiefen zu hohen Frequenzen abfallenden, unterschiedlichen Fehlerschutz 24 bis 29. Um Fehler in den Einheiten 14 bis 19 besser erkennen zu können, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zwischen die Informationseinheiten 13 und 14 eine zusätzliche Informationseinheit 40 eingefügt, welche einen zusätzlichen Fehlerschutz 50 für die Einheiten 14 bis 19 im Hinblick auf bessere Fehlererkennung aufweist. Eine Anwendung dieser besseren Fehlererkennung ist in Fig. 2 anhand eines zweikanaligen, stereophonen Tonsignals gezeigt. In jedem der beiden Kanäle Nr. 1 und Nr. 2 sind drei aufeinanderfolgende Informationsblöcke 110, 120, 130 bzw. 210, 220, 230 veranschaulicht. Jeder dieser Blöcke besteht, wie in Fig. 1 für den Block 10 gezeigt ist, aus neun Informationseinheiten. In den Blöcken 110, 130, 220 und 230 sind, wie durch Querschraffur kenntlich gemacht ist, jeweils eine bzw. zwei Informationseinheiten mit Teilband-Gruppeninformation gestört. Diese Störungen lassen sich mit Hilfe des zusätzlichen Fehlerschutzes 50 gemäß Fig. 2 erkennen. Als Beispiel für eine Fehlerverschleierung ist in Fig. 3 vorgesehen, daß die jeweils gestörte(n) Einheit(en) durch Informationseinheiten entweder
• a) im Nachbarkanal ersetzt werden, welche dort zur gleichen Zeit und in derselben Teilbandgruppe vorliegen, oder
• b) in demselben Kanal ersetzt werden, welche dort im vorhergehenden Informationsblock in derselben Teilbandgruppe vorliegen. Diese Ersatz-bzw. Verschleierungsmöglichkeiten sind in Fig. 3 durch entsprechende Pfeile angedeutet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Übertragen oder Speichern eines aus einer Folge von Informationsblöcken bestehenden digitalisierten encodierten Tonsignals über störbehaftete Kanäle, wobei die einzelnen Informationsblöcke aus Informationseinheiten unterschiedlichen Informationsinhaltes, wie Steuerungsinformationen, Skalenfaktorinformationen sowie Informationen über die aus einer Teilband- und/oder Transformations-Quellencodierung abgeleiteten, encodierten Abtastwerte bestehen, von denen die Einheiten für die Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte einer bestimmten spektralen Struktur zugeordnet sind, und bei dem das encodierte Tonsignal einer entsprechend dem gewünschten Fehlerschutz bemessenen Kanalcodierung unterzogen wird, wobei im Falle einer Fehlererkennung eine Fehlerkorrektur und bei nicht korrigierbaren Fehlern eine Fehlerverschleierung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kanalcodierung der Einheiten der Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte ein variabler Bit-Fehlerschutz in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Zuordnung der einzelnen Informationseinheiten zu einer bestimmten spektralen Struktur vorgesehen wird, dahingehend, daß Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von tieferfrequenten Tonsignalanteilen einen höheren Bit-Fehlerschutz erhalten als Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von höherfrequenten Tonsignalanteilen, und daß der für die einzelnen Informationseinheiten zu wählende variable Fehlerschutz ferner in Abhängigkeit von der nach subjektiven Kriterien zulässigen Dauer und Häufigkeit einer angewendeten Fehlerverschleierung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Einheiten für die Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte ein kontinuierlich abgestufter Bit-Fehlerschutz für die Kanalcodierung vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich abgestufte Bit-Fehlerschutz in den einzelnen Informationseinheiten an den Grenzen jeder Einheit dem Bit-Fehlerschutz der jeweils benachbarten Informationseinheit angepaßt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Folge der Informationseinheiten bezüglich der encodierten Abtastwerte wenigstens in einer Einheit Informationen bezüglich eines zusätzlichen Fehlerschutzes hinsichtlich erweiterter Fehlererkennung enthalten sind.

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