NL8900112A - Werkwijze en inrichting voor de transmissie van een digitale datastroom die informatie- en synchronisatiewoorden omvat. - Google Patents

Description

Koninklijke PTT Nederland n. v. te

GRONINGEN

Werkwijze en inrichting voor de transmissie van een digitale datastroom die informatie- en synchronisatiewoorden omvat

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

1. Gebied van dè uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de transmissie van een digitale datastroom die in-formatiewoordgroepen omvat, bestaande uit één of meer informatiewoorden, en op die informatiewoordgroepen betrekking hebbende synchronisatiewoorden. Onder meer is de uitvinding goed toepasbaar op de transmissie van een datastroom tussen beeldtelefoon-codecs (een codec is een codeer/decodeerinrichting).

2. Stand van de techniek

Mede als gevolg van het beschikbaar komen van "videovergaderfaciliteiten" en de op handen zijnde brede invoering van ISDN, is de ontwikkeling van "beeldtelefoons" in een stroomversnelling geraakt. De voornaamste technisch-wetenschappelijke opgave hierbij is het verwezenlijken van de noodzakelijke enorme reductie van de over te dragen datastroom, teneinde deze binnen de (via ISDN transmissiekanalen) ter beschikking staande capaciteit (bitrate) te kunnen overdragen.

Daar de transmissiecapaciteit die voor beeldtele-foontoepassingen beschikbaar wordt gesteld nog beduidend geringer is dan die voor videovergaderfaciliteiten, moet door een beeldtelefooncodec een nog grotere datareductie worden bewerkstelligd dan door een videovergadercodec. Voor het coderen resp. decoderen van beeldinformatie wordt echter, in verband met compatibiliteit, bij voorkeur gebruik gemaakt van een algoritme dat ontwikkeld is voor videovergadercodecs en. daarin reeds met succes wordt toegepast. De noodzakelijke verdere datareductie kan weliswaar voor een gedeelte worden verkregen door middel van een aanpassing van een dergelijk videoverga-dercodec-algoritme, maar deze reductie alleen is Onvoldoende om het uitwisselen van informatie tussen beeldtelefoons binnen de daarvoor beschikbare transmissiecapaciteit te kunnen doen plaatsvinden.

Een tussen beeldtelefoons uit te wisselen data-stroom omvat groepen van informatiewoorden voor de besturing (opbouw) van videobeelden in de ontvangende beeldtelefoon, alsmede synchronisatiewoorden voor de besturing van de uitlezing. (demultiplexing) van die in-formatiewoordgroepen door de ontvangende beeldtelefoon.

B. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding voorziet in een werkwijze en inrichting voor het bewerkstelligen van een verdere datareductie, die niet het gevolg is van wijziging van het codeer-/decodeeralgoritme (i nformati ereducti e), maar van datacompressie, die wordt bewerkstelligd door een nieuwe en verrassende combinatie van enerzijds de wijze van codering van de informatiewoorden met anderzijds de wijze van invoegen en coderen van synchronisatiewoorden in de over te dragen datastroom.

Volgens de uitvinding worden de informatiewoorden digitaal gecodeerd volgens een - overigens op zich bekende - "variabele lengte codering" (VLC). Bij deze codering worden relatief vaak voorkomende grootheden gecodeerd met relatief korte digitale woorden, terwijl relatief weinig voorkomende grootheden worden gecodeerd met relatief lange digitale woorden. Indien nu de synchronisatiewoorden - wat bij deze coderingsmethode tot dusverre gangbaar is - tussen de afzonderlijke informatie-woordgroepen zouden worden ingevoegd (bijv. voorafgaand aan de desbetreffende informatiewoordgroep), zouden deze synchronisatiewoorden moeten worden gecodeerd, zodat ze aan de ontvangende kant als zodanig kunnen worden geïdentificeerd. Een groot bezwaar hiervan is dat de lengte van een dergelijke identificatiecode (ID-code) tenminste zo groot moet zijn als de grootste lengte van de VLC-code die kan voorkomen (de VLC-code die wordt toegekend aan die grootheid die het minst voorkomt), immers moet in de datastroom de ID-code van een synchronisatie-woord altijd herkenbaar zijn uit de (VLC-gecodeerde) informatiewoorden. Om dit bezwaar weg te nemen worden volgens de uitvinding de synchronisatiewoorden op onderling vaste plaatsen in de datastroom ingevoerd. Hierdoor wordt bereikt dat de synchronisatiewoorden aan de ontvangende kant niet noodzakelijkerwijs door middel van een ID-code als zodanig behoeven te worden herkend, immers ze komen op tevoren bekende, vaste plaatsen in de datastroom voor. De (lange) ID-codes kunnen daardoor achterwege blijven. Deze datacompressie heeft een beduidende reductie in transmissiecapaciteit tot gevolg.

Daar de informatiewoorden VLC-gecodeerd zijn, zijn hun woordlengten variabel (en daarmee de lengten van de informatiewoordgroepen). De plaatsen waarop de synchronisatiewoorden in de datastroom worden ingevoerd zijn echter vast. Het gevolg is dat de informatiewoordgroepen en de synchronisatiewoorden elkaar niet "om en om" afwisselen. In de regel zullen de synchronisatiewoorden steeds ergens binnen een informatiewoord terechtkomen. Om nu per synchronisatiewoord de plaats van de desbetreffende (bijvoorbeeld eerstvolgende) informatiewoord-groep aan te geven, omvat volgens de uitvinding elk synchronisatiewoord een verwijzingscode die de plaats van (bijvoorbeeld het begin van) de desbetreffende informa-tiewoordgroep aangeeft.

Samengevat voorziet de onderhavige uitvinding in een werkwijze en een inrichting voor de transmissie van een digitale datastroom die informatiewoordgroepen omvat, bestaande uit één of meer informatiewoorden, en op die inforaatiewoordgroepen betrekking hebbende synchronie atiewoorden, waarbij volgens de uitvinding de genoemde informatiewoorden VLC-gecodeerde informatiewoorden zijn en de genoemde synchronieatiewoorden op onderling vaste plaatsen in de genoemde datastroom worden ingevoegd en voorts een verwijzingscode omvatten die van de desbetreffende informatiewoordgroep de plaats in de datastroom aangeeft.

Met nadruk wordt erop gewezen/ dat de onderhavige uitvinding uiteraard ruimer toepasbaar is dan slechts bij de transmissie van digitale beeldtelefoonsignalen. Ook in andere transmissiestelseis kan door het toepassen van de uitvinding de bovengeschetste datareductie worden bereikt, waardoor kan worden voorzien in het oplossen van problemen die met de hierboven aangegeven problematiek betreffende beeldtelefoons, overeenkomen.

Door het optreden van zogeheten bitslips kan de onderlinge vaste afstand tussen de synchronisatiewoorden worden verstoord, waardoor de aanduiding van de plaats van de desbetreffende informatiewoordgroep van een verkeerde plaats in de datastroom wordt uitgelezen. Om deze reden omvatten de synchronisatiewoorden, ondanks hun vaste plaats in de datastroom, bij voorkeur toch een ID-code. Deze ID-code behoeft echter niet volstrekt uniek te zijn ten opzichte van de overige in de datastroom voorkomende (VLC-)codewoorden; daarom kan de lengte ook beperkt blijven. De reden dat de ID-code in dit geval niet volstrekt uniek behoeft te zijn en daarom ook van beperkte lengte mag zijn, is dat er gebruik wordt gemaakt van het feit dat de plaats van de elkaar opeenvolgende synchronisatiewoorden (zonder bitslips) bekend is. Als het systeem door bitslip uit synchronisatie is geraakt, kan deze synchronisatie worden herwonnen door in een aantal opeenvolgende plaatsen waar de synchronisa-tiewoorden te verwachten zouden zijn, te detecteren of de ID-code van deze synchronisatiewoorden daar inderdaad aangetroffen worden. Door bekendheid met de vaste onderlinge afstand tussen opeenvolgende synchronisatiewoorden behoeft dus niet de hele datastroom te worden onderzocht, maar slechts enkele vaste gebieden. Op zich is deze methode onder meer bekend uit referentie [1].

C. REFERENTIES

[1] Scholtz, R. A. ; Frame synchronization techniques; IEEE Trans. Comm. , Vol. COM-28 (Aug. '80), pp 1204-1212

D. UITVOERINGSVOORBEELDEN

1. Figuren

Figuur 1 toont schematisch een tweetal door middel van een transmissiemedium met elkaar verbonden beeldtelefoons die elk een codec omvatten.

Figuur 2 toont schematisch één der in figuur 1 getoonde beeldtelefoons.

Figuur 3 toont een gedeelte van de datastroom tussen twee beeldtelefoontoestellen, die informatie- en synchronisatiewoorden omvat.

Figuur 4 toont een synchronisatiewoord dat een ID-code en een verwijzingscode omvat.

2. Beschrijving

Figuur 1

Figuur 1 toont een tweetal beeldtelefoontoestellen 1 en 2, die met elkaar verbonden zijn door een transmis-siemedium 3, bijv. een ISDN-verbinding. Elk der beeldtelefoontoestellen 1 en 2 is voorzien van een zogeheten codec 4 resp. 5, die wordt gevormd door een coder 6 resp. 7 en een decoder 8 resp. 9. Door de coder wordt videoinformatie gecodeerd· tot (groepen van) digitale codewoorden die voor de opbouw van beelden in het ontvangende beeldtelefoontoestel noodzakelijk zijn. Deze codewoorden zijn in het voorgaande en in het navolgende als informatiewoorden aangeduid.

Figuur 2

Figuur 2 toont schematisch een nadere uitwerking van één van de in figuur 1 getoonde beeldtelefoontoe-stellen 1 resp. 2. Het telefoontoestel 1 omvat een videosignaalbron, i. c. een videocamera 10 die is verbonden met een videocoder 11. Van deze videocoder 11 is de uitgang verbonden met een VLC-coder 12, die op zijn beurt is verbonden met een multiplexer 13. De uitgang van deze multiplexer 13 is verbonden met een uitgaand transmissiekanaal 3a. Het telefoontoestel 1 omvat voorts een demultiplexer 14, waarvan de ingang verbonden is met een binnenkomend transmissiekanaal 3b. De uitgang van deze demultiplexer 14 is verbonden met een VLC-decoder 15, waarvan de uitgang op zijn beurt is verbonden met een videodecoder 16, waarop een videodisplay 17 is aangesloten. De videocoder 11, de VLC-coder 12 en de multiplexer 13 vormen tezamen de reeds in figuur 1 getoonde coder 6. Daarin dient de videocoder 11 voor reductie van de aangeboden videoinformatie (informatiereductie) door codering ervan tot relevante (niet-redundante) informatie (i. c. door middel van DCT- en/of DPCM-codering), de VLC-coder 12 voor berichtcodering (datacompressie) van het van de videocoder 11 afkomstige signaal en de multiplexer 13 voor kanaalcodering van de via het transmissiekanaal 3a uit te zenden signaal; de videodecoder 16, de VLC-decoder 15 en de demultiplexer 14 vormen tezamen de decoder 8. Daarin dient de demultiplexer 14 voor ka-naaldecodering van het via het transmissiekanaal 3b ontvangen signaal en de VLC-decoder 15 voor het decoderen van het aan de videodecoder 16 door te geven berichtsig-naal en de videodecoder 16 voor het decoderen van het (in beeldtelefoontoestel 2 DCT- en/of DPCM-gecodeerde) videosignaal ten behoeve van het aansturen van de videodisplay 17. Tezamen vormen de coder 6 en de decoder 8 de reeds in figuur 1 getoonde codec 4.

Een van de videocamera 10 afkomstig videosignaal wordt in de videocoder 11 d. m. v. DCT-/DPCM-codering geconverteerd in een videocodesignaal dat in hoofdzaak niet-redundante informatie bevat voor de opbouw van het beeld in het beeldtelefoontoestel 2. In de VLC-coder vindt datacompressie plaats. De daar toegepaste codering is "variabele lengte code"-codering (VLC-codering), waarbij relatief veel voorkomende codewoorden bestaan uit korte bitcombinaties en relatief weinig voorkomende codewoorden uit relatief lange bitcombinaties. De totaal benodigde bitrate van het VLC-signaal is hierdoor minimaal.

Ten behoeve van de transmissie van het VLC-signaal wordt dit signaal toegevoerd aan de multiplexer 13, waar kanaal codering plaatsvindt, d. w. z. aan de van de VLC-coder afkomstige datastroom worden synchronisatiewoorden toegevoegd met behulp waarvan aan de zijde van het telefoontoestel 2 de VLC-woorden (informatiewoorden) uit de datastroom kunnen worden herwonnen. Volgens de uitvinding worden deze synchronisatiewoorden op vaste plaatsen in de datastroom ingevoegd, waarmee wordt bereikt dat (tengevolge van het ontbreken van een lange ID-code) de lengte van de synchronisatiewoorden minimaal is, zodat het netto datacomprimerend effect van de VLC-codering maximaal is.

Een van het transmissiekanaal 3b ontvangen signaal - afkomstig van de getoonde coder 7 van telefoontoestel 2 - wordt toegevoerd aan de demultiplexer 14. Deze detecteert op de (bekende) vaste plaatsen in de datastroom de synchronisatiewoorden en demultiplext aan de hand van de waarden van verwijzingscodes in die synchronisatiewoorden de bijbehorende informatiewoordgroepen. Deze worden vervolgens toegevoerd aan de VLC-decoder 15, waar de tot de informatiewoordgroepen behorende VLC-informa-tiewoorden worden gedecodeerd en vervolgens toegevoerd aan de videodecoder 16. In deze videodecoder 16 wordt het VLC-gedecodeerde signaal door middel van DCT-/DPCM-decodering geconverteerd in een besturingssignaal voor de opbouw van het videobeeld in de videodisplay 17.

Figuur 3

Figuur 3 toont de datastroom die via het transmis-siekanaal 3a van telefoontoestel 1 naar telefoontoestel 2, resp. via transmissiekanaal 3b van telefoontoestel 2 naar telefoontoestel 1 wordt verzonden en die groepen van VLC-gecodeerde informatiewoorden, en verder synchronie atiewoorden omvat. In de figuur wordt een datastroom (bitrij) getoond, bestaande uit een serie informatie-woordgroepen IWG1, IWG2,..., die elk een aantal VLC-gecodeerde informatiewoorden omvatten: zo omvat in de figuur de informatiewoordgroep IWG2 de woorden A1..A3, IWG3 de woorden BI... B5, IWG4 de woorden Cl en C2 en IWG5 de woorden Dl, D2,. . . Ten gevolge van de VLC-codering hebben de verschillende informatiewoorden, alsook de verschillende informatiewoordgroepen, onderling ongelijke lengten. In de datastroom komen ook synchronisatiewoor-den SW1,SW2,... voor, op onderling gelijke afstand van elkaar. De synchronisatiewoorden omvatten een verwij-zingscode (pointer) die de plaats in de bitrij aangeeft waar de eerstvolgende informatiewoordgroep begint. Zo verwijst de pointer van SW1 naar het begin van IWG2, de pointer van SW2 naar het begin van IWG3, de pointers van SW3 en SW4 naar het begin van IWG4 en de pointer van SW5 naar het begin van IWG5. (het begin van elke informatiewoordgroep is in de figuur aangegeven door een asterisk)

Figuur 4

Figuur 4 toont de samenstelling van een synchroni-satiewoord SW1,... , SW6 (fig. 3). Het synchronisatiewoord SWn omvat een identificatiecode ID die kenmerkend is voor een dergelijk synchronisatiewoord, alsmede een ver-wijzingscode (pointer) P die een aanduiding geeft van die plaats in de datastroom waar zich het begin van de eerstvolgende informatiewoordgroep bevindt. Opgemerkt wordt dat het evenzeer mogelijk is om de pointer niet te laten verwijzen naar de eerstvolgende informatiewoord-groep, maar naar een anderszins gedefinieerde informa-tiewoordgroep. Om na een "bitslip" een synchronisatie-woord te kunnen localiseren, omvat een synchronisatie-woord SWn tevens een identificatiecode ID. Na verlies van de synchronisatie wordt door de demultiplexer 15 (figuur 2) op een aantal plaatsen in de bitrij op een onderlinge afstand, gelijk aan de (vaste) afstand tussen de synchronisatiewoorden, de aanwezigheid van de herkenningscode ID onderzocht. Als de herkenningscode ID op een aantal plaatsen wordt gevonden, wordt aangenomen dat zich op die plaatsen inderdaad synchronisatiewoorden bevinden en wordt het begin van de desbetreffende infor-matiewoordgroepen bepaald aan de hand van de resp. waarden van de tot die synchronisatiewoorden behorende pointers.

Claims (6)

1. Werkwijze voor de transmissie van een digitale datastroom die informatiewoordgroepen omvat, bestaande uit één of meer informatiewoorden, en op die informatiewoordgroepen betrekking hebbende synchronisatiewoorden, met het kenmerk dat de genoemde informatiewoorden (Al, A2, ...D2) VLC-gecodeerde informatiewoorden zijn en dat de genoemde synchronisatiewoorden (SW1,...) op onderling vaste plaatsen in de genoemde datastroom worden inge-voegd en voorts een verwijzingscode (P) omvatten die de plaats van de desbetreffende informatiewoordgroep (IWG1,. . . ) in de datastroom aangeeft.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de genoemde verwijzingscode (P) de plaats van de eerstvolgende informatiewoordgroep (IWG1,. .. ) aangeeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de genoemde verwijzingscode (P) de plaats van het begin (*) van de desbetreffende informatiewoordgroep (IWG1,. . . ) aangeeft.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de synchronisatiewoorden (SW1,...), althans tenminste een deel ervan, een identificatiecode (ID) omvatten die kenmerkend is voor die synchronisatiewoorden.

5. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door een signaalbron (11), een VLC-coder (12) voor het volgens een VLC-algoritme coderen van het van de signaalbron afkomstige signaal tot een datastroom van informatiewoordgroepen (IWG1,...), elk van één of meer informatiewoorden (Al,A2,. . ., D2), en een multiplexer (13) voor het in die datastroom op onderling vaste plaatsen invoegen van de genoemde synchronisatiewoorden (SW1,. .. ).

6. Inrichting volgens conclusie 5, gekenmerkt door een demultiplexer (14) voor het demultiplexen van informatiewoordgroepen (IWG1,. . . ) uit een ontvangen datastroom die genoemde informatiewoordgroepen en syn-chronisatiewoorden (SW1,... ) omvat/ en wel met behulp van op vaste plaatsen in die datastroom te detecteren synchronisatiewoorden, een VLC-decoder (15) voor het decoderen van de genoemde informatiewoorden conform het genoemde VLC-algoritme en een ontvanger (16) voor het ontvangen en verder verwerken van het gedecodeerde signaal.