SYSTEM ZUR ÜBERTRAGUNG UND DECODIERÜNG BIPHASECODIERTER DATEN,INSBESONDERE FÜR VPS
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein System gemäß dem Ober¬ begriff des Patentanspruchs. Ein derartiges System ist aus "Rundfunktechnische Mitteilungen", Bd. 16 (1972) , Heft 2, Seiten 90 und 91 bekannt.
Seit vielen Jahren werden in Zeilen der vertikalen Aus¬ tastlücke eines Fernsehsignals biphasecodierte Daten über¬ tragen, zunächst nur für innerbetriebliche Zwecke, inzwi¬ schen auch für die Anwendung beim Zuschauer. Das bekannte VPS-System zur beitragsgesteuerten Programmaufzeichnung mit Video-Heimrecordern benutzt nämlich ebenfalls diese Art der Datenübertragung, und zwar in Zeile 16.
Der erste veröffentlichte Stand der diesbezüglichen Über- tragungs- und Decodiertechnik (Voigt K. : Datenübertragung in einer Zeile des Fernsehεignals . Ruπdfunktechnische Mitteilungen 16 (1972) Heft 2, Seiten 90 und 91) geht von der gleichzeitigen Nutzung eines komplementären Zeilenpaares, nämlich der Zeilen 16 und 329 für ein und denselben Datendieπst aus, wie aus den Bildern 5 und 7 dieser Veröffentlichung ersichtlich ist.
Für das e pfangsεεitige Auffinden der Datenzeilen wird dort keine Zeilenzählung (Fensterung) benutzt; die dortige Aufgabenstellung erforderte keinen Verwechslungsschutz
gegen andere Datendienste in der Austastlücke, denn der Videotext war noch nicht erfunden. Das Biphase-Datenzeileπ- paar 16/329 übertrug den einzigen Datendienst im Video¬ signal. Andererseits war und ist die Verwechsluπgsgefahr gegenüber zufällig plausiblen Biphase-Datenkonstellationen in Bildinhaltszeilen erheblich geringer. Das erklärt auch, daß beim dort beschriebenen Konzept jedes Dateπworτ einzeln und unmittelbar nach seiner Übertragung in je einen Ausgangsdatenspeicher übernommen wird, sofern bis dahin jeweils kein Antivalenzfehler als Verstoß gegen die Biphaseregel erkannt worden ist.
Im weiteren Verlauf der Entwicklung und Anwendung der Biphase-Datenübertragung wurde jeder der beiden Auεtast- lückeπzeilen 16 und 329 ein separater "Dienst" zugeordnet: Zeile 16 wurde quellenbezogene, Zeile 329 abschnittsbe¬ zogene Datenzeile für innerbetriebliche Identifikations¬ und Überwachuπgszwecke . Dadurch wurde es auch erforderlich, empfangsseitig eine Halbbildauswahl vorzunehmen, um zwi¬ schen den beiden Diensten, die einschließlich Startcode ein identisches Datenformat benutzen, unterscheiden zu können .
Von diesen Gegebenheiten geht auch das VPS-System aus (Technische Richtlinie ARD/ZDF Nr. 8 R 2, 1. Ausgabe Dez. 84/Febr. 85) . Dort wird zusätzlich zur Halbbildaus¬ wahl eine Fensterung auf Zeile 16 gefordert (Seite 7 dieser Richtlinie) , insbesondere um die im-selben Halbbild über¬ tragenen Videotextdaten auszugrenzen.
In den Ländern, wo VPS bisher eingeführt wurde (Bundes¬ republik Deutschland. Österreich und Schweiz) , wird ent¬ sprechend der gültigen Norm als Position für die zuge-
hörige Biphase-Datenzeile einheitlich die Zeile 16 verwen¬ det. Sämtliche auf dem Markt befindlichen integrierten VPS-Decoderbausteine (z.B. Valvo-Baustein SAF 1134/1135) "erwarten" die VPS-relevanten Daten definitiv und aus¬ schließlich in Zeile 16. Das heißt, sie leiten aus dem zugeführten Videosignal zunächst das Synchronsignal ab, er¬ zeugen hieraus ein "Fenster" für das 1. Halbbild und er¬ mitteln dann durch Zeilenzählung die Lage des endgültigen Fensters für die Zeile 16. Erst mit diesem endgültigen Feπstersignal wird die eigentliche Datendecodierung, also Startcodeerkeππung , Überprüfung auf Biphase-Fehler etc. freigegeben bzw. initiiert.
Nachteilig bei diesem, heute allgemein benutzten Deco- dierungskoπzept ist zunächst der nennenswerte zusätzliche Aufwand für ein Amplitudensieb zum Abtrennen des Synchron¬ signalgemisches vom Videosignal sowie ferner für eine Ein¬ richtung zur Auswahl des ungeradzahligeπ Halbbildes und schließlich für einen Zeilenzähler. Besonders die Einrich¬ tungen zur Halbbildauswahl arbeiten oft relativ unzuver¬ lässig, wenn ihnen normwidrige Videosignale angeboten wer¬ den, z.B. solche mit Luminanzanteilen unterhalb Schwarz im Bereich der letzten aktiven Zeilen eines Halbbildes.
Als noch nachteiliger hat sich aber die Festlegung der für VPS zu benutzenden Zeile auf die eine und einzige Zeiien- position 16 erwiesen, wenn es darum geht, VPS in weiteren Ländern, z.B. in Skandinavien oder Frankreich einzuführen. So ist beispielsweise in Frankreich Zeile 16 bereits für einen innerbetrieblichen Dienst genutzt, der sich nur mit erheblichem Hardware-Aufwand (Umbau einer Vielzahl beste¬ hender Betriebsgeräte) auf eine andere Zeilenposition
V-
u stεlleπ ließe. Hier wären die Chancen für eine Einführung von VPS erheblich günstiger, wenn VPS-Decoder unabhängig von der Zeilen- bzw. Halbbildposition der zugehörigen Biphase-Datenzeile funktionieren würden, wenn also jede beliebige Austastlückenzeile für die VPS-Übertragung ver¬ wendbar wäre, und zwar ohne Variation eines Auswahlkri¬ teriums am Decoder.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Übertragung und Decodierung von Biphasedaten zu schaffen, welches bei fester Decoderkonfiguration die freie Wahl der Zeilen- und Halbbildposition für die verwendete Daten¬ zeile gestattet, trotzdem einen hohen Verwechslungsschutz gegen andere, gleichzeitig im selben Videosignal übertra¬ gene Datendienste bietet und bei alledem auch noch den Auf¬ wand im Decoder vermindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen¬ den Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines für das erfin- duπgsge äße System tauglichen Datenzeilendecoders.
Das dem Decodereingang 1 zugeführte Videosignal 11 enthal¬ te, wie es der Realität entspricht, in seiner vertikalen Austastlücke mehrere eigenständige Datendienste, z.B. in einigen Zeilen NP.Z-codierte Videotextαaten sowie beispiels¬ weise zwei biphasecodierte Dienste, etwa eine innerbetrieb¬ lich (von Rundfunk und/oder Post) genutzte Abschnittsdaten- zeile und die für VPS mitbenutzte Quellendatenzeile. Ent¬ sprechend der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben-
stellung muß es für den Decoder des jeweiligen Dienstes unerheblich sein, in welcher Zeilenposition die Daten des betreffenden Dienstes übertragen werden.
Ein erster Schritt zur Lösung dieser Aufgabe tangiert das zu übertragende Datenformat: jeder biphasecodierte Daten¬ dienst muß einen individuellen Startcode verwenden. Z.B. kann die VPS- und Quellendatenzeile das in der VPS-Spezi- fikation festgelegte Bitelementmuster
10 00 10 10 10 01 10 01
beibehalten, während für die Abschnittsdateπzeile , soweit vorhanden, ein anderes Muster, etwa
00 11 10 11 00 01 00 10
zu verwenden ist. Beide Muster müssen Verstöße gegen die im Nutzdateπbereich gültige Antivalenzregel, also z.B. drei logische Nullelemente oder drei logische Einselemente in Folge enthalten. Außerdem sollte man sie so wählen, daß sie gegeneinander - und zu sich selbst zusammen mit dem vorangehenden Startcode während des seriellen Einlaufens in ein Schieberegister - möglichst unverwechselbar sind, daß es also möglichst vieler Übertragungsfehler bedarf, um das eine Muster in das andere Muster - bz . zum falschen Zeitpunkt in sich selbst - überzuführen.
Das gesamte Videosignal 11 ird ohne Halbbildfensterung und onne Zeilen enstεrung direkt der Datenabtrennstufe 2 und auch der Taktaufbereitungsstufe 3 zugeführt. Letztere leitet aus der Datenfolgε den zugehörigen Systemtakt ab
und stellt ihn an ihrem Ausgang 32 phasenrichtig zu den von der Datenabtrennstufe 2 an deren Ausgang 22 anliegenden Daten zur Verfügung. Als Datenabtrennstufe 2 dient ein Pegeldiskriminator mit einer ggf. adaptiv gesteuerten Entεcheidungsschwelle bei 50 % der Video-Dateπamplitude . Das auf diesε Wεise zum Zweipεgεlsignal 11' gεformtε Video¬ signal 11 wird auch im weiteren Verlauf des Decodiεrungs- prozesses nicht mehr einer Halbbildfenstεrung bzw. Zεilen- fensterung unterworfen, sondern direkt der Startcodεprü - εinrichtung 4, der Antivaleπzprüfeiπrichtung 5 und dem Zwischenspeicher 6, jeweils zusammen mit dem Systemtakt vom Ausgang 32, zugeleitet.
Die Startcodeprüfeinrichtung 4 enthält z.B. einen Binär- vergleichεr, an dεssεn Sollwerteiπgäπgen das Startcode- Bitelementmuster (s.o.) des zu decodierεndεn Biphasedien- stes konstant anliegt, und dessen Istwerteingänge mit den Ausgängen einεs das sεriell einlaufεnde Zwεipεgelvideo- signal 11' parallelisiεrenden Schieberεgistεrs verbunden sind. Bei Gleichhεit zwischεn Soll- und Istwert wird am Ausgang 41 das Vorliegεn dεs wahrεn Startcodes in der zugeordneten Datenzeile oder auch nur eines vermeintlichen Startcodes als Zufallskonstellation etwa in einεr Vidεo- textzeilε odεr gar in εinεr Bildinhaltszεilε signalisiert.
Das Gleichheitssignal am Ausgang 41 meldet über den Ein¬ gang 51 der Antivalenzprüfeinrichtung 5 diε Phase der von jetzt an zu verglεichenden Bitεle εntpärchen (einε dεtaillierte Erklärung hiεrzu findet sich in der Deutschen Patentschrift DE 30 20 530) und wird auch der Steuerlogik 7 zugeführt. Diese ist so ausgelεgt, daß nur αanπ am Stεuεr- logikausgang 73 ein Übernahmeimpuls auftritt, wenn zwischen
Star codεmεlduπg am Eingang 71 und Ende der Übεrtragung des lεtztεn Nutzbits (also nach 208 Systε taktεn ab Start¬ codemeldung) kein eiπzigεr Antivalenzfεhler über den Ein¬ gang 72 signalisiert worden ist.
Dεr Übεrnahmεimpuls vom Ausgang 73 bewirkt, daß die im Ver¬ lauf der Datenübertragung im Zwischenspeicher 6 zwischenge¬ speicherten Daten in dεn Ausgangsspeicher 8 übertragεn wer¬ den und an dessen Ausgang 81 als fehler- und dienstzuord- nungsgeprüfte Information zur Verfügung stehεn.
Obεπ ist bεrεits davon die Rede, daß die Startcodeprüfεin- richtung 4 wegen des Nichtvorhaπdeπseins einεr Fensterung beispielswεisε εinε Vidεotεxtzeile odεr Bildiπhaltszεile fälschlich für einε Biphase-Datenzεilε haltεn könntε. Diε 16 Elε ente dεs Startcodεs bedingen eine Wahrscheinlichkεit von 1: 65000 für eine solchε Vεrwεchslung , diε sich noch verschlechtεrn kann, wenn spektral ähnlichε Rando -Datεn- signalε wie Videotext auszugrenzen sind. Das reicht für eine sicherε Decodierung so nicht aus.
Wollte man nach diesεm, dεm εiπgangs zitiεrten Stand der Tεchπik von 1972 εntsprεchenden Verfahrεn (als es noch kei- nεn Vidεotεxt in der Austastlücke gab) z.B. nur das auf den Startcodε folgende erste Nutzwort decodieren und, wie dort vorgesehen, unmittelbar nach seiner Übertragung in den Ausgangsspεicher übernehmen, so würde sich durch die nach der Startcodeerkeπnung εinsεtzεndε Antivalenzprüfung die oben angegebene Verwεchslungswahrschεinlichkeit rechnεrisch nur um den Faktor 255 verbessern. Dεr Grund bεsteht darin, daß nur die Untermengε an Kombinationεn dεr zusätzlichen 16 Nutzbitelemente gültig ist, die der Biphasε-Antivalεnz- rεgεl εntsprεcheπ.
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Geht man nun aber einεn wesentlichen Schritt weiter und ver¬ wendet sämtlichε 208 Nutzbitεlementε der gesamten Datenzεile quasi als verlängεrten Startcodε, dann liεgt zwar auch diεser nicht "starr" vor, sondern nur mit der Untermεngε sεinεr antivalεnzfehlerfrεiεn Kombinationen. Es ergibt sich jedoch nun ein um εin Viεlfachεs höhεrer, zusätzlicher Sicherhεitsfaktor von > 10 30. Um beim obigen Beispiεl dεr
Dεcodiεrung dεs ersten Nutzwortes zu bleiben: man verläßt sich nicht darauf, daß dieses Wort selbst keinεn Aπtiva- lεnzfehler zeigt - das könnte zufällig auch eine Videotεxt- zεilε bεwirken. Vielmehr wird das erste Nutzwort erst dann als zum gεwünschtεn Diεnst gεhörend und als fehlεrfrεi über¬ tragen betrachtεt, wεnn auch bεi sämtlichεn rεstlichεn zwölf Nutzworten kein einziger Antivalεnzfεhlεr dεtεktiεrt worden ist.
Aus diesεm Vεrfahren mit seiner extremen Sicherhεit beim Erkennen der Dienstzugεhörigkeit und von Übεrtragungs- fεhlεrn rεsultiεrt noch εin zusätzlichεr Nutzεffεkt. Das Biphasevεrfahreπ schützt zunächst nur sicher gegεn Einzεl- fehler. Sind infolge einεs Doppelfεhlers beidε Elεmεntε εinεs Nutzbits verfälscht übεrtragεn worden, also beidε invεrtiεrt, so ist diεses Bit für die Antivalenzprüfung nicht als falsch erkennbar. Auch hiergegen hilft das vorge¬ schlagene Verfahrεn: es läßt sich wiεdεrum zεigεn, in wεlch hohε Maßε εs unwahrscheinlich ist, daß bei einer ge- störtεn Übεrtragung εin Doppεlfehler auftritt, ohne daß bei 108 Bitpärchen nicht wenigstens auch ein einzigεr, anti¬ valεnzfεhlεrträchtigεr Einzεlfεhlεr vorkommt. Ein solchεr wird sichεr εrkannt und bεwirk , daß diε gεsamte Datenzeilε erfindungsgεmäß als gestört verworfen wird.