WO2006021471A2 - Verfahren zur fehlerkorrektur von programmbezogenen daten - Google Patents

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    • H04L1/0072—Error control for data other than payload data, e.g. control data

Definitions

  • the DAB Digital Audio Broadcasting
  • Program Associated Data - PAD The extra data, especially those with variable length, are called "X-PAD" - X for extended -
  • This method does not provide any method of error detection to detect incorrectly transmitted data.
  • these data are assembled into groups of data using an error detection method (CRC method). Since the individual data are assembled into data groups and further to data files, a single wrong bit can destroy the transmission of large amounts of data. Error protection for DAB is achieved via a convolutional code. The goal was to achieve a bit error rate of 10 7 X ⁇ ).
  • the DVB-T method uses a concatenated code of convolutional code and block code. This allows very low bit error rates of the order of magnitude lO'X- ⁇ ).
  • the new structure can not completely collapse if the length is incorrect.
  • the invention is based on the recognition that the bit error rate is low for audio data, but too high for the transmission of program-related data.
  • FIG. 1 shows a coherent data stream of audio data and program-related data
  • FIG. 2 shows an FEC-PAD structure
  • FIG. 3 shows a FEC-PAD structure with 192 rows and 12 columns
  • FIG. 4 shows an FEC-PAD structure with protection of the length of the program-related data
  • FIG. 5 shows the structure of the content indicator field
  • FIG. 6 shows the protection of the length information of the program-related data
  • FIG. 7 shows a 3-bit grouping for the data according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows the F-PAD strukhir with additional PAD error protection.
  • FIG. 9 shows the overall data structure.
  • FIG. 1 shows a previous frame structure of audio data, which is program-related
  • X-PAD Subfields 2 variable length are assigned. This X-PAD subfield 2 is followed by a 4-byte field followed by two 2-byte fields. The 4-byte field is filled with 1-byte content indicators CI or an END marker to close the CI list. Depending on the length and / or number of X-PAD subfields, zero to four Cl indicators are provided. The Cl indicator describes what's in the X-PAD subfield. If X-PAD subfields 2 are present, this is marked with "10" in the F-PAD field If there are no X-PAD subfields, the "00" label appears in the F (fixed) PAD field. UEP (unequal error protection) means better protection.
  • the boundary conditions of the method are as follows: - The bit error rate should be below 10 ⁇ (-8) if the entire audio channel has a BER of 10 ⁇ (-4),
  • FIG. 1 shows the FEC-PAD structure. 12 columns become 16-byte FEC fields
  • Error correction arranged with fixed length.
  • the signaling takes place within the F-PAD field (Byte L indicator / L-byte data field).
  • F-PAD field Bit L indicator / L-byte data field.
  • Figure 3 shows the FEC-PAD structure in a matrix with 192 rows (columns) and 12 columns (rows). Only relevant data is protected. "Padding zeros" are not transferred, additional parity data is included as new X-P AD-FEC data, all other data with PAD is unaffected, therefore, all X-P AD applications are available and usable for traditional receivers
  • Synchronization and signaling of FEC data is provided in the F-PAD field
  • the data is arranged in an "Application Date Table" as in the packet-mode method
  • the same frame structure and coding is used to limit the receiver complexity
  • the FEC Frame can be terminated at any time to support interrupts in X-PAD transmission, but one main problem exists: only one bit error in the length indicators (CI indicators) of the X-PAD subfields can destroy the entire FEC frame, despite the higher one Protection by OEP.
  • Galois field 2 ⁇ is calculated. That is, the 3-bit length information is grouped into four information symbols which are coded together with 2 parity symbols by means of an RS code over the Galois field GF (2 3 ).
  • An RS (6, 4) code is not possible. But an RS (7, 5) code can be used, which is shortened (by one) to the used packet length. With this code, a symbol (a 3-bit
  • Figure 7 shows the groupings of the CI data.
  • RS (7, 5, 3) code provided.
  • the first symbol is set to 0 and not transmitted. This is followed by 4 information symbols and 2 parity symbols. It is advantageous to correct all 4-bit groups, regardless of whether they contain length information or not.
  • a counter Z is provided for synchronization in the L-byte data field.
  • parity bits are inserted into the L-byte data field necessary for the correct detection of PAD bits.
  • FIG. 9 shows the overall data structure.

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Abstract

Zur Fehlerkorrektur von in Rahmen vorliegenden, programmbezogenen Daten, insbesondere DAB-Datenpakten, wobei Codewörter über mehrere Datenpakte genutzt werden, wird vorgesehen, Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Rahmenstruktur hinzuzufügen. Die Information über die Länge der programmbezogenen Daten (CI) wird zusätzlich durch einen Code (6 Code Bits) geschützt.

Description

Verfahren zur Fehlerkorrektur von programmbezogenen Daten
Stand der Technik
Für die Datenübertragung spezifiziert beispielsweise der DAB (Digital Audio Broadcasting) Standard ein Verfahren wie Daten in Gruppen variäbie Länge innerhalb eines MPEG Rahmen übertragen werden, die Audioprogrammen von ihrem Inhalt her zugeordnet sind. Diese werden "Program associated data - PAD' genannt. Die zusätzlichen Daten insbesondere die mit variabler Länger werden als "X-PAD' - X für extended - genannt Dieses Verfahren sieht keine Methode zur Fehlererkennung vor, um fehlerhaft übertragene Daten zu erkennen. Für einige Anwendungen werden diese Daten zu Datengruppen zusammengesetzt, für die ein Fehlererkennungsverfahren (CRC- Verfahren) eingesetzt wird. Da die einzelnen Daten zu Datengruppen und weiter zu Datenfiles zusammengesetzt werden, kann ein einzelnes falsches Bit die Übertragung großer Datenmengen zunichte machen. Der Fehlerschutz bei DAB wird über einen Faltungscode erreicht. Die Zielsetzung dabei war, eine Bitfehlerrate von 107X^) zu erreichen.
In der DE 102004 014 594.6 ist ein Verfahren zur Fehlerkorrektur von Paketdaten beschrieben, welches Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Paketdatenstruktur hinzufügt.
Beim DVB-T Verfahren wird ein verketteter Code aus Faltungscode und Blockcode verwendet. Hierdurch lassen sich sehr geringe Bitfehlerraten in der Größenordnung lO'X-δ) erreichen.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, wobei Codewörter über mehrere Rahmen genutzt werden, Redundanzinfoπnation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Datenstruktur hinzugefügt wird und zwar für programmbezogene Daten mit variabler Länge und die Information über die Länge der programmbezogenen Daten zusätzlich durch einen Code geschützt wird, können Fehler korrigiert werden, ohne dass z.B. ein DAB-Empfänger Kenntnis über dieses Verfahren haben muss, die Daten trotzdem als gültige DAB-P AD-Daten erkennt und mit einem üblichen Fehlererkennungsverfehren (CRC) verarbeiten kann. Höherwertige Empfänger, die das Fehlerkorrekturverfahren nach der Erfindung beherrschen, können dieses anwenden und liefern somit öfter bzw. schneller korrekte Datenfiles.
Wenn die Information über die Länge der programmbezogenen Daten (X-PAD Felder), zusätzlich gegen Übertragungsfehler geschützt wird, kann die neue Struktur bei fehlerhaften Längenangaben nicht vollständig zusammenbrechen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Bitfehlerrate zwar für Audiodaten gering ist, aber für die Übertragung programmbezogener Daten zu hoch ist.
Ih den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen zusammenhängenden Datenstrom von Audiodaten und programmbezogenen Daten, Figur 2 eine FEC-PAD-Struktur,
Figur 3 eine FEC-PAD-Struktur mit 192 Zeilen und 12 Spalten,
Figur 4 eine FEC-PAD-Struktur mit Schutz der Länge der programmbezogenen Daten,
Figur 5 die Struktur des Inhaltsindikator-Feldes,
Figur 6 den Schutz der Längeninformation der programmbezogenen Daten,
Figur 7 eine 3-Bit-Gruppierung für die Daten gemäß Figur 6,
Figur 8 die F-PAD-Strukhir mit zusätzlichem PAD Fehlerschutz,
Figur 9 die Gesamtdatenstruktur.
Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen
Bevor die eigentliche Erfindung beschrieben wird, werden zum bessern Verständnis bisherigen Strukturen mit Fehlerkorrektur aufgezeigt.
Figur 1 zeigt eine bisherigen Rahmenstruktur von Audiodaten, denen programmbezogene
Datenfelder in Form von X-PAD-Subfields 2 variabler Länge zugeordnet sind. Diesen X- PAD-Subfields 2 schließt sich ein 4 Byte Feld gefolgt von zwei 2 Byte Feldern an. Das 4 Byte Feld ist gefüllt mit 1 Byte Inhaltsindikatoren CI bzw. einem END-Marker, um die CI Liste zu schließen. Je nach Länge und/oder Anzahl der X-PAD-Subfields sind null bis vier Cl-Indikatoren vorgesehen. DER Cl-Indikator beschreibt, was im X-PAD-Subfield enthalten ist. Sind X-PAD-Subfields 2 vorhanden wird dies im F-PAD-FeId mit „10"gekennzeichnet. Fehlen X-PAD-Subfields, erscheint im F (fixed)-PAD-Feld die Kennzeichnung „00". UEP (unequal error protection) bedeutet einen besseren Schutz.
Die Randbedingungen des Verfahrens sind wie folgt: - Die Bit Error Rate soll unter 10Λ(-8) sein, wenn der gesamte Audiokanal eine BER von 10Λ(-4) hat,
Existierende Dienste sollen nicht beeinflusst werden, einschließlich einfache wie , »Dynamic Label" (Rückwärtskompatibilität Level 2),
X-P AD- Applikationen mit variabler Länge sollen unterstützt werden,
Plötzliche Beendigung der Daten soll unterstützt werden mit einem variablen Ende des FEC (forward error correction)-Rahmens.
Figur 2 zeigt die FEC-PAD-Struktur. In 12 Spalten werden 16 Byte FEC-Felder zur
Fehlerkorrektur angeordnet mit fester Länge. Die Signalisierung erfolgt innerhalb des F- PAD-Feldes (Byte L Ihdikator/L-Byte-Data Feld). Außerdem ist ein Zähler zur Kennzeichnung der Rahmen im F-PAD-FeId. vorgesehen, um die Position der Codewörter eindeutig aufzufinden.
Figur 3 zeigt die FEC-PAD-Struktur in einer Matrix mit 192 Zeilen (columns) und 12 Spalten (Rows). Nur relevante Daten werden geschützt. „Padding zeros" werden nicht übertragen. Zusätzliche Paritätsdaten sind als neue X-P AD-FEC-Daten eingefügt enthalten. Alle anderen Daten mit PAD werden nicht beeinflusst. Demzufolge sind alle X-P AD- Applikationen verfügbar und für herkömmliche Empfänger nutzbar. Eine robuste
Synchronisation und Signalisierung der FEC-Daten ist vorgesehen im F-PAD-FeId Die Daten sind in einer „Application Date Table" angeordnet wie beim Packet-Mode- Verfahren. Die gleiche Rahmenstruktur und Codierung wird angewendet, um die Empfängerkomplexität zu begrenzen. Der FEC-Rahmen kann jederzeit beendet werden um Unterbrechungen der X-PAD-Übertragung zu unterstützen. Ein Hauptproblem existiert jedoch: Nur ein Bitfehler in den Längenindikatoren (CI-Ihdikatoren) der X-PAD- Subfields kann den gesamten FEC-Rahmen zerstören, trotz des höheren Schutzes durch OEP.
Um dies zu verhindern, wird die Information über die Länge der programmbezogenen
Daten (CI-Indikatoren) erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen Code geschützt.
Die in Figur 4 umkreisten Längeninformationen (CI-Indikatoren) sind in Figur 5 vergrößert dargestellt. Es sind 4 Gruppen von 3 Bit Längeninformation (insgesamt 12 Bit), die gemäß Figur 6 geschützt werden. Dazu werden im F-PAD ,3yte-L" Feld 6 Datenbits als Parity Bits hinzugefügt. Ein einfacher Block-Code (18, 12) ist nur fähig 1 Bit zu korrigieren. Dies ist nicht ausreichend wenn ein Viterbi Codec einen Fehlerburst erzeugt. Besser ist die Codierung der Längeninformation mittels eines REED-Solomon-Codes (RS-Codes), der über einem
Galois Feld 2^ berechnet wird. Das heißt die 3 Bit Längeninformation wird zu vier Informationssymbolen gruppiert, die zusammen mit 2 Parity Symbolen mittels eines RS- Codes über dem Galois Feld GF (23) codiert werden. Ein RS (6, 4)-Code ist nicht möglich. Aber ein RS (7, 5)-Code kann benutzt werden, der auf die verwendete Paketlänge gekürzt (um Eins) wird. Mit diesem Code kann ein Symbol (eine 3-Bit-
Gruppe) korrigiert werden, so dass der Code robuster gegen Burstfelder ist.
Figur 7 zeigt die Gruppierungen der CI-Daten. Es ist ein RS (7, 5, 3)-Code vorgesehen. Das erste Symbol wird auf 0 gesetzt und nicht übertragen. Danach folgen 4 Informationssymbole und 2 Paritätssymbole. Vorteilhaft ist es alle 4 Bit-Gruppen zu korrigieren, unabhängig davon, ob sie Längeninformation enthalten oder nicht.
Figur 8 zeigt die Kennzeichnung/Signalisierung im F-PAD-FeId mit neudefinierten L- Byte Indikatoren, z.B. für geschützte CI-Daten: Byte-L-Ind = TJ 1111, z.B. für FEC-Rahmen: BVtC-L-LId = TJ lOlO
Für FEC-Rahmen ist ein Zähler Z zur Synchronisation im L-Byte-Datenfeld vorgesehen. Für Datenrahmen werden Paritätsbits in das L-Byte-Datenfeld eingefügt, die notwendig sind für die korrekte Detektion von PAD-Bits.
Figur 9 zeigt die Gesamtdatenstruktur.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fehlerkorrektur von in Rahmen vorliegenden Daten, wobei Codewörter über mehrere Rahmen genutzt werden, mit folgenden Schritten:
Es wird Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Rahmenstruktur hinzugefügt und zwar für programmbezogene
Daten mit variabler Länge,
Die Information über die Länge der programmbezogenen Daten wird zusätzlich durch einen Code geschützt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als programmbezogene
Daten DAB-X-PAD Datenpakete verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Redundanzinformation zum Schutz der Längeninformation der X-PAD Daten, innerhalb des F-PAD Feldes insbesondere im „L-Byte-Data_Feld" angeordnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Existenz der Redundanzinformation für die Längeninformation gekennzeichnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennzeichnung im F-
PAD Feld vorgesehen sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur der Längeninformation ein REED-Solomon-Code verwendet wird, der insbesondere über dem dem Galois Feld 23 berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur der Längeninformation insbesondere im Inhaltsindikator/CI-Feld alle 4 Bitgruppen korrigiert werden, unabhängig davon ob sie Längeninformationen enthalten.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung, dass Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur in einem Rahmen enthalten ist und/oder zum Auffinden der Position des Codewortes im Datenstrom eine entsprechende Kennzeichnung im Rahmen, z.B. im F-PAD Feld, vorgesehen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kennzeichnung der Rahmen ein Zähler, z.B. im F-PAD Feld, vorgesehen wird, um die Position der Codewörter eindeutig aufzufinden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur ein REED-Solomon-Code verwendet wird, der insbesondere auf die verwendeten Paketlängen gekürzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die
Redundanzinformation ein eigenes Datenpaket vorgesehen wird, welches an die Datenpakete für Nutzinformation angehängt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Nutzdaten jederzeit abgebrochen werden kann, um Redundanzdaten zu senden.
PCT/EP2005/053494 2004-08-20 2005-07-19 Verfahren zur fehlerkorrektur von programmbezogenen daten WO2006021471A2 (de)

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