WO2013117514A1 - Verfahren zum schnellen umschalten zwischen alternativen übertragungswegen - Google Patents

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Definitions

  • the video decoder waits for a first reference picture in the data buffer (T Ref ).
  • the D Atenstrom in video data, audio data and possibly other data splits.
  • the video data is fed to a video decoder and the audio data is fed to an audio decoder, to the outputs of which further units can be connected before the signals (data) processed by the decoders are made available to a unit for reproduction, in particular for video and audio signals.
  • a corresponding receiving device with two receiving trains in front of the video decoder is set up as follows: In each Empfangszug in front of the video decoder own antenna for receiving high-frequency signals is present. These high-frequency signals are converted by suitable means into intermediate-frequency signals and added to a tuner and a demodulator. By means of a suitable analog-to-digital signal converter, a digital data stream is supplied in each Empfangszug either a demultiplexer, which splits the digital data stream in video and audio signals (and possibly in other signals). These signals are then fed to a switching unit to which the video decoder and the audio decoder (and optionally other units) are connected.
  • the video decoder receives the data stored in the ring buffer so that it can start working immediately. At the same time it is ensured that the ring buffer not only outputs the data to the video decoder, which has been assigned after the switching process of a Empfangszug, but that after the switching operation of the ring buffer of the now no longer connected to the video decoder receive train whose data are supplied so he can save this for the next switching process.
  • the speed of data output from the ring buffer to the decoder is determined by the processing speed of the decoder.

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Abstract

Verfahren zum mobilen Empfangen und Wiedergeben hochfrequenter Fernsehsignale, wobei die empfangenen Signale einem Tuner und Demodulator zugeführt werden, die demoduliert und von einem Demultiplexer zumindest in Video- und Audiosignale aufgeteilt und als Daten einem Video- und Audiodecoder zugeführt werden, wobei dies vor dem Video- und Audiodecoder parallel in zumindest zwei Empfangspfaden stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des einen Empfangszuges von einem Ringpuffer gespeichert werden, wobei mittels des anderen Empfangszuges die Daten bearbeitet und zur Wiedergabe zur Verfügung gestellt werden, wobei dann, wenn von dem anderen auf den einen Empfangszug umgeschaltet wird, der Videodecoder die in dem Ringpuffer gespeicherten Daten für die weitere Bearbeitung erhält.

Description

Verfahren zum schnellen Umschalten zwischen alternativen Übertragungswegen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mobilen Empfangen und Wiedergeben hochfrequenter Fernsehsignale, wobei die empfangenen Signale einem Tuner und Demodulator zugeführt werden, die demoduliert und von einem Demultiplexer zumindest in Video- und Audiosignale aufgeteilt und als Daten einem Video- und Audiodecoder zugeführt werden, wobei dies vor dem Video- und Audiodecoder parallel in zumindest zwei Empfangspfaden stattfindet, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 .
Beim mobilen digitalen Fernsehempfang kommt es durch wechselnde Empfangsbedingungen häufig zu Unterbrechungen im Datenstrom, was für den Nutzer eine Unterbrechung der Bild- und Tonsignale bedeutet. Dauern diese Unterbrechungen mehrere Sekunden oder länger, gehen dem Zuschauer und Zuhörer unter Umständen wichtige Informationen aus dem gerade gewählten Programm verloren. Sind alternative Übertragungswege mit ausreichender Empfangsqualität vorhanden, so bietet sich an, auf eine dieser Alternativen umzuschalten. Ein kostengünstiges Verfahren zum schnellen Wechsel auf einen alternativen Übertragungsweg ist Gegenstand der Patentanmeldung.
Möglichkeiten in der Praxis für alternative Übertragungswege.
Hierarchische Modulation Durch robustere Übertragungsverfahren (geeignete Modulationsparameter, höhere Redundanz und damit stärkerer Fehlerschutz) kann der Empfangsbereich vergrößert werden. Allerdings sinkt damit die erzielbare Datenrate und damit entweder die Anzahl der übertragbaren Programme und/oder jweils deren ausgestrahlte Bild- und Tonqualität.
Im Fall von DVB und ISDB-T kennt man hierarchische Modulationsverfahren, die neben einem Datenstrom mit hohen Bitrate einen weiteren Datenstrom mit niedrigerer Bitrate, aber größerer Robustheit erlauben. In Japan wird dies genutzt und ist als „12-Segment" (hohe Bitrate) und „1 -Segment" (robuster Anteil mit niedrigerer Bitrate) bekannt. Beide werden auf dem gleichen Transponder (gleicher Frequenz) übertragen.
Bei DVB wird die hohe Datenrate z.B. mit QAM 64 übertragen, während der robuste Anteil nur mit QPSK moduliert wird. Generell müssen die Programme im robusten Anteil mit deutlich niedrigerer Auflösung und höherer Kompression generiert werden, um die maximale Datenrate einzuhalten.
Ein Nutzer möchte idealerweise die Programme mit der hohen Datenrate sehen. Im Fall von schlechtem Empfangssignal kann auf die robuste Übertragung umgeschalten werden, sodaß die Sendung, wenn auch mit schlechterer Bild-und Tonqualität, weiterverfolgt werden kann. Sobald die Empfangsqualität für die hohe Datenrate wieder ausreichend ist, kann auf die bessere Bild- und Tonqualität zurückgeschaltet werden.
Andere Verbreitungswege In China sind einige Programme simultan zum fernsehspezifischen DTMB-Verfahren auch über den Mobiltelefon-Standard CMMB in geringer Qualität verfügbar. Hier bietet sich an, bei Empfangsabbruch des DTMB-Signals auf CMMB umzuschalten. Voraussetzung ist natürlich, daß das Empfangsgerät beide Standards unterstützt.
Wechsel des Empfangsgebiets
Der dritte Anwendungsfall für das hier beschriebene schnelle Umschalten ergibt sich, wenn der Empfänger vom Sendegebiet des einen Senders in das Gebiet eines anderen Senders wechselt. Idealerweise erkennt die Steuereinheit des Empfängers, daß ein anderer Sender mittlerweile das bessere Signal liefert (sog. Senderverfolgung, zum Beispiel bekannt aus DE 10 2005 039 507 A1 ) und schaltet ohne Unterbrechung um. In diesem Fall liefern beide Sender typischerweise die gleiche Bildqualität. Im Folgenden wird daher nicht mehr von hoher und niedriger Bitrate oder Qualität gesprochen, sondern von primärem -der zuerst angewählte- und alternativem Empfangspfad.
Heute kann man hardwareseitig beim mobilen Fernsehempfang , insbesondere mittels TV-Tunern in Fahrzeugen, grundsätzlich zwei Geräteklassen unterscheiden.
A) Hochpreisige Geräte, die sowohl den primären als auch den alternativen Empfangspfad simultan dekodieren und im Bedarfsfall die dekodierten Inhalte (Bild und Ton) umschalten. Der Umschaltvorgang kann bildgenau erfolgen, was für den Nutzer nicht erkennbar - also nebeneffektfrei - ist.
B) Günstige Geräte haben nur einen Video- und Audiodekoder. Bricht das primäre Signal ab, so muß auf den alternativen Pfad geschaltet werden. Erst dann werden Video- und Audiodekoder mit den alterniven Daten neu gestartet. Die Gesamt-Umschaltzeit ergibt sich wie folgt:
a. Tuner und Demodulator müssen sich auf den neuen Empfangsweg synchronisieren. Es kann davon ausgegangen werden, daß dies bereits im laufenden Betrieb vor der Umschaltung geschehen ist und diese Zeit zu Null gesetzt werden kann.
b. Die Datenpuffer für den Video- und Audiodekoder müssen gefüllt werden. (TPuffer)
c. Der Videodekoder wartet auf ein erstes Referenzbild im Datenpuffer (TRef).
d. Der Videodekoder dekodiert das Referenzbild und stellt es dar. Diese Zeit ist typischerweise kleiner als die Anzeigedauer eines Bildes (20ms bei 50Hz und 16,7 ms bei 60Hz Fernsehsystemen).
Nachteile: Lösung A):
- Es werden zwei Videodekoder oder ein Videodekoder, der im Zeitschlitzverfahren zwei unabhängige Videoformate dekoderien kann, benötigt. Die Videodekodierung ist der Teil eines SOC (System on chip = IC = integrated circuit), der die meiste Rechenleistung benötigt. Eine Verdopplung dieser Resource bedeutet signifikant höhere IC-Kosten.
- Durch die größere Chipfläche oder die höhere Taktung steigt die Leistungsaufnahme.
- Es muß für den zweiten Videodekoder Speicher sowohl für die Pufferung als auch für die dekodierten Referenzbilder zur Verfügung stehen. Der Speicherbedarf liegt im Bereich von mehreren 10 Mbyte. Die Bus- Bandbreite zum Speicher muß ebenfalls deutlich erhöht werden. Eventuell ist ein zweiter Speicherbaustein oder ein Baustein mit breiterem Datenbus nötig.
Lösung B):
- Die Umschaltzeit, die im Wesentlichen durch TpUffer + TRef bestimmt wird, liegt im Bereich mehrerer Sekunden. Informationen, die während dieser Zeit gesendet wurden, sind für den Nutzer verloren.
Mit Bezug auf den vorstehend beschriebenen Stand der Technik bedeutet der Begriff „Empfangszug" (= Übertragungsweg) folgendes: Bei der Variante A) umfasst ein Empfangszug alle Mittel bzw. Einheiten vom Empfang (Antenne) der hochfrequenten Signale bis zu dem Ausgang, an dem die empfangenen und bearbeiteten Signale zur Wiedergabe bereitgestellt werden. Sind zwei oder mehr Empfangszüge, also parallel zueinander vorhandene Empfangszüge, vorgesehen, sind alle Einheiten eines Empfangszuges doppelt (bei zwei parallelen Empfangszügen) oder mehr als doppelt vorhanden. Dies heißt beispielsweise, dass die von einer Antenne empfangenen Signale einem Tuner und einem nachgeschalteten Demodulator zur Verfügung gestellt werden und von diesen von der empfangenen Hochfrequenz in eine Zwischenfrequenz umgesetzt werden. Aus diesen Signalen kann ein Analog-Digital- Wandler einen digitalen Datenstrom erzeugen (Zum Beispiel einen MPEG-2- Datenstrom), der einem Demultiplexer zugeführt wird, der den Datenstrom in Videodaten, Audiodaten und gegebenenfalls weitere Daten aufteilt. Die Videodaten werden einem Videodecoder und die Audiodaten werden einem Audiodecoder zugeführt, an deren Ausgänge weitere Einheiten angeschlossen sein können, bevor die von den Decodern aufbereiteten Signale (Daten) an eine Einheit zur Wiedergabe, insbesondere für Bild- und Tonsignale, zur Verfügung gestellt werden. Neben diesen komplett doppelt oder mehrfach vorhandenen Empfangszügen, die zwar die beste Performance, jedoch auch den höchsten Aufwand bedeuten, kann ein Empfangszug, insbesondere hinsichtlich der Lösung B) dahingehend verstanden werden, dass je nach Anzahl der Empfangszüge zwar Tuner, Demodulator und Demultiplexer sowie Analog-Digital-Wandler mehrfach vorhanden sind, jedoch von dem Demultiplexer des jeweiligen Empfangszuges auf nur einen einzigen Videodecoder, auf nur einen einzigen Audiodecoder und gegebenenfalls nachgeschaltete weitere, jedoch nur einmal vorhandene Einheiten vorhanden sind. Somit sind gemäß Variante B) bis vor den Eingang der Video- und Audiodecoder mehrere (Teil-) Empfangszüge vorhanden, wobei danach nur ein einziger Empfangszug, über den insbesondere die Video- und Audio-Daten getrennt oder gemeinsam bis zu dem Wiedergabegerät transportiert werden, vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum mobilen Empfangen und Wiedergeben hochfrequenter Fernsehsignale, die Bild- und Ton- Signale umfassen, bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll unter Beibehaltung einer möglichst störungsfreien Wiedergabe von Ton und Bild der hierfür erforderliche Aufwand hinsichtlich der Empfangs- und Signalbearbeitungsmittel möglichst gering gehalten werden.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Daten des einen Empfangszuges von einem Ringpuffer gespeichert werden, während mittels des anderen Empfangszuges die Daten bearbeitet und zur Wiedergabe zur Verfügung gestellt werden, wobei dann, wenn von dem anderen auf den einen Empfangszug umgeschaltet wird, der Videodecoder die in dem Ringpuffer gespeicherten Daten für die weitere Bearbeitung erhält.
Dieses Verfahren und seine entsprechende hardwaremäßige Umsetzung hat die folgenden Vorteile.
Zur Sicherstellung bestmöglicher Empfangsqualität sind eingangsseitig der Video- und Audiodecoder zwei (oder mehr als zwei) Empfangszüge vorgesehen. Das bedeutet, dass mit dem einen Empfangszug der gewünschte Sender (Fernsehsender) empfangen und wiedergegeben werden kann, während mit dem anderen Empfangszug eine Senderverfolgung stattfinden kann. Stellt sich heraus, dass die mit dem einen Empfangszug empfangenen Signale des gewünschten Fernsehsenders mit den Signalen des anderen Empfangszuges besser empfangen werden können, wird von dem bisher verwendeten Empfangszug auf den anderen Empfangszug umgeschaltet. Da dieser Umschaltvorgang an sich etabliert ist, jedoch Probleme beim Start des Videodecoders mit den ihm neu zugeführten Daten bereitet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Daten des Empfangszuges in dem Ringpuffer gespeichert werden. Nach dem Umschaltvorgang kann der Ringpuffer diese Daten dem Videodecoder zur Verfügung stellen, wenn er die Daten des Empfangszuges erhält, der bisher bis zu diesem Zeitpunkt im Hintergrund zwecks Senderverfolgung die hochfrequenten Signale empfangen und bearbeitet, das heißt in digitale Signale umgesetzt hat. Dadurch kann der Videodecoder schneller auf die Datensignale, die ihm von dem umgeschalteten Empfangszug zur Verfügung gestellt werden, synchronisieren, sodass dadurch für den Betrachter das Fernsehbild weitestgehend stabil bleibt. Für die Pufferung des alternativen Pfads wird also ein Ringpuffer vorgesehen, der mindestens die Datenmenge zwischen zwei Referenzbildern aufnehmen kann. Dieser Puffer wird permanent und simultan zum primären Pfad gefüllt.
Im Umschaltmoment wird der Videodekoder mit den Daten ab dem jüngsten Referenzbild gefüttert. Der Videodekoder erhält somit Daten aus der„Vergangenheit" und kann sofort mit dem Dekodieren beginnen. TpUffer + TRef sind damit eliminiert.
Mit den ab diesem Zeitpunkt dekodierten Bildern kann man je nach Nutzerpräferenz verfahren. Es bieten sich drei Möglichkeiten an:
1 ) Ab dem Referenzbild wird das Video regulär angezeigt. Der Nachteil ist, daß der Nutzer die letzten Sekunden des primären Pfades noch einmal sieht. Beim Zurückschalten auf den primären Pfad kommt es u.U. zu dem ungewünschten Zeitsprung.
2) Der Videodekoder läuft im „schnellen Vorlauf" bis zu dem Bild, an dem der primäre Pfad unterbrochen wurde und spielt ab da das Video in Echtzeit weiter. Ein Nachteil ist, daß der schnelle Vorlauf störend empfunden werden kann.
3) Wie unter 2), mit dem Unterschied, daß das letzte Bild des primären Pfades eingefroren bleibt, bis der Videodekoder den schnellen Vorlauf beendet hat.
Die Vorgehensweisen 2) und 3) haben den Vorteil, daß für die Audiodaten des alternativen Pfades kein Puffer angelegt werden muß, da für die Audiodekodierung aufgrund des Kodierungsalgorithmus nicht auf Referenzinformationen aus der Vergangenheit zurückgegriffen werden muß.
Vorteile:
• Kosten kaum höher als bei der Lösung B). Es wird nur ein Videodekoder mit entsprechend geringem Speicherbedarf und Speicherbandbreite benötigt. Der Datenpuffer hält die komprimierten Daten und ist daher deutlich kleiner als der Speicher für eine zweite Videodekodierung.
• Deutlich schnelleres Umschalten im Vergleich zu Lösung B) ohne Informationsverlust und mit einem als „natürlich" empfundenen Verhalten (eingefrorenes Bild) im Fall von Empfangsstörungen.
Eine entsprechende Empfangseinrichtung mit zwei Empfangszügen vor dem Videodecoder ist folgendermaßen eingerichtet: In jedem Empfangszug vor dem Videodecoder ist eine eigene Antenne zum Empfangen hochfrequenter Signale vorhanden. Diese hochfrequenten Signale werden mit geeigneten Mitteln in zwischenfrequente Signale umgesetzt und einem Tuner sowie einem Demodulator zugefügt. Mittels eines geeigneten Analog-Digital-Signalwandlers wird ein digitaler Datenstrom in jedem Empfangszug entweder einem Demultiplexer zugeführt, der den digitalen Datenstrom in Video- und Audiosignale (und gegebenenfalls in weitere Signale) aufsplittet. Diese Signale werden dann einer Umschalteinheit zugeführt, an der der Videodecoder und der Audiodecoder (und gegebenenfalls weitere Einheiten) angeschlossen sind. Oder aber der digitale Datenstrom wird dem Demultiplexer in jedem Empfangszug zugeführt, der seinerseits wie schon beschrieben, den Datenstrom in zumindest die Video- und Audiosignale aufteilt. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung wird insbesondere das Videosignal eines jeden Empfangszuges einer Umschalteinheit zugeführt, sodass die von den beiden Empfangszügen zur Verfügung gestellten Videosignale nach der Umschalteinheit dem Videodecoder zugeführt werden können. Und zwar wird entweder das Videosignal des einen Empfangszuges oder das Videosignale des anderen Empfangszuges dem Videodecoder zugeführt. An dieser Stelle ist der Ringpuffer vorgesehen, der diejenigen Videosignale speichert, die von dem Demultiplexer abgegeben werden, der zu diesem Zeitpunkt nicht mit dem Videodecoder verbunden ist. Erfolgt anhand bestimmter Kriterien die Umschaltung von dem einen Empfangszug auf den anderen Empfangszug, werden dem Videodecoder die in dem Ringpuffer gespeicherten Daten zugeführt, sodass er sofort mit seiner Arbeit beginnen kann. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Ringpuffer nicht nur die Daten an den Videodecoder abgibt, dem nach dem erfolgten Umschaltvorgang der eine Empfangszug zugeordnet worden ist, sondern dass nach dem Umschaltvorgang dem Ringpuffer des jetzt nicht mehr mit dem Videodecoder verbundenen Empfangszug dessen Daten zugeführt werden, damit er diese für den nächsten Umschaltvorgang speichern kann.
Prinzipiell kann in beiden Pfaden (Empfanszuügen) der Ringpuffer immer aktiv sein. Im Fall, daß der Videodekoder die Daten abnimmt, wird der Ringpuffer nicht komplett gefüllt sein. Der Lesezeiger (vom Dekoder gesteuert) wird dem Schreibzeiger (vom Demultiplexer gesteuert) dicht folgen. Nimmt der Dekoder keine Daten ab (z.B. auf dem Alternativpfad vor der Umschaltung oder auf dem primären Pfad nach der Umschaltung), so wird der Lesezeiger vom Dekoder nicht weiterbewegt und der Puffer wird sich füllen. Sobald der Schreibzeiger den Lesezeiger erreicht hat, muß vom Demultiplexer oder einer anderen Steuerinstanz der Lesezeiger weiterbewegt werden. Der Schreibzeiger darf den Lesezeiger nicht "überholen". Der Puffer hat jetzt die maximale Füllmenge erreicht. Wird der Dekoder auf einen gefüllten Puffer geschaltet, so wird durch den schnellen Vorlauf der Ringpuffer wieder geleert, da die Daten vom Sender langsamer kommen als sie vom Dekoder im schnellen Vorlauf verarbeitet werden. Der Ausgangszustand stellt sich wieder ein.
Die Geschwindigkeit der Datenabgabe vom Ringpuffer an die Dekoder wird von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Dekoder bestimmt.
Bei regulärem Empfang auf einem Pfad stimmt die Dekodiergeschwindigkeit mit der Datenrate des Senders überein. Der Pufferfüllstand bleibt im Mittel gleich. Im Fall eines schnellen Vorlaufs fordert der Dekoder schneller die Daten an als bei normaler Wiedergabegeschwindigkeit. Es wird davon ausgegangen, daß der Ringpuffer selbst keine Limitierung für die Datenrate darstellt, d.h. daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Dekoder geringer als die Datenrate des Ringpuffers ist und der Ringpuffer die Umschaltgeschwindigkeit zwischen den beiden Pfaden nicht wahrnehmbar beeinflußt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum mobilen Empfangen und Wiedergeben hochfrequenter Fernsehsignale, wobei die empfangenen Signale einem Tuner und Demodulator zugeführt werden, die demoduliert und von einem Demultiplexer zumindest in Video- und Audiosignale aufgeteilt und als Daten einem Video- und Audiodecoder zugeführt werden, wobei dies vor dem Video- und Audiodecoder parallel in zumindest zwei Empfangspfaden stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des einen Empfangszuges von einem Ringpuffer gespeichert werden, wobei mittels des anderen Empfangszuges die Daten bearbeitet und zur Wiedergabe zur Verfügung gestellt werden, wobei dann, wenn von dem anderen auf den einen Empfangszug umgeschaltet wird, der Videodecoder die in dem Ringpuffer gespeicherten Daten für die weitere Bearbeitung erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ringpuffer die Daten des einen Empfangszuges permanent und simultan zu den Daten des anderen Empfangszuges speichert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Videodecoder im Umschaltmoment die Daten ab dem jüngsten Referenzbild erhält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ringpuffer mindestens die Daten zwischen zwei Referenzbildern speichert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Referenzbild das Bildsignale regulär angezeigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Videodecoder im schnellen Vorlauf bis zu dem Bild läuft, an dem der eine Empfangszug unterbrochen wurde und ab diesem Zeitpunkt das Video in Echtzeit über den anderen Empfangszug weiterspielt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das letzte Bild des einen Empfangszuges eingefroren bleibt, bis der Videodecoder den schnellen Vorlauf beendet hat.
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