Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Verdeckung von
Störungen in einem aus einem digitalen Signal abgeleiteten,
wiedergegebenen Audiosignal nach der Gattung des
unabhängigen Patentanspruchs aus.
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In Systemen der digitalen Übertragungstechnik in der mobilen
Kommunikation kommt es infolge nicht idealer
Übertragungskanäle, insbesondere durch Mehrwegeempfang,
Reflexionen, Abschattungen sowie Dämpfungen, zu Störungen im
digitalen Übertragungssignal, die sich in Form von
Bitfehlern auswirken. Diese können senderseitig durch eine
geeignete Kanalcodierung oder durch eine empfängerseitige
geeignete Decodierung in gewissem Umfang korrigiert werden.
Steigt die Datenfehlerrate innerhalb des digitalen
Übertragungssignals über einen vorgegebenen Wert an, ist
eine Korrektur der Bitfehler nicht mehr möglich, so dass
sich diese auf die mit dem digitalen Übertragungssignal
übertragenen Dateninhalte, beispielsweise im Falle eines
digital übertragenen Hörrundfunksignals auf ein
wiederzugebendes Audiosignal, in Form deutlich wahrnehmbarer
Störungen auswirken.
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Im Falle analoger Systeme kommt es bei abnehmender
Empfangsqualität zu einer graduellen Verschlechterung der
Qualität des im Rundfunksignal enthaltenen Audiosignals, dem
beispielsweise analoge FM-Rundfunkempfänger mit einer
Stereo-/Mono-Umschaltung bzw. Stummschaltung des
wiederzugebenden Audiosignals begegnen.
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Bei digitalen Systemen gibt es eine derartige graduelle oder
schleichende Verschlechterung des Signals in Abhängigkeit
der Störung des Übertragungssignals nicht. Vielmehr bewegt
sich die Qualität digital übertragener Audiosignale im
Bereich entweder einer sehr guten oder einer sehr schlechten
Qualität. Um einen gleitenden Übergang von guter zu
schlechter Qualität im Falle digitaler Systeme zu
realisieren, bedient man sich bei diesen einer Nachbildung
dieses Verfahrens (Graceful Degradation). Die zur
Verschleierung von Fehlern dort zum Einsatz kommenden
Verfahren neigen wiederum im Falle einer hohen
Datenfehlerrate dazu, das Signal leiser bzw. vollkommen
stumm zu stellen. Dies kann bei dauerhafter Stummschaltung
infolge dauerhaft hoher Datenfehlerrate des
Übertragungssignals zur Verwirrung des Benutzers führen, dem
suggeriert wird, dass der Rundfunkempfänger nur ein sehr
leises oder überhaupt kein Audiosignal wiedergibt. Dies kann
den Benutzer dazu veranlassen, den Lautstärkepegel zur
Wiedergabe des Audiosignals über den Lautstärkesteller zu
erhöhen. Darüber hinaus wird das durch Bitfehler
hervorgerufene sogenannte Gurgeln innerhalb des
wiedergegebenen Audiosignals in der Regel als sehr
unangenehm empfunden. Wird nun das digitale Rundfunksignal
nach durch den Benutzer initiierter Lautstärkeerhöhung
wieder mit ausreichender Qualität, also mit einer
Datenfehlerrate, die eine Korrektur der Datenfehler
ermöglicht, empfangen, wird die infolge der
Empfangsverschlechterung zuvor abgeschwächte oder
stummgeschaltete Audiowiedergabe schlagartig wieder
aufgenommen, was nach Erhöhung der Wiedergabelautstärke zu
einer Schädigung der angeschlossenen Lautsprecher und
möglicherweise auch des Gehörs des Benutzers führen kann.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des
unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
dass dem Zuhörer eine zuverlässige Beurteilungsgrundlage für
die momentan vorgewählte Wiedergabelautstärke für ein
mittels eines digitalen Rundfunksignals übertragenes
Audiosignal vermittelt wird. Damit wird die Gefahr
vermieden, dass während einer Abschwächung bzw.
Stummschaltung der Audiowiedergabe infolge hoher
Datenfehlerrate des empfangenen digitalen Rundfunksignals
der Benutzer unvorteilhafterweise die Lautstärke erhöht.
Zusätzlich wird die als unangenehm empfundene Wirkung der
Bitfehler innerhalb des empfangenen digitalen
Rundfunksignals in Form des Gurgelns innerhalb des
wiedergegebenen Audiosignals reduziert.
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Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei einem
Verfahren zur Verdeckung von Störungen in einem
wiedergegebenen Audiosignal, das aus einem digitalen Signal
abgeleitet wird, wobei das wiedergegebene Audiosignal in
Abhängigkeit einer Datenfehlerstatistik des digitalen
Signals abgeschwächt wird, dem abgeschwächten Audiosignal in
Abhängigkeit der Datenfehlerstatistik des digitalen Signals
ein Ersatzsignal überlagert wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der
Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
So ist es von besonderem Vorteil, dass das wiedergegebene
Audiosignal in Abhängigkeit der Datenfehlerstatistik des
digitalen Signals frequenzselektiv abgeschwächt wird, und
dass das Ersatzsignal frequenzselektiv überlagert wird. Auf
diese Weise ist eine weitere Annäherung des Verhaltens eines
digitalen Rundfunkempfängers an das eines analogen,
insbesondere FM-Rundfunkempfängers angleichbar. So führen
analoge FM-Rundfunkempfänger infolge einer Verschlechterung
der Empfangsqualität eines empfangenen analogen
Rundfunksignals in der Regel einen sogenannten High-Cut, d. h. eine Absenkung hochfrequenter Anteile des
wiederzugebenden Audiosignals durch.
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Aufgrund der Tatsache, daß Audiosignale im Bereich niedriger
Frequenzen eher von tonalen Komponenten geprägt sind und
höhere Frequenzbereiche sich eher durch rauschartige
Signalanteile auszeichnen, führt die Substitution höherer
Frequenzbereiche durch Ersatzrauschen zu einer besseren
Signalqualität und damit besserem Hörempfinden nach dem
Error-Concealment.
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Auch werden durch die frequenzselektive Signalabschwächung
und -substitution durch Bitfehler verursachte zwitschernde
Störungen im Audiosignal, sogenannte Birdies, reduziert, so
daß sich die subjektive Wahrnehmung des Audiosignals
verbessert.
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Eine besonders gute Abschätzungsgrundlage für die
tatsächlich eingestellte Lautstärke des digitalen
Rundfunkempfängers wird dadurch gegeben, dass die
Überlagerung des Ersatzsignals die Abschwächung des
Audiosignals infolge einer hohen Datenfehlerrate vollständig
kompensiert, so dass die Lautstärke des aus der Überlagerung
des abgeschwächten Audiosignals und des Ersatzsignals
gebildeten Gesamtaudiosignals der eines ungestört
empfangenen bzw. wiedergegebenen Audiosignals entspricht.
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Das Ersatzsignal kann vorteilhafterweise in Form eines
Rauschsignals, eines Sinus- oder Kenntons oder eines
gespeicherten oder synthetisierten Sprachsignals gebildet
sein. Insbesondere im Falle eines Rauschsignals als
Ersatzsignal kann dieses weiterhin vorteilhafterweise
hinsichtlich seines Frequenzgangs an die psychoakustischen
Eigenschaften des menschlichen Gehörs angepaßt sein.
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Weiterhin kann das Ersatzsignal dem abgeschwächten
Audiosignal entweder im Zeitbereich oder im Frequenzbereich
additiv überlagert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in
vorteilhafter Weise dadurch aus, dass es grundsätzlich auf
alle Audioformate bzw. alle in digitaler Form übertragene
Audiosignale, insbesondere digitale Rundfunksignale
verschiedener Standards, wie beispielsweise DAB, DSR oder
ähnliche, gleichermaßen anwendbar ist.
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Darüber hinaus ist das Verfahren besonders einfach
realisierbar, da die Steuerung sowohl des Maßes der
Abschwächung des wiedergegebenen Audiosignals, als auch des
Maßes der Überlagerung des Ersatzsignals in direkter
Abhängigkeit einer mittels einer Datenfehlerstatistik
erfaßbaren Datenfehlerrate des empfangenen digitalen
Rundfunksignals steuerbar ist.
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Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, dass das
erfindungsgemäße Verfahren sich in keiner Weise auf die
Quellendecodierung der Audiodaten aus den empfangenen
digitalen Rundfunksignalen auswirkt, so dass das Verfahren
ohne Beeinflussung des decodierten Audiosignals auch
abschaltbar ist.
Zeichnungen
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
den Figuren dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung 1 zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel
eines MPEG-Audiodecoders mit integriertem sogenanntem Error-
Concealment, bei dem ein Ersatzsignal dem bedarfsweise
abgeschwächten Audiosignal im Frequenzbereich überlagert
wird.
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Fig. 2 zeigt die Überlagerung von Audiosignal und
Ersatzsignal im Frequenzbereich.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 ist ein Audiodecoder MPEG 1, 2 Layer 2 mit
integrierter Bit- bzw. Datenfehlerverschleierung
dargestellt. MPEG bezeichnet dabei ein von der Fraunhofer-
Gesellschaft entwickeltes Verfahren zur Codierung bzw.
Komprimierung digitaler Audiodaten. Der genannte
Audiodecoder dient somit der Decodierung der im MPEG-Format
vorliegenden digitalen Audiodaten.
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Das MPEG-codierte digitale Audiosignal 101, das an einem
Dateneingang 10 der Anordnung ansteht, ist einem Decoder 11
zugeführt. Im Decoder 11 erfolgt die Decodierung des
codierten digitalen Audiosignals sowie eine Fehlererkennung
und gegebenenfalls -korrektur des empfangenen Datensignals.
Das an einem ersten Ausgang des Decoders 11 anstehende
Audiosignal 111 ist einer Filterschaltung 12, die
beispielsweise in Form eines Equalizers, wahlweise aber auch
in Form eines Bandpassfilters mit einstellbaren
Grenzfrequenzen, Flankensteilheit und
Gesamtverstärkungsfaktor ausgebildet sein kann, zugeführt.
Das mittels des Filters 12 bewertete Audiosignal 121 ist
einer Überlagerungsschaltung 13 im vorliegenden Fall in Form
eines Addiergliedes 13 zugeführt. Das am Ausgang des
Addiergliedes 13 abnehmbare Gesamtaudiosignal 131 wird in
einem inversen Filter 14 vom Frequenz- in den Zeitbereich
rücktransformiert, so dass am Ausgang 15 der
Schaltungsanordnung 1 das über die Lautsprecher einer die
Schaltungsanordnung 1 enthaltenden Audioanlage wiedergebbare
Gesamtaudiosignal 141 ansteht.
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Die Notwendigkeit einer Rücktransformation 14 ergibt sich
aus der Tatsache, daß MPEG-codierte Signale im
Frequenzbereich vorliegen, jeder Abtastwert des Audiosignals
liegt somit in Form dessen Spektralverteilung vor.
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An einem zweiten Ausgang des Decoders 11 ist ein die
Datenfehlerrate des empfangenen digitalen Signals
repräsentierendes Fehlersignal 112 abnehmbar, das einer
Schaltungsanordnung 16 zur Erzeugung einer Fehlerstatistik
zugeführt ist. An einem ersten Ausgang der
Fehlerstatistikerzeugung 16 ist ein die Datenfehlerrate des
am Eingang 10 der Schaltungsanordnung 1 anstehenden
digitalen Signals anzeigendes Fehlerstatistiksignal 161
abnehmbar. Dieses ist einer Zuordnungsschaltung 17
zugeführt, in der in Abhängigkeit des Fehlerstatistiksignals
161 Parameter zur Steuerung des Equalizers 12 bzw. des
Filters 12 ausgewählt werden. Beispielsweise wird im Falle
eines näherungsweise ungestörten Signals am Dateneingang 10
der Equalizer 12 bzw. das Filter 12 über ein
Filtersteuersignal 171 derart gesteuert, dass das diesem
zugeführte decodierte Audiosignal 111 im wesentlichen
unverändert am Ausgang des Equalizers bzw. Filters 12
abnehmbar ist. Demgegenüber wird bei zunehmender
Datenfehlerrate in der Zuordnungsschaltung 17 ein
Parametersatz zur Steuerung des Equalizers 12 bzw. Filters
12 dergestalt ausgewählt, dass zunächst höherfrequente
Anteile des Audiosignals 111, mit weiter zunehmender
Datenfehlerrate zunehmend auch niederfrequente Anteile des
Audiosignals 111 und schließlich das gesamte Audiosignal
abgeschwächt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der Zuordnungsschaltung 17 weiterhin ein ebenfalls von der
Fehlerstatistikerzeugung 16 generiertes Bitfehlersignal 162
zugeführt, das die Bitfehler des digitalen Eingangssignals
repräsentiert. Das Bitfehlersignal 162 wird aus den internen
Prüfungen für Rahmenheader oder der Datenfehler selbst
abgeleitet und ist ein direktes Maß für die aktuelle
Fehlerrate. Demgegenüber ist das Fehlerstatistiksignal 161
aufgrund einer Tiefpaßcharakteristik ein auf Fehler im
digitalen Signal vergleichsweise langsam reagierendes
Signal.
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Eine in Abhängigkeit der Datenfehlerrate bzw. des die
Datenfehlerrate repräsentierenden Fehlerstatistiksignals
161, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich des
Bitfehlersignals 162, ausgewählter Datensatz 171 zur
Steuerung des Equalizers 12 bzw. des Filters 12 ist diesem
von der Zuordnungsschaltung 17 zugeführt. Des weiteren ist
ein dem gewählten Datensatz 171 inverser Datensatz 172 an
Filterparametern einem Ersatzsignalgenerator 18 zugeführt,
dem weiterhin, gemäß erwähnter bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung, das Bitfehlersignal 162 von der
Fehlerstatistikerzeugung 16 zugeführt ist.
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Der Ersatzsignalgenerator 18 erzeugt in Abhängigkeit der ihm
zugeführten zweiten Equalizer- bzw. Filterparameter 172,
gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darüber
hinaus in zusätzlicher Abhängigkeit des Bitfehlersignals
162, ein entsprechend diesen Parametern geformtes
Ersatzsignal, das einem zweiten Eingang der
Überlagerungsschaltung 13 zugeführt ist. Somit ist am
Ausgang der Überlagerungsschaltung 13 ein Gesamtaudiosignal
131 abnehmbar, das aus einer Überlagerung, im vorliegendem
Fall einer Addition, des nach Maßgabe der ersten Equalizer-
bzw. Filterparameter 171 mittels des Equalizers oder Filters
12 abgeschwächten Audiosignals und eines nach Maßgabe der
zweiten Equalizer- bzw. Filterparameter 172 geformten
Ersatzsignals 181 besteht.
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Der der Ersatzsignalgenerierung 18 zugeführte
Filterparametersatz 172 ist gemäss einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung derart ausgelegt, dass sich
die Filterkurven des Filters 12 und des zur Bewertung des
Ersatzsignals in der Ersatzsignalgenerierung 18 vorgesehenen
zweiten Filters gegenseitig kompensieren, so dass sich in
der Summe ein linearer Frequenzgang ergibt. Dieser Verlauf
der Filterkurven ist beispielsweise auch Fig. 2 zu
entnehmen, wo der Amplitudenfrequenzgang 125 des Filters 12
und der weitere Amplitudenfrequenzgang 185 des zur Bewertung
des Ersatzsignals in der Ersatzsignalgenerierung 18
vorgesehenen zweiten Filters über der Frequenz 200
aufgetragen sind. Wie der Figur zu entnehmen, nimmt der
Amplitudenfrequenzgang 125 des Filters bzw. Equalizers 12,
der einem bestimmten Fehlergrad bzw. einer bestimmten
Datenfehlerrate des Eingangssignals zugeordnet ist, von
einem Maximalwert mit einer 3dB-Grenzfrequenz 210 schließt
sich auf den Wert 0 ab. Demgegenüber nimmt der derselben
Datenfehlerrate bzw. Datenfehlerstatistik zugeordnete
weitere Frequenzgang 185 vom Wert 0 über die 3dB-
Grenzfrequenz 210 auf einen Wert zu, der der maximalen
Amplitude des Amplitudenfrequenzgangs 125 entspricht. Da
oberhalb einer Maximalfrequenz 220 eine
Audiosignalwiedergabe ohnehin für das menschliche Gehör
nicht wahrnehmbar ist, fällt der weitere
Amplitudenfrequenzgang 185 zu dieser Maximalfrequenz 220 hin
auf den Wert 0 ab.
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Wie Fig. 2 zu entnehmen, überlagern sich die beiden
Frequenzgänge 125 und 185 des Filters 12 bzw. der
Ersatzsignalerzeugung 18 zu einem insgesamt linearen und
konstanten Frequenzgang.
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Der Ersatzsignalgenerator 18 ist gemäss einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung derart ausgelegt, dass in
diesem ein neutrales Rauschsignal als Ersatzsignal erzeugt
wird. Somit ergibt sich am Ausgang 15 der Schaltung 1 der
Fig. 1 ein Gesamtaudiosignal 141, das aus einer
Überlagerung eines gemäss der gemessenen Datenfehlerrate
abgeschwächten Audiosignals und eines ebenfalls gemäss der
Datenfehlerrate erzeugten Rauschsignals besteht. zu
niedrigeren Datenfehlerraten hin wird der Anteil des
Audiosignals 121 auf Kosten des Rauschsignals 181 zunehmen,
demgegenüber wird im Falle zunehmender Datenfehlerrate das
Audiosignal 121 zunehmend durch das Rauschsignal 181
ersetzt.
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Gemäss einer vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung
kann es demgegenüber vorgesehen sein, dass das Ersatzsignal
in Form eines oder einer Überlagerung mehrerer Sinus- oder
Kenntöne ausgebildet ist. Des weiteren kann es vorgesehen
sein, dass das Ersatzsignal ein gespeichertes oder
synthetisiertes Sprachsignal ist. Weiter kann das
Ersatzsignal 181 auch in Form eines an die Physiologie des
menschlichen Gehörs angepassten und entsprechend gefilterten
Rauschens ausgeführt sein.
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Wie eingangs erwähnt, ist das vorliegende Verfahren
grundsätzlich auf jedwede Art digital codierter Audiosignale
anwendbar. So liegt es im Bereich vorliegender Erfindung,
dass dem Dateneingang 10 ein beliebiges digital codiertes
Audiosignal 101 zuführbar ist. Der Decodierer ist dann an
die jeweilige Art des digital codierten Audiosignals 101
angepasst bzw. anzupassen, so dass an dessen Ausgang ein
korrekt decodiertes Audiosignal 111 abnehmbar ist.
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Grundsätzlich ist die Erfindung auch auf im Zeitbereich
vorliegende Audiosignale anwendbar, für diesen Fall kann
dann die Rücktransformation 14 entfallen, weiters sind dann
Filter 12, Decodierung 16, Zuordnungsschaltung 17 und
Ersatzsignalgenerierung 18 entsprechend angepasst.