DE2757164C2 - Method for transmitting or recording digital signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen oder Aufzeichnen von digitalen Signalen, die aufeinanderfolgende, eng miteinander korrelierte Analogwerte darstellen, insbesondere von Fernseh-Videosignalen, bei dem digitale Mehrbit-Codewörter den verschiedenen Pegeln des Analogsignals zugeordnet und anschließend in Serienform übertragen oder aufgezeichnet werden.The invention relates to a method for transmitting or recording digital signals representing successive, closely correlated analog values, in particular television video signals, in which digital multi-bit code words are assigned to the various levels of the analog signal and are subsequently transmitted or recorded in series.

Aus den Literaturstellen The Marconi Review, Second Quarter 1970, Seiten 131 bis 149, sowie Bell System Technical Journal (50), Heft 2, 1971, Seiten 459 bis 479, ist es bereits bekannt, Analogsignale, wie z. B. Fernseh- Videosignale, zu digitalisieren und in Form von Codewörtern seriell zu übertragen.From the literature sources The Marconi Review, Second Quarter 1970, pages 131 to 149, and Bell System Technical Journal (50), Issue 2, 1971, pages 459 to 479, it is already known to digitize analog signals, such as television video signals, and to transmit them serially in the form of code words.

Bei der Übertragung bzw. Aufzeichnung von solchen Signalen ist es erforderlich, auf der Empfangs- oder Wiedergabeseite Synchronisiersignale zu erzeugen, um eine richtige Zuordnung der einzelnen, seriell übertragenen Bits der Codewörter zu ermöglichen. Wird nun eine Folge von Analogsignalen in digitalisierter Form übertragen, in der aufeinanderfolgende Analogwerte einander ähnlich oder gleich sind, so würden sich für aufeinanderfolgende Signale gleiche Codewörter ergeben, was wegen der dann fehlenden Signalwechsel die Rückgewinnung von Synchronisiersignalen erschwert.When transmitting or recording such signals, it is necessary to generate synchronization signals on the receiving or playback side in order to enable the correct allocation of the individual, serially transmitted bits of the code words. If a sequence of analog signals is transmitted in digital form in which successive analog values are similar or equal to one another, the same code words would result for successive signals, which would make it difficult to recover synchronization signals because of the missing signal changes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übertragen oder Aufzeichnen von digitalen Signalen vorzuschlagen, mit dem eine besonders sichere Synchronisierung zwischen dem Empfänger und dem Sender bzw. dem Wiedergabegerät mit der aufgezeichneten Information möglich ist.The present invention is based on the object of proposing a method for transmitting or recording digital signals, with which a particularly reliable synchronization between the receiver and the transmitter or the playback device with the recorded information is possible.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem gattungsmäßigen Verfahren dadurch gelöst, daß aufeinanderfolgende Codewörter paarweise in Serienform zumindest teilweise ineinander verschachtelt (kombiniert) werden, wobei das eine Codewort unverändert und das andere in komplementärer Form dargestellt wird; daß der verwendete Code der Codewörter derart ausgewählt ist, daß in der seriellen Kombination mit abwechselnd komplementären Wörtern sowohl die Variation der Gleichspannungskomponente des zu übertragenden oder aufzuzeichnenden Signals als auch das Auftreten von langen Intervallen zwischen den Übergängen dieses Signals für solche Analogsignalwerte vermindert werden, die eine höhere als die normale Auftrittswahrscheinlichkeit haben.This object is achieved according to the present invention in the generic method in that successive code words are at least partially interleaved (combined) in pairs in serial form, one code word being represented unchanged and the other in complementary form; that the code of the code words used is selected such that in the serial combination with alternating complementary words both the variation of the DC component of the signal to be transmitted or recorded and the occurrence of long intervals between the transitions of this signal are reduced for those analog signal values which have a higher than normal probability of occurrence.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the method according to the invention can be found in the subclaims.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing.

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Gerät zur Erzeugung digitaler Signale, und Fig. 1 is a block diagram of a device for generating digital signals, and

Fig. 2 einen für das Gerät von Fig. 1 geeigneten Code. Fig. 2 shows a code suitable for the device of Fig. 1.

Das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Verbindung mit Fernseh-Videosignalen benutzt, kann aber auch eine allgemeinere Verwendung finden, beispielsweise für den Ton. Zur Umwandlung eines Videosignals in digitale Form wird hier eine Technik benutzt, bei der das Signal in gleichen Zeitintervallen abgetastet und jede erfolgte Abtastung in eine Binärzahl umgewandelt wird, welche beispielsweise acht Digits umfaßt. Ein gewählter Binärwert "n" kann als der Wert betrachtet werden, welcher eine Spannung nq erzeugt, welche dem Abtastwert am nächsten kommt. Das Quantum q ist die Differenz zwischen einem repräsentierbaren Pegel und dem nächsten.The preferred embodiment of the invention described is used in connection with television video signals, but may also have a more general application, for example for sound. To convert a video signal into digital form, a technique is used in which the signal is sampled at equal time intervals and each sample taken is converted into a binary number, for example eight digits. A selected binary value " n " can be considered as the value which produces a voltage nq which is closest to the sample value. The quantum q is the difference between one representable level and the next.

Mit achtstelligen Binärzahlen kann man die Dezimalzahlen von 0 bis 255 darstellen, wobei die Null dem Binärwert 0000 0000 und die Zahl 255 dem Binärwert 1111 1111 entspricht. Wenn man die Null einer Spannung von 0 Volt und die "1" einer Spannung von 1 Volt gleichsetzt, dann wird bei einem Non-Return to zero (NRZ) Code die Gleichspannungskomponente des Digitalsignals zwischen 0 und 1 Volt liegen.Eight-digit binary numbers can be used to represent decimal numbers from 0 to 255, with zero corresponding to the binary value 0000 0000 and the number 255 corresponding to the binary value 1111 1111. If zero is equated to a voltage of 0 volts and "1" to a voltage of 1 volt, then with a non-return to zero (NRZ) code the DC component of the digital signal will be between 0 and 1 volt.

Bei der Wiederholung von Digitalwerten wie 0000 0000 kann ein weiteres Problem auftreten, weil in diesem Falle keine Übergänge vorliegen und Schaltungen, die auf wiedergewonnene Taktsignale angewiesen sind, außer Tritt geraten können.Another problem can arise when repeating digital values such as 0000 0000 because there are no transitions and circuits that rely on recovered clock signals can get out of sync.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel benutzte Vorrichtung beruhen auf der Grundlage, daß eine deutliche Korrelation zwischen eng benachbarten Punkten eines durch Abtastungen definierten Fernsehbildes besteht. Wie später ausführlich beschrieben werden wird, überträgt die Vorrichtung zwei Worte in Serie auf einem Pfad, wobei das eine Wort das andere der beiden Wörter ergänzt. Vorzugsweise überlappen sich zumindest einige Bits des einen Wortes mit einigen Bits des anderen Komplementärwortes, wobei die Worte zu einem räumlich nahen Punkt auf dem Bild gehören. Es ist angenommen, daß eine deutliche positive Korrelation zwischen den nicht ergänzten Daten besteht, und dementsprechend wird ein geeigneter Binärcode gewählt.The method of the invention and the apparatus used in the preferred embodiment are based on the premise that there is a significant correlation between closely adjacent points of a scanned television image. As will be described in detail later, the apparatus transmits two words in series on a path, one word complementing the other of the two words. Preferably, at least some bits of one word overlap with some bits of the other complementary word, the words belonging to a spatially close point on the image. It is assumed that that there is a clear positive correlation between the non-supplemented data, and accordingly an appropriate binary code is chosen.

Das Prinzip ist folgendes: Man überträgt auf einem Pfad ein Wort, welches einen Punkt repräsentiert, überträgt aber in dessen Nähe ein anderes Wort, und vorzugsweise unter Einstreuung der Digits zwischen dessen Digits, welche die Ergänzung eines anderen Wortes bilden, welches sich auf einen räumlich nahen Punkt des Bildes bezieht. Das wesentliche Erfordernis bildet eine erwartete deutliche positive Korrelation zwischen den nicht ergänzten Daten. Dadurch wäre es auch möglich, ein Signal ein Feld später auszunutzen.The principle is as follows: one transmits a word that represents a point on a path, but transmits another word close to it, preferably interspersing the digits between the digits of the word that form the complement of another word that refers to a spatially close point in the image. The essential requirement is an expected clear positive correlation between the non-complemented data. This would also make it possible to exploit a signal one field later.

Normalerweise werden die beiden Worte numerisch eng beieinander liegen, aber das gewährleistet noch nicht eine ausreichende Anzahl von Übergängen. Um sich dies zu verdeutlichen, nehme man an, daß die beiden Worte 127 und 128 bedeuten. In normaler Binärform lauten diese Worte dann 0111 1111 und 1000 0000. Nach der Ergänzung bzw. Komplementierung wird das zweite Wort 0111 1111, so daß die beiden Worte nach vollständiger Interdigitisierung so aussehen:

• 00 11 11 11 11 11 11 11

Normally the two words will be numerically close to each other, but this does not guarantee a sufficient number of transitions. To illustrate this, assume that the two words mean 127 and 128. In normal binary form these words are then 0111 1111 and 1000 0000. After complementation the second word becomes 0111 1111, so that after complete interdigitation the two words look like this:

• 00 11 11 11 11 11 11 11

Diese Binärzahl enthält nun einen Übergang.This binary number now contains a transition.

Dieses Problem läßt sich verringern, indem man die Worte in einen geeigneten Code umwandelt, bevor man die Bits des einen von ihnen komplementiert und indem man in diesem Code verbleibt, bis die kritischen Elemente der Anlage durchlaufen sind. Das Problem wird nur schwierig bei Worten, die etwa ⅜ oder ⅝ vom Gesamtbereich auseinanderliegen, und dann wäre es zusätzlich erforderlich, daß die Gleichspannungskomponente des einen der Worte niedrig liegt.This problem can be reduced by converting the words into a suitable code before complementing the bits of one of them, and by remaining in this code until the critical elements of the system have been passed through. The problem only becomes difficult for words which are about ⅜ or ⅝ apart from the total range, and then it would be additionally necessary that the DC component of one of the words be low.

Parität wird oft angewendet zur Fehlerfeststellung und Überdeckung. Vorzugsweise sollte dies eine "ungerade" Parität einer ungeraden Anzahl von Bits sein. Dies wird über eine modulo-2-Addition von beispielsweise drei oder fünf Bits durchgeführt, und wenn die Summe gleich 0 ist, dann ist die Parität "1" und umgekehrt. Wird ein solches Paritäts-Bit in jedes Wort eingefügt, dann erhöht sich dadurch die minimale Anzahl von Übergängen.Parity is often used for error detection and coverage. Preferably, this should be an "odd" parity of an odd number of bits. This is done by a modulo-2 addition of, say, three or five bits, and if the sum is 0, then the parity is "1" and vice versa. If such a parity bit is inserted into each word, then this increases the minimum number of transitions.

Nun zu Fig. 1. Hier wird ein Video-Eingangssignal über ein Kammfilter 9 in einen Analog-/Digital-Konverter 10 eingespeist, und der wandelt das Videosignal in eine Anzahl von Digitalwörtern um, indem er das Signal mit einer Frequenz abtastet, welche ein Vielfaches von der Frequenz des Video-Unterträgers ist. In diesem Falle beträgt sie das Doppelte der Video-Unterträger-Frequenz. Jedes Wort wird dann in einen Code-Umwandler eingegeben, welcher die Binärwörter in einen geeigneten Code umformt, beispielsweise den in Fig. 2 dargestellten Code. Hierzu benutzt man vorzugsweise einen Dauerspeicher (ROM). Nach der Code-Umwandlung wird mittels Modul 2 in jedes Wort ein Paritäts-Bit eingefügt, indem man die ersten drei Bits des Wortes mit Hilfe von EXKLUSIV-ODER-Gattern 12 a, 12 b addiert. Anschließend werden die Wörter in Serie durch eine Startwort-Einsetzschaltung 13 in vier Wort-Latches 16 a-16 d eingespeist. Die Startwort-Einsetzschaltung 13 wird gespeist von einer Startwort-Generatorschaltung 13 a, die mit Zeilenfrequenz arbeitet und ein Digitalwort zur Kennzeichnung des Starts einer neuen Video-Signalzeile erzeugt. Diese Startworte werden sowohl zur Synchronisierung einer nicht dargestellten Playback-Apparatur als auch als Hilfsmittel der Fehlererkennung und -korrektur benutzt. Die Wort-Latches 16 sind paarweise angeordnet, wobei das eine Paar das Wort genau in der Form weitergibt, in der es in das Latch eintritt, während das andere Paar die Komplementärwerte des in das Latch eintretenden Wortes erzeugt.Referring now to Fig. 1, a video input signal is fed through a comb filter 9 into an analogue/digital converter 10 which converts the video signal into a number of digital words by sampling the signal at a frequency which is a multiple of the frequency of the video subcarrier. In this case it is twice the video subcarrier frequency. Each word is then fed into a code converter which converts the binary words into a suitable code, for example the code shown in Fig. 2. A non-volatile memory (ROM) is preferably used for this purpose. After code conversion, a parity bit is inserted into each word by means of module 2 by adding the first three bits of the word using EXCLUSIVE-OR gates 12a , 12b . The words are then fed in series into four word latches 16a -16d by a start word inserter 13 . The start word insertion circuit 13 is fed by a start word generator circuit 13a which operates at line frequency and generates a digital word to mark the start of a new video signal line. These start words are used both to synchronize playback equipment (not shown) and as an aid to error detection and correction. The word latches 16 are arranged in pairs, one pair passing on the word exactly in the form in which it enters the latch, while the other pair generates the complementary values of the word entering the latch.

Nun zur Beschreibung des die Latches 16 a und 16 b enthalenden Schaltungsteiles, wobei zu bemerken ist, daß der andere Teil der Schaltung identisch ist, aber alternativ benutzt wird. Wenn das erste Wort durch die Startwort- Einsetzschaltung 13 hindurchläuft, gelangt es auf Ausgangsleitungen 14, die an sämtliche Wort-Latches angeschlossen sind. Das Wort wird also in dasjenige Latch hineingehen, welches getaktet ist.Now to describe the part of the circuit containing the latches 16a and 16b , it should be noted that the other part of the circuit is identical but used alternatively. When the first word passes through the start word insertion circuit 13 , it reaches output lines 14 which are connected to all the word latches. The word will therefore go into the latch which is clocked.

Angenommen, das erste Wort wird in Latch 16 a und das zweite Wort in Latch 16 b getaktet. Der Ausgang von Latch 16 a ist identisch mit dem in dieses Latch eingegebene Wort, während der Ausgang von Latch 16 b den Komplementärwert zu dem in das Latch eingegebenen Wort darstellt. Die Ausgänge der Latche 16 a und 16 b werden dann in eine Hintereinander- und Überlappungsschaltung 17 a eingegeben, worin das erste Wort und die Komplementärwerte des zweiten Wortes überlappt werden. Der Überlappungsgrad wird vor der Hand bestimmt, und in diesem Falle sind nur das siebente und achte Bit jedes Wortes überlappt, wie die Zeichnung erkennen läßt. Es hat sich gezeigt, daß dieser Weg zufriedenstellende Resultate erbringt.Suppose the first word is clocked into latch 16a and the second word into latch 16b . The output of latch 16a is identical to the word input to that latch, while the output of latch 16b is the complement of the word input to the latch. The outputs of latches 16a and 16b are then input to a cascade and overlap circuit 17a in which the first word and the complement of the second word are overlapped. The degree of overlap is determined beforehand and in this case only the seventh and eighth bits of each word are overlapped, as can be seen in the drawing. This approach has been found to give satisfactory results.

Der Überlappungsgrad zwischen den Worten kann geändert werden, aber bestimmt wird er durch den verwendeten Code. Der obenerwähnte Code beispielsweise ist nicht für eine vollständige Überlappung vorgesehen, sondern er wurde tatsächlich so gewählt, daß nur die siebenten und achten Bits der Worte überlappt bzw. verschachtelt werden.The degree of overlap between words can be changed, but it is determined by the code used. For example, the code mentioned above is not designed for complete overlap, but is actually chosen to overlap or interleave only the seventh and eighth bits of the words.

Die überlappten Worte werden dann über einen Aufzeichnungsverstärker 18 b in einen Aufzeichnungskopf 18 a eingespeist, um die Digitalsignale auf ein Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen, vorzugsweise ein Magnetband. The overlapped words are then fed via a recording amplifier 18b to a recording head 18a to record the digital signals on a recording medium , preferably a magnetic tape.

Fig. 2 enthält für jede Zahl zwei Kolonnen, wobei in der ersten Kolonne der Binärwert der Zahl und in der zweiten Kolonne der das Paritäts-Bit enthaltende codierte Binärwert steht. Betrachtet man die zweite Kolonne näher, dann erkennt man, daß für die zwischen 21 und 234 einschließlich liegenden Zahlen die maximale Lauflänge nicht drei an den Enden der Worte und fünf innerhalb der Worte überschreitet. Dies ist zulässig, weil sich statistisch nachweisen läßt, daß die meisten Worte in den Bereich zwischen den Zahlen 21 und 234 fallen. Fig. 2 contains two columns for each number, the first column containing the binary value of the number and the second column containing the coded binary value containing the parity bit. If we look more closely at the second column, we can see that for the numbers between 21 and 234 inclusive, the maximum run length does not exceed three at the ends of the words and five within the words. This is permissible because it can be statistically proven that most words fall in the range between the numbers 21 and 234.

Bei Verwendung des Codes gemäß Fig. 2 ist die Gleichspannungskomponente wesentlich reduziert, so daß die Taktsignale beim Playback wiedergewinnbar sind.When using the code according to Fig. 2, the DC component is significantly reduced so that the clock signals can be recovered during playback.

Der Code ist verwendbar für Farbvideo-Signale, und wenn hier auch für Aufzeichnungszwecke verwendet, ist es ebenso für die Übertragung digitaler Videosignale geeignet.The code is suitable for color video signals, and although used for recording purposes, it is also suitable for the transmission of digital video signals.

Bezüglich Fig. 1 ist noch zu sagen, daß die Digitalsignale in zwei Kanälen verarbeitet werden, und daß zwei Aufzeichnungsköpfe verwendet werden, je einer für jeden Kanal. Diese Anordnung läßt sich in der Weise ändern, daß man die Ausgänge von beiden Kanälen in Serie nacheinander auf einen einzigen Aufzeichnungskopf gibt.With reference to Fig. 1, it should be noted that the digital signals are processed in two channels and that two recording heads are used, one for each channel. This arrangement can be modified by applying the outputs from both channels in series to a single recording head.

Claims (6)

1. Verfahren zum Übertragen oder Aufzeichnen von digitalen Signalen, die aufeinanderfolgende, eng miteinander korrelierte Analogwerte darstellen, insbesondere von Fernseh-Videosignalen, bei dem digitale Mehrbit- Codewörter den verschiedenen Pegeln des Analogsignals zugeordnet und anschließend in Serienform übertragen oder aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Codewörter paarweise in Serienform zumindest teilweise ineinander verschachtelt (kombiniert) werden, wobei das eine Codewort unverändert und das andere in komplementärer Form dargestellt wird; daß der verwendete Code der Codewörter derart ausgewählt ist, daß in der seriellen Kombination mit abwechselnd komplementären Wörtern sowohl die Variation der Gleichspannungskomponente des zu übertragenden oder aufzuzeichnenden Signals als auch das Auftreten von langen Intervallen zwischen den Übergängen dieses Signals für solche Analogsignalwerte vermindert werden, die eine höhere als die normale Auftrittswahrscheinlichkeit haben. 1. A method for transmitting or recording digital signals which represent successive, closely correlated analog values, in particular television video signals, in which digital multi-bit code words are assigned to the various levels of the analog signal and then transmitted or recorded in serial form, characterized in that successive code words are at least partially interleaved (combined) in pairs in serial form, one code word being represented unchanged and the other in complementary form; that the code of the code words used is selected such that in the serial combination with alternating complementary words both the variation of the direct voltage component of the signal to be transmitted or recorded and the occurrence of long intervals between the transitions of this signal are reduced for those analog signal values which have a higher than normal probability of occurrence. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Folge von Codewörtern Zeilenstartsignale eingefügt werden. 2. Method according to claim 1, characterized in that line start signals are inserted into the sequence of code words. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bits von jedem Codewort verschachtelt werden. 3. Method according to claim 1, characterized in that two bits of each code word are interleaved. 4. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paritäts-Bit in jedes Codewort eingefügt wird. 4. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a parity bit is inserted into each code word. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Code gemäß der Fig. 2 benutzt wird. 5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a code according to Fig. 2 is used. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd kombinierte Codewörter auf separaten Übertragungs- oder Aufzeichnungskanälen verarbeitet werden. 6. Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that alternately combined code words are processed on separate transmission or recording channels.