DE3342373A1 - Digital transmission method for analog signals - Google Patents
Digital transmission method for analog signalsInfo
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Abstract
Description
Digitales Übertragungsverfahren für AnalogsignaleDigital transmission method for analog signals
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und mehrere zu dessen Ausführung dienende Einrichtungen für die digitale Übertragung eines oder mehrerer gleichzeitig codierter Analog-Signale.The invention relates to a method and several for carrying it out Serving facilities for the digital transmission of one or more at the same time encoded analog signals.
Für die binäre Übertragung von Analogsignalen sind verschiedene Codierv'erfahren (PCM, DPCM, DM) bekannt. Dies sind Verfahren, die auf zeit- und amplitudendiskreter Basis beruhen. Sie gestatten eine zeitliche Multiplexbildung und digitale Codierung des Ausgangssignals. In Digital Coding of Speech Waveforms: PCM, DPCM and DM Quantizer" von N.S. Jayant, Proc. of IEEE, 1974, Seite 611 - 632, und "Bildkonmunikation" von H. Schönfelder, 1983, Seite 174-206, sind redundanz- und irrelevanzreduzierende Verfahren wie Quantisierung, Kompandierung, Adaption und Prädition beschrieben; diese beziehen sich auf den einzelnen Kanal.Various coding methods are used for the binary transmission of analog signals (PCM, DPCM, DM) known. These are methods that are discrete in time and amplitude Base. They allow time division multiplexing and digital coding of the output signal. In Digital Coding of Speech Waveforms: PCM, DPCM and DM Quantizer " by N.S. Jayant, Proc. of IEEE, 1974, pages 611-632, and "Bildkonmunikation" by H. Schönfelder, 1983, pages 174-206, reduce redundancy and irrelevance Methods such as quantization, companding, adaptation and predition described; these relate to the individual channel.
Eine Reduzierung der Bitrate erfolgt durch Verarbeitung aneinanderliegender Abtastwerte. Auch aufwendige adaptive Verfahren durch vor- oder nachlaufende Analyse des Signals werden benutzt.The bit rate is reduced by processing adjacent ones Samples. Complex adaptive processes through pre- or post-analysis of the signal are used.
Bei der Übertragung mehrerer Signale ergibt sich die Gesamtbitrate aus der Summe der in den einzelnen Codiereinrichtungen erzeugten Bitrate.The total bit rate results when several signals are transmitted from the sum of the bit rate generated in the individual coding devices.
Bei den bekannten Verfahren werden die statistischen Abhängigkeiten aneinanderliegender Abtastwerte zur Bitratenreduktion ausgenutzt. Besonders über lange Signa lsequenzen treten aber Teilsequenzen auf, die den bereitgestellten Kanal nur in geringer Weise ausnutzen. Die statistische Unabhängigkeit weiter auseinanderliegender Abtastwerte oder der Werte unterschiedlicher, aber gleichartiger Signalquellen wird nicht berücksichtigt.In the known methods, the statistical dependencies adjacent samples are used to reduce the bit rate. Especially about long signal sequences occur, however, partial sequences that use the channel provided take advantage of it only in a small way. The statistical independence more widely divergent Samples or the values of different, but similar signal sources not taken into account.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bitrate zur besseren Ausnutzung der Kanalkapazität bei der Übermittlung eines Analogsignals oder mehrerer gleichzeitig codierter Analogsignale (Kanalbündel) bei Verwendung bekannter Codierverfahren weitergehend zu reduzieren bzw. das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Gleichzeitig soll eine kompaktere Speicherung des Analogsignals erzielt werden.The invention is based on the object of improving the bit rate Utilization of the channel capacity when transmitting one or more analog signals Simultaneously coded analog signals (channel bundles) using known coding methods to reduce further or to increase the signal-to-noise ratio. Simultaneously a more compact storage of the analog signal is to be achieved.
Analoge Quellsignale, insbesondere Sprach- und Bildsignale unterliegen naturgemäß unterschiedlichen statistischen Schwankungen in ihren Signalparametern (Amplitude, Frequenz, Phase). Dazu zählt auch das Auftreten von Signalpausen (Sprechpausen) oder konstanten Bildinhalten bei der Bildübermittlung. Zur Reduzierung der erforderlichen Übertragungskapazität dient erfindungsgemäß folgendes Verfahren. Das zu übermittelnde digitalisierte Analogsignal wird in n Signalsequenzen (-abschnitte) konstanter Länge eingeteilt. Jede Signalsequenz gibt ihre Kanalüberlast bzw. Zusatzinformation zur besseren Signalauflösung in einen Überlastspeicher, der als Umlaufspeicher ausgebildet sein kann und die gleiche Länge einer Signalsequenz hat. Aufgrund der statistischen Eigenschaften der aufeinanderfolgenden oder auch verwürfelten Sequenzen des Signals wird die Bitrate in der Weise reduziert, daß die durch die Überlast einzelner Signalsequenzen im Überlastspeicher enthaltene Information über den Zusatzkanal übertragen und empfangsseitig in der Decodiereinrichtung dem Signal wieder zugeführt wird. Die n Signalsequenzen können mit dem Zusatzkanal im Zeitmultiplex übertragen werden und bilden mit dem Zusatzkanal einen rahmen. mine Einsparung an Ubertragungpkapazität ergibt sich dadurch, daß mit Hilfe des Zusatzkanals eine höhere mittlere Kanalauslastung erreicht wird. Der Zusatzkanal übernimmt dabei einen Teil der Signalinformation der Signalsequenzen mit dem gerade größten Kapazitätsbedarf Dzw. übernimmt je nach Codierverfahren Korrekturwerte der Signalsequenzen mit dem gerade größten uantisierungsfehler. Die Wahrscheinlichkeit, daß über eine größere anzahl von Signal sequenzen Spitzenwerte innerhalb einer Signalsequenzdauer an gleichen Stellen vermehrt auftreten, ist gering und nimmt mit der Anzahl n der Signalsequenzen, die einem Zusatzkanal zugeordnet sind, ab. Weiterhin verursachen nicht alle Signalsequenzen eine Überlast. Bleibt die Informationsmenge einer Signalsequenz innerhalb der Kapazität des Hauptkanals, so wird der Zusatzkanal durch diese Sequenz nicht belastet und bleibt vollständig frei für die Überlast anderer Sequenzen.Analog source signals, in particular voice and image signals, are subject naturally different statistical fluctuations in their signal parameters (Amplitude, frequency, phase). This also includes the occurrence of signal pauses (speaking pauses) or constant image content during image transmission. To reduce the required According to the invention, the following method is used for transmission capacity. That to be transmitted digitized analog signal is converted into n signal sequences (sections) of constant length assigned. Each signal sequence gives its channel overload or additional information better signal resolution in an overload memory, which is designed as a circular memory can be and has the same length as a signal sequence. Because of the statistical Properties of the successive or scrambled sequences of the signal the bit rate is reduced in such a way that the overload of individual signal sequences Information contained in the overload memory is transmitted via the additional channel and at the receiving end is fed back to the signal in the decoder. The n signal sequences can be transmitted with the additional channel in time division multiplex and form with the Additional channel a frame. My saving in transmission capacity results from that with the help of the additional channel a higher average channel utilization is achieved. The additional channel takes over part of the signal information of the signal sequences with the greatest capacity requirement Dzw. takes over correction values depending on the coding method of the signal sequences with the currently largest quantization error. The probability, that over a larger number of signal sequences peak values within a signal sequence duration occur more often in the same places low and takes away the number n of signal sequences that are assigned to an additional channel. Farther not all signal sequences cause an overload. What remains is the amount of information a signal sequence within the capacity of the main channel, then the additional channel is not burdened by this sequence and remains completely free for the overload other sequences.
Neben der Einsparung an Kanalkapazität durch eine höhere mittlere Kanalauslastung wird die natürliche Dynamik des Quellsignals durch dieses Übertragungsverfahren weit weniger begrenzt, da gerade Spitzenwerte bevorzugt über den Zusatzkanal übertragen werden. Dieser Effekt wird in Verbindung mit der bekannten Signalkompandierung vergrößert. Bei der Übertragung gleichzeitig codierter Analogsignale bewirkt dieses Verfahren eine dynamische Kapazitätserweiterung des einzelnen Kanals oder auch gleichzeitig mehrerer Kanäle brei auftretendem Bedarf und geeigneter auswertung.In addition to the savings in channel capacity through a higher average Channel utilization becomes the natural dynamics of the source signal through this transmission method far less limited, since peak values are preferably transmitted via the additional channel will. This effect is increased in connection with the known signal companding. This method works when transmitting simultaneously coded analog signals a dynamic capacity expansion of the individual channel or simultaneously multiple channels depending on the need and appropriate evaluation.
Zur Messung und Verxrbeitung von Kanalüberläufen Die Codiereinrichtung kann in. bekannter Weise ausgeführt sein und ist durch eine Einrichtung zur Messung der von der Signalquelle angebotenen Informationsmenge ergänzt. Die Grenze für eine übersteuerungsfreie Übertragung wird bei einem quantisierten Differenzsignal überschritten, wenn gilt x(t) - Eingangssignal fs - >btastfrequenz qm - max. wert des Quantisierungsintervalls Daraus ergibt sich ein Kennwert (Meßwert) f(t) für die Größe eines einzustellenden neuen Quantisierungsintervalls oder eines 1achstelbertes für die Korrektur (Fig. 1). For measuring and processing channel overflows The coding device can be designed in a known manner and is supplemented by a device for measuring the amount of information offered by the signal source. The limit for an overload-free transmission is exceeded in the case of a quantized difference signal, if the following applies x (t) - input signal fs -> b sampling frequency qm - max. value of the quantization interval This results in a characteristic value (measured value) f (t) for the size of a new quantization interval to be set or a 1/8 value for the correction (Fig. 1).
Die ermittelten Werte werden einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Die Folge aller Überlastwerte der einzelnen Signalfrequenzen (Fig. 1) wird über den Zusatzkanal übertragen.The values determined are fed to an evaluation device. The sequence of all overload values of the individual signal frequencies (Fig. 1) is over transmit the additional channel.
Treten an gleichen Stellen in verschiedenen Signalsequenzen Überlastwerte auf, so kann entweder der größte Wert verwendet werden oder eine Anzahl innerhalb eines bestimmten Wertebereichs.Overload values occur at the same points in different signal sequences on, either the largest value can be used or a number within of a certain range of values.
Zur Synchronisierung von Überlauf- und Signalinformation In der Decodiereinrichtung muß die Überlaufinformation dem Signal wieder an der richtigen Stelle zugeführt werden.For synchronization of overflow and signal information in the decoder the overflow information must be fed back to the signal at the correct point will.
Erfindungsgemäß ist dazu keine zusätzliche Kennzeichnung erforderlich. Das von dem Codierer bei einem Überlauf automatisch erzeugte Signalmuster wird zur Kennzeichnung der Überlaufstellen benutzt, z.B. bei DPCM der maximale positive oder negative Signaldifferenzwert, bei DM eine polige von 0- oder 1-Werten.According to the invention, no additional identification is required for this. The signal pattern automatically generated by the encoder in the event of an overflow becomes Identification of the overflow points used, e.g. with DPCM the maximum positive or negative signal difference value, with DM a pole of 0 or 1 values.
,eschreibung von Ausführungsbeispielen . Übertragung eines analogsignals )er vom Codierer 1 in Fig. 3 erzeugte Bist strom wird in L5 Sequenzen eingeteilt und bildet mit dem Zusatzkanal einen @atmen (Fig. 2). Während der Signalsequenz i (14 i#ns) wird ynchron zum Bitstrom die überlaufinformation (slope overoad wert) durch den Meßteil 2 des Codierers 1 ermittelt, Lnd falls vorhanden, über einen Auswerteteil 3 in den @orrekturwertespeicher 5 eingeschrieben. Dies erfolgt bis @ur Übertragung über den Zusatzkanal insgesamt ns mal., description of exemplary embodiments. Transmission of an analog signal ) he stream generated by the encoder 1 in Fig. 3 is divided into L5 sequences and forms a @breath with the additional channel (Fig. 2). During the signal sequence i (14 i # ns) the overflow information (slope overoad value) is synchronized with the bit stream determined by the measuring part 2 of the encoder 1, Lnd, if available, via an evaluation part 3 written into the correction value memory 5. This takes place until @ur transmission over the additional channel a total of ns times.
)ie zange des Korrekturwertespeichers 5 entspricht der Anzahl ler Abtastwerte je Signalsequenz i. Die Wortbreite ist abhängig ron der gewünschten Dynamik. Entscheidet die Auswahl einheit 3 ür die Übertragung des Korrekturwertes, so wird der Codierer iber ein entsprechendes Signal ek nachgestellt. Der über den 7usatzkanal übertragene Nachstellwert ek wird auf der Lmpfangsseite über den Multiplexer 7 in dem Korrekturwertespeicher 8 @is zum eintreffen des nächsten Korrekturblocks zwischengepeichert und über den Zuordner 11 dem Decodierer 1# zugeführt. Im Pufferspeicher 9 wird das Signal bis zum Eintreffen les Korrekturblocks verzögert.) The clamp of the correction value memory 5 corresponds to the number of lers Samples per signal sequence i. The word length depends on the desired Dynamics. If the selection unit 3 decides on the transfer of the correction value, the encoder is readjusted via a corresponding signal ek. The one about the The readjustment value ek transmitted to the additional channel is transmitted on the receiving side via the multiplexer 7 in the correction value memory 8 @is for the arrival of the next correction block temporarily stored and fed to the decoder 1 # via the allocator 11. In the buffer tank 9 the signal is delayed until the correction block arrives.
Die Steuerung des Zuordners erfolgt durch die Überlaufkennzeichnung im Bitstrom des Hauptkanals. Die Bitrate auf der bertragungsleitung beträgt bei der in Fig. 3 dargestellten zeitmultiplexen Übertragung BL = BS . (ns + nz) . ns bs - Signalbitrate BL - Leitungsbitrate.The allocation is controlled by the overflow indicator in the bit stream of the main channel. The bit rate on the transmission line is at the time-division multiplex transmission BL = BS shown in FIG. 3. (ns + nz). ns bs - signal bit rate BL - line bit rate.
Bei Übertragung des Zusatzkanals in einem getrennten Kanal entfallen der Pufferspeicher 4 und die Multiplexer 6 und 7.If the additional channel is transmitted in a separate channel, this is not necessary the buffer memory 4 and the multiplexers 6 and 7.
II. Schaltungsanordnung für Fernsehsignale Eine Bildzeile von 64 As wird in 13 (17) Signalsequenzen eingeteilt. Daraus ergibt sich ein Rahmen mit 16 (21) Teilsequenzen. such andere minteilungen können je nach statistischer Verteilung von Amplitudenwerten günstig sein.II. Circuit arrangement for television signals One image line of 64 As is divided into 13 (17) signal sequences. This results in a frame with 16 (21) partial sequences. such other divisions can be made depending on the statistical distribution of amplitude values can be favorable.
Durch die Ausnutzung der Impulslücke von 12 Fs zwischen den Bildsignalen von 52 ps in der bei bekannten Verfahren keine Bildinformation übertragen wird, ergibt sich erfindungsgemäß ein zusätzlicher Gewinn. Der sonst bei zeitmultiplexer Ubertragung erforderliche Pufferspeicher entfällt und die Bitrate für die Übertragung des Signals wird durch das Einfügen des Zusatzkanals nicht erhöht. Fig. 4 zeigt das Funktionsbild und eine mögliche Hahmeneinteilung. er Impulsgenerator 4 wird vom Zeilenimpuls gesteuert und liefert synchrone Schaltsignale und das Rahmensyncwort. Das vom Codierer 1 erzeugte digitale Signal, die Zusatzinformation vom Korrekturspeicher 6 und das Rahmensyncwort werden über den Multiplexer 5 im Zeitmultiplex übertragen. Das Syncwort kann zwischen Bild- und Zusatzinformation liegen und dient dann gleichzeitig als Trennmarkierung. In der Syncwort erkennung 8 werden ähnlich wie im Impulsgenerator 4 synchrone Schalt signale zur zeitrichtigen Steuerung der übrigen Stufen erzeugt. Der Pufferspeicher 9 verzögert das Signal bis die Zusatzinformation im Korrekturspeicher 10 vollständig vorliegt. Über den Zuordner 12 werden die Korrekturwerte entsprechend der Überlaufkennzeichnung im Hauptkanal dem Decodierer 11 zugeführt. In der Impulseinblendung 13 wird das vollständige analoge Bildsignal mit den Zeilen- und Bildwechselimpulsen wiederhergestellt.By utilizing the pulse gap of 12 Fs between the image signals of 52 ps in which no image information is transmitted with known methods, According to the invention, there is an additional gain. The otherwise with time division multiplexer There is no buffer memory required for transmission and the bit rate for the transmission of the signal is not increased by inserting the additional channel. Fig. 4 shows the functional picture and a possible subdivision of the frame. he pulse generator 4 becomes controlled by the line pulse and provides synchronous switching signals and the frame sync word. The digital signal generated by the encoder 1, the additional information from the correction memory 6 and the frame sync word are transmitted via the multiplexer 5 in time division multiplex. The sync word can lie between image and additional information and is then used at the same time as a separation mark. In the sync word detection 8 are similar to the pulse generator 4 synchronous switching signals generated for the correct timing of the other stages. The buffer memory 9 delays the signal until the additional information in the correction memory 10 is complete. The correction values are transferred accordingly via the allocator 12 the overflow identifier in the main channel is fed to the decoder 11. In the impulse fade-in 13 becomes the complete analog image signal with the line and image change pulses restored.
Als einzelne Signalsequenz kann auch ein Zeilensignal oder ein vollständiges Bildsignal oder Teile davon verwendet werden.A line signal or a complete signal sequence can also be used as an individual signal sequence Image signal or parts thereof are used.
III. Übertragung mehrerer Analogsignale Ein Funktionsoild für die Übertragung mehrerer gleichzeitig codierter Analogsignale zeigt Fig. 5. Eine Einteilung der einzelnen Signalquellen in Teilsequenzen entfällt. diene Mindestanzahl von Kanälen ist erforderlich, um eine vorteilhafte Reduzierung der Gesamtbitrate aller Kanäle zu erhalten.III. Transmission of several analog signals A function oil for the Transmission of several simultaneously coded analog signals is shown in FIG. 5. A classification of the individual signal sources in partial sequences is not applicable. is the minimum number of channels is required to achieve a beneficial reduction in the overall bit rate of all channels to obtain.
Die Zusatzkanäle übernehmen dabei einen Teil der Signalinformation des Kanals mit dem gerade größten Kapazitätsbedarf oder entsprechende Korrekturwerte, die vom Auswerteteil 3 ermittelt wurden Eine zusätzliche Reduzierung der Bitrate ergibt sich, wenn über die Zusatzkanäle die Spitzenlast gleichzeitig mehrerer Hauptkanäle übertragen wird. Dies kann durch Bildung von Wertebereichsklassen der von den Meßteilen 2 ermittelten Überlaufwerte erreicht werden. Die über die Zusatzkanäle übertragenen Nachstellwerte werden über die Zuordner 5 den Decodierern 4 zugeführt. Teil 6 kennzeichnet die Übertragungs-oder Vermittlungseinrichtung.The additional channels take over part of the signal information of the channel with the currently greatest capacity requirement or corresponding correction values, which were determined by the evaluation part 3 An additional reduction in the bit rate arises when the peak load of several main channels at the same time via the additional channels is transmitted. This can be done by creating value range classes for the parts to be measured 2 determined overflow values can be reached. The ones transmitted via the additional channels Adjustment values are fed to the decoders 4 via the allocators 5. Part 6 identifies the transmission or switching facility.
Dieses Verfahren ist auch für die Vermittlung von digitalisierten Signalen geeignet, da hier stets eine größere Anzahl von Teilnehmern angeschlossen ist und das Verhältnis von aktiven und nichtaktiven Teilnehmern in der Kegel günstig ist.This procedure is also used for the placement of digitized Suitable for signals, as a larger number of participants are always connected here and the ratio of active and inactive participants is generally favorable is.
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