DE3523467A1 - Verfahren zur digitalen rbertragung von analogsignalen - Google Patents
Verfahren zur digitalen rbertragung von analogsignalenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Übertragung
analoger Signale, bei dem mehr als zweiwertige Codeelemente
verwendet werden.
Verfahren dieser Art sind bekannt (Zeitschrift NTZ, 36, 558 bis
563 (1983). Die Pegelwerte der mehr als zweiwertigen Codeelemente
weisen dabei jeweils denselben Abstand voneinander auf.
Nach Übertragung des Signals mit den quaternären Codeelementen
wird dieses empfängerseitig einem Entscheider zugeführt, der
die Pegelwerte den einzelnen Wertestufen zuordnet. Das übertragene
Signal ist jedoch mehr oder weniger verrauscht, so daß
eine Wahrscheinlichkeit besteht, daß der übertragene Pegelwert
einer falschen Wertestufe zugeordnet wird. Bei Verwendung
dieses Verfahrens beispielsweise für die digitalisierte Videosignalübertragung
leidet somit die Übertragungsqualität.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, mit dem die Qualität der mittels mehrwertiger
Codeelemente digital übertragenen Analogsignale wesentlich verbessert
werden kann.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß die Pegel der Kennzustände der mehr
als zweiwertigen Codeelemente zueinander unterschiedliche Abstände
aufweisen.
Bei einem ein Rauschen aufweisenden Eingangssignal mit mehr als
zweiwertigen Codeelementen ist die Wahrscheinlichkeit für eine
Fehlerkennung zwischen den Zustandspegeln bzw. Wertestufen geringer,
die einen größeren Abstand zueinander aufweisen als andere
Pegel. Erfindungsgemäß wird also durch die unterschiedlichen
Abstände zwischen den Pegeln der Kennzustände der mehr als
zweiwertigen Codeelemente zueinander eine Art Wertung dieser
Kennzustände für die Zuordnung zu den Wertestufen im Entscheider
vorgenommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Abstand zwischen zwei benachbarten Pegeln der Kennzustände um
so größer, je größer der Amplitudenunterschied im zu digitalisierenden
Analogsignal ist. Der größere Abstand benachbarter
Pegel im mehr als zweiwertigen Codeelement entspricht also auch
einem größeren Amplitudenunterschied im Analogsignal, d.h. die
durch die unterschiedlichen Abstände der Pegel bewirkte "Wertung"
der Wertestufen ergibt, daß die Wahrscheinlichkeit einer
Fehl-Erkennung des Entscheiders für die signifikanteren Analogsignal-
Werte geringer ist als für die weniger signifikanten.
Oder anders ausgedrückt, die unterschiedlichen Abstände zwischen
den Pegeln der Kennzustände der mehr als zweiwertigen
Codeelemente sind entsprechend der Signifikanz der zugehörigen
Analogsignal-Werte verteilt. Zwar werden weniger signifikante
Fehlerkennungen wahrscheinlicher, aber die gravierenden Irrtümer
und signifikanteren Fehlerkennungen verringern sich. Insgesamt
ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine
höhere Übertragungsqualität. Bei Verwendung des Verfahrens im
Zusammenhang mit der Übertragung digitalisierter Videosignale
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die sonst
auftretenden Störeindrücke auf dem Bildschirm erheblich zu mindern.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens
ermöglicht auch eine längere Übertragungsstrecke, über die noch
fehlerfrei übertragen werden kann. Insbesondere auch bei einer
Reparatur oder einer Leitungsverlängerung bereits verlegter
optoelektronischer Video-Übertragungssysteme läßt sich der Störeindruck
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verringern und die
Übertragungsqualität damit verbessern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
entsprechen bei der Umsetzung der digitalisierten Signale mit
binären Codeelementen in digitalisierte Signale mit mehr als
zweiwertigen Codeelementen die größten Wertunterschiede den
größten Pegelabständen der Kennzustände der mehr als zweiwertigen
Codeelemente. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergibt sich ebenfalls, daß die signifikanteren
Wertunterschiede, die den größeren Pegelabständen der Kennzustände
entsprechen, weniger wahrscheinlich falsch erkannt werden,
so daß auch hierdurch wiederum die Übertragungsqualität
verbessert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, bei der Umsetzung der digitalisierten
Signale mit binären Codeelementen die Kombination der
binären Codeelemente so zu wählen, daß in den jeweiligen quaternären
Codeelementen unterschiedliche Wertedifferenzen auftreten,
und die größten Wertdifferenzen der mehr als zweiwertigen
Pegelabstände den größten Pegelabständen der Kennzustände
entsprechen. Wie im weiteren noch ausführlich dargestellt wird,
ergeben sich durch geeignete Kombinationen der binären Codeelemente
bei der Umsetzung in quaternäre Codeelemente größere
Wertunterschiede. Diese größeren Wertunterschiede werden den
größeren Pegelabständen der Kennzustände der mehr als zweiwertigen
Codeelemente zugeordnet. Dadurch ergeben sich auch hier
wieder die zuvor bereits erläuterten Vorteile, daß nämlich die
höher signifikanten Wertunterschiede mit geringerer Wahrscheinlichkeit
falsch erkannt werden, wodurch der Einfluß von im Signal
auftretenden Rauschanteilen klein gehalten wird. Wird das
erfindungsgemäße digitale Übertragungsverfahren für die Video-
Bildübertragung eingesetzt, ergibt sich eine bessere Bild-Übertragungsqualität,
d.h. der Störeindruck auf dem Monitor ist geringer
als bei dem herkömmlichen Verfahren.
Die Erfindung sowie Ausführungsbeispiele derselben wird bzw.
werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung der herkömmlichen Umsetzung
von zwei binären Codeelementen in ein quaternäres
Codeelement mit zugehöriger Wertetabelle,
Fig. 2 den Signalverlauf eines verrauschten digitalen Signals,
wie es am Eingang des Empfängers auftritt, wobei
Entscheidungsbereiche des Entscheiders schematisch
angedeutet sind,
Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Umsetzung von zwei binären Codeelementen in ein quaternäres
Codeelement mit zugehöriger Wertetabelle
und
Fig. 4 ein Auführungsbeispiel für die Umsetzung eines mit
sechs binären Codeelementen codierten Videosignals
in ein Signal mit drei quaternären Codeelementen.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Umsetzung von binären Codeelementen
in quaternäre Codeelemente. An den Eingäng A und B eines
binäre Codeelemente in ein quaternäres Codeelement umcodierenden
Umsetzers liegen jeweils binäre Signale mit den Pegeln L
und H an. Am Ausgang C dieses Binär/Quaternär-Umsetzers tritt
ein quaternäres Codeelement mit den Wertestufen 0, 1, 2 und 3
entsprechend der angegebenen Wertetabelle auf. Die Wertestufen
entsprechen im Ausgangssignal des Binär/Quaternär-Umsetzers einem
Signalpegel, der in der Wertetabelle für den Ausgang C angegeben
ist.
Bei der herkömmlichen Umsetzung ist die Signalpegeldifferenz
zwischen jeweils benachbarten Wertestufen konstant, wie dies
unter C in der Wertetabelle und durch das in Fig. 1 dargestellte
Ausgangssignal des Binär/Quaternär-Umsetzers angegeben ist.
Die vier Signalpegel verteilen sich also über den Gesamthub 3/3
bzw. 1 des Quaternärsignals in gleichmäßigen Abstufungen.
Nach Übertragung des digitalen Signals mit quaternären Codeelementen
über die Übertragungsstrecke erhält das Signal einen
Rauschanteil, so daß am Eingang eines Empfängers eine Pegelstufe
etwa einen Signalverlauf aufweist, wie er in Fig. 2 dargestellt
ist. Angenommen, die in Fig. 2 dargestellte Wertestufe
des Empfänger-Eingangssignals entspräche der Wertestufe 1, so
wäre der ideale Signalverlauf die waagerechte Linie 21. Durch
das bei der Übertragung auftretende Rauschen ergibt sich jedoch
ein Signalverlauf 22 für den der Wertestufe 1 entsprechenden
Signalpegel, der über einen weiteren Spannungsbereich schwankt,
wobei im Signalverlauf wenigstens zeitweise auch Spannungen
auftreten, die den Spannungspegeln benachbarter Wertestufen
entsprechen.
Das in Fig. 2 dargestellte, verrauschte Empfänger-Eingangssignal
wird normalerweise einem Entscheider zugeführt, der die
Signalpegel des eingehenden Signals den einzelnen Wertestufen
zuordnet. In Fig. 2 sind diese Zuordnungsbereiche für die einzelnen
Wertestufen am rechten Rand schematisch angedeutet.
Angenommen, der Entscheider entscheidet zum Entscheidungszeitpunkt
T E , welcher Wertestufe der Pegel des eingehenden Signals
zugeordnet wird. Auf Grund der Rauschkomponente wird der Entscheider
fälschlicherweise auf die Wertestufe 2 und nicht auf
die richtige Wertestufe 1 erkennen. Dadurch ergeben sich Fehler
bei der Übertragung, die im Falle der Anwendung dieses Verfahren
auf die Video-Bildübertragung zu Störeindrücken auf dem
Bildschirm bzw. zu einer verminderten Übertragungs- oder Wiedergabequalität
führen.
Fig. 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform
für die Umsetzung binärer Codeelemente in mehr als zweiwertige
Codeelemente wiederum am Beispiel der Umsetzung von zwei binären
Codeelementen in ein quaternäres Codeelement. Wie bei der
herkömmlichen Umsetzung gemäß Fig. 1 werden an die Eingänge A
und B eines Binär/Quaternär-Umsetzers jeweils die umzucodierenden
binären Codeelemente angelegt, wobei der Umsetzer dann
gemäß der in Fig. 3 ebenfalls dargestellten Wertetabelle ein
quaternäres Codeelement mit den Wertestufen 0, 1, 2, 3 an seinem
Ausgang C erzeugt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Umsetzung
sind die Pegel der einzelnen Wertestufen nicht mehr äquidistant
sondern weisen unterschiedliche Abstände untereinander auf, wie
dies in Fig. 3 durch das Umsetzer-Ausgangssignal angedeutet
ist. Beispielsweise ist für die Wertestufe 0 der Spannungspegel
0 V 0, für die Wertestufe 1 der Spannungspegel 0,2 V 0, für die
Wertestufe 2 der Spannungspegel 0,8 V 0 und für die Wertestufe 3
der Spannungspegel 1 V 0. Zwischen den Wertestufen 1 und 2 ist
damit der Spannungsabstand größer als zwischen den Wertestufen
0 und 1 sowie 2 und 3.
Bei der Zuordnung der Signalkomponenten zu den einzelnen Wertestufen
durch den Entscheider im Empfänger ist bei der erfindungsgemäßen
Verwendung unterschiedlicher Pegelabstände für das
quaternäre Codeelement die Wahrscheinlichkeit wesentlich geringer,
daß der Entscheider fälschlicherweise auf die Wertestufe 2
anstatt auf die Wertestufe 1 erkennt, da zwischen den beiden
Wertestufen 1 und 2 eine größere Differenz besteht. Auf diese
Weise wird der Übertragungsfehler des Übertragungssystems, bei
dem die vorliegende Erfindung verwendet wird, zumindest bezüglich
dieser beiden Wertestufen geringer.
Der größere Abstand zwischen zwei benachbarten Wertestufen in
ihren Signalpegeln im mehr als zweiwertigen Codeelement kann
zwischen beliebigen Wertestufen liegen, d.h. die größte Pegeldifferenz
muß nicht wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3
zwischen der ersten und zweiten Pegelstufe liegen. Die Pegelunterschiede
zwischen benachbarten Wertestufen müssen jedenfalls
so verteilt bzw. gewählt sein, daß gravierendere, signifikantere
Signalfehler durch Vergrößerung der Pegelabstände unwahrscheinlicher
werden, wobei weniger signifikante, unwesentlichere
Irrtümer zwischen zwei weniger beabstandeten Wertestufen
in Kauf genommen werden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren
beispielsweise im Zusammenhang mit der Video-Bildübertragung
verwendet wird, werden die größeren Pegelabstände im mehr als
zweiwertigen Codeelement entsprechend größeren Unterschieden im
Analogsignal gewählt. Auf diese Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren möglich, bei der Übertragung von digitalisierten
Analogsignalen kleinere Abweichungen vom Sollwert
und damit eine bessere Bildqualität und geringere Störeindrücke
zu erreichen.
Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
für die Umsetzung eines mit sechs binären Codeelementen
codierten Videosignals in ein mit drei quaternären Codeelementen
codierten Signals. Die drei Binär/Quaternär-Umsetzer 41,
42, 43 entsprechen demjenigen von Fig. 3, d.h. der Umsetzer ist
so gewählt bzw. aufgebaut, daß zwischen der ersten und zweiten
Wertestufe des quaternären Codeelements jeweils ein größerer
Abstand auftritt als zwischen den Wertestufen 0 und 1 bzw. 2
und 3.
Am Eingang A 1 des Umsetzers 41 in Fig. 4 liegt das Binärsignal
20 (0) und am anderen Eingang B 1 das Binärsignal 23 (8) an. Wie
die zugehörige Wertetabelle zeigt, ist die Differenz zwischen
den Binärwerten der Wertestufe 1 und 2 mit 7 größer als die
Differenz zwischen den Wertestufen 0 und 1 bzw. 2 und 3, deren
Wertdifferenz nur 1 beträgt. Wird nun erfindungsgemäß der Abstand
zwischen den Wertestufen 1 und 2 größer als zwischen den
Wertestufen 0 und 1 bzw. 2 und 3 gewählt (vgl. die schematische
Darstellung des am Ausgang C 1 auftretenden quaternären Codeelements),
so ist die Wahrscheinlichkeit einer Fehlentscheidung
des Entscheiders zwischen den Wertestufen 1 und 2 geringer als
zwischen den Wertestufen 0 und 1 bzw. 2 und 3. Zwischen den
Wertestufen 1 und 2 ist andererseits aber die Wertdifferenz am
größten, so daß dadurch ein gravierender, signifikanter Irrtum
bei der Zuordnung des eingehenden Signalpegels zu einer Wertestufe
im Entscheider wesentlich unwahrscheinlicher wird. Die
fehlerhafte Zuordnung zwischen den Wertestufen 0 und 1 bzw. 2
und 3 wird zwar wahrscheinlicher, jedoch sind diese Irrtümer im
Hinblick auf die geringen Wertunterschiede von nur 1 im Gegensatz
von 7 zwischen den Wertestufen 1 und 2 wesentlich weniger
gravierend, so daß die Verfälschung insgesamt wesentlich geringer
als bei äquidistanten Signalpegeln für die Wertestufen ist.
Dies macht sich bei Video-Übertragungssystemen dadurch vorteilhaft
bemerkbar, daß die Übertragungs- bzw. Bildqualität wesentlich
besser und die Störeindrücke auf dem Bildschirm geringer
sind. Darüber hinaus ist es möglich, insbesondere auch im Zusammenhang
mit optoelektronischen Übertragungssystemen größere
Übertragungsstrecken einzusetzen, ohne daß die Bildqualität unter
eine Mindest-Qualität abfällt.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, gelten die zuvor im Zusammenhang
mit dem Umsetzer 41 gemachten Ausführungen auch für die Umsetzer
42 und 43. Am Eingang A 2 des Umsetzers 42 liegt das binäre
Codeelement mit dem Wert 21 und am anderen Eingang B 2 des
Umsetzers 42 liegt das binäre Codeelement mit dem Wert 24 an.
Gemäß der Wertetabelle ist wiederum zwischen den Wertestufen 1
und 2 die größte Wertedifferenz, die auch einem größten Pegelabstand
entspricht, wie dem schematischen Signalverlauf am Ausgang
C 2 des Umsetzers 42 zu entnehmen ist. Am einen Eingang A 3
des Umsetzers 43 liegt das binäre Codeelement mit dem Wert 22
und am anderen Eingang B 3 dieses Umsetzers das binäre Codeelement
mit dem Wert 25 an, so daß sich gemäß der Wertetabelle für
die Wertestufen 1, 2, 3 und 4 die Werte 0, 4, 32 und 36 ergeben.
Auch hier besteht die größte Wertdifferenz wieder zwischen
den Wertestufen 1 und 2, wobei dieser größten Wertdifferenz dadurch
Rechnung getragen wird, daß der Pegelabstand zwischen der
Wertestufe 1 und 2 dieses quaternären Codeelements größer als
der Pegelabstand zwischen den Wertestufen 0 und 1 bzw. 2 und 3
gewählt ist.
Die Kombination zweier Binärelemente, die mit dem jeweiligen
Binär/Quaternär-Umsetzer in quaternäre Codeelemente umgesetzt
werden, ist vorzugsweise so gewählt, daß die Wertedifferenzen
zwischen den Wertestufen unterschiedlich ist. Entsprechend
werden die Pegelabstände der Wertestufen so gewählt, daß den
größten Wertedifferenzen auch die größten Pegelabstände entsprechen.
Eine Verwechslung der Wertestufen 0 und 1 oder 2 und
3 bei der Zuordnung der Pegelwerte des übertragenen verrauschten
Signals im Entscheider des Empfängers wirkt sich wesentlich
weniger im rückgewonnenen Analogsignal aus als eine Verwechslung
der anderen Wertestufen, weil der größte Pegelabstand des
quaternären Codeelements auch der größten Wertdifferenz entspricht.
Für den Binär/Quaternär-Umsetzer 43, d.h. für das
höchstwertige quaternäre Codeelement ist die Wahrscheinlichkeit,
daß auf den Wert 32 statt auf den Wert 4 vom Entscheider
erkannt wird, sehr gering. Dafür nimmt man in Kauf, daß beispielsweise
statt 32 auf den Wert 36 oder umgekehrt erkannt
wird, was jedoch für den Analogsignal-Fehler wesentlich weniger
gravierend ist, als wenn auf 4 statt auf 32 erkannt wäre. Würde
nämlich auf 32 statt auf 4 erkannt, wäre der Fehler 28: 63,
wogegen der Fehler nur 4 : 63 beträgt, wenn auf 36 statt auf 32
oder umgekehrt erkannt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Übertragung
digitalisierter Analogsignale, beispielsweise im Zusammenhang
mit der Bildübertragung oder einer Meßwertübertragung
einsetzbar.
Die Erläuterungen der Erfindung sowie die zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele bezogen sich auf den Fall der Umsetzung
binärer Codeelemente in quuaternäre Codeelemente. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist jedoch nicht auf dieses Beispiel einer
Umsetzung beschränkt, vielmehr kann das Verfahren allgemein
bei der Umsetzung binärer Codeelemente in mehr als zweiwertige
Codeelemente mit Vorteil angewandt werden.
Claims (4)
1.) Verfahren zur digitalen Übertragung analoger Signale, bei
dem mehr als zweiwertige Codeelemente verwendet werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pegel der Kennzustände der
mehr als zweiwertigen Codeelemente zueinander unterschiedliche
Abstände aufweisen.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand zwischen zwei benachbarten Pegeln der Kennzustände
um so größer ist, je größer der Amplitudenunterschied im zu
digitalisierenden Analogsignal ist.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Umsetzung der digitalisierten Signale mit binären Codeelementen
in digitalisierte Signale mit mehr als zweiwertigen
Codeelementen die größten Wertunterschiede den größten
Pegelabständen der Kennzustände der mehr als zweiwertigen
Codeelemente entsprechen.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Umsetzung der digitalisierten Signale mit binären
Codeelementen in digitalisierte Signale mit quaternären
Codeelementen die Kombination der binären Codeelemente
so gewählt wird, daß in den jeweiligen quaternären Codeelementen
unterschiedliche Wertdifferenzen auftreten und
die größten Wertdifferenzen den größten Pegelabständen der
Kennzustände der mehr als zweiwertigen Codeelemente entsprechen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853523467 DE3523467A1 (de) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | Verfahren zur digitalen rbertragung von analogsignalen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853523467 DE3523467A1 (de) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | Verfahren zur digitalen rbertragung von analogsignalen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3523467A1 true DE3523467A1 (de) | 1987-01-08 |
DE3523467C2 DE3523467C2 (de) | 1989-04-13 |
Family
ID=6274656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853523467 Granted DE3523467A1 (de) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | Verfahren zur digitalen rbertragung von analogsignalen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3523467A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5510919A (en) * | 1993-12-04 | 1996-04-23 | Alcatel N.V. | Optical system for transmitting a multilevel signal |
-
1985
- 1985-07-01 DE DE19853523467 patent/DE3523467A1/de active Granted
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Nachrichtentechnische Zeitschrift NTZ, Bd.36, 1983, H.9, S.558-563 * |
TAUB,H., SCHILLING,D.L.: Principles of Communi- cation Systems, McGraw-Hill Tokyo u.a., 1971, S.198-203 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5510919A (en) * | 1993-12-04 | 1996-04-23 | Alcatel N.V. | Optical system for transmitting a multilevel signal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3523467C2 (de) | 1989-04-13 |
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