DE3717315A1

DE3717315A1 - Method for synchronising a frame for subsequent decoding of additional information contained in digital signals

Info

Publication number: DE3717315A1
Application number: DE19873717315
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl Ing Assmus
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-12-15

Abstract

Method for synchronising a frame for subsequent decoding of additional information contained in digital signals. Additional information is transmitted along with audio signals which are digitally coded in blocks in each case comprising 64 samples, each sample comprising 14 bits and one parity bit, in that individual parity bits (sync word) or a group of parity bits (scale factor, additional data) are negated or are not negated. The frame is synchronised through detection of the 4 parity bits with the information of the sync word. The search for the sync word is carried out bit-by-bit in that each bit of the data string is first subjected to the decoding algorithm, i.e. parity formation over 7 bits (1, 2, 3) and comparison of the parity bit thus created with the 15th bit of a 15-bit group (4), and that the 4th bit of the sync word is then searched for at 15-bit intervals in this decoded data string (5, 6, 7, 8). The method can be used for the transmission of digital audio signals in a future integrated-services broadband network (ISDN-B). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung eines Rahmens zum anschließenden Decodieren einer Zusatzinformation zu digitalen Signalen.The invention relates to a method for synchronizing a Frame for the subsequent decoding of additional information to digital signals.

Bei der Übertragung digital codierter Tonsignale über genormte Übertragungskanäle des ISDN-Netzes wird zusätzlich eine digitale Zusatzinformation, wie ein Skalenfaktor oder Zusatzbits mit übertragen, wobei die Kanalkapazität für die Tonübertragung nicht erhöht wird.When transmitting digitally coded audio signals via standardized Transmission channels of the ISDN network will also be one additional digital information, such as a scale factor or Additional bits also transmitted, the channel capacity for the sound transmission is not increased.

In der deutschen Patentanmeldung P 36 34 087.1 ist ein "Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformation zu digital codierten Tonsignalen" beschrieben.In German patent application P 36 34 087.1 there is a "Process for the transmission of additional information to digital encoded audio signals ".

Bei diesem Verfahren wird aus 64 14-Bit-Tonsignaleworten mit jeweils einem zusätzlichen Paritätsbit zum Schutz der Tonsignalworte gegen Bitfehler während der Übertragung ein Pulsrahmen von 2 ms Länge gebildet. Zur Übertragung einer Zusatzinformation, wie einem Skalenfaktor und Zusatzbits sowie einem Synchronwort wird aus den Paritätsbits ein eigener Rahmen gebildet dessen Bits einen Abstand von 15 bit zueinander im Datenstrom des Übertragungskanals haben. Durch Invertierung bzw. Nichtinvertierung der ersten vier Paritätsbits wird das Synchronwort übertragen. Die einzelnen Bits des Skalenfaktors und die Zusatzbits werden durch Zusammenfassung von fünf aufeinanderfolgenden Paritätsbits und ebenfalls einer Invertierung bzw. einer Nichtinvertierung übertragen. In this procedure, 64 14-bit audio signal words are used one additional parity bit each to protect the Audio signal words against bit errors during transmission Pulse frame of 2 ms length formed. To transfer a Additional information, such as a scale factor and additional bits and a sync word is made from the parity bits separate frame, the bits of which are spaced by 15 bit to each other in the data stream of the transmission channel. By inverting or not inverting the first four The sync word is transmitted with parity bits. The single ones Bits of the scale factor and the additional bits are indicated by Summary of five consecutive parity bits and also an inversion or a non-inversion transfer.

Bisherige Überlegungen gingen davon aus, daß die zu über tragenden digital codierten Tonsignale mit einer Nutzbitrate von 1920 kbit/s für 4 monofonische oder 2 stereofonische Tonkanäle in dem vom CCITT empfohlenen Rahmen mit 2048 kbit/s übertragen werden und daß die Codeworte einen festen Bezug zum Synchronwort des Pulsrahmens des Übertragungssystems haben. Eine Synchronisierung der Rahmen der Zusatzinformation beschränkt sich dabei auf die Suche des Synchronwortes der Zusatzinformation, deren einzelne Bits, ebenso wie Codeworte, einen festen zeitlichen Bezug zum Synchronwort des Pulsrahmens aufweisen. Die Wahl der Bitkombination für dieses Synchronwort der Zusatzinformation ist dabei relativ unkritisch.Previous considerations assumed that the over carrying digitally coded audio signals with a useful bit rate of 1920 kbit / s for 4 monophonic or 2 stereophonic Sound channels in the frame recommended by the CCITT with 2048 kbit / s are transmitted and that the code words have a fixed reference to Have sync word of the pulse frame of the transmission system. A synchronization of the frames of the additional information is limited to the search for the sync word Additional information, the individual bits, as well as code words, a fixed time reference to the synchronous word of the pulse frame exhibit. The choice of the bit combination for this synchronous word the additional information is relatively uncritical.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, daß die zu über tragenden Datenwörter, wie hier die Tonsignalworte, und damit der Rahmen der Zusatzinformation, vor der Übertragung auf den Pulsrahmen des Übertragungssystems synchronisiert werden müssen.A disadvantage of this prior art is that the over carrying data words, such as the audio signal words, and thus the frame of the additional information, before the transfer to the Pulse frames of the transmission system are synchronized have to.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum schnellen und sicheren Synchronisieren des Rahmens der Zusatzinformation eines jeden Tonkanals anzugeben und dadurch das gleichzeitige Erkennen der Codewortgrenzen zu ermöglichen ohne vorher auf den Pulsrahmen des Übertragungssystems synchronisieren zu müssen.The object of the invention is to provide a method for fast and secure synchronization of the frame of the additional information of each sound channel and thereby the simultaneous To enable recognition of the code word boundaries without first referring to the To have to synchronize the pulse frame of the transmission system.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptan spruches gelöst. This task is accomplished by the distinctive part of the main solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of this invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Information aus der digitalen Codierung von Tonsignalen und der Zusatzinformation unabhängig von einer Wortsynchronisierung auf den Pulsrahmen des Übertragungssystems ist.The invention has the advantage that the information from the digital coding of sound signals and additional information independent of word synchronization on the pulse frame of the transmission system.

Es können daher Teilbitströme, wie z. B. einzelne Tonkanäle, von der Quelle bis zur Senke transparent übertragen werden und am Empfangsort kann direkt auf diesen einzelnen Kanal synchronisiert werden. Von besonderer Bedeutung ist dieser Vorteil bei der Übertragung zweier stereofonischer Tonkanäle in einem Datenstrom von 2048 kbit/s und bei einer räumlichen Trennung der Quellen. Am Ort der Zusammenfassung beider Tonkanäle ist dann lediglich der Bitsynchronismus untereinander und zum Übertragungssystem herzustellen und eine zeitliche Verschachtelung der einzelnen Datenbits untereinander vorzunehmen.It can therefore partial bit streams such. B. individual sound channels, transmitted transparently from the source to the sink and at the receiving location can go directly to this single channel be synchronized. This is of particular importance Advantage when transmitting two stereo sound channels in a data stream of 2048 kbit / s and with a spatial Separation of sources. At the place where both are combined Sound channels are then only the bit synchronism with each other and to establish the transmission system and a temporal The individual data bits are interleaved with one another to make.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch das vorgegebene Bitmuster des Synchronwortes der Zusatzinformation eine schnelle Erst synchronisierung möglich ist und es gegen die Vortäuschung eines Synchronwortes unempfindlich ist. Zusätzlich ist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Bitfehlern gegeben, da nach erfolgter Synchronisierung nur die das Synchronwort betreffenden Paritätsbits ausgewertet werden erst nach mehrmaligen Nichterkennen des Synchronwortes ein neuer Synchronisierungsvorgang gestartet wird.It is also advantageous that the predetermined bit pattern the synchronous word of the additional information a quick first synchronization is possible and it against the pretense of a synchronous word is insensitive. In addition there is one given low sensitivity to bit errors since after only the synchronization word relevant parity bits are only evaluated after repeated failure to recognize the synchronous word a new one Synchronization process is started.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird in den Fig. 1 bis 3 näher erläutert.A possible exemplary embodiment for carrying out the method according to the invention is explained in more detail in FIGS. 1 to 3.

Fig. 1 zeigt die Codierung der Paritätsbits eines Rahmens. Fig. 1 shows the coding of the parity bits of a frame.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer Synchronisierschaltung und Fig. 2 shows the circuit diagram of a synchronizing circuit and

Fig. 3 zeigt die Optimierung des Synchronwortes. Fig. 3 shows the optimization of the synchronous word.

In Fig. 1a ist ein Codewort W eines mit 14 Bit pro Abtast wert übertragenen und mit einem Paritätsbit P vor Übertragungsfehlern geschützten Tonsignals dargestellt.In Fig. 1a a code word W is represented with a 14 bits per sample value transmitted and protected by a parity bit P from transmission errors sound signal.

Das Paritätsbit P schützt die sieben höchstwertigen Bits jeder codierten Abtastprobe des analogen Tonsignals vor Bitfehlern, die durch die Übertragung dieses Signals verursacht werden können.The parity bit P protects the seven most significant bits of each coded sample of the analog audio signal from bit errors which can be caused by the transmission of this signal.

In Fig. 1b sind nur die Paritätsbits P 1 bis P 64 der 64 Code worte eines Rahmens dieser Tonsignale und somit auch eines Rahmens der zugehörigen Zusatzinformation gezeigt und in Fig. 1c ist das Bitmuster des Synchronwortes Sy, der 3-Bit- Skalenfaktors Sk 1 bis Sk 3 und der neun Zusatzbits Z 1 bis Z 9 der Zusatzinformation aufgezeichnet.In Fig. 1b only the parity bits P 1 to P 64 of the 64 code words of a frame of these sound signals and thus also a frame of the associated additional information are shown and in Fig. 1c is the bit pattern of the sync word Sy , the 3-bit scale factor Sk 1 to Sk 3 and the nine additional bits Z 1 to Z 9 of the additional information are recorded.

Fig. 1d zeigt die Verknüpfung einer möglichen Folge von Bits der Zusatzinformation, die durch Invertierung oder Nichtinver tierung einzelner Paritätsbits für das Synchronwort oder als Fünfer-Paritätsbits-Gruppen für die Codierung des Skalenfak tors Sk 1 bis Sk 3 sowie der Zusatzbits Z 1 bis Z 9 erreicht wird. Der Rahmen dieser Zusatzinformation und somit auch der dieser Zusatzinformation zugeordneten Codeworte W des Tonsignals beträgt 2 ms. Fig. 1d shows the linkage of a possible sequence of bits of the additional information, which by inverting or non-inverting individual parity bits for the synchronous word or as groups of five parity bits for coding the scale factor Sk 1 to Sk 3 and the additional bits Z 1 to Z 9 is reached. The frame of this additional information and thus also of the code words W of the audio signal assigned to this additional information is 2 ms.

Zur Decodierung der Codeworte W sind nur die Wortgrenzen, also die Lage der Paritätsbits P zu ermitteln, während für das De codieren der Zusatzinformation zusätzlich der Rahmenbeginn dieser Zusatzinformation mittels des Synchronworts Sy erkannt werden muß.To decode the code words W , only the word limits, that is to say the position of the parity bits P, have to be determined, while for the decoding of the additional information the frame start of this additional information must also be recognized by means of the synchronous word Sy .

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung zum Synchronisieren und Decodieren der Zusatzinformation besteht aus einem ersten Seriell/Parallel-Wandler 1 mit einem Ausgangsregister 2, einer Paritätsgenerator 3, einer EXOR-Logik 4, einem zweiten Seriell/Parallel-Wandler 5, zwei Invertern 6 und 7, einer NAND-Logik 8, einer Synchronisier-Logik 9, einem Taktgenerator 10 und einem Decoder 11.The arrangement shown in FIG. 2 for synchronizing and decoding the additional information consists of a first serial / parallel converter 1 with an output register 2 , a parity generator 3 , an EXOR logic 4 , a second serial / parallel converter 5 , two inverters 6 and 7 , a NAND logic 8 , a synchronization logic 9 , a clock generator 10 and a decoder 11 .

Die Zusatzinformation ist den Paritätsbits der Codeworte wie in Fig. 1 beschrieben aufgeprägt, so daß zunächst diese Informa tion separiert werden muß. Dazu wird der ankommende serielle Datenstrom im ersten Seriell/Parallel-Wandler 1 in parallele 15-Bit-Worte umgeformt und im Ausgangsregister 2 zwischenge speichert. Aus den ersten sieben Bits dieser Worte generiert der Paritätsgenerator 3 ein Paritätsbit, das in der EXOR-Logik 4 mit dem 15. Bit verglichen wird. Die Ausgangsbits der EXOR- Logik 4 werden in einen zweiten Seriell/Parallel-Wandler 5 eingelesen. Als parallele 4-Bit-Worte werden 4 bit, die einen Abstand von 15 bit zueinander haben einer Auswerte logik, die in Abhängigkeit vom Bitmuster des Synchronwortes (hier: 1010) aus zwei Invertern 6 und 7 und einer NAND-Logik 8 aufgebaut ist, zum Erkennen dieses Bitmusters zugeführt.The additional information is stamped on the parity bits of the code words as described in FIG. 1, so that this information must first be separated. For this purpose, the incoming serial data stream in the first serial / parallel converter 1 is converted into parallel 15-bit words and temporarily stored in the output register 2 . The parity generator 3 generates a parity bit from the first seven bits of these words, which is compared in the EXOR logic 4 with the 15th bit. The output bits of the EXOR logic 4 are read into a second serial / parallel converter 5 . As parallel 4-bit words, 4 bits with a spacing of 15 bits from each other are an evaluation logic which, depending on the bit pattern of the synchronous word (here: 1010), is composed of two inverters 6 and 7 and a NAND logic 8 , supplied to recognize this bit pattern.

Während des Suchvorgangs für das Synchronwort werden sowohl der erste Parallel/Seriell-Wandler 1, das Ausgangsregister 2 und damit der Paritätsgenerator 3 als auch der zweite Seriell/ Parallel-Wandler 5 und die als "Schwungradschaltung" betriebene Synchronisier-Logik 9 mit dem Bittakt der Bits der Codeworte angesteuert. Nachdem die Auswertelogik erstmalig das Synchron wort erkannt hat wird das Ausgangsregister 2 des ersten Seriell/ Parallel-Wandlers 1 mit dem Worttakt der Codeworte und die Synchronisier-Logik 9 mit dem Rahmentakt der Zusatzinformation angesteuert. Worttakt und Rahmentakt werden im Taktgenerator 10 erzeugt.During the search process for the synchronous word, both the first parallel / serial converter 1 , the output register 2 and thus the parity generator 3 as well as the second serial / parallel converter 5 and the synchronization logic 9 operated as a "flywheel circuit" with the bit clock of Bits of the code words controlled. After the evaluation logic has recognized the synchronous word for the first time, the output register 2 of the first serial / parallel converter 1 is driven with the word clock of the code words and the synchronization logic 9 with the frame clock of the additional information. Word clock and frame clock are generated in the clock generator 10 .

Erst nach der einwandfreien Synchronisierung wird der Decoder 11 für die Gewinnung des Skalenfaktors (Sk 1 bis Sk 3 in Fig. 1) und der Zusatzbits (Z 1 bis Z 9 in Fig. 1) freigegeben. Durch Mehrheitsentscheid werden hier die jeweiligen Bits der Zusatz information gewonnen.Only after the perfect synchronization is the decoder 11 released for obtaining the scale factor (Sk 1 to Sk 3 in FIG. 1) and the additional bits (Z 1 to Z 9 in FIG. 1). The respective bits of additional information are obtained here by majority vote.

Fig. 3 zeigt in einer Tabelle mögliche Bitkombinationen des Synchronwortes. Es können nur eine solche Bitkombination in Frage kommen, die bei ungestörtem Übertragungskanal keine Vor täuschung durch mögliche Datenbitkombinationen erfahren. Bei der Betrachtung eines durch Bitfehler gestörten Datensignals bleiben von diesen Möglichkeiten als Muster mit der geringsten Vortäuschungswahrscheinlichkeit nur die umrandeten Kombinatio nen 0101 oder 1010 dür das Synchronwort übrig. Diese beiden Kombinationen können erst bei drei Bitfehlern in der Kombi nation, bei zwei Bitfehlern in der Bitfolge für ein Zusatz datenbit oder einem Bitfehler in der Bitfolge für ein Zusatz datenbit in der Nachbarschaft des Synchronwortes, jeweils an bestimmten Positionen in den Bitkombinationen, vorgetäuscht werden. Fig. 3 is a table showing possible combinations of bits of the synchronous word. There can only be such a bit combination in question, which experiences no interference from possible data bit combinations with undisturbed transmission channel. When looking at a data signal disturbed by bit errors, only the outlined combinations 0101 or 1010 are left of these possibilities as the pattern with the lowest pretense of pretense for the synchronous word. These two combinations can only be simulated if there are three bit errors in the combination, two bit errors in the bit sequence for an additional data bit or a bit error in the bit sequence for an additional data bit in the vicinity of the synchronous word, in each case at specific positions in the bit combinations.

Die Anzahl der Bitfehler innerhalb des Synchronisierwortes ist mit n die der Bitfehler innerhalb einer Zusatzbit-Kombination mit k und die der Bitfehler in einer, dem Synchronwort benachbarten Zusatzbit-Kombination mit m bezeichnet, die eine solche Vortäuschung verursachen.The number of bit errors within the synchronization word is designated with n that the bit errors within an additional bit combination with k and those of the bit errors in an additional bit combination adjacent to the synchronization word with m which cause such a pretense.

Claims

1. Verfahren zur Synchronisierung eines Rahmens zum an schließenden Decodieren einer Zusatzinformation zu digitalen Signalen, bei dem die Zusatzinformation pro Rahmen aus einem 4-Bit-Synchronwort (Sy) aus zwölf Zusatzbits (Sk, Z) besteht und bei der das Synchronwort (Sy) durch einzelnes Invertieren bzw. Nichtinvertieren von vier aufeinanderfolgenden Paritätsbits (P) und jedes Zusatzbit durch Invertieren bzw. Nichtinvertieren einer Gruppe von jeweils fünf aufeinanderfolgenden Paritätsbits (P) eines Datenstroms, der aus digitalen Signalen von 14-Bit-Code worten (W) mit jeweils einem zugehörigen Paritätsbit (P) aufgebaut ist und daß die Codierung so durchgeführt wird, daß Invertierung der Paritätsbit (P) eine "1" und die Nichtinvertierung eine "0" der Zusatzinformation darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß vier Bits des Datenstroms, die jeweils einen Abstand eines Datenwortes (W) zueinander haben und die entsprechend den Codiervor schriften der Zusatzinformation decodiert sind, mit dem Bitmuster des Synchronwortes (Sy) verglichen werden und daß diese "Fenster" solange innerhalb des Datenstromes um ein Bit verschoben wird, bis durch Übereinstimmung das Synchronwort (Sy) erkannt wird und daß nach dem Erkennen nur noch jedes 15. Bit des Datenstroms, - also jedes Paritätsbit (P) -, zur Decodierung der Zusatzinformation abgefragt wird.1. A method for synchronizing a frame for subsequent decoding of additional information for digital signals, in which the additional information per frame consists of a 4-bit synchronous word (Sy) , twelve additional bits (Sk, Z) and in which the synchronous word (Sy) by individually inverting or not inverting four consecutive parity bits (P) and each additional bit by inverting or not inverting a group of five consecutive parity bits (P) of a data stream consisting of digital signals of 14-bit code words (W) with each an associated parity bit (P) is constructed and that the coding is carried out so that inversion of the parity bit (P) represents a "1" and non-inversion a "0" of the additional information, characterized in that four bits of the data stream, each one Have a data word (W) spaced from one another and which are decoded in accordance with the coding regulations of the additional information, with the B it pattern of the synchronous word (Sy) are compared and that this "window" is shifted within the data stream by one bit until the synchronous word (Sy) is recognized by correspondence and that after recognition only every 15th bit of the data stream, that is each parity bit (P) - is queried for decoding the additional information.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Synchronisierung nur die Paritätsbits (P), denen das Synchronwort (Sy) aufcodiert ist, im Rahmenabstand der Zusatzinformation zur weiteren Überprüfung der Synchronität abgefragt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that after the synchronization only the parity bits (P) , which the sync word (Sy) is encoded, are queried in the frame spacing of the additional information for further checking the synchronicity.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach mehrmaligen Nichterkennen des Synchronwortes (Sy) die Synchronisierung neu gestartet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the synchronization is restarted only after repeated failure to recognize the synchronous word (Sy) .

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitmuster des Synchronwortes (Sy) eine "1-0"-Folge (1010 oder 0101) ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the bit pattern of the synchronous word (Sy) is a "1-0" sequence (1010 or 0101).