DE3726359A1 - Verfahren und anordnung zum laufzeitausgleich zwischen codewoertern eines ueber getrennte kanaele uebertragenen digitalen tonsignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laufzeitausgleich zwischen den Codewörtern eines digitalen Tonsignals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Erfolgt die Übertragung von digitalen Tonsignalen beispielsweise über einen ISDN-Basisanschluß, so reicht die Übertragungskapazität eines Basiskanals nicht aus. Das digitale Tonsignal muß vielmehr über beide Basiskanäle übertragen werden. Nähere Einzelheiten über die Technik des ISDN (Integrated Services Digital Network) können beispielsweise der Funkschau 13/1987, Seite 40-42 oder dem Sonderheft "telcom report" diensteintegrierendes Digitalnetz ISDN, Februar 1985 der Firma Siemens AG entnommen werden. Da die Basiskanäle unterschiedliche Übertragungswege aufweisen können, treten Laufzeitunterschiede bis zu ca. einer halben Sekunde auf. Empfangsseitig müssen diese Laufzeitunterschiede automatisch ausgeglichen werden, um das ursprüngliche digitale Tonsignal wiederzugewinnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach realisierbares Verfahren zum Laufzeitausgleich anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Außerdem ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß praktisch keine weitere Laufzeit zur Signallaufzeit hinzukommt. Der Basiskanal mit der größeren Laufzeit bestimmt die Gesamtlaufzeit des digitalisierten Tonsignals. Die Speicherkapazität entspricht nur dem maximalen Laufzeitunterschied zwischen beiden Basiskanälen.

Die Verwendung von zwei Überrahmenkennungen gestattet sowohl ein rasches Einsynchronisieren als auch ein schnelles Feststellen der Laufzeitdifferenz.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen möglichen Verbindungsaufbau zur Übertragung eines Tonsignals,

Fig. 2 eine Sendeeinrichtung,

Fig. 3 eine Empfangseinrichtung,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der übertragenen und empfangsseitig verarbeiteten digitalen Signale und

Fig. 5 ein Zeitdiagramm der Basissignale.

In Fig. 1 ist ein Beispiel für die Übertragung eines digitalisierten Tonsignals über eine ISDN-Verbindung (Integrated Services Digital Network) dargestellt. Zunächst soll ein ISDN-Basisanschluß kurz erläutert werden. Über einen Basisanschluß hat der Teilnehmer Zugriff zu zwei Basiskanälen B ₁, B ₂, die jeweils eine Datenübertragung mit einer Bitrate von 64 kbit/s ermöglichen. Sollen nun Tonsignale guter Qualität übertragen werden, so ist es erforderlich, einen Frequenzbereich von 40 Hz bis 15 kHz vorzusehen. Die analogen Tonsignale werden abgetastet, quantisiert und nach einem datenreduzierenden Verfahren codiert. Man erhält so ein digitales Tonsignal von 128 kbit/s oder geringfügig darunter. Es ist also notwendig, zwei Basiskanäle B ₁ und B ₂ zu belegen. Beim Aufband einer Verbindung werden häufig unterschiedliche Verbindungswege für die Basiskanäle geschaffen. So verläuft der erste Basiskanal B ₁ von der ISDN-Sendeeinrichtung ISDN-SE ausgehend über eine erste Vermittlung V 1 auf kürzestem Wege über eine zweite Vermittlung V 2 zur ISDN-Empfangseinrichtung ISDN-EE. Der zweite Basiskanal B ₂ verläuft wieder von der ISDN-Sendeeinrichtung über die erste Vermittlung V 1, jedoch über eine Satelliten-Sendestelle SS, die Funkstrecke zum Satelliten SAT, vom Satelliten zur Satelliten-Empfangsstelle SE, über eine dritte Vermittlung V 3 und die zweite Vermittlung V 2 zur ISDN- Empfangsstelle. Die Darstellung der Verbindungen und der ISDN- Einrichtungen ist hier stark vereinfacht. Einzelheiten über die ISDN-Anschlußtechnik sind dem in der Beschreibungseinleitung erwähnten "telcom report" zu entnehmen.

Wesentlich ist allein, daß das digitale Tonsignal in zwei Basisbandsignale B 1 und B 2 aufgeteilt werden muß. Dies geschieht byteweise; ein Byte wird ebenfalls als Oktett und im folgenden als Codewort bezeichnet, obwohl hier in Abhängigkeit vom Codierverfahren ein Codewort Teile eines Abtastwertes oder auch mehrere Abtastwerte beinhalten kann.

Durch die unterschiedlichen Übertragungswege ergeben sich natürlich unterschiedliche Laufzeiten. An den Ausgängen der ISDN-Empfangseinrichtung ISDN-EE können daher die Codewörter entgegen ihrer ursprünglichen Zuordnung um bis zu 0,5 s gegeneinander verschoben sein. Synchronisiereinrichtungen sorgen dafür, daß die Laufzeitunterschiede nur ein ganzzahliges Vielfaches eines Codewortes ausmachen. Die Aufteilung des digitalen Tonsignals in zwei Basisbandsignale ist dem in Fig. 4 dargestellten Zeitdiagramm zu entnehmen.

In Fig. 2 werden die Sendeeinrichtungen näher erläutert. Sie bestehen aus einer Abtast/Codiereinrichtung AT/COD, deren Eingang ein analoges Tonsignal TS zugeführt wird und an deren beiden Ausgängen bereits das in zwei Teilsignale T 1 und T 2aufgeteilte digitale Tonsignal abgegeben wird. Die Ausgänge sind jeweils über eine erste Einfügeeinrichtung EE 1 und eine zweite Einfügeeinrichtung EE 2 geführt, die jeweils einen zweiten Eingang aufweisen, der mit dem Ausgang eines Rahmenkennung-Generators RG verbunden sind. Die Ausgänge der Einfügeeinrichtungen sind mit Eingängen der ISDN-Sendeeinrichtung verbunden. Am Ausgang werden die Basissignale B 1, B 2 und die Vermittlungsinformation D 16 als Multiplexsignal abgegeben. Diese Signale werden hier als ISDN- Basissignal IBS bezeichnet.

Das Abtasten eines analogen Tonsignals TS ist jedem Fachmann geläufig. Die hier angewendete spezielle Codierung ist für die Erfindung selber unwesentlich. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird von dem codierten Tonsignal DTS jedes zweite Codewort B 1-0, B 1-2, . . . dem ersten Teilsignal T 1 bzw. dem ersten Basissignal B 1 zugeordnet (Fig. 4.2), der übrigen Codewörter B 2-1, B 2-3, . . . werden jeweils dem zweiten Teilsignal T 2 bzw. dem zweiten Basissignal B 2 zugeordnet (Fig. 4.3). In jedes Teilsignal T 1, T 2 wird eine Rahmenkennung eingefügt. Die so erhaltenen Signale werden hier als Basissignale B 1 und B 2 bezeichnet. Die Rahmenkennung RK kann natürlich konzentriert am Anfang eines jeden Pulsrahmens als spezielles Codewort beispielsweise 00010111 eingefügt werden. Es ist aber ebenso möglich, die einzelnen Bits äquidistant innerhalb der Dauer eines Pulsrahmens zu verteilen. Dies hat den Vorteil, daß die Rahmenkennung keine zusätzliche Übertragungskapazität beansprucht, da beispielsweise in großen Abständen ein Tonsignal gröber quantisiert werden kann. Außerdem muß eine Überrahmenperiode UP (Fig. 5) gekennzeichnet werden, die mindestens die doppelte Zeitdauer des maximalen Laufzeitunterschiedes der Basissignale aufweisen. Nur so ist es möglich, festzustellen, welches Basissignal verzögert ist. Als Überrahmenkennung werden zwei Rahmenkennungen RK, verwendet werden, beispielsweise 00010111 und 11101000, die mindestens je einmal zweckmäßigerweise jedoch jeweils mehrmals innerhalb der Zeit des maximalen Laufzeitunterschiedes - dies entspricht der halben Überrahmenperiodendauer - übertragen werden. Hierdurch wird keine zusätzliche Übertragungskapazität benötigt und die Feststellung des Laufzeitunterschiedes ist schneller möglich. Das Prinzip ist in Fig. 5 dargestellt. In die Toninformation der Basiskanäle B 1 und B 2 sind die Rahmenkennungen - Codewörter mit jeweils acht Bits - eingebettet. Die Bits jeder Rahmenkennung sind dabei gleichmäßig innerhalb einer Überrahmenperiode verteilt. Jedes Bit einer Rahmenkennung ist einem festem Platz des Pulsrahmens zugeordnet. Zwischen den einzelnen Bits der Rahmenkennung werden jeweils viele Bits an Toninformation übertragen. Diese Details sind in Fig. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht eingezeichnet. In Fig. 5 ist das zweite Basissignal B 2 gegenüber dem ersten Basissignal B 1 um die Differenz D verzögert. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann diese Differenz spätestens nach cirka einer halben Überrahmenperiode UP ermittelt werden. Nämlich immer dann, wenn in jedem Basissignal ein Überrahmenanfang oder die Mitte eines Überrahmens durch einen Wechsel der Rahmenkennung in RK oder RK in gefunden wird. Einzelheiten werden anhand Fig. 3 näher erläutert.

In Fig. 3 ist eine Empfangseinrichtung zur Wiedergewinnung des Tonsignals dargestellt. Das ISDN-Basissignal IBS wird über einen Eingang 3 einer ISDN-Empfangseinrichtung ISDN-EE zugeführt. Deren Ausgänge 4 bzw. 5 sind über einen Multiplexer MUX mit dem Eingang eines Speichers ST verbunden und außerdem jeweils über eine erste Überrahmen-Erkennungseinrichtung RE 1 und über eine zweite Überrahmen-Erkennungseinrichtung RE 2 mit Eingängen einer Steuerung ST verbunden. Die Steuerung liefert die Schreibsignale SA und die Lesesignale LA für den Speicher ST. Am Ausgang 6 des Speichers werden die Basissignale entsprechend Fig. 4.6 geordnet abgegeben.

Durch die ISDN-Empfangseinrichtung werden bereits an den Ausgängen 4 und 5 die Basissignale B 1 und B 2 separat ausgegeben. Hierbei ist bereits eine Synchronisation der Codewörter entsprechend Fig. 4.4 und 4.5 gegeben. Die Laufzeitdifferenz beträgt ein ganzzahliges Vielfaches zweier Codewortlängen. Die Überrahmen- Erkennungseinrichtungen ermitteln aus den Rahmenkennungen RK und Beginn und Mitte der Überrahmenperiode. Die Überrahmen- Erkennungseinrichtungen können natürlich ebenso Teil einer stets erforderlichen Synchronisiereinrichtung sein.

Die Codewörter der beiden Basissignale B 1 und B 2 werden abwechselnd in den Speicher M eingelesen. Der Multiplexer kann hierbei durch Three-State-Ausgänge nachgebildet werden. Zum Auslesen muß von der Steuerung ST zunächst ermittelt werden, welches Basissignal die größere Laufzeit aufweist, dann muß die Zeitdifferenz D zwischen den Überrahmen ermittelt werden und dies beim Auslesen aus dem Speicher M berücksichtigt werden. Die Ermittlung der Differenz wird anhand der Fig. 4.4 und 4.5 genauer erläutert. Es wird davon ausgegangen, daß mit dem letzten Codewort eines vorangegangenen Pulsrahmens PR auch die Überrahmenerkennung erfolgt ist. Das heißt, vor dem ersten Codewort B 1-0 des ersten Basissignals B 1 des folgenden dargestellten Pulsrahmens wurde ein Überrahmenanfang festgestellt und vor dem ersten Codewort B 1-1 des zweiten Basissignals B 2 S wurde ebenfalls ein Überrahmenanfang festgestellt. Zwischen beiden "Überrahmenkennungen" (Wechsel der Rahmenkennungen in RK) ergibt sich die Zeitdifferenz D. Da das zweite Basissignal B 2 die größere Laufzeit aufweist, wird jedes in den Speicher eingeschriebene Codewort dieses Basissignals sofort wieder ausgelesen (oder direkt an den Ausgang 6 durchgeschaltet), die Ausleseadresse ist mit der Einleseadresse identisch. Das erste Basissignal B 1 muß entsprechend der Laufzeitdifferenz L verzögert ausgelesen werden. Bei einem Zeitunterschied von D gleich drei Codewörtern ergibt sich eine Laufzeitdifferenz von L = D - 1 Codewörtern. Die Adresse zum Auslesen des ersten Basissignals B 1 muß folglich entsprechend reduziert werden, nach Fig. 4.5 um L = 3 - 1. So ergibt sich entsprechend Fig. 4.6 wieder das ursprüngliche digitale Tonsignal am Ausgang 6 des Speichers M, das jedoch noch die Rahmenkennungen aufweist. Diese werden vor der Rückumsetzung in ein analoges Tonsignal eliminiert. Die Verarbeitung der Codewörter in der Anordnung nach Fig. 3 kann seriell oder parallel erfolgen.

Wenn im Gegensatz zu Fig. 4 und Fig. 5 dagegen das erste Basissignal B 1 die größere Laufzeit aufweist, dann muß die Ausleseadresse für das zweite Basissignal um L = D + 1 verringert werden. Die Adressenberechnung kann sowohl softwaremäßig als auch hardwaremäßig durchgeführt werden. Durch die Mehrfachaussendung der Rahmenkennungen ergibt sich bereits eine große Unempfindlichkeit gegenüber Übertragungsfehlern. Damit auch starke und länger anhaltende Übertragungsstörungen keine Fehlsynchronisierung verursachen, sollten die Überrahmen-Erkennungsschaltungen und/oder die Steuerung zusätzlich eine Hysterese aufweisen. Diese Schaltungen sind aus Synchronisiereinrichtungen für Multiplexgeräte hinreichend bekannt.

Für die Übertragung von Stereo-Tonsignalen sind zwei Basisanschlüsse mit insgesamt vier Basiskanälen erforderlich. Auch hier kann der Laufzeitausgleich in gleicher Weise erfolgen, wobei jedem Tonkanal die beschriebene Anordnung zugeordnet wird. Hierzu ist jedoch in jedem Kanal eine entsprechend umfangreichere Steuerung und eine Verkopplung der beiden Steuerungen notwendig. Von den vier empfangenen Basissignalen wird wiederum das Basissignal mit der größten Laufzeit ermittelt. Anschließend werden die Ausleseadressen für die drei übrigen Basiskanäle errechnet. Jeder Speicher muß dabei natürlich die Codewörter zweier Basiskanäle für die Dauer des maximalen Laufzeitunterschiedes speichern können.

Claims (8)

1. Verfahren zum Ausgleich von Laufzeitunterschieden der Übertragung eines digitalen Tonsignals, das in mindestens zwei Basissignale (B 1, B 2) gleicher Datenrate aufgeteilt wird, die über unterschiedliche Verbindungswege übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß sendeseitig jedes Basissignal (B 1, B 2) mit einer Überrahmenkennung (RK, ) versehen ist,
daß empfangsseitig Codewörter (B 1-0, B 1-1 . . .) der beiden Basissignale (B 1, B 2) abwechselnd eingespeichert werden,
daß die Überrahmenkennungen der Basissignale (B 1, B 2) ermittelt werden,
daß aufgrund der Überrahmenkennungen die Laufzeitdiffenrenz (L) zwischen den Basissignalen (BS 1, BS 2) ermittelt wird,
daß die Codewörter (BS 1-0, BS 1-2, . . .) des Basiskanals (BS 2) mit der längeren Laufzeit sofort wieder ausgelesen werden und
daß die Codewörter (BS 2-1, BS 2-3, . . .) des anderen Basiskanals zeitgerecht verzögert ausgelesen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überrahmenkennung aus zwei Rahmenkennungen (RK, ) besteht, die jeweils innerhalb einer Überrahmenperiode (UP) ausgesendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Rahmenkennung () die invertierte erste Rahmenkennung (RK) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rahmenkennung innerhalb einer Überrahmenperiode (UP) mehrfach aufeinanderfolgend ausgesendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung eines Tonsignals (TS) über zwei ISDN-Basiskanäle (B ₁, B ₂) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung von Stereo-Tonsignalen über vier ISDN-Basiskanäle erfolgt.

7. Anordnung zum Laufzeitausgleich zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Codewörter der Basissignale (B 1, B 2) abwechselnd in einen Speicher (M) eingeschrieben werden,
daß Überrahmen-Erkennungseinrichtungen (RE 1, RE 2) für jedes Basissignal (B 1, B 2) vorgesehen sind,
daß eine Steuerung zur Ermittlung der Laufzeitdiffenrenz (L) zwischen den Basissignalen vorgesehen ist,
daß die Codewörter (B 2-1, B 2-3, . . .) des Basissignals (B 2) mit der größeren Laufzeit sofort wieder ausgelesen werden und
daß die Codewörter (B 1-0, B 1-2) des anderen Basissignals (B 1) um die Laufzeitdifferenz (L) verzögert ausgegeben werden.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Übertragung von Stereo-Tonsignalen jeweils zwei ein Tonsignal (TS) beinhaltenden Basissignalen (B 1, B 2) ein Speicher (M) zugeordnet ist und
daß die Steuerungen (ST) miteinander gekoppelt sind.