DE4025621A1 - Verfahren und anordnung zur gesicherten uebertragung von digitalen signalwerten eines videosignals ueber atm-netze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Übertragung von digi­ talen Signalwerten eines Videosignals über ATM-Netze. Außer­ dem betrifft die Erfindung eine hierfür geeignete Sendean­ ordnung und eine Empfangsanordnung.

In einem zukünftigen Telekommunikationsnetz wird es neben schmal­ bandigen Verbindungen für Sprache und Daten auch Breitbandver­ bindungen geben. Während das heutige Schmalband-Telekommunika­ tionsnetz mit einer fest definierten Bitrate arbeitet, ist für ein künftiges Breitbandnetz eine einheitlich definierte Bitrate nicht mehr erforderlich. Vielmehr wird es möglich sein, eine für den jeweiligen Dienst optimal angepaßte Bitrate zu verwen­ den. Bei der ATM-Technik (Asynchroner Transfermodus) wird die lnformation mit Hilfe von Datenpaketen über sogenannte virtuel­ le Kanäle übertragen. Infolge von Übertragungsfehlern oder durch Überlastung der Vermittlung können aber gelegentlich ganze Datenpakete verlorengehen. Dies wirkt sich bei der Über­ tragung von Videosignalen äußerst störend aus. Werden vorher Datenreduktionsverfahren durchgeführt, wie beispielsweise das DPCM-Verfahren (Differenz-Pulscode-Modulation), so wird durch die verfahrensbedingte Fehlerfortpflanzung die Störung noch größer. Es ist an sich bekannt, die übertragenen Daten durch Fehlerkorrektur zu sichern. Da bei der Übertragung über ATM- Netze jedoch ein Datenpaket oder sogar mehrere Datenpakete ver­ lorengehen können, muß ein möglichst Bündelfehler korrigierender Code mit einer entsprechenden Redundanz gewählt werden. In der Regel ist jedoch nur eine geringe mittlere Redundanz zulässig. Je größer die Datenblöcke gewählt werden, um so geringer kann auch die zur Fehlerkorrektur benötigte Redundanz sein. Aufgrund des Datenreduktionsverfahrens ergibt sich eine stark schwanken­ de Bitrate. Je niedriger die Bitrate ist, desto mehr Zeit wird aber zur Bildung großer Datenblöcke benötigt. Dadurch ergeben sich aber bei Videokonferenzsystemen und beim Bildtelefon be­ reits Zeitprobleme. Eine Verwendung kurzer Datenblöcke würde andererseits eine unerwünschte Erhöhung der Redundanz bewirken, die bei hohen Bitraten nicht mehr zulässig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein geeignetes Korrektur­ verfahren anzugeben, daß bei der Übertragung eines Video­ signals über ATM-Netze geeignet ist. Außerdem ist eine geeignete Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die in den Verfahrensansprüchen ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Außerdem werden geeignete Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Bei einer ersten Variante der Erfindung werden die Signalwerte zu einer Datenmatrix zusammengefaßt, deren Spaltenzahl variabel ist. Der Umfang der Matrix wird von der Bitrate der Signalwerte bzw. dem Füllgrad eines Pufferspeichers gesteuert. Den einzelnen Elementen der Datenmatrix entsprechen Datenwörter, vorzugsweise wird eine Aufteilung in Oktett/Bytes verwendet um die Verarbei­ tung zu erleichtern. Die Datenmatrix ist hierbei in Datenpakete aufgeteilt. Durch die matrixweise Anordnung wird es möglich, ganze Datenpakete zu korrigieren, da sich hierdurch eine Ver­ schachtelung der zeilenweise wirksamen Codes ergibt.

Besonders vorteilhaft ist die Bildung von Datenmatrizen aus einer variablen Anzahl von Datenpaketen. Bei großen zu übertra­ genden Datenmengen wird nur eine niedrige relative Redundanz benötigt, während bei kleinen zu übertragenden Datenmengen sich die relative Redundanz automatisch erhöht und hiermit auch die relative Korrekturfähigkeit des Codes entsprechend ansteigt. Die Korrekturfähigkeit wird verbessert, wenn die Datenpakete jeweils mehrere Spalten der Datenmatrix umfassen. Entsprechend der für ein Datenpaket benötigten Spaltenanzahl muß auch die An­ zahl der Prüfbits bzw. Prüfbytes je Zeile vergrößert werden. Es sinkt jedoch der Umfang der Datenmatrix umgekehrt proportional zur Zeilenanzahl je Datenpaket, was zu einer geringeren Durch­ laufzeit durch die Codier- und Decodiereinrichtungen führt.

Zur Fehlerkorrektur wird vorteilhafterweise ein Reed-Solomon- Code mit Auslöschungskorrektur verwendet. Bei der Verwendung einer kleineren Datenmatrix mit mehrspaltigen Datenpaketen und entsprechend erhöhter Redundanz ergibt sich auch eine entspre­ chend erhöhte Korrekturfähigkeit des Codes bei nicht auslöschen­ der Korrektur.

Eine schaltungsmäßig günstige Lösung ergibt sich, wenn die Signalwerte zeilenweise in die Datenmatrix eingelesen werden und die Datenmatrix spaltenweise wieder ausgelesen wird.

Bei einer zweiten Lösungsvariante werden die Signalwerte zu Datenpaketen zusammengefaßt, die mit der Paketnummer und ge­ gebenenfalls einem Längen- und einem Synchronisierkennzeichen versehen werden. Mehrere aneinandergereihte Datenpakete werden durch einen verschachtelten oder gespreizten fehlerkorrigie­ renden Code geschützt. Die Anzahl der Datenpakete richtet sich wiederum nach der zu übertragenen Datenmenge. Es ist vorteil­ haft, wenn hierbei wieder mit Auslöschungskorrektur gearbeitet wird. Es können unterschiedliche Codespreizungen verwendet wer­ den. Die Korrekturfähigkeit bei Auslöschungskorrektur muß hier­ bei mindestens wieder ein Datenpaket umfassen. Die maximale Größe der Datenmatrix bzw. des Datenpakets ist abhängig von der Codier- und Decodierschaltung. Es werden vorteilhafterweise integrierte Ausführungen verwendet.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Fehler in der Folge der Paket­ nummer als Kriterium für die Auslöschungskorrektur verwendet wird.

Da die Paketnummer und auch die Rahmenlänge empfangsseitig vor der Korrektur benötigt werden, ist es zweckmäßig, diese bei der Sicherung durch den fehlerkorrigierenden Blockcode unberück­ sichtigt zu lassen und durch geeignete Maßnahmen wie Mehrfach­ aussendung und anderweitige Fehlersicherung für eine korrekte Übertragung zu sorgen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 3, bis Fig. 5 verschiedene Datenmatrizen zum gesicherten Übertragen der Signalwerte,

Fig. 2 ein Ausschnitt aus einer Zeile einer Datenmatrix,

Fig. 6 und 7 durch einen verschachtelten Blockcode gesicherte Datenblockstrukturen,

Fig. 8 eine Codieranordnung und

Fig. 9 eine Decodieranordnung für Codematrizen,

Fig. 10 eine Codiereranordnung und

Fig. 11 eine Decodieranordnung für Codeblöcke.

In Fig. 1 ist eine Codematrix CM dargestellt. Sie besteht aus einer Datenmatrix DM, die wiederum aus mehreren Datenpaketen DP1 bis DP254 zusammengesetzt ist, und einem Prüfpaket PP. Jedes Datenpaket DP umfaßt eine Spalte der Datenmatrix. Jedes Wort in einer Spalte entspricht einem Oktett oder Byte. Die Paketanzahl ZP der Datenmatrix schwankt zwischen 2 und 254. In der obersten Zeile der Datenpakete wird die Paketnummer NR ein­ gefügt. In den beiden ersten Datenpaketen folgt dann ein Längen­ kennzeichen RL, das beispielsweise die Anzahl der Datenpakete ZP der Datenmatrix angibt. Das erste Datenpaket DP1 kann auch noch ein Synchronisierkennzeichen XX enthalten, das hier in der dritten Zeile untergebracht ist. Die Signalwerte S1, S2, ... werden nacheinander entsprechend Fig. 2 zeilenweise in die Datenmatrix eingeschrieben und spaltenweise in Datenwörter, hier Oktetts/Bytes D1, D2, ... aufgeteilt. Die Zeilenanzahl ZZ = 48 entspricht bei der Datenmatrix nach Fig. 1 der Anzahl der Bytes eines zu übertragenden Datenpakets. Die Datenbytes D1, D2, ... werden durch einen fehlerkorrigierenden Blockcode ge­ sichert, der jeweils eine Zeile der Datenmatrix umfaßt. Die Prüf­ bits bzw. Prüfbytes P1, P2, ... sind hierbei in einem (ZK = 1) Prüfpaket PP derselben Paketgröße zusammengefaßt und ergänzen die Datenmatrix DM zur Codematrix CM.

Geht nun ein Datenpaket, beispielsweise das Datenpaket DP2 durch Überlastung einer Vermittlung oder Übertragungsfehler verloren, so fehlt die Paketnummer 2 und das Datenpaket DP2 wird empfangsseitig in der Datenmatrix DM durch Leerbits er­ setzt. Das nächste korrekt empfangene Datenpaket DP3 und die folgenden Datenpakete werden korrekt in die Datenmatrix DM eingefügt. Nach Empfang des Prüfpakets PP kann die Fehler­ korrektur durchgeführt werden. Das Fehlen des zweiten Daten­ pakets DP2 bewirkt, daß im Datenpaket DP2 eine Auslöschungs­ korrektur durchgeführt wird, wodurch dieses Datenpaket rekon­ struiert wird. Nach der Korrektur der Zeile werden die Daten D1, D2, ... ausgelesen und können weiterverarbeitet werden. Die Bildung von Prüfbits bzw. eines Prüfbytes ist für die oberste Spalte nicht erforderlich. Entsprechend kann das erste Byte des Prüfpaketes PP mit Sonderinformation gefüllt werden. Ebenso werden das Längenkennzeichen RL und das Synchronisier­ kennzeichen XX nicht in die Korrektur einbezogen. Um ein ver­ lorengegangenes Datenpaket korrigieren zu können, muß bei Aus­ löschungskorrektur ebenfalls mindestens ein Prüfpaket mit der­ selben Anzahl von Bytes je Zeile übertragen werden. Zur Codie­ rung eignen sich besonders Reed-Solomon-Codes, mit denen bei­ spielsweise eine byteweise Korrektur durchgeführt wird.

Bei den Ausführungsbeispielen wird von einer Codelänge von 255 Bytes ausgegangen, für die bereits verschiedene Reed-Solomon- Coder/Decoder erhältlich sind. In Fig. 1 weist die Codematrix eine minimale Redundanz auf. Sollen auch Zufallsfehler korri­ giert werden, muß die Redundanz erhöht werden. Werden zwei Prüfpakete PP1 und PP2 (Fig. 3) an die Datenmatrix angefügt, dann verdoppelt sich die Fehlerkorrekturfähigkeit bei Aus­ löschungskorrektur. Außerdem können dann auch Zufallsfehler bis zu einem Byte Länge korrigiert werden.

Fig. 3 zeigt eine Codematrix mit einer minimalen Anzahl von zwei Datenpaketen (wegen der doppelten Übertragung des Längen­ kennzeichens RL) und zwei Prüfpaketen PP1 und PP2. Die übrigen Stellen der Matrix sind durch Leerbytes LB ergänzt, die keinen Beitrag bei der Codierung liefern und auch nicht übertragen werden. Empfangsseitig ermöglicht die Längenkennzeichnung RL wieder die Bildung der in Fig. 2 dargestellten Codematrix, wobei wiederum die fehlenden Daten (Elemente der Matrix) durch Leerbytes LB ergänzt werden. Bei Auslöschungscodierung können die beiden übertragenen Datenpakete DP1 und DP2 ergänzt werden, während bei Zufallsfehlern in jeder Zeile ein Byte korrigiert werden kann. Für diesen geringen Umfang der Datenmatrix ergibt sich somit ein hervorragendes Korrekturvermögen durch den Code. Ist eine höhere Redundanz zulässig, dann kann auch die Anzahl der Prüfpakete vervielfacht werden, wodurch auch die Korrektur­ fähigkeit bei größeren Datenmatritzen sich entsprechend erhöht.

In Fig. 4 ist eine Variante der Datenmatrix dargestellt. Hier umfaßt ein Datenpaket DP1, DP2, ..jeweils SZ = 2 Spalten der Datenmatrix, die bei circa derselben Spaltenanzahl wie in Fig. 1 jedoch nur die halbe Zeilenanzahl ZZ = 24 aufweist. Die Daten­ pakete werden spalten- oder zeilenweise übertragen. Um bei Aus­ löschungskorrektur wiederum ein ganzes Datenpaket korrigieren zu können, ist mindestens ein Prüfpaket PP erforderlich, das jetzt jedoch, entsprechend den Datenpakten, ebenfalls zwei Spalten umfaßt und somit zu jeder Zeile der Datenmatrix zwei Bytes an Prüfinformation hinzufügt. Bei Zufallsfehlern kann entsprechend in jeder Zeile ein Byte korrigiert werden. Die Codelänge von 255 Bytes je Zeile darf natürlich nicht durch die Anzahl ZC von Bytes der Datenmatrix und der Prüfbytes je Zeile überschritten werden. Andererseits können - in Fig. 4 nicht eingezeichnet - entsprechend Fig. 3 ein oder mehrere Spalten der Matrix mit Leerbytes ergänzt werden, um die entsprechende Codelänge zu erreichen. Diese Leerbytes werden natürlich eben­ falls nicht übertragen und empfangsseitig automatisch ergänzt. Durch Vergrößern der Anzahl der Prüfpakete unter gleichzeitiger Verringerung der Datenpakete kann die Korrekturfähigkeit ent­ sprechend erhöht werden.

In Fig. 5 ist die Zeilenanzahl ZZ auf drei reduziert. Jedes Datenpaket DP1, DP2, ... und auch das Prüfpaket PP umfaßt jetzt SZ = 16 Spalten. Da die erste Spalte des ersten Datenpaketes nicht mitcodiert zu werden braucht, können bis zu ZP = 15 Daten­ pakete übertragen werden. Entsprechend muß der Code minimal ent­ sprechend der Spaltenanzahl SZ = 16 Bytes korrigieren können. Ein solcher Code kann auch pro Zeile bis zu 8 sonstige fehler­ hafte Bytes korrigieren. Bei den zur Zeit erwerbbaren Codern und Decodern können bis zu maximal 20 Bytes korrigiert werden.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante wird auf eine matrix­ hafte Anordnung verzichtet (bzw. die Zeilenanzahl auf 1 redu­ ziert). Mehrere Datenpakete DP1, DP2, ... werden zu einem Daten­ block DB zusammengefaßt. Die Anzahl der Datenpakete schwankt wieder zwischen 2 und 254 entsprechend Fig. 1, wenn nur ein Prüfpaket vorgesehen ist. Wenn Coder und Decoder mit einem Korrekturumfang von 48 Bytes erhältlich wären, könnte bei einer Codelänge von 255 Bytes die Anzahl der Datenblöcke nur zwischen 2 und 4 schwanken, so daß mindestens 20% Redundanz benötigt würden.

In Fig. 6 wurde daher eine byteweise Verschachtelung (CA = 1 Byte) und somit ein 48-fach verschachtelter Code entsprechend Fig. 1 gewählt. Die miteinander verknüpften Bytes der Datenpakete DP1, DP2, ... und des Prüfpakets wurden gleich schraffiert. Natürlich ist auch hier wieder eine Erhöhung der Redundanz durch ein wei­ teres Prüfpaket oder mehrere Prüfpakete möglich. Die in Fig. 6 dargestellte Version kann nur bei Auslöschungskorrektur ein ver­ lorengegangenes Datenpaket ersetzen und keine Zufallsfehler korrigieren.

Analog zu Fig. 6 ist bei einer Korrekturfähigkeit von 16 Bytes eine 3-fache Verschachtelung ausreichend, wodurch bei einem Codeblock nach Fig. 7 nur drei FEC-Coder/Decoder notwendig sind. Die Verschachtelung kann byteweise (CA = 1) oder blockweise wie in Fig. 7 (CA = 16) erfolgen. Bei Auslöschungskorrektur können 16 Bytes und bei Zufallsfehlern bis zu acht Bytes von jedem FEC-Decoder korrigiert werden. Wie bei den bisher beschriebenen Verfahren werden kürzere Datenblöcke, die minimal nur zwei Daten­ pakete umfassen, durch Leerbytes (logische Nullen) aufgefüllt.

Bei der Verwendung eines matrixartigen Aufbaus reicht zur zeilenweisen Codierung ein einziger FEC-Coder. Wird dagegen mit ineinander verschachteln Codes (Fig. 6 und Fig. 7) ge­ arbeitet, so können mehrere Coderbausteine verwendet werden, denen jeweils das erste, zweite, dritte Byte usw. eines Daten­ pakets zugeordnet ist. Ebenso können natürlich auch Coder vor­ gesehen werden, die im Zeitmultiplex arbeiten.

Da Coder und Decoder bei zyklischen Codes durch rückgekoppelte Schieberegister realisiert werden, kann eine Abart der verschach­ telten Codierung durch das Einfügen von Speicherstufen in dem Basis-Coder und Basis-Decoder erfolgen. Hierdurch entsteht ein gespreizter (interleaved) Code. Bei einer Spreizung von 48 Bytes ergibt sich ein der Fig. 6 entsprechender Codeblock, dessen Prüfbytes jedoch von einem Coder erzeugt werden. Bei einer Kor­ rekturfähigkeit von beispielsweise 16 Bytes des "Basiscodes" kann die Spreizung auf 3 Bytes verringert werden.

Die Realisierung solcher Codes ist in den entsprechenden Fachbü­ chern, beispielsweise "Error Correcting Codes" von W.W. Peterson, 1972, MIT Press, Cambridge, Massachusets beschrieben.

Wie erwähnt -, brauchen die Paketnummer, das Längenkennzeichen und das Synchronisierkennzeichen nicht von dem fehlerkorri­ gierenden Blockcode umfaßt werden. Bei einer Anordnung nach Fig. 1 können die Prüfbytes in der ersten Zeile daher für an­ dere Zwecke verwendet werden oder zum besonderen Schutz bestimm­ ter Datenbytes vorgesehen werden. Bei mehrspaltigen Datenpaketen werden diese Prüfbytes zur Sicherung der Datenbytes benötigt.

Die Datenpakete müssen nicht fortlaufend numeriert werden. Vielmehr reicht eine Kennzeichnung aus, die ein fehlendes Datenpaket erkennen läßt. Erfolgt eine sich wiederholende Numerierung zwischen 0 und 3 (Modulo-4), so werden hierfür nur zwei Bits benötigt und die "Paketnummer" kann viermal in einem Byte übertragen werden oder durch einen gesonderten fehler­ korrigierenden Blockcode geschützt werden.

In Fig. 8 ist eine Sendeanordnung mit einer Codieranordnung 12 zur Bildung einer Codematrix dargestellt. Ein Signal-Coder 2 ist über einen Pufferspeicher 3 mit einem ersten gesteuerten Multiplexer 5 verbunden. Dessen Ausgang ist auf den Datenein­ gang eines FEC-Coders 6 geführt, dessen Datenausgang über einen zweiten Multiplexer 7 mit dem Eingang eines Interleavers 8 ver­ bunden ist. An dessen Ausgang ist ein Paketierer 9 eingeschal­ tet. Eine Sende-Steuereinrichtung 11 steuert die gesamte Über­ tragungsanordnung. Sie wird hierbei durch eine Speicher-Kontroll­ einrichtung 4 unterstützt.

Über einen Signaleingang 1 gelangen Abtastwerte A zu dem Signal- Coder 2, beispielsweise einem DPCM-Coder (oder Lauflängencoder) . Dieser gibt Signalwerte S ab, die auch unterschiedliche Längen aufweisen können. In dem Pufferspeicher 3 werden sie zwischenge­ speichert. Die Datenrate der Signalwerte oder der Füllgrad FG des Pufferspeichers wird überwacht. Dieser kann die Funktion des Signal-Coders 2 steuern. In dieser Anordnung bestimmt der Füllgrad FG über die Speicher-Kontrolleinrichtung 4 den Umfang der auszusendenden Datenmatrix DM. Die Speicher-Kontrollein­ richtung gibt auch ein Startsignal SS ab, sobald eine Datenma­ trix gebildet werden kann.

Je nach Aktivität (Kontrast) des zu übertragenden Bildes werden die Signalwerte S mit kleiner oder großer Datenrate ausgegeben. Bei Bildern mit niedriger Aktivität wird die Datenrate klein sein. Entsprechend werden jetzt Daten- bzw. Codematrizen mit geringem Umfang ausgesendet. Sinkt die Datenrate der Signalwerte unter die Transferrate bei der Übertragung mit Daten- bzw. Code­ blöcken des minimalen Umfangs, so müssen die Signalwerte um Leer­ bits ergänzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Steu­ erung bzw. Auslegung des Signal-Coders 2, der dann Signalwerte mit einer der minimal notwendigen Transferrate entsprechenden minimalen Datenrate abgibt.

Liegt die Datenrate der Signalwerte S dagegen über dem Minimum, wie dies bei Bildern mit höherer Aktivität stets der Fall sein wird, dann werden umfangreichere Daten- bzw. Codeblöcke ent­ sprechend dem Füllgrad FG des Pufferspeichers gebildet. Die Datenrate kann hierbei wieder durch Steuerung des Signal-Co­ ders, beispielsweise durch gröbere Quantisierung, begrenzt werden. Die Speicher-Kontrolleinrichtung 4 sorgt zusammen mit der Sende-Steuereinrichtung 11 durch Bildung von Datenmatrizen der geeigneten Größe und deren rechtzeitige Aussendung für eine Anpassung der Datenrate der Signalwerte an die Transferrate der übertragenen Pakete innerhalb eines großen Bereiches.

Die Codematrizen werden in der Codiereinrichtung 12 gebildet, die aus den Funktionseinheiten 4, 5, 6, 7, 8 und 11 besteht. Von der Speicher-Kontrolleinrichtung 4 wird ein Startsignal SS und das Längenkennzeichen RL an die Sende-Steuereinrichtung 11 abgegeben, sobald ausreichend viele Signalwerte zwischenge­ speichert sind. Diese steuert nun die Bildung einer Codematrix entsprechenden Umfangs. Da die Paketnummern NR, die Längenkenn­ zeichen RL und das Synchronisierkennzeichen XX bei der Fehler­ korrektur nicht mit erfaßt werden sollen, werden die entspre­ chenden Positionen mit Leerbytes im ersten Multiplexer 5 aufge­ füllt, der hier als Einrichtung zum Einfügen von logischen Nullen verwendet wird (ebenso ist eine entsprechende Steuerung des FEC-Coders möglich). Im FEC-Coder 6 erfolgt eine zeilenwei­ se Sicherung der Daten D1, D2, ... . Die Datenbytes D werden im zweiten Multiplexer 7 durch die Paketnummern NR, das Längenkenn­ zeichen RL und das Synchronisierkennzeichen ergänzt und in den Interleaver 8 eingeschrieben. In diesem wird die Codematrix CM gebildet. Als Interleaver wird ein Random-Access-Speicher ver­ wendet, der byteweise addressiert werden kann. Die Bildung der Codematrix erfolgt mittels geeigneter Adressierung beim Einschrei­ ben und beim Auslesen. Hierzu werden von der Sende-Steuereinrich­ tung die Adresse AD, ein Daten-gültig-Signal DV sowie die Schreib­ signale WR und Lesesignale RE geliefert. Zunächst werden die Datenbytes D1, D2, ... durch einfaches Erhöhen der Schreib­ adresse eingeschrieben bis die Matrix komplett ist, dann er­ folgt das spaltenweise Auslesen durch entsprechende Erhöhung der Leseadresse um jeweils eine Zeilenlänge. Die Ausgabe der Daten erfolgt paketweise. Diese werden einem Paketierer 9 zuge­ führt, von diesem mit den notwendigen Zusatzinformationen ver­ sehen, und über den Datenausgang 10 ausgesendet. Über den Takt­ ausgang 13 erhält der Paketierer einen externen Bittakt BT, aus dem auch der Bytetakt TB gebildet wird, mit dem die Codierein­ richtung arbeitet.

Zur Regelung der Datenrate der Signalwerte S wird auch die Transferrate TR von der Sende-Steuereinrichtung 11 überwacht und ein Steuerungssignal SD für die Datenrate an den Signal- Coder gegeben. Die Steuersignale werden für die gesamte Codier­ einrichtung von der Sende-Steuereinrichtung 11 geliefert.

Bei der Schaltung können Teile der Sende-Steuereinrichtung 11 beispielsweise dem Interleaver 8 oder der Speicher-Kontrollein­ richtung 4 zugeordnet werden. Zu ergänzen wäre, daß der FEC-Coder 6 stets für eine bestimmte Blocklänge eines Reed-Solomon-Codes ausgelegt ist und somit eine bestimmte Anzahl von Bytes je Zeile eingangsmäßig erwartet. Bei Codematritzen geringen Um­ fangs ist es jedoch nicht notwendig, die Matrix mit Leerbytes auf den maximal möglichen Umfang aufzufüllen. Dieselbe Wir­ kung kann auch durch Rücksetzen des FEC-Coders erreicht werden. Bestehen die Leerbytes aus logischen "Nullen", so liefern sie auch keinen Beitrag bei einer additiven logischen Verknüpfung, wie sie der FEC-Coder durchführt. Empfangsseitig muß jedoch eine Ergänzung mit den nicht übertragenen Leerbytes erfolgen, es sei denn, daß durch Rücksetzen des FEC-Decoders und eine spezielle Schaltungsausführung die richtige Positionierung der Datenbytes möglich ist.

In Fig. 9 ist eine entsprechende Empfangsanordnung darge­ stellt. Sie enthält einen Depaketierer 22, dessen Ausgang über einen Demultiplexer 24 an den Dateneingang eines Deinter­ leavers 25 geführt ist. Dessen Ausgang ist mit einem FEC-De­ coder 26 verbunden. An dessen Datenausgang ist ein zweiter Pufferspeicher 27 angeschaltet und an diesen wiederum ein Signal-Decoder 28. Eine Empfangs-Steuereinrichtung 30 steuert hierbei die Rückumsetzung der empfangenen Datenpakete in die Codematrix, die Korrektur und die Ausgabe der Datenbytes. Eine Rahmenerkennung 23 zeigt hierbei den Empfang einer neuen Code­ matrix an. Die eigentliche Decodiereinrichtung 31 umfaßt hier­ bei die Funktionseinheiten zwischen der Rahmenerkennung 23 und dem FEC-Decoder.

Die Datenpakete DP werden über einen Empfängereingang 20 dem Depaketierer 22 gemeinsam mit einem am Takteingang 21 anlie­ genden Bittakt BT zugeführt. Der Depaketierer gibt für jedes gültige Datenpaket DP und Prüfpaket PP ein Paket-Startsignal ST an die Empfangs-Steuereinrichtung und die Matrix-Erkennungs­ schaltung 23 ab. Die Matrix-Erkennungsschaltung 23 enthält Vergleicher, die prüfen, ob das erste Byte eines Datenpakets die Nummer 1 enthält und das dritte Byte das Synchronisier­ kennzeichen. Ist dies der Fall, wird ein Matrix-Startsignal MS an die Empfangs-Steuereinrichtung 30 abgegeben. Durch Demulti­ plexer 24 werden die Paketnummer NR und das Längenkennzeichen RL der Empfangs-Steuerung zugeführt und statt dessen in den Datenstrom logische Nullen eingefügt. Die Empfangs-Steuer­ einrichtung 30 verfügt nun über alle Informationen zur Bil­ dung der Codematrix. Die Bildung der Codematrix wird durch die Daten-gültig-Adresse AD und das Schreibesignal WR gesteuert. Die vorangehenden Leerspalten der Codematrix CM werden mit Nullen aufgefüllt. Im Deinterleaver werden dadurch sämtliche Spalten einer Codematrix mit maximalen Umfang gespeichert. Aus der spaltenweise gebildeten Codematrix werden dem FEC-Decoder 26 dann zeilenweise die Datenbytes D und die Prüfbytes P zuge­ führt. Die Steuerung erfolgt wieder über die Adresse AD und ein Lesesignal RE. Die Reihenfolge der Paketnummern NR wird durch die Empfangs-Steuereinrichtung 30 überwacht. Sie kann hier­ zu beispielsweise einen Zähler verwenden. Wenn die empfangene Paketnummer nicht mit dem Zählerstand übereinstimmt, dann wird angenommen, daß ein Paketverlust aufgetreten ist. Die Empfangs- Steuereinrichtung 30 erhöht dann die Adresse AD für den Dein­ terleaver 25 um die Anzahl der Bytes eines Pakets und die Pa­ ketnummer um eins, so daß das folgende Paket - vorausgesetzt die Paketnummer stimmt - an die richtige Stelle des Deinter­ leavers geschrieben wird. Außerdem gibt sie immer dann eine Paketfehlermeldung PE und ein Daten-Null-Signal DN an den FEC-Decoder 26 ab, wenn die dem fehlenden Paket zugehörigen Leerbytes dem FEC-Decoder zugeführt werden. Dieser schaltet auf Auslöschungskorrektur um und kann hierdurch zumindest ein ganzes Datenpaket korrigieren. Sonst kann der FEC-Decoder eine ent­ sprechend geringe Anzahl von Zufallsfehlern korrigieren.

Nach einer gegebenenfalls durchgeführten Korrektur wurden die Datenbytes in den zweiten Pufferspeicher 27 eingeschrieben. Die Leerbytes werden durch ein (Data Valid) Steuersignal DV unter­ drückt. Die Daten sind von dem Signal-Decoder 28 abrufbar, so daß eine Rückaufteilung in Signalwerte S und deren Decodierung in Abtastwerte A erfolgen kann, die am Datenausgang 29 ausge­ geben werden.

Sollen anstelle von Datenmatrizen DM Datenblöcke DB entsprechend den Fig. 6 und 7 gebildet werden, dann muß die Sendeanord­ nung modifiziert werden. Die entsprechende Anordnung ist in Fig. 10 dargestellt. Der FEC-Coder 6 ist durch eine mehrere FEC-Coder enthaltende FEC-Coderanordnung 60 ersetzt, der ein Demultiplexer 15 vorgeschaltet und ein Multiplexer 16 nachge­ schaltet ist. Der Interleaver 8 ist entfallen.

Die Arbeitsweise des Signal-Coders 2, des Pufferspeichers 3, des ersten Multiplexers 5 und der Speicher-Kontrolleinrich­ tung 4 sind im wesentlichen gleichgeblieben. Die Sende-Steuer­ einrichtung 30 steuert aber jetzt die Bildung unterschiedlich langer Codeblöcke CB, die jedoch alle dieselbe Anzahl von Prüf­ signalen aufweisen.

Die vom Ausgang des ersten Multiplexers 5 ausgegebenen Daten werden byte- oder datenbyteweise auf die einzelnen Coder der Coderanordnung 60 verteilt. In jedem FEC-Coder werden unabhän­ gig voneinander die Prüfbytes errechnet. Durch den Multiplexer 16 werden die Datenbytes und Prüfbytes wieder miteinander ver­ schachtelt (wobei die Darstellung prinzipiell zu verstehen ist). ln den noch mit Leerbytes versehenen Datenblock werden im zwei­ ten Multiplexer 7 (der mit dem Multiplexer 16 kombiniert werden kann) die Paketnummern NR, die Rahmenlängenkennzeichen RL und das Synchronisierkennzeichen eingefügt und in den Zwischenspei­ cher 17 übergeben, von dem aus sie paketweise abrufbar sind.

Die in Fig. 11 dargestellte Empfangsanordnung ist der Sende­ anordnung entsprechend aufgebaut. Der Deinterleaver ist ent­ fallen, dessen Ausgang über einen Demultiplexer 34 auf eine FEC-Decoderanordnung 61 geführt ist, deren Datenausgänge über einen Multiplexer 35 auf Dateneingang des Pufferspeichers 27 geführt sind.

Die Funktionen des Depaketierers 22, des Demultiplexers 24 und der Start-Erkennungsschaltung 23 entsprechen funktionsmäßig den entsprechenden Schaltungen nach Fig. 3.

Wie in der Empfangsanordnung nach Fig. 9 werden auch hier die Paketnummern usw. durch logische Nullen ersetzt und ebenso wird der empfangene Datenblock durch führende Nullen zu einer für die Decoder erforderliche Blockgröße ergänzt. Dies ist wegen der richtigen Positionierung und damit der richtigen Zuordnung der aus den Datenbytes und den Prüfbytes errechneten Korrektur­ signale zu den übertragenen Datenbytes erforderlich.

Entsprechend der FEC-Coderanordnung weist die FEC-Decoder­ anordnung dieselbe Zahl von FEC-Decodern auf. Diesen werden abwechselnd das erste, zweite, dritte Byte oder Datenbyte D1, D2, ... des empfangenen Datenblockes DB zugeführt. Die Daten­ bytes werden separat korrigiert und über den Multiplexer 35 zusammengefaßt.

Bei der Verwendung eines gespreizten Blockcodes werden die der Codiereinrichtung und Decodiereinrichtung vorgeschalteten Demultiplexer und nachgeschalteten Multiplexer überflüssig und entfallen. Die FEC-Coderanordnung 60 und die FEC-Decoderanord­ nung müssen dann jeweils durch einen FEC-Coder bzw. FEC-Decoder für einen gespreizten Code ersetzt werden.

Diese Lösung ist deshalb vom Schaltungsaufwand her gesehen be­ sonders vorteilhaft, wobei aber die entsprechenden Coder und Decoder noch nicht als integrierter Baustein erhältlich sind und selbst entwickelt werden müssen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Übertragung von digitalen Signalwerten (S) eines Videosignals über ATM-Netze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalwerte (S=S1, S2, S3,...) zu Datenmatrizen (DM) zusammengefaßt werden, die eine konstante Zeilenzahl (ZZ) auf­ weisen,
daß in Abhängigkeit vom Füllgrad (FG) eines Pufferspeichers (3) Datenmatrizen mit einer variablen Anzahl (ZP) von Datenpaketen (DP) gebildet werden, die jeweils dieselbe Anzahl (AZ = 1, 2, 3, ... 16) Spalten der Datenmatrix (DM) aufweisen,
daß jedes Datenpaket (DP1, DP2, ...) mit einer Paketnummer (NR) versehen wird,
daß die Datenmatrix (DM) zeilenweise durch einen fehlerkorrigie­ renden Blockcode gesichert wird, dessen Korrekturfähigkeit min­ destens der Spaltenanzahl (AZ) eines Datenpakets (DP) entspricht, daß die Prüfbits zu einem oder mehreren Prüfpaketen (PP) zu­ sammengefaßt werden und die Datenmatrix (DM) hiermit zu einer Codematrix (CM) ergänzt wird,
daß die Datenpakete (DP1, DP2, ...) und die Prüfpakete (PP) paketweise nacheinander übertragen werden und,
daß die Datenpakete (DP1, DP2, ...) und die Prüfpakete empfangs­ seitig zur ursprünglichen Codematrix (CM) zusammengefügt wer­ den,
daß gegebenenfalls eine zeilenweise Fehlerkorrektur durchgeführt wird und
daß die Signalwerte (S = S1, S2, ...) in ihrer ursprünglichen Reihenfolge zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalwerte (S = S1, S2, ...) zeilenweise in die Daten­ matrix (DM) eingefügt und spaltenweise in Datenwörter (Bytes) zerlegt übertragen werden.

3. Verfahren zur Übertragung von digitalen Signalwerten (S) eines Videosignals über ATM-Netze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalwerte (S = S1, S2, ...) und jeweils eine Paket­ nummer (NR) zu Datenpaketen (DP1, DP2, ... ) gleicher Länge zu­ sammengefaßt werden,
daß in Abhängigkeit vom Füllgrad (FG) eines Pufferspeichers (3) eine variable Anzahl (ZP) von Datenpaketen (DP) zu einem Daten­ block (DB) zusammengefaßt wird,
daß der Datenblock (DB) durch einen verschachtelten oder einen gespreizten fehlerkorrigierenden Blockcode gesichert wird, daß die Prüfbits zu einem oder mehreren Prüfpaketen (PP) zusam­ mengefaßt werden, wobei die Korrekturfähigkeit zumindest ein Datenpaket (DP) umfaßt,
daß die Datenpakete (DP) und die Prüfpakete (PP) nacheinander übertragen werden,
daß empfangsseitig gegebenenfalls eine Fehlerkorrektur durchge­ führt wird und die Signalwerte (S = S1, S2, ...) zur Weiterver­ arbeitung in der ursprünglichen Reihenfolge ausgegeben werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Datenmatrix (DM) bzw. in jedem Datenblock (DB) ein Längenkennzeichen (RL) übertragen wird, das die Anzahl (ZP) der Datenpakete (DP1, DP2, ...) angibt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fehlerkorrektur ein Reed-Solomon-Code konstanter Länge verwendet wird, wobei die nicht mit Signalwerten (S) aufgefüll­ ten Teile der Datenmatrix (DM) bzw. des Datenblocks (DB) sende­ und/oder empfangsseitig durch Leerbits (LB = logische "0") er­ setzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslöschungskorrekturverfahren durchgeführt wird und daß als Kriterium für die Durchführung der Auslöschungskorrek­ tur ein Fehler in der Reihenfolge der empfangenen Datenpaket­ nummern (NR) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Paketnummern (NR) durch eine Modulo-M-Addition (M = 2, 3, 4, ...) errechnet werden und daß die Paketnummern (NR) in einem Datenpaket (DP) mehrfach übertragen werden oder durch eine weiteren fehlerkorrigierenden Code gesichert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Paketnummern (NR) mit einem fehlererkennenden Code ge­ sichert werden und
daß empfangsseitig ein Fehler in der Reihenfolge der Datenpa­ kete nur dann angenommen wird, wenn gleichzeitig durch den fehlererkennenden Code eine fehlerfreie Übertragung der Paket­ nummer (NR) angegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Paketnummern (NR), das Längenkennzeichen (RL) und weitere Kennzeichen (XX) nicht durch den fehlerkorrigieren­ den Blockcode gesichert werden, sondern sende- und empfangs­ seitig durch Leerbits (logische Nullen) ersetzt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenkennzeichen (RL) mehrfach in verschiedenen Datenpaketen (DP1, DP2) übertragen wird.

11. Sendeanordnung zur Übertragung von digitalen Signalwerten (S) eines Videosignals über ATM-Netze, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Pufferspeichers (3), einer Einrich­ tung (5) zum Einfügen von logischen Nullen, eines FEC-Coders (6), eines zweiten Multiplexers (8) und eines Interleavers (8), eine Speicher-Kontrolleinrichtung (4) und eine Sende-Steuerein­ richtung (11), die veranlaßt,
daß in Abhängigkeit vom Füllgrad (FG) des Pufferspeichers (3) Datenmatrizen (DM) aus Signalwerten (S) mit einer variablen Anzahl (ZP) von Datenpaketen (DP) gebildet werden, die jeweils aus einer konstanten Anzahl von Spalten der Datenmtrix (DM) bestehen,
daß die Daten (D1, D2, ...) zeilenweise mit einem fehlerkorri­ gierenden Blockcode im FEC-Coder (6) gesichert werden und die Prüfbits (P) zu Prüfpaketen (PP) zusammengefaßt werden,
daß im zweiten Multiplexer (7) jedes Datenpaket (DP) mit einer Paketnummer (NR) und gegebenenfalls mit weiteren Zusatzkenn­ zeichen (RL, XX) versehen wird,
daß im Interleaver (8) die Datenpakete (DP), die Zusatzkennzei­ chen (NR, RL, XX) und die Prüfpakete (PP) zu einer Codematrix (CM) zusammengefaßt werden und daß die Aussendung paketweise erfolgt.

12. Empfangsanordnung für digitale Signalwerte (S) eines über ATM-Netze übertragenen Videosignals, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Demultiplexers (24), eines Deinter­ leaver (25) und eines FEC-Decoders (26),
eine Start-Erkennungsschaltung (23), die zu Beginn einer em­ pfangenen Codematrix (CM) ein Startsignal (MS) abgibt, und eine Empfangs-Steuereinrichtung (30), die veranlaßt,
daß ihr die Zusatzkennzeichen (NR, RL, XX) zugeführt werden, daß die Zusatzkennzeichen (NR, RL, XX) für die weitere Verar­ beitung durch Leerbits ersetzt werden,
daß im Deinterleaver (25) die Codematrix (CM) aus den empfan­ genen Datenpaketen (DP) und Prüfpaketen (PP) gebildet wird, daß die Signalwerte (S) und die Prüfbits (P) dem FEC-Decoder (26) zeilenweise zugeführt werden,
und daß die gegebenenfalls korrigierten Daten (D) ausgegeben werden.

13. Sendeanordnung zur Übertragung von digitalen Signalwerten (S) eines Videosignals über ATM-Netze, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Pufferspeichers (3), einer Einrich­ tung (5) zum Einfügen von logischen Nullen,
eines Demultiplexers (15),
einer FEC-Codieranordnung (60),
eines Multiplexers (16) und
eines zweiten Multiplexers (7),
eine Speicher-Kontrolleinrichtung (4) und eine Sende-Steuer­ einrichtung (110), die veranlaßt,
daß Datenpakete (DP) aus den Signalwerten (S) gebildet werden, daß in Abhängigkeit vom Füllgrad (FG) des Pufferspeichers (3) aus Signalwerten (S) Datenblöcke (DB) mit unterschiedlicher Anzahl (ZP) von Datenpaketen (DP) gebildet werden,
daß die Datenpakete (DP1, DP2, ...) mit einem verschachtelten Blockcode in der FEC-Codieranordnung (60) gesichert werden,
daß der Datenblock (DB) durch Prüfpakete (PP) zu einem Code­ block (CB) ergänzt wird,
daß in einem zweiten Multiplexer (7) die Paketnummer (NR) und gegebenenfalls weitere Zusatzkennzeichen (RL, XX) eingefügt werden und
daß eine paketweise Aussendung der Daten und Prüfinformation erfolgt.

14. Empfangsanordnung für digitale Signalwerte (S) eines über ATM-Netze übertragenen Videosignals, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Demultiplexers (24), eines weiteren Demultiplexers (34), einer FEC-Decodieranordnung (61) und eines Multiplexers (35),
eine Start-Erkennungsschaltung (23), die zu Beginn eines empfangenen Codeblockes (CB) ein Startsignal (MS) abgibt,
und eine Empfangs-Steuereinrichtung (300), die veranlaßt,
daß ihr die Sonderkennzeichen (NR, RL, XX) zugeführt werden und für die weitere Verarbeitung Leerbits (logische Nullen) ersetzt werden,
daß die Daten (D) und die Prüfinformation (P) zeitgerecht der FEC-Decodieranordnung (61) zugeführt werden und hier gegebenen­ falls korrigiert werden und daß die korrigierten Daten (D) über den Multiplexer (35) ausgegeben werden.

15. Sendeanordnung zur Übertragung von digitalen Signalwerten (S) eines Videosignals über ATM-Netze, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Pufferspeichers (3),
einer Einrichtung (5) zum Einfügen von logischen Nullen, eines FEC-Coders für gespreizte Codierung und eines zweiten Multiplexers (7),
eine Speicher-Kontrolleinrichtung (4) und eine Sende-Steuer­ einrichtung (110), die veranlaßt,
daß in Abhängigkeit vom Füllgrad (FG) des Pufferspeichers (3) aus den Signalwerten (S) Datenblöcke (DB) mit unterschiedlicher Anzahl (ZP) von Datenpaketen (DP) gebildet werden,
daß die Daten (D) der Pakete (DP1, DP2, ...) durch einen ge­ spreizten Code gesichert werden,
daß in einem zweiten Multiplexer (7) die Paketnummer (NR) und gegebenenfalls weitere Zusatzkennzeichen (RL, XX) eingefügt werden und
daß eine paketweise Aussendung der Daten und Prüfinformation erfolgt.

16. Empfangsanordnung für digitale Signalwerte (S) eines über ATM-Netze übertragenen Videosignals, gekennzeichnet durch,
die Kettenschaltung eines Demultiplexers (24), eines weiteren Demultiplexers (34), einer FEC-Decodieranordnung (61) und eines Multiplexers (35),
eine Start-Erkennungsschaltung (23), die zu Beginn eines em­ pfangenen Codeblockes (CB) ein Startsignal (MS) abgibt,
und eine Empfangs-Steuereinrichtung (300), die veranlaßt,
daß ihr die Sonderkennzeichen (NR, RL, XX) zugeführt werden und für die weitere Verarbeitung Leerbits ersetzt werden,
daß die Daten (D) gegebenenfalls in dem FEC-Decoder für einen gespreizten Code korrigiert werden und daß die korrigierten Daten (D) bzw. Signalwerte (S) ausgegeben werden.