DE4125050C2 - Verfahren zum Erkennen von Übertragungsfehlern eines digitalisierten, bitsparend codierten Tonsignals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Übertragen digitaler Tonsignale werden aus Gründen einer begrenzt zur Verfügung stehenden Datenübertragungskapazität bitsparende Codierungsverfahren angewendet. Eine effektive Reduzierung der Datenrate ergibt sich beispielsweise dadurch, daß das Tonsignal in verschiedene Frequenzanteile zerlegt wird, die getrennt nach psychoakustischen Gesichtspunkten (Mithör­ schwelle) voneinander analysiert werden, um eine Codierungsvorschrift für die Übertragung der für den Empfänger relevanten Anteile zu erhalten. Die Analyse des Tonsignals wird dabei in bestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten (Zeitfenster) vorgenommen, wodurch eine Folge von Datenrahmen entsteht, die jeweils das Tonsignal eines Zeitfensters in codierter Form enthalten. In einem derartigen Datenrahmen lassen sich verschiedene Datengruppen unterscheiden, die sich auf Grund der Aufspaltung des Tonsignals in verschiedene Frequenz­ anteile ergeben. Eine Datengruppe stellt dabei einen bestimmten Anteil des Tonsignals (z. B. Teilband oder Gruppe von Spektrallinien) dar, der mit einer individuellen, momentan entsprechend der Psychoakustik erforderlichen Genauigkeit codiert ist und daher eine variable Länge aufweist. Die verwendete Anzahl von Binärstellen und damit die Lage der jeweiligen Datengruppe wird für jede Datengruppe getrennt in einer speziellen Steuerinformation übertragen. Diese Steuerinformation (Bitallokations-Information, Skalenfaktor-Select- Information) wird zu Beginn eines jeden Datenrahmens vor der Folge von Datengruppen übertragen. Mit Beginn der ersten Datengruppe wird die Anfangsposition der nächsten Datengruppe durch die angegebene Längeninformation bestimmt. Die Rekonstruktion der Tonsignalanteile aus den Datengruppen im Decoder ist nur dann möglich, wenn erstens die Anfangsposition und zweitens die Länge der Datengruppe fehlerfrei übertragen wurde. Ergibt sich auf Grund von Übertragungsfehlern eine falsche Längeninformation für eine Datengruppe, so wird auch die Anfangsposition der nachfolgenden Datengruppen verfälscht. Eine Decodierung des Tonsignals ist dann nicht mehr möglich, da mit großer Wahrscheinlichkeit alle nachfolgenden Datengruppen des Datenrahmens nicht mehr identifiziert werden können. Falls der Decoder eine fehlerhafte Steuerinformation nicht erkennt, entsteht in dem Zeitabschnitt, der dem gestörten Datenrahmen zugeordnet wird, ein in der Regel sehr lautes, äußerst störendes Tonsignal, da die Wahrscheinlichkeit sehr groß ist, daß die für die Lautheit signifikanten Bits einer Datengruppe durch die verfälschte Position vollständig verändert sind. Aus diesem Grund muß die Steuerinformation wirkungsvoll gegen Übertragungsfehler geschützt werden und es müssen nicht-korrigierbare Fehler oder falsch korrigierte Fehler erkannt werden. Bekanntlich gibt es jedoch für Fehlerschutz- und Fehlererkennungs­ maßnahmen Überlastungsgrenzen; sind diese überschritten, können Fehler nicht mehr erkannt werden. Die Überlastungsgrenzen können nur durch eine starke Erhöhung der Redundanz (d. h., der Datenrate) erhöht werden. Dennoch steigt mit der Anzahl der Übertragungsfehler die Wahrscheinlichkeit, daß Mehrfachfehler nicht erkannt und/oder falsch korrigiert werden.

Aus der EP 289 080 A1 ist es bereits bekannt, Bitzuordnungsmittel vorzusehen, welche entsprechend einer Blocklänge Bits zuordnen. Ferner sind Vergleichsmittel vorgesehen, um innerhalb eines Zuordnungsrahmens charakteristische Parameter mit betreffenden Schwellwerten zu vergleichen.

Es ist ferner aus der DE 33 42 638 C2 bekannt, in einem Datenstrom, dessen Bits zu Datenblöcken zusammengefaßt sind, jedem Datenblock ein Prüfbit hinzuzufügen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Fehlererkennungs­ verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß mit hoher Sicherheit eine nach oben unbegrenzte Anzahl von Übertragungsfehlern erkannt und dennoch ein geringerer Aufwand an Redundanz erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß Fehler in der Steuerinformation sich auf eine bestimmte Endstelle einer in der Länge variierenden Datengruppe beziehen und sich auf alle nachfolgenden Datengruppen auswirken. Die Endstelle einer ausgewählten Datengruppe wird nun zusätzlich überwacht, nämlich durch die Übertragung einer Prüfinformation, derart, daß ein "Zeiger" auf die Endstelle der ausgewählten Datengruppe zu der Steuerinformation hinzugefügt wird, welcher sich aus dem Zählerstand eines mit Beginn des Datenrahmens gestarte­ ten, coderseitigen Bitzählers ergibt. Bei der Decodierung des Datenrahmens werden wie üblich die einzelnen Datengruppen entschlüsselt. Bei Auftreten der ausgewählten Datengruppe in dem Datenrahmen wird aus dem Zählerstand eines mit Beginn des betreffenden Datenrahmens gestarteten, decoderseitigen Bitzählers eine IST-Prüfinformation abgeleitet. Entspricht die IST-Prüfinformation hierbei der übertragenen Soll-Prüfinformation so wird von einer fehlerfreien Übertragung ausgegangen. Andernfalls ist ein Übertragungsfehler in der Steuerinformation oder in der Prüfinformation aufgetreten, wobei hier die Fehler in der Steuerinformation für alle Datengruppen, die vor der ausgewählten Datengruppe übertragen werden, berücksichtigt werden. Beispielsweise wird der als gestört erkannte Datenrahmen nicht wiedergegeben; für den betreffenden Zeitabschnitt kann eine Stummschaltung oder die Einfügung anderer Signalabschnitte vorgesehen werden, wie dies beispielsweise in der DE 36 38 922 A1 beschrieben ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit wachsender Anzahl von Übertragungsfehlern die Wahrscheinlichkeit sinkt, daß die ausge­ wählte Datengruppe an derjenigen Stelle im Datenrahmen erwartet wird, die mit der Prüfinformation übereinstimmt. Somit gibt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Überlastung der Fehlererkennung. Das erfindungsgemäße Verfahren führt vielmehr dazu, daß mit steigender Anzahl von Datengruppen innerhalb eines Datenrahmens und mit steigender Anzahl von Möglichkeiten für die variierende Länge einer Datengruppe, d. h., mit steigender Empfindlichkeit der Steuerinformation, die Wahrscheinlichkeit für nicht erkannte Übertragungs­ fehler stark sinkt bzw. zu Null geht und zwar ohne Erhöhung der Redundanz für die Übertragung der Prüfinformation.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den Aufbau zweier aufeinanderfolgender Datenrahmen 10, 20 eines digitalisierten, bitsparend codierten Tonsignals mit Datengruppen 13a-13n und 23a-23m variierender Länge. Die aufeinanderfolgenden Datenrahmen 10, 20 werden in dem empfan­ genen Datenstrom identifiziert und individuell decodiert. Eine am Anfang jedes Datenrahmens 10, 20 übertragene Steuerinformation 11 bzw. 21 gibt an, welche Länge (d. h., wie viele Bits) jede, in dem betreffenden Datenrahmen 10 bzw. 20 übertragene Datengruppe 13a-13n bzw. 23a-23m beansprucht, wobei eine Länge von Null Bits bedeutet, daß die betreffende Datengruppe nicht übertragen wird. Wie schon erwähnt, repräsentiert jede Datengruppe 13a-13n, 23a-23m einen bestimmten Anteil des digitalisierten Tonsignals, z. B. ein Teilband im Falle einer Teilbandcodierung oder eine Spektralliniengruppe im Falle einer Transformationscodierung, wobei dieser Anteil entsprechend psychoakustischen Erfordernissen unter Ausnutzung von Verdeckungseffekten durch die Mithör­ schwelle mit unterschiedlicher Anzahl von Bits übertragen wird. Hieraus resultiert eine variierende Länge der einzelnen Datengruppen 13a-13n, 23a- 23m.

Für die Erkennung von Übertragungsfehlern in der Steuerinformation 11 bzw. 21 wird für alle Datenrahmen festgelegt, daß die k-te Datengruppe 13k bzw. 23k als ausgewählte Datengruppe überprüft wird. Hierzu wird zusätzlich zur Steuerin­ formation 11 bzw. 21 eine Prüfinformation 12 bzw. 22 in jedem Datenrahmen 10 bzw. 20 übertragen, die in einer geeigneten Darstellungsgenauigkeit den Zählerstand repräsentiert, den ein coderseitiger Bitzähler, der mit Beginn des zugeordneten Datenrahmens 10 bzw. 20 gestartet wurde, am Ende der ausgewähl­ ten Datengruppe 13k bzw. 23k aufweist. Bei der Decodierung des Datenrahmens 10 bzw. 20 wird eine Datengruppe nach der anderen entschlüsselt, wobei so viele Bits pro Datengruppe gelesen werden, wie die Steuerinformation für diese betreffende Datengruppe angibt. Auf diese Weise lassen sich in dem Datenrahmen 10 bzw. 20 die einzelnen Datengruppen auffinden, woraus gleichzeitig verständlich wird, weshalb die Erkennung von Übertragungsfehlern in der Steuerinformation 11 bzw. 21 für die Decodierung so entscheidend ist. Tritt die ausgewählte Datengruppe 13k bzw. 23k in dem betrachteten Daten­ rahmen 10 bzw. 20 auf, wird ein decoderseitiger Bitzähler, der ebenso wie der coderseitige Bitzähler mit Beginn des jeweiligen Datenrahmens 10 bzw. 20 gestartet wurde, angehalten. Der erreichte Zählerstand des decoderseitigen Bitzählers wird ausgelesen und hieraus ein IST-Wert der Prüfinformation gebil­ det, der mit dem übertragenen SOLL-Wert der Prüfinformation 12 bzw. 22 verglichen wird. Für den Fall, daß die ausgewählte Datengruppe nicht in dem Datenrahmen auftritt (= Länge Null), wie dies für die Datengruppe 23k in dem Datenrahmen 20 veranschaulicht ist, so ist das Ende der Datengruppe 23k mit dem Anfang der ausgewählten Datengruppe 23k identisch. Stimmt der IST-Wert der decoderseitig abgeleiteten Prüfinformation mit dem übertragenen SOLL-Wert der empfangenen Prüfinformation 12 bzw. 22 innerhalb eines Toleranzbereiches überein, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit ein Übertragungsfehler in der Steuerinformation 11 bzw. 21 und in der Prüfinformation 12 bzw. 22 ausgeschlossen werden. Ein auf diese Weise erkannter Übertragungsfehler kann zur Signalisierung eines defekten Datenrahmens verwendet werden, wodurch beispielsweise eine Verschleierungsmaßnahme dahin ausgelöst wird, daß der betreffende, defekte Datenrahmen stummgeschaltet und gegebenenfalls durch einen gleichzeitig empfangenen Datenrahmen des stereofonen Nachbarkanals oder durch einen vorangegangenen Datenrahmen desselben Kanals ersetzt wird.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß die Datengruppen 13a-13n, 23a-23m mit ihren Bits sequentiell übertragen werden, so wie dies in der Figur dargestellt ist. Vielmehr können die Datengruppen auch nach einem beliebigen Multiplex ineinander verschachtelt übertragen werden, wobei es in diesem Falle lediglich erforderlich ist, die Prüfinformation 12 bzw. 22 auf ein ganz bestimmtes Bit der ausgewählten Datengruppe 13k bzw. 23k zu beziehen. Decoderseitig wird in diesem Falle nicht auf das Ende der ausgewählten Datengruppe 13k bzw. 23k gelauert, sondern nur auf dieses bestimmte Bit der ausgewählten Datengruppe. Im Normalfalle handelt es sich bei diesem bestimmten Bit der ausgewählten Datengruppe 13k bzw. 23k um das letzte Bit. Die erwähnte Verschachtelung der Datengruppen in jedem Datenrahmen erfolgt natürlich nach einem festgelegten Muster, welches dem Decoder bekannt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit einem Teilband-Quellcodierungs­ verfahren getestet und hat sich mit einem Aufwand von 4% Redundanz bezogen auf die Steuerinformation als äußerst wirkungsvoll und robust erwiesen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erkennen von Übertragungsfehlern eines digitalisierten, bitsparend codierten Tonsignals, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Tonsignal, welches aus einer Folge von Datenrahmen besteht, von denen jeder Datenrahmen

• - eine Folge von Datengruppen variierender Länge, und
• - eine Steuerinformation über die Bitanzahl in den einzelnen Datengruppen

umfaßt,

coderseitig jeder Datenrahmen zusätzlich mit einer Prüfinformation über die variierende Position einer ausgewählten Datengruppe oder eines bestimmten Bits der ausgewählten Datengruppe versehen wird, wobei die variierende Position durch eine Zahl beschrieben wird, die sich durch eine Bitzählung ergibt, welche mit jedem Datenrahmen neu gestartet wird, und decoderseitig folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• a) auf Grund der empfangenen Steuerinformation wird das Auftreten der ausgewählten Datengruppe bzw. des bestimmten Bits der ausgewählten Datengruppe in jedem Datenrahmen detektiert;
• b) zum Zeitpunkt der Detektion der ausgewählten Datengruppe bzw. des bestimmten Bits der ausgewählten Datengruppe wird die in dem betreffenden Datenrahmen übertragene und ausgelesene Soll- Prüfinformation mit einer IST-Prüfinformation verglichen, die aus dem Stand eines decoderseitigen Zählers abgeleitet wird, welcher mit jedem Datenrahmen neu gestartet wird und die empfangenen Datenbits zählt, und
• c) ein von einem Toleranzfenster abweichendes Vergleichsergebnis signalisiert einen Übertragungsfehler in der Steuerinformation des betreffenden Datenrahmens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei oder mehrere ausgewählte Datengruppen jeweils eine gesonderte Prüfinfor­ mation in dem Datenrahmen enthalten ist und daß für jede Prüfinfor­ mation ein Vergleich durchgeführt wird.