DE4208995A1 - Verfahren zum Übertragen oder Speichern digitalisierter mehrkanaliger Tonsignale - Google Patents

Description

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

Zum Übertragen digital codierter mehrkanaliger (mindestens stereophoner) Tonsignale über Rundfunkkanäle oder andere störbehaftete Kanäle wird ein relativ hoher Bitfehlerschutz sendeseitig angestrebt, um auch einen Empfang unter schlechten Übertragungsbedingungen, beispielsweise durch Abschattungen bei mobilem Empfang, zu gewährleisten. Dies erfordert eine entsprechend hohe Redundanz der zu übertragenen Binärstellen des digital codierten Signals, was mit hohen Datenraten verbunden ist. Zur Verringerung der Datenrate werden meist vor der Kanalcodierung bitsparende Quellcodierungen eingesetzt, welche auf einer Redundanz- und Irrelevanzverringerung beruhen. Bei solchen bitsparenden Quellcodierungen wird das digital abgetastete Tonsignal z. B. unter Verwendung einer Filterbank in Teilbandabtastwerte und/oder z. B. unter Verwendung einer Fourier-Transformation in den Frequenzbereich in spektrale Abtastwerte umgesetzt. Zusätzlich zu den Abtastwerten können Zusatz- und Steuerinformationen wie Skalenfaktoren, Skalenfaktorselektierungsinformationen und Bitzuweisungsinformationen für die Übertragung anfallen, d. h. es müssen aufeinanderfolgende Informationseinheiten unterschiedlichen Inhaltes übertragen werden. Bitfehler einzelner Binärstellen unterschiedlicher Informationseinheiten erzeugen je nach Binärstelle und Informationseinheit eine unterschiedliche subjektive Störwirkung beim Hörer. So kann z. B. eine gestörte Bitzuweisungsinformation im Rundfunkkanal kurzzeitig zu einem völligen Ausfall auf der Wiedergabeseite führen, da ein empfangsseitiger Quelldecoder die empfangenen encodierten Abtastwerte nicht mehr decodieren kann, was z. B. zu einer Stummschaltung des Tonsignals von einer bestimmten Dauer führen kann. Diese Steuerinformationen müssen deshalb erheblich stärker geschützt werden als die encodierten Abtastwerte. Ein Bitfehler einer geringwertigen Binärstelle eines encodierten Abtastwertes kann vom Hörer nur sehr schwer und manchmal sogar überhaupt nicht wahrgenommen werden.

Aus der DE 38 05 169 C2 ist es bekannt, daß die zu übertragenden encodierten Tonsignaldaten entsprechend ihrer im Fehlerfall erzeugten subjektiven Störwirkung mit einem variablen Bitfehlerschutz versehen werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Störung einer bestimmten Binärstelle eines bestimmten Informationsblocks der zu übertragenden Daten zu einer bestimmten Störwirkung führt. Im Falle von zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen sind zunächst die weniger wichtigen Binärstellen der weniger wichtigen Informationsblöcke gestört, da sie mit einem geringen Fehlerschutz versehen werden. Mit zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen werden immer wichtigere Binärstellen gestört. Bei diesem Verfahren wird weiter davon ausgegangen, daß man die empfangenen encodierten Tonsignaldaten entweder decodieren kann oder nicht. Eine Fehlerverschleierung der gestörten Daten, die die subjektive Störwirkung herabsetzen würde, wird dabei nicht berücksichtigt. Ferner wird davon ausgegangen, die zu einem Programm gehörenden Kanäle quantitativ gleich zu schützen.

Aus der älteren Patentanmeldung P 41 11 131.1 ist es bekannt, daß bei der gestörten Übertragung von encodierten Tonsignalen verschiedene Möglichkeiten zur Anwendung von Fehlerverschleierungstechniken bestehen, derart, daß gestörte Teilbänder oder Spektralwerte gezielt verschleiert werden und dadurch die subjektive Störwirkung herabgesetzt wird. Zum Beispiel können bei einer stereophonen Übertragung gestörte spektrale Bereiche des linken Kanals durch ungestörte spektrale Bereiche des rechten Kanals ersetzt werden. Es kann auch, wie aus der DE 36 38 922 C2 bekannt ist, einer oder mehrere vollständige Informationsblöcke eines Kanals durch einen anderen Kanal komplett ersetzt werden. Dafür ist ein Zeitversatz der zu übertragenen Kanäle notwendig, um für den Fall einer Übertragungsstörung zu gewährleisten, daß die Kanäle an zeitlich nicht gleichen Stellen gestört sind. Dies führt zu einer in vielen Anwendungsfällen nicht gewünschten Verzögerung des zu übertragenen Signals und somit zu einer Komplexitätserhöhung im Hinblick auf den notwendigen Speicherbedarf zur decoderseitigen Kompensierung des Zeitversatzes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß eine zusätzliche zeitliche Verzögerung zwischen den einzelnen Tonkanälen ohne Beeinträchtigung von Fehlerverschleierungsmöglichkeiten vermieden und damit der decoderseitige Aufwand verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, den Fehlerschutz der einzelnen Tonkanäle unterschiedlich zu gestalten, so daß die Störungswirkung auf die einzelnen Tonkanäle unterschiedlich ist. Dies erlaubt es, stark gestörte Abschnitte von Tonkanälen durch weniger gestörte, zeitgleiche Abschnitte anderer Tonkanäle zu ersetzen und auf diese Weise zu einer effektiven Fehlerverschleierung zu gelangen. Ein Zeitversatz der einzelnen Tonkanäle entfällt, so daß decoderseitig keine aufwendigen Speichereinheiten zur Kompensierung eines solchen Zeitversatzes erforderlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Encoders zur encoderseitigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2a-2c schematisch Darstellungen aufeinanderfolgender, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzter Informationsblöcke mit drei verschiedenen Aufteilungen des angewendeten variablen Bit-Fehlerschutzes.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel geht von folgenden Systemvoraussetzungen aus:

• - Das stereophone Tonsignal besteht aus den zwei Kanälen "links" und "rechts";
• - das stereophone Tonsignal ist bitsparend quellcodiert;
• - es handelt sich bei der Quellcodierung um eine Teilbandcodierung, und ein Informationsblock besteht aus drei Informationseinheiten, nämlich einer Steuerinformation und zwei Gruppen von Teilband-Abtastwerten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Encoder werden die beiden Kanäle 1 und 2 des stereophonen Tonsignals jeweils einer Analog/Digital-Wandlungsstufe 10, 20 zugeführt. Die digitalisierten Tonkanäle 11, 21 werden in Stufen 30, 40 einer datenreduzierenden Quellcodierung und einer Signalanalyse unterzogen, wobei die Signalanalyse in der Stufe 40 aus Auto- und/oder Kreuzkorrelation und/oder Mithörschwellenbestimmung und/oder binauraler Mithörschwellenbestimmung bestehen kann. Das Verfahren arbeitet auch mit Signalen, die nicht bitratenreduziert sind. Für die Signalanalyse kann auch die Datenrate 32 des quellcodierten Tonsignals 31 herangezogen werden. Aus der Signalanalyse wird am Ausgang der Stufe 40 eine Kontrollinformation 41 abgeleitet, die einem der Stufe 30 (Quellcoder) nachgeschalteten Kanal-Encoder 50 eine Anweisung hinsichtlich der Aufteilung des zur Verfügung stehenden Fehlerschutzes auf die zu übertragenden Tonkanäle gibt. Der Kanal-Encoder 50 fügt dem encodierten Tonsignal 31 den entsprechend der Kontrollinformation 41 anzuwendenden Fehlerschutz hinzu und liefert das resultierende Ausgangssignal 51 z. B. an einen nicht dargestellten Hörfunksender. Das Verfahren kann auch ohne eine Kontrollinformation 41 arbeiten, indem der Kanal-Encoder eine feste Aufteilung des Fehlerschutzes auf die Kanäle des zu übertragenden Tonsignals anwendet.

Die Fig. 2a, b und c zeigen mögliche Verteilungen des Fehlerschutzes auf die Kanäle des zu übetragenden Tonsignals. Die beiden Kanäle 1, 2 des Tonsignals bestehen aus den aufeinanderfolgenden Informationsblöcken 100, 110, 120 bzw. 200, 210, 220.

Fig. 2a zeigt das für die beiden Kanäle 1, 2 unterschiedlich gewählte Maß für den Fehlerschutz bzw. der Redundanz 300, 310, 320 bzw. 400, 410, 420, wobei die Redundanz je Kanal über alle Informationsblöcke konstant gewählt ist.

Fig. 2b zeigt eine sich von Informationsblock zu Informationsblock ändernde unterschiedliche Verteilung der Redundanz 500, 510, 520 bzw. 600, 610, 620 auf die Kanäle des zu übertragenden Tonsignals, wobei wiederum der Vergleich beider Kanäle 1, 2 zeigt, daß die einzelnen Kanäle mit jeweils unterschiedlicher Redundanz geschützt sind.

In der Fig. 2c sind die aufeinanderfolgenden Informationsblöcke der einzelnen Kanäle in jeweils drei Informationseinheiten aufgeteilt: Steuerinformation 101 bzw. 201 und zwei Teilbandgruppen 102, 103 bzw. 202, 203. Die Figur zeigt eine sich von Informationseinheit zu Informationseinheit ändernde unterschiedliche Verteilung der Redundanz 301, 302, 303 bzw. 401, 402, 403. Während im Kanal 1 für jeden Informationsblock eine identische Abstufung der Redundanz 301, 302, 303 je Informationseinheit vorgesehen ist (mit dem höchsten Schutz für die besonders fehlerempfindliche Steuerinformation 101), sind im Kanal 2 bei dem ersten Informationsblock alle drei Informationseinheiten gleichförmig geschützt. Bei dem zweiten Informationsblock des Kanals 2 ist dagegen die Informationseinheit 203 geringer geschützt als die beiden anderen, in gleicher Weise geschützten Informationseinheiten 201, 202. Bei dem dritten Informationsblock des Kanals 2 ist die erste Informationseinheit 201 (Steuerinformation) wesentlich besser geschützt als die beiden anderen, in gleicher Weise geschützten Informationseinheiten 202 und 203. Ein derartiger, von Informationsblock zu Informationsblock desselben Kanals variierender und in sich abgestufter Bitfehlerschutz gemäß Fig. 2c hat gegenüber einer Kanalcodierung gemäß Fig. 2a und 2b den besonderen Vorteil, daß auf die Signaleigenschaften flexibel eingegangen werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Übertragen oder Speichern eines aus einer Folge von Informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten Tonsignals mit n Tonkanälen (n < =2, z. B. links und rechts), wobei encoderseitig das Tonsignal einer entsprechend dem gewünschten Fehlerschutz bemessenen Kanalcodierung unterzogen wird und decoderseitig eine vom Fehlerschutz abhängige Fehlererkennung und ggf. eine Fehlerkorrektur bzw. Fehlerverschleierung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß encoderseitig für die einzelnen im wesentlichen simultan übertragenen Tonkanäle ein variabler Bit-Fehlerschutz in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Bedeutung der einzelnen Tonkanäle hinsichtlich der subjektiven Wiedergabequalität des Tonsignals vorgesehen wird und daß decoderseitig solche Abschnitte eines Tonkanals, welche nicht mehr fehlerkorrigierbar sind, durch zeitgleiche, im wesentlichen korrigierte Abschnitte eines anderen, mit höherem Fehlerschutz versehenen, Tonkanals ersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des variablen Bit-Fehlerschutzes der einzelnen Tonkanäle zueinander blockweise festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine blockweise unterschiedliche Festlegung des Verhältnisses des variablen Bit-Fehlerschutzes der einzelnen Tonkanäle zueinander erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die einzelnen Informationsblöcke aus aufeinanderfolgenden Informationseinheiten unterschiedlichen Informationsinhaltes, wie Steuerinformation, Skalenfaktorinformationen sowie Informationen über die aus einer Teilband und/oder Transformations-Quellcodierung abgeleiteten, encodierten Abtastwerte, bestehen, wobei die einzelnen Informationsblöcke mit einem unterschiedlichen Fehlerschutz versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des variablen Fehlerschutzes der einzelnen Informationseinheiten zueinander für die einzelnen Tonkanäle unterschiedlich gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedliche Fehlerschutz in Abhängigkeit von den Signaleigenschaften des Tonsignals bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedliche Fehlerschutz in Abhängigkeit von der zur Tonsignalübertragung bzw. -speicherung benutzten Datenrate bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedliche Fehlerschutz in Abhängigkeit von der momentanen Auto- und/oder Kreuzkorrelation des Tonsignals bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedliche Fehlerschutz in Abhängigkeit von der momentanen Maskierungsschwelle des Tonsignals bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedliche Fehlerschutz in Abhängigkeit von der momentanen, binauralen Maskierungsschwelle des Tonsignals bestimmt wird.