WO1993008656A1 - Verfahren zum übertragen oder speichern eines aus einer folge von informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten tonsignals über störbehaftete kanäle - Google Patents

Verfahren zum übertragen oder speichern eines aus einer folge von informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten tonsignals über störbehaftete kanäle Download PDF

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    • H04H60/07—Arrangements for generating broadcast information; Arrangements for generating broadcast-related information with a direct linking to broadcast information or to broadcast space-time; Arrangements for simultaneous generation of broadcast information and broadcast-related information characterised by processes or methods for the generation

Definitions

  • the invention relates to a ner driving according to the preamble of claim 1.
  • a ner driving is known from the earlier patent application P 41 11 131.1.
  • bit-saving source codes are usually used before the channel coding, which are based on a reduction in redundancy and irrelevance.
  • the digitally sampled audio signal is processed using a filter bank
  • sampled values 25 subband samples and / or converted to spectral samples using a frequency domain transform.
  • additional and control information such as, for example, scale factors, scale factor selection information and bit allocation information
  • Binary digits within an information block produce a different subjective interference effect on the listener.
  • the disruption of a bit assignment in the radio channel can briefly lead to a complete failure on the playback side and thus to a muting of the audio signal of a certain duration.
  • This control information must therefore be protected considerably more than the encoded samples.
  • the listener can only perceive a bit error of a small binary position of the encoded sample with difficulty and sometimes even not at all.
  • the object of the invention is to provide, in a method of the type mentioned at the outset, a channel coding which is optimized with regard to minimal subjective interference, minimum data rate and maximum error protection.
  • the invention is based on the consideration of using the different meaning of the information units within each information block for a continuously graduated, variable error protection in such a way that certain interference patterns result from transmission disturbances, which can be determined by suitable ones
  • Fig. 1 is a schematic representation of a in the invention
  • Method used information block which consists of a sequence of nine information units with different error protection
  • Fig. 2 is a schematic representation similar to that in Fig. 1 for a alternative embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the two channels of a stereophonic audio signal which is channel-coded according to the inventive method according to FIG. 2 after channel decoding.
  • a sub-band method is used as the source coding method, in which the frequency band of the digitized audio signal is split into a plurality of sub-bands. Each subband is assigned to one of six subband groups. The bit allocation and thus data reduction of the sample values of each subband is carried out according to psychoacoustic aspects (monitoring threshold calculation). The peak value of the amount of these samples is determined in each sub-band for a certain number of consecutive samples and is quantified as a so-called "scale factor" and recorded together with the data-reduced ones
  • Such a data-reduced, channel-coded audio signal 1 is shown schematically in the figure and consists of a large number of successive information blocks 10.
  • the information blocks 10 are preferably of the same length and each comprise a sequence of nine information units 11 to 19 in the example shown.
  • the nine information units 11 to 19 contain the following information in accordance with the source coding scheme under consideration: Unit 11 bit allocation information
  • Unit 12 scale factor selection information
  • the individual information units 11 to 19 are assigned a varying bit error protection 21 to 29 during the channel coding.
  • the bit allocation information 11 and the scale factor selection information 12 require a high level of error protection 21 and 22, respectively, since bit errors within these information units can lead to a complete destruction of the audio signal at the output of the source decoder. Since disrupted scale factors 13 subjectively are extremely disruptive, they also require a relatively high level of error protection 23.
  • Subband groups No. 1 to No. 6, which are shown as information units 14 to 19, are treated differently with regard to their error protection 24 to 29.
  • the subband samples of the subbands of the lower frequency range are in the information unit 14, those of the highest frequency range to be transmitted are in the information unit 19.
  • FIG. 2 An application of this better error detection is shown in FIG. 2 using a two-channel, stereophonic audio signal. In each of the two channels No. 1 and No. 2, three successive information blocks 110, 120, 130 and 210, 220, 230 are illustrated. Each of these blocks, as shown for block 10 in FIG. 1, consists of nine information units.

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Abstract

Digitalisierte encodierte Tonsignale, die zum Übertragen über störbehaftete Kanäle vorgesehen sind, bestehen aus einer Folge von Informationsblöcken aus Informationseinheiten unterschiedlichen Informationsinhaltes, wie Steuerungsinformationen, Skalenfaktorinformationen sowie Informationen über die aus einer Teilband- und/oder Transformations-Quellencodierung abgeleiteten, encodierten Abtastwerte. Die Einheiten für die Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte sind einer bestimmten spektralen Struktur zugeordnet. Das encodierte Tonsignal wird von einer Übertragung oder Speicherung einer entsprechend dem gewünschten Fehlerschutz bemessenen Kanalcodierung unterzogen, wobei im Falle einer Fehlererkennung eine Fehlerkorrektur und bei nicht korrigierbaren Fehlern eine Fehlerverschleierung erfolgt. Für die Kanalcodierung der Einheiten der Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte wird ein variabler Bit-Fehlerschutz in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Zuordnung der einzelnen Informationseinheiten zu einer bestimmten spektralen Struktur vorgesehen, dahingehend, daß Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von tieferfrequenten Tonsignalanteilen einen höheren Bit-Fehlerschutz erhalten als Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von höherfrequenten Tonsignalanteilen. Der für die einzelnen Informationseinheiten zu wählende variable Fehlerschutz wird ferner in Abhängigkeit von der nach subjektiven Kriterien zulässigen Dauer und Häufigkeit einer angewendeten Fehlerverschleierung bestimmt.

Description

Verfahren zum übertragen oder Speichern eines aus einer Folge von Informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten Tonsignals über störbehaftete Kanäle
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Nerfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Nerfahren ist aus der älteren Patentanmeldung P 41 11 131.1 bekannt.
Zum Übertragen digital codierter Tonsignale über Rundfunkkanäle oder andere störbehaftete Kanäle wird ein relativ hoher Bit-Fehlerschutz 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 übertragenden
20 Binärstellen des digital codierten Signals, was mit hohen Datenraten verbunden ist. Zur Verringerung der Datenrate werden meist vor der Kanalcodierung bitsparende Quellencodierungen eingesetzt, welche auf einer Redundanz- und Irrelevanz-Verringerung beruhen. Bei solchen bitsparenden Quellcodierungen wird das digital abgetastete Tonsignal unter Verwendung einer Filterbank in
25 Teilband-Abtastwerte und/oder unter Verwendung einer Transformation in den Frequenzbereich in spektrale Abtastwerte umgesetzt. Zusätzlich zu den Abtastwerten werden Zusatz- und Steuerinformationen, wie beispielsweise Skalenfaktoren, Skalenfaktor-Selektierungsinformationen und Bitzuweisungs¬
•30 informationen übertragen, d.h. , es müssen aufeinanderfolgende Informationseinheiten unterschiedlichen Inhaltes übertragen werden, wobei eine Folge solcher Informationseinheiten zu einem Informationsblock (auch "Informationsrahmen" genannt) zusammengefaßt ist. Bit-Fehler einzelnen
35 - Z
Binärstellen innerhalb eines Informationsblockes erzeugen eine unterschiedlich subjektive Störwirkung beim Hörer. So kann beispielsweise die Störung einer Bit- Zuweisung im Rundfunkkanal kurzzeitig zu einem völligen Ausfall auf der Wiedergabeseite und damit zu einer Stummschaltung des Tonsignals von einer bestimmten Dauer fuhren. Diese Steuerinformationen müssen deshalb erheblich stärker geschützt werden als die encodierten Abtastwerte. Für den Fehlerschutz der encodierten Abtastwerte gilt, daß ein Bitfehler einer geringwertigen Binärstelle des encodierten Abtastwertes vom Hörer nur schwer und manchmal sogar überhaupt nicht wahrgenommen werden kann.
Aus der DE 38 05 169 C2 ist es bekannt, einen variablen Bitfehlerschutz vorzusehen, welcher an die variierende Bedeutung der einzelnen Binärstellen jedes Informationsblockes angepaßt wird. Im Falle von zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen sind zunächst die weniger wichtigen Binärstellen des Informationsblockes gestört, da diese Binärstellen einen geringeren Fehlerschutz erhalten als die höherwertigen Binärstellen. Mit zunehmend schlechter werdenden Übertragungsbedingungen werden immer wichtigere Binärstellen gestört, wobei die subjektive Störwirkung mit "wahrnehmbar", "leicht störend" bis hin zu "unangenehm störend" beschrieben werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß nur eine Fehlerkorrektur der empfangenen, encodierten Tonsignaldaten möglich ist, nicht dagegen eine Fehlerverschleierung, so daß relativ große subjektive Störwirkungen auftreten können.
Aus der älteren Patentanmeldung P 41 11 131.1 ist es bekannt, gestörte Teilbänder oder Spektralwerte gezielt zu verschleiern und dadurch die subjektive Störwirkung herabzusetzen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art eine Kanalcodierung anzugeben, welche hinsichtlich minimaler subjektiver Störwirkung, minimaler Datenrate und maximalem Fehlerschutz optimiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die unterschiedliche Bedeutung der Informationseinheiten innerhalb jedes Informationsblockes derart für einen kontinuierlich abgestuften, variablen Fehlerschutz auszunutzen, daß sich bei Übertragungsstörungen bestimmte Störmuster ergeben, die sich durch geeignete
Techniken gut verschleiern lassen. Durch die Zulassung dieser Fehlermuster kann die Datenrate für die Übertragung reduziert werden, da weniger Daten als beim Stand der Technik für einen ausreichenden Fehlerschutz benötigt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren benutzten Informationsblockes, welcher aus einer Folge von neun Informationseinheiten mit unterschiedlichem Fehlerschutz besteht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich wie in Fig. 1 für ein alternatives Ausführungsbeispiels, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der beiden Kanäle eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Fig. 2 kanalcodierten, stereophonen Tonsignals nach erfolgter Kanaldecodierung.
Im Folgenden wird angenommen, daß als Quellcodierungsverfahren ein Teilbandverfahren benutzt wird, bei dem das Frequenzband des digitalisierten Tonsignals in eine Vielzahl von Teilbändern aufgespalten wird. Jedes Teilband wird einer von sechs Teilbandgruppen zugeordnet. Die Bitzuweisung und damit Datenreduktion der Abtastwerte jedes Teilbandes erfolgt entsprechend psychoakustischen Gesichtspunkten (Mithörschwellenberechnung). Dabei wird in jedem Teilband für eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte der Spitzenwert des Betrages dieser Abtastwerte bestimmt und als sogenannter "Skalenfaktor" quantϊsiert festgehalten sowie zusammen mit den datenreduzierten
Abtastwerten sowie der Bitzuweisungsϊnformation einer Kanalcodierung unterzogen. Zusätzlich zu den Skalenfaktoren kann eine Selektierungsinformation für die unbedingt notwendigen Skalenfaktoren übertragen werden, um die Anzahl der zu übertragenden Skalenfaktoren und damit die Datenmenge weiter zu reduzieren. In der Figur ist ein derartiges, datenreduziertes, kanalcodiertes Tonsignal 1 schematisch dargestellt, welches aus einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Informationsblöcken 10 besteht. Die Informationsblöcke 10 sind vorzugsweise gleich lang und umfassen im gezeigten Beispielsfalle jeweils eine Folge von neun Informationseinheiten 11 bis 19. Die neun Informationseinheiten 11 bis 19 enthalten entsprechend dem betrachteten Quellcodierungsschema folgende Information: Einheit 11 Bitzuweisungsinformation
Einheit 12 Skalenfaktor-Selektierungsinformation
Einheit 13 Skalenfaktoren
Einheit 14 Teilbandgruppe Nr. 1
Einheit 15 Teilbandgruppe Nr. 2
Einheit 16 Teilbandgruppe Nr. 3
Einheit 17 Teilbandgruppe Nr. 4
Einheit 18 Teilbandgruppe Nr. 5
Einheit 19 Teilbandgruppe Nr. 6.
Erfindungsgemäß wird den einzelnen Informationseinheiten 11 bis 19 ein variierender Bitfehlerschutz 21 bis 29 bei der Kanalcodierung zugewiesen. Die Bitzuweisungsinformation 11 und die Skalenfaktor-Selektierungsinformation 12 benötigen einen hohen Fehlerschutz 21 bzw. 22, da Bitfehler innerhalb dieser Informationseinheiten zu einer völligen Zerstörung des Tonsignals am Ausgang des Quellen-Decoders führen können. Da gestörte Skalenfaktoren 13 subjektiv äußerst störend wirken, benötigen sie ebenfalls einen relativ hohen Fehlerschutz 23. Die Teilbandgruppen Nr. 1 bis Nr. 6, die als Informationseinheiten 14 bis 19 dargestellt sind, werden hinsichtlich ihres Fehlerschutzes 24 bis 29 unterschiedlich behandelt. Dabei befinden sich die Teilband-Abtastwerte der Teilbänder des unteren Frequenzbereichs in der Informationseinheit 14, die des höchsten zu übertragenen Frequenzbereichs in der Informationseinheit 19. Den Teilbandgruppen Nr. 1 bis Nr. 6, dargestellt durch die Informationseinheiten 11 bis 19, werden die datenreduzierten Teilbandabtastwerte nach ihrer spektralen Zugehörigkeit zugewiesen. Die Teilbandgruppen erhalten dabei einen von tiefen zu hohen Frequenzen abfallenden, unterschiedlichen Fehlerschutz 24 bis 29. Um Fehler in den Einheiten 14 bis 19 besser erkennen zu können, ist bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 2 zwischen die Informationseinheiten 13 und 14 eine zusätzliche Informationseinheit 40 eingefügt, welche einen zusätzlichen Fehlerschutz 50 für die Einheiten 14 bis 19 im Hinblick auf bessere Fehlererkennung aufweist. Eine Anwendung dieser besseren Fehlererkennung ist in Fig. 2 anhand eines zweikanaligen, stereophonen Tonsignals gezeigt. In jedem der beiden Kanäle Nr. 1 und Nr. 2 sind drei aufeinanderfolgende Informationsblöcke 110, 120, 130 bzw. 210, 220, 230 veranschaulicht. Jeder dieser Blöcke besteht, wie in Fig. 1 für den Block 10 gezeigt ist, aus neun Informationseinheiten. In den Blöcken 110, 130, 220 und 230 sind, wie durch Querschraffur kenntlich gemacht ist, jeweils eine bzw. zwei Informationseinheiten mit Teilband-Gruppeninformation gestört. Diese Störungen lassen sich mit Hilfe des zusätzlichen Fehlerschutzes 50 gemäß Fig. 2 erkennen. Als Beispiel für eine Fehlerverschleϊerung ist in Fig. 3 vorgesehen, daß die jeweils gestörte(n) Einheiten) durch Informationseinheiten entweder
a) im Nachbarkanal ersetzt werden, welche dort zur gleichen Zeit und in derselben Teilbandgruppe vorliegen, oder
b) in demselben Kanal ersetzt werden, welche dort im vorhergehenden Informationsblock in derselben Teilbandgruppe vorliegen. Diese Ersatz¬ bzw. Verschleierungsmöglichkeiten sind in Fig. 3 durch entsprechende Pfeile angedeutet.

Claims

VERFAHREN ZUM ÜBERTRAGEN ODER SPEICHERN EINES AUS EINER FOLGE VON INFORMATIONSBLOCKEN BESTEHENDEN DIGITALISIERTEN, ENCODIERTEN TONSIGNALS ÜBER STÖRBEHAFTETE KANÄLEPATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Übertragen oder Speichern eines aus einer Folge von
Informationsblöcken bestehenden digitalisierten encodierten Tonsignals über störbehaftete Kanäle, wobei die einzelnen Informationsblöcke aus
Informationseinheiten unterschiedlichen Informationsinhaltes, wie Steuerungsinformationen, Skalenfaktorinformationen sowie Informationen über die aus einer Teilband- und/oder Transformations-Quellencodierung abgeleiteten, encodierten Abtastwerte bestehen, von denen die Einheiten für die Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte einer bestimmten spektralen Struktur zugeordnet sind, und bei dem das encodierte Tonsignal einer entsprechend dem gewünschten Fehlerschutz bemessenen Kanalcodierung unterzogen wird, wobei im Falle einer
Fehlererkennung eine Fehlerkorrektur und bei nicht korrigierbaren
Fehlern eine Fehlerverschleierung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kanalcodierung der Einheiten der Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte ein variabler Bit-Fehlerschutz in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Zuordnung der einzelnen Informationseinheiten zu einer bestimmten spektralen Struktur vorgesehen wird, dahingehend, daß Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von tieferfrequenten Tonsignalanteilen einen höheren Bit-Fehlerschutz erhalten als Einheiten für Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte von höherfirequenten Tonsignalanteilen, und daß der für die einzelnen Informationseinheiten zu wählende variable Fehlerschutz femer in Abhängigkeit von der nach subjektiven Kriterien zulässigen Dauer und Häufigkeit einer angewendeten Fehlerverschleierung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Einheiten für die Informationen bezüglich der encodierten Abtastwerte ein kontinuierlich abgestufter Bit-Fehlerschutz für die Kanalcodierung vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich abgestufte Bit-Fehlerschutz in den einzelnen -üiformationseinheiten an den Grenzen jeder Einheit dem Bit-Fehlerschutz der jeweils benachbarten Informationseinheit angepaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Folge der Informationseinheiten bezüglich der encodierten Abtastwerte wenigstens in einer Einheit Informationen bezüglich eines zusätzlichen Fehlerschutzes hinsichtlich erweiterter Fehlererkennung enthalten sind.
PCT/EP1992/002401 1991-10-24 1992-10-20 Verfahren zum übertragen oder speichern eines aus einer folge von informationsblöcken bestehenden digitalisierten, encodierten tonsignals über störbehaftete kanäle WO1993008656A1 (de)

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