DIGITAL SIGNAL TRANSMISSION SYSTEM

Abstract: In a digital signal transmission system, to provide additional error protection and to permit its use for quasi-instantaneous value companding, additional bits are transmitted with protection by a BCH code which are assembled together into scale-factor frames. A programme identifier frame is synchronised by a synchronising word and contains information on the type of stereo or mono programmes being transmitted. Two stereo programmes or four mono programmes or a combination are assembled together and separated from the others by a synchronising word. The synchronising words are also used for synchronising a scale-factor frame. <IMAGE>

Description: Digitales Signalübertragungssystem Die Erfindung betrifft ein digitales Signalübertragungssystem gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus "Digitaler Hörfunk über Rundfunksatelliten, Informationsbroschüre des Bundesministers für Forschung und Technologie", Seite 55 ff., ist ein digitales Übertragungsverfahren bekannt, bei dem 16 Stereo- bzw. 32 Mono-Tonrundfunkprogramme über Satelliten übertragen werden. Die einzelnen Kanäle werden PCM-codiert, jeder Abtastwert wird zu einem Modulationsrahmen zusammengefasst und dann auf einen Träger 4 PSK moduliert. Für eine übertragung von Sender- und Programmart-Kennungsinformation werden bestimmte Bits des Rahmens benutzt und zu neuen Unterrahmen zusammengefasst. Für die Verbesserung der Signalqualität bei digitaler Tonübertragung ist in "Rundfunk Technische Mitteilungen", Jahrgang 27, 1983, Heft 1, Seite 9 ff. ein Quasi-Momentanwert-Kompander beschrieben. Bei einem solchen Kompander werden zunächst eine bestimmte Anzahl von Abtastwerten mit einer Auflösung von z.B. 14 Bit codiert. Sodann wird in Abhängigkeit von höchstwertigen der gespeicherten Codeworte eine entsprechende Quantisierung ausgewählt. Ausgesendet werden dann Codeworte mit einer reduzierten Bitlänge sowie ein Skalenfaktor für den ausgewählten Quantisierungsbereich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem bekannten Mudula- tionsrahmen eine ausreichende Sicherheit für die Rückgewinnung eines Skalenfaktors zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemässen Modulationsrahmen, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 einen Rahmen für den Skalenfaktor, Fig. 4a Unterrahmen für Programmkennung (Ausschnitt) Fig. 4b Unterrahmen für Programmkennung der Programme 1-16 Fig. 4c-4e Unterrahmen für Skalenfaktor der einzelnen Programme 1-16. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemässen Modulationsrahmens. Hierbei wird die gleiche Verschachtelung der durch BCH-Code geschützten Informationsbits verwendet, wie sie in der Deutschen Patentanmeldung P 33 08 025.9 beschrieben ist. Im Gegensatz jedoch zum Modulationsrahmen dieser Anmeldung werden die jeweils 11ten höherwertigen Informationsbits eines Kanals, die durch ein Fehlerkorrektursystem geschützt sind, durch Zusatzbits ersetzt. Diese Zusatzbits sind durch ihre Eingliederung in das Fehlerkorrektursystem hinreichend gegenüber übertragungsfehler geschützt. Bei diesem Modulationsrahmen wird eine Quasimomentanwert-Kompandierung verwendet, bei der insgesamt 13 Informationsbits pro Kanal eines Stereoprogrammes, bzw. pro Monoprogramm übertragen werden. Dabei gibt der Buchstabe den linken L bzw. rechten R Kanal und die Ziffer die Nummer des Stereoprogrammes an. Der Buchstabe Z kennzeichnet ein Zusatzbit. Z2L bedeutet dann: Zusatzbit des linken Kanals des zweiten Stereoprogrammes. Der Aufbau je eines Teilrahmens des Modulationsrahmens sieht wie folgt aus: Zu Beginn werden 16 Bit für Sonderdienste und Synchronisation übertragen. Die Bit haben folgende Zuordnung: 1 Bit Sender- und Programmartkennung, K 4 Bit für Sonderdienste 11 Bits Synchronisation Es folgen bis zur nächsten 16-Bit-Sequenz 2 x 152 Bits für je 4 Stereobzw. 8 Monoprogramme mit folgender Zuordnung: 2 x (10 + 10) Bits geschützte Informationsbits der ungeradzahligen Programme L1-R3 bzw. L5-R7 4 x 1 Bit Zusatzbit für Skalenfaktor dieser ungerad zahligen Programme ZlL-Z3R bzw. Z5L-Z7R 2 x (10 + 10) Bits geschützte Informationsbits der geradzahligen Programme L2, R4 bzw. L6. R8 4 x 1 Bit Zusatzbit für Skalenfaktor dieser geradzahligen Programme Z2L-Z4R bzw. Z6L-Z8R 2 x 19 Bits Fehlerkorrektursystem F1-2 F3-4 bzw. F5-6. F7-8 2 Bits Ergänzungsbits 4 x (3 + 3) Bits ungeschützte Informationsbits der Programme L1-R4 bzw. L5-R8 Bei linear 14-Bit-übertragung pro Kanal erhöht sich die Modulationsrahmenlänge um 16 Bit. Es werden dann 4 Bit pro Kanal ungeschützt übertragen. Zur Verkürzung der Modulationsrahmenlänge ist es jedoch möglich, 4 freie Bits der Sonderdienste und die 4 Ergänzungsbits E1-2 bis E7-8 zu belegen, so dass dann der Modulationsrahmen eine Länge von 2 x 328 Bits aufweist. Zur Ermittlung der Skalenfaktoren für die einzelnen Programme werden innerhalb eines Zeitrahmens von z.B. 1 ms die Höchstwerte eines jeden Kanals ermittelt. Je nach ermitteltem Höchstwert werden die Skalenfaktoren festgelgt. Bei einer Wortlänge von 3 Bits ergeben sich 8 Skalenfaktor-Bereiche. Bei linearer Ubertragung dient der Skalenfaktor als zusätzlicher Fehlerschutz. Ist in dem Zeitraum trotz Fehlerkorrektur und Interpolation ein Abtastwert fehlerhaft und überschreitet dieser Abtastwert die durch den Skalenfaktor vorgegebene Begrenzung, so wird dieser Abtastwert entweder durch den vorangehenden Abtastwert ersetzt oder es wird zwischen den benachbarten, richtigen Abtastwerten interpoliert. Für einen solchen Fall ist eine ungeschützte übertragung des Skalenfaktors ausreichend. Treten eine grössere Anzahl von Abtastwerten auf, die als fehlerhaft gekennzeichnet sind, dient dies als ein Kriterium für einen gestörten Skalenfaktor. In diesem Fall wird auf eine Ausnutzung des Skalenfaktors für die Fehlerkorrektur verzichtet. Bei einer nichtlinearen Übertragung werden die Programme mit 16 Bits codiert und mit 14 Bits übertragen. Der Skalenfaktor dient in diesem Fall zur Regenerierung des 16 Bit-Abtastwertes und muss daher ausreichend geschützt übertragen werden. Dies geschieht durch die Einbindung des Skalenfaktors in einen BCH-Block. Während 1 ms wird der Skalenfaktor 10 mal übertragen und zu einem Rahmen, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, zusammengefasst. Bei einer Bitfolgefrequenz von 32 . 103 bit/sek des Hauptrahmens werden in 1 ms 32 Zusatzbits übertragen. Diese sind in Fig 3 mit Z1 bis Z30 für den linken Kanal L eines Stereoprogrammes bezeichnet, und mit Z31-Z60 für den rechten Kanal R eines Steroprogrammes. Die letzten beiden Bits sind jeweils frei Durch Mehrheitsentscheidung wird ein zusätzlicher Schutz für den Skalenfaktor erzielt. Der am häufigsten auftretende Skalenfaktor eines Rahmens nach Fig. 3 wird zur Auswertung herangezogen. Es werden je 3 Bits, z.B. Z1 + Z2 + Z3, zu einem Skalenfaktor 1-10 zusammengefasst. Die Synchronisierung des Rahmens für den Skalenfaktor wird durch die Synchronisierung des Sender- und Programmartkennungs-Rahmens durchgeführt. Ein zusätzliches Synchronwort ist daher für den Skalenfaktorrahmen nicht erforderlich. Da der Rahmen für Sender- und Programmartkennung 320 Bits lang ist, wird jeder 10. Skalenfaktorrahmen synchronisiert. Bei Verwendung einer differentiellen Codierung der 4 PSK, die im Code eine Taktinformation beinhaltet, mit empfängerseitiger Differenzdemodulation ist mit diesem Synchronisierungsverfahren eine hinreichend grosse Synchronisierungssicherheit gegeben. Bei Verwendung einer kohärenten Demudolation mit erforderlicher Trägerrückgewinnung ist für den Skalenfaktorrahmen unter Umständen eine eigene Synchronisierung notwendig. Der erforderliche Platz für das Synchronisierungswort wird dadurch erhalten, dass weniger Skalenfaktoren pro Rahmen übertragen werden. Bei Übertragung von 7 Skalenfaktoren pro Rahmen erhält man dann ein Synchronisierungswort mit einer Länge von 11 Bits. Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Modulationsrahmens. Bei Einhaltung einer Rahmenlänge von 2 x 320 Bits, wie sie in "Digitaler Hörfunk über Rundfunksatelliten, Informationsbroschüre des Bundesministers für Forschung und Technology", Seite 56, beschrieben ist, sowie einer übertragung von 14 Bits pro Kanal werden die Sonderdienst- und Ergänzungsbits den Zusatzbits zugeordnet. Ein Kennbit K wird nach dem Synchronwort des Hauptrahmens übertragen. Die-Zusatzbits ZI(1)-ZI(16) sind im Modulationsrahmen nach dem Fehlerkorrektursystem F1-2 - F15-16 zugeordnet. Der Aufbau je eines Teilrahmens sieht wie folgt aus 11 Bits Synchronisation 1 Bit Sender- und Programmartkennung K Es folgen bis zur nächsten 12-Bit-Sequenz 2 x 154 Bits für je 4 Stereobzw. 8 Monoprogramme mit folgender Zuordnung 4 x (11 + 11) Bits geschützte Informationsbits L1-R4, L5-R8 2 x 19 Bits Fehlerkorrektursystem F1-2, F3-4 ; F5-6, F7-8 4 Bits Zusatzbits ZI(1)-ZI(4) ; ZI(5)-ZI(8) 4 x (3 + 3) Bits ungeschützte Informationsbits der Programme L1-R4 ; L5-R8 Aus den Zusatzbits (ZI(1)-ZI(16)) wird je nach gewähltem Programm (ein ZI-Bit) der Skalenfaktorrahmen erstellt, der durch das Synchronwort des Kennbitrahmens synchronisiert wird und den durch einen BCH-Code geschützten Skalenfaktor enthält. Die Anzahl der im Rahmen enthaltenen Skalenfaktoren wird durch die Länge des verwendeten BCH-Codes bestimmt. Die Anzahl der übertragenen Skalenfaktoren je Tonkanal beträgt dann z.B. 3 bei einer Gesamtlänge des Skalenfaktorrahmens von 64 Bits für eine übertragungszeit bzw. Skalenfaktorermittlungsphase von 2 m sek. In den noch verbleibenden Bitzellen des Rahmens können noch weitere programmbegleitende Informationen übertragen werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der aus dem Kennbit K erzeugte Programmkennungsrahmen durch ein Synchronwort synchronisiert und enthält Programmartinformationen der übertragenen Stereo-bzw. Monoprogramme. Je zwei Stereo-, vier Monoprogramme oder eine Kombination werden zusammengefasst und durch ein Synchronwort von dem übrigen getrennt. Die Synchronworte dienen gleichzeitig zur Synchronisierung eines Ska lenfaktorrahmens. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Unterrahmen für Programmkennung. Zu Beginn einer Unterrahmenübertragung wird ein Synchronwort S1 mit 16 Bit Länge gesendet. Dieses 16 Bit Synchronwort S1 ist z.B. ein Williard-Code-Wort. Es hat gegenüber dem im Hauptrahmen verwendeten 11 Bit-Barker-Codewort den Vorteil, dass es gegenüber Informationen im Datenteil eine Mindestdistanz von 2 erreicht. An dieses Synchronwort S1 schliessen sich die Programmkennungsinformationen PA1, PAla, PA2, PA2a an, die jeweils 8 Bit lang sind. und je einen Monokanal bzw. paarweise zusammengefasst einen Stereokanal repräsentieren. Die Datenworte X1, X2 sind frei für zukünftige Anwendungen und sind z.Zt. mit "00000000" belegt. Daran schliesst sich ein von dem Synchronwort S1 verschiedenes Synchronwort S2 an. Für dieses Synchronwort S2 wird ein modifizierter 16 Bit Williard-Code verwendet, der sich im 10. und 11. Bit von dem Synchronwort S1 dadurch unterscheidet, dass diese Bits invertiert sind. Das Synchronwort S2 erreicht gegenüber Informationen im Datenteil eine Mindestdistanz von 2. Fig. 4b zeigt den vollständigen Programmkennungsrahmen. Der Beginn eines Programmkennungsrahmens wird gekennzeichnet durch das Auftreten des Synchronwortes S1. Daran schliessen sich die Programmkennungsinformationen PA1/2 bis PA 15/16 an. Zur Trennung dieser Programmkennungsinformationen wird jeweils das Synchronwort S2 verwendet. Fig. 4c bis 4e zeigen die Skalenfaktorunterrahmen, sowie ihre zeitliche Zuordnung zu dem Programmkennungsrahmen Fig. 4b. Wie den Figuren 4c bis 4e zu entnehmen ist, fallen zeitlich jeweils das erste Bit einer Programmkennungsinformation PA 1/2 bis PA 15/16 mit dem ersten Bit einer Skalenfaktorfolge Zi (1) bis Zi (16) zusammen. Die Skalenfaktorrahmen werden durch die Synchronworte S1, 52 synchronisiert. Nach einer Zeitperiode tn für die Übertragung des ersten Skalenfaktors Zi (1) bis Zi (16), folgt eine Anzahl Bits 20 für freie Anwendungen. Diese Bits 20 enden zeitlich mit dem letzten Bit der Synchronworte S1, S2. Im Zeitraum tn wird ein Skalenfaktorwert für ein Stereoprogramm bzw. zwei Monoprogramme mehrfach übertragen. In den darauffolgenden Zeitabschnitten tn +1 ... tn +m werden die jeweils für diesen Zeitabschnitt geltenden Skalenfaktoren gesendet. Für die Programmkennungsinformation PA1, PA1a ... PA16, PA16a ist folgender Code vorgesehen: Nummer Code Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit O 0 0 0 0 O M 0 1 P 1 0 0 0 1 M 0 1 P 2 0 0 1 0 M 0 1 P 3 0 0 1 1 M 0 1 P 4 0 1 0 0 M 0 1 P 5 0 1 0 1 M 0 1 P 6 0 1 1 0 M 0 1 P 7 0 1 1 1 M 0 1 P 8 1 0 0 0 M 0 1 P 9 1 0 0 1 M 0 1 P 10 1 0 1 0 M 0 1 P 11 1 0 1 1 M 0 1 P 12 1 1 0 0 M 0 1 P 13 1 1 0 1 M 0 1 P 14 1 1 1 <RTI ID=8.19> 0 M 0 1 P 15 1 1 1 1 M 0 1 P Tabelle Die unter der Bezeichnung "Nummer" stehenden Ziffern O - 15 kennzeichnen die verschiedenen Bedeutungen des Programmaterials. Sie sind in den ersten vier Bits der unter "Code" stehenden acht Spalten binär codiert. In der fünften Spalte ist eine zusätzliche Codierung "M" hinsichtlich Musik-Sprache-Erkennung vorhanden. Die beiden Bit 2 und Bit 1 sind auf "01", festgelegt, um eine bestimmte Distanz gegenüber den Synchronworten S1, S2 zu gewährleisten. Das letzte Bit ist ein Paritätsbit P, durch das im Empfänger eine Paritätskontrolle in Verbindung mit einer Mehrheitsauswertung der im allgemein ständig wiederholten Information durchgeführt werden kann. Um eine Mindestdistanz der Synchronworte S1. S2 zu dem Datenstrom von 2 zu gewährleisten, wird das Paritätsbit P bei gerader Anzahl von "1" der Bit 7 .. Bit 1 auf "0" gesetzt. Für die Stereoübertragung wird im ersten 8-Bit-Codewort PAl ... PA16 entsprechend Tabelle die Programmkennungsinformation übertragen. Im zweiten 8-Bit-Codewort PA1a ... PA16a ist die Stereokennung enthalten, und zwar in der Form "XXXX 010 P" wobei "XXXX" für beliebige Zusatzinformationen zur Verfügung stehen. Durch die Auswertung dieser im Programmkennungsrahmen enthaltenen Informationen wird eine Übersicht geliefert über die ein Rahmen übertragenen Programme. Es ist also möglich, nach Mono- und Stereoprogrammen zu suchen, sich zu informieren, welche Arten von Programmen zur Zeit übertragen werden und ob gerade Musik oder Sprache gesendet wird. Damit wird die Auswertung der gesamten Informationen z.B. per Mikroprozessorsystem vereinfacht und ein relativ schneller Programmzugriff bzw. Programmartsuchlauf ermöglicht.

Claims: Method of transmission for a digital signal transmission system, in particular for satellite broadcasting, in which in a modulation frame, consisting of two part frames, bit words (L, R) assigned to sequential stereo and/or mono programs and with an error correction system (F] are transmitted, together after a number of programs with a further bit sequence (t) for additional data, in which this bit sequence contains a flag bit (K) for program type data, characterized in that additional bits (ZI(1)-ZI(16)) are assigned to the bit words assigned to the programs and the additional bits (ZI(1)-ZI(16)) transmitted in several successive sequences of the bit words assigned to the programs form a sub-frame which contains data on a scale factor and optionally further program-accompanying data. Method according to claim 1, characterized in that the scale factor (1-20) is determined from the maximum and/or minimum sampled value of a time domain. Method according to claim 1, characterized in that the scale factor (1-20) consists of 3 bits. Method according to claim 1, characterized in that the additional bits (ZI(1)-ZI(16)) are transmitted unprotected. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the additional bits (ZI(1)-ZI(16)) are transmitted protected by a BCH code. Method according to claim 1, characterized in that there is assigned to each stereo program an additional bit (ZI(1)-ZI(16)). Method according to claim 1, characterized in that the scale factor (1-20) is transmitted a plurality of times within one time domain. Method according to claim 1, characterized in that the flag bits (K) are evaluated time-selectively and are assembled into a flag bit sub-frame. Method according to claim 8, characterized in that the sub-frame for the flag bits (K) contains a sync word. Method according to claim 9, characterized in that the sub-frame for the additional bits (ZI(1)-ZI(16)) is synchronized by the sync word of the flag bit sub-frame. Method according to claim 1, characterized in that the scale factor (1-20) is used for additional error recognition and/or reduction for the bit words assigned to the stereo and/or mono programs. Method according to claims 1 and 11, characterized in that an incorrect sampled value is replaced by the preceding sampled value. Method according to claims 1 and 11, characterized in that an incorrect sampled value is replaced by the mean value of temporally adjacent sampled values assigned to the same channel. Method according to claims 7 and 11, characterized in that a majority vote is taken regarding the probably correct scale factor (1-10, 11-20). Method according to claim 1, characterized in that each part frame of the modulation frame with 14 bits per sampled value has the following layout: 12 bits for special services and synchronization assigned as follows: 11 bits synchronization 1 bit transmitter and program type identification (K) followed by 2 x 154 bits for 4 stereo or 8 mono programs respectively assigned as follows: 4 x (11 + 11) bits protected information bits (L1-R4) 2 x 19 bits error correction system (F1-2, F3-4) 2 x 2 bits additional bits (ZI(1)-ZI(4)) 4 x (3 + 3) bits unprotected information bits (L1-R4) Method according to claims 1 and 8, characterized in that the transmission format of the flag bit sub-frame contains alternately a sync word (S1, S2) and program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16) identifying for a part of the transmitted programs. Method according to claim 16, characterized in that two different sync words (S1, S2) are used. Method according to claim 16, characterized in that there is used as a first sync word (S1) a 16-bit Williard code word and as a second sync word (S2] the same code word, but modified in respect of 2 bits. Method according to claims 17 and 18, characterized in that the first sync word (S1) is identified by the bit sequence "0000 0101 1100 111". Method according to claims 17 and 18, characterized in that the second sync word (S2) is identified by the bit sequence "0000 0101 1111 1111" Method according to claim 19, characterized in that the program identification frame starts with the first sync word (S1). Method according to claim 21, characterized in that the program identification data (PA 1/2) is transmitted for the 1st BCH block of the main frame after the sync word (S1) "0000 0101 1100 1111". Method according to claim 16, characterized in that an 8-bit code (table) is used for the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16). Method according to claim 23, characterized in that the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16) contain the following individual entries per BCH block-assigned identification block : a) program type identification (bit 7 ... bit 4) b) music - language identifier (bit 3) c) stereo/mono transmission identifier (bit 2 and bit 1) d) parity bit (bit 0) Method according to claim 23, characterized in that the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16) contains code-free spaces (x₁, x₂). Method according to claim 24, characterized in that for stereo transmission bit 2 and bit 1 of the 8-bit code (table) are inverted in the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16). Method according to claim 26, characterized in that bit 1 and bit 2 of the 8-bit code (table) are fixed bits. Method according to claim 26, characterized in that for stereo transmission the program data (PA 1/2 ... PA 15/16) is contained in the first transmitted 8-bit code (table) and the stereo identifier in a second 8-bit code of the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16). Method according to claims 27 and 28, characterized in that in the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16) bit 2 and bit 1 are occupied by "01" for the mono transmission identifier and for the first part of the stereo transmission identifier. Method according to claim 28, characterized in that in the program identification data (PA 1/2 ... PA 15/16) bits 3 ... 1 are occupied by "010" for the second part of the stereo transmission identifier. Method according to claim 30, characterized in that bit 7 ... bit 4 are available for additional data. Method according to claim 16 and/or 17, characterized in that the sync words (S1, S2) serve to synchronize a scale factor frame.

Inventors: KLANK, OTTO, DIPL.-ING., LAABS, JUERGEN, DIPL.-ING., ROTTMANN, DIETER, DIPL.-ING., Laabs, Jürgen, Dipl.-Ing.
Applicants: TELEFUNKEN FERNSEH UND RUNDFUNK GMBH
Application year: 1984
Main classification: H04J3
IPC codes: H04J3, H04H20, H04H60, H04H5