METHOD OF DETERMINING THE LENGTH OF A BUNDLE OF ERRORS

Abstract: 1. Method of determining the error burst length in a data transmission protected by an error-correcting block code, in which in each case bit groups of successive code blocks are interleaved with one another to form one multiplex code block (MB), characterized in that in each case bit groups are interleaved with one another which have a number of bits corresponding to the error burst correction capability of the block code and in that, in the evaluation of correction signals for adjacent code blocks (CB1, CB2; CB2, CB3; ...CB1, CB2, CB3 ...) on the receive side, it is always assumed that a single error burst (BU) has occurred.

Description: Verfahren zur Feststellung der FehlerbUndellänge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Fehlerbündellange bei einer durch einen fehlerkorrigierenden Block-Code gesicherten Datenübertragung, bei dem jeweils Bitgruppen aufeinanderfolgender Codeblöcke zu einem Multiplex-Codeblock miteinander verschachtelt werden Bei der Übertragung von digitalen Bildsignalen werden fehlererkennende und fehlerkorrigierende Codes zur Datensicherung eingesetzt. Verwendet man fehlerkorrigierende Codes, so wird beim Überschreiten der Fehlerkorrekturfahigkeit die Bildqualtität noch schlechter, als sie ohne Fehlersicherung wäre. Da bei der Übertragung von Bildsignalen nur wenige Bits zur Datensicherung verfügbar sind, ist eine Überschreitung der Korrekturfahigkeit aufgrund der Codierung oft nicht feststellbar. Bei der Übertragung von digitalen Bildsignalen kann mit einer üblichen Bitfehlerrate --10 6 gerechnet werden. Störungen treten praktisch nur als sogenannte BUndel- störungen auf. Diese betreffen jeweils eine Gruppe von eng benachbarten Bits. Durch die Feststellung der Fehler bündellänge kann nicht nur die Qualität der Ubertragungs- strecke überwacht werden, es kann darüber hinaus, wenn eine vorgegebene Fehlerbündellange überschritten wird, noch ein Kriterium zur Umschaltung auf eine sogenannte Fehlerverdeckung abgegeben werden. Die von den gestörten Bits betroffenen Bildsignale werden dann durch ungestörte Bildsignale ersetzt, die aus den angrenzenden Bildsignalen des Fernsehbildes ermittelt werden oder den entsprechenden gespeicherten Bildsignalen des letzten Fernsehbildes entsprechen. Bei den bisher üblichen Verfahren zur Feststellung der Fehlerbündelange wurde ein empfangener Früftext mit einem fehlerfreien Prtftext verglichen und die Bitfehler durch Zahlung festgestellt oder unter Berticksichtigung der Zeit statistisch ausgewertet. Dieses aufwendige Verfahren eignet sich nicht zur Feststellung der Fehlerbündellänge bei normalem Betrieb und daher auch nicht zur Gewinnung des Umschaltkriteriums für eine Bitfehlerverdeckung. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Feststellung der Bitfehlerbündellänge während des normalen Betriebes anzugeben. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeweils Bitgruppen mit soviel Bits miteinander verschachtelt werden, wie es der Fehlerbündelkorrekturfähigkeit des Blockc odes entspricht und dass empfangsseitig bei der Auswertung von Korrektursignalen fUr benachbarte Codeblocke stets vorausgesetzt wird, dass ein einziges Fehlerbündel aufgetreten iat. Bei diesem Verfahren wird die in öffentlichen Übertragungs- netzen (CCT) übliche relativ geringe Fehlerrate von zirka 10-6 und die Bündelfehlerstruktur vorteilhaft ausgenutzt. Durch die Verschachtelung von jeweils mehreren Bits eines Codeblockes wird zwar das Auflösungs- vermogen herabgesetzt, das heisst man erhält nur eine gröbere Struktur über die Bitfehlerverteilung, die aber für die Funktionsweise der gesamten Ubertragungsein- richtung auch nicht wesentlich ist. An den Grenzen der Multiplex-Codeblocke kommt es ebenfalls zu Ungenauigkeiten. Da aber auch nur die Burstfehlerkorrekturfahigkeit innerhalb eines Multiplex-Codeblockes von Bedeutung ist, ist diese Messmethode dem Übertragungsverfahren bereits angepasst. Auch für die Umschaltung auf Fehlerverdeckung bei Über- schreitung oder zumindest Annäherung an die Grenze der Korrekturfähigkeit ergibt dies Verfahren ein geeignetes Umschaltkriterium. Werden nur wenige Codeblöcke ineinander verschachtelt, so ist dieses Verfahren auch leicht zu realisieren, da nur wenige Korrektursignale ausgewertet werden müssen. Die Auswertung kann teilweise hardwaremässig erfolgen, indem verschiedene Fehlerbündellängen über Logikschaltungen ermittelt werden. Für statistische Zwecke ergibt eine softwaremässige Auswertung der Fehlerverteilung, bei der Jeder gestörte COdeblock und die dazugehörige Zeit mitberücksichtigt werden, natürlich ein genaueres Bild der Fehlerverteilung. Es ist zweckmässig, dass einFehlerbilndel und zusätzlich Einzelfehler korrigierender Code verwendet wird und dass nur Bitgruppen solcher Länge miteinander verschachtelt werden, dass die Einzelfehler-Korrekturfähigkeit erhalten bleibt. Besonders bei der Übertragung von DPCM-codierten Bildsignalen können auch einzelne Fehler bereits deutlich sichtbare "Fehlerschleppen" bewirken. Wenn auch Einzelfehler zusätzlich zu Fehlerbündeln äusserst selten auftreten, so können sie doch bei einem allein Fehlerbündel korrigierenden Code zu deutlich sichtbaren Störungen fUhren. Wird zur Fehlersicherung beispielsweise ein Code verwendet, der ausser einem Bündelfehler noch zusätzlich einen Einzelfehler korrigieren kann, so ird diese Einzelfehlerkorrekturfähigkeit bei der Verschachtelung von Bitgruppen berücksichtigt. Die zusätzliche Einzelfehlerkorrektur- fähigkeit soll auch dann noch vorhanden sein, wenn bereits ein Fehlerbündel aufgetreten ist. Es ist zweckmässig, dass ein Blockcode mit einer FehlerbUndel- korrekturfähigkeit von 5 Bits verwendet wird. Die Verschachtelung von Bitgruppen mit Jeweils 5 Bits eines Codewort es hat sich als günstiger Kompromiss zwischen Auflöse-GenauLgkeit und Schaltungsaufwand herausgestellt. Es ist vorteilhaft, dass ein Blockcode mit ca. 250 Informationsbits verwendet wird und Jeweils 4 aufeinanderfolgende Codeblöckezu einem Multiplex-Codeblock verschachtelt werden. Bei den zu erwartenden Bitfehlerhäufigkeften ist die Korrekturfähigkeit eines solchen Codeblockes noch ausreichend und der Schaltungsaufwand ist gering. Es ist zur Steigerung der Auslösungsfähigkeit zweckmässig, dass ein 2 Bit korrigierender Blockcode verwendet wird. Werden Jeweils 2 Bits umfassende Bitgruppen verschachtelt, so wird eine nahezu optimale Auflosung erreicht. Für statistische Zwecke kann mit Hilfe der Wahrscheinlichkeit mit grosser Exaktheit auf die tatsächliche Fehlerstruktur geschlossen werden. Bei dieser Weiterbildung des Verfahrens ist allerdings bereits eine softwaremässige Ermittlung der Fehlerstruktur vorteilhaft. Hierzu ist ein einfaches Rechenwerk ausreichend. Es ist vorteilhaft, dass einlFehler korrigierender Blockcode verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine optimale Auflösung erreicht. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Das Verfahren wird anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 die Verschachtelung von mehreren Codeblöcken zu einem Multiplex-Codeblock, Fig. 3 eine . Bündelstörung, Fig. 4 eine hardwaremässige Auwertung von Bündelstörungen und Fig. 5 ein Zeitdiagramm für mogliche Störungen. Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild soll die Funktionsweise des Verfahrens erläutern. Die zu Ubertragenden Datensignale D liegen am Eingang 1 eines Demultiplexers DMUX1¯an.Dieser verteilt serielle Datensignale auf 4 Codierer C01 bis C04. Die Ausgänge der Codierer werden Uber einen Multiplexer MUx1 zusammengefasst und liegen am Ausgang 2 als gesichertes Digitalsignal DS an. Dieses Signal wird übertragen und gelangt im Empfänger zum Eingang 3 eines zweiten Demultiplexers DMUX2, der dies Signal wieder 5-Bit-weise nacheinander vier Decodierer DE7 bis DE4 zuftihrt. Die Datenausgänge dieser Decodierer werden über einen zweiten Multiplexer MUX2 wiederum zusammengefasst, so dass das ursprüngliche Datensignal D wieder am Ausgang 4 des zweiten Multiplexers MUX2 vorliegt. Jeder Decodierer DE1 bis DE4 weist ausserdem einen Korrekturausgang auf, der mit einer Auswertelogik AL verbunden ist. Sendeseitig werden die Daten D in den Codierer Jeweils in Codeblöcke aufgeteilt und durch einen Blockcode gesichert. Empfangsseitig werden Störungen durch Fehlerbündel durch die Decodierer beseitigt, die Auswertelogik ermittelt die Länge der Fehlerbündel. Auf weitere Details wie die Aufteilung bei der Übertragung von Bildsignalen in Luminanzund Chrominanzsignale soll hier nur kurz eingegangen werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass in den Codierer C01 und C02 das Luminanzsignal und in den weiteren Codierern COD, C04 das Chrominanzsignal verbreitet wird. Eine ge trennte Ausgabe von Luminanz- und Chrominanzsignalen kann natürlich durch den zweiten Multiplexer MUX2 empfangsseitig erfolgen. Ebenso soll die Funktion eines von der Auswertelogik AL abgegebenen Umschaltekriteriums i kurz erwähnt werden. Wird durch die Auswertelogik AL festgestellt, dass die Fehle rbünde llänge die maximale Korrekturfähigke it nahezu erreicht oder überschreitet, so wird ein hier nicht er läutertes Fehlerverdeckungsverfahren für den gestörten Multiplex-Codeblock angewendet. In Figur 2 ist die Verschachtelung von vier Codeblöcken CBi bis CB4 dargestellt. Von Jedem Codeblock CBl bis CB4 werden zunächst die ersten fünf Bits miteinander verschachtelt, dann die zweiten fünf Bits und so weiter. Ausser der gesamten Information enthält der so entstandene Multiplex-Codeblock MB die Sicherungsbits PB1 bis PB4. Ebenso ist es natürlich moglich, das serielle Datensignal D durch den ersten Demultiplexer DMUI1 5-Bit-weise auf die Codierer C01 bis C04 zu verteilen. In Figur 3 ist ein Fehlerburst eingezeichnet. Zunächst ist das letzte Bit einer Bitgruppe des Codierblocks CB4 gestört. Die Störungen verteilen sich dann weiter auf die nachfolgenden Bitgruppen der Codeblöcke CB1 bis CB3. Von dem Codeblock CB3 ist nur das erste Bit einer Bitgruppe gestört. Es sind jedoch vier aufeinanderfolgende Bitgruppen durch den Fehlerburst BU betroffen. In diesem Fall geben alle Decodierer ein Korrektursignal ab. Es wird vorausgesetzt, dass ein einziger Fehlerburst vorliegt. Damit kann mit grosser Wahrscheinlichkeit die Aussage gemacht werden, dass eine Bündelstörung von mindestens zwölf Bits Länge vorliegt. Ebensogut kann sie natürlich auch zwanzig Bits umfassen. In Figur 3 sind wesentliche Teile der Auswertelogik AL dargestellt. Die waagrechten Leitungen sind an die Korrekturausgänge der Decodierer DEI bis DE4 angeschaltet. Die Korrektursignale sind hierbei mit A1 bis A4 bezeichnet. Ein Korrektursignal auf einer dieser Leitungen bedeutet ein Fehlerbündel zwischen einem Bit und fünf Bits. Die Ausgänge von vier UND-Gatter G1 bis G4 mit Jeweils 2 Eingängen sind Jeweils an die Korrektur- ausgänge DE1, DE2; DE2, DE3; DE3, DE4 und DE4 und DEI angeschlossen. Ein Fehlersignal B1 bis B4 am Ausgang eines dieser Gatter bedeutet ein Fehlerbündel zwischen zwei und zehn Bits Länge. Weitere UND-Gatter G5 bis G8 mit Jeweils drei Eingängen sind an Jeweils drei Korrekturausgänge der Decodierer angeschlossen. Ein Fehlersignal C1 bis C4 am Ausgang eines dieser UND-Gatter bedeutet ein Fehlerbündel zwischen sieben und fünfzehn Bits Länge. Ein UND-Gatter G9 mit vier Eingängen ist an alle Korrekturausgänge der Decodierer angeschlossen. Ein Fehlersignal DOdieses UND-Gatters bedeutet, dass ein Fehlerbündel (BU) sämtliche Codeblöcke betrifft und somit eine Länge 7 12 Bits aufweist. Darüber hinaus sind hier noch Jeweils die Korrektureingänge der Decodierer DEI und DE3 sowie DE2 und DE4 durch zwei weitere UND-Gatter G10 und G17 zusammengefasst. Die Ausgangssignale E1 bzw. E2 an diesen Gattern lassen auf Einzelfehler Ei schliessen, An die Ausgänge dieser Gatter können Zählvorrichtungen angeschlossen werden. Es ist zweckmässig, zunächst Gatter derselben Gruppe, z.B. G1 bis G4 über ein ODER-Gatter zusammenzufassen. Bei der Auswertung muss berücksichtigt werden, dass bei einem langen Fehlerbündel ebenfalls Fehlersignale abgegeben werden, die kleinere Fehlerbündel anzeigen. Dies kann natürlich durch eine erweiterte Logikschaltung verhindert werden. In Fig. 5 ist nochmals ein vergrdBerter Ausschnitt aus einem Multiplex-Codeblock dargestellt. Die einzelnen Abschnitte stellen Jeweils Bitgruppen der einzelnen Codeblöcke CB1 bis CB4 dar. Hier sind nochmals die Ausgangssignale der UNDGatter bei verschiedenen Störungen dargestellt. Die Fehlersignale von UND-Gattern, die glefchzeitig kleinere Bitfehlerlängen anzeigen und deshalb nicht zusätzlich ausgewertet werden dürfen, wurden in dieser Darstellung fortgelassen. Als Umschaltsignal zwischen Fehlerkorrektur- und einer Fehlerverdeckung dient das Ausgangssignal D0des UND Gatters G9 Die Codierung kann beispielsweise mit einem FIRE-Code erfolgen, bei dem ein Codeblock 257 Informationsbits und 14 Sicherungsbits umfasst. Zur Erhdhung der Auflösung kann, wie bereits kurz erwohnt, die Anzahl der Bits in einer miteinander verschachtelten Bitgruppe bis auf ein Bit reduziert werden. Dies bedeutet eine höhere Anzahl von Codierern und De codierern, die Jedoch wiederum einfacher sind. Hierdurch ist eine beliebig genaue Feststellung der Fehlerbündellänge möglich, - Die Auswertelogik wird natürlich entsprechend umfangreich. Es muss ebenfalls berücksichtigt werden, dass mehrere Bitgruppen innerhalb eines Fehlerbündels nicht gestört sind. 10 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansnrtche 1. Verfahren zur Feststellung der Fehlerbündellänge bei einer durch einen fehlerkorrigierenden Block-Code gesicherten Datenübertragung, bei dem Jeweils Bitgruppen aufeinanderfolgender Codeblöcke zu einem Multiplex Codeblock (MB) miteinander verschachtelt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Jeweils Bitgruppen mit soviel Bits miteinander verschachtelt werden, wie es der Fehlerbündelkorrekturfähigkeit des Blockcodes entspricht und dass empfangsseitig bei der Auswertung von Korrektursignalen für benachbarte Codeblöcke (CB1, CB2; C32, CB3; ... C31, CB2, CB3...) stets vorausgesetzt wird, dass ein einziges Fehlerbündel (BU) aufgetreten ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Fehlerbündel und zusätzlich Einzelfehler korrigierender Code verwendet wird und dass nur Bitgruppen solcher Länge miteinander verschachtelt werden, dass die Einzelfehler-Korrekturfähigkeit erhalten bleibt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Blockcode mit einer Fehlerbündelkorrekturfähigkeit von 5 Bits verwendet wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Blockcode mit ca. 250 Informationsbits verwendet wird und Jeweils 4 aufeinanderfolgende Codeblöcke zu einem Multiplex-Codeblock ver schachtelt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein 2 Bits korrigierender Blockcode verwendet wird. 6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein 1 Fehler korrigierender Blockcode verwendet wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fehlerbündellänge durch logische Gatterschaltungen ermittelt wird, deren Eingängen Korrektursignale (A1 bis A4) zugefUhrt werden. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fehlerbündellänge durch softwaremässige Auswertung der Korrektursignale (A1 bis A4) erfolgt. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl von Korrektursignalen aufeinanderliegender Codeblöcke (CB1-C34) innerhalb eines Multiplex-Codeblockes ein Kriterium abgegeben wird, das die wahrscheinliche Überschreitung der Korrekturfähigkeit angibt. 10. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t , dass bei 4 Korrektursignalen innerhalb eines Multiplex-Codeblocks (MB) ein Signal (Q) zur Angabe der überschrittenen Fehlerbündelkorrekturfähigke it abgegeben wird.

Inventors: STREHL, HERBERT, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H04N7
IPC codes: H03M13, H04N7