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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987005178A1
    申请号:PCT/EP1987/000060
    申请日:1987-02-07
    公开日:1987-08-27
    发明作者:Heinz-Werner Keesen；Hartmut Peters
    申请人:Deutsche Thomson-Brandt Gmbh；
    IPC主号:H03M7-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur digitalen Nachrichtenübertragung
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Nachrichten¬ übertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    [0003] Aus der EP-OS 0 084 270 ist ein Verfahren zur Verschlüsselung von transformierten Koeffizienten bekannt. Eine Mehrzahl von Code Tabellen wird dazu benutzt, einen Block Adressen Code, einen DC-Koeffizienten Code und eine Folge von Codes für trans¬ formierte Koeffizienten zu generieren. Code wird im folgenden Kode genannt.
    [0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Übertragungsverfahren zu verbessern und/oder den Informationsgehalt eines Signals bzw. einer Information zu optimieren.
    [0005] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteran¬ sprüchen genannt..
    [0006] Es zeigen
    [0007] Fig. 1
    [0008] Fig. 2 einen Quellenkoder
    [0009] Fig. 3 einen Koeffizienten Block
    [0010] Fig. 4 eine Tabelle
    [0011] Fig . 5 eine Huffman-Kodierung
    [0012] Fig. 6 einen Zick-Zack-Scan
    [0013] Fig. 7 einen Koeffizienten Block mit Zick-Zack-Sσan-
    [0014] Abtastung
    [0015] Fig. 8 Übertragungsmengen
    [0016] Fig. 9 einen Bildschirm
    [0017] Fig. 10 einen Sender
    [0018] Fig. 11 einen Empfänger
    [0019] Fig. 12 einen Huffman-Koder
    [0020] Fig . 13 einen Huffman-Dekoder.
    [0021] Fig. 1 zeigt eine Nachrichtenquelle 1, einen ADU 2 (Analog- Di'gital-Umsetzer) , einen Quellenkoder 3, einen Kanalkoder 4, einen Kanal 5, einen Kanaldekoder 6, einen Quellendekoder 7, einen DAU 8 (Digital-Analog-Umsetzer) und eine Nachrichtensinke 9. Der Kanal 5 kann beispielsweise für eine HF-Übertragungs¬ strecke oder einen digitalen Videorecorder stehen. Ein digita¬ ler Videorecorder kann aber auch beispielsweise für den ADU 2 , den Quellenkoder 3, den Kanalkoder 4, den Kanal 5, den Kanal¬ dekoder 6 , den Quellendekoder 7 und den DAU 8 stehen. Die Quel¬ le wird dann durch eine HF-Übertragungsstrecke, der Kanal 5 durch ein Magnetband und einen Magnetkopf des Videorecorders gebildet, die Sinke ist ein Fernsehgerät.
    [0022] Fig. 2 zeigt, daß ein Digitalsignal erstens einen ADCT 10 (Adaptiven-Diskreten-Cosinus-Transformator) , zweitens eine Wichtung 11, drittens einen Blockquantisierer 12, viertens einen Köder 13 und fünftens einen Buffer 14 durchläuft. Spezi¬ ell wenn Bilder direkt ohne Zwischenspeicherung an einen Quel¬ lenkoder 7 abgegeben werden, muß der Blockquantisierer 11 so gesteuert sein, daß empfängerseitig immer genügend Daten für die Erzeugung eines Bildes mit akzeptabler Bildqualität vorhan¬ den ist.
    [0023] Fig. 3 zeigt einen Block von Spektralwerten, wie er nach einer adaptiven diskreten Cosinus Transformation an dem Block-Quanti- sierer 11 ansteht. Die mit X markierte Stelle beinhaltet den Spektralwert für den Gleichanteil einer Matrix, im folgenden Mittelwert genannt. In der Praxis wird z.Zt. mit einer 8 X 8 Matrix gearbeitet, das entspricht 64 Spektralwerten bzw. 64 Bildpunkten pro Block. Der 8 X 8 Block enthält 64 Spektralwerte oder Spektralkoeffizienten 0,1,2, ..., 7, im folgenden Wert', genannnt.
    [0024] Fig. 4 zeigt eine Tabelle zu den Werten 0,1,2, ..., 7. Die acht Werte können im Binärkode mit Hilfe von drei Binärzeichen pro Wert dargestellt werden. Nach Huffman können bei einer Übertra¬ gung Binärzeichen eingespart werden. Dabei wird die Häufigkeit der zu übertragenden Werte festgestellt und das am häufigsten uertragene Element mit weniger Binärzeichen versehen als das am wenigsten zu übertragende Element. Der Wert 0 tritt in dem 8 X 8 Block neunzehnmal, der Wert 1 zwölfmal, der Wert 2 achtmal usw. auf. Für den Wert 0 wird nach Huffman der Kode 01, für den Wert 1 der Kode 11 und für den Wert 7 der Kode 1011 übertragen.
    [0025] Fig. 5 zeigt das Berechnungsschema nach Huffman. Dabei werden die Häufigkeiten übereinander aufgetragen. Es wird von einem Baum- oder Verästelungsschema ausgegangen. Jeweils die niedrig¬ sten Häufigkeiten werden in Zweierblocks zusammengefaßt und aufaddiert. Summen und/oder niedrigste Häufigkeiten werden weiterhin wieder in Zweierblocks zusammengefaßt. Die Zusammen¬ fassung erfolgt so, daß die niedrigen Werte mit einem senkrech¬ ten Strich zu der Summe stoßen, die höheren Werte mit einem waagerechten Strich. Waagerechte Striche werden mit einer 0 bewertet, senkrechte Striche mit einer 1. Der Huffman-Kode wird auch erläutert auf den Seiten 52 - 55 in Robert. C. Gallager, Information Theory and Reliable Com unication, Copyright 1968 by John Wiley & Sons, Inc. ISBN W-471-29048-3.
    [0026] Fig. 6 zeigt einen Zick-Zack-Scan gemäß der EP-OS 00 84 270. Der Scan zeigt die Reihenfolge der zu übertragenden Werte an.
    [0027] Fig. 7A zeigt Werte 0 3 1 0, die gemäß Huffman-Kode und Zick- Zack-Scan zu übertragen sind. Dabei ergibt sich die Binärfolge 0 1 1 0 0 1 1 0 1.
    [0028] Fig. 7B zeigt Werte 6 7 6 6, die gemäß Zick-Zack-Scan und Huf¬ fman-Kode zu übertragen sind. Dabei ergibt sich die Binärfolge 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0. Die Binärfαlge zu den Werten 6 7 6 6 weist gegenüber der Binärfolge 0 3 1 0 mehr zu übertra¬ gende Binärzeichen auf. Wird die Häufigkeit der zu übertragende Werte in regelmäßigen Zeitabständen überprüft, so kann die Häufigkeit verschieden sein und ein neuer Huffman-Kode erstellt werden.
    [0029] Fig. 8 zeigt Mengen 15 - 19, in denen zu übertragende Informati- onen aufgelistet sind, übertragen wird der Mittelwert, die Anzahl der Spektralwerte, die Beträge der Spektralwerte, die Übertragung der Vorzeichen für Spektralwerte und Adressen, Steuerzeichen und Synchronwörter. Vorteilhaft wird die Reihen¬ folge der zu übertragenden Mengen wie folgt festgelegt: 19,15, 16,17,18.
    [0030] Fig. 9 zeigt ein Fernsehgerät 20 mit Zeitbereichsblöcken 21, die jeweils 64 Bildpunkte beinhalten. Die Zeitbereichsblöcke '/ l werden blockweise in den Spektralbereich transformiert. Das geschieht z.B. mit der ADCT.
    [0031] Fig. 10 zeigt die Reduzierung von zu übertragenden Werten mit Hilfe des adaptiven Huffman-Koders. Dazu wird zwischen einem Quellenkoder 3 und einem Kanalkoder 4 ein Huffman-Koder 22 zwischengeschaltet. Im aktuellen Kodebuch 24 sind die Zuordnun¬ gen zwischen Werten und dem Huffman-Kode abgespeichert-» Beim Auftreten eines Wertes im Huffman-Koder 22, der über die Steuer¬ leitung 26 vom Quellenkoder 3 kommt, wird über die Steuerlei¬ tung 33 der Huffman-Kode für den Wert abgerufen. Am Anfang einer Übertragung wird über die Steuerung 25 das aktuelle Kode¬ buch mit dem Standard-Kodebuch geladen. Zwischen Standard-Kode¬ buch 23 und Steuerung 25 ist die Leitung 30 angeordnet. Zwi¬ schen Steuerung 25 und aktuellem Kodebuch 24 liegt die bidirek¬ tionale Leitung 32. Wird das aktuelle Kodebuch 24 den Werten angepaßt, so tritt eine Änderung zwischen aktuellem Kodebuch und Standard-Kodebuch 23 auf. Die Steuerung 25 überprüft die Änderungen zwischen aktuellem Kodebuch 24 und Standard-Kodebuch 23 und teilt diese Änderung dem Kanalkoder 4 über die Leitung 29 mit. Dazu wird über «*^ie Leitung 31 der Huffman-Koder 22 so lange ausgeschaltet. Vorteilhaft geht dieser Änderungsmittei¬ lung ein Synchronisationswort, im folgenden Synchronwort ge¬ nannt, voran. Vom Kanalkoder 4 kann das Signal auf das Magnetband eines Videorecorders aufge¬ zeichnet sein, oder das Signal wird über eine HF-Übertragungs- strecke übertragen. Beim Einschalten des Senders wird das aktu¬ elle Kodebuch mit den Zuordnungen des Standard Codebuches 23 - 5 -
    [0032] geladen. Die Steuerung fragt das Standard Kodebuch ab und lädt die Zuordnungen über die bidirektionale Leitung 32 in das aktu¬ elle Kodebuch. Der Huffman-Koder 22 gibt die Huf man-kodierten Werte über eine Leitung 27 und den Knotenpunkt 28 an den Kanal¬ koder 4. Änderungsmitteilungen sind aufgrund eines bisherigen Kodebuches 24 und eines neuen aktuellen Kodebuches 44 möglich. Vorteilhaft werden Änderungsmitteilungen nur auf das Standard- Kodebuch 23 bezogen.
    [0033] Fig-, 11 zeigt einen Kanaldekoder 6, der ein Signal vom Magnet¬ kopf eines Videorecorders oder von einer HF-Übertragungsstrecke empfängt. Die Signale werden dekodiert und erreichen über die Leitungen 36,37 und 38 den Rechner 35 und den Huffman-Dekoder 34. Beim Einschalten des Empfängers lädt der Rechner 35 das aktuelle Kodebuch 44 über die bidirektionale Leitung 39 mit einer Standard Kodierungsvorschrift aus dem Standard-Kodebuch 23. Die Standard Kodierungsvorschrift ist definiert und für Empfänger und Sender gleichlautend. Zwischen Standard-Kodebuch 23 und Rechner 35 liegt die Leitung 30. Der Huffman-Dekoder 34 fragt beim Eintreffen von Signalen über die Leitung 38 das aktuelle Kodebuch 44 über die bidirektionale Leitung 40 ab und ordnet dem eintreffenden Huffman-Kode die Werte zu. Werte wer¬ den über die Leitung 41 an den Quellendekoder 7 weitergegeben. Erkennt der Rechner über die Leitung 37 Steuerzeichen, so wird der Huffman-Dekoder 34 über die Leitung 38 ausgeschaltet und das aktuelle Kodebuch 44 aufgrund der Synchronwörter, Steuerzei¬ chen und Änderungsmitteilungen auf den aktuellen Stand ge¬ bracht.
    [0034] Fig. 12 zeigt einen Huffman-Koder. über die Leitung 26 wird ein Schieberegister 36 mit Werten geladen. Diese Werte weisen eine Länge von 8 Bit auf. Die 8 Bit werden als Adresse verwendet und steuern über einen Adressenbus 37 eine Adressendekodierung 42 an. Mit Hilfe von acht Adressen können 256 Speicherplätze, das sind 2 exp 8, angesprochen werden. Im Speicher 38 steht der Huffman-Kode. Im Speicher 38 ist eine maximale Kodewortlänge von 11 Bit speicherbar. über den Speicher 39 wird die Kodewort- länge abgerufen. Die Kodewortlänge wird mit Hilfe einer 3 Bit¬ leitung kodiert. Die Speicher 40 und 41 entsprechen den Spei¬ chern 38 und 39. Es sind zwei Speichereinheiten SP1,SP2 und SP3,SP4 notwendig, um das aktuelle Kodebuch 24 zu aktualisie¬ ren. In der Steuerung 25 wird die Anzahl von Werten gleicher Größe über einen vorgegebenen Zeitraum gezählt. Gemäß der An¬ zahl der Werte kann eine Aktualisierung erfolgen. Steht das bisherige aktuelle Kodebuch in den Speichern 38,39, so wird das neue aktuelle Kodebuch in -,*_ie Speicher 40 und 41 geschrieben. Nach einer Aktualisierung wird im Schieberegister 28 über die Steuerleitung 29 von der Steuerung 25 der aktuelle Stand mitge¬ teilt. Dazu werden die Eingänge an dem Schieberegister 28 der Leitungen zwischen dem Schieberegister 28 und den Speichern 38 - 41 gesperrt. Das Schieberegister 28 gibt während der Abschal¬ tung Synchronwörter und die Aktualisierung an den Kanalkoder 4 weiter. Die Speicher 38 - 41 und die Adressendekodierung 42 entsprechen dem aktuellen Kodebuch 24 und können z.B. durch vier RAM TMS 4416-15 gebildet sein. Das Standard Kodebuch kann z.B. durch zwei EPROM TMS 2516 gebildet sein, über 8 Adressen werden 11 zugehörige Werte abgerufen. Siehe dazu Texas Instru¬ ments, MOS Memory Data Book, 1984 - European Edition. Vorteil¬ haft wird erstens eine Anpassung des Huffman-Kodes im aktuellen Kodebuch 24 aufgrund einer Schwellwertentscheidung durchge¬ führt, zweitens über einen Zeitraum von zwei Fernsehbildern die Anzahl von Werten aufaddiert und nach einem Zeitraum von zwei Fernsehbildern eine Anpassung vorgenommen oder drittens eine Kombination beider Anpassungen durchgeführt. Bei der Schwell¬ wertentscheidung werden die Anzahl der Werte aufaddiert und bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenze die Anpassung ausge¬ löst.
    [0035] Fig. 13 zeigt einen Huffman-Dekoder. über die Leitung 37 er¬ kennt der Rechner 35 Synchronwörter und damit eine Änderung des aktuellen Kodebuches. Huffman-kodierte Signale werden über die Leitung 38 auf das Schieberegister 43 gegeben. Im Schieberegi¬ ster 43 kann nach der Huffman-Kodierung eine Länge von 11 Bit auftreten. Die Huffman-Kodierung von 11 Bit entspricht einem Adressenraum von 256 Bit, das sind 2 exp 8. Die Adressendekodie¬ rung 49 weist einen Adressenraum von 2 exp 11, das sind 2048, Bit auf. Von diesen Adressen dienen 256 der Huffman-Dekodie- rung. Die restlichen Speicherstellen zeigen an, daß kein gülti¬ ges Huffman-Kodewort im Schieberegister vorliegt. Die Speicher 45 und 46 entsprechen den Speichern 47 und 48. Das Schieberegi¬ ster 43 wird bitweise geladen. Die Speicher 45 - 48 und die Adressendekodierung 49 entsprechen dem aktuellen Kodebuch 44. In dem Schieberegister 43 sind alle Bits zu null gesetzt. Beim Eintreffen der Huffman-kodierten Werte über die Leitung 38 werden die Bits im Schieberegister 43 seriell verschoben. Je¬ weils nach Eintreffen eines Bits wird in der Adressendekodie¬ rung 49 überprüft, ob unter dem im Schieberegister stehenden Wert eine Adressenzuordnung möglich ist. Dabei können 2,3,4, ... oder 11 Bits im Schieberegister 43 angekommen sein. Wird eine Huffman-Kodierung erkannt, so wird der zugehörige Wert vom Speicher 45 an das Schieberegister 4 weitergegeben. Gleichzei¬ tig wird vom Speicher 46 aus über das ODER-Glied 50 das Schiebe¬ register 3 auf den Anfangszustand zurückgesetzt, d.h. sämtliche Bitstellen mit Null geladen.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zur digitalen Nachrichtenübertragung, insbesonde¬ re für aus analogen Signalen gewonnene digitale Videosigna¬ le, bei dem Gruppen (Fig. 3A) von Daten von einem Quellen¬ koder (3) verarbeitet und von einem Kanalkoder (4) auf einen Übertragungskanal (5) und von dem Übertragungskanal (5) über einen Kanaldekoder (6) zum Quellendekoder (7) gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß für -die -zu überprü- . fenden Daten eine Kodierungsvorschrift mit variabler Kode¬ wortlänge verwendet wird und daß die Kodierungsvorschrift einer Statistik der Analog- und/oder Digitalsignale in Zeitabständen angepaßt ist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragungden Daten, für die die Kodierungsvor¬ schrift verwendet wird, Adressen und/oder Werte sind.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Kodierungsvorschrift in regelmäßigen Zeitab¬ ständen angepaßt ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Kodierungsvorschrift nach einer Schwellwert¬ entscheidung angepaßt ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Kodierungsvorschrift in regelmäßigen Zeitab¬ ständen aufgrund einer Schwellwertentscheidung angepaßt ist.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kodierungsvorschrift als Standard-Kodierungsvorschrift für einen Sender und einen Empfänger definiert ist.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsvorschrift der absoluten Auftretenswahrscheinlichkeit der vorangegangenen Daten angepaßt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsvorschrift ausschließlich der absoluten Auftretenswahrscheinlichkeit der vorangegangenen Daten angepaßt wird.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen zwischen definier¬ ter und angepaßter Kodierungsvorschrift übertragen werden.
    10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen zwischen zwei angepaßten Kodierungsvors.chriften übertragen werden.
    11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsvorschrift ein Huffman-Kode ist. 12. Schaltung für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Köder (22) im Sender (Fig.
    12) ein RAM aufweist.
    13. Schaltung für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekoder (34) im Empfänger (Fig. 13) ein RAM aufweist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19863605032|DE3605032A1|1986-02-18|1986-02-18|Verfahren zur digitalen nachrichtenuebertragung|
    DEP3605032.6||1986-02-18||AT87901426T| AT61704T|1986-02-18|1987-02-07|Verfahren zur digitalen nachrichtenuebertragung.|
    KR1019870700812A| KR910006489B1|1986-02-18|1987-02-07|디지탈 형식에 의한 정보 전송방법|
    DE19873768587| DE3768587D1|1986-02-18|1987-02-07|Verfahren zur digitalen nachrichtenuebertragung.|
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