DE4111131A1 - Verfahren zum uebertragen digitalisierter tonsignale - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 36 38 922 C2
bekannt.
Bei digitalen Tonsignalübertragungen und -speicherungen können die empfan
genen bzw. gelesenen Tonsignale bei Bit-Fehlern nach Ausschöpfen aller
Möglichkeiten der Fehlererkennung und Fehlerkorrektur entweder überhaupt
nicht oder teilweise nicht mehr decodierbar sein. In diesem Falle erfolgt
üblicherweise im Decoder eine breitbandige Stummschaltung, derart, daß für
einen bestimmten Zeitabschnitt das gesamte Signal zu 0 gesetzt wird. Im Falle
von drahtlos übertragenen, digitalen Tonsignalen tritt dieser Fall an den Rändern
der Versorgungsgebiete ziemlich häufig auf, was insbesondere bei mobilem
Empfang äußerst störend ist. Gleiches gilt, wenn bei der Tonsignalspeicherung
die Abnutzung des Bandmaterials oder der Tonköpfe einen Toleranzwert
überschreitet.
Um bei Rundfunkübertragungen die Störwirkung von Signalausfallen zu
mindern, ist es aus der DE 36 38 922 C2 bekannt die stereofonen Links- und
Rechtskanäle zeitlich gegeneinander zu versetzen und bei einer nicht-korrigier
baren Signalstörung die in dem jeweils anderen Kanal zu einem früheren bzw.
späteren Zeitpunkt übertragene, stereofone Komplementinformation an die Stelle
der gestörten Originalinformation zu setzen. Obwohl die stereofone Komple
mentinformation mit der zugehörigen, gestörten Originalinformation nicht
identisch, sondern nur über die Links-Rechts-Korrelation verbunden ist, kann ein
derartiger Ersatz jedenfalls während eines kurzen Zeitraumes hingenommen
werden, da sowohl Richtungs- und Entfernungswahrnehmungen wie auch die
Wahrnehmung von Raumeindrücken einer gewissen Trägheit des menschlichen
Gehörs unterliegen. Allerdings geht bei längerer Anwendung dieser
Verschleierungstechnik der stereofone Eindruck verloren, da sich die
Verschleierung stets auf die volle Bandbreite des gestörten Signals bezieht und
deshalb auch spektrale Signalanteile ersetzt werden, welche ungestört sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Verfahren
der eingangserwähnten Art eine subjektiv bessere Fehlerverschleierung vor
zusehen, welche eine bessere Rekonstruktion des gestörten Originalschallereig
nisses ermöglicht und insbesondere auch bei längerer Anwendung den
stereofonen Eindruck aufrecht erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch kennzeichnende Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, gezielt nur die spektralen Teile eines
vollständigen Tonsignales für einen bestimmten Zeitabschnitt stummzuschalten,
zu wiederholen, abzuschätzen oder zu ersetzen, die tatsächlich gestört sind.
Dabei macht sich die Erfindung den Umstand zu Nutze, daß datenreduzierte,
digitale Tonsignale in zeitlicher und spektraler Aufteilung vorliegen, je nachdem,
ob eine Zerlegung in Teilbänder (Teilbandcodierung) oder in Spektralwerte
Transformationscodierung) vorliegt. Es lassen sich die folgenden
Verschleierungsstrategien anwenden:
Bei dieser Verschleierungsstrategie werden nur diejenigen spektralen
Teile des gestörten Signals stummgeschaltet, welche tatsächlich gestört
sind. Dies können je nach angewendetem Quellcodierungsverfahren
einzelne Teilbänder bzw. Spektralwerte oder Gruppen von Teilbändern
bzw. Spektralwerten eines in n Teilbänder oder Spektralwerte unterteil
ten digitalen Tonsignals sein, wobei n ein Wert größer oder gleich
ist.
Bei dieser Verschleierungsstrategie Teile desselben Kanalsignals als
Ersatz für die gestörten Signalteile verwendet, was im Folgenden als
"Wiederholung" bezeichnet werden soll. Die zu wiederholenden Teile
können je nach angewendetem Quellcodierungsverfahren einzelne Teil
bänder bzw. Spektralwerte oder Gruppen von Teilbändern bzw.
Spektralwerten eines in n Teilbänder bzw. Spektralwerte unterteilten
Tonsignals sein, wobei n wiederum ein Wert größer oder gleich ist.
Diese Teile können wiederum je nach angewendetem Quellcodierungsver
fahren aus zeitgleichen bzw. spektralen Abtastwerten wie auch aus
Steuerinformationen oder oder Skalenfaktoren bestehen. Die Wieder
holung kann auch mehrfach erfolgen.
Hierbei werden zeitgleiche, im Nachbarkanal ungestört oder in bear
beiteter Form vorhandene Teile des Tonsignals für den Ersatz verwendet,
was im Folgenden als "Links-Rechts-Ersatz" bezeichnet wird. Die zu
ersetzenden Teile können wie im Falle des Wiederholens je nach an
gewendetem Quellcodierungsverfahren einzelne Teilbänder bzw.
Spektralwerte oder Gruppen von Teilbändern bzw. Spektral
werten eines in n Teilbänder bzw. Spektralwerte unterteilten Tonsignals
sein, wobei wiederum n ein Wert größer oder gleich ist. Diese Teile
können wiederum je nach Quellcodierungsverfahren sowohl aus zeitlichen
bzw. spektralen Abtastwerten wie auch aus Steuerinformation oder
Skalenfaktoren bestehen.
Bei dieser Verschleierungsstrategie werden ungestörte oder bearbeitete
Teile desselben Kanalsignals oder des Nachbarkanalsignals zur Bestim
mung der für den Ersatz von gestörten Teilen notwendigen Teile mit der
Abschätzung (z. B. Interpolation) herangezogen. Auf Grund der zeitlichen
bzw. spektralen Verbundwahrscheinlichkeit kann unter Verwendung nicht
gestörter bzw. bearbeiteter, spektral oder zeitlich benachbarter Teile
desselben Kanalsignals oder des benachbarten Kanalsignals auf den
ursprünglichen Inhalt gestörter, zu ersetzender Teile geschlossen werden.
Die abzuschätzenden Teile können je nach angewendetem Quellcodie
rungsverfahren einzelne Teilbänder bzw. Spektralwerte oder Gruppen von
Teilbändern bzw. Spektralwerten eines n Teilbänder bzw. Spektral
werte unterteilten Tonsignals sein, wobei auch hier n ein Wert größer
oder gleich 1 ist. Diese Teile können wiederum je nach Quell
codierungsverfahren sowohl aus zeitlichen bzw. spektralen Abtast
werten wie auch aus Steuerinformationen oder Skalenfaktoren bestehen.
Für die vorstehend erwähnten Verschleierungsstrategien können
verschiedene Methoden zum Ein-und/oder Ausblenden verwendet wer
den. Dies bedeutet, daß vom ungestörten Teil zum ersetzten bzw. stumm
geschalteten Teil und /oder vom ersetzten bzw. stummgeschalteten Teil
zum ungestörten Teil mit einer bestimmten Übergangszeit und einer
bestimmten Übergangsfunktion übergeblendet wird, um sprunghafte
Übergänge zu vermeiden.
Sämtliche der vorstehend erwähnten Verschleierungsstrategien lassen sich im
Bedarfsfall miteinander kombinieren.
Die Erfindung macht sich bei den dargelegten Verschleierungsstrategien bestim
mte Eigenschaften des menschlichen Gehörsinns nutzbar. Im Falle des Stumm
schaltens, Wiederholens oder Abschätzens werden die Gehöreigenschaften
bzgl. zeitlicher und/oder simultaner Verdeckungsschwellen dahingehend aus
genutzt, daß diese Verschleierungsmaßnahmen weitgehend unhörbar bleiben
bzw. verdeckt sind, wenn sie eine bestimmte zeitliche, spektrale und pegel
mäßige Ausdehnung nicht überschreiten.
Im Falle des Links-Rechts-Ersatzes macht man sich zu Nutze, daß sowohl
Richtungs- und Entfernungswahrnehmungen wie auch die Wahrnehmung von
Raumeindrücken einer gewissen Trägheit unterliegen. Dies kann dahingehend
ausgenutzt werden, daß kurzzeitige Änderungen der Darstellung von Richtungen
und Entfernungen von Schallquellen sowie eines Raumeindrucks dann unhörbar
bleiben, wenn sie bestimmte Zeiten unterschreiten und auch nicht zu häufig
auftreten. Lassen sich diese beiden Bedingungen einhalten, so kann bei richtiger
Anwendung der beschriebenen Verschleierungsstrategien eine weitgehende
Verbesserung gegenüber herkömmlich bekannten Verschleierungstechniken
erzielt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der einzigen Figur
näher erläutert werden, welche ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens in einem Wiedergabekanal eines stereofonen oder
mehrkanaligen Tonübertragungs- oder- Speicherungssystems darstellt.
In dem dargestellten Beispielsfalle wird davon ausgegangen, daß ein
datenreduziertes, digitales Signal übertragen bzw. gespeichert wird, dessen
Quellcodierung drei Teilbänder aufweist. In Wirklichkeit ist die Anzahl der
Teilbänder erheblich höher und beträgt beispielsweise 32 Teilbänder.
Das betrachtete, datenreduzierte digitale Tonsignal liegt - aufgeteilt auf seine
drei Teilbänder - an den Eingängen 11,12 und 13 eines Kanal-Decoders 10 an,
nachdem das digitale Tonsignal von einem Speicher ausgelesen oder über eine
sonstige Übertragungsstrecke empfangen worden ist. Der Kanal-Decoder 10
decodiert den Kanalcode der eingangsseitigen Teilband-Signale und führt -
soweit dies möglich ist - eine Fehlerkorrektur entsprechend den Möglichkeiten
des jeweiligen Kanalcodes durch. Die kanaldecodierten Teilbandsignale werden
über die Ausgänge 16, 17 und 18 des Kanal-Decoders 10 einer Multiplexer-Ein
richtung 20 zugeführt, welche für jedes der drei Teilbänder einen als
Wählschalter symbolisierten Multiplexer 21 bzw. 22 bzw. 23 aufweist. Die
Multiplexer 21 bis 23 werden von gesonderten Ausgängen 31 bzw. 32 bzw. 33
eines Analysators 30 gesteuert, welcher die kanaldecodierten Teilbandsignale an
den Ausgängen 16, 17 und 18 dahingehend analysiert, wie lange eine darin
enthaltene Störung dauert und von welcher Art diese Störung ist. Ferner ist der
Analysator 30 mit einem Ausgang 15 des Kanal-Decoders 10 verbunden, um
eine Information darüber zu erhalten, in welchem Teilbandsignal und zu welchen
Zeitpunkten der Kanal-Decoder 10 Fehler nicht mehr korrigieren konnte. Diese
Information wird auch dem Analysator des Nachbarkanals Nr. 2 zugeführt.
Gleichzeitig erhält der Analysator 30 von dem Kanal-Decoder des Nachbarkanals
Nr. 2 die entsprechende Information von dessen Ausgang 15a.
Entsprechend dem Ergebnis der durchgeführten, teilbandspezifischen Analyse
entscheidet der Analysator, zu welchem Zeitpunkt und in welchem Teilband der
betreffende Multiplexer 21 bis 23 umgeschaltet wird von dem kanaldecodierten
Teilbandsignal am Ausgang 16 bzw. 17 bzw. 18 auf eines von vier alternativ zu
Verfügung stehenden Verschleierungssignale. Die insgesamt 5 verschiedenen
Wählstellungen jedes Multiplexers 21 bis 23 sind in der Figur durch
entsprechend viele Schaltklemmen jedes Multiplexers symbolisiert. Die
erwähnten 4 Alternativen entsprechen den vorstehend erwähnten
Verschleierungs-Strategien "Stummschalten", "Wiederholen", "Links-Rechts-Er
satz" und "Abschätzung". Dies soll im Folgenden noch näher erläutert wer
den.
Zur Durchführung der erwähnten Verschleierungs-Strategien ist eine
Speichereinrichtung 40 vorgesehen, welche von einer Speicher-Steuerung 50
teilbandspezifisch über deren Ausgänge 51, 52 und 53 gesteuert wird. Die
Speichereinrichtung ist mit den Ausgängen 24, 25 und 26 der Multiplexer 21, 22
bzw. 23 des eigenen Kanals sowie mit den Ausgängen 16a, 17a und 18a des
Kanal-Decoders des Nachbarkanals eingangsseitig verbunden. Die Speicherein
richtung 40 speichert somit die bearbeiteten Teilbandsignale des eigenen Kanals
sowie die unbearbeiteten Teilbandsignale des Nachbarkanals, wobei letztere
Signale nur dann verwertet werden, wenn sie ungestört sind. Die bearbeiteten
Teilbandsignale des eigenen Kanals werden bei Anwendung der "Wiederholungs-
Verschleierungs-Strategie" benutzt, wohingegen die unbearbeiteten Teilbandsig
nale des Nachbarkanals bei der "Links-Rechts-Ersatz"-Strategie zur Anwendung
gelangen. Für die Anwendung der "Abschätzungs"-Verschleierungsstrategie
werden der Speichereinrichtung 40 von der Speicher-Steuerung 50 über deren
Ausgänge 51-53 entsprechende Schätzwerte zugeführt, wobei die Speicher-Steu
erung 50 mit einem Ausgang 34 des Analysators 30 verbunden ist, über
welchen sie eine Information darüber erhält, in welchem Teilband zu welchem
Zeitpunkt entsprechende Abschätzungen durchzuführen sind.
Die Ausgänge 41-49 der Speichereinrichtung sind in drei Gruppen zu je 3
Ausgängen unterteilt, wobei jede dieser Gruppen mit einem zugeordneten Mul
tiplexer 21-23 verbunden ist. Jede Gruppe von 3 Ausgängen führt für das
jeweils zugeordnete Teilband die Informationen entsprechend den 3 erwähnten
Verschleierungsstrategien "Wiederholen", "Links-Rechts-Ersatz" und "Abschät
zung". Zur Durchführung der 4. Verschleierungsstrategie "Stummschalten" ist
ein Schaltkontakt jedes Multiplexers 21-23 symbolisch auf Masse gelegt.
Es versteht sich, daß die Multiplexereinrichtung 20 in bevorzugter Weise durch
eine Rechner-Software realisiert wird, was auch für die übrigen Funktionsblöcke
des dargestellten Blockschaltbildes gilt.
Die Teilbandsignale an den Ausgängen 24, 25 und 26 der Multiplexer 21, 22
bzw. 23 sind somit Teilbandsignale, welche entweder ungestört sind oder im
Kanal-Decoder einer Fehlerkortektur unterzogen worden sind oder mittels der
Multiplexer-Einrichtung 20 nach einer oder mehreren der beschriebenen
Verschleierungsstrategien bearbeitet worden sind. Mit dem Ausdruck
"bearbeitetes Teilbandsignal" soll dieser Sachverhalt angedeutet werden. Der
Multiplexer-Einrichtung 20 ist ein Quell-Decoder 60 nachgeschaltet, welchem
die bearbeiteten Teilbandsignale an den Ausgängen 24, 25 und 26 zugeführt
werden. In dem Quell-Decoder 60 werden die bearbeiteten Teilbandsignale zu
einem digitalen Tonsignal decodiert, welches nach einer Digital/Analog-Um
wandlung in einem Wandler 70 beispielsweise über einen Kanal-Lautsprecher 80
wiedergegeben werden kann.
Es versteht sich, daß das nur für einen Kanal beschriebene Blockschaltbild für
jeden weiteren Kanal eines stereofonen oder mehrkanaligen Wiedergabesystems
vorzusehen ist. Die wechselseitigen Verbindungen der Blockschaltbilder der
einzelnen Kanäle sind bereits erläutert worden.
Claims (4)
1. Verfahren zum Übertragen oder Speichern digitalisierter Tonsignale
über störbehaftete Kanäle bei der empfangsseitig
Übertragungsfehler detektiert und gegebenenfalls korrigiert oder
verschleiert werden, wobei zur Verschleierung der gestörte
Signalabschnitt stummgeschaltet oder durch einen dem gestörten
Signalabschnitt vorangegangenen Signalabschnitt in demselben
Kanal oder durch einen zeitgleichen ungestörten Signalabschnitt
eines Nachbarkanals ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
datenreduzierte, digitale Tonsignale verwendet werden, welche
entsprechend ihrer Quellcodierung in zeitlicher und/oder spektraler
Aufteilung vorliegen und daß nur die gestörten Spektralwerte bzw.
Teilbänder oder Gruppen von Spektralwerten bzw. Teilbändern
einer Verschleierung unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ungestörte oder durch Verschleierung bearbeitete Teile desselben
Kanalsignals oder eines benachbarten Kanalsignals zur Bestimmung
der für den Ersatz von gestörten Signalteilen notwendigen
Signalteile mittels Abschätzung, beispielsweise Interpolation.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Signalteile für die Verschleierung in Abhängigkeit von der
Quellcodierung des datenreduzierten, digitalen Tonsignals zeitliche bzw.
spektrale Abtastwerte, Skalenfaktoren und/oder Steuerinformationen
vorgesehen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergänge zu und/oder von verschleierten Signalteilen gleitend
im Sinne einer Ein- bzw. Ausblendung erfolgen.
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