DE4111131C2 - Verfahren zum Übertragen digitalisierter Tonsignale - Google Patents

Verfahren zum Übertragen digitalisierter Tonsignale

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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 45 150 C2 bekannt.
Bei digitalen Tonsignalübertragungen und -speicherungen können die empfangenen 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 Signalausfällen zu mindern, ist es aus der DE 36 45 150 C2 bekannt, die stereofonen Links- und Rechtskanäle zeitlich gegeneinander zu versetzen und bei einer nicht­ korrigierbaren 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 Komplementinformation mit der zugehörigen, gestörten Originalinformation nicht identisch, sondern nur über die Links-Rechts-Korrelation verbunden ist, kann ein derartiger Ersatz des gestörten Signalabschnitts jedenfalls während eines kurzen Zeitraumes hingenommen werden, da sowohl Richtungs- und Entfernungswahr­ nehmungen wie auch die Wahrnehmung von Raumeindrücken einer gewissen Trägheit des menschlichen Gehörs unterliegen. Im Falle von digitalen Tonsignalen kann, wie aus der DE 36 38 922 C2 ferner bekannt ist, zusätzlich zur Pegelangleichung der aus dem anderen stereofonen Kanal entnommenen Tonsignal-Abtastwerte der Skalenfaktor des gestörten Tonsignals herangezogen werden.
Bei den vorgenannte Verschleierungstechniken geht allerdings bei längerer Anwendung 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.
Aus der EP 03 43 792 A2 ist es bei Sprachübertragung über Funkstrecken bekannt, das empfangene Sprachsignal auf mehrere Teilbänder aufzuspalten und in jedem Teilband festzustellen, ob ein zeitlich variierendes oder zeitlich konstantes Teilbandsignal vorliegt. Nur im Falle der Detektion eines zeitlich variierenden Teilbandsignals erfolgt eine Weiterverarbeitung dieses Teilbandsignals, wohingegen in allen anderen Fällen eine Unterdrückung stattfindet. Eine solche Grobdetektion eignet sich indessen für Rundfunksignale nicht, da Störungen von Rundfunksignalen sich nicht in Form zeitlich invarianter Spektralbereiche oder Teilbandspektren abbilden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art eine Fehlerverschleierung vorzusehen, welche eine bessere und einfachere Rekonstruktion des Rundfunksignals ermöglicht und insbesondere auch bei längerer Anwendung den stereofonen Eindruck aufrecht erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch kennzeichnende Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, gezielt nur diejenigen spektralen Teile (Teilbänder) eines vollständigen Tonsignales für einen bestimmten Zeitabschnitt zu ersetzen, die tatsächlich gestört sind. Bei diesem teilbandweisen Ersatz wird so vorgegangen, daß aus dem vorangegangenen, ungestörten Signalabschnitt der Skalenfaktor des dem gestörten Teilband entsprechenden Teilbandes verwendet wird. Dabei macht sich die Erfindung den Umstand zu Nutze, daß datenreduzierte, digitale Tonsignale in teilbandweiser oder spektraler Aufteilung vorliegen, je nachdem, ob eine Zerlegung in Teilbänder (Teilbandcodierung) oder in Spektralwerte (Transformationscodierung) vorliegt. Es lassen sich die folgenden Verschleierungsstrategien anwenden:
1. Wiederholen
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 Teilbänder 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 1 ist. Die für die Wiederholung verwendeten Teile können wiederum je nach angewendetem Quellcodierungsverfahren aus Steuerinformationen oder Skalenfak­ toren bestehen. Die Wiederholung kann auch mehrfach erfolgen.
2. Links-Rechts-Ersatz
Hierbei werden zeitgleiche, im Nachbarkanal ungestört oder in bear­ beiteter Form vorhandene Teile des Togsignals 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 angewendetem Quellcodierungsverfahren einzelne Teilbänder bzw. Spektralwerte oder Gruppen von Teilbändern bzw. Spektralwerten eines in n Teilbänder bzw. Spektralwerte unterteilten Tonsignals sein, wobei wiederum n ein Wert größer oder gleich 1 ist. Diese Teile können wiederum je nach Quellcodierungsverfahren aus Steuerinformation oder Skalenfak­ toren bestehen.
3. Abschätzung
Bei dieser Verschleierungsstrategie werden ungestörte oder bearbeitete Teile desselben Kanalsignals oder des Nachbarkanalsignals zur Bestimmung 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 Quellcodierungsverfahren einzelne Teilbänder bzw. Spektralwerte oder Gruppen von Teilbändern bzw. Spektralwerteneines n Teilbänder bzw. Spektralwerte unterteilten Tonsignals sein, wobei auch hier n ein Wert größer oder gleich 1 ist. Diese Teile können wiederum je nach Quellcodierungsverfahren aus Steuer­ informationen oder Skalenfaktoren bestehen.
Die vorstehend erwähnten Verschleierungsstrategien lassen sich im Bedarfsfall miteinander kombinieren.
Die Erfindung macht sich bei den dargelegten Verschleierungsstrategien bestimmte Eigenschaften des menschlichen Gehörsinns nutzbar. Im Falle des 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 erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Wiedergabekanal eines stereofonen oder mehrkanaligen Tonübertragungs- oder -Speicherungs­ systems 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-Einrichtung 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 der alternativ zur 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 Alternativen entsprechen den vorstehend erwähnten Verschleierungs-Strategien "Wiederholen" "Links-Rechts- Ersatz" und "Abschätzung". Dies soll im Folgenden noch näher erläutert werden.
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 Speichereinrichtung 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 Teilbandsignale 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-Steuerung 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 drei Ausgängen unterteilt, wobei jede dieser Gruppen mit einem zugeordneten Multiplexer 21-23 verbunden ist. Jede Gruppe von drei Ausgängen führt für das jeweils zugeordnete Teilband die Informationen entsprechend den drei erwähnten Verschleierungsstrategien "Wiederholen", "Links-Rechts-Ersatz" und "Abschätzung".
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 Fehlerkorrektur unterzeogen 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-Umwandlung 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 (2)

1. Verfahren zum Empfangen datenreduzierter, digitalisierter Tonsignale über störbehaftete Rundfunkkanäle, wobei die Tonsignale entsprechend ihrer Quellcodierung abschnittsweise in eine Vielzahl von Teilbänder aufgeteilt sind, bei dem empfangsseitig Übertragungsfehler detektiert und verschleiert werden, wobei zur Verschleierung ein dem gestörten Signalabschnitt vorangegangener Signalabschnitt in demselben Kanal herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nicht der gesamte gestörte Signalabschnitt, sondern nur die gestörten Teilbänder des gestörten Signalabschnitts einer Verschleierung unterzogen werden, derart, daß der Skalenfaktor aus einem gestörten Teilband durch den Skalenfaktor aus dem entsprechenden ungestörten Teilband des vorangegangenen Signalabschnitts ersetzt wird.
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 Skalenfaktoren und/oder Steuerinformationen mittels Abschätzung, beispielsweise Interpolation, herangezogen werden.
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