DE3729882A1 - Verfahren und anordnung zur messung der qualitaet von digitalen signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung der Qualität von digitalen Signalen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein Verfahren zur digitalen Aufzeichnung von Videosignalen ist in den Druckschriften "Standard for Recording Digital Television Signals on Magnetic Tape in Cassettes" der European Broadcasting Union, Tech 3252-E, "Proposed American National Standard for Digital Videorecording" der Society of Motion Pictures and Television Engineers (SMPTE), 224M bis 228M und Fernseh- und Kinotechnik 1987, Heft 1/2, Seiten 15 bis 22 beschrieben. Insbesondere wegen der hohen Datenrate von 227 MBit/s und der hohen Aufzeichnungsdichte wird bei Videobandgeräten für dieses bekannte Verfahren ein erheblicher Aufwand für die Fehlersicherung bzw. Fehlerkorrektur, für die Fehlerverdeckung und für Maßnahmen getrieben, welche eine Verteilung einzelner Signalabschnitte auf mehrere Spuren des Magnetbandes ermöglichen.

Bis zu einer gewissen Fehlerrate ist die vollständige Korrektur der wiedergegebenen Signale möglich. In einem weiteren Bereich der Fehlerrate ist eine Verdeckung der Fehler möglich, so daß sie beim Betrachten des wiedergegebenen Bildes nicht oder kaum sichtbar werden. Erst bei sehr schlechten vom Band gelesenen Signalen tritt eine deutliche Verschlechterung der wiedergegebenen Bilder ein.

Um bei der Wiedergabe Fehler korrigieren zu können, werden bei der Aufzeichnung den Datenworten Prüfwörter hinzugefügt. Dabei wird ein doppelter Fehlerschutz verwendet, der darin besteht, daß einer Reihe von Datenwörtern, welche einen Codeblock bilden, Prüfwörter hinzugefügt werden und daß mehrere dieser Codeblöcke ein Datenfeld bilden, wobei senkrecht zur Richtung der Codeblöcke ebenfalls Prüfwörter gebildet werden. Die Bildung der Prüfwörter erfolgt jeweils nach einem Reed-Solomon-Code. In der Literatur sind hierfür die Ausdrücke "innere Codierung" und "äußere Codierung" gebräuchlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Qualität der wiedergegebenen digitalen Signale aufgrund der aufgetretenen Fehler überprüft werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei einem digitalen Videobandgerät auch dann eine Überwachung möglich ist, wenn sich an den Ausgangssignalen des Videobandgerätes noch keinerlei Fehler zeigen. Obwohl die Erfindung im wesentlichen für digitale Videobandgeräte vorgesehen ist, ist ihre Anwendung jedoch nicht auf solche Geräte beschränkt, sondern kann in allen Systemen verwendet werden, bei welchen Daten übertragen oder Daten gespeichert und wiedergegeben werden, sofern Fehlererkennungs- und gegebenenfalls Fehlerkorrekturschaltungen vorgesehen sind. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Aufsummieren die Fehler bezüglich ihrer Art - beispielsweise ob es sich um korrigierbare oder nicht korrigierbare Fehler handelt - und/oder nach ihrem Fehlermuster ausgewählt werden. Damit stehen Informationen zur Verfügung, um im Falle von erhöhtem Auftreten von Fehlern darauf zu schließen, welche Teile des Viedeobandgerätes nicht ordnungsgemäß arbeiten. Diese Informationen können beispielsweise dazu benutzt werden, möglicherweise abgenutzte Teile, wie Magnetköpfe rechtzeitig zu ersetzen. Die Informationen können ferner zu einem Abgleich von beispielsweise Entzerrernschaltungen verwendet werden. So kann beispielsweise aus einem gehäuften Auftreten von Einzelbitfehlern unter anderem auf einen Fehlabgleich eines Entzerrers geschlossen werden, so daß ein Abgleich dieses Entzerrers unter Beobachtung der Anzahl der Einzelbitfehler durchgeführt werden kann, wobei auftretende Mehrbitfehler in die Summierung nicht miteinbezogen werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung wird die vorgegebene Zeit derart gesteuert, daß die ermittelte Summe der Fehler innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die Dualstellenzahl von für die Speicherung und Verarbeitung der Summe vorgesehenen Schaltungen liegt. Je nach Zustand des Bandes und des Videobandgerätes kann die Zahl der Fehler pro Zeiteinheit sehr stark schwanken. Bei Erfassung der Fehlerhäufigkeit über ein konstantes Intervall würde daher das Ergebnis den Zahlenbereich von beispielsweise einem 8-Bit-Wort weit übersteigen. Außerdem wären zur Erfassung sehr geringer Fehlerhäufigkeiten mit einer ausreichenden Genauigkeit sehr lange Mittelungsintervalle erforderlich, die jedoch bei einer großen Fehlerhäufigkeit nicht nötig sind.

In den Unteransprüchen ferner aufgeführte Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich durch einen geringen Schaltungsaufwand aus und geben Daten ab, die zur Heiteren Auswertung, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocomputers geeignet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anord­ nung und

Fig. 2 Tabellen für die Gewichtung der Fehler.

Eine an sich bekannte Schaltung 1 zur symbolorientierten Fehlerkorrektur und -erkennung befindet sich im Wiedergabekanal eines digitalen Magnetbandgerätes. Derartige Schaltungen sind außer in dem eingangs erwähnten Aufsatz in Fernseh- und Kinotechnik in der deutschen Patentanmeldung P 37 19 404.6 und unter besonderer Berücksichtigung digitaler Audiosignale in der deutschen Patentanmeldung P 37 19 406.2 beschrieben. Der Schaltung 1 werden bei 2 die zu korrigierenden Daten zugeführt und bei 3 die korrigierten Daten entnommen. Außer dem Ausgang 3 für die korrigierten Daten weist die Schaltung 1 Ausgänge 4, 5, 6, 7 auf, wobei jeweils bei einem unkorrigierbaren Fehler am Ausgang 4 ein Signal abgegeben wird, während bei korrigierbaren Fehlern am Ausgang 5 ein entsprechendes Signal ansteht. Am Ausgang 6 steht als 8 Bit breites Datenwort das Fehlermuster von fehlerhaften Symbolen an. Am Ausgang 7 wird ein Signal BE zur Kennzeichnung des Endes des jeweiligen Datenblocks abgegeben.

Die Ausgänge 4, 5 und 6 sind mit Adresseneingängen eines Speichers 8, vorzugsweise eines programmierbaren Nur-Lese-Speichers (PROM), verbunden. In dem Speicher 8 ist eine Tabelle abgelegt, aus der man mit Hilfe eines Auswahlsignals, welches weiteren Adresseneingängen 21 des Speichers 8 zugeführt wird, Daten entnehmen kann, welche nur bei ausgewählten Fehlern auftreten. Diese werden vom Ausgang des Speichers 8 dem Eingang eines ersten Registers 9 zugeleitet, das mit dem Blockendesignal BE getaktet wird.

Der jeweilige Inhalt des ersten Registers 9 wird zu dem Inhalt eines zweiten Registers 10 in einem Addierer 11 hinzuaddiert. Danach wird die so erhaltene Summe in das Register 10 eingeschrieben. Dadurch wirken der Addierer 11 und das zweite Register 10 als Akkumulator. Da jedoch die Summe der Fehler auf ein Zeitintervall zu beziehen ist, kann in einer Schalteinrichtung 12 die Summe durch zwei geteilt werden, was bei den verwendeten Dualzahlen eine Verschiebung in Richtung auf das geringstwertige Bit bedeutet. Die Häufigkeit dieser Verschiebung wird über einen Zähler 13 in Abhängigkeit von der Größenordnung der Fehlerhäufigkeit gesteuert. Dazu wird einerseits der Zähler mit dem Blockendesignal BE getaktet und andererseits auf einen Anfangswert gesetzt, der einem Mittelungsintervallregister 14 entnommen wird.

Wird eine Zweiteilung mit Hilfe der Schalteinrichtung 12 häufig vorgenommen - beispielsweise bei jedem Blockendesignal BE, so ergibt sich ein sehr kurzes Mittelungsintervall, während bei seltener Zweiteilung das Mittelungsintervall größer ist. Der jeweilige Inhalt des zweiten Registers 10 wird in ein drittes Register 15 übernommen, wozu dem dritten Register ein Taktimpuls zugeführt wird, welcher am Ende jedes Mittelungsintervalls durch eine Und-Verknüpfung mit Hilfe der Schaltung 16 aus dem Blockendesignal BE und dem der Schaltung 12 zugeführten Schaltimpuls gewonnen wird.

Das Ausgangssignal des Registers 15 wird einem weiteren Speicher 17 zugeführt, in welchem eine Tabelle abgelegt ist, welche die Anzahl der aufgetretenen Fehler bewertet. Es können beispielsweise subjektive Kriterien in diese Bewertung miteinbezogen werden. So sinkt beispielsweise die Qualität der wiedergegebenen Signale nicht nur linear, sondern exponentiell mit der Anzahl der nötigen Fehlerverdeckungen. Dieses gilt insbesondere für die digitalen Audiosignale. Der Ausgang des Speichers 17 ist an ein Bussystem 18 angeschlossen.

Über das Bus-System 18 kann ein Mikrocomputer 19 die jeweiligen Ausgangssignale des Speichers 17 abfragen. Haben sich in einem zunächst angenommenen Mittelungsintervall zu viele Fehler eingestellt, so wird vom Mikrocomputer 19 in das Mittelungsintervallregister 14 ein niedrigerer Wert für das Mittelungsintervall eingegeben. Treten jedoch in dem zunächst angenommenen Mittelungsintervall so wenige Fehler auf, daß eine statistische Auswertung unmöglich ist, so wird das Mittelungsintervall erhöht. Das Ergebnis der Fehlerermittlung kann beispielsweise vom Computer 19 über das Bus-System 18 und eine Anzeigevorrichtung 23 sichtbar gemacht werden. Ferner kann an das Bus-System 18 eine ebenfalls vom Mikrocomputer 19 adressierbare Eingabeeinheit 24 angeschlossen sein.

Bevor weitere Teile der Anordnung nach Fig. 1 erläutert werden, wird im folgenden auf die in Fig. 2 dargestellten Tabellen eingegangen: Dabei zeigen die Fig. 2a) bis c) drei Beispiele für Tabellen, welche im Nur-Lese-Speicher 8 abgelegt sind und über den Eingang 21 ausgewählt werden können. Fig. 2a) stellt eine Tabelle mit durchschnittlicher Fehlergewichtung dar, wobei die Ausgangssignale des Nur-Lese-Speichers 8 umso höhere Werte einnehmen, je mehr fehlerhafte Stellen in einem über den Ausgang 6 der Fehlerkorrekturschaltung 1 zugeführten Fehlermuster vorhanden sind. Dabei werden unkorrigierbare Fehler wesentlich stärker bewertet - und zwar unabhängig davon, wie viele fehlerhafte Stellen sich in einem Fehlermuster befinden.

Fig. 2b) zeigt eine Tabelle, mit deren Hilfe insbesondere einzeln auftretende Fehler zu erfassen sind. Bei dem Fehlerkorrektursystem des eingangs erwähnten digitalen Videobandgerätes sind Ein- oder Zwei-Bit-Fehler stets korrigierbar. Deshalb werden bei der Gewichtung nach Fig. 2b) unkorrigierbare Fehler nicht berücksichtigt. Außerdem werden Fehler nicht berücksichtigt, bei denen drei bis acht Fehler-Bits im Fehlermuster auftreten. Am stärksten werden bei der Gewichtung nach Fig. 2b) diejenigen Fehler bewertet, bei denen zwei Fehler-Bits in einem Fehlermuster auftreten.

Ein anderes Beurteilungskriterium für die Qualität der wiedergegebenen Signale ist das Auftreten von Fehlern, welche mehrere Bits umfassen, sogenannte Burst-Fehler. Zur Erfassung derartiger Fehler ist die in Fig. 2c) dargestellte Tabelle geeignet, bei welcher korrigierbare Fehler, welche ein bis drei Fehler-Bits je Fehlermuster umfassen, überhaupt nicht berücksichtigt werden.

Ab vier Fehler-Bits erfolgt eine steigende Gewichtung - und zwar je einem zusätzlichen Fehler-Bit wird die Gewichtung verdoppelt. Schließlich werden am höchsten diejenigen Fehler bewertet, welche unkorrigierbar sind.

Wenn im Zusammenhang mit den Fig. 2a) bis 2c) von einem Fehler-Bit die Rede ist, so heißt dieses, daß in dem Fehlermuster ein Bit den Wert Eins einnimmt. Dabei wird die Position dieses Fehler-Bits nicht berücksichtigt. So haben beispielsweise alle in Fig. 2d) dargestellten Fehlermuster ein Fehler-Bit. Entsprechendes gilt für zwei Fehler-Bits usw.

Die im Speicher 17 abgelegte Tabelle ermöglicht in erster Linie eine Zuordnung der ermittelten Fehlerzahl in Qualitätsklassen. So kann beispielsweise eine Einteilung in zwei Qualitätsklassen genügen, wenn lediglich festgestellt werden soll, ob eine gewünschte Sollvorgabe erfüllt oder nicht erfüllt ist. Hierzu kann beispielsweise festgelegt werden, daß bei einem Inhalt des Registers 15 von weniger als 32 Fehlern am Ausgang des Speichers 17 eine Null ansteht, was in diesem Fall heißt, daß die Fehlerzahl nicht die Sollvorgabe überschreitet, daß also die wiedergegebenen Signale gut sind. Bei einem Registerinhalt von gleich oder größer als 32 kann dann am Ausgang des Speichers 17 eine Eins anstehen, was bedeutet, daß die wiedergegebenen Signale schlechter als die Sollvorgabe sind. Sollte für die jeweilige Auswertung die Einteilung in zwei Qualitätsklassen nicht genügen, so können auch mehr Qualitätsklassen vorgesehen werden, beispielsweise für weniger als 8 Fehler gut, für 8 bis 31 Fehler mittelmäßig und für 32 bis 255 Fehler schlecht.

Mit Hilfe eines im Mikrocomputer 19 gespeicherten Programmes können die verschiedenen Bewertungen nacheinander vorgenommen werden, so daß mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 23 ständig Angaben über die Qualität der wiedergegebenen Signale und über möglicherweise vorliegende Fehljustierungen oder Fehler zur Verfügung stehen.

Über die im folgenden beschriebenen Einrichtungen kann jedoch auch ein automatischer Abgleich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung vorgenommen werden. In an sich bekannter Weise ist nach einem Vorverstärker 31 zur Verstärkung der Ausgangssignale eines Magnetkopfes 32 eine Entzerrerschaltung 33 vorgesehen. Der Ausgang der Entzerrerschaltung 33 ist über weitere Schaltungen 34 mit dem Eingang der Fehlerkorrekturschaltung 1 verbunden. Die Schaltungen 34 umfassen in an sich bekannter Weise Schaltungen zur Quantisierung sowohl im Amplituden- als auch im Frequenzbereich, Schaltungen zur Taktregenerierung und zur Serien-Parallel-Wandlung.

Der Frequenzgang der Entzerrerschaltung 33 kann über zugeführte Steuersignale beeinflußt werden. Diese Steuersignale werden von einem Register 35 der Entzerrerschaltung 33 zugeführt. Zur Optimierung des Entzerrerfrequenzgangs bzw. der Entzerrerkennlinie werden vom Mikrocomputer 19 die Steuersignale verändert und dabei laufend die Zahl der Ein-Bit-Fehler und Zwei-Bit-Fehler ermittelt. Steigt dabei die Zahl der Ein-Bit-Fehler bzw. Zwei-Bit-Fehler, so erfolgte eine Veränderung in der falschen Richtung, so daß nunmehr eine Änderung in der anderen Richtung erfolgt, bis die Zahl der Ein-Bit-Fehler bzw. Zwei-Bit-Fehler nach einer Verminderung wieder ansteigt. Durch ein entsprechendes Programm im Mikrocomputer 19 kann somit ein optimaler Wert für die Steuersignale, welche der Entzerrerschaltungn 33 zugeführt werden, ermittelt werden. Dieser Wert bleibt im Register 35 bis zur nächsten Überprüfung abgespeichert. Da es sich hierbei um relativ langsame Vorgänge handelt, genügt eine Überprüfung in relativ großen Zeitabständen.

In ähnlicher Weise kann eine Optimierung der Spurverfolgung, dem sogenannten Tracking, durchgeführt werden. Dazu ist in an sich bekannter Weise ein steuerbarer Phasenschieber 37 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Phasenlage von bei 38 zugeführten Referenzimpulsen Href verschoben wird, welche dem Capstanservo 39 zugeleitet werden. Da die Bezugsimpulse Href, mit denen das Kopfradservosystem 40 angesteuert wird, nicht von dem Phasenschieber 37 beeinflußt werden, ergibt sich somit durch die Steuerung des Phasenschiebers 37 eine Möglichkeit zur Steuerung der Spurlage.

Die dem steuerbaren Phasenschieber 37 zugeführten digitalen Steuersignale sind in einem Register 41 gespeichert, dessen Inhalt vom Mikrocomputer 19 über das Bus-System 18 geändert werden kann. Bei einem Optimierungsverfahren, das ansonsten ähnlich wie das Optimierungsverfahren für den Entzerrer 33 abläuft, werden jedoch im wesentlichen sogenannte "Burst-Fehler" berücksichtigt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung der Qualität von digitalen Signalen, insbesondere von digitalen Videosignalen, welche von einem Magnetband wiedergegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß von Fehlererkennungsschaltungen abgegebene Fehlermeldungen über vorgebbare Intervalle summiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fehlermeldungen Informationen darüber enthalten, ob die jeweils auftretenden Fehler korrigierbar oder nicht korrigierbar sind, und/oder wobei die Fehlermeldungen das jeweilige Fehlermuster umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausgewählte Art von Fehlern bzw. Fehlermustern summiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbaren Intervalle derart gesteuert werden, daß die ermittelte Summe der Fehler innerhalb eines durch die Dualstellenzahl von für die Speicherung und Verarbeitung der Summe vorgesehenen Schaltungen vorgegebenen Bereichs liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei am Ende eines jeden fehlergesicherten Datenblocks ein Blockendesignal abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Blockendesignal zu einer in einem Register gespeicherten Summe ein gegebenenfalls in dem vorangegangenen Datenblock aufgetretener Fehler hinzuaddiert und der erhaltene Wert in das Register eingeschrieben wird, daß nach einer von der Fehlerhäufigkeit abhängigen Zahl von Blockendesignalen der jeweils durch die Addition erhaltene Wert vor dem Einschreiben in das Register durch zwei dividiert wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Ausgänge (4, 5, 6) einer Schaltung (1) zur symbolorientierten Fehlerkorrektur und -erkennung eine Auswahlschaltung (8) angeschlossen ist, deren Ausgang mit einem ersten Register (9) verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Registers (9) und der Ausgang eines zweiten Registers (10) mit je einem Eingang eines Addierers (11) verbunden sind, daß der Ausgang des Addierers (11) über eine steuerbare Umschalteinrichtung (12) an den Eingang des zweiten Registers (10) angeschlossen ist, daß die steuerbare Umschalteinrichtung (12) in Abhängigkeit von einem zugeführten Schaltsignal die ihr zugeführten Signale entweder unverändert oder um eine Stelle in Richtung auf das geringstwertige Bit verschoben weiterleitet, und daß dem Ausgang des zweiten Registers (10) die Summe der ausgewählten Fehler entnehmbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal der Umschalteinrichtung (12) von einem Zähler (13) zuführbar ist, der mit dem Blockendesignal getaktet wird und der mit Daten voreingestellt wird, die einem Mittelungsintervallregister entnommen werden.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des zweiten Registers (10) der Eingang eines dritten Registers (15) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Speichers (17) für eine Tabelle verbunden ist, welcher auswertbare Daten über die Qualität der digitalen Videosignale entnehmbar sind und deren Ausgang mit einem Eingang des Mittelungsintervallregisters (14) und mit dem Ausgang (19) der Anordnung verbunden ist.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung (8) von einem programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) gebildet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerrate (Summe der abgegebenen Fehlermeldungen je vorgegebenem Intervall) zur Optimierung der Spurverfolgung (Tracking) verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem in einem Mikrocomputer gespeicherten Programm die Spurlage variiert und dabei die Veränderung der Fehlerrate nach ihrem Vorzeichen ausgewertet wird, daß die Spurlage in zwei Richtungen so weit verändert wird, bis die Fehlerrate wieder ansteigt und daß daraus eine mittlere Spurlage errechnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel-Bit-Fehlerrate (Summe der ermittelten Einzel-Bit-Fehler je vorgegebenem Intervall) zur Optimierung einer Entzerrerkennlinie verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie eines im Wiedergabekanal eines Magnetbandgerätes angeordneten Entzerrers in zwei Richtungen so weit verändert wird, bis die Einzel-Bit-Fehlelrrate jeweils wieder steigt und daß daraus ein Steuersignal für die Entzerrerkennlinie durch Mittelung errechnet wird.