DE4240226C2

DE4240226C2 - Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Fernsehsignalen

Info

Publication number: DE4240226C2
Application number: DE4240226A
Authority: DE
Inventors: Kahled Dr Fazel; Michael Ruf
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2012-12-01
Also published as: FR2698753B1; FR2698753A1; DE4240226A1; US5467132A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Übertra gen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Fernsehsigna len. (HDTV = High Defintion TV, DETV = Extended Defintion TV und SDTV = Standard Defintion TV).

Zur Übertragung von digitalen, hierarchischen Fernsehsigna len ist Multiresolution-Modulation Stand der Technik (Siehe K.M. Uz, K. Ramchandran und M. Vetterli, "Multirresolution source and channel coding for digital broadcast of HDTV" Fourth International Workshop on HDTV and beyond, Torino, Sept. 1991; T. Cover, "Broadcast Channel", IEEE Trans. on IT, IT-18, Stn. 2 bis 14, Jan. 1972). Zur Fehlersicherung bei der Übertragung sind diverse Kanalcodierungs-Verfahren, wie Faltungscodes, Blockcodes, u. a. bekannt. Bei der Kombi nation von Kanalcodierung und Modulation sind trellis-co dierte Modulation (TCM), (Siehe G. Ungerboeck, "Channel Coding with multilevel phase signals", IEEE Trans. IT, Vol. IT-28, Stn. 55 bis 67, Jan. 1982), blockcodierte Modulation (BCM) (siehe S.I. Sayegh, "A class of optimum block codes in signal space", IEEE Trans. on Com., COM-34, Stn. 1043 bis 1045, Okt. 1986) und Multilevel-Coding bekannt (siehe A.R. Calderbank, "Multilevel codes and multistage decoding" IEEE Trans. on Com, COM-37, Stn. 222 bis 229, März 1989). Zu einer effizienteren Übertragung über einen begrenzten Kanal wird weiterhin das Orthogonal Frequency Devision- (OFD-) Multiplexing angewendet. (Siehe S.B. Weinstein und P.M. Ebert, "Data transmission by FDM using discrete Fourier Transform", IEEE Trans. on Com., COM-19, Stn. 628 bis 634, Okt. 1971).

Weiterhin ist aus der Fernseh- und Kino- Technik, 46. Jahrg., Nr. 9/1992, S. 559-561, 566-568, 570 bereits ein Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen HDTV- und SDTV-Fernsehsignalen bekannt, bei welchem sendeseitig nach einer an sich bekannten Analog/Digital-Wandlung von Bild- und Ton-Eingangssignalen und einem an sich ebenfalls bekannten anschließenden Entzug von Redundanz in einem Quellcoder die Signal-Bits in einem weiteren Coder geschützt werden, die im Quellcoder und dem nachgeordneten Coder hierarchisch aufgebauten Fernsehsignale einer Multilevelsignalbildung und, zu Symbolen zusammengefaßt, einer Multiresolution-Modulation sowie anschließend einem an sich bekannten OFD-Multiplexring unterzogen werden, um danach einer an sich bekannten Digital/Analog-Wandlung übertragen zu werden, und empfangsseitig die übertragenen Signale nach einer an sich bekannten Analog/Digital-Rückumwandlung und einem inversen OFD-Multiplexing (OFDM) unter Zuhilfenahme der Empfangsqualität entsprechend den verschiedenen, unterschiedlich komplexen Empfängern in einem Multiresolution-Demodulator demoduliert werden, anschließend in einem Decoder decodiert werden und einem nachgeordneten Quelldecoder durch eine Digital/Analog-Wandlung zu HDTV- bzw. SDTV-Signalen verarbeitet werden.

Mit den derzeit bekannten Mitteln ist eine Übertragung von digitalen hierarchischen Fernsehsignalen in einem 7 MHz-Kanal nicht möglich, wenn den nachstehend angeführten Ansprüchen genügt werden soll.

(a) Eine extrem hohe Gesamt-Datenrate ist annähernd fehler frei über den zur Verfügung stehenden Kanal zu übertragen.
(b) Die unterschiedlich wichtigen Daten sind entsprechend ihrer Priorität vor Kanalfehlern zu schützen.
(c) Es ist ein Modulationsverfahren zu finden, bei welchem sich die jeweiligen Empfänger die benötigte Information aus dem gesendeten Datenstrom holen können.
(d) Ferner ist ein Übertragungsverfahren zu finden, das eine der Qualität des empfangenen Fernsehsignals entsprechende Empfängerkomplexibilität erlaubt.
(e) Ferner sollte das Verfahren so ausgelegt sein, daß mög lichst "Error Concealment" und "Graceful Degradation" durch führbar sind.
(f) Das Übertragungsverfahren ist so auszulegen, daß ein stationärer, portabler und mobiler Empfang bei jeweils un terschiedlichen Übertragungskanälen möglich ist.

Mit der Multiresolution-Modulation ohne Multilevel-Coding kann eine hierarchische Übertragung von HDTV-, EDTV- und SDTV-Signalen durchgeführt werden, jedoch nur, falls eine erheblich größere Bandbreite für die Übertragung zur Verfü gung stehen würde. Ebenso könnte die Übertragung mit den bekannten TCM- und BCM-Verfahren zwar durchgeführt werden, aber nur bei gleicher, sehr hohen Empfängerkomplexibilität und unter Verzicht auf die Graceful Degradation.

Ferner gab es, um einige der vorstehend unter (a) bis (g) angeführten Ansprüche zu bewältigen, verschiedene Ansätze. Als Modulationsverfahren ist mindestens ein 64 Quadrature- Amplitude Modulation (QAM) zu verwenden. Zusätzlich ist eine Kanalcodierung notwendig, damit bei einem gegebenen Verhält nis Symbolenergie/einseitige Rauschleistung (Es/No) und den jeweiligen Kanaleigenschaften das Signal mit der gewünschten Bitfehlerwahrscheinlichkeit empfangen werden kann. Ferner ist vorgeschlagen worden, durch Multiresolution-Modulation die verschiedenen EDTV-Signale in einem gemeinsamen Signal zu übertragen. Damit war auch Graceful-Degradation möglich, um bei einer Verschlechterung der Empfangebedingungen statt eines Totalausfalls lediglich eine etwas schlechtere Fern sehqualität zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, mit den zur Verfügung ste henden Verfahren und deren Kombination ein digitales Über tragungsverfahren für hierarchische Fernsehsignale, wie HDTV, EDTV und SDTV zu schaffen, damit aus einem empfangenen Signal, das aus den drei qualitativ unterschiedlichen Fern sehsignalen HDTV, EDTV und SDTV besteht, jeweils das benö tigte Signal detektiert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe sind bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen Fernseh signal die Verfahren Multilevel-Coding bzw. Multistage-Deco ding, Multiresolution-Modulation und Orthogonal Frequency Devision-(OFD-)Multiplexing in optimaler Weise verknüpft. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann das hierar chische Fernsehsignal, das aus HDTV-, EDTV- und SDTV-Antei len besteht, in einem terrestrischen Kanal, einem Kabel- oder einem Satelliten-Kanal unter unterschiedlichen Emp fangsbedingungen und mit unterschiedlicher Empfänger-Komple xität empfangen werden. Darüber wird ist Graceful-Degrada tion ermöglicht und Error Concealment unterstützt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a in Form eines Blockschaltbildes eine sendeseitige Aufbereitung von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Signalen;

Fig. 1b in Form eines weiteren Blockdiagramms eine emp fangsseitige Verarbeitung der empfangenen HDTV-, EDTV- und SDTV-Signale

Fig. 2 eine schematische Darstellung von benötigten Bit fehlerraten bei verschiedenen Übertragungsbedin gen;

Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Zusammenset zung eines hierarchischen HDTV/EDTV/SDTV-Signals nach einem Quellcoder;

Fig. 3b eine schematische Darstellung einer Zusammenset zung eines hierarchischen HDTV-, EDTV-, SDTV-Sig nals nach einem UEP-Coder;

Fig. 4a eine schematisierte Darstellung von Multilevel- Coding;

Fig. 4b eine schematisierte Darstellung von Multistage Decoding;

Fig. 5a eine schematische Darstellung von Coderaten C_i eines Multilevel-Codes;

Fig. 5b eine schematische Darstellung einer Verteilung von SDTV/EDTV/HDTV-Anteilen auf Bitströme (l_i);

Fig. 6a eine schematische Darstellung von Multiresolution Set-Partitioning, und

Fig. 6b eine schematische Darstellung von Multiresolution Set-Partition-Mapping.

In Fig. 1a ist in einem Blockschaltbild die sendeseitige Auf bereitung von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV-Signalen dargestellt. Ein analoges Bild-Eingangssignal wird in einem A/D-Wandler 10 analog/digital gewandelt. Da es sich hierbei noch um eine Datenrate < 1 Gbit/s handelt und nur eine Ka nalbandbreite B von 7 MHz zwischen zwei benachbarten Kanälen zur Verfügung steht, wird dem Bild-Signal im nachgeordneten Quellcoder 11 Redundanz entzogen, so daß eine Gesamtdatenra te des Bild- bzw. Videosignals von etwa 20 Mbit/s zu über tragen ist. Zusätzlich fallen noch Ton- bzw. Audiodaten und Zusatzdaten von jeweils etwa 500 kbit/s an.

Ein hierarchisches HDTV-/EDTV-/SDTV-Signal besteht aus un terschiedlich wichtigen Bits, d. h. eine Verfälschung der Bits bei der Übertragung durch Kanalstörungen wirkt sich im später rekonstruierten Fernsehbild unterschiedlich aus; dies reicht von Fehlern, die kaum bemerkt werden, bis hin zu einem totalen Bildausfall. Aus diesem Grund werden die Bits ihrer Wichtigkeit entsprechend mit einer UEP-(Unequal Error Protection) Code in einem UEP-Coder 12 geschützt (siehe K. Fazel, J. J. Lhuillier, "Transmission of images over bursty and random channels", Signal Processing V: Theories and Applications. Stn. 853 bis 856, 1990). Hierbei werden dem Gesamtsignal eine Redundanz von etwa 7% hinzugefügt, so daß das geschützte hierarchische Bildsignal nun etwa eine Daten rate von 21,6 Mbit/s besitzt.

In einem weiteren Schritt sind nunmehr die Daten für die Multiresolution-Modulation und die unterschiedlichen Über tragungsbedingungen aufzubereiten. Hierzu werden für ein gegebenes Verhältnis E_S/N₀ bei den in Fig. 2 aufgeführten Übertragungsbedingungen die in Fig. 2 angegebenen Bitfehler wahrscheinlichkeiten BER_ÿ benötigt. Die benötigten Bitfeh lerwahrscheinlichkeiten BER_ÿ bei den jeweiligen Übertra gungsbedingungen werden durch eine zusätzliche Kanalcodie rung mittels raten-kompatiblen gelochten Faltungscodes (RCPC) oder Blockcodes erreicht. (Siehe J. Hagenauer, "Rate-compatible punctured convolutional codes (RCPC codes) and their applications", IEEE Trans. Commun., vol. COM-36, Stn. 389 bis 400, Apr. 1988). Dabei ist jeweils der schlechte ste Fall ("worst case") des benötigen Kanalcodes bestimmend.

Dem Quellencoder 11 können drei hierarchisch aufgebaute Fernsehsignale, wie HDTV, EDTV und SDTV, entnommen werden. Das Gesamtbild baut sich dabei vor und nach dem UEP-Coder 12 so auf, wie in Fig. 3a und 3b schematisiert dargestellt ist. Das Gesamtsignal besteht hierbei nach dem UEP-Coder aus fol genden Teilen:
einem SDTV-Anteil mit einer Datenrate von 6,8 Mbit/s, wel cher sich zusammensetzt aus 5 Mbit/s für das Bildsignal (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für den Audio-Anteil (SDTV), aus 0,25 Mbit/s für Zusatzdaten (SDTV) und aus 0,8 Mbit/s für den UEP-Code;
dem zusätzlichen EDTV-Anteil von 7 Mbit/s für das zusätzli che EDTV-Bildsignal, aus 0,25 Mbit/s Audioanteil (EDTV), aus 0,25 Mbit/s Zusatzdaten (EDTV) und aus 0,4 M/s für den UEP-Code, und
dem zusätzlichen HDTV-Anteil mit 10 Mbit/s für das zusätz liche HDTF-Bildsignal mit 0,3 Mbit/s für den UEP-Code.

Insgesamt ergibt sich somit eine Datenrate nach dem UEP-Co der 12 von 22,5 Mbit/s.

Die drei Signalanteile werden in einem nachfolgenden Multi level-Coder 13 mit RCPC-Codes gegen Kanalstörungen ge schützt, wodurch eine zusätzliche Redundanz von 30% ent steht, werden dann zu Symbolen aus jeweils sechs Bit zusam mengefaßt und mittels Multiresolution-Modulation 13 und OFD- Multiplexing (OFDM) 15 übertragen. Dazu werden für ein spä teres inverses OFD-Multiplexing die Synchronisation und die kohärente Detektion dem mittels des Multilevel-Coders 13 co dierten Daten zusätzliche Trainingsfolgen in der Größenord nung der Datenrate von 0,6 Mbit/s hinzugefügt, so daß das Ge samtsignal nunmehr eine Rate von etwa 33 Mbit/s besitzt.

Bei OFD-Multiplexing wird beispielsweise bei einer Symbol dauer T_s = 250 µs von einem Trägerabstand von 1/T_S = 1/250 µs = 4 kHz ausgegangen. Das ergibt bei einem Schutzintervall von T_G = 30 µs eine Datenrate von 1/T = 1/T_s + T_G = 1/280 µs = 3,571 ksymb/s. Wird ferner beispielsweise von einer nutzbaren Kanalbandbreite B = 6,144 MHz in einem Kanalraster von 7 MHz ausgegangen, dann lassen sich darin 0,75·2¹¹ = 1536 Träger mit dem Trägerabstand von 4 kHz unterbringen. Dies ergibt eine maximale übertragbare Datenrate von 1536·3,571 kSymb/s = 5,49 Msymb/s und bei Anwendung der 64 QAM für die Multiresolution-Modulation eine übertragbare Datenrate von etwa 33 Mbit/s. Damit ist das für das OFD-Multiplexing (OFDM) aufbereitete Sendesignal mit dieser Anordnung zu übertragen.

Die so aufbereiteten Daten werden nun nach einer Digital/ Analog-Umwandlung in einem nachgeordneten D/A-Wandler 16 über den zur Verfügung stehenden Kanal der Bandbreite B = 7 MHz übertragen. Dieser Kanal kann entweder ein terre strischer Kanal, ein Kabel- oder ein Satellitenkanal sein.

Wie aus dem Blockschaltbild der Fig. 1b zu ersehen ist, wird empfangsseitig nach einer Analog/Digital-Wandlung in einem A/D-Wandler 20 und nach einem inversen Frequenz-Demultiple xing (OFDM) 21 mit Hilfe einer Kanalschätzung (CSI-Channel State Information) 22 eine Demodulation durchgeführt. Dies geschieht je nach dem gewünschten Fernsehsignal mit ver schiedenen Empfängern unterschiedlicher Komplexität. Mittels einer kohärenten Detektion und einem Multistage-Decoding werden die benötigen Teilströme empfangen. Die dabei verwen deten RCPC-Codes gestatten es außerdem bei Benützung eines Soft-Output Viterbi Decoders (SOVA; siehe J. Hagenauer und P. Höher, "A Viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications", in Proc. GLOBECOM′89, Dallas Texas, Stn. 47.1.1 bis 47.1.7, Nov. 1989) Zuverlässigkeitsinforma tionen an einem nachgeordneten UEP-Decoder 25 zu liefern. Ein je nach Empfänger (HDTV, EDTV, SDTV) unterschiedlicher Quelldecoder 26 rekonstruiert das Fernsehsignal mit entspre chender Bildqualität und nach einer Digital/Analog-Wandlung in einem D/A-Wandler 27 steht schließlich das gewünschte Fernsehsignal zur Verfügung.

Hierbei führt der jeweilige Empfänger eine kohärente Detek tion und das inverse OFD-Multiplexing (OFDM) durch, schätzt den Kanalzustand und gibt die Kanalschätzung (CSI) 22 an einen Multiresolution-Demodulator 23 und den Multistage-De coder 24 weiter. Hier gewinnt nun der einfach aufgebaute SDTV-Empfänger die für ihn bestimmten Daten, der etwas kom plexere EDTV-Empfänger überdies den zusätzlichen EDTV-Anteil und der komplexe HDTV-Empfänger die gesamte Signalinforma tion und gibt die jeweiligen Daten an die spezifischen UEP- Decoder 25 und Quelldecoder 26 weiter.

Die Grundidee ist hierbei, das mit 64 QAM zu übertragende Symbol, das aus 6 Bit pro Symbol besteht, vor Kanalstörun gen zu schützen. Durch die sendeseitige Verwendung von Mul tilevel-Coding und durch die empfangsseitige Verwendung von Multistage-Decoding lassen sich nun auch auf die einzelnen Bits des Symbols unterschiedliche, in optimaler Weise ge wählte Kanalcodes anwenden. Diese Kanalcodes sind nun entwe der RCPC-Codes oder Blockcodes. Gemäß der Erfindung werden nach einer seriellen/parallelen Wandlung der drei Fernsehda tenströme, wie in Fig. 4a dargestellt ist, für die Codes C₁ bis C₆ RCPC-Codes ausgewählt, da sich dadurch die Forderun gen nach einem einzigen Viterbi- oder SOVA-Decoder und nach Zuverlässigkeits-Informationen für den UEP-Decoder 25 und für ein Error-Concealment erfüllen lassen. Die Datenströme b_i mit i = 1 . . . 6 werden mit den Codes C_i in die Bitströme l_i überführt. Dabei gilt das beispielsweise in Fig. 5a ange führte Schema. Das hierarchische Fernsehsignal ist nach dem Multilevel-Coding nun so auf die Bitströme l_i verteilt, daß das SDTV-Signal nur innerhalb der Ströme l₁, l₂ übertragen wird, das EDTV-Signal innerhalb der Bitströme l₁ bis l₄ und das HDTV-Signal in allen Bitströmen l₁ bis l₆ übertragen wird, wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 5b zu ersehen ist. Nunmehr wird jeweils ein (1) Bit aus den sechs (6) Teilströmen l_i zu einem Symbol zusammengefaßt und einem Signalpunkt im 64 QAM-Multiresolution-Raum zugeordnet.

Nach der in Fig. 5b gezeigten Aufteilung der hierarchischen Fernsehsignale gibt es auch noch die Möglichkeit, das HDTV- Teilsignal (EDTV-Teilsignal) einer zusätzlichen UEP (unequal error protection) zu unterziehen, indem das Teilsignal je nach den vorgegebenen Anforderungen an die zulässige Fehler bitrate auf die Teilströme l₁ bis l₆ bzw. l₁ bis l₄ verteilt wird.

Ziel einer Multiresolution-Modulation ist es, durch ein ge eignetes Set-Partitioning S_i mit i = 1 . . . 6, den Detektions aufwand und damit die Decoder-Komplexibilität des jeweiligen Fernsehempfängers an die jeweilige Bildqualität anzupassen. Deshalb wurde gemäß der Erfindung das in Fig. 6a und 6b wie dergegebene Multiresolution Set-Partitioning gewählt. In Fig. 6a und 6b ist zu erkennen, daß für die Detektion des SDTV-Signals d. h. der Datenströme l₁ und l₂, nur die Detek tion bis zur dritten (3.) Set-Partition (S₂ und S₃) nötig ist. Dann liegen die zwei Teilströme b₁′ und b₂′, vor, und der SDTV-Empfänger kann das SDTV-Fernsehsignal rekonstruieren.

Für den EDTV-Empfänger ist die Kenntnis der Datenströme b₁′ bis b₄′ nötig; daher muß dieser die Detektion bis zur fünften (5.) Set-Partition (S₂ bis S₅) vornehmen. Schließlich ge winnt der HDTV-Empfänger durch eine Detektion bis zur sieb ten (7.) Set-Partition (S₂ bis S₇) das gesamte Signal und kann somit die volle HDTV-Bildqualität zurückgewinnen.

Zur Decodierung der empfangenen Teilströme wird ein Multi stage-Decoding durchgeführt, wie aus Fig. 4b zu ersehen ist. Ein Teilstrom l₁′′ wird mittels eines Viterbi-, SOVA- oder Blockcode-Decoders in einen Datenstrom b₁′ zurückgewandelt. Um nun eine verbesserte Detektion für den Teilstrom l₂′′ zu erlangen, wird der Datenstrom b₁′ wieder mit dem Code C₁ co diert, so daß der Teilstrom l₁′ - mit weniger Bitfehler als der Teilstrom l₁′′ - erhalten wird und dieser Teilstrom l₁′ als Ausgangsfolge für die Detektion in der Set-Partition S₂ ver wendet wird. Dieses Vorgehen wird für die folgenden Teil ströme wiederholt, bis der jeweilige Empfänger die für ihn benötigten Datenströme b_i′ empfangen hat. Hierbei ist wieder um die abgestufte Komplexität der Decoder zu erkennen. Der SDTV-Empfänger muß lediglich zwei Teilbitströme decodieren, um das SDTV-Fernsehsignal, welches in den Datenströmen b₁′ und b₂′ enthalten ist, zu erhalten. Der EDTV-Empfänger muß vier Teilbitströme decodieren, um die Datenströme b₁′ bis b₄′ zu erhalten, und der HDTV-Empfänger muß alle sechs Teilbit ströme decodieren, um das volle HDTV-Fernsehsignal b₁′ bis b₆′ zu erhalten. Somit verhält sich der Decodieraufwand der Emp fänger folgendermaßen: SDTV/EDTV/HDTV = 1/2/3. Somit ist durch die Multiresolution-Modulation und das Multistage-De coding bzw. das Multilevel-Coding die geforderte abgestufte Empfängerkomplexität gegeben.

Um bei einer Verschlechterung der Empfangsbedingungen für HDTV und EDTV keinen abrupten Bildverlust zu erhalten, ist erfindungsgemäß eine "Graceful Degradation" möglich. Über steigt beispielsweise beim HDTV-Empfänger die Bildfehlerrate der zusätzlichen HDTV-Daten das zulässige Maß, was einem entsprechenden Bitverlust entspricht, kann der HDTV-Empfän ger auf EDTV-Qualität umschalten. Dieses Umschalten wird vom Zuschauer auf jeden Fall als weitaus weniger störend empfun den als ein Zusammenbrechen des Bildes. Das Übergehen von der HDTV- auf die EDTV-Qualität ist möglich, da die EDTV-Da ten b₁′ bis b₄′ in aller Regel weitaus weniger gestört bzw. verfälscht sind als die hochempfindlichen HDTV-Zusatzdaten (b₅′, b₆′). In derselben Weise ist Graceful Degradation bei möglicherweise erschwertem EDTV-Empfang möglich, indem von EDTV- auf SDTV-Qualität umgeschaltet wird, da die Bitfehler rate der SDTV-Daten (b₁′, b₂′) im Vergleich zu den weniger vor Bitfehlern geschützten, zusätzlichen EDTV-Daten (b₃′, b₄′) geringer ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung starker Qualitätsbe einträchtigungen durch Übertragungsfehler bietet das Verfah ren des sogenannten "Error Concealments". Dieses Verfahren wird durch die Verwendung von Zuverlässigkeitsinformation zu den empfangenen Daten (Bits) ermöglicht. Wird beispielsweise statt des Viterbi-Decoders ein SOVA-Decoder für die Decodie rung der Teilströme l_i′ verwendet, können bei einer hohen Feh lerwahrscheinlichkeit die decodierten Bits Teile des vorher gehenden Bildes für das aktuelle (höchstwahrscheinlich stark gestörte) Bild verwendet werden. Dies wiederum führt im Ver gleich zu einem durch Bitfehler gestörten Bild zu einem stark verbesserten Bildeindruck, da es keine stark verzerr ten, verschobenen oder schwarzen Störstellen gibt.

Da die Übertragungseigenschaften stark von der gewünschten Fernsehqualität abhängen, muß das Verfahren einer kombi nierten Multilevel-Coding/Multiresolution-Modulation opti mal darauf adaptierbar sein. Gemäß der Erfindung können die zu erwartenden Bildfehlerraten der unterschiedlichen Teil ströme b₁ bis b₆ an die jeweiligen Übertragungseigenschaften angepaßt werden. Wie schon in Fig. 2 dargestellt, werden ent entsprechend der erforderlichen Bitfehler-Wahrscheinlichkeit der Datenströme b₁ und b₂ die Codes C₁ und C₂ so gewählt, daß alle Bitfehlerwahrscheinlichkeiten (SDTB, EDTV, HDTV) unter allen möglichen Empfangsbedingungen eingehalten wer den. Danach müssen die zusätzlichen EDTV-Daten b₃ und b₄ so geschützt werden, daß bei einem stationären Empfang eine Bitfehlerrate BER < 10^-8 und bei einem portablen Empfang eine Bitfehlerrate BER < 10^-6 eingehalten wird. Schließlich muß bei stationärem Empfang die Bitfehlerrate BER < 10^-6 der Da tenströme b₅ und b₆ eingehalten werden. Diese Anpassung kann gemäß der Erfindung in optimaler Weise erfolgen, was auf die Verknüpfung von Multilevel-Coding und Multiresolution-Modu lation durch die Wahl der Systemparameter α₁ und α₂, d. h. der in Fig. 6b wiedergegebenen Multiresolution-Parameter und der Multilevel Parameter C₁ bis C₆ erfolgen.

Somit können z. B. durch das erfindungsgemäße Verfahren bei einem vorgegebenen Verhältnis E_S/N₀ = 20 dB (E_B/N₀ = 15 dB) unter allen Empfangsbedingungen die geforderten Bitfehler- Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Teilsignale erreicht wer den, und es können eine Datenrate von 21 Mbit/s über einen Kanal von 7 MHz übertragen werden. Zudem ist eine an die Fernsehqualität angepaßte Empfängerkomplexibilität durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet. Ferner ist durch die Anwendung von Graceful Degradation und Error Concealment eine Verbesserung des Scheindrucks bei verschlechterten Emp fangsbedingungen und Kanalstörungen möglich, so daß einem abrupten Ausfall des Bildes und starken Bildqualitätsbeein trächtigungen entgegengetreten werden kann. Dies gilt für eine Übertragung über terrestrische Kanäle sowie über Ka bel- und Satelliten-Kanäle.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede Art von hierar chischer Datenübertragung anwendbar, d. h. für Audio-, Video-, und sonstige hierarchisch gestaffelte Daten. Durch das er findungsgemäße Verfahren lassen sich die hierarchischen Da ten mittels des kombinierten Multilevel-Coding und Multi resolution-Modulation auf beliebige Übertragungs- und Emp fangsbedingungen hin optimieren. Auch ist das erfindungsge mäße Verfahren nicht auf drei hierarchische Qualitätsstufen beschränkt. Durch Verwenden einer anderen Symbolanzahl der QAM kann das erfindungsgemäße Verfahren auf zwei Hierarchi en beschränkt oder auch auf mehr als drei Hierarchien erwei tert werden.

Claims

1. Verfahren zum digitalen Übertragen von hierarchischen HDTV-, EDTV- und SDTV Fernsehsignalen, bei welchem sendesei tig nach einer an sich bekannten Analog/Digital-Wandlung von Bild- und Ton-Eingangssignalen und einem an sich ebenfalls bekannten anschließenden Entzug von Redundanz in einem Quellcoder- (11) die Signal-Bits ihrer Wichtigkeit entspre chend in einem UEP-Coder (12) geschützt werden,
die im Quellcoder (11) und dem nachgeordneten UEP-Coder (12) hierarchisch aufgebauten Fernsehsignale (HDTV, EDTV und SDTV) einer Multilevel-Codierung und, zu Symbolen zusammengefaßt, wobei die einzelnen Bits der Symbole ihrer Wertigkeit entsprechend durch verschiedene Kanalcodes geschützt werden, einer Multiresolution-Modulation sowie anschließend einem an sich bekannten OFD-Multiplexing unterzogen werden, um nach einer an sich bekannten Digital/Analog-Wandlung übertragen zu werden,
und empfangsseitig die übertragenen Signale nach einer an sich bekannten Analog/Digital-Rückumwandlung und einem in versen OFD-Multiplexing (OFDM) unter Zuhilfenahme einer Kanalschätzung entsprechend den verschiedenen, unter schiedlich komplexen Empfängern (HDTV, EDTV, SDTV) in einem Multiresolution-Demodulator (23) demoduliert werden, an schließend in einem Multistage-Decoder (24) decodiert wer den, worauf die Daten in einem bezüglich des jeweiligen Empfängers spezifischen UEP-Decoder (25) und einem nach geordneten Quelldecoder (26) durch eine Digital/Analog-Wand lung zu HDTV-, EDTV- bzw. SDTV-Signalen verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Symbole in dem Multiresolu tion-Modulations-Signalraum mittels Set-Partitioning abge bildet werden.