Schaltung zur Dekodierung einer Zusatzinformation in einer Rundfunkübertragung

Abstract

 Schaltung zur Dekodierung einer Zusatzinformation (fz) in einem Signalgemisch (sf) mit einer Filtereinrichtung (34; 300) zur Separation eines Signalbereiches (fb) im Signalgemisch (sf), das in kodierter Form die Zusatzinformation (fz) enthält. Eine adaptive Dekodiereinrichtung (40; 400) ist bei der Dekodierung von einem Signalgütekennwert (kg) abhängig, der in einer Einrichtung (50; 500) aus dem jeweiligen Empfangszustand des Signalgemisches (sf) bestimmt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Dekodierung einer Zusatzinformation in einem Signalgemisch. Derartige Schaltungen dienen dazu, zusätzliche Infomationen aus den empfangenen Signalen des Audio- oder Videokonsumbereiches zu gewinnen. Es handelt sich dabei in der Regel um Hilfsinformationen, die dem Anwender eine erleichterte Bedienung des jeweiligen Empfangsgerätes erlauben. Beispielsweise stellt für den Autofahrer die Kennung eines empfangenen Senders als Autoinformationssender einen wichtigen Hinweis dar. Ähnliche Zusatzinformationen gibt es auch bei Fernsehsignalen, die für die Audiowiedergabe eine digitale Kennung mitübertragen, ob es sich bei dem jeweiligen Tonkanal um ein Mono-, Stereo- oder Mehrtonsignal handelt.

[0002] Über zusätzliche Träger oder eine Mehrfachnutzung bereits vorhandener Träger werden diese Informationen als AM- oder FM-Signal zusätzlich in das vorhandene Signalgemisch eingefügt. Die Dekodierung dieser Zusatzinformation ist in der Regel einfach und mit bekannten analogen oder nach einer Analog/Digitalumsetzung mit digitalen Schaltungen leicht zu realisieren. Bei dem raschen Wechsel und der ständigen Neueinführung derartiger Zusatzinformationen gibt es doch auch Schwierigkeiten, weil unter Umständen die von den Zusatzinformationen gesteuerten Umschaltungen durch Nachbarkanäle und schlechte Empfangsbedingungen sehr gestört sind und zu Fehlauswertungen der Zusatzinformation führen..

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber Rausch- und Störeinflüssen unempfindlichere Schaltung zur Dekodierung derartiger, in einem Signalgemisch enthaltener Zusatzinformationen anzugeben..

[0004] Die Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 wie folgt gelöst:

• Schaltung zur Dekodierung einer Zusatzinformation in einem Signalgemisch mit
• einer Filtereinrichtung zur Separation eines Signalbereiches im Signalgemisch, das in kodierter Form die Zusatzinformation enthält,
• einer adaptiven Dekodiereinrichtung, die aus dem separierten Signalbereich die Zusatzinformation unter Berücksichtigung eines Signalgütekennwertes dekodiert, und
• einer Einrichtung zur Bestimmung des Signalgütekennwertes aus dem jeweiligen Empfangszustand des Signalgemisches oder des separierten Signalbereiches.

[0005] Die Lösung der Aufgabe hat den Vorteil, daß vorhandene Schaltungskonzepte grundsätzlich weiter verwendet werden können und die Verbesserungen über einfache Zusatzschaltungen erreicht werden. Da die Signalverarbeitung in der Regel rein digital ist, ist es für die Verarbeitung unwesentlich, ob für die zusätzlichen Funktionen Zusatzschaltungen verwendet werden oder ob die zusätzliche Funktionen über zusätzliche Programmschritte mittels bereits vorhandenen Prozessoren realisiert werden. Hierbei besteht der Aufwand nur in einem geänderten Programm.

[0006] Der Signalgütekennwert, der ein Maß für die Qualität des empfangenen Signals ist, läßt sich an verschiedenen Stellen des Signalgemisches bestimmen. Das hängt selbstverständlich von der Art des jeweiligen Signalgemisches ab. Die digitale Verarbeitung hat hierbei den Vorteil, daß die Signale in der Regel als normierte Signale vorliegen, deren Wertebereich innerhalb der Zahlenwerte -1 und +1 liegt. Über die definierten Pegel der Träger und ihre rauschbedingten Amplitudenschwankungen kann dann leicht ein derartiger Gütewert bestimmt werden.

[0007] Wenn sich im Signalspektrum Bereiche finden, in denen kein Signal vorhanden sein sollte, dann kann mit einer Pegelmessung in diesem Bereich auf vorteilhafte Weise das allgemeine Rauschen bestimmt werden oder ein störendes Fremdsignal. Derartige Signalbereiche finden sich insbesondere bei den angegebenen Signalgemischen des Konsumbereiches, weil sich bei diesen aus Kompatibilitätsgründen die einzelnen Signalbereiche meist nicht überlappen. In der Regel sind die zusätzlichen Informationen mit verschiedenen Trägern verkoppelt, die im Frequenzspektrum so angeordnet sind, daß sich deren Modulationsbereiche nicht überlappen. In den Zwischenbereichen sollte bei einem ordnungsgemäßen Signal oder bei guten Empfangsverhältnissen kein Signal vorhanden sein. Über die Bestimmung des jeweiligen Rauschwertes in diesen Bereichen kann z. B. durch eine Komplementbildung oder Quotientenbildung ein Signalgütekennwert bestimmt werden.

[0008] Mit dem Signalgütekennwert lassen sich in der Dekodiereinrichtung einzelne oder alle Kennwerte gewichten und/oder zugehörige Bewertungsschwellen verändern. Dadurch wird eine zuvor starre Dekodiereinrichtung an die Empfangsbedingungen angepaßt.

[0009] Die mit dem Signalgütekennwert verbesserte Auswertung der Zusatzinformation hat den Vorteil, daß der Filteraufwand relativ gering bleiben kann. Die erhöhte Sicherheit bei der Auswertung der gestörten Zusatzinformation ergibt sich nämlich nicht aus einer höheren Güte der Filter. Dies ist möglich, weil gleichsam der Störanteil und nicht der Nutzsignalanteil erfaßt und bewertet wird. Die Bestimmung eines relativ hohen Störanteils - ein niedriger Störanteil ist uninteressant, weil er keine Falschdekodierung verusacht - erfordert bei den vorliegenden Signalen in der Regel keine schmalbandigen Filter. Zur Ausblendung des Nutzsignalbereiches eignen sich daher einfache Kerbfilter oder Bandpässe, deren Sperrbereich so gelegt wird, daß das jeweilige Nutz- oder Zusatzsignal weitgehend unterdrückt wird.

[0010] Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Dekodierung einer Zusatzfunktion in einem Stereo-Multiplexsignal,

Fig. 2 zeigt das zugehörige Frequenzschema,

Fig 3 zeigt als Blockschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 4 und Fig. 5 stellen jeweils ein zugehöriges Frequenzschema dar.

[0011] Das Blockschaltbild von Fig. 1 zeigt eine Empfangseinrichtung 10 für ein Signalgemisch sf', das für das Ausführungsbeispiel ein Stereo-Multiplexsignal ist. In der Empfangseinrichtung 10 findet die Umsetzung des hochfrequent übertragenen Signalgemisches in das Basisband statt, das für das angegebene Beispiel in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Das im Basisband befindliche Signalgemisch sf ist digitalisiert und wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 20 für Tonsignale zugeführt, die über weitere Mischer 22 und Tonverarbeitungsstufen 24 die gewünschten Ausgangssignale R, L erzeugt. Die Signale sf werden ferner einer Mischereinrichtung 32 zugeführt, mit der die Zusatzinformation fz im Signalgemisch sf in eine tiefere Frequenzlage, insbesondere in eine Basisbandlage umgesetzt wird.

[0012] Wird beispielsweise die bei 57 kHz liegende Zusatzinformation fz in das Basisband transformiert, dann können die einzelnen Komponenten ki mittels einfacher Filtereinrichtungen 35, 36, 37 voneinander getrennt werden. Die getrennten Komponenten ki werden danach einer Dekodiereinrichtung 40 zugeführt, um die einzelnen Kennungssignale kz zu bilden, beispielsweise ein Mono/Stereo-Umschaltsignal u oder ein ARI-Kennungssignal (Auto-Radio Information), das der Tonverarbeitungsstufe 24 bzw der Empfangseinrichtung 10 zugeführt wird.

[0013] Zur Trennung der einzelnen Komponenten ki in der Filtereinrichtung 34 oder in den Tief- oder Bandpässen 35, 36, 37 werden zuvor die Verarbeitungsfrequenzen mittels Dezimierungseinrichtungen heruntergesetzt, um den Schaltungsaufwand für die Filter zu verkleinern. Aus dem Signal fz wird ferner mittels eines Bandpasses 38 ein signalfreier Frequenzabschnitt erfaßt, um daraus mittels einer Einrichtung 50 einen Signalgütekennwert kg zu bestimmen. Dieser Signalgütekennwert kg wird der Dekodiereinrichtung 40 zugeführt, die sich dadurch adapitiv an die jeweiligen Empfangsbedingungen anpassen kann.

[0014] In Fig. 2 wird das Frequenzschema eines Stereo- Multiplexsignals sf dargestellt, das bei 57 kHz einen Hilfsträger enthält, der mit einer Zusatzinformation fz, beispielsweise einem ARI-Kennungssignal moduliert ist Ebenso kann durch die Erfindung die Sicherherheit der Pilotsignalerkennung bei 19 kHz erhöht werden, wodurch die automatische Stereoumschaltung weniger gestört wird.

[0015] In Fig. 3 sind die wesentlichen Funktionseinheiten der Erfindung anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt. Dabei bezieht sich das Signalgemisch sf (vgl. Fig. 4) auf ein standardisiertes Fernsehsignal mit einem ersten und zweiten Tonträger FM1, FM2, wobei der Tonträger FM2 eine zusätzliche Information fz' über eine AM-Modulation enthält. Da die Zusatzinformation fz' im Bereich des Trägers FM2 liegt, sind der besseren Übersicht wegen die vorausgehenden Verarbeitungsstufen zur Vorfilterung und Frequenzumsetzung in Fig. 3 nicht dargestellt, sondern statt dessen wird in der Vorverarbeitungseinrichtung 300 eine Quelle 310 für dieses vorverarbeitete Signal fz' angegeben. Beim Ausgangssignal fz' liegt der Träger FM2 somit nicht mehr bei der Frequenz 54 kHz, sondern bei einer tieferen Frequenz, beispielsweise zwischen 8 kHz und 10 kHz. Das Videosignal, das R+L-Signal beim Träger FM1 und das R-Signal beim Träger FM2 sind nicht mehr oder nur als Reste vorhanden. Das Ausgangssignal fz' der Quelle 310 enthält somit je nach der mittels AM übertragenen Zusatzinformation nur noch den Träger FM2 und gegebenenfalls als oberes und unteres Seitenband eine Frequenzlinie k1 jeweils im Abstand von 171.5 Hz oder eine Frequenzlinie k2 im Abstand von 274.1 Hz. Mit diesen beiden Frequenzlinien wird kodiert, ob der jeweilige Audiokanal ein Stereo- oder Zweisprachensignal enthält. Wenn keine der Frequenzlinien k1, k2 vorhanden ist - also der Träger FM2 nicht amplitudenmoduliert ist - dient diese Information als Kennung, daß der jeweilige Audiokanal nur ein Monosignal enthält. Die Schwierigkeiten bei der Dekodierung ergeben sich, wenn durch Empfangsstörungen oder Fremdsignale die Trennung erschwert wird. Eine gewisse Abhilfe schaffen schmalbandige Filter für die Kennungssignale k1, k2, das Ergebnis bleibt jedoch trotz des erhöhten Aufwandes unbefriedigend.

[0016] An die Quelle 310 schließt sich eine Vorverarbeitungseinrichtung 320 für den Zusatzinformationsbereich fb (vgl. Fig. 4) an, die im wesentlichen eine Dezimierungseinrichtung mit einem Dezimierungsfilter enthält. Mögliche Gleichspannungsanteile werden durch eine Gleichspannungs-Unterdrückungsschaltung 330 unterdrückt. Das gefilterte Zusatzsignal fz ist einer adaptiven Dekodiereinrichtung 400 zugeführt, deren Ausgang die gewünschte Kennungssignale M, S, B für den Mono-, Stereo- oder Zweisprachenbetrieb liefert.

[0017] Die adaptive Dekodiereinrichtung 400 enthält im Eingang einen als Signalgleichrichter dienenden Absolutwertbildner 405 zur Demodulation des AM-modulierten Signals fz, daran schließt sich eine Dezimationsstufe 410 an, mit der die Taktfrequenz von 32 kHz auf 2 kHz herabgesetzt wird. Mittels eines Bandpasses 415 und eines Absolutwertbildners 420 wird die Amplitude des Signals k1 bei 171 Hz bestimmt und dem Minuendeingang eines Subtrahierers 425 zugeführt. Mittels eines Bandpasses 430 und eines Absolutwertbildners 435 wird die Amplitude des Signals k2 bei 274 Hz bestimmt und dem Subtrahendeingang des Subtrahierers 425 zugeführt. Aus der Differenz wird mittels eines Tiefpasses 440 ein resultierender Kennwert ka gebildet. Über entsprechende Schaltschwellen könnten wie bei einer nichtadaptiven Dekodiereinrichtung aus diesem Kennwert ka die gesuchten Kennungssignale kz bzw. M, S, B bestimmt werden. Beispielsweise entspräche ein Wertebereich von +0,2 bis +1 dem Stereo-Kennungssignal S, ein Bereich von -0,2 bis +0,2 dem Mono-Kennungssignal M und ein Bereich von -1 bis -0,2 dem Zweisprachen-Kennungssignal B. Nach der Erfindung wird der resultierende Kennwert ka jedoch mittels des Signalgütekennwertes kg modifiziert. Die Schaltschwellen für den modifizierten Kennwert km sind durch eine Schwellwert-Erkennungsschaltung 445 vorgegeben, wobei die Schwellwertlage identisch zur nichtadaptiven Schaltung sein kann.

[0018] Die Zusatzschaltung 500, mit der die adaptive Steuerung nach der Erfindung ermöglicht wird, enthält in ihrem Eingang ein Bandfilter 550 das mit dem gefilterten Zusatzsignal fz gespeist ist. Die Mittellage dieses Filters wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß die untere Selektionsflanke den Träger FM2 mit dem ersten oder zweiten Kennungssignal k1, k2 nicht oder nur gering erfaßt, vgl. Fig. 5. Die darüberliegenden Frequenzanteile sollen jedoch möglichst ohne Dämpfung durchgelassen werden. Das vorausgehende Filter 320 darf daher mit seiner oberen Selektionsflanke nicht zu dicht an den Träger FM2 herankommen, weil ansonsten bereits das Filter 320 diese Frequenzen unterdrückt und der Bandpaß 550 keinen auszuwertenden Frequenzbereich mehr vorfindet.

[0019] Die Rausch- oder Störsignalanteile am Ausgang des Bandpasses 550 werden mittels eines Quadrierers 555 gleichgerichtet. Die Quadrierung bewirkt zugleich eine Gewichtung der gemessenen Signalwerte. Ein Tiefpaß 560 glättet den Signalverlauf und mittels einer Dezimiereinrichtung 565 wird die Taktfrequenz von 32 kHz auf 2 kHz reduziert. Das Ausgangssignal der Dezimiereinrichtung 565 entspricht einem zwischen den Werten 0 und +1 liegenden Störkennwert ks, der mit dem gemessenen Störinhalt gleichlaufend zu- oder abnimmt. Mittels eines Subtrahierers 570 wird aus diesem Wert ks der Signalgütekennwert kg gebildet, indem der Störkennwert ks vom Zahlenwert +1 abgezogen wird.

[0020] Die adaptive Einwirkung des Signalgütekennwertes kg auf den ursprünglichen Kennwert ka erfolgt mittels eines Multiplizierers 575, dessen Ausgangssignal ein modifizierter oder adaptiver Kennwert km ist, der mittels der Schwellwert-Erkennungseinrichtung 445 die gewünschten Kennungssignale kz bzw. M, S, B liefert.

[0021] Liegen keine Störsignale vor, dann nimmt der Signalgütekennwert kg den Wert +1 an, wodurch der ursprüngliche Kennwert ka nicht verändert wird. Erhöht sich jedoch der Rauschanteil im gefilterten Zusatzsignal fz, dann wird der Signalgütekennwert kg kleiner und sinkt beispielsweise auf den Wert 0,5. Der Wert der ursprünglichen Kennwerte ka wird dadurch halbiert, wodurch die Tendenz für das Mono-Kennungssignal M verstärkt wird. Einzelne Signalausreißer, die durch Rausch- oder Fremdsignale bedingt sind, werden somit - beispielsweise im Monobetrieb oder beim Empfang eines Signals ohne den Träger FM2 - daran gehindert, den Empfänger fälschlicherweise umzuschalten. Das ist insbesondere für einen sicheren Monobetrieb wichtig, wenn das empfangene Signal weder ein Stereo- noch ein Zweisprachensignal enthält. Infolge der Erfindung ist bei unsicheren Empfangsbedingungen jedoch ein selbstätiges Umschalten nur bei eindeutigen Kennungssignalen k1, k2 bzw. ka möglich.

[0022] Der digitale Tiefpaß 560 kann auch nichtlineare Stufen oder Zähler enthalten, die unterschiedlich auf- oder entladen werden, um die Störunterdrückung weiter zu verbessern. Es wird darauf hingewiesen, daß das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 nur ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die Erfindung darstellt. Vorteilhafte Weiterbildungen einzelner Funktionseinheiten oder ganzer Funktionsgruppen sind in das Belieben des Fachmannes gestellt.

[0023] In Fig 4 ist schematisch das Frequenzschema eines standardisierten Fernseh-Signalgemisches sf dargestellt. An den Videosignalbereich von 0 Hz bis ca 5 MHz schließt sich der frequenzmodulierte Tonsignalbereich mit dem ersten Träger FM1 bei 5,5 MHz an. In diesem Bereich wird bei einem Stereosignal das R+L-Signal übertragen, das auch das Monosignal darstellt. Bei einer Mehrtonübertragung enthält dieser Bereich das erste Tonsignal. Bei der Frequenz 5,74 MHz liegt der zweite Träger FM2, der in Frequenzmodulation das 2R-Signal oder das zweite Tonsignal enthält. Aus dem R+L-Signal und dem 2R-Signal wird mittels einer Stereomatrix bekanntlich das R- und das L-Signal gebildet. Es gibt jedoch viele Fernsehsender, die diesen zweiten Träger FM2 noch gar nicht aussenden. Die zusätzliche Kennung bezüglich des Mono-, Stereo- oder Mehrtonbetriebes ist dem Träger FM2 mittels der mehrfach beschriebenen, sehr niederfrequenten und damit nicht hörbaren Amplitudenmodulation überlagert.

[0024] In Fig. 5 ist schließlich das Frequenzschema des Signals fz nach der Vorverarbeitungseinrichtung 300 schematisch dargestellt. Damit eine digitale Signalverarbeitung mit 32 kHz erfolgen kann, ist der Träger FM2 in der Stufe 300 von 54 kHz auf 9 kHz umgesetzt worden. Das Signal fz enthält keinerlei Toninformation mehr, sondern alleine den gegebenenfalls amplitudenmodulierten Träger FM2. Das obere und untere Seitenband enthalten entweder die Frequenzlinie k1 oder die Frequenzlinie k2. Beide liegen wie angedeutet dicht beim Träger FM2. Der in der Vorverarbeitungseinrichtung 300 separierte Signalbereich fb, der die Zusatzinformation fz und einen signalfreien Bereich des Signalgemisches sf enthalten soll, ist schematisch dargestellt. Den zugehörigen Durchlaßbereich des Bandfilters 550 zeigt schematisch die gestrichelte Linie 550, die im wesentlichen den signalfreien Bereich im separierten Signalbereich fb erfaßt. Es ist dabei unerheblich, wenn ein geringer Anteil des Trägers FM2 noch miterfaßt wird. Ferner ist es unerheblich, wie weit der Durchlaßbereich den separierten Signalbereich fb überschreitet, wenn sichergestellt ist, daß dort keine Signalanteile mehr vorhanden sind. Dadurch sind die Anforderungen an das Filter 550 sehr gering und es ist mit digitalen Mitteln einfach zu realisieren.

Ansprüche

1. Schaltung zur Dekodierung einer Zusatzinformation (fz) in einem Signalgemisch (sf) mit

- einer Filtereinrichtung (34; 300) zur Separation eines Signalbereiches (fb) im Signalgemisch (sf), das in kodierter Form die Zusatzinformation (fz) enthält,

- einer adaptiven Dekodiereinrichtung (40; 400), die aus dem separierten Signalbereich (fb) die Zusatzinformation (fz) unter Berücksichtigung eines Signalgütekennwertes (kg) dekodiert, und

- einer Einrichtung (50; 500) zur Bestimmung des Signalgütekennwertes (kg) aus dem jeweiligen Empfangszustand des Signalgemisches (sf).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Signalgütekennwertes (kg) diejenigen Signalbereiche, insbesondere innerhalb des separierten Signalbereiches (fb), dienen, die bei einem normgemäßen Signalgemisch (sf) keinen Signalinhalt aufweisen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Signalgütekennwertes (kg) in einem signalfreien Signalbereich ein Rausch- oder Fremdsignalwert (ks) bestimmt wird.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Signalgütekennwertes (kg) in der adaptiven Dekodiereinrichtung (40; 400) mindestens ein Kennwert (ki; ka) und/oder mindestens eine Bewertungsschwelle modifiziert sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rausch- oder Fremdsignalwert (ks) mittels eines Filters (38; 550) bestimmt ist, dessen Durchlaßbereich mindestens teilweise im separierten Signalbereich (fb) liegt und dessen Sperrbereich die Zusatzinformation (fz) unterdrückt.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (38; 550) ein Kerbfilter oder ein Bandfilter enthält, dessen Kerb- bzw. Sperrbereich die Zusatzinformtion (fz) unterdrückt.

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Filters (38; 550) in nachfolgenden Stufen (555, 560) quadriert und tiefpaßgefiltert einen Störkennwert (ks) darstellt, der mittels einer Subtrahierschaltung (575) von dem Zahlenwert +1 abgezogen ist, wobei der Ausgangswert der Subtrahierschaltung (575) der Signalgütewert (kg) ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der adaptiven Dekodiereinrichtung (40; 400) mindestens ein Kennwert (ki; ka) mit dem Signalgütekennwert (kg) multipliziert ist.

Zeichnung