Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines zu sendenden Signals oder eines decodierten Signals

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf für Rundfunksysteme einsetzbare Informationscodierer und insbesondere auf Informationscodierer, die in digitalen Rundfunksystemen eingesetzt werden können.

Der digitale Audio-Rundfunk entwickelt sich zunehmend. Seit einiger Zeit existiert DAB (Digital Audio Broadcast) für UKW-Frequenzen, und seit kurzem existiert auch DRM (Digital Radio Mondial) für die Lang-, Mittel- oder Kurzwelle.

Solche Rundfunksysteme zeigen sich dadurch aus, dass eine gewisse Anzahl von Daten gepuffert werden muss, bevor der Rundfunkempfänger mit der Datenausgabe anfangen kann. Wenn der Rundfunkhörer seinen Rundfunkempfänger einschaltet, so ist das wenig problematisch, da der Rundfunkempfänger einfach etwas später mit der Wiedergabe beginnt, wobei dieser Abstand von dem Rundfunkhörer als nicht besonders störend wahrgenommen wird. Wenn der Rundfunkhörer allerdings das Programm wechselt, so ist der Hörer von früheren Systemen gewohnt, dass dann sofort Daten ausgegeben werden. Bei einem digitalen Rundfunkempfänger ist dies jedoch nicht möglich, da von dem anderen Programm zunächst wieder eine be- stimmte Menge von Daten gespeichert werden muss, bevor eine Wiedergabe dieses anderen Programms begonnen werden kann. Diese Verzögerung wird der Benutzer als störend empfinden, da sie nicht zu Anfang des Radiohörens, sondern während des Radiohörens auftritt.

Das US-Patent Nr. 6,842,724 Bl offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Anfangs-Verzögerung in Datenpaket-basierten Streaming-Anwendungen oder in einem

Telekommunikationsnetz, wie beispielsweise einem Lokal- Exchange-Carriernetz oder einem Inter-Exchange-Carriernetz oder einem lokalen oder globalen Computernetz. Eine Programmquelle, beispielsweise ein Audio- und/oder Video- Datenstrom wird codiert und als zwei oder mehr separate Bitströme, beispielsweise Sequenzen von Datenpaketen, übertragen. Die übertragung von einem dieser Bitströme ist um eine gegebene Verzögerung bezüglich der übertragung des anderen Bitstroms verzögert. Am Empfangsende des übertra- gungskanals werden die zwei oder mehr Bitströme durch Empfängerpuffer mit unterschiedlichen Größen gepuffert, woraus unterschiedliche Zeitverzögerungen resultieren, wenn der Inhalt der Puffer decodiert wird. Insbesondere entspricht die Zeitverzögerungsdifferenz (invers) den relativen Verzö- gerungszeiten vor der übertragung. Zum Codieren wird entweder ein mehrfach beschreibendes Quellencodierschema oder ein eingebettetes Codierschema verwendet, bei denen zumindest einer der einzelnen Bitströme ausreichend ist, um ein zufriedenstellendes decodiertes Signal zu erzeugen, wobei die Hinzufügung des anderen Bitstroms die Qualität des decodierten Signals verbessern wird. Alternativ können die Datenströme mehrfache codierte Darstellungen der Programmquelle mit unterschiedlichen Bitraten sein, wobei codierte Darstellungen mit niedrigerer Bitrate mit entsprechend grö- ßeren Verzögerungen übertragen werden.

Im Gegensatz zu den in dem vorstehenden Dokument beschriebenen übertragungsarten, bei denen lediglich die Verzögerung eines Datenpakets berücksichtigt werden muss, kommen bei digitalen Rundfunksystemen weitere Herausforderungen zu tragen, die sich aus der Tatsache ergeben, dass der übertragungskanal kein leitungsgebundener Kanal, sondern ein drahtloser (wireless) übertragungskanal ist. Ein Sender hat somit eine Sendeantenne, die Funkwellen ausstrahlt, die von einem Empfänger, der eine Empfangsantenne aufweist, empfangen und verarbeitet werden können. Aufgrund der Tatsache, dass der übertragungskanal variiert, was systembedingt sein kann, und was jedoch auch daraus entstehen kann, dass sich

der Sender aber noch mehr der Empfänger bewegt, kann ein übertragungskanal besser oder schlechter und insbesondere so schlecht werden, dass eine Verbindung vom Empfänger zum Sender abrupt abreißt. Insbesondere wird, wie es bei digi- talen übertragungen generell der Fall ist, die Verbindung unterhalb einer vom System gegebenen SNR einfach abreißen und es gibt keine sog. „graceful degradation", also eine nach und nach standfindende Abnahme der übertragungsqualität, wie sie beim analogen Rundfunk in angenehmer Weise in Erscheinung tritt. Das Abreißen der Verbindung unterhalb eines vom System gegebenen SNR (SNR = signal noise ratio = Signal/Rausch-Verhältnis) ist besonders bei DRM problematisch, da DRM Kurzwellenträger verwenden, die ein langsam veränderliches SNR haben, was in wiederkehrenden Ausfällen resultiert.

Bei DAB ist diese Schwelle der Empfangsqualität bzw. das SNR, bei dem die Verbindung abreißt, problematisch, da die Ausrichtung der Antenne oder das Finden einer guten Emp- fangsposition schwieriger wird als im analogen Rundfunk und insbesondere dann noch komplexer wird, wenn sich der Empfänger bewegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zur digitalen übertragung von Daten zu schaffen, bei dem die Anzahl der Verbindungsausfälle reduziert oder eliminiert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen ei- nes zu sendendes Signals gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines decodierten Signals gemäß Anspruch 18, ein Verfahren zum Erzeugen eines zu sendenden Signals gemäß Patentanspruch 27, ein Verfahren zum Erzeugen eines decodierten Signals gemäß Anspruch 28, ein Computer-Programm gemäß Patentanspruch 29 oder ein Rundfunksignal gemäß Patentanspruch 30 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Reduktion der unangenehmen Datenausfälle erreicht werden kann, wenn von dem einkanaligen Gedanken weggegangen wird, bei dem das Programmmaterial codiert und übertragen wird. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu dem typischerweise übertragenen Programmmaterial, das den Hauptkanal darstellt, ein Nebenkanal erzeugt und übertragen, wobei der Hauptkanal und der Nebenkanal separat voneinander decodier- bar sind und beide das Informationssignal darstellen. Al- lerdings werden der Hauptkanal und der Nebenkanal so erzeugt, dass der Nebenkanal gegen übertragungskanaleinflüsse robuster ist, als der Hauptkanal. Wenn also eine Situation entsteht, bei der das SNR des Systems kleiner als das benötigte SNR für den Hauptkanal wird, wenn also der übertra- gungskanal so ist, dass die Robustheit des Hauptkanals nicht mehr ausreichend ist, wird erfindungsgemäß auf den Nebenkanal umgeschaltet, der robuster gegenüber übertragungskanaleinflüssen ist und somit noch decodiert werden kann, während der Hauptkanal nicht mehr decodiert werden kann. Die Verbindung vom Empfänger zum Sender wird daher nicht einfach abreißen, sondern die Wiedergabe wird mit den Daten des Nebenkanals, die robust gegen übertragungskanaleinflüsse sind, fortgesetzt, obgleich natürlich kein Hauptkanal mehr wiedergegeben wird. Da jedoch Hauptkanal und Ne- benkanal dieselben Informationen darstellen, wird dem Rundfunkhörer bzw. dem Rundfunkbetrachter nach wie vor eine Information geliefert.

Allerdings wird es bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung so sein, dass der Nebenkanal eine wesentlich stärker komprimierte Darstellung der Informationen ist als der Hauptkanal. Insbesondere im Kontext einer verlustbehafteten Datenkompression wird somit die Wiedergabequalität bei der Wiedergabe des Nebenkanals schlech- ter sein als die Wiedergabequalität, wenn der Hauptkanal wiedergegeben werden kann. Dies ist jedoch aus Sicht des Rundfunkteilnehmers nicht so problematisch, da jeder Rund-

funkteilnehmer lieber eine Wiedergabe mit reduzierter Qualität als gar keine Wiedergabe mehr hat.

Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass die Gesamtdatenrate zur übertragung des Hauptkanals und des Nebenkanals nicht erheblich höher ist als wenn nur der Hauptkanal übertragen wird, da zur Codierung eines stark verlustbehafteten komprimierten Datensignals inhärent weniger Bits benötigt werden als zum Codieren eines höherqualitativen Datensignals. Insbesondere wird es bevorzugt, dass die für den Nebenkanal benötigten Bits höchstens halb so viele sind wie die für den Hauptkanal benötigten Bits und insbesondere sogar weniger als ein Zehntel der für den Hauptkanal benötigten Bits sind.

Einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Hauptkanal und der Nebenkanal nicht synchron zueinander ü- bertragen, sondern mit einer zeitlichen Verschiebung, so dass der Hauptkanal gegenüber dem Nebenkanal verzögert ist. Auf Empfängerseite wird der Nebenkanal, der - bezogen auf einen bestimmten Zeitpunkt der ursprünglichen Informationsdaten - früher beim Empfänger ankommt, in dem Empfänger gepuffert, während keine oder nur eine geringere Pufferung des Hauptkanals nötig ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn die übertragungskanalsituation günstig ist, der Hauptkanal ohne Verzögerung übertragen werden kann und auch ein Umschalten vom Hauptkanal zu einem anderen Hauptkanal ohne Probleme möglich ist. Eine Umschaltverzögerung würde erst dann merkbar auftreten, wenn genau zum Zeitpunkt des Um- Schaltens eine übertragungskanalverschlechterung stattfinden würde, die zur Folge haben würde, dass auf den Nebenkanal zurückgegriffen werden muss.

Die Verzögerung des Hauptkanals gegenüber dem Nebenkanal ist ferner dahingehend vorteilhaft, dass dann, wenn ein ü- bertragungsausfall stattfindet, der sogar so groß ist, dass nicht einmal der Nebenkanal mit ausreichender Qualität empfangen worden ist, wenigstens für die Zeitdauer der Neben-

kanal wiedergegeben kann, für die der Nebenkanal gespeichert worden ist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird eine Speicherzeit von mehr als 10 Sekunden und insbesondere von sogar mehr als 20 Sekunden, vorzugsweise mehr als 30 Sekunden gewählt, die zwar zu einem gewissen Speicherbedarf führt, die jedoch im Hinblick auf die günstige Verfügbarkeit großer Speicher unkritisch ist. Der entscheidende Vorteil besteht jedoch darin, dass der Rundfunkempfänger 30 Sekunden allein aus seinem Speicher - zwar nie- der-qualitativ - abspielen kann, ohne dass er gültige Signale empfängt. Dass der Nebenkanal weniger Bits als der Hauptkanal benötigt, entspannt zugleich den benötigen Speicherbedarf im Empfänger, was jedoch von einem Benutzer gerne akzeptiert wird, da der Empfang des Nebenkanals ohnehin eine Notsituation ist, die nicht der normalen Situation entspricht, jedoch insbesondere dann, wenn der Nebenkanal eine Sprachverständlichkeit sicherstellt, für einen Benutzer besonders angenehm ist, wenn ein Benutzer eine interessante Radiosendung hört, bei der es besonders auf das ge- sprochene Wort ankommt, dessen Verständlichkeit durch den Nebenkanal garantiert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines zu sendenden Signals;

Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen des Codierers von Fig. 1;

Fig. 3 eine alternative Ausführung des Codierers von Fig. 1;

Fig. 4 eine spezielle Ausführung des Source-Codierers von Fig. 2;

Fig. 5 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines decodierten Signals; und

Fig. 6 eine speziellere Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 5;

Fig. 7 ein Flussdiagramm der Schritte, die auf Seiten des Rundfunkteilnehmers z. B. in einem digitalen Empfänger vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß wird eine so genannte „Graceful Degradation" erreicht, also eine Rundfunkwiedergabe von Audio- und/oder Videodaten unterhalb der für den Hauptkanal benö- tigten Schwelle. So beinhaltet der Nebenkanal z. B. die Daten eines Low-Bitrate-Coders mit demselben Inhalt wie der Hauptkanal. Zweck ist es, bei Ausfällen ein Ersatzsignal zu erzeugen, was z. B. aufbauend auf der Technik des Erzeugens von Comfort-Noise bei Sprachcodierern implementiert werden kann, und zwar unter Verwendung der Daten, die im Nebenkanal übertragen werden. Diese Daten werden bei der empfän- gerseitigen Signalsynthese eingesetzt, um die Signalsynthese nicht bei einer alleinigen Rauscherzeugung zu belassen, sondern um die Signalsynthese wenigstens so detailliert zu steuern, dass eine Sprachverständlichkeit beispielsweise hergestellt wird, um z . B. Nachrichten weiterhin verstehen zu können.

Ferner wird bei einem Ausführungsbeispiel eine zeitliche Verschiebung zwischen dem Hauptkanal und dem Nebenkanal durchgeführt, so dass der Hauptkanal gegenüber dem Nebenkanal verzögert ist. Ferner wird erfindungsgemäß für den Nebenkanal eine robustere Modulation als für den Hauptkanal mit den Haupt-Audiodaten durchgeführt.

Ein Modus bei der DRM-Technik für den Hauptkanal, der dort auch als Media-Service Channel (MSC) bezeichnet wird, hat eine Bitrate von beispielsweise 14,5 kb/s. In dem Nebenka-

nal werden bei diesem Ausführungsbeispiel Zusatzdaten mit 1 kb/s im SDC (Service Description Channel) robuster übertragen und z. B. mit einem Vorlauf von 30 Sekunden codiert. Der Hauptkanal ist also um 30 Sekunden gegenüber dem Zu- satzkanal verzögert. Bei Abriss der Verbindung bis 30 Sekunden wird der Nebenkanal wiedergegeben. Bei einer Reduktion den SNR unter die Schwelle des MSC, aber oberhalb der Schwelle des SDC wird ebenso der Nebenkanal wiedergegeben. Die Erfindung ist somit in einem übertragungssystem für die digitale Medienübertragung einsetzbar, bei dem der Hauptkanal vorhanden ist, der die Haupt-Mediendaten aufweist, und bei dem ferner der Nebenkanal vorhanden ist, in dem die gleichen Mediendaten mit einer höheren Kompression und einer geringeren Bitrate dargestellt sind, wobei der Nebenka- nal eine robustere Modulation hat als der Hauptkanal hat, was ein geringeres minimales SNR für die übertragung und die Codierung des Nebenkanals im Vergleich zum Hauptkanal erfordert. Je nach Implementierung kann der Hauptkanal gegenüber dem Nebenkanal auch zeitlich verzögert sein.

Nachfolgend wird auf die Fig. 1 bis 7 detaillierter eingegangen. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines zu sendenden Signals, das letztendlich von einer Sendeantenne 10 ausgegeben wird, die von einem Sender 12 ihr Sendesignal erhält. Dem Sender 12 vorgeschaltet ist ein Codierer 14, welcher als Eingangsdaten Informationen 16 erhält, die Audio- und/oder Videoinformationen umfassen, und welcher ein Ausgangssignal zu dem Sender 12 liefert, das sowohl Hauptkanaldaten 18a als auch Nebenkanaldaten 18b umfasst. Je nach Implementierung des Codierers 14 und des Senders 12 werden die Daten 18a, 18b zwischen dem Codierer 14 und dem Sender 12 in zwei getrennten Datenströmen übertragen, oder werden die Daten gemultiplext oder bereits nach einer Trägermodulation in einem Datenstrom zum Sender übertragen, der dann nur noch die Aufgabe hat, wie sie von einem typischen HF-Front-End durchgeführt wird, nämlich das Basisdatensignal auf einen HF-Träger zu mischen und zu verstärken.

Insbesondere ist der Codierer ausgebildet, um den Hauptkanal 18a und den Nebenkanal 18b zu erzeugen, die separat voneinander decodierbar sind und so beide das Informationssignal darstellen.

Um eine decodierte Version der Informationen zu erhalten, reicht erfindungsgemäß entweder der Nebenkanal oder der Hauptkanal. Anders ausgedrückt, reichen die Daten des Nebenkanals alleine ohne die Daten des Hauptkanals aus, um wenigstens eine geringer gualitative Darstellung der Informationen auf der Codiererseite zu liefern.

Erfindungsgemäß ist der Codierer 14 ferner ausgebildet, um den Hauptkanal 18a und den Nebenkanal 18b so zu erzeugen, dass der Nebenkanal gegen übertragungskanaleinflüsse robuster ist als der Hauptkanal. Diese Robustheit kann auf verschiedene Arten und Weisen erzeugt werden, beispielsweise durch eine Verwendung einer robusteren Modulation für die Nebenkanaldaten oder durch die Einbringung einer höheren Redundanz in die Nebenkanaldaten als in die Hauptkanaldaten.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Codierers 14 gemäß diversen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er- findung, die alle in Fig. 2 optional gezeichnet sind. Der Codierer 14 kann einen Source-Codierer oder Quellencodierer 20, einen Redundanz-Codierer 22, einen Mapper 24 und/oder einen Modulierer 26 umfassen. In den Source-Codierer 20 werden die Informationen 16 eingespeist. Je nach Implemen- tierung liefert bereits der Source-Codierer 20 den Nebenkanal 18b und den Hauptkanal 18a, wie es durch die durchgezogenen Linien zwischen Sourcecodierer 20 und Redundanzcodie- rer 22 dargestellt ist. Alternativ kann jedoch der Sourcecodierer so ausgebildet sein, dass er nur eine einzige Ver- sion liefert, die dann, wie es durch die gestrichelte Linie zwischen dem Block 20 und dem Block 22 dargestellt, in den Redundanz-Codierer 22 eingespeist wird, welcher dann, beispielsweise durch unterschiedliche Redundanzcodierung, die

sich durch unterschiedliche Coderaten wiederspiegelt, aus- gangsseitig den Nebenkanal 18b und den Hauptkanal 18a erzeugt, wie es durch die durchgezogenen Linien zwischen dem Block 22 und dem Block 24 dargestellt ist. Alternativ könn- te der Redundanz-Codierer jedoch ebenfalls ausgebildet sein, um ausgangsseitig nur einen einzigen Redundanzcodierten Datenstrom zu erzeugen, welcher, wie es durch die gestrichelte Linie zwischen Block 22 und Block 24 dargestellt ist, in den Mapper 24 eingespeist wird, der dann un- ter Verwendung unterschiedlicher Mapping-Regeln den Hauptkanal 18a und den Nebenkanal 18b erzeugt.

Alternativ kann der Mapper 24 auch einen einzigen Ausgangsdatenstrom erzeugen und diesen dem Modulierer 26 zuführen, der z.B. ein FDMA, TDMA oder CDMA-Modulationsverfahren durchführt, also eines der bekannten Frequenzmultiplex-, Zeitmultiplex- oder Codemultiplex-Verfahren oder eine Kombination dieser Verfahren, wie es in der Technik bekannt ist. Je nach Implementierung kann der Modulierer ausgangs- seitig ein einziges Signal liefern, das dann sowohl Hauptkanal als auch Nebenkanal bereits in einem einzigen Datenstrom umfassen würde, oder der Modulierer kann den Nebenkanal und den Hauptkanal als getrennte Datenströme liefern, welche dann im Sender 12 miteinander kombiniert werden, be- vor dann ein einziges Antennensignal ausgestrahlt wird, das jedoch beide Kanäle umfasst.

Prinzipiell ist es ausreichend, dass in einem der Blöcke 20, 22, 24, 26 unterschiedliche Kanäle mit unterschiedli- chen Robustheiten erzeugt werden. Es können jedoch auch verschiedene unterschiedliche Robustheiten kumuliert werden. So kann beispielsweise der von dem Redundanz-Codierer 22 erzeugte Nebenkanal, der per se schon Fehler-resistenter aufgrund der größeren Redundanz ist, zusätzlich im Mapper einer Mapping-Regel unterzogen werden, die robuster als eine andere Mapping-Regel ist, mit der der Hauptkanal beaufschlagt werden kann, wobei zusätzlich noch im Modulierer

für den Nebenkanal ein fehlerresistenteres Modulationsverfahren eingesetzt werden kann, als für den Hauptkanal.

Erfindungsgemäß wird es allerdings bevorzugt, dass der Source-Codierer 20 bereits zwei unterschiedliche Ausgangsdatenströme erzeugt, wobei der Nebenkanal eine niedrige Bitrate hat und der Hauptkanal eine hohe Bitrate hat, welche dann durch eine Kombination der Blöcke 22, 24, 26 bearbeitet werden können, oder welche z. B. nur durch den Re- dundanzcodierer 22 eine unterschiedliche Robustheit bekommen, wobei der Redundanzcodierer dann ausgangsseitig bereits beide Datenströme nach einer bestimmten Vorschrift vereinigt, so dass in den Mapper 24 nur noch ein Datenstrom eintritt und ein Datenstrom austritt. Alternativ könnte je- doch der Redundanzcodierer einfach beide eingangsseitigen Datenströme mit derselben Coderate verarbeiten, wobei dann der Mapper oder der Modulierer die unterschiedlichere Robustheit der beiden Datenkanäle erzeugen würde.

Unterschiedliche Robustheiten im Redundanz-Codierer können erfindungsgemäß erreicht werden, indem z. B. ein Reed- Solomon-Code oder ein FEC-Code z. B. mit rückgekoppelten Schieberegistern eingesetzt wird, welcher ein bestimmtes Generator-Polynom hat und mit oder ohne Puncturing arbei- tet. Die Coderate beschreibt die Anzahl der Ausgangsbits für eine bestimmte Anzahl von Eingangsbits und ist aufgrund der Redundanz-Hinzufügung immer kleiner als 1. Für den Nebenkanal kann eine Coderate kleiner als 0,5 verwendet werden, während für den Hauptkanal eine Coderate größer oder gleich 0,5 eingesetzt werden kann.

Bezüglich des Mappers 24 können für den Hauptkanal und den Nebenkanal unterschiedliche Mapping-Regeln eingesetzt werden. Eine Mapping-Regel hat eine bestimmte Anzahl von Sym- bolen in der komplexen Ebene, wobei für ein QPSK-Mapping lediglich vier Symbole in der komplexen Ebene existieren, während für ein 16-QAM-Mapping beispielsweise 16 Symbole in der komplexen Ebene existieren. Dies bedeutet, dass ein De-

codierer bei QPSK lediglich zwischen vier unterschiedlichen Symbolen unterscheiden muss, während ein Decodierer bei 16- QAM bereits zwischen 16 verschiedenen Symbolen unterscheiden muss. Das minimale SNR für ein QPSK-Mapping ist somit deutlich niedriger als das minimale SNR für ein 16-QAM- Mapping. Allerdings werden pro Modulationssymbol bei einem 16-QAM-Mapping vier Datenbits übertragen, während bei OPSK pro Symbol lediglich zwei Datenbits übertragen werden. Auf die Robustheit gegenüber übertragungskanaleinflüssen hat das Mapping einen hohen Einfluss.

Alternative Modulationsverfahren können ebenfalls eingesetzt werden, wie beispielsweise DPSK oder 8-QAM. Auch hierarchische Modulationsverfahren, bei denen einer QPSK z. B. eine 16-QAM überlagert ist, können für die verschiedenen Kanäle implementiert werden. So kann auch für den Hauptka- nal 64 QAM eingesetzt werden und für den Nebenkanal kann 16 QAM eingesetzt werden.

Auch im Modulierer 26 können unterschiedliche Robustheiten erzeugt werden, wenn z. B. für eine CDMA-Modulation unterschiedlich lange Codesequenzen eingesetzt werden für den Nebenkanal bzw. für den Hauptkanal, oder wenn bei einer FDMA-Modulation für die unterschiedlichen Kanäle unter- schiedliche Frequenzbandbreiten eingesetzt werden, oder bei einer CDMA-Modulation unterschiedlich lange Time-Slots eingesetzt werden.

Nachfolgend wird auf bevorzugte Implementierungen des Sour- ce-Codierers 20 von Fig. 2 eingegangen. Je nach Implementierung kann der Source-Codierer von Fig. 2 einen Audio- Codierer 30 und einen parallel geschalteten Sprachcodierer 32 umfassen. Eine Verzögerung ist zwischen den Audiocodie- rer 30 und einen Kombinierer, wie beispielsweise einen MuI- tiplexer 34 geschaltet, wobei die Verzögerungseinrichtung mit 36 bezeichnet ist. Sie kann z. B. als FIFO-Speicher ausgebildet sein, der so dimensioniert ist, dass mehr als 10 Sekunden, vorzugsweise mehr als 20 Sekunden und insbe-

sondere mehr als 30 Sekunden Daten gespeichert werden. Die Verzögerungseinrichtung 36 speist also den MSC-Eingang des Kombinierers 34, während der Sprachcodierer 32 bei dieser Implementierung den SDC-Eingang des Kombinierers speist. Selbstverständlich können auch zusätzliche Verzögerungen sowohl im Hauptkanal als auch im Nebenkanal 18a, 18b vorhanden sein, solange die Verzögerungen im Hauptkanal größer als die Verzögerungen im Nebenkanal sind. Insbesondere beträgt die Datenrate im MSC, der der Media-Service-Channel ist, 14,5 kb/s, während die Datenrate im Nebenkanal, der der SDC bzw. Service Description Channel ist, bei 1 kb/s liegt .

Andere Datenraten sind ebenfalls möglich, wobei insbesonde- re Verhältnisse zwischen MSC und SDC bzw. zwischen Hauptkanal und Nebenkanal von < 2, insbesondere < 5 und spezieller < 10 bevorzugt werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist somit der Codierer 8, der den Hauptkanal 18a erzeugt, ein Audio- codierer und separat vom Codierer 32 ausgebildet, der den Nebenkanal 18b erzeugt und lediglich als Sprachcodierer ausgebildet ist. Der Sprach-Codierer 32 kann komplette Sprach-Codierer-Rahmen liefern. Er kann jedoch alternativ auch lediglich Koeffizienten als Nebenkanal ausgeben, die zur Beschreibung der spektralen Einhüllenden (spectral en- velope) dienen. Insbesondere wird der Sprachcodierer 32 so ausgebildet sein, dass die Koeffizienten zur Beschreibung der spektralen Einhüllenden so fein quantisiert und so oft übertragen werden, dass auf Empfängerseite unter Verwendung dieser Information eine Sprachverständlichkeit erreicht wird. Wenn der Sprach-Codierer als LPC-Codierer ausgeführt ist, wird es bevorzugt, die LPC-Koeffizienten, die vom Sprachcodierer berechnet worden sind, zu übertragen oder wird es bevorzugt, Koeffizienten zu übertragen, die aus den LPC-Koeffizienten (LPC = linear predictive coding) abgeleitet sind. Koeffizienten, die aus LPC-Koeffizienten abgeleitet sind, sind beispielsweise quantisierte oder differenz-

codierte (Delta-codierte) Koeffizienten, wie es bei 40 und 42 in Fig. 4 angedeutet ist.

Alternativ kann der Source-Codierer 20 von Fig. 20 auch so ausgebildet sein, wie es in Fig. 4 gezeigt. Ein solcher Codierer wird beispielsweise gemäß MPEG-4 oder MPEG-I, Layer III (MP3) verwendet. Durch eine Filterbank 41 wird das Informationssignal 16 in eine spektrale Darstellung überführt, die einem Quantisierer 43 zugeführt wird. Die FiI- terbank 41 kann hierbei eine Subband-Filterbank mit z. B. 16 oder 32 Filterbank-Kanälen sein, oder kann eine MDCT- Filterbank mit z. B. 512 Koeffizienten oder 1024 Koeffizienten sein, wobei auch eine Overlap-And-Add- Funktionalität für das Time-Domain-Aliasing-Cancellation (TDAC) in einem entsprechenden Decodierer einzusetzen ist.

Das von der Filterbank 41 ausgegebene Spektrum bzw. die von der Filterbank 41 ausgegebene spektrale Darstellung wird in dem Quantisierer 43 quantisiert. Der Quantisierer 43 wird von einem psychoakustischen Modell 44 gesteuert, das ausgebildet ist, um die psychoakustische Maskierungsschwelle pro Band zu berechnen, und um die Quantisierung so grob zu machen, dass das Quantisierungsrauschen unterhalb der Maskierungsschwelle liegt. Die quantisierten Spektralwerte, die vom Quantisierer 43 ausgegeben werden, werden einem Huff- man-Codierer 45 zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Quantisierer 43 nicht nur quantisierte Spektralwerte, sondern auch Skalenfaktoren ausrechnet, die die spektrale Grobstruktur der spektralen Darstellung wiedergeben. Dage- gen ist die spektrale Feinstruktur in den quantisierten Spektralwerten enthalten.

Zur Huffman-Codierung verwendet der Huffman-Codierer 45 eine Vielzahl von vordefinierten Codebüchern, wobei gemäß dem MPEG-AAC-Standard zwölf verschiedene Code-Tabellen eingesetzt werden, die sich alle in dem Wertebereich der Elemente bzw. Spektralwerte oder Gruppen von Spektralwerten unterscheiden, die durch die Codetabelle codiert werden. Jede

Codetabelle wird durch ihre Codetabellennummer identifiziert, welche ebenso wie die Skalenfaktoren einem Bitstrom- formatierer 46 zugeführt werden und auf Decodiererseite benötigt werden, um mit der richtigen Codetabelle eine Deco- dierung durchzuführen.

Der vom Bitstromformatierer 46 erzeugte Ausgangsdatenstrom stellt dann den Hauptkanal dar, während der Nebenkanal unter Verwendung eines Nebenkanal-Selektors 47 erzeugt wird. Der Nebenkanal-Selektor ist ausgebildet, um einen bestimmten Anteil der Daten, die in den Hauptkanal kommen, zu selektieren, um aus diesen Daten den Nebenkanal zu bestücken. Je weniger Daten selektiert werden, umso geringer wird die Datenrate im Nebenkanal, was aus Gründen eines verantwort- liehen Umgangs mit der übertragungsbandbreite erstrebenswert ist. Allerdings ist ein gewisses Mindestmaß an Daten nötig, um auf Empfängerseite nicht nur ein farbiges Rauschen zu erzeugen, sondern besser zu sein, um z. B. eine Sprachverständlichkeit herbeizuführen. Zu diesem Zweck wer- den die Skalenfaktoren und/oder die Codetabellen-Nummern je nach Eignung und Notwendigkeit einer Delta-Codierung 40 und einer anschließenden Haffmann-Codierung 42 zugeführt. Für die Codetabellen-Nummern wird eine Delta-Codierung nicht so geeignet sein. Allerdings kann durch eine Delta-Codierung von Skalenfaktoren eine weitere Redundanzreduktion erreicht werden. Die quantisierten Spektralwerte werden im Nebenkanal nicht übertragen. Es wird also die spektrale Feinstruktur im Nebenkanal nicht übertragen. Dort befindet sich nur die spektrale Grobstruktur.

Je nach Implementierung können die Nebenkanaldaten somit von einem niederratigen Sprachcodierer oder von einem nie- derratigen Audiocodierer stammen. So können sogar ein Teil oder auch alle Koeffizienten des Nebenkanals aus Koeffi- zienten des Codierers des Hauptkanals stammen. Insbesondere dann, wenn der Hauptcodierer ein Teilband-basierter Audiocodierer ist, wird es bevorzugt, die Koeffizienten des Codierers des Hauptkanals, die die Skalenfaktoren darstellen,

in den Nebenkanal zu selektieren. Je nach Implementierung kann jedoch auch als Selektionsdaten auf die Indizes für die Huffman-Codebooks zurückgegriffen werden.

Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass, wie es auch in Fig. 1 angedeutet ist, weitere Nebenkanäle 18c eingesetzt werden können, die mit verschiedenen Zeitversätzen und/oder verschiedenen Robustheiten für die übertragung ausgestattet sein können.

Fig. 5 zeigt eine spezielle Implementierung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines decodierten Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung um- fasst eine Empfängerstufe 50, die z. B. mit einer Empfangs- antenne, die in Fig. 5 nicht gezeigt ist, gekoppelt sein kann. Dann enthält die Empfängerstufe 50 ein typisches Re- ceiver-Front-End, mit beispielsweise einem Down-Mixer mit gekoppeltem Lokaloszillator , um das übertragene Spektrum in das Basisband bzw. in ein Zwischenfrequenz-Band herun- terzumischen.

Das Empfangssignal, das von der Empfänger-Stufe 50 empfangen wird, umfasst einen Hauptkanal und einen Nebenkanal, welche separat voneinander decodierbar sind. Insbesondere ist ein minimales Signal/Rausch-Verhältnis, das zum Decodieren des Nebenkanals benötigt wird, kleiner als ein minimales Signal/Rausch-Verhältnis, das zum Decodieren des Hauptkanals nötig ist. Der Nebenkanal ist also robuster gegenüber Ubertragungseigenschaften des übertragungskanals als der Hauptkanal.

Dem Empfänger nachgeschaltet ist je nach Implementierung eine Kanaltrennstufe 51, um bereits auf HF-Seite den Nebenkanal vom Hauptkanal zu trennen. Je nach Implementierung kann diese Funktionalität jedoch auch in einem Decodierer 52 integriert sein, welcher mit dem Empfänger direkt gekoppelt ist, und welcher den Hauptkanal getrennt von dem Nebenkanal erzeugt. Das erfindungsgemäße Rundfunkteilnehmer-

gerät, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, umfast ferner einen Qualitätsüberwacher 53, der ausgebildet ist, um eine Empfangsqualität abzuschätzen. Hierbei kann ein Qualitätsüberwacher auf verschiedene Signale zurückgreifen, die schema- tisch durch die durchgezogene bzw. gestrichelte Linie in Fig. 5 angedeutet sind. Der Qualitätsüberwacher 53 kann den Hauptkanal vor dem Decodieren bzw. vor einer möglicherweise dort verwendeten Verzögerung oder nach einer dort verwendeten Verzögerung überwachen. Der Qualitätsüberwacher 53 kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch Ausgangsdaten des Decodierers und/oder bestimmte Zwischendaten, die beim Decodieren anfallen, bzw. Decodierer-Ausgangsinformationen verwenden. Stellt der Decodierer beispielsweise bereits bei der Huffman-Decodierung fest, dass eine bestimmte Anzahl von ungültigen Codewörtern existiert, so deutet dies bereits auf eine schlechte Empfangsqualität hin, was der Qua- litätsüberwachungseinrichtung 53 mitgeteilt wird.

Die Qualitätsüberwachungseinrichtung 53 ist ausgebildet, um dann, wenn eine Empfangsqualität festgestellt wird, die geringer als eine Empfangsqualitätsquelle ist, ein Umschaltsignal zu liefern, das im allgemeinsten Fall dem Decodierer 52 zugeführt wird, welcher dann von einer Wiedergabe des Hauptkanals auf eine Wiedergabe des Nebenkanals umschalten wird.

Der Umschalter, der z. B. im Decodierer 52 enthalten ist, oder auch separat ausgebildet sein kann, ist somit durch den Qualitätsüberwacher steuerbar, um als decodiertes Sig- nal den Nebenkanal zu liefern, wenn die Empfangsqualität kleiner als eine Schwellenqualität ist, und um als decodiertes Signal den Hauptkanal zu liefern, wenn die Empfangsqualität größer oder gleich der Schwellenqualität ist.

Nachfolgend wird bezugnehmend auf Fig. 6 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Empfängers dargestellt. Die Funktionalität der Elemente 51, 52, 53 werden in Fig. 6 durch alternative bzw. durch zusätzliche Elemente

implementiert, während die Verzögerung 54 von Fig. 5, die verwendet wird, um den Nebenkanal bezüglich des Hauptkanals zu verzögern, um also die Endcodierer-seitige Verzögerung wieder wett zu machen, in Fig. 6 nicht mehr dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verzögerung zwischen beliebigen Blöcken eingebaut werden kann, um sicherzustellen, dass dann, wenn z. B. ein Totalausfall stattfindet, wenigstens noch gemäß den in der Verzögerungseinrichtung gespeicherten Daten eine Datenausgabe allein mit den im Decodierer bereits gespeicherten Daten durchgeführt werden kann .

In Fig. 6 ist der Empfängerstufe 50 von Fig. 5 ein Demodu- lator 60 nachgeschaltet, der eine Demodulation des zugrun- deliegenden Modulationsverfahrens, wie beispielsweise eines TDMA, FDMA oder CDMA-Verfahrens durchführen kann. Hierauf kann je nach Implementierung ein Demapper 61 nachgeschaltet werden, welcher typischerweise mit Soft-Informationen arbeiten wird, um die Modulationssymbole in Bits zurückzumap- pen. Die durch Soft-Informationen dargestellten Bits werden einem Kanaldecodierer 62 zugeführt, welcher beispielsweise als Viterbi-Decodierer oder als Reed-Solomon-Decodierer ausgebildet sein kann. Der Kanal-Decodierer 62 basiert darauf, dass auf Codierer-Seite durch den Redundanz-Codierer 22 Redundanz eingeführt worden ist, die zu Zwecken der verbesserten Empfangsqualität bzw. der reduzierten Bitfehlerrate auf Decodiererseite vom Kanaldecodierer ausgenutzt wird. Die Ausgangsdaten des Kanaldecodierers werden einem Source-Decodierer 63 zugeführt, welcher das Gegenstück des Encodierer-seitigen Source-Codierers sein wird, und welche insbesondere, wenn der Fig. 4-Codierer betrachtet wird, zunächst einen Bitstrom-Deformatter, einen nachgeschalteten Huffman-Decodierer, einen wiederum nachgeschalteten Re- Quantisierer und schließlich eine Synthese-Filterbank haben wird, um ein decodiertes Audiosignal zu erzeugen.

Empfängt der Source-Decodierer 63 Hauptkanal-Daten, so hat er alle zur Decodierung benötigten Daten einschließlich der

spektralen Feinstruktur, und es wird eine hochqualitative Ausgabe erreicht. Wenn allerdings nur Nebenkanal-Daten ü- bertragen werden, wie beispielsweise die spektrale Hüllkurve des ursprünglichen Informationssignals, so wird der Source-Decodierer beispielsweise eine Signalsynthese vornehmen, wobei die spektrale Feinstruktur synthetisiert wird und mit den übertragenen Daten der spektralen Grobstruktur gewichtet wird, derart, dass ein synthetisiertes Spektrum erzeugt wird, welches dann der Synthese-Filterbank zuge- führt wird, um ein decodiertes Audiosignal zu erzeugen, das wenigstens noch eine Sprachverständlichkeit hat. Entsprechend kann vorgegangen werden, wenn Skalenfaktoren und/oder Codetabellenindizes übertragen werden. In diesem Fall werden sämtliche übertragenen Daten gemäß ihrem ursprünglichen Zweck eingesetzt, während die nicht-übertragenen Daten synthetisiert werden, beispielsweise durch die synthetische Erzeugung von Spektralwerten, die in einem Skalenfaktorband zusammen betrachtet so gewichtet werden, dass eine bestimmte Energieverteilung in dem Band erreicht wird, wobei die absolute Energie ohnehin durch den Skalenfaktor wesentlich bestimmt ist, der direkt im Nebenkanal-Datenstrom übertragen worden ist.

Alternativ kann der Nebenkanal-Datenstrom auch eine Band- begrenzte Darstellung (z. B. bis 4 kHz) der Ursprungsdaten sein, so dass sich der Nebenkanal und der Hauptkanal lediglich in ihrer Bandbreite unterscheiden. In diesem Fall würde der Decodierer für den Nebenkanal-Daten keine weiteren Spektralwerte synthetisieren, sondern würde einfach das schmalbandige Signal erzeugen, wie es ist.

Ist der Nebenkanal-Datenstrom dagegen das Ausgangssignal eines Sprachcodierers, wie beispielsweise eines CELP- Codierers, wie er bei GSM eingesetzt wird, so umfasst der erfindungsgemäße Rundfunkempfänger auch einen GSM- Sprachdecodierer, um die Nebenkanaldaten zu erzeugen, wenn die Empfangsqualitätsschwelle unterschritten wird.

Der Qualitätsüberwacher 53 in Fig. 6 kann von verschiedenen Stellen in der Verarbeitungskette mit Informationen über die Empfangsqualität versorgt werden. Der Qualitätsüberwacher 53 wird jedoch vorzugsweise direkt von einem in einem Rundfunkempfänger ohnehin typischerweise vorhandenen Kanalschätzer 64 gespeist, welcher ausgebildet ist, um mit oder ohne Pilottöne den drahtlosen übertragungskanal zu schätzen. Je nach Implementierung des Kanalschätzers liefert dieser z. B. bereits ein SNR, welches dann durch den Quali- tätsüberwacher 53 nur noch mit der Schwelle zu vergleichen ist, um ein Steuersignal 65 zu erzeugen, das einen Umschaltet 66 ansteuert, um entweder den Hauptkanal oder den Nebenkanal auszugeben.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Darstellung wurde davon ausgegangen, dass der Source-Decodierer immer parallel sowohl Hauptkanal als auch Nebenkanal ausgibt und zwar bereits mit kompensierter Verzögerung. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn die Empfangsqualität unterschritten wird, einfach im Umschalter 66 umgeschaltet werden muss, dass das decodierte Nebenkanal-Signal also bereits vorliegt. Alternativ kann jedoch auch zum Stromsparen insbesondere in mobilen Geräten lediglich nur der Hauptkanal heraus separiert werden, um decodiert zu werden, wobei mit einer Decodierung des Neben- kanals nur dann begonnen wird, wenn die Empfangsqualität unter die Schwelle geht. Dies hat den Vorteil, dass am Ausgang des Soure-Decodierers immer nur ein Signal fertig anliegt und somit für das zweite Signal, also z. B. für den Hauptkanal im Extrem-Betrieb oder für den Nebenkanal im Normalbetrieb keine Prozessor-Ressourcen oder Batterie- Ressourcen benötigt werden. Insofern ist der Umschaltet 66 auch schematisch zu sehen, da er in die Funktionalität des Decodierers bereits integriert sein kann und prinzipiell auch an jeder beliebigen Stelle existieren kann, wo der Hauptkanal und der Nebenkanal bereits separat vorliegen. Liegen nämlich z. B. Hauptkanal und Nebenkanal bereits am Ausgang des Demappers 61 vor, so kann der Umschalter 66 bereits dort angeordnet sein, um entweder den Hauptkanal oder

den Nebenkanal in den nachgeschalteten Kanal-Decodierer einzuspeisen.

Im Hinblick auf die Qualitätsüberwachung 53 sei darauf hin- gewiesen, dass dann, wenn nicht auf den Kanalschätzer 64 zugegriffen wird oder wenn zusätzliche Daten über die Empfangsqualität gewünscht sind, an jeder Stelle auf den Hauptkanal oder auf das kombinierte Hauptkanal/Nebenkanal- Signal Zugriffen werden kann, um einen Eindruck über die aktuelle Empfangsqualität und insbesondere über die Empfangsqualität des Hauptkanals zu erhalten.

Nachfolgend wird bezugnehmend auf Fig. 7 eine prinzipielle Ablaufskizze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Empfängerseite dargestellt. Es wird davon ausgegangen, dass gerade eine Wiedergabe des Hauptkanals stattfindet, wie es im Schritt 70 angedeutet ist. Parallel zur Wiedergabe des Hauptkanals in Schritt 70 findet eine Beurteilung der Qualität des Hauptkanals im Schritt 72 statt. Alternativ oder zusätzlich kann selbstverständlich, wie es bezugnehmend auf Fig. 6 dargestellt worden ist, auch die Empfangsqualität allgemein, also ohne direkten Bezug auf den Hauptkanal beurteilt werden, beispielsweise wenn auf einen Kanalschätzer, der mit oder ohne Pilottöne arbeitet, zurückgegriffen wird.

Lediglich der übersichtlichkeit halber wird in Fig. 7 von einer „Qualität des Hauptkanals" gesprochen, die beurteilt wird. Liegt die Qualität, die in Block 72 beurteilt wird, über der Schwelle, so wird mit der Wiedergabe des Hauptkanals im Schritt 70 fortgefahren. Wird jedoch festgestellt, dass die Qualität unter der Schwelle ist, so wird auf den Nebenkanal umgeschaltet, wie es in Schritt 74 gezeigt ist. Hierauf wird der Nebenkanal wiedergegeben, wie dies in Schritt 76 angedeutet ist. Parallel oder anschließend findet eine Beurteilung der Qualität des Hauptkanals oder allgemein der Empfangsqualität statt, wie es bei 78 dargestellt ist, wobei der Schritt 78 identisch zum Schritt 72

implementiert sein kann. Unterschiede bestehen lediglich darin, dass dort eine Qualität beurteilt wird, die nicht die Qualität des gerade wiedergegebenen Kanals ist. Wird im Feld 78 festgestellt, dass die Qualität unter der Schwelle ist, wird mit der Wiedergabe des Nebenkanals fortgefahren. Wird dagegen im Schritt 78 festgestellt, dass die Qualität über der Schwelle ist, wird auf den Hauptkanal umgeschaltet, wie es in Schritt 79 dargestellt ist.

Wenn das Signal ein Video-Signal ist, so kann der Nebenkanal eine downgesampelte Version des Hauptkanals sein. Die Dezimierung von Daten erfolgt durch räumliche Dezimierung z. B. jedes zweiten Pixels pro Bild vertikal und horizontal und/oder durch zeitliche Dezimierung z. B. jedes zweiten Bilds einer Sequenz oder durch sonstige Dezimierungsmaßnah- men.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert wer- den. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfin- düng somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.