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Title:
DIGITAL MICROPHONE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/064828
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the transmission of digitised audio information with high quality and little delay, in particular, methods for the transmission of digitised audio information in an audio pick-up (microphone) and/or playback line. According to the invention, a channel filter is disclosed, applied to shape the high frequency spectrum of the transmission, whereby the spectrum has no damping in a first region, from roughly 100 to 300 kHz useful bandwidth and, in a region outside the first region, has a stop-band attenuation of, in particular, more than 60 dB, or more than 80 dB.

Inventors:
Buhe, Gerrit (Eichenkamp 4, Wedemark, 30900, DE)
Haupt, Axel (Jobstkamp 46, Langenhagen, 30855, DE)
Plath, Frank (Johann-Strauss-Weg 19, Wedemark, 30900, DE)
Watermann, Jan (Hahnenstrasse 7, Hannover, 30167, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014833
Publication Date:
July 14, 2005
Filing Date:
December 30, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SENNHEISER ELECTRONIC GMBH & CO. KG (Am Labor 1, Wedemark, 30900, DE)
Buhe, Gerrit (Eichenkamp 4, Wedemark, 30900, DE)
Haupt, Axel (Jobstkamp 46, Langenhagen, 30855, DE)
Plath, Frank (Johann-Strauss-Weg 19, Wedemark, 30900, DE)
Watermann, Jan (Hahnenstrasse 7, Hannover, 30167, DE)
International Classes:
H04R1/00; H04B7/06; H04H60/04; H04H7/00; (IPC1-7): H04H1/00; H04R1/00
Foreign References:
EP1113582A22001-07-04
EP0905912A21999-03-31
US20010055984A12001-12-27
EP1372304A22003-12-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 275 (E - 438) 18 September 1986 (1986-09-18)
Attorney, Agent or Firm:
Göken, Klaus G. (Eisenführ, Speiser & Partner Postfach 10 60 78, Bremen, 28060, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen in ho her Qualität und mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Über tragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikro fon) und/oder Wiedergabestrecke, wobei ein Kanalfilter zur Formung des Hochfrequenzspektrums der Übertragung eingesetzt wird, wobei das Spekt rum in einem ersten Bereich von etwa 100 bis 300 kHz Nutzbandbreite keine Dämpfung aufweist und in einem Bereich außerhalb von dem ersten Bereich eine Sperrdämpfung von insbesondere bevorzugt mehr als 60 dB bzw. mehr als 80 dB aufweist (Figur 13).
2. Verfahren zur Übertragung von digitalen Audioinformationen in hoher Qualität und mit geringer Verzögerung, insbesondere ein Verfahren zur Über tragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikro fon) und/oder Wiedergabestrecke, optional mit den Merkmalen nach Anspruch 1, wobei die Audioinformationen in Blöcken verarbeitet werden und die Audio bandbreite (HF) proportional ist der Symbolrate (fry",).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren keine Audiodatenkompressi on eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bandbreite von etwa 150 bis 250 kHz (bzw. einem Wert aus diesem Wertebereich) die Symbolrate typischerweise etwa im Bereich zwischen 130 bis 220 kHz, bevorzugt bei 150 kHz liegt und der ImpulsformungsRolloffFaktor (a) typischerweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,5, bevorzugt bei etwa 0,3 liegt und die Bandbreite sich berechnet nach der Formel :' = (1+).
5. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Qualität und mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, wobei die Audiodaten in Blöcken verarbeitet werden, ins besondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochwertiges Modulationsverfahren für die Übertragung der Audioinformation eingesetzt wird, bei welchem mehrere Bits in einem Modulationssymbol zusammengefasst und übertragen werden, wobei die Bandbreite umgekehrt proportional ist zur Modulationswertigkeit M, welche bevorzugt im Bereich von 1 bis 8 Bit, insbesondere im Bereich von M = 4 Bit liegt und die Bandbreite ferner proportional ist zur codierten Bitrate, welche bevorzugt im Bereich von etwa 130 kBit/s und 1480 kBit/s, vorzugsweise etwa bei 600 kBit/s liegt und der Symbolvorrat 2"ist und im Bereich von 1 bis 256 liegt.
6. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen von hoher Quali tät mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite umgekehrt proportional zur Co derate ist, wobei die Coderate bevorzugt 21/2 und s1 ist, vorzugsweise die Coderate dem Wert 0,75 entspricht und/oder dass die Bandbreite ferner pro portional ist der uncodierten Bitrate (funcoded) wobei die uncodierte Bitrate be vorzugt >64 kBit/s und : 2g1480 kBit/s ist und insbesondere einen Wert von 450 kBit/s annimmt.
7. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Qualität mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digi talisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, wobei keine AudiodatenKompression benutzt wird, die Audiodaten in Blöcken verarbeitet werden, insbesondere nach einem der vor stehenden Ansprüche, und die Bandbreite proportional ist zum Faktor k, der den Quotienten aus der Codeausgangslänge (Cout) und der Modulationswer tigkeit M beschreibt, wobei k bevorzugt den Wert 1 annimmt, aber auch Werte aus dem Bereich 1/n ;. .. ; 1/2 bzw. 1,2,... n aufweisen kann, wobei n eine na türliche Zahl ist.
8. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Qualität mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprü che, zur Übertragung digitaler Audioinformation hoher Qualität mit geringer Verzögerung, wobei keine AudiodatenKompression benutzt wird, die Audio daten in Blöcken verarbeitet werden und wobei die Bandbreite proportional ist zur Audiodatenrate, welche bevorzugt im Bereich zwischen 43 kBit/s und 1480 Bit/s beträgt, bevorzugt etwa bei 400 kBit/s liegt und die Bandbreite ferner proportional ist zur Framerate, welche bevorzugt größer ist als 1 und kleiner ist als 1,5, bevorzugt bei einem Wert von 1,125 liegt.
9. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Qualität mit geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digi talisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur Übertragung digitaler Audioinformationen mit hoher Qualität und geringer Verzögerung, wobei keine AudiodatenKompression benutzt wird, die Audio daten in Blöcken verarbeitet werden, die Audiodaten einer PCMCodierung unterworfen werden mit einer PCMAuflösung N, wobei N bevorzugt 2 12 und : 24, z. B. bei 16, liegt und die AudioSamplingrate fs etwa 2 1,8 kHz und : 29 124 kHz ist, bevorzugt etwa bei 25 kHz liegt.
10. Verfahren zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Qualität und geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digi talisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, wobei keine AudiodatenKompression benutzt wird, die Audiodaten in Blöcken verarbeitet werden, insbesondere nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Audiodaten nach der Codierung einer Punktierung, bevorzugt einer variablen Punktierung unterworfen werden, die an die zu verarbeitenden Daten angepasst ist und diese Punktierung wird beim Empfang der codierten Daten entsprechend umgekehrt der Decodierung vorgeschaltet.
11. Verfahren, zur Übertragung digitaler Audioinformationen in hoher Quali tät und geringer Verzögerung, insbesondere Verfahren zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen in einer Audioaufnahme (Mikrofon) und/oder Wiedergabestrecke, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprü che, zur Übertragung von digitalen Audiodaten in hoher Qualität mit geringer Verzögerung, wobei die digitalen Audiodaten sendeseitig in Rahmen zerlegt werden, wobei jeder Rahmen eine Rahmenlänge von Runcoded Bit aufweist, wobei dieser Rahmen eine ganzzahlige Anzahl von Abtastwerten (Samples) der Bitlänge N enthält, E Bit zur Fehlererkennung bzw. Fehlerkorrektur vorge sehen sind, S Bit für die Synchronisation und A Bit für anderweitige Zwecke verwendet werden und dass der Rahmen durch einen oder mehrere Kanalco der und der Anwendung einer GesamtCoderate C im Bereich zwischen 0,5 und 1 auf eine Rahmenlänge von Rcoded = Rcoded/C Bit gedehnt wird, und/oder Rcoded ein ganzzahiiges Vieifaches der Symbollänge M ist, wobei der Wert für Runcoded ein Wert aus dem Wertebereich zwischen 20 und 500 Bit ist und der Wert für Coded ein Wert aus dem Wertebereich zwischen 20 und 100 Bit ist.
12. Vorrichtung zur Übertragung von digitalisierten Audioinformationen ge mäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Über tragungsweg bevorzugt ein Kanalfilter zur Formung des HFSpektrums (Figur 13) eingesetzt wird, dass in etwa 100 bis 300 kHz Abstand zur Trägermitte eine Sperrdämpfung von mehr als 60 dB aufweist.
13. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationssymbole sich hinsichtlich der Amplitude und/oder Phase unterscheiden.
14. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Sender die Funktionalitäten Rahmenerzeu gung, KanalCodierung, SymbolGenerator sowie im Empfänger die Funktio nalitäten für die SymbolDecodierung, KanalDecodierung und Rahmenzerle gung so ausgelegt sind, dass sie die zu übertragenden Daten nach verschie denen Relevanzstufen sortieren können, angefangen von der geringsten und/oder höchsten Relevanzstufe zur jeweiligen höheren/niederen Relevanz stufe.
15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Relevanzstufen unterschiedlich und unabhängig voneinander bearbeitet werden können.
16. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im SymbolGenerator sendeseitig eine Zuord nung von Daten hoher Relevanz zur sichereren Bitpositionen und niedriger Relevanz zu unsichereren Bitpositionen erfolgt.
17. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sendeseitig zum Abstrahlen eines Hochfrequenz (HF) Signals mehrere Antennen oder Antennensegmente benutzt werden bzw. vorgesehen sind und dass diejenigen Antennen oder Antennensegmente bevorzugt zur Abstrahlung benutzt werden, die augenblicklich die beste Anpassung haben.
18. : Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal durch eine A/D Wandlereinrichtung digitalisiert wird, die mit einem Takt konstanter Frequenz betrieben wird und deren Abtastrate einem Mehrfachen der Basisband NyquistRate entspricht und die wahre Symbolrate in einer separaten, unab hängigen Einrichtung zurückgewonnen wird und/oder das eigentliche Symbol in einer Interpolationsschaltung berechnet wird und/oder die Signalverarbei tung asynchron zum Sendetakt erfolgt und die Synchronisierung auf den ge nauen Sendetakt erst am Ende der Signalverarbeitungskette erfolgt.
19. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass empfangsseitig ein oder mehrere Empfangs pfade vorgesehen sind, und dass im SymbolDecoder Seiteninformationen aus den Symbolverzerrungen und/oder den Empfangsfeldstärken jedes Emp fangspfades gewonnen werden und dass die in dem KanalDecoder einlau fende Information Beiträge aus allen Empfangspfaden enthält.
20. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschleierung von Restfehlern ein Algo rithmus eingesetzt wird, der bevorzugt keine exakte Information über die Feh lerposition bekommt.
21. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten aus dem Verschleierungsalgorith mus nur dann benutzt werden, wenn ein übertragener Datenrahmen als feh lerhaft erkannt wurde.
22. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche, nichtlineare Kennlinie als Quellenkodierung benutzt wird (Figur 4), die aus mindestens zwei Segmenten besteht, wobei das erste Segment linear ist und das zweite (und/oder alle wei teren) Segment nichtlinear sind.
23. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der zugehörigen Empfangseinrichtung eine inverse Kennlinie zu Figur 4 benutzt wird.
24. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer analogen Eingangsschaltung, bestehend aus einem einstellbaren Eingangsverstärker, einer Begrenzungseinrichtung zur Vermeidung von Über steuerung, einer Digitalisierungseinrichtung mit der Wortbreite K und einer Recheneinrichtung zur Berechnung einer nichtlinearen Kennlinie, wobei die nichtlineare Kennlinie für positive Werte aus wenigstens zwei Segmenten be steht, das Segment für kleine Eingangswerte (120) linear ist und das oder die Segmente (121) nichtlinear sind, die Stoßstelle zwischen den Segmenten so berechnet ist, dass die Tangenten an den Kurven bei Annäherung von beiden Seiten an die Stoßstelle zusammenfallen, die Kennlinie für negative Ein gangswerte (122,123) symmetrisch zu entsprechenden positiven Eingangs werten gestaltet wird und die Ausgangswortbreite L der nichtlinearen Kennlinie kleiner als die Wortbreite der Digitalisierungseinrichtung ist.
25. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingangsschaitung ein Mikrofon direkt angeschlossen ist oder ein Mikrofon ansteckbar ist oder analoge, hochpegeli ge Signale angeschlossen werden können.
26. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung einen Umschaltung (108) enthält, um alternativ einen digitalen Eingang auszuwählen.
27. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 24,25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des ersten Segments (120 bzw.
28. ungleich 1 ist.
29. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Begrenzungsschaltung bereits in einer Digitalisierungseinrichtung enthalten ist.
30. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Rahmenlänge, KanalCoder und Wortbreite der Modulationssymbole abhängig voneinander gewählt sind, die Rahmenlänge ein ganzzahliges Viel faches der Wortbreite der Abtastwerte ist, die Rahmenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der Eingangswortbreite des KanalCoders ist und/oder die Anzahl der Bits pro Modulationssymbol gleich der Ausgangswortbreite des Kanal Coders ist und/oder das notwendige Zusatzdaten unter Weglassung von Ab tastwerten in den Rahmen eingefügt werden.
31. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Bits pro Modulationssymbol oder deren Kehrwert ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangswortbreite des KanalCoders ist.
32. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rahmen mehrere Unterrahmen (Sub Rahmen) zusammengefasst sind.
33. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rahmen Zusatzdaten in Form eines Synchronisationsmusters und/oder einer Prüfsumme eingebettet sind, wobei die Summe der Bits dieser Zusatzdaten ein ganzzahliges Vielfaches der Wort breite der Abtastwerte ist.
34. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerverschleierung ComfortNoise den Audioinformationen zugemischt werden.
35. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Audiosignal an mehr als einem Ausgang herausgegeben wird, wobei jeder Ausgang mit einem eigenen Verschleie rungsalgorithmus bearbeitet werden kann.
36. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Audiosignal an mehr als einem Ausgang herausgegeben wird, wobei jedem Ausgang bei Bedarf individuell Signalisie rungsinformationen zugemischt werden können, die bestimmte Betriebszu stände signalisieren. Die Signalisierungsinformationen können jede Art von akustischen Informationen sein, insbesondere Töne, Tonfolgen oder Klartext ansagen.
37. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Mikrofonsignal enthaltene digitale Da tenstrom verschlüsselt wird und im Empfänger ein entsprechender Entschlüss ler vorhanden ist, um den verschlüsselten digitalen Datenstrom zu entschlüs seln.
38. Mikrofon, insbesondere digital realisiertes Funkmikrofon, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon in einen Testmode schaltbar ist, in welchem ein definiertes Audiosignal (z. B. Sinuston, Rauschen etc. ) mikro fonseitig generiert und anstelle des Mikrofonsignals ausgesendet wird.
39. Mikrofonempfänger, insbesondere digital realisierter Funkmikrofonemp fänger, nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger in einen Testmode geschaltet werden kann, in welchem ein definiertes Audiosignal (z. B. Sinuston, Rau schen etc. ) generiert und individuell an den Ausgängen des Empfängers zur Verfügung gestellt wird.
40. Mikrofon, insbesondere digital realisiertes Funkmikrofon, nach Anspruch 37 und 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon in einen Testmode schaltbar ist, in welchem mikrofonseitig ein definiertes Modulationssignal mit bekannten Modulationssymbolen (z. B. PRBSFolge, sequentielle Folge etc. ) ausgesen det wird.
Description:
Digitales Mikrofon

Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt ein Mikrofon, insbesondere ein digitales Mikrofon, also ein Mikrofon, bei welchem das Signal, wel- ches aus dem Mikrofonwandler herauskommt, bereits im Mikrofon digita- lisiert wird und das entsprechende Mikrofonsignal digital vom Mikrofon, sei es über Kabel oder drahtlos, z. B. in einem Mikrofonempfänger, Vor- verstärker etc. abgegeben wird.

Hochqualitative Audiodaten erzeugen nach der A/D-Wandlung hohe Datenmengen. Tastet man-wie z. B. in der Studiotechnik üblich-ein Audiosignal mit 48 kHz bei einer Wortbreite von z. B. 16 Bit ab, entsteht ein Datenstrom von 768000 Bit/s pro Kanal, was bei einem Stereokanal bereits mehr als 1,5 MBit/s bedeutet.

Um die so generierten Daten vor Übertragungsfehlern zu schützen, wird Redundanz in Form zusätzlicher Bits hinzugefügt, die auf der Emp-

fangsseite zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur benutzt werden. Die zu übertragende Datenmenge erhöht sich dadurch nochmals, je nach gewünschter Korrekturkapazität, erheblich.

Um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren, werden häufig Au- diodaten-Kompressionsverfahren, z. B. nach dem MPEG-Standard, ein- gesetzt. Diese reduzieren die im Audiosignal enthaltene Redundanz, indem sie längere Blöcke von Audiodaten nach verschiedenen Verfah- ren bearbeiten. Mit steigender Blockgröße steigt die erzielbare Kom- pressionsrate und sinkt damit die Datenmenge. Bekannt sind verluste- haftete und verlustlose Verfahren, wobei erstere eine höhere Kompres- sionsrate erreichen.

Durch diese Blockbildung erzeugt man eine Verzögerung im Übertra- gungssystem, da ein Datenblock erst bearbeitet werden kann, wenn er komplett eingelaufen ist. Dies gilt sowohl für die Sende-als auch für die Empfangsseite. Dieser Effekt ist bei einigen Anwendungen unerwünscht, insbesondere bei Studioapplikationen, bei denen Mikrofone der vorlie- genden Art insbesondere eingesetzt werden sollen.

Befindet sich die Übertragungsstrecke am Anfang einer Audio- Produktionskette, ist die Redundanzminderung im Audiosignal von Nachteil. Nachfolgende Produktionsschritte könnten das Audiosignal so beeinflussen, dass die Qualität deutlich leidet. Weiterhin würde die freie Gestaltungsmöglichkeit von Tonmeistern eingeschränkt. Kompressions- verfahren sind daher bei hochqualitativen Übertragungssituationen, also z. B. im Studio auf der Strecke vom Mikrofon zum Vorverstärker, Mi- scher, Aufnahmegerät etc. unerwünscht.

Komprimierte Audiosignale sind empfindlicher gegen Übertragungsfeh- ler. Durch Störung weniger Bits innerhalb eines komprimierten Daten- blocks kann der gesamte Block unbrauchbar werden. Daher sind erhöh- te Vorkehrungen für die Fehlerkorrektur zu treffen, wodurch die zu über-

tragende Datenmenge wieder ansteigt. Bei bestimmten Fehlerszenarien kann die Reduktion der Datenmenge durch den notwendigen Fehler- schutz vollständig aufgezehrt und sogar ins Gegenteil gekehrt werden.

Die oben beschriebenen Aspekte lassen die Verwendung von Audioda- tenkompressionen grundsätzlich problematisch erscheinen, so dass von deren Verwendung möglichst ganz Abstand genommen werden sollte, zumindest bei der Aufnahme von Audio im Studio.

Heutige Systeme zur digitalen drahtlosen Funkübertragung von Audio- daten, die ohne Kompressionsverfahren oder nur mit geringen Kom- pressionsfaktoren auskommen müssen, arbeiten in Frequenzbereichen, die hohe belegte Bandbreiten zulassen. Beliebt sind die ISM-Bänder bei 900 MHz und 2400 MHz. Dort kann die belegte Bandbreite mehrere MHz betragen. Allerdings werden diese Frequenzbereiche auch von vielen anderen Funksystemen benutzt. Eine Priorisierung bestimmter Anwendungen ist aufgrund von Zulassungsbestimmungen in diesen Frequenzbereichen nicht möglich. Die Übertragung von Audiodaten von Mikrofonen zum Empfänger ist dadurch gefährdet, jederzeit in uner- wünschter Weise gestört zu werden, weil möglicherweise andere Sender in der Nähe auf dem gleichen Frequenzband senden.

Für professionelle Anwendungen stehen Frequenzbereiche außerhalb der ISM-Bänder ohne allgemeine Freigabe zur Verfügung. Eine Übertra- gung wäre dort ungestört möglich. Historisch, durch analoge Funküber- tragung bedingt, gelten für diese Frequenzbereiche allerdings Zulas- sungsvorschriften, die niedrige belegte Bandbreiten erfordern. So ist z.

B. für Funkmikrofone im UHF-Bereich (in Europa) eine belegte Band- breite von maximal 200 kHz vorgeschrieben.

Hochqualitative und damit hochdatenratige digitale Übertragungssyste- me mit wenig Übertragungsverzögerung in so schmalen Bandbreiten sind aber nicht verfügbar.

Es ist damit Ziel der Erfindung, ein digitales Übertragungsverfahren als solches, insbesondere aber für Mikrofone bzw. Funkstrecken zu entwi- ckeln, bei welchem hohe Datenströme von Audiodaten übertragen wer- den können, nicht zwingend Audiodaten-Kompressionsverfahren benutzt werden müssen, ausreichend Übertragungsrate auch für Fehlerkorrek- turverfahren bereitgestellt wird, welches eine sehr geringe Verzögerung aufweist und sowohl für Sender als auch für Empfänger einen Batterie- betrieb zulässt und eine geringe belegte Bandbreite im Funkkanal auf- weist.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele erreicht durch ein Übertragungs- verfahren mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen bzw. durch ein Mikrofonsystem/Funkstrecke zur Ausführung des Übertra- gungsverfahrens. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü- chen und der Beschreibung wie auch in den Zeichnungen offenbart.

Eine besondere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Übertragungsver- fahrens bzw. des erfindungsgemäßen Mikrofons besteht darin, dass die Übertragung mit einer hohen Datenrate bei gleichzeitig geringer Band- breite in Echtzeit möglich ist. So kann z. B. mit etwa 2 bis 8 Bit/Symbol, bevorzugt 4 Bit/Symbol eine qualitativ hochwertige Übertragung der Au- diosignale des Mikrofons bewerkstelligt werden. Hierbei steht nicht nur die drahtlose Audio-Mikrofonübertragung im Vordergrund, sondern auch die drahtgebundene Audio-Mikrofonüber-tragung.

Die besonderen Vorteile und das Wesen der Erfindung ist in der nach- folgenden Beschreibung näher erläutert.

Hierzu zeigen die Darstellungen : Figur 1 Komponenten einer Sendeeinrichtung, Figur 2 Komponenten einer Empfangseinrichtung,

Figur 3 ein Blockschaltbild der Audioquelle, Figur 4 eine spezielle nichtlineare Kennlinie, Figur 5 die asynchrone Taktung einer A/D-Wandlereinrichtung.

In einer Sendeeinrichtung gemäß Figur 1 liefert eine Audioquelle 10 ei- nen digitalen Datenstrom, der zur Übertragung ansteht. Diese Audio- quelle kann eine nichtlineare Kennlinie enthalten, die eine Umcodierung des Signals für kürzere Wortlänge durchführt.

In regelmäßigen Abständen fügt die Rahmenerzeugung 20 Zusatzdaten 22 in den Datenstrom ein. Diese dienen zur Synchronisation des Daten- stroms auf der Empfängerseite und/oder zur Übertragung von Statusda- ten des Senders und/oder zur Übertragung einer Prüfsumme oder ande- rer Daten zur Steuerung oder Kontrolle des Senders bzw. des Empfän- gers. Die Rahmenerzeugung ist in der Lage, einen Datenstrom aus- zugeben, der nach Relevanz der Daten sortiert ist. Bits mit hoher Wich- tigkeit und Bits mit niedriger Wichtigkeit können so an bestimmten Posi- tionen im Rahmen einsortiert werden.

Im Kanal-Coder 30 wird den Nutzdaten Redundanz zur Fehlerkorrektur auf der Empfängerseite hinzugefügt. Dazu werden die einlaufenden Da- ten in kurze Pakete der Länge N gruppiert. Aus diesen werden Code- wörter der Länge M>N gebildet. Die Pakete der Länge N enthalten Da- ten verschiedener Relevanzstufen, welche autarken Fehlerkorrek- tursystemen zugeführt werden können. Die Relevanzstufen bleiben da- mit in den Paketen der Länge M erhalten.

Ein nachfolgender Symbol-Generator 35 bildet aus einem Codewort ein komplexes Modulationssymbol. Er bedient sich dabei aus einem Sym- bolvorrat der Menge 2m. Die einzelnen Modulationssymbole unterschei- den sich dabei hinsichtlich der Amplitude und/oder der Phase. Jedes Symbol repräsentiert M Bit des redundanz-behafteten Datenstroms. Die

verschiedenen, Relevanzstufen können dabei entsprechenden Bitpositi- onen innerhalb des Symbols zugeordnet werden. Daten mit hoher Rele- vanz werden sichereren Positionen zugeordnet und umgekehrt.

Alternativ kann der Symbolgenerator so ausgelegt werden, dass jeweils die Differenz zum vorangegangenen Codewort zu einem Modulations- symbol umgewandelt wird.

Ein anschließendes Kanal-Filter 40 begrenzt das Spektrum des Symbol- stroms und formt somit das Sendespektrum.

Im einem HF-Sender 45 wird der gefilterte Symboldatenstrom in ein ana- loges Signal gewandelt und auf einen HF-Träger aufmoduliert, verstärkt und über eine Antennenanordnung 46 abgestrahlt. Dabei können Ein- zelantennen ebenso zur Anwendung kommen, wie Antennenanordnun- gen aus mehreren Segmenten, die automatisch dasjenige Segment bevorzugt ansteuern, das eine optimale Ausstrahlung aufweist.

In einer Empfangseinrichtung entsprechend Figur 2 empfängt eine ein- oder mehrkanalige Antennenanordnung 86 das HF-Signal.

Dieses wird in einem ein-oder mehrkanaligen HF-Empfänger 85 ver- stärkt, grob vorgefiltert, vom HF-Träger getrennt und in ein digitales Da- tensignal gewandelt. Die Analog/Digital-Umsetzung erfolgt jeweils in einer Wandlereinrichtung, die mit einem zum Sender asynchronen, au- tarken und festen Takt betrieben wird. Dadurch wird das Taktjitter mini- miert. Die nachfolgende digitale Signalverarbeitung arbeitet jeweils ebenfalls in Teilen asynchron zum Sender und wird abschließend erst in der Audio-Senke 50 synchronisiert.

Ein ein-oder mehrkanaliges Kanalfilter 80 selektiert das Sendespektrum und rekonstruiert jeweils den gesendeten Symbolstrom.

Ein Symbol-Decoder 75 rekonstruiert aus einem oder mehreren Sym- bolströmen die komplexen Modulationssymbole aus dem Symbolvorrat 2m. Zur Kombination mehrerer Symbolströme können Seiteninformatio- nen aus den jeweiligen Empfangspegeln, den jeweiligen Abständen des Symbols von der idealen Position und/oder den Verzerrungen des Über- tragungskanals herangezogen werden.

Die so ermittelten Codewörter der Länge M werden im Kanal-Decoder 70 auf Fehler geprüft und evtl. korrigiert. Die im Sender hinzugefügte Redundanz wird entfernt und die Pakete der Länge N zu einem Gesamt- rahmen zusammengesetzt.

In einer Rahmenzerlegung 60 werden die auf der Sendeseite zugefüg- ten Zusatzdaten 62 abgespalten, evtl. ausgewertet und der übertragene Audiodatenstrom ausgegeben. Die zuvor nach Relevanz sortierten Bits werden wieder in ihre ursprüngliche Position zurückgebracht.

Eine Audio-Senke 50 beinhaltet ein Verfahren zur Detektion und Ver- schleierung von Restfehlern, welches keine Nebeninformationen aus dem Datenstrom enthält. Lediglich eine Prüfsumme testet den Daten- strom auf vorhandene Restfehler. Die von diesem Verfahren ermittelten Korrekturwerte kommen nur dann zur Anwendung, wenn ein empfange- ner Rahmen sicher als fehlerhaft erkannt wurde.

Einige der beschriebenen Komponenten, deren Funktion und/oder deren Kombination sind bereits aus verschiedenen technischen Bereichen bekannt.

Die bereits beschriebene Aufgabe wird jedoch erfindungsgemäß da- durch gelöst, dass für die Komponenten teilweise neue Lösungswege beschritten werden, die erforderlichen Parameter so gewählt werden, dass sehr vorteilhafte Lösungen entstehen oder neue Funktionalitäten

eingefügt werden, die für die hier ins Auge gefasste Anwendung beson- ders vorteilhaft sind.

Eine Audioquelle, speziell zur Übertragung digitaler Audiodaten, zeigt Figur 3. Ihre Aufgabe ist es, den zu übertragenden digitalen Datenstrom bereitzustellen.

Die Anordnung enthält daher Mittel, um ein analoges Eingangssignal und eine Digitalisierungseinrichtung aufzunehmen. Zum Zuführen der analogen Eingangssignale enthält die Anordnung entweder eine Steck- verbindung 102 für ein Mikrofon und/oder ein direkt angeschlossenes Mikrofon 101 und/oder einen allgemeinen analogen hochpegeligen Ein- gang 103.

Das Eingangssignal wird über einen einstellbaren Verstärker 105 an den Aussteuerungsbereich eines A/D-Wandlers 107 angepasst. Zur Vermei- dung einer Übersteuerung ist eine Begrenzungseinrichtung 106 enthal- ten.

Der A/D-Wandier liefert digitale Abtastwerte der Breite K. In der Studio- technik sind dies in der Regel 24 Bit.

Eine nachgeschaltete nichtlineare Kennlinie 109 verringert die Wortbrei- te des Abtastwertes auf die Breite L. Dabei wird eine Verschlechterung des Signal-/Rauschabstandes bewusst in Kauf genommen.

Allerdings sind die aus dem Bereich der Telekommunikation bekannten Segment-Kennlinien hier ungeeignet. Deren Segmentierung hat eine stufige Veränderung des Signal-/Rauschabstands zur Folge. Dies ist in den Maßstäben der Studiotechnik hörbar und daher zu vermeiden.

Eine Kennlinie gemäß der Erfindung entsprechend Figur 4 vermeidet die zuvor beschriebenen Nachteile.

Für kleine Eingangssignale 120 ist ein linearer Zusammenhang zwi- schen Eingangs-und Ausgangssignal vorgesehen. Für größere Ein- gangssignale 121 ist ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Ein- gangs-und Ausgangssignal vorgesehen. Dies könnte z. B. ein logarith- mischer Zusammenhang sein. An der Stoßstelle A zwischen den Seg- menten 120 und 121 ist Segment 121 so berechnet, dass es stetig, d. h. ohne Knick, in das Segment 120 übergeht. Bezogen auf die Stoßstelle A bildet Segment 120 die Tangente des Segmentes 121.

Durch die Wahl der Stoßstelle A, die Steigung des Segmentes 120 und die Krümmung des Segmentes 121 lassen sich die Eigenschaften der Kennlinie in weiten Grenzen variieren. Für negative Eingangswerte gel- ten die Segmente 122 und 123 mit der Stoßstelle A'entsprechend sym- metrisch wie in Figur 4 dargestellt.

Weiterhin ist es möglich, das Segment 121 bzw. 123 in Teilsegmente unterschiedlicher Krümmung zu unterteilen, wobei die Krümmungen so zu wählen sind, dass ein stetiger Übergang gewährleistet ist.

Alternativ kann die Wortbreite durch Abschneiden der niederwertigen Bits reduziert werden, wobei vorzugsweise ein Dithering-Algorithmus für eine weiße Rauschformung benutzt wird.

Zusätzlich oder alternativ kann die Audioquelle einen digitalen Eingang 104 aufweisen. In diesem Fall wird das bereits digitale Signal direkt der nichtlinearen Kennlinie 109 zugeführt. Evtl. ist ein Umschalter 108 not- wendig, um zwischen verschiedenen Eingängen, seien sie analoger oder digitaler Natur, umzuschalten.

Für die Parameterauslegung der Rahmenerzeugung, des Kanal-Coders und des Symbolgenerators gilt, dass man grundsätzlich frei ist in der Wahl der Rahmenlänge, der Anzahl der redundanten Bits für eine Feh-

lerkorrektur und der Anzahl von Bits, die pro Symbol übertragen werden sollen.

Eine wesentliche Einschränkung ist hier die niedrige Bandbreite in der HF-Übertragung. Man muss daher die Zahl der Bits, die übertragen wer- den müssen, möglichst niedrig halten. Es ist daher nicht möglich, eine große Menge an redundanten Bits hinzuzufügen. Weiterhin ist es not- wendig, mehrere Bits pro Symbol zu übertragen. Einen deutlichen Ein- fluss hat auch die Anzahl der Zusatzbits, die notwendig sind, um den Datenstrom auf der Empfängerseite zu organisieren bzw. zu synchroni- sieren.

Eine weitere Einschränkung ist die zulässige Verzögerungszeit. Große Rahmenlängen können große Ein-und Ausgangspuffer auf der Sende- und Empfangsseite erfordern, wodurch die Verzögerungszeit ansteigt.

Das gleiche gilt für Kanal-Codes mit großer Blocklänge.

Um die erforderliche Datenmenge mit wenig belegter Bandbreite über- tragen zu können, werden M Bits gleichzeitig in einem Modulationssym- bol übertragen.

Erfindungsgemäß wird davon abhängig ein Kanal-Coder 30 so gewählt, dass er ausgehend von Datenblöcken der Länge N, Ausgangswörter der gleichen Länge M wie das Modulationssymbol erzeugt.

Weiterhin wird die Rahmenlänge als ganzzahliges Vielfaches der Wort- länge L der Abtastwerte gewählt und gleichzeitig als ganzzah, liges Viel- faches der Länge N.

Werden im Rahmen Zusatzdaten z. B. für eine Synchronisation benötigt, so sind diese unter Weglassung von Abtastwerten in den Rahmen ein- zubetten.

Durch eine Parameterauslegung nach den o. a. Regeln wird der Auf- wand für eine Datensynchronisation minimiert. Die Kanai-Codeworte sind automatisch durch das Modulationssymbol synchronisiert. Für die Synchronisation des gesamten Rahmens reicht ein kurzes Bitmuster. Da der gesamte Rahmen durch einen Kanal-Coder läuft, sind alle Bits ge- gen Übertragungsfehler geschützt, inklusive aller Zusatzbits. Die Anzahl der notwendigen Zusatzbits wird minimiert.

Alternativ können einige Bits von diesem Schutz ausgenommen werden, wenn sie als weniger relevant oder weniger schützenswert angesehen werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausprägung ergibt sich, wenn man die An- zahl der Bits pro Modulationssymbol als ganzzahliges Vielfaches der Ausgangswortbreite des Kanal-Coders wählt.

Obige Regeln gelten auch, wenn man als Basis nicht nur einen Rahmen betrachtet, sondern mehrere Rahmen zu einer Gruppe zusammenfasst, und diese Gruppe dann als Rahmen im o. a. Sinne betrachtet.

Üblicherweise werden in einem digitalen Empfänger für Audiosignale alle Komponenten mit einem Takt betrieben, der von einem gemeinsa- men Muttertakt durch Teilung abgeleitet wird. Dazu zählt insbesondere auch der Takt für die A/D-Wandlereinrichtung, die die vom HF-Teil ein- laufenden analogen Signale digitalisiert. Dieser Muttertakt wird durch eine Taktrückgewinnungsschaltung so verstellt, dass er exakt auf das Sendesignal abgestimmt ist.

Diese Anordnung ist immer mit einem gewissen Taktjitter behaftet, der bei der A/D-Wandlung zu einem suboptimalen Ergebnis führt.

Erfindungsgemäß wird durch die in Figur 5 dargestellte Anordnung die- ser vorgenannte Nachteil vermieden.

Die einlaufenden analogen Signale, die einen gefilterten Symboldaten- strom darstellen, werden auf eine A/D-Wandlereinrichtung 210 gegeben.

Der Abtasttakt 215 arbeitet unabhängig von der gesamten restlichen Taktung des Systems. Er ist fest auf eine Frequenz, die ein mehrfaches der notwendigen Basisband-Abtastrate ist, eingestellt. Die digitalisierten Symbole laufen in eine Interpolationseinrichtung 240 und eine Symbol- takt-Rückgewinnungseinrichtung 220 ein.

Die Symboltakt-Rückgewinnung berechnet auf der Basis des digitalisier- ten Symbolstroms die wahre Symbolrate und gibt sie ebenfalls an die Interpolationseinrichtung 240.

In der Interpolationseinrichtung 240 werden die Symbole mit der wahren Symbolrate neu abgetastet und somit auf die wahre Symbolrate redu- ziert.

Die so gewonnenen Symbole durchlaufen dann die weitere Empfänger- schaltung 250, namentlich den Kanal-Decoder und die Rahmenzerle- gung und laufen dann in einen kurzen FIFO-Speicher 260 ein. Der Aus- lesetakt für den FIFO-Speicher basiert auf dem wahren Symboltakt, der durch einen Taktvervielfacher und/oder Taktteiler 225 und eine Jitter- Unterdrückung 230 gewonnen wird.

In Ergänzung oder alternativ zu dem zuvor beschriebenen Übertra- gungsverfahren betrifft die vorliegende Anmeldung auch ein berüh- rungssensitives Antennen-Diversity für ein Funksendemikrofon. Dieses Antennen-Diversity kann zusammen mit einem digitalen Mikrofon (wie zuvor beschrieben) ausgeführt werden oder auch unabhängig davon.

Ein solches Funkmikrofon mit angeschlossener Antenne strahlt ein mo- duliertes HF-Signal ab.

Wenn dann die Aufgabe besteht, die Übertragungssicherheit des über- tragenen HF-Signals zu erhöhen und damit eine qualitativ hochwertige Signalübertragung zu erreichen, so muss in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, dass ein Antennen-Diversity bei Mikrofon- empfängern üblich ist, um durch Mehrwegeausbreitung hervorgerufene Feldstärkeeinbrüche zu minimieren.

Üblicherweise bestehen Funkmikrofone aus einem Mikrofon, einem Ge- häuse mit innenliegender Sendereinheit und einer Sendeantenne. Diese Funktionseinheiten sind gewöhnlich so zusammengefasst, dass die ge- naue Lage der Sendeantenne nicht unbedingt zu-erkennen ist. Dadurch ist es üblich, dass ein handgehaltenes Mikrofon nicht nur an seinem Gehäuse gehalten wird, sondern auch an der Antenne oder am Mikro- fonkorb.

Durch das Greifen des Mikrofons an der Sendeantenne wird diese ab- geschattet und deren Fußpunktimpedanz verändert. Gleichzeitig wird die Hand einen nicht unerheblichen Teil der Sendeenergie absorbieren.

Diese Effekte reduzieren die abgestrahlte Sendeleistung erheblich und führen zu einem deutlichen Reichweiteverlust.

Hier schlägt nun die Erfindung vor, einen Mikrofon-Handsender mit zwei Antennen auszustatten, die wahlweise oder gewichtet mit der Sen- dereinheit verbunden werden. Diese Antennen befinden sich an unter- schiedlichen, möglichst weit voneinander entfernten Positionen des Mik- rofons, z. B. am Mikrofonkorb einerseits und am Ende des Mikrofongrif- fes andererseits. Hierzu müssen die Antennen elektrisch vom Mikrofon- gehäuse isoliert werden und galvanisch oder kapazitiv mit einer Um- schalteinheit verbunden werden. Diese Umschalteinheit, die zwischen Sender und Antenne angebracht ist, kann aus einem HF-Schalter oder einem Zirkulator bestehen, der mit den Diversity-Antennen verbunden ist.

Bei Anwendung eines Umschalters wird das Schaltkriterium im Detektor aus der im Leitungskoppler detektierten reflektierten Leistung gewon- nen. Eine vollständige Abschattung beider Diversity-Antennen zur glei- chen Zeit ist durch den großen Abstand beider Antennen sehr unwahr- scheinlich. Tritt dieser Fall trotzdem ein, kann davon ausgegangen wer- den, dass eine der beiden Antennen sich durch ihren größere geometri- schen Abmessungen weniger abschirmen lässt, als die andere Antenne.

Das Schaltkriterium kann darüber hinaus auch von einem Berührungs- sensor abgenommen werden, der eine Widerstandsänderung des Sen- sors zum Gehäuse oder Brummspannungserhöhung des Sensors aus- wertet und den Schaltvorgang auslöst.

Die vorbeschriebene, auch eigenständig zu verwendende Lösung des berührungssensitiven Antennen-Diversitys für Funksendemikrofone ist in den weiteren Figuren 6,7, 8 und 9 gezeigt. In diesen Figuren bedeuten die einzelnen Bezugszeichen : 1-Mikrofon 2-Diversity-Antenne am hinteren Ende des Mikrofons 3-Diversity-Antenne am vorderen Ende (Korb) 4-Umschalteinheit 5-Sender 6-Gehäusesensor für Widerstands-oder Brummspannungsände- rungen 11-Zirkulator 12-Verstärker 21-HF-Schalter 22-Verstärker 25-Leitungskoppier 26-Detektor

Zusätzlich, aber auch separiert zu vorbeschriebenen Übertragungsver- fahren bzw. beschriebenen Mikrofon kann ein Verfahren zur relevanz- angepassten Fehlerschutzkodierung von digitalen Audiodaten eingesetzt werden, um somit die gesamte Qualität der Audiodatenübertragung zu verbessern.

Es kann bei digitalen drahtlosen Übertragungssystemen eingesetzt wer- den (aber auch sonst), die eine Kombination aus einem hochwertigen digitalen Modulationsverfahren mit Übertragungsdaten unterschiedlicher Reievanzstufen enthalten. Als Beispiel besitzen 16 Bit-PCM-kodierte Audiodaten auch 16 Relevanzstufen. Bei einer digitalen Modulation mit 4 Bit pro Symbol ergeben sich, je nach Zuordnung der Bits zum Modula- tionssystem, nun auch bis zu 4 Qualitätsstufen unterschiedlicher Bitfeh- lerrate. Die PCM-Bits mit höchstem Informationsgehalt werden nun den Symbol-Bits hoher Qualität zugeordnet und umgekehrt.

Das relevanzangepasste Fehlerschutzcodierungsverfahren beruht auf der Ausnutzung systemimmanenter Unterschiede in der unkorrigierten Bitfehlerrate zwischen den einzelnen Ausgangsbitpositionen höherwerti- ger, digitaler Modulationsarten. Durch Zuordnung dieser unterschiedli- chen Qualitätsstufen zu autarken Fehlerkorrektursystemen bleiben diese Unterschiede erhalten und ermöglichen so eine relevanzangepasste Verteilung der Nutzdaten. Höhere Qualitätsstufen mit niedrigerer Bitfeh- lerrate erhalten die Daten mit dem höchsten Informationsgehalt, wäh- rend Daten mit niedrigerem Informationsgehalt auf niedrigere Qualität- stufen verteilt werden.

Die Vorteile gegenüber einem einzelnen Fehlerkorrektursystem ergeben sich erstens durch einen deutlich verbesserten Höreindruck bei gleicher Kanalbitfehlerrate. Dieser Effekt ergibt sich bei geschickter Wahl der Parameter, obwohl die Restbitfehlerrate nach der Korrektur unter Um- ständen sogar höher ausfällt als bei einem einzelnen Fehler- korrektursystem. Ein weiterer Effekt ergibt sich in einer automatischen

und kontinuierlichen Anpassung der Endqualität an die Kanaleigenschaf- ten. Im Gegensatz zu einem sprunghaften Abreißen der Verbindung ergibt sich zunächst eine kontinuierliche Verschlechterung der Qualität ("Graceful Degradation"). Das Hörempfinden verlagert sich von plötzli- chem"Knacksen"auf ein kontinuierliches Ansteigen des Hintergrund- rauschens, was der Hörer als wesentlich angenehmer empfindet. Der Zusammenhang zwischen höherem Rauschen bei schlechter Funkver- bindung entspricht eher den bisherigen Hörgewohnheiten bei analoger Übertragung.

Anhand einiger weiterer Beispiele können die verschiedenen Möglichkei- ten aufgezeigt werden : Fig. 10 Strukturdiagramm für ein Übertragungssystem ohne relevanz- angepasste Fehlerschutzcodierung ; Fig. 11 Strukturdiagramm für ein Übertragungssystem mit relevanzan- gepasster Fehlerschutzcodierung.

Voraussetzungen für das Verfahren : - nach der digitalen Demodulation existieren mehr als k=1 Quali- tätsstufen, weshalb ein hochwertiges digitales Modulationsverfah- ren mit mindestens drei Bit pro Symbol notwendig ist, da sonst keine unterschiedlichen Qualitätsstufen in den uncodierten Daten zu erwarten sind (k=1) - die zu übertragenden Daten enthalten mehr als n=1 Relevanzstu- fen, weshalb sich das Verfahren z. B. auf PCM-codierte Audioda- ten anwenden lässt.

- von den vorhandenen k Qualitätsstufen lassen sich mehrere zu den gewünschten m zusammenfassen, weshalb gilt : m : <k - von den vorhandenen n Relevanzstufen lassen sich mehrere zu den gewünschten m zusammenfassen, weshalb gilt : m : <n.

Die bisherige Beschreibung der relevanzangepassten Fehlerschutzcodierung nach Figur 11 hat neben den beschriebenen Vorteilen insbesondere beim Re- alisierungsaufwand Nachteile, da mehrere Coder und Decoder parallel betrie- ben werden müssen. Dies erfordert einerseits einen erhöhten Hardwareauf- wand gegenüber einer einfachen Codierung, andererseits steigt u. U. auch die Verzögerung der Daten. Viele Decoder arbeiten nämlich mit einem festen De- lay (in Bit gerechnet). Teilt sich nun die Gesamtdatenrate auf mehrere paralle- le Datenströme auf, so sinkt die Datenrate pro Decoder und das gesamte De- lay (gemessen in Zeit) steigt an. Das Gesamtdelay wird dabei durch den De- coder mit der niedrigsten Datenrate bestimmt.

Ein Zahlenbeispiel mag dies aufzeigen : Wenn das Decoder-Delay bei 400 Bit liegt und die gesamte Datenrate bei 1 MBit/s, so liegt das Delay (also die Verzögerung) bei einem Decoder von t der bei 400 Bit/1 MBit/s, a) so 400 us.

Liegt die Datenrate im ersten Decoder 1 bei 0,4 MBit/s und die Datenrate im Decoder 2 bei 0,6 MBit/s (0,4 MBit/s + 0,6 MBit/s = 1 MBit/s), ergibt sich ein Delay bei zwei Decodern von . f400 400'/, -\ t =maxt t -m 400Bit. 400Bit =m (lms 0 6ms) decoder decoderl decoder2 O 4 MBit 0 MBit S S

und dies bedeutet gemäß obiger Ausführungen ein Delay von 1 ms, weil der Decoder mit der niedrigsten Datenrate das Gesamtdelay bestimmt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieses Problems bei gleichzeitiger Erhaltung der relevanzangepassten Codierung liegt in der Verwendung eines Faltung- codes mit anschließender"variabler Punktierung". Die verschiedenen Quali- tätsstufen werden dabei nicht mehr in parallele Datenströme aufgeteilt, son- dern durch einen jeweils gemeinsamen Coder bzw. Decoder hoher Qualität (und durch die höhere Datenrate damit auch schnell) verarbeitet. Anschlie-

ßend erfolgt eine Punktierung, um die Redundanz wieder auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren.

Im Gegensatz zu dem im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt die- se Punktierung aber nicht konstant, sondern variabel und angepasst an die zu verarbeitenden Daten. Diese Punktierung wird im Empfänger entsprechend wieder umgekehrt und anschließend kann die Decodierung in einem gemein- samen Decoder erfolgen. Dabei bleibt das Delay möglichst gering.

Dies wird auch durch das Diagramm nach Figur 12 verdeutlicht.

In diesem Zusammenhang sei auf den Stand der Technik nach WO 03/069918, US 6,170, 073, EP 0 798 888, US 5,751, 739 verwiesen. Zusam- menfassend kann man sagen, dass der vorgenannte Stand der Technik zwar insgesamt einen ungleichmäßigen Fehlerschutz offenbart, aber keine Anpas- sung auf hochwertige Modulationsverfahren vorschlägt. Im Gegensatz dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die parallele ungleichmäßige Codie- rung auch zur Erhaltung der Qualitätsstufe und des Modulationssymbols ge- nutzt. Der ungleichmäßige Fehlerschutz wird bei den vorgenannten Dokumen- ten aus dem Stand der Technik meistens genutzt, um auf einem Kanal mit einer Qualitätsstufe mehrere zu erzeugen, während sie bei der Erfindung dazu dient, die Stufen zu erhalten.

Alternativ oder zusätzlich zum relevanzangepassten Bitmapping kann dem Analogsignal abhängig von der Restfehlerrate oder anderen Qualitätskriterien ein künstliches Rauschsignal hinzugemischt werden, um Restfehler zu ver- schleiern. Dadurch wird der gewohnte Höreindruck analoger Übertragung noch verstärkt.

Fehler-Verschleierung und/oder Zumischung von Räuschen kann auf ver- schiedenen Ausgängen des Empfängers unabhängig voneinander eingesetzt werden. Dadurch können z. B. die Produktionsstrecke und eine Mithörstrecke

mit unterschiedlichen Verfahren und/oder unterschiedlichen Parametern ver- schieden stark behandelt werden.

Bei Bedarf kann bestimmten Ausgängen eine Zusatzinformation zugemischt werden, die den Anwender oder Überwachungspersonal einen akustischen Hinweis auf bestimmte Betriebszustände signalisiert. So kann z. B. an der Grenze der Reichweite ein Summton eingemischt werden, der einen bevor- stehenden Abriss der Verbindung signalisiert. Die Signalisierung kann durch verschiedenste Töne oder Tönfolgen, aber auch in Klartext erfolgen.

Die vorliegenden Erfindungen, insbesondere das beschriebene Übertragungs- verfahren sind nicht nur für Mikrofone besonders bevorzugt anwendbar, son- dern auch in der entgegengesetzten Übertragungsrichtung, also für Lautspre- chersysteme, Kopfhörersysteme und insbesondere für In-Ear-Monitorsysteme.

Insbesondere dann, wenn das beschriebene drahtlose Übertragungsverfahren für Kopfhörer bzw. Ohrhörer jedweder Art eingesetzt wird und eine Stereo- übertragung notwendig ist, wird beim analogen Eingang des Übertragungssys- tems eine geringe Audiodatenkompression eingesetzt, die dann empfangssei- tig entsprechend dekomprimiert wird.

Soweit die einzelnen Erfindungsaspekte in der vorliegenden Anmeldung be- reits in sehr konkretem Zusammenhang beschrieben sind, seien nachfolgend die einzelnen Erfindungsaspekte auch in allgemeinerer Form dargestellt. Her- vorzuheben ist an dieser Stelle wiederum, dass die einzelnen Erfindungsas- pekte schon für sich selbst eine eigenständige Erfindung darstellen können und nicht nur in Verbindung mit der gesamten weiteren Offenbarung, auch wenn die Zusammenschau aller Merkmale eine überaus vorteilhafte Ausfüh- rung ist, um einen hinsichtlich der Qualitätsansprüche ausreichendes und hin- sichtlich des Aufwandes noch vertretbares digitales Mikrofon auszubilden.

In Figur 13 wird von der dargestellten Spektrumsmaske mit 200 kHz Nutz- bandbreite ausgegangen.

Ausgehend von der zur Verfügung stehenden Bandbreite (BW) ergibt sich hieraus die Symbolrate (fsym) gemäß der Formel : BW =(1+α)#fsym. (1) Ein sinnvoller Bereich der Parameter kann hierbei wie folgt angegeben wer- den : BW <200 kHz, ein Impulsformungs-Rolloff-Faktor a : 0,1 a <0, 5 und eine Symbolrate im Bereich zwischen 130 kHz und 185 kHz.

Ein konkretes Wertebeispiel wäre hierbei eine Bandbreite BW von 200 kHz, ein a von 0,3 und ein fsym von 150 kHz.

Durch ein hochwertiges Modulationsverfahren mit M Bit pro Symbol (bei ei- nem Symbolvorrat von 2m) folgt für die codierte Bitrate (coded) gemäß der For- mel B W-(1+)-M tcoded Hierbei ist ein sinnvoller Parameterbereich durch M 21 Bit und zu Bit ange- geben, ein Symbolvorrat von 2M 21 und #256 und eine codierte Bitrate ("Brut- to") von fcoded #130 kBit/s und #1, 48 MBit/s.

Ein konkretes Wertebeispiel kann durch M = 4 Bit (z. B. QAM-16), 2M = 16 und fcoded = 600 kBit/s angegeben werden.

Mit einer Coderate C, die definiert ist durch den Quotienten von C, n und Cout folgt hieraus die uncodierte Bitrate funcoded gemäß der Formel : 1 1. BW = (1+a) y.','Juncoded und 1 Cout BW (l + a) M C funcoded (4) M Cin

Ein sinnvoller Parameterbereich für die Coderate liegt hier bei >1/2 und 1 und für die uncodierte Bitrate ("Netto") 265 kBit/s und <1, 48 MBit/s. Ein vor- treffliches Parameterbeispiel für C liegt hierbei bei 3/4, also 0,75 und für funcoded bei 450 kBit/s.

Schließlich lässt sich für eine geschickte Punktierungssynchronisation ein Faktor zwischen der Code-Ausgangslänge Cout und der Modulationswertigkeit M beschreiben gemäß der Formeln : Cour 1 BW= (1+a) C, n', funeoded m cj" m Ein sinnvoller Parameterbereich für k (Synchronisationskopplung) liegt hierbei bei Ein konkretes Wertebeispiel für k = Cout/M kann angegeben werden mit 4/4, also 1.

Über die verwendete Datenstrukturierung ergibt sich hierbei eine Audiodaten- rate fAudio und hierbei stellt sich gemäß vorgenannter Formel BW wie folgt dar : BW=1+a. oar, 1. FR. f Audio

Ein sinnvoller Parameterbereich für die Framerate FR ist hierbei 21 und #1, 5 und die Audiodatenrate fAudio sollte üblicherweise 243 kBiSs und #1, 48 MBit/s betragen. Ein konkretes Zahlenbeispiel kann für FR mit 1,125 und fAudio mit 400 kBit/s angegeben werden.

Unter der weiteren Annahme einer PCM-Codierung der Audiodaten folgt hier- mit eine Audio-Samplingräte fs, was in die bereits vorgelegte Formel für die Bandbreite wie folgt eingeht : Ein sinnvoller Parameterbereich. für die PCM-Auflösung N liegt hier bei >12 und : g24 und für die Audio-Samplingrate #1, 8 kHz und <124 kHz. Ein konkre- tes Zahlenbeispiel kann angegeben werden für N = 16 und fs = 25 kHz.

Die notwendige Bandbreiten-Effizienz ergibt sich hierzu gemäß der Formel : . BW-1+a) Hz (10), M bit J coded M s so dass sich mit den vorgenannten Parameterbereichen für a und M eine Bandbreiten-Effizienz von #0, 1375 Hz/Bit/s und 1, 5 Hz/Bit/s ergibt.

Bei der Annahme von einem Wert für a = 0,3 und M = 4 Bit ergibt sich eine Bandbreiten-Effizienz Der beschriebene erfindungsgemäße digitale Empfänger kann neben ver- schiedenen digitalen Modulationen auch herkömmliche analoge, wie z. B. eine FM (Frequency Modulation) demodulieren. Ggf. vorgenommene Pre-Emphase

oder Kompression wird dabei auf digitaler Ebene rückgängig gemacht. Der erfindungsgemäße Empfänger ist somit völlig rückwärtskompatibel zu den verschiedenen bereits etablierten Systemen.

Zum komfortablen Auffinden verschiedener modulierter Sender und/oder auch freier Übertragungskanäle kann der erfindungsgemäße Empfänger über eine Frequenz-Scan-Funktion verfügen, die dem Benutzer grafisch und/oder auch in tabellarischer Form die Bandbelegung anzeigt. Dabei können automatisch die Modulation des Senders sowie weitere Parameter der speziellen Modulai- on, wie z. B. der eingesetzte Kompander einer FM-Strecke ermittelt und ange- zeigt werden. Das Ergebnis der Scan-Funktion kann dazu benutzt werden, Vorschläge zur Wahl von Frequenzen für ein eigenes Audioübertragungssys- tem zu erarbeiten. Das System wird dadurch in die Lage versetzt, sich selbst zu konfigurieren.

Durch die Abtastung (AD-Wandlung) einer höheren Empfangsbandbreite im Empfänger, als sie in einer einzigen Übertragungsstrecke erforderlich ist, kann durch die folgende Kanalselektion im Digitalen mehr als ein Sender gleichzei- tig empfangen und demoduliert werden. Dazu ist es erforderlich, die ZF- Bandbreite im Analogen, sowie die Dynamik der AD-Wandlung zu erhöhen.

Die Trennung der Kanäle erfolgt dann in der digitalen Ebene durch digitale Filter oder andere notwendige Rechenoperationen. Jeder Kanal kann dabei eigene Parameter aufweisen, sogar unterschiedliche Modulation oder ver- schiedenes Preprocessing.

Audiosignale der verschienen Kanäle können im Empfänger, insbesondere in einem Bodypack-Empfänger, lokal gemischt werden. Diese Mischung wird durch geeignete Bedienmittel lokal im Bodypack gesteuert oder automatisch nach vorgegebenen Parametern lokal durchgeführt oder fremdgesteuert durch abgesetzte Bedienkonsole (ähnlich Mischpult) von einem Toningenieur durch- geführt. Im letzteren Fall werden nur Steuersignale an das Bodypack übertra- gen. Die oben angegebenen Verarbeitungsvarianten sind nicht auf einen Bo-

dypack-Empfänger beschränkt, sondern gelten auch für stationäre Empfänger entsprechend.

Dank der Software-bestimmten Funktionalität von Sender und Empfänger können die Eigenschaften der digitalen Übertragung sehr flexibel auf die An- forderungen verschiedener Einsatzfälle angepasst werden (Flexibilität durch Skalierbarkeit). So kann es nützlich sein, die Audioqualität zugunsten einer längeren Betriebszeit oder einer höheren Übertragungs-Reichweite der An- wendung angemessen herunterzuskalieren, z. B. für Sprache/Reportage. An- dererseits kann die Audioqualität,-Dynamik und/oder-Abtastrate erhöht wer- den, wenn es nur eine geringe Strecke zu überbrücken gilt und/oder eine ein- geschränkte Betriebszeit akzeptabel ist.

Auch Mono,-Stereo-und Doppel-Mono-Audioübertragung sind als Optionen für verschiedene Einsatzfälle wählbar.

Der digitale Datenstrom kann verschlüsselt übertragen werden, z. B. durch die bislang bekannten Verschlüsselungsmechanismen und-Verfahren, wodurch das Abhören der Funkstrecke wirkungsvoll verhindert werden kann. Nur wenn Sender und Empfänger über den gleichen Schlüssel verfügen, ist die Audio- übertragung, insbesondere der Empfang, möglich.

Die Verschlüsselung hat den Vorteil, dass das Audiosignal des Mikrofons nicht von einem Dritten leicht empfangen werden kann, sondern nur von dem Emp- fänger, der dem Mikrofon zugeordnet ist und somit kann auch bei einer Prä- sentation auf der Bühne, in einem Fernsehstudio oder anderswo nicht irgend- jemand das Mikrofonsignal entschlüsselt empfangen und somit ungenehmigte Aufnahmen machen.

Im Gegensatz zu den bisherigen Diversity-Verfahren kann beim erfindungs- gemäßen digitalen Empfänger nicht nur zwischen den einzelnen Empfangs- kanälen umgeschaltet werden, sondern eine gleichzeitige Verarbeitung aller einlaufenden Datenströme stattfinden. Da die Bits der Datenströme mit einer

Qualitätsinformation (Soft-Decision) versehen sind, kann für jedes Bit neu ent- schieden werden, aus welchem Empfangszweig es gewählt wird. Der Aus- wahlalgorithmus kann sowohl umschaltend wirken als auch eine gewichtete Zusammenführung durchführen. Damit ist die vorteilhafteste Gewichtung der Datenströme aus mehreren Kanälen möglich und der Informationsgehalt wird optimal ausgenutzt. Der Auswahlalgorithmus kann durch weitere Seiteninfor- mation unterstützt werden, wie z. B. Feldstärke des Antennensignals oder aktuelle Bitfehlerrate. Der Algorithmus kann adaptiv oder umschaltbar ausge- führt werden, um die HF-Charakteristika des Raumes zu berücksichtigen.

Für die Darstellung einer kontinuierlichen Gewichtung wird eine Anzeige ge- wählt, die diese Kanal-Balance für die Nutzer sinnvoll darstellt. Für die Dar- stellung der Gewichtung von zwei Empfangskanälen wird bevorzugt ein von der Mitte ausgehender Balken gewählt, der die Tendenz zum einen oder an- deren Kanal zu seinen beiden Seiten darstellt. Somit verfügt der erfindungs- gemäße Empfänger über eine Diversity-Gewichtungs-Anzeige.

Zur Verschleierung von verbliebenen Restfehlern wird ein auf effiziente Verar- beitung optimiertes Verfahren eingesetzt. Dieses besteht im Wesentlichen aus einer Anzahl N fester Filter mit einer Filtertiefe k. Diese sind für typische Au- diosignale optimiert und lassen sich algorithmisch sehr einfach umsetzen. Ein adaptives Filter wird durch einen Adaptionsalgorithmus an das momentan op- timale Filter herangeführt. Dadurch wird eine kontinuierliche Anpassung an das Audio-Signal gewährleistet. Durch die CRC-Prüf-Summe wird entschie- den, ob das adaptive Filter momentan angelernt oder für eine Audio-Sample- Ersetzung herangezogen wird. Nur wenn der momentane Vorhersagefehler deutlich über dem mittleren Vorhersagefehler liegt und die CRC-Summe einen Fehler anzeigt, wird eine Ersetzung vorgenommen. Diese Schwelle oder der zugrundeliegende Algorithmus kann ebenfalls adaptiert werden. Zur Vermei- dung von Fehlerfortpflanzung ist ferner eine Rückkopplung der ersetzten Samples notwendig.

Das zuletzt geschilderte Post-Error-Concealment ist in Figur 14 dargestellt.

Eine digitale Realisierung von Mikrofonsendern-und/oder Empfängern gestat- tet es auf einfache Weise, Zusatzfunktionen zu integrieren, die die Einrichtung oder Überprüfung der Funkstrecke sowie weiterer, eventuell drahtgebundener Verbindungswege des Audiosignals ermöglichen. Ein automatisch im Sender und/oder Empfänger generiertes Audio-Testsignal bekannter Amplitude (z. B.

Sinuston, Rauschen etc. ) gestattet es, die Audio-Verbindungswege zu prüfen und insbesondere auch die Übertragungsstrecken und Verarbeitungsgeräte richtig einzupegeln. Ein automatisch im Sender generiertes Modulationssignal bekannter Symbolabfolgen (z. B. PRBS-Folge, sequentielle Folge aller Sym- bole etc. ) gestattet die messtechnische Erfassung und Prüfung der Qualität des ausgestrahlten Signals und der Funkstrecke.

Für einen Mikrofonempfänger ist es auch sehr vorteilhaft, wenn dieser mit ei- nem umschaltbaren (umsteckbaren) Filter am Empfängereingang versehen ist. Ferner ist es auch besonders vorteilhaft, wenn der Filter am Empfänger- eingang in der Empfängerantenne integriert ist, z. B. auch mit der Antenne der Empfänger geschraubt werden kann bzw. angesteckt werden kann. Mithin ist dann das Eingangsfilter des Empfängers mit der Antenne eine Einheit und eine solche elektronisch abschirmbare Antenne ist besonders vorteilhaft, weil durch das Anbringen der Antenne auch gleichzeitig die Filtereigenschaften des Empfängers einstellbar sind.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn in der Antenne und im Empfänger Einrichtungen enthalten sind, die den Empfänger in die Lage versetzen, sich auf antennen- spezifische Parameter einzustellen bzw. anzuzeigen, dass die Antenne nicht zum gewünschten Empfangsfrequenzbereich passt.

Schließlich ist es auch besonders vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes Mikro- fonsystem, wenn Mittel zur Frequenzgang-bzw. Klangcharakteränderung vor- gesehen sind, so dass durch einen entsprechendes Sounddesign das Mikro- fon eine gewünschte Charakteristik aufweisen kann, z. B. die Charakteristik eines Mikrofons, wie das berühmte U87 von Georg Neumann, Berlin, oder MD 421 von Sennheiser, und andere. Durch die Mittel zur Frequenzgang-bzw.

Klangcharakteränderung kann also ein Kunde eine gewünschte Charakteristik einstellen, insbesondere auch eine solche Charakteristik wählen, die vielleicht nicht im akustischen Sinne optimal ist, aber charakteristisch ist für eine be- stimmte Mikrofongeneration bzw. einen bestimmten Mikrofontyp.

Durch die Erfindung wird insgesamt eine bessere Frequenzökonomie erreicht und auch das Rückkopplungsverhalten wird besser.