Lehrstuhl für
Multimediakommunikation und Signalverarbeitung
Prof. Dr.-Ing. André Kaup

Mobiler TV-Empfang im PKW

Arbeitsgebiet: Videosignalverarbeitung und -übertragung
Schwerpunkt: Videocodierung und Videokommunikation
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Tobias Tröger

Moderne Fahrzeuge sind heutzutage üblicherweise mit Infotainmentsystemen ausgestattet, die den Emfang digitaler TV-Signale ermöglichen. Im Fahrzeug liegen jedoch häufig ungünstige Empfangsbedingungen vor, die zu fehlerhaftem TV-Empfang führen. Am Empfänger können die während der Übertragung auftretenden Fehler durch die im Kanalcode enthaltene Redundanz nur bis zu einem gewissen Grad erkannt und korrigiert werden. Bei der Decodierung treten deshalb meist Bildstörungen auf, die die Ausgabe der TV-Signale stark beeinträchtigen können.

Bild 1: Multi-Standard-TV-Empfang im Fahrzeug
Bild 1: Multi-Standard-TV-Empfang im Fahrzeug


Bislang wurden beim mobilen TV-Empfang im Fahrzeug Hybrid-TV-Empfänger eingesetzt, die im Fehlerfall zwischen analogem und digitalem Fernsehempfang umschalten. Zukünftige Multi-Broadcast-Receiver (MBR) werden keine analogen, sondern eine Vielzahl digitaler terrestrischer TV-Standards wie beispielsweise ATSC, DVB-T, DVB-H, ISDB-T oder T-DMB unterstützen. Bei simultanem Empfang dieser Übertragungsverfahren liegen an einem derartigen Empfänger inhaltsgleiche TV-Signale vor, die im Fehlerfall geeignet miteinander kombiniert werden können (Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung). Bild 1 zeigt beispielhaft den mobilen Multi-Standard-TV-Empfang von DVB-T- und T-DMB-Signalen. Ein möglicher Aufbau eines zukünftigen Multi-Broadcast-Receceivers ist schematisch in Bild 2 dargestellt.

Bild 2: Möglicher Aufbau eines Multi-Broadcast-Receivers
Bild 2: Möglicher Aufbau eines Multi-Broadcast-Receivers


Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll durch Grundsatzuntersuchungen die Basis für einen zukünftigen Multi-Broadcast-Receiver geschaffen werden. Dabei soll insbesondere untersucht werden, inwieweit die Bildqualität eines fehlerhaft empfangenen TV-Signals durch die Entwicklung leistungsfähiger Verfahren zur Signalkombination erhöht werden kann. Die Kombination mehrerer TV-Signale stellt einen neuen Ansatz zur Verschleierung von Bildfehlern dar und wird dadurch ermöglicht, dass in einem Multi-Broadcast-Receiver mehrere Repräsentationen eines ausgewählten TV-Programms vorliegen. Konkret können beispielsweise fehlerhafte Bildinhalte eines gestörten DVB-T-Signal durch Einfügen korrespondierender fehlerfreier Bildinhalte eines Referenzsignals (z.B. eines DVB-H- oder T-DMB-Signals) rekonstruiert werden. Die Qualität rekonstruierter Bildbereiche hängt allerdings stark davon ab, ob es gelingt, beide Signale vor der eigentlichen Kombination perfekt zu synchronisieren und örtlich zu registrieren.

Das Forschungsprojekt wird in Zusammenarbeit mit der Audi AG in Ingolstadt und den Ingolstadt Instituten der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (INI.FAU) durchgeführt.

Bisherige Forschungsergebnisse

Bild 3 zeigt die visuelle Rekonstruktionsqualität verschleierter Bildbereiche eines fehlerhaften DVB-T-Signals bei hoher Kompression des Referenzsignals. Als Referenz dient hier ein fehlerfreies DVB-H-Signal, das - wie bereits erwähnt - vor der Kombination noch synchronisiert und örtlich registriert werden muss. Durch die starke Kompression des Referenzsignals entstehen im verschleierten DVB-T-Signal Blockartefakte, die in der vergrößerten Darstellung deutlich sichtbar sind.

Bild 3: Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung
Bild 3: Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung eines DVB-T-Signals (hohe Kompression des Referenzsignals)


Bild 4 zeigt die visuelle Rekonstruktionsqualität verschleierter Bildbereiche eines fehlerhaften DVB-T-Signals bei geringer Kompression des Referenzsignals. Als Referenz dient wiederum ein fehlerfreies DVB-H-Signal. Die Blockartefakte aus Bild 3 sind im vorliegenden Fall verschwunden, da das Referenzsignal nur schwach komprimiert wurde. Die subjektive Bildqualität des verschleierten DVB-T-Signals steigt dadurch deutlich an.

Bild 4: Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung
Bild 4: Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung eines DVB-T-Signals (geringe Kompression des Referenzsignals)


Bild 5 zeigt die objektive Rekonstruktionsqualität eines DVB-T-Signals, das mittels Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung rekonstruiert wurde. Das Peak-Signal-to-Noise-Ratio (PSNR) wird dazu in Abhängigkeit der Bitrate des komprimierten Referenzsignals dargestellt (hier: DVB-H-Signal). Bei der simulativen Erzeugung des Referenzsignals wurden 4 Modelle berücksichtigt (CIF-resized, CIF-resized&cropped, QVGA-resized, QVGA-resized&cropped). Zum Vergleich ist in Bild 5 zusätzlich die Rekonstruktionsqualität herkömmliche zeitliche Verschleierungsverfahren angegeben (hier: Boundary Matching Algorithm (BMA) und Decoder Motion Vector Estimation (DMVE)).

Bild 5: RD-Curve
Bild 5: Objektive Rekonstruktionsqualität einer DVB-T-Signals nach Inter-Sequenz-Fehlerverschleierung

Veröffentlichungen

2011-55
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T. Tröger, A. Kaup
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16th European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Lausanne, Switzerland, Aug. 2008