DE3435264C2

DE3435264C2 -

Info

Publication number: DE3435264C2
Application number: DE3435264A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 4720 Beckum De Silverberg
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Interessengemeinschaft fuer Rundfunkschutzrechte GmbH Schutzrechtsverwertung and Co KG
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1992-04-09
Also published as: EP0175860B1; EP0175860A2; CA1237517A; DE3435264A1; US4670773A; EP0175860A3; DE3585656D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE 33 44 524 A1.

Bei der DE 33 44 524 A1 wurde die Offsetabtastung/Offsetmodula tion dazu benutzt, eine erhöhte Detailauflösung zu erreichen, wobei die Kompatibilität zu bestehenden Übertragungssystemen gewahrt werden mußte. Unerwünschte Störkomponenten, die durch die Offestabtastung/-modulation entstanden, wurden in ihren Amplituden abgesenkt. Die in der Hauptanmeldung aufgezeigten Maßnahmen lassen sich jedoch nur für eine im wesentlichen statische Fernsehbildübertragung anwenden.

Zur kompatiblen Verbesserung der Detailauflösung wurde in Fernseh- und Kino-Technik, 34. Jahrgang, Nr. 2/1980, Seiten 41 bis 48, das Verfahren der Offsetabta stung unter Zuhilfenahme der planaren Vor- und Nach filterung und Vollbildwiedergabe angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine bewegungsadaptive Bildverarbei tung mit kleiner und mittlerer Bewegungsgeschwindigkeit anzu geben, wobei Übersprechstörungen, insbesondere Cross-Luminanz störungen, vermieden bzw. wirksam unterdrückt werden sollen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche 2 und 3 zeigen vorteilhafte Ausgestaltun gen der Erfindung auf.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere dadurch, daß mit wenig schaltungstechnischem Aufwand eine Reduzierung der Übersprechstörungen erfolgen kann und zwar so weit, daß, wie Tests zeigten, vom Betrachter keine Übersprechstörungen mehr wahrgenommen werden können. Da sich die Chromaspektren empfängerseitig nicht überlappen, ist eine empfängerseitige Trennung der U- und V-Komponenten durch Vertikalfilterung möglich; eine exakt arbeitende Quadraturdemodulation ist da her nicht mehr notwendig. Die Vorteile der Offsetmodulation sind durch die Maßnahmen der Erfindung auch für die Bewegt bildübertragung bis zu etwa 2 pel/frame nutzbar.

Bevor nun die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, soll zuerst auf die Voraussetzungen der Erfindung in Zusammenhang mit der Auflösungserhöhung und der Bewegtbildübertragung ein gegangen werden.

Zur Erläuterung dieser Voraussetzungen sowie der Beschreibung der Erfindung dienen die nachfolgend aufgeführten Zeichnungen, die im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Farbfernsehübertragungs system mit bewegungsadaptiver Bildverarbeitung,

Fig. 2 ein Farbfernsehübertragungssystem nach PAL-Offset,

Fig. 3 das Spektrum für ein diagonal vorgefiltertes Leucht dichtesignal,

Fig. 4 das Leuchtdichtesignalspektrum nach der Offsetmodu lation,

Fig. 5 den Frequenzgang des bandbegrenzten PAL-Offset spektrums,

Fig. 6 den Frequenzgang des PAL-Offsetspektrums nach der empfangsseitigen Nyquistfilterung,

Fig. 7 den Frequenzgang des PAL-Spektrums nach der Offset demodulation und Tiefpaßfilterung,

Fig. 8 Schaltungsanordnungen sowie Frequenzverläufe zur Erzeugung komplementärer Frequenzgänge,

Fig. 9 die Frequenzverläufe der zu filternden, bzw. ge filterten Signalspektren,

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung zur modifizierten Offset demodulation,

Fig. 11 dem Frequenzgang des Tiefpasses in einem modifizier ten Offsetdemodulator,

Fig. 12 den Frequenzgang des Leuchtdichte- und Zusatzspek trums bei modifizierter Offsetdemodulation,

Fig. 13 das Signalspektrum für ein komplettes offsetmodu liertes FBAS-Signal,

Fig. 14 ein Blockschaltbild zur bewegungsadaptiven Bildüber tragung (Sender),

Fig. 15 ein Blockschaltbild zur bewegungsadaptiven Bildüber tragung (Empfänger),

Fig. 16 das Luminanzspektrum nach senderseitiger Diagonal filterung,

Fig. 17 das Luminanzspektrum nach der Offsetmodulation,

Fig. 18 ein Blockschaltbild des Vorfilters V1,

Fig. 19 den Frequenzgang des ersten Teilfilters T1,

Fig. 20 den Frequenzgang des zweiten Teilfilters T2,

Fig. 21 den Frequenzgang des dritten Teilfilters T3,

Fig. 22 den Aufbau des Vorfilters V3,

Fig. 23 den Frequenzgang des Teilfilters T4,

Fig. 24 den Frequenzgang des Teilfilters T5,

Fig. 25 das Luminanzspektrum am Ausgang des Vorfilters V3,

Fig. 26 den Aufbau des Vorfilters V2,

Fig. 27 den Frequenzgang des Teilfilters T6,

Fig. 28 den Frequenzgang des Teilfilters T7,

Fig. 29 den Frequenzgang des FBAS-Signals bei PAL-Offset übertragung mit mittleren Bewegungsgeschwindigkeiten (0,24 pel/frame V 2 pel/frame),

Fig. 30 den Frequenzgang des FBAS-Signals bei PAL-Offset übertragung mit mittleren Bewegungsgeschwindigkeiten (V 0,24 pel/frame),

Fig. 31 den Frequenzgang des FBAS-Signals bei Übertragung von 50 Bewegungsphasen pro Sekunde (V < 2 pel/frame).

In "High Quality Television by Signal Processing, 2nd Inter national Conference on New Systems and Services in Tele communication, Lige, November 1983" ist ein Konzept für eine bewegungsadaptive Bildverarbeitung beschrieben, das eine Qualitätsverbesserung unter Gewährleistung der Kompatibili tät zu bestehenden Systemen erlaubt. Dieses Konzept wird nun in Verbindung mit dem in DE 33 44 524 A1 vorgeschlagenen Verfahren anhand von Fig. 1 näher erläutert.

Eine Hochzeilenkamera K liefert eine Bildfolge mit 1249 Zei len in 40 msec im Zeilensprungverfahren 2 : 1. Diese Bildfolge wird in einer Matrixschaltung Ma in die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y sowie das Leuchtdichtesignal Y zerlegt. Diese Signale werden einer Einrichtung ES zur bewegungsadaptiven Signalverarbeitung zugeführt. In dieser Einrichtung ES sind Bausteine zur Vollbildwiedergabe, Diagonalfilterung und Offsetmodulation enthalten, die an anderer Stelle noch be schrieben werden.

In Bildbereichen mit Bewegungsgeschwindigkeiten von höchstens 2 pel/frame ist eine Verarbeitung von Vollbildern mit bei spielsweise 25 Bewegungsphasen pro Sekunde ausreichend, ohne daß eine Bewegungsunschärfe entsteht. Die geringere zeit liche Auflösung erlaubt eine Steigerung der örtlichen Auf lösung. In stärker bewegten Bildbereichen führt eine Voll bildverarbeitung jedoch zu einem stark störenden Bewegungs rucken, so daß in diesem Fall eine Halbbildverarbeitung mit einer entsprechend höheren zeitlichen Auflösung, beispiels weise 50 Bewegungsphasen pro Sekunde, übergegangen wird. Diese Halbbildverarbeitung besitzt nun bei gleichbleibender Kanalkapazität eine geringere örtliche Auflösung, was vom Auge allerdings nicht wahrgenommen wird und damit zu keinem Qualitätsverlust führt. Die Umsteuerung zwischen Vollbild- und Halbbildverarbeitung übernimmt ein Bewegungsdetektor in der Einrichtung ES. Nach einer bewegungsadaptiven Vor filterung, die ebenfalls in der Einrichtung ES erfolgt, entsteht eine Bildfolge mit dem Format 625 Zeilen/40 msec/ 2 : 1. Die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y werden zu einem PAL-Farbsignal im PAL-Modulator M1 aufbereitet und dann mit dem bewegungsadaptiv vorverarbeiteten Leuchtdichtesignal Y in einer Signalsummationsschaltung SM zu einem kompatiblen FBAS-Signal zusammengesetzt. Nach der Signalsummation er folgt die Übertragung auf dem Übertragungskanal ÜK. Die Signalverarbeitung auf der Empfängerseite erfolgt wie auf der Senderseite. Zuerst erfolgt eine Trennung des FBAS- Signals in Leuchtdichtesignal Y und Farbsignal Chr in der Signaltrennstufe ST. Das Farbsignal durchläuft zuerst den PAL-Demodulator M2 und wird dann zusammen mit dem Leucht dichtesignal Y einer empfangsseitigen Einrichtung ES′ zur bewegungsadaptiven Signalverarbeitung zugeführt. Diese empfangsseitige Einrichtung ES′ enthält Bausteine zur Voll bildwiedergabe, Diagonalfilterung und Offsetdemodulation. In Bildbereichen mit hohen Bewegungsgeschwindigkeiten wird die zeitliche Auflösung von 50 Bewegungsphasen pro Sekunde beibehalten; es erfolgt eine vertikale Interpolation. In schwach bewegten Bildbereichen wird aus dem ankommenden Zeilensprungsignal eine Vollbildfolge gewonnen und mit hoher örtlicher Auflösung dargestellt. Sowohl die sendeseitige Ein richtung ES wie auch die empfangsseitige Einrichtung ES′ werden von zwei unabhängigen Bewegungsdetektoren gesteuert. An die Einrichtung ES′ schließt sich eine Dematrixschaltung DMa an zur Verarbeitung des Leuchtdichtesignals Y und der Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y. Über den Monitor Mo er folgt dann die Wiedergabe jedes Bildes mit erhöhter Auf lösung mit 1249 Zeilen im Zeilensprung 2 : 1 innerhalb von 40 msec.

Für Bewegungsgeschwindigkeiten bis zu 2 pel/frame ist, wie zuvor erwähnt, eine zeitliche Auflösung von 25 Vollbildern/ Sekunde ausreichend. Die höhere örtliche Auflösung dazu wird in diesem Fall durch eine Offsetmodulation erreicht. Diese Konzeption eines solchen Systems ist in DE 33 44 524 A1 in abgewandelter Form beschrieben und wird nun anhand von Fig. 2 dargestellt. Das von einer Bildquelle - Farbfernsehkamera - kommende RGB-Vollbildsignal (1 : 1) mit 625 Zeilen in 40 msec wird in der Farbmatrix FMa in ein Leuchtdichtesignal Y und zwei Farbdifferenzsignale E-Y und B-Y umgewandelt. Das Leucht dichtesignal Y mit den Ortsfrequenzen f^x und f^y wird mittels des Tiefpasses TP_LS in Richtung diagonaler Ortsfrequenzen vor gefiltert, so daß das in Fig. 3 dargestellte Signalspektrum entsteht. In f^x-Richtung erfolgt eine Bandbegrenzung auf f_s ^x=8 MHz, und in f^y-Richtung wiederholt sich das Spektrum bei Vielfachen von f_s ^y=312,5 c/ph (cycles per picture height).

Durch die Offsetmodulation im Offsetmodulationsbaustein DM mit der Offsetmodulationsfrequenz f₀^x=8,0 MHz entsteht das in Fig. 4 dargestellte Spektrum für das Leuchtdichte signal. Die schraffierten Flächen in diesem Signalspektrum werden bei der Offsetmodulation in ihrer Amplitude um den Faktor 0,3 abgesenkt. Diese Flächen im Signalspektrum ent stehen bei der Offsetmodulation (vgl. P 33 44 524.9) und müssen aus Kompatibilitätsgründen in ihrer Amplitude ab gesenkt werden. Sie werden im folgenden als "Zusatzspektrum" bezeichnet.

Wie Fig. 5 zeigt, werden Leuchtdichte-(Luminanz)- und Zusatz spektrum im Bereich des Farbhilfsträgers um ca. 6 dB abge senkt, um die Cross-Colourstörung zu reduzieren. Das Zusatz spektrum wird zusätzlich um 10 dB abgesenkt, um in kompa tiblen Empfängern die 25-Hz-Flackerstörung und die Cross- Colourstörung zu reduzieren. Diese Maßnahme übernimmt das Notchfilter NF. Die Farbdifferenzsignale wurden vor der PAL-Modulation auf 2,1 MHz tiefpaßgefiltert mittels der Chromasignal-Tiefpässe TP_CS. Im PAL-C oder PC erfolgt die Codierung und Summation zu einem kompatiblen FBAS-Signal. Empfängerseitig passiert das FBAS-Signal den PAL-Decoder PD, der die Signalaufspaltung in die Komponenten Y, U und V vornimmt. Im Gegensatz zu konventionellen PAL-Decodern befindet sich in dieser Ausführung kein Notchfilter im Luminanzsignalweg, um nicht einen Auflösungsverlust im Bereich des Farbhilfsträgers in Kauf nehmen zu müssen; im Gegenteil, durch das inverse Notchfilter NI hinter dem PAL-Decoder PD wird die senderseitige Signalabsenkung im Bereich des Farbhilfsträgers eliminiert, so daß hinter diesem inversen Notchfilter NI ein ebener Frequenzgang existiert. Dadurch wird natürlich auch das Chromaspektrum mit angehoben, wodurch die Cross Luminanz-Störung noch ver stärkt wird. Am Ausgang des Nyquistfilters TP_NY erhält man das in Fig. 6 gezeigte Spektrum. Man erkennt deutlich das restliche Chromaspektrum im Luminanzsignal. Nach der empfängerseitigen Offsetdemodulation im Offsetdemodulator OD mit Amplitudenanhebung und diagonaler Nachfilterung mittels Tiefpaß TP_LE entsteht das in Fig. 7 dargestellte Spektrum.

Das restliche Chromaspektrum erscheint einmal in Normal lage in der Luminanzkomponente und zum anderen - an der 4-MHz-Achse gespiegelt und um 10 dB angehoben - in der Zusatzkomponente. Die senderseitige Absenkung des Zusatz spektrums, die der Reduktion von Flacker- und Cross- Colourstörungen dient, muß aufgrund der erforderlichen empfängerseitigen Anhebung durch eine erhöhte Cross- Luminanzstörung erkauft werden. Subjektive Tests haben ergeben, daß bei einer empfängerseitigen Signalanhebung um 10 dB das Chromaspektrum um ca. 28 dB abgesenkt werden müßte, um die Erkennbarkeitsgrenze für die Cross-Luminanz störung zu erreichen. Betrachtet man das trägerfrequente Chromaspektrum in Fig. 5, so fällt auf, daß das Luminanz spektrum im Bereich des Farbhilfsträgers lediglich um 6 dB abgesenkt ist; dadurch kann ein Übersprechen vom Luminanz- in den Chromakanal nicht generell unterbunden werden. Da das Zusatzspektrum zusätzlich um 10 dB abgesenkt wurde, ist dessen Beitrag zur Cross-Colorstörung entsprechend geringer. Wie Untersuchungen zeigten, tritt bei einer Übertragung nach PAL-Offset im verbesserten Empfänger eine Qualitätsbeein trächtigung hauptsächlich durch die Cross-Luminanzstörung ein. Es müssen daher Maßnahmen zur Trennung der einzelnen Spektralkomponenten getroffen werden. Bei diesen Maßnahmen soll die Qualität des kompatiblen und des verbesserten Empfängers nur unwesentlich reduziert werden.

Bei dem derzeit realisierten System zur PAL-Offsetübertra gung werden das Luminanz- und das Zusatzspektrum nyquist gefiltert und anschließend offsetdemoduliert. Auf diese Weise wird eine fehlerfreie Zusammenfügung der Tiefen komponente (Luminanz) und der Höhenkomponente (Zusatz) erreicht. Dazu ist es aber notwendig, daß die Flankenmitte des Nyquistfilters bei der halben Abtastfrequenz liegt. Im realisierten System verläuft die Flanke von 3,6-4,4 MHz. Daraus folgt, daß das Luminanz- und das Zusatzspektrum min destens bis 4,4 MHz übertragen werden muß. Neben der dadurch bewirkten Cross-Colorstörung ist es ebenfalls unvermeidbar, daß ein großer Teil des Chromaspektrums im Luminanzsignal verbleibt und die starke Cross-Luminanzstörung verursacht.

Im folgenden wird nun eine Signalfilterung gezeigt, die die Bedingung: Flankenmitte des Nyquistfilters bei der hal ben Abtastfrequenz, nicht erfüllen muß und daher zu bis herigen Realisierungen wesentliche Vorteile bringt. Es wird eine sogenannte "komplementäre Filterung" von Tiefen- und Höhenkomponente vorgenommen. In Fig. 8 sind Schaltungs anordnungen sowie Frequenzverläufe zur Erzeugung derartiger komplementärer Frequenzgänge gezeigt. Der Tiefpaß TP ge mäß Fig. 8a habe den in Fig. 8b dargestellten Frequenzver lauf. Dann besitzt die in Fig. 8c dargestellte Schaltungs anordnung, bestehend aus der Parallelschaltung eines Tief passes TP und einem Laufzeitglied τ mit anschließender Zu sammenführung der Signalausgänge über ein Summierglied Σ, wobei der Tießpaß TP an den Subtrahiereingang und das Laufzeit glied an den Summiereingang des Summiergliedes geführt ist, einen Frequenzverlauf, wie er in Fig. 8d dargestellt ist. Für eine fehlerfreie Zusammenfügung der Tiefen- und Höhenkomponen te muß das Leuchtdichtespektrum mit einem Tiefpaß gemäß Fig. 8a oder das offsetmodulierte Zusatzspektrum mit der Schaltungsan ordnung gemäß Fig. 8c gefiltert werden. In Fig. 9 sind die Frequenzverläufe der zu filternden, bzw. gefilterten Signal spektren nochmals dargestellt. Fig. 9a zeigt Tiefen- und Höhenkomponente am Empfängereingang. Die Lage der Tiefen komponente allein ist in Fig. 9b gezeigt. Die Höhenkomponente besitzt nach der Offsetdemodulation die nach Fig. 9c gezeigte Gestalt. Die punktierten Linien in den Fig. 9b und c stellen die beiden komplementären Filterflanken dar. In Fig. 9d ist die fehlerfreie Zusammenfügung von Tiefen- und Höhenkompo nente dargestellt.

Für eine so modifizierte Offsetdemodulation gibt Fig. 10 eine Schaltungsanordnung an. Demodulation und Filterung sind dabei gegenüber der realisierten Version vertauscht. Der Empfänger eingang EE in Fig. 10 ist zum einen mit einem Verstärker VS und zum anderen mit dem Offsetdemodulator OMd verbunden, dem die Offsetdemodulationsfrequenz f₀^x zugeführt ist. Hinter dem Offsetdemodulator OMd ist ein Bewertungsnetzwerk BN vorgesehen, vgl. Hauptanmeldung, das das Zusatzspektrum mit dem zu a in versen sendeseitigen Signalabsenkungsfaktor a^-1 wiederanhebt. Der Ausgang des Verstärkers VS wird an den Summiereingang des Summierers SUM1 und der Ausgang des Bewertungsnetzwerkes BN an den Subtrahiereingang des Summierers Sum1 angeschlos sen. Der Ausgang des Bewertungsnetzwerkes BN ist über das Laufzeitglied LZ mit der Laufzeit τ an einen Summiereingang eines weiteren Summierers Sum2 angeschlossen, und der Aus gang des ersten Summierers Sum1 ist über den Tiefpaß TP auf einen zweiten Summiereingang des Summierers Sum2 geführt. Am Ausgang AA des zweiten Summierers Sum2 ist das demodulierte Bildsignal zur Weiterverarbeitung abnehmbar. Mit dieser modifizierten Offsetdemodulation, die auf der komplementären Filterung mittels des Tiefpasses TP und dem Laufzeitglied LZ basiert, hängt die Art der Tiefpaßfilterflanke nicht mehr von der Offsetmodulationsfrequenz f₀^x ab. In Fig. 11 ist der Fre quenzgang des Tiefpasses TP im modifizierten Offsetdemodula tor dargestellt. Bis zu einer horizontalen Ortsfrequenz f^x=4 MHz ist dieser Frequenzgang des Betrages der Übertra gungsfunktion H konstant und fällt ab diesem Wert linear, bis er bei einer Frequenz von f^x=4,4 MHz die f^x-Achse er reicht.

Diese Tatsache, daß die Art der Tiefpaßfilterflanke nicht mehr von der Offsetdemodulationsfrequenz f_x⁰ abhängt, kann als neugewonnener Freiheitsgrad interpretiert werden, der für die Realisierung eines übersprechfreien PAL-Offsetüber tragungssystems genutzt werden kann. Die Auflösung in f^y- Richtung beträgt bei Anwendung der Offsetmodulation theore tisch 312,5 c/ph, das entspricht umgerechnet 7,37 Mhz; die Auflösung in f^x-Richtung beträgt dagegen 8 MHz. Da die Auf lösung in beiden Richtungen annähernd gleich sein sollte, ist es zulässig, die Offsetmodulations- bzw. demodulations frequenz auf ca. 7,4 MHz zu reduzieren. Die so gewonnene Ein sparung an Bandbreite kann im Zusammenhang mit der oben be schriebenen modifizierten Offsetdemodulation zur Reduktion der Übersprechstörungen genutzt werden. Anhand von Fig. 12 soll diese Tatsache näher erläutert werden. Die Offsetmodu lationsfrequenz - und damit auch die Auflösung in f^x-Richtung - wird auf ca. 7,4 MHz festgelegt (der genaue Wert entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der Zeilenfrequenz). Das Lumi nanzsignal wird wie bisher bis 5 MHz übertragen, wobei die Spektralanteile im Bereich des Farbhilfsträgers um 6 dB abge senkt werden. Für den Tiefpaß TP im Offsetmodulator sei eine Flanke von 4,0-4,4 MHz vorausgesetzt; dadurch wird die Tie fenkomponente "bis an den Farbträger heran" genutzt. Um die ursprüngliche Bandbreite von 7,4 MHz zu erhalten, wird das Zusatzspektrum bis 3,4 MHz benutzt. Die punktierten Linien stellen die Verläufe der Filterflanken dar. Da das Zusatz spektrum empfängerseitig nur bis 3,4 MHz genutzt wird, darf es senderseitig auf diesen Bereich tiefpaßgefiltert werden, wodurch die Cross-Colorstörung erheblich reduziert wird. Werden die Farbdifferenzsignale auf 1 MHz tiefpaßgefiltert, so kann ein Übersprechen der Chrominanz in das Zusatzspek trum verhindert werden. Damit tritt durch die Offsetmodula tion keine zusätzliche Cross-Luminanzstörung auf.

Um diesen Sachverhalt besser darstellen zu können, soll im weiteren eine mehrdimensionale Spektraldarstellung angewandt werden.

Um die Verhältnisse bei der PAL-Offsetübertragung exakt dar stellen zu können, ist ein dreidimensionaler Ansatz für das Spektrum des Bildsignals notwendig. Neben den beiden Orts frequenzen f^x und f^y ist eine Zerlegung in der zeitlichen Komponente f^t nötig. Es wird vorausgesetzt, daß die Bild quelle eine Vollbildfolge mit 25 Bildern/sec mit 625 Zeilen liefert. Nach entsprechenden Vorfilterungen werden das Luminanzsignal und die Farbdifferenzsignale in den synthe tischen Zeilensprung umgewandelt und offset- bzw. PAL-modu liert. Das codierte FBAS-Signal durchläuft den Übertragungs kanal und steht am Empfänger im synthetischen Zeilensprung zur Verfügung. Nach einer Rückwandlung in eine Vollbildfolge (z. B. 625 Z/40 msec/1 : 1) erhält man für das Spektrum des FBAS-Signals den folgenden Ausdruck:

Hierin bedeuten:

B_y = Bildspektrum des Luminanzsignals,
B_U und B_V = Bildspektren der Farbdifferenzsignale,
f₀^x = Offsetmodulationsfrequenz,
f_c ^y = Bandgrenze in vertikaler Richtung,
f_v ^t = Vollbildabtastfrequenz: 25 Hz,
f_sc ^x = die Modulationsfrequenz für den PAL-Modulator,
H_K = Übertragungsfunktion des Übertragungskanals,
a = Amplitudengewichtungsfaktor: 0 < a < 1
n und r = natürliche Zahlen 1, 2, 3, . . .

In Fig. 13 ist das Spektrum aus Gleichung 1 in der f^xf^y-Ebene dargestellt. Der Übertragungskanal ÜK bewirkt eine Tiefpaßfil terung in f^x-Richtung auf umgerechnet 5 MHz. Der dich umrahmte Bereich stellt die Tiefenkomponente des Luminanzsignals dar. In den senkrecht schraffierten Bereichen befindet sich das Spektrum der Höhenkomponente.

Die Chromaspektren - diagonal schraffiert dargestellt - wieder holen sich - im Gegensatz zum Zeilensprungsystem - in f^y-Rich tung jeweils alle 312,5 c/ph, wobei die U- und V-Komponenten alternierend erscheinen. Werden die Farbdifferenzsignale sendeseitig auf 78 c/ph - das entspricht umgerechnet 1,85 MHz - vorgefiltert, überlappen sich die Chromaspektren nicht.

Dadurch ist eine empfängerseitige Trennung der U- und V- Komponenten durch eine Vertikalfilterung möglich; eine exakt arbeitende Quadraturdemodulation ist dann nicht mehr notwendig. Farbtonverfälschungen aufgrund von Phasenfehlern treten dann nicht mehr auf. Die empfängerseitige Trennung der Farbdifferenzspektren mittels einer Vertikalfilterung stellt eine Verbesserung zur derzeitigen Standard PAL- Demodulation dar.

Eine genaue Auswertung der Gleichung (1) ergibt, daß die Amplitude der Chromaspektren bei f^y=±78 c/ph um ca. 7,7 dB geringer ist als bei f^y=312,5 c/ph±78 c/ph. Die Luminanzspektren besitzen einen normierten Amplituden faktor von 2,0, während das Chromaspektrum bei f^y=±78 c/ph einen von 0,76 besitzt. Der verbesserte Empfänger nutzt die Tiefenkomponente bis 4,4 MHz, so daß die Chromaspektren bei f^y=±78 c/ph Cross-Luminanz erzeugen. Dieses ist aber nicht sehr kritisch, da die Chromaspektren an diesen Stellen mit reduzierter Amplitude erscheinen. Wie im Zu sammenhang mit Fig. 12 dargestellt, wird das Zusatzspek trum empfängerseitig nur bis 3,4 MHz genutzt, so daß es senderseitig auf diese Bandbreite gefiltert werden darf. Auf diese Weise wird ein Übersprechen des Zusatzspektrums in die Chromaspektren verhindert. Werden die Farbdifferenz signale auf 1 MHz tiefpaßgefiltert (in f^x-Richtung), über lappen sich Zusatz- und Chromaspektrum nicht. Dadurch können die U- und V-Spektren mit einer Basisbandbreite von 1 MHz ohne Cross-Colorstörung aus dem Vollbild zurückgewonnen werden (an den Stellen f^y=312 c/ph±78 c/ph); ferner entsteht dann durch die Offsetdemodulation keine zusätz liche Cross-Luminanzstörung.

Im folgenden wird nun ein komplettes Übertragungssystem mit bewegungsadaptiver Signalverarbeitung anhand der Fig. 14 und 15 detailliert dargestellt. Ausgegangen wird hierbei vom Grundkonzept nach Fig. 1. Den Ausgangspunkt stellt wie der eine hochzeilige Bildquelle dar, z. B. Hochzeilenkamera mit dem Format 1249 Zeilen/40 msec/2 : 1. Der Block MK1 stellt die Farbmatrix mit einem Konverter dar. In diesem Block MK1 werden die RGB-Signale matriziert und in zwei Moden parallel ausgegeben:

1. Mode
25 Bewegungsphasen/sec
2. Mode	50 Bewegungsphasen/sec.

In beiden Moden werden die Y,U,V-Signale entsprechend ver arbeitet, und ein Bewegungsdetektor BWD1 blendet dann zwischen beiden Moden mittels der von diesem Bewegungsdetektor ge steuerten Potentiometer P1 und P2 weich um. Potentiometer P1 ist für die Umsteuerung des Luminanzsignals Y vorgesehen und Potentiometer P2 für die Umsteuerung der Farbdifferenzsignale U und V. Insgesamt ist zwischen drei Geschwindigkeitsbereichen zu unterscheiden, die nachfolgend behandelt werden:

1. kleine Geschwindigkeiten
V 0,24 pel/frame
2. mittlere Geschwindigkeiten	0,24 pel/frame V 2 pels/frame
3. hohe Geschwindigkeiten	V 2 pels/frame.

Für kleine und mittlere Geschwindigkeiten sollen 25 Bewegungs phasen/sec in Verbindung mit der Offsetmodulation übertragen werden. Bei hohen Geschwindigkeiten werden 50 Bewegungsphasen/ sec in Verbindung mit einer Vertikalfilterung übertragen. Das Luminanzsignal mit 25 Bewegungsphasen/sec wird vollbild weise diagonal vorgefiltert - Diagonalfilter DF1 - und hat dann die in Fig. 16 dargestellte Form. Es besitzt in f^x- Richtung eine Auflösung von umgerechnet 7,4 MHz und in f^y- Richtung eine Auflösung von 312,5 c/ph. Damit sind die Auf lösungen in beiden Richtungen äquivalent.

Fig. 17 zeigt das Spektrum am Ausgang des Offsetmodulators OM1. Der sechseckige Spektralbereich stellt das Luminanz spektrum nach entsprechender Kanalfilterung (Tiefpaßfilterung auf 5 MHz) dar. Die schraffierten Bereiche sind die Höhen komponenten des Basissignals; sie werden im weiteren "Zusatzspektrum" genannt.

Das Zusatzspektrum wird aus Kompatibilitätsgründen um ca. 10 dB senderseitig abgesenkt und im verbesserten Empfänger wieder angehoben. Das Zusatzspektrum wird senderseitig in f^x-Richtung auf 3,4 MHz tiefpaßgefiltert. Das Spektrum nach Fig. 17 kann mit Hilfe der beschriebenen "modifizierten Offsetdemodulation" wieder in ein Spektrum nach Fig. 16 umgewandelt werden.

Der Konverter K2 wandelt die offsetmodulierte Bildfolge in ein synthetisches Zeilensprungsignal mit 625 Z/40 msec/2 : 1 um. Bei Anwendung der Offsetmodulation hat das Chromaspek trum ebenfalls eine zeitliche Auflösung von 25 Bildern/sec. Die Vorverarbeitung wird vom Vorfilter V1 bewirkt. In den Fig. 18 bis 21 ist die Wirkungsweise des Vorfilters V1 schematisch dargestellt. Das Vorfilter V1 besteht, wie Fig. 18 zeigt, aus einer Kettenschaltung von Teilfiltern T1, T2 und T3. Diese bewirken die Übertragungsfunktionen H_a ^x, H_a ^y und H_b ^x. Zunächst werden die Farbdifferenzsignale nach Fig. 19 in f^x-Richtung tiefpaßgefiltert (Teilfilter T1). Diese Filter kurve ist nach CCIR genormt. Daran anschließend erfolgt eine vertikale Tiefpaßfilterung auf 78 c/ph (Teilfilter T2; Fig. 20); das sind umgerechnet 1,85 MHz. Diese Filterung muß "weich" erfolgen, um Überschwinger zu vermeiden (Thomson-Charakteristik).

Für kleine Bewegungsgeschwindigkeiten ist das Teilfilter T3 mit der Übertragungsfunktion H_b ^x ohne Wirkung (Potentiometer P2 im unteren Anschlag), so daß sich am Ausgang von Vorfilter V1 eine Kaskadierung der Filterfunktion der Teilfilter T1 und T2 gemäß den Fig. 19 und 20 ergibt.

Für mittlere Bewegungsgeschwindigkeiten befindet sich das Potentiometer P2 im oberen Anschlag, so daß jetzt auch das Filter T3 mit der Übertragungsfunktion H_b ^x wirkt mit dem Frequenzgang nach Fig. 21. Das Ergebnis ist eine geringere Auflösung der Farbdifferenzsignale in f^x-Richtung gegenüber kleinen Geschwindigkeiten.

Die Umsteuerung zwischen beiden Filtermoden erfolgt ebenfalls weich. Der Frequenzgang nach Fig. 21 muß "weich" verlaufen, um ein Überschwingen gering zu halten.

Bei kleinen Bewegungsgeschwindigkeiten bleibt die Auflösung der Farbdifferenzsignale in f^x-Richtung gegenüber dem Stan dard-PAL-System unverändert. Bei mittleren Geschwindigkeiten wird die Auflösung in f^x-Richtung auf ca. 1 MHz begrenzt. Der Konverter K3 wandelt die gefilterten Farbdifferenzsignale in das Format 625 Z/40 msec/2 : 1 um.

Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten werden 50 Bewegungspha sen/sec verarbeitet. Das Luminanzsignal Y wird dann mit dem in Fig. 22 dargestellten Vorfilter V3 bearbeitet. Vorfilter V3 besteht aus den in Kette geschalteten Teilfiltern T4 und T5. Die Fig. 23 und 24 zeigen die Frequenzgänge der beiden Teilfilter T4 und T5 mit den Übertragungsfunktionen H_a ^x und H_c ^y. In f^x-Richtung wird das Luminanzspektrum auf ca. 3,7 MHz gefiltert, in f^y-Richtung auf 156 c/ph. Damit ist die Auf lösung in beiden Richtungen wieder gleich. Fig. 25 zeigt das Y-Spektrum am Ausgang von Vorfilter V3 in der f^yf^t-Ebene. Durch eine empfängerseitige Vertikalinterpolation können Flackereffekte (25-Hz-Flackern) unterbunden werden. Die Farb differenzsignale werden mit Vorfilter V2 behandelt (Fig. 26, 27, 28) Vorfilter V2 besteht aus der Kettenschaltung der Teilfilter T6 und T7. Die Frequenzgänge der Teilfilter T6 und T7 sind in Fig. 27 und 28 dargestellt.

Die Farbdifferenzsignale werden in f^y-Richtung auf 78 c/ph gefiltert. In f^x-Richtung erfolgt eine Tiefpaßfilterung auf ca. 0,7-1,0 MHz. Die Filterung muß ebenfalls überschwing frei sein. Die Konverter K2 und K3 sind zur Anpassung der Signalformate vorgesehen. Zwischen den Signalen des Kon verters K2 und des Vorfilters V3 sowie zwischen den Signalen des Konverters K3 und des Vorfilters V2 steuert der Be wegungsdetektor BWD1 weich um. Anschließend werden die Farb differenzsignale im PAL-Modulator M1 moduliert und zusammen mit dem Luminanzsignal in einer Summationsschaltung SM zum kompatiblen FBAS-Signal zusammengefaßt. Dem FBAS-Signal wird noch zusätzlich ein Referenzsignal zur Synchronisation der Offsetdemodulation zugeführt, beispielsweise gemäß P 34 14 271. Für die drei verschiedenen Geschwindigkeitsbereiche entstehen die in den Fig. 29 bis 31 dargestellten FBAS-Spektren ent lang der f^x-Achse. Bei kleinen Geschwindigkeiten (V0,24 pel/ frame) erhält man das Spektrum nach Fig. 30. Zwar überlappen sich Zusatz- und Chromaspektrum stark, können aber durch zeit liche Filterung getrennt werden. Ein Übersprechen der Lumi nanzkomponente in den Chromakanal kann - wie zuvor gezeigt - durch geeignete Demodulation und Tiefpaßfilterung der Farb differenzsignale vermieden werden (Fig. 13).

Bei mittleren Geschwindigkeiten (0,24 pel/framev2 pek/ frame) reicht das Chromaspektrum aufgrund der Tiefpaßfilterung der Farbdifferenzsignale auf 1 MHz nur noch unbedeutend in den Bereich des Zusatzspektrums hinein (Fig. 29). Eine Trennung von Chroma- und Zusatzspektrum gelingt, wie gezeigt, durch Frequenzmultiplex in f^x-Richtung.

Bei hohen Geschwindigkeiten (v<2 pel/frame) entsteht das Spektrum nach Fig. 31. Luminanz- und Chrominanz werden in Frequenzmultiplex übertragen. Cross-Effekte treten nicht auf. Es soll deshalb im weiteren auf die Übertragung von 50 Bewegungsphasen/sec nicht mehr eingegangen werden.

Fig. 15 zeigt den Empfängerteil der bewegungsadaptiven Bild übertragung. Werden senderseitig 25 Bewegungsphasen/sec ver arbeitet, so entsteht am oberen Ausgang des Konverters K4 das FBAS-Spektrum nach Fig. 13. Im oberen Teil des Konverters K4 werden Halbbilder zu Vollbildern zusammengefaßt. Der obere Ausgang AO des Konverters K4 ist mit einer Einrichtung zur zeitlichen Filterung FZ verbunden, die mit einer ersten Umblendeinrichtung - Potentiometer P3 - beschaltet ist.

Gesteuert vom Bewegungsdetektor BWD2 wird für mittlere Be wegungsgeschwindigkeiten der Ausgang AO des Konverters K4 direkt mit dem Offsetmodulator OD verbunden. Das Potentio meter ist dann am unteren Anschlag. Für kleine Bewegungs geschwindigkeiten ist das Potentiometer P3 am oberen An schlag; die zeitliche Filterung mittels der Einrichtung FZ ist voll wirksam. An den Offsetdemodulator OD schließt sich das empfangsseitige Diagonalfilter DF2 an. Der Ausgang AO des Konverters 4 für 25 Bilder/sec ist mit dem PAL-Demodu lator PD1 verbunden und der Ausgang AK des Konverters 4 für 50 Bilder/sec mit dem PAL-Demodulator PD2. PAL-Demodu lator PD1 und PAL-Demodulator PD2 unterscheiden sich durch ihre Subcarrier. Das Nachfilter N1 hat die Aufgabe, nur die gewünschten Chromaspektren bei ±390 c/ph und ±234 c/ph, vgl. Fig. 13, passieren zu lassen. Das Nachfilter N2 am Aus gang des PAL-Demodulators PD2 bewirkt eine Tiefpaßfilterung der Farbdifferenzsignale:

- in f^x-Richtung auf ca. 0,7-1 MHz,
- in f^y-Richtung auf ca. 78 c/ph.

Nachfilter N3 am Ausgang Ak des Konverters K4 ist im wesent lichen ein Interpolationsfilter. Die Signalkonverter K5 bis K8 erzeugen ein einheitliches Signalformat von 1249 Zeilen/40 msec/ 2 : 1. Über das ebenfalls vom Bewegungsdetektor BWD2 gesteuer te Potentiometer P4 erfolgt die Umblendung des Luminanz signals von 25 Bildern/sec auf 50 Bilder/sec und über das Potentiometer P5 die Umblendung der Chrominanzsignale. Die Abgriffe der Potentiometer P4 und P5 sind mit der Dematrix schaltung DMa verbunden.

Man erkennt in Fig. 13 deutlich das sechseckige Luminanz spektrum, die dreieckigen Zusatzspektren und die rechtecki gen Chromaspektren U und V. Die Chromaspektren wiederholen sich in f^y-Richtung alle 156 c/ph abwechselnd. Da die Chrom aspektren sendeseitig in f^y-Richtung auf 78 c/ph tiefpaßge filtert wurden, überlappen sich U- und V-Spektren nicht; sie können fehlerfrei voneinander getrennt werden.

Die U- und V-Signale können aus den Chromaspektren bei ±390 c/ph und ±234 c/ph durch geeignete Demodulation und Tiefpaßfilterung auf 78 c/ph gewonnen werden. Dadurch wird ein Übersprechen der Luminanzkomponente in den Chromakanal vermieden. Da das Zusatzspektrum bereits um 10 dB abgesenkt ist, kann das Übersprechen der Zusatzkomponente in den Chromakanal vernachlässigt werden. Man erhält also auf die se Weise ein Cross-colorfreies U- und V-Signal.

Wird - wie in Fig. 13 dargestellt - das U- und V-Spektrum für mittlere Geschwindigkeiten auf ca. 1 MHz tiefpaßgefil tert, so werden Zusatz- und Chromaspektrum im Frequenz multiplex übertragen, und es entsteht bei der Offsetdemodu lation mit Amplitudenanhebung keine zusätzliche Cross- Luminanzstörung. Bei kleinen Bewegungsgeschwindigkeiten, wo aufgrund des in f^x-Richtung breiteren Chromaspektrums kein Frequenzmultiplex mehr vorliegt, können die entstehen den Cross-Luminanzstörungen durch zeitliche Filterung eli miniert werden.

Aufgrund der Wahl des Tiefpasses TP im modifizierten Offset demodulator wird das Luminanzspektrum bis 4,4 MHz benutzt. Daraus resultiert ein Übersprechen der Chromaspektren bei ±78 c/ph in den Luminanzkanal (Cross-Luminanz). Diese Stö rung ist aber unkritisch, wenn die Farbdifferenzsignale aus dem Vollbild (25 Bewegungsphasen/sec) stammen, weil dann die Chromaspektren bei ±78 c/ph um 6 dB kleiner sind als die bei ±390 c/ph und ±234 c/ph. Stammen die Farbdifferenz signale aus 50 Bewegungsphasen/sec, ergeben sich in bezug auf die Cross-Luminanzstörung ungünstigere Bedingungen.

Bisher wurde die Bildverarbeitung nur für analoge Signale angegeben, deshalb wurde immer von der Offsetmodulation bzw. -demodulation gesprochen. Die Erfindung ist selbst verständlich auch zur Bildverarbeitung für digitale Signale verwendbar. Sendeseitig wird dann das Kamerasignal zuerst analog/digital gewandelt und digital verarbeitet. Vor der Übertragung im analogen kompatiblen Übertragungskanal ÜK erfolgt eine Digital-Analogrückwandlung. Auf der Empfangs seite erfolgt entsprechend zuerst eine Analog-Digital wandlung und eine digitale Signalverarbeitung bis zum Monitor, der entweder die digitalen Signale direkt ver arbeiten kann (zukünftige Wiedergabemonitore), oder nach Rückwandlung in ein analoges Bildsignal analog verarbei tet. Die Offsetmodulatoren bzw. -demodulatoren werden für die digitale Signalverarbeitung durch entsprechende Offsetabtaster ersetzt.

Claims

1. Verfahren zur kompatiblen Auflösungserhöhung für Farb fernsehübertragungssysteme, wobei

- das Leuchtdichtesignal senderseitig planar vorge filtert und empfangsseitig entsprechend planar nach gefiltert wird,
- senderseitig eine Offsetabtastung/Offsetmodulation im Leuchtdichtekanal und empfangsseitig eine ent sprechende Nachabtastung/Demodulation erfolgt,
- alle zur Auflösungserhöhung zusätzlich zu übertra genden Signale senderseitig geeignet abgesenkt und auf der Empfangsseite wieder entsprechend angehoben werden

dadurch gekennzeichnet,

daß für eine bewegungsadaptive Bildverarbeitung mit kleiner und mittlerer Bewegungsgeschwindigkeit folgende Maßnahmen ergriffen werden:
- die Offsetabtast/-modulationsfrequenz wird auf ei nen Wert reduziert, der unterhalb der für die Offset abtastung/Offsetmodulation maximal mögliche Auf lösung in horizontaler Richtung liegt, und derart gewählt ist, daß die Auflösung in horizontaler Richtung ungefähr gleich der maximal möglichen Auflösung in ver tikaler Richtung ist,
- die zur Auflösungserhöhung zusätzlich zu übertragenden Signale werden senderseitig tiefpaßgefiltert mit einer maximal möglichen Grenzfrequenz, die etwa der Differenz zwischen der Offsetabtast/-modulationsfrequenz und der Frequenz des Farbhilfsträgers entspricht,
- die Farbartspektren werden senderseitig aus einer Voll bildfolge gewonnen,
- die Farbartspektren werden senderseitig in Richtung verti kaler Ortsfrequenzen bandbegrenzt,
- das Leuchtdichtesignal und die zur Auflösungserhöhung zu sätzlich übertragenen Signale werden empfangsseitig komplementär gefiltert,
- die Farbartspektren werden empfängerseitig aus dem Voll bild gewonnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für kleine Bewegungsgeschwindigkeiten, beispielsweise bis zu 0,24 pel/frame, die Farbdifferenzsignale ohne zusätzliche senderseitige Frequenzbandbegrenzung in horizontaler Rich tung übertragen werden, und daß zur Reduzierung des Über sprechens, insbesondere der Cross-Luminanz, empfängersei tig eine zeitliche Filterung des Leuchtdichtesignals er folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mittlere Geschwindigkeiten, beispielsweise von 0,24 pel/frame bis 2 pel/frame, die Farbdifferenzsignale senderseitig in horizonaler Richtung tiefpaßgefiltert werden, wobei der Bereich dieser Tiefpaßfilterung der art gewählt ist, daß sich die zur Auflösungserhöhung zusätzlich zu übertragenden Signale und die Farbart spektren nicht überlappen.