DE3702661A1 - Fernsehsystem fuer progressive abtastung - Google Patents

Fernsehsystem fuer progressive abtastung

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DE3702661A1
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signal
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frequency
sum
lines
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DE19873702661
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Christopher Hugh Strolle
Glenn Arthur Reitmeier
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RCA Corp
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    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/015High-definition television systems

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fernsehsysteme und betrifft speziell ein System, in dem ein hochauflösendes Videosignal in Summen- und Differenzkomponenten codiert wird, um es in dieser Form an einen Empfänger zu übertragen, der die Summen- und Differenzkomponenten rekombiniert, um das Videosignal für die Bildwiedergabe wiederherzustellen.
Die Zeilenstruktur eines im Raster abgetasteten Fernsehbildes wird mit zunehmender Größe und Helligkeit des Bildes immer mehr sichtbar. Dieser unerwünschte Effekt läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Anzahl der Abtastzeilen in jedem Teilbild verdoppelt und die Zeilen nicht in der üblichen Zeilensprung-Abtastung, sondern in fortlaufender oder "Progressiv"-Abtastung wiedergibt. Ein Beispiel für einen progressiv abtastenden Empfänger, worin die hinzugefügten Zeilen Ebenbilder (Wiederholungen) der ursprünglichen Abtastzeilen sind, ist in der US-Patentschrift 44 15 931 beschrieben. Bei einer anderen Ausführungsform eines Empfängers mit Progressivabtastung werden die zusätzlichen oder "Extra"-Zeilen für die Wiedergabe durch Interpolation vertikal benachbarter Zeilen des ankommenden Videosignals erhalten, wie z. B. in der US-Patentschrift 44 00 719 beschrieben.
Die Empfänger nach den vorstehend genannten US-Patentschrift erfordern keinerlei Änderung existierender Fernsehrundfunk-Sendenormen. Es wurde jedoch erkannt, daß bes bei solchen Empfängersystemen gewisse unerwünschte Begleiterscheinungen oder sogenannte "Artefakte" gibt, die von der Bildbewegung abhängen und von der Zeilensprung- Abtastung herrühren, die in den Kameras herkömmlicher Rundfunkstationen angewandt wird. Beispiele für solche Artefakte sind Zackenbildung an den Rändern horizontal bewegter Objekte, Doppelbilder, Umfalteffekte (sogenannte "Aliase"-Fehler), usw.. Es sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, welche die zeilensprungbedingten Bewegungs-Artefakte durch Anwendung progressiver Abtastung (oder Zeilenwobbelungs-Abtastung) sowohl in der Kamera als auch in der Wiedergabeeinrichtung des Empfängers vermeiden. Die Schwierigkeit besteht darin, das in Progressivabtastung erscheinende Kamerasignal derart zu codieren, daß es mit existierenden Fernseh-Übertragungskanälen und mit Standardempfängern (die im Zeilensprung abtasten) kompatibel ist, wie die nachstehenden Beispiele zeigen sollen.
Als erstes Beispiel sei das NTSC-kompatible System nach der US-Patentschrift 44 29 327 erwähnt, bei dem eine Technik der Zeilenwobbelung in einer Kamera angewandt wird, um für jede abgetastete Zeile zwei Videosignalzeilen zu erzeugen. Die Zeilen werden addiert, um ein kompatibles Leuchtdichtesignal zu erzeugen, und subtrahiert, um ein Differenzsignal zu erhalten, das repräsentativ für Vertikalauflösung ist. Zur gemeinsamen Übertragung des Differenzsignals mit dem Summensignal wird das Differenzsignal in Frequenzverkämmung mit dem Farbartsignal verschachtelt, und zwar an Stellen, die hochfrequente Vertikalinformation repräsentieren. Als Alternative ist in der besagten US- Patentschrift angeregt, das Differenzsignal über einen gesonderten Sendekanal zu übertragen. Die Summen- und Differenzsignale werden in einem Empfänger rekombiniert, um auf einer Bildröhre ein Bild mittels einer Zeilenwobbelung darzustellen, die mit derjenigen der Kamera synchronisiert ist.
Ein zweites Beispiel ist das Zeilenwobbelungssystem nach der US-Patentschrift 45 33 951, bei welchem ein hochauflösendes (durch Zeilenwobbelung entstandenes) Kamerasignal tiefpaßgefiltert wird, um ein Signal begrenzter Bandbreite zu bilden, das kompatibel mit Standardempfängern für Fernsehrundfunk ist. Durch subtraktives Kombinieren des hochauflösenden Signals und des Signals begrenzter Auflösung wird ein Differenzsignal gewonnen. In einem Empfänger werden das Signal begrenzter Auflösung und das Differenzsignal miteinander addiert, um wieder das hochauflösende Signal für die Wiedergabe zu erzeugen. Das Differenzsignal und seine Adressen werden während des Vertikalaustastintervalls des begrenzt-auflösenden Signals an den Empfänger übertragen. Um die Datenrate des Differenzsignals zu reduzieren, wird die Erzeugung dieser Signals in Bildbereichen, die Bewegungen von Vollbild zu Vollbild enthalten, gesperrt.
Ein drittes Beispiel ist schließlich das System nach der US-Patentschrift 45 23 220, bei dem ein von einer hochauflösenden Kamera erzeugtes Videosignal in ein Summensignal und drei Differenzsignale umgewandelt wird. Das Summensignal stellt den Mittelwert vier einander benachbarter Bildpunkte des hochauflösenden Signals dar und ist kompatibel mit Standard-Fernsehempfängern. Die drei Differenzsignale repräsentieren die vertikale, die diagonale und die horizontale Auflösung und werden durch Subtraktion verschiedener Kombinationen der vier Bildpunkte erhalten, die das kompatible Summensignal ergeben. In der letzterwähnten US-Patentschrift ist ausgeführt, daß die Differenzsignale in den Vertikal- oder Horizontal-Austastintervallen des Summensignals übertragen werden können, um dann im Empfänger das hochauflösende Signal wieder zu rekonstruieren.
Bei den vorstehend beschriebenen Systemen ist das Differenzsignal, das zur Steigerung der Feinheit bzw. des Detailreichtums des wiedergegebenen Bildes benutzt wird, eine direkte Funktion der "Besetztheit" des Bildes. Wenn das zu übertragende Bild beispielsweise wenig Vertikaldetails hat, dann sind die an Amplitude und Bandbreite zu stellenden Anforderungen für die Übertragung des Differenzsignals bescheiden. Wenn jedoch der Gehalt an Vertikaldetails größer wird, muß mehr Information im "Anreicherungskanal" übertragen werden, um das Differenzsignal zu senden. Bei sehr detailreichen Bildern kann das Problem einer Überlastung des Kanals auftreten.
Es wurde erkannt, daß eine progressiv abtastende Kamera die Fähigkeit hat, zusätzliche Information (im Vergleich zu einer im Zeilensprung abtastenden Kanal) zu liefern, die ausreichen kann, bewegungsbedingte Aliase-Fehler in einem progressiv abtastenden Bildwiedergabegerät zu eliminieren und dennoch zu erlauben, daß bewegte Objekte die volle Vertikalauflösung behalten, so als wären sie unbewegt. Außerdem dürfte das in Progressivabtastung erscheinende Signal in einer Weise verarbeitet werden können, bei der das Problem der Kanalüberlastung im Falle "besetzter" Bilder vermindert wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum einen ein Codierer für Progressivabtastung, zu dem eine Signalquelle zur Lieferung eines ersten Leuchtdichtesignals gehört, das ein erstes Zeilenabtastformat aufweist und eine Zeilenfrequenz hat, die größer ist als diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm. Mit dieser Signalquelle ist eine Zeitfilteranordnung gekoppelt, um einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals zu addieren und dadurch ein ausgangsseitiges Summensignal zu erzeugen, und um die besagten entsprechenden Zeilen der benachbarten Teilbilder zu subtrahieren und dadurch ein Differenzsignal zu erzeugen. Mit der Zeitfilteranordnung ist ein unterabtastender, zeitdehnender Konverter gekoppelt, der jede zweite Zeile sowohl des Summen- als auch des Differenzsignals auswählt und die jeweils ausgewählten Zeilen des Summen- und des Differenzsignals um einen gewählten Faktor dehnt, um ein verarbeitetes, mit der gegebenen Rundfunk-Sendenorm kompatibles Summen-Ausgangssignal und ein verarbeitetes Differenz- Ausgangssignal zu erzeugen. Mit diesem Konverter ist eine Sende- oder Übertragungseinrichtung gekoppelt, um die Ausgangssignale zu übertragen.
Gegenstand der Erfindung ist zum anderen auch ein mit Progressivabtastung arbeitender Empfänger, zu dem eine Eingangseinrichtung gehört, um eine codierte Videoeingangssignal- Darstellung zu empfangen und ein erstes Leuchtdichte- Ausgangssignal zu liefern, das eine Summe einander entsprechender Zeilen in benachbarten Teilbildern eines progressiv abgetasteten Bildes darstellt, und ein zweites Leuchtdichte-Ausgangssignal, das eine Differenz der besagten entsprechenden Zeilen des progressiv abgetasteten Bildes darstellt. Der Empfänger enthält eine Filtereinrichtung zum Trennen des ersten Leuchtdichtesignals in einen hochfrequenten Teil und einen niedrigfrequenten Teil. Eine erste Beschleunigungsschaltung verdoppelt die Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils durch zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen augenblicklich empfangener und vorangehender Teilbilder, um ein Leuchtdichte- Ausgangssignal mit doppelter Zeilenfrequenz zu liefern. Eine zweite Beschleunigungsschaltung erzeugt ein mit doppelter Zeilenfrequenz auftretendes Anreicherungssignal durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten Teils des ersten Leuchtdichtesignals mit dem zweiten Leuchtdichtesignal. Schließlich ist eine Einrichtung vorgesehen, um die mit doppelter Zeilenfrequenz auftretenden Leuchtdichte- und Anreicherungssignale zum Anlegen an eine Bildwiedergabeeinrichtung zu vereinigen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Codierung eines in progressiver Abtastung erscheinenden Signals mit einer Zeilenfrequenz, die größer ist als die Zeilenfrequenz einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden für einander entsprechende Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder Summen- und Differenzsignale gebildet. Von diesen Summen- und Differenzsignalen werden jeweils abwechselnde Zeilen ausgewählt und zeitlich gedehnt, um ein mit der Rundfunk- Sendenorm kompatibles Summensignal und ein entsprechendes Differenzsignal zu bilden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Progressivabtastungs-Codierer eine Signalquelle zur Lieferung eines ersten Leuchtdichtesignals im Progressivabtastungs- Format auf, das eine doppelt so hohe Zeilenfrequenz wie diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm hat. Eine mit dieser Quelle gekoppelte Zeitfilteranordnung addiert einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals, um ein Summensignal zu bilden, ferner subtrahiert sie entsprechende Zeilen benachbartet Teilbilder, um ein Differenzsignal zu bilden. Ein unterabtastender, zeitdehnender Konverter, der mit der Zeitfilteranordnung gekoppelt ist, wählt jede zweite Zeile sowohl des Summensignals als auch des Differenzsignals aus und dehnt die ausgewählten Zeilen des Summen- und des Differenzsignals zeitlich um den Faktor 2, um verarbeitete Summen- und Differenz-Ausgangssignale zur Übertragung zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein progressiv abtastender Empfänger eine Einrichtung zum Trennen des verarbeiteten Summensignals in einen hochfrequenten Teil und einen niedrigfrequenten Teil. Eine erste Beschleunigungsschaltung verdoppelt die Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils und bewirkt eine zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen augenblicklich empfangener und vorangehender Teilbilder. Eine zweite Beschleunigungsschaltung erzeugt ein mit doppelter Zeilenfrequenz auftretendes Anreicherungssignal durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten Teils des Summensignals mit dem Differenzsignal. Die mit doppelter Zeilenfrequenz auftretenden Signale der beiden Beschleunigungseinrichtungen werden kombiniert und an eine Bildwiedergabeeinrichtung gelegt.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind:
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fernsehsystems für Progressivabtastung;
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D sind Raum/Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung des Betriebs des Systems nach Fig. 1;
Fig. 3 ist ein ausführliches Blickschaltbild des codierenden Teils des Systems nach Fig. 1;
Fig. 4A und 4B sind ausführliche Blockschaltbilder von unterabtastenden (dezimierenden) Zeilensprungkonvertern zur Verwendung in der codierenden Anordnung nach Fig. 3;
Fig. 4C und 4D sind Blockschaltbilder, welche die Erzeugung der Umwandlungsfrequenz im System nach Fig. 1 veranschaulichen;
Fig. 5 bis 8 sind ausführliche Blockschaltbilder von Teilen des codierenden Teils des Systems nach Fig. 1;
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das Modifikationen des Systems nach Fig. 1 veranschaulicht.
Im System nach Fig. 1 erzeugt ein Codierer 10 für kompatible Progressivabtastung ein "angereichertes", der NTSO-Norm entsprechendes Videoausgangssignal S 1, das über eine einkanalige Übertragungsstrecke 12 auf einen für Progressivabtastung ausgelegten Empfänger 14 und auf einen normalen, für Zeilensprung-Abtastung ausgelegten (NTSC-) Empfänger 16 gekoppelt wird. Der Codierer 10 enthält eine progressiv abtastende Kamera 20, die Videoausgangssignale (Y 1, I 1 und Q 1) liefert, die nicht im Zeilensprung verflochten sind sondern in fortlaufender Abtastung erscheinen, und zwar mit 525 Zeilen pro Teilbild und 60 Teilbildern pro Sekunde (genau beträgt die Teilbildfrequenz 59,94 Hz). Die Kamera 20 kann, wie es in dem ausführlicheren Codierer-Schaltbild der Fig. 3 dargestellt ist, eine herkömmliche RGB-Kamera 22 enthalten, die von einer Zeitsteuereinheit 25 Ablenksignale mit der normalen NTSC-Teilbildfrequenz (Vertikalfrequenz FV) und mit verdoppelter Zeilenfrequenz (doppelte Horizontalfrequenz 2FH) empfängt und die progressiv abgetasteten RGB-Signale auf eine herkömmliche Matrixschaltung 26 gibt, worin sie in das YIQ-Format gebracht werden. Das Abtastmuster der Kamera 20 ist in Fig. 2A dargestellt. Während jedes Teilbildes (A, B und C) werden 525 Zeilen progressiv (d. h. in fortlaufender Reihenfolge und nicht im Zeilensprung) in einer Zeit von 1/60 Sekunden abgetastet. Die Abtastgeschwindigkeit ist also doppelt so hoch wie bei der NTSC-Norm, und die Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder sind nicht im Zeilensprung verschachtelt.
Die übrigen Elemente des Codierers 10 erfüllen die Aufgabe, das Progressiv-Abtastmuster nach Fig. 2A in ein kompatibles Zeilensprung-Format zu bringen, das ohne Artefakte auf dem NTSC-Standardempfänger 16 wiedergegeben werden kann und dennoch eine Form hat, die es erlaubt, alle Zeilen der Fig. 2A in der Wiedergabeeinrichtung 18 des Progressiv-Abtastungs-Empfängers 14 zu rekonstruieren.
Ein erster Schritt dieses Codierungsprozesses besteht darin, die Signale Y 1, I 1 und Q 1 einer Zeitfilterung zu unterwerfen, was in einem Filter 30 geschieht. Dieses Filter arbeitet so, daß für jedes der Signale Y 1, I 1 und Q 1 die einander entsprechenden Zeilen benachbarter Teilbilder miteinander addiert werden, um drei Summen-Ausgangssignale Y 2, I 2 und Q 2 zu erhalten. Ferner subtrahiert das Filter 30 einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals Y 1, um ein Differenzsignal M 1 zu erhalten, das repräsentativ für Bewegungen im Bild ist. Ausgedrückt durch die Signalbezeichnungen der Fig. 2A setzt sich das Signal Y 2 zusammen aus den Summen A 1 + B 1, A 2 + B 2, A 3 + B 3. . . usw. über das ganze Teilbild, und das Signal M 1 besteht aus den Differenzen A 1 - B 1, A 2 - B 2, A 3 - B 3 . . . usw. . Die Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform des Filters 30. Die Signale Y 1, I 1 und Q 1 werden in zugehörigen Verzögerungselementen 31 bis 33 um jeweils eine Teilbildperiode verzögert (525 Zeilen oder 1/60 Sekunden), und die so verzögerten Signale werden dann in zugehörigen Addieren 34 bis 36 mit ihren unverzögerten Versionen addiert, um die Summensignale Y 2, I 2 und Q 2 zu bilden. Das Differenzsignal ("Bewegungssignal" M 1) wird durch eine Subtrahierschaltung 37 erzeugt, die mit dem Eingang und mit dem Ausgang des Verzögerungselementes 31 verbunden ist.
Der nächste Schritt des Codierungsprozesses besteht darin, jedes der vom Filter 30 gelieferten Summen- und Differenzsignale einer Unterabtastung und Zeitdehnung zu unterwerfen, um die in den Fig. 2B und 2C gezeigten Abtastmuster für die Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. Diese Funktion übernimmt ein Konverter 40, der jede zweite Zeile eines jeden der Summen- und Differenzsignale auswählt und die jeweils gewählten Zeilen zeitlich um den Faktor 2 dehnt, um die verarbeiteten Summen-Ausgangssignale Y 3, I 3, Q 3 und das verarbeitete Differenz-Ausgangssignal M 2 zu liefern.
Der Konverter 40 enthält vier getrennte (einander gleiche) Konverter 41 bis 44 (Fig. 3), deren jeder so augebildet sein kann, wie es in Fig. 4A oder 4B gezeigt ist. In der Ausführungsform nach Fig. 4A wird das Eingangssignal (das jeweils zugeordnete Exemplar der Signale Y 2, I 2, Q 2 und M 1) vom Eingang 402 an den beweglichen Arm eines Vierpositionen- Wählschalters 404 gelegt, der mit der Zeilenfrequenz der Kamera 20 weitergeschaltet wird, also mit dem Doppelten (2 FH) der NTSC-Zeilenfrequenz. Die Signale am ersten und am dritten Pol der Schalters 404 werden in jeweils einen zugeordneten Einzeilen-Speicher (1H-Speicher) 406 bzw. 408 eingespeichert, und zwar mit einer Schreibtaktfrequenz, die z. B. das 8-fache des Farbhilfsträgers des verwendeten Systems (also 8 F sc ) beträgt und von einem Schreib/Lese-Taktgeber 410 geliefert wird. Da zwei Pole des Schalters 404 nicht angeschlossen sind, wird nur jede zweite Zeile der Summen- bzw. der Differenzsignale gespeichert. Die gespeicherten Zeilen werden abwechselnd über einen mit Zeilenfrequenz (FH) betriebenen Schalter 412 ausgelesen. Jede gespeicherte Zeile wird während der Auslesung um den Faktor 2 zeitlich gedehnt, indem man eine Lesetaktfrequenz verwendet, die halb so hoch wie die Schreibtaktfrequenz ist, im vorliegenden Fall also gleich 4 F sc . Das Überspringen von Zeilen durch den Schalter 404 bewirkt also das Zeilensprung-Format der Signale (Fig. 2B und 2C), und der Unterschied der Lesetaktfrequenz gegenüber der Schreibtaktfrequenz bewirkt die zeitliche Dehnung der ausgewählten Zeilen (von 31,75 Mikrosekunden in der Kamera 20 auf 63,5 Mikrosekunden gemäß der NTSC-Norm). Die Anordnung nach Fig. 4B ist in funktioneller Hinsicht gleich mit derjenigen nach Fig. 4A, sie benutzt jedoch einen mit Zeilenfrequenz betätigten Zweipositionen- Schalter 404 A und arbeitet mit Zweizeilen-Speicherung (2H-Speicher). In diesem Fall werden jeweils zwei Zeilen auf einmal mit dem 8-F sc -Schreibtakt gespeichert, jedoch wird jeweils nur eine Zeile ausgelesen, weil die Lesetaktfrequenz halb so hoch wie die Schreibtaktfrequenz ist. Dadurch wird jede zweite Zeile fallengelassen, und die wiedergewonnenen Zeilen erscheinen um den Faktor 2 zeitlich gedehnt.
Nach ihrer Verarbeitung im Konverter 40 haben die Signale Y 3, I 3 und Q 3 Zeilensprung-Format und erscheinen mit den Zeilen- und Teilbildfrequenzen der NTSC-Norm, so daß sie voll kompatibel mit dem Empfänger 16 sind. Es kann vorteilhaft sein, das Signal Y 3 einer Zeitfilterung im 1-3- MHz-Bereich zu unterwerfen, um gegenseitige Störungen mit dem Anreicherungssignal E minimal zu halten, das später in diesen Bereich umgesetzt wird. Die genannten Signale werden auf einen NTSC-Prozessor 50 gegeben, der ein NTSC- Signalgemisch erzeugt, das in einem Addierer 55 mit dem (noch zu beschreibenden) Anreicherungssignal E kombiniert und dann auf einen herkömmlichen Sender 56 gegeben wird, um es über die Strecke 12 an die Empfänger 14 und 16 zu übertragen. Der Prozessor 50 kann, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, durch einen herkömmlichen Farbartmodulator 51 und einen Addierer 52 verzögert das NTSC-Signalgemisch um 525 Zeilen (ein Vollbild), um die Verarbeitungs-Laufzeiten des Anreicherungssignals auszugleichen.
Das Anreicherungssignal E wird von einem Codierer 60 geliefert, der das in Zeilensprung-Format gebrachte Bewegungssignal M 2, das charakteristisch für Bildbewegungen von Teilbild zu Teilbild ist, in einen mittleren Bereich (1-3 MHz) des Leuchtdichte-Frequenzbandes derart umsetzt, daß es sich mit dem Videosignalgemisch nicht stört. Einzelheiten des Codierers 60 sind in Fig. 3 dargestellt. Der Codierer enthält ein Tiefpaßfilter 61, das die Bandbreite des Bewegungssignals M 2 auf 1 MHz begrenzt. Das so gefilterte Signal erfährt dann eine Kammfilterung mittels eines Vollbild-Verzögerungselementes (525 Zeilen Verzögerung) 62, eines Addierers 63 und einer Subtrahierschaltung 64. Die Ausgangssignale M 4 und M 5 des Addierers bzw. der Subtrahierschaltung werden in Multiplizierschaltungen 65 und 66 mit jeweils einer zugeordneten Umwandlungsfrequenz F 2 bzw. F 1 multipliziert, und die resultierenden Produktsignale M 6 und M 7 werden in einem Addierer 67 kombiniert, um das Anreicherungssignal E zu bilden.
Aus den Fig. 2B und 2C ist erkennbar, daß man die Signale Y 3 und M 3 nicht einfach addieren kann, denn die Hälfte der Terme würde sich dann auslöschen. Der Codierer 60 setzt das Signal M 2 in den 1-3-MHz-Bereich des Leuchtdichtebandes um, was durch Quadratur-Amplitudenmodulationen (QAM) unter Verwendung speziell ausgewählter Umwandlungsfrequenzen F 1 und F 2 geschieht. Die Quadraturmodulation wird gewählt, um das 1 MHz breite Signal M 4 und das 1 MHz breite Signal M 5 gleichzeitig in den 1-3- MHz-Bereich umsetzen. Da die Signale M 4 und M 5 bei nicht vorhandener Bildbewegung gleich Null sind und weil das QAM-Signal eine Modulation mit unterdrücktem Träger ist, besteht keine Gefahr einer Störung bei unbewegten bildern. Die Tiefpaßfilterung des Signals M 2 auf 1 MHz vor der Quadraturmodulation soll sicherstellen, daß die Modulationsbandbreite nicht bis unter 1 MHz oder bis über 3 MHz reicht; hiermit wird die Möglichkeit eines störenden Einflusses auf niedrigfrequente Leuchtdichtekomponenten verhindert und die Störung von Farbartkomponenten minimal gehalten. Wie noch erläutert werden wird, ist es die Wahl der Umwandlungsfrequenzen, wodurch Störungen der Leuchtdichte und Farbart im mittleren Bandbereich minimiert werden.
Das tiefpaßgefilterte Bewegungssignal M 3 hat nicht die geeignete Form, um es direkt einer Quadraturmodulation zuführen zu können. Es ist notwendig, daß das Signal M 2 in zwei Komponenten zerteilt wird. Diese Funktion übernimmt das Vollbild-Kammfilter, das aus den Elementen 62 bis 64 besteht und das tiefpaßgefilterte Bewegungssignal in spektral verkämmte Tiefpaß- und Hochpaßkompontenten M 4 und M 5 trennt. Mit den so erhaltenen beiden Komponenten des Signals M 3 führen die Elemente 65 bis 67 die Quadraturmodulation und die Vereinigung der Komponenten durch, um das Anreicherungssignal E zu erhalten. Um Störungen der Modulationsspektren zu vermeiden, wird dafür gesorgt, daß die Phase der Umwandlungsfrequenz F 2 von Vollbild zu Vollbild wechselt (d. h. mit der Frequenz FV/2).
Im einzelnen können die Umwandlungsfrequenzen F 1 und F 2 entweder ungeradzahlige oder geradzahlige Vielfache der halben Zeilenfrequenz sein, sie müssen jedoch einen vollbildfrequenten Offset aufweisen. Die Fig. 4C und 4D zeigen spezielle Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Erzeugung der Umwandlungsfrequenz, einmal als geradzahliges Vielfaches und einmal als ungeradzahliges Vielfaches der halben Zeilenfrequenz. In der Fig. 4C multipliziert eine phasensynchronisierte Schleife (PLL) 450, welche die Elemente 451 bis 455 umfaßt, die Farbhilfsträgerfrequenz F sc mit 3/5 und erzeugt damit eine Umwandlungsfrequenz F 1′, die gleich einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Zeilenfrequenz ist (273 FH/2). Da die I-Komponente des Farbartsignals Spektren hat, die sich in den 2-3-Mhz-Bereich erstrecken und dort bei ungeradzahligen Vielfachen von FH/2 liegen, wird ein mit FH/2 betätigter Phaseninverter 456 verwendet, um die Phase von F 1 in jeder zweiten Zeile umzukehren und dadurch eine mögliche Störung der breitbandigen I-Farbartkomponente zu vermeiden. Das Umwandlungssignal F 2 wird erhalten, indem das Signal F 1 in einer Verzögerungseinheit 457 um 90° verzögert wird. Da ein FV/2-Offset notwendig ist, um eine Störung der F 2-Spektren zu verhindern, ist ein Phaseninverter 458 vorgesehen, der die Phase des Signals F 2 mit Vollbildfrequenz (FV/2) umkehrt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4D sind die Umwandlungssignale geradzahlige Vielfache von FH/2, nämlich 260 FH/2. Eine aus den Elementen 461 bis 465 gebildete phasensynchronisierte Schleife 460 multipliziert den Farbhilfsträger F sc mit 4/7, um das Umwandlungssignal F 1 zu erzeugen. Da dies kein ungeradzahliges Vielfaches von FH/2 ist, braucht der Phaseninverter 456 hier nicht vorgesehen zu sein, um Störungen des Farbartsignals (I) zu vermeiden. Das Signal F 2 wird wie im Falle der Fig. 4C erhalten, indem die Phase des Signals F 1 verschoben und mit Vollbildfrequenz (FV/2) gewechselt wird.
Der für Progressivabtastung ausgelegte Empfänger 14 (Fig. 1) enthält eine Schaltungsanordnung zum Trennen des Anreicherungssignals E vom kompatiblen Eingangssignal S 1 und zur Wiederherstellung geeigneten Form für die Darstellung auf der Wiedergabeeinrichtung 18. Ein Tuner 70 setzt das HF-Signal S 1 in dessen Basisband-Form S 2 um. Ein Filter 80 trennt die NTSC- und die Anreicherungskomponenten (E- Komponente) voneinander. Ein Decoder 90 decodiert das E- Signal, um das Bewegungssignal M 2 wiederzugewinnen. Die NTSC-Komponente wird an eine Leuchtdichte Farbart-Trennschaltung 100 gelegt, welche die Farbartkomponente C auf einen Demodulator 110 und die Leuchtdichtekomponente (Y 3) auf zwei Filter gibt, nämlich ein Tiefpaßfilter 130 und ein Hochpaßfilter 140 mit jeweils der Grenzfrequenz 1 MHz. Der Demodulator 110 liefert die Farbartsignalkomponenten I 3 und Q 3 an eine Beschleunigungsschaltung 140, welche die Zeilenfrequenz dieser Komponenten verdoppelt, indem sie jede Zeile wiederholt, um mit doppelter Zeilenfrequenz auftretende Farbartkomponenten I 4 und Q 4 auf eine Matrixschaltung 150 zu geben. (Statt der Zeilenwiederholung kann auch eine Interpolation angewandt werden.) Das hochpaßgefilterte Leuchtdichtesignal (Y 4) wird an eine Beschleunigungsschaltung 160 gelegt, die ein Leuchtdichtesignal Y 6 doppelter Zeilenfrequenz erzeugt, indem sie Zeilen augenblicklich erscheinender und Zeilen zuvor empfangener Teilbilder des Signals Y 4 komprimiert und verschachtelt. Das tiefpaßgefilterte Leuchtdichtesignal Y 5 (A + B) wird gemeinsam mit dem decodierten Bewegungssignal M 2 (A - B) an eine Matrix- und Beschleunigungsschaltung 170 gelegt, die ein Anreicherungssignal Y 7 doppelter Zeilenfrequenz erzeugt, indem sie den niedrigfrequenten Teil des Leuchtdichtesignals Y 3 mit dem wiedergewonnenen Bewegungssignal (Differenzsignal) M 2 matriziert und zeitlich komprimiert. Ein Addierer 180 kombiniert die Leuchtdichtesignale Y 6 und Y 7 und legt die Summe Y 8 an die Matrixschaltung 150, die dann ihrerseits RGB-Signale im Progressivabtastungs- Format an die Wiedergabeeinrichtung 18 liefert.
Die Fig. 2D veranschaulicht den Betrieb der Matrix- und Beschleunigungsschaltung 170 für die Wiederherstellung z. B. des Teilbildes "B" des Kamerasignals. Die Zeile B 1 wird erzeugt durch zeitliche Komprimierung und Matrizierung des niedrigfrequenten Teils des Leuchtdichtesignals Y 5 und des Bewegungssignals M 2. Im einzelnen ist für die Zeile 1 des Teilbildes B das Signal Y 7 gleich A 1 + B 1des vorangehenden Teilbildes minus A 1 - B 1 des vorangegangenen Teilbildes. Alle ungeradzahligen Zeilen werden auf diese Weise wiedergewonnen (z. B. B 3 = (A 3 + B 3) - (A 3 - B 3), usw.), Die geradzahligen Zeilen werden durch Addition von Zeilen des augenblicklichen (laufenden) Teilbildes wiedergewonnen (B 2 = (B 2 + C 2) + (B 2 -C 2), usw.). Auf diese Weise werden alle Zeilen des Original-Teilbildes "B" wiedergewonnen.
Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Filters 80 und des Decoders 90. Das angereicherte Signal wird an der Klemme 502 zugeführt und von dort an ein 1-3-MHz-Bandpaßfilter 504 gelegt. Das Ausgangssignal dieses Filters wird in einer Subtrahierschaltung 506 von seinem Eingangssignal subtrahiert, um im Ausgangssignal der Subtrahierschaltung einen unterdrückten Frequenzbereich ("Kerbe") von 1 bis 3 MHz herzustellen, wie in der Figur gezeigt. Ein auf Vollbildbasis arbeitendes Kammfilter 508, 509, 510 trennt die Signale Y 3 und E vom gefilterten Signal. Das kammgefilterte Signal Y 3 wird in einem Addierer 511 mit dem Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 506 addiert, um das Leuchtdichte-Summensignal wiederherzustellen. Das Subtraktions-Ausgangssignal (am Ausgang von 510) des Vollbild-Kammfilters 508-510 wird im Decoder 90 demoduliert, um das Bewegungssignal M 2 zu erhalten. Der Decoder 90 enthält einen Oszillator 92, der Umwandlungssignale F 1 und F 2 erzeugt, wie sie weiter oben beschrieben wurden. Das Signal E wird in Multiplizierschaltungen 94 und 96 mit F 1 bzw. F 2 multipliziert, und die resultierenden Produktsignale werden in einer Addierschaltung 98 miteinander addiert, um das Bewegungssignal M 2 wiederzugewinnen.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen Einzelheiten der Beschleunigungsschaltungen 140, 160 und 170. In der Schaltung nach Fig. 6 werden die Signale I 3 und Q 3 mit Hilfe von Schaltern 606-609 in zugeordnete Speicher (602-605) mit einer Schreibtaktgeschwindigkeit von z. B. 4 F sc eingespeichert und dann jeweils zweimal mit einer Lesetaktfrequenz von 8 F sc wieder ausgelesen. So erfährt sowohl das I- als auch das Q-Signal eine Verdoppelung der Zeilenfrequenz durch Wiederholung jeder Zeile. In der Schaltung nach Fig. 7 wird die Zeilenfrequenz des hochfrequenten Leuchtdichtesignals Y 4 verdoppelt. Hierzu wird das Signal Y 4 in einer Einheit 702 um ein Teilbild verzögert. Ein Schalter 710 gibt das verzögerte und das unverzögerte Signal Y 4 in jeweils einen Speicher 703 bzw. 704, während ein Schalter 712 die vorher in den Speichern 705 und 706 gespeicherten verzögerten und unverzögerten Zeilen nacheinander mit dem Doppelten der Schreibtaktfrequenz ausliest. So wird jede Zeile des Signals Q 4 zeitlich komprimiert und mit Zeilen des vorangegangenen Teilbildes verschachtelt. In der Schaltung nach Fig. 8 addiert ein Addierer 802 das Leuchtdichtesignal Y 5 und das Bewegungssignal M 2 miteinander, und eine Subtrahierschaltung 804 subtrahiert diese Signale voneinander. Das Differenzsignal wird in einer Einheit 806 um eine Teilbildperiode verzögert. Das um ein Teilbild verzögerte Differenzsignal und das nicht-verzögerte Summensignal werden zeitlich komprimiert und miteinander verschachtelt, indem ein Schalter 808 diese Signale parallel in Speicher 810-813 leitet. Während ein Schalter 820 die gespeicherten Signale sequentiell mit dem Doppelten der Schreibtaktfrequenz ausliest.
Das System nach Fig. 1 kann in der in Fig. 9 gezeigten Weise modifiziert werden, um das Anreicherungssignal E und Zusatzdaten über eine gesonderte Übertragungsstrecke 12′ an den Empfänger 14 zu senden. Im modifizierten System nach Fig. 9 sind der Decoder 60, der Addierer 55, das Filter 80 und der Decoder 90 fortgelassen. Das kompatible NTSC-Signal S 1 wird direkt auf einen Sender 56 gegeben, um es über einen ersten Weg 12 (Kanal 1) an den Tuner 70 zu senden, der das kompatible Basisbandsignal (Summensignal) wiedergewinnt, um es direkt an die Y/C- Trennschaltung 100 zu legen. Das Anreicherungssignal E enthält das Bewegungssignal M 2, das in einer Vereinigungsschaltung 902 mit Zusatzdaten aus einer Zusatzdatenquelle 904 kombiniert worden ist. Dieses Anreicherungssignal E wird über einen zweiten Sender 56′ und die Übertragungsstrecke 12′( Kanal 2) an den Empfänger 14 gesendet. Die Zusatzdaten können digitale Tonsignale, Videosignale für die Randbereiche von Breitbildern oder andere geeignete Daten umfassen. Im Empfänger ist ein zweiter Tuner 70′ vorgesehen, um das gesendete Anreicherungssignal in das Basisband umzusetzen, und eine Zusatzdaten-Trennschaltung 930, welche die Bewegungskomponente M 2 und die Zusatzdaten trennt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entfällt durch die Verwendung getrennter Kanäle die Notwendigkeit, das Bewegungssignal M 2 wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zu codieren. Zwar sind zwei Kanäle erforderlich, jedoch bringt der zweite Kanal auch Kapazität für Toninformation und zusätzliche Erweiterungen des Videosignals (z. B. für das Breitbild-Fernsehen). Das über den Kanal 1 gesendete Signal ist wie im Falle der Fig. 1 voll kompatibel mit üblichen gegenwärtigen Empfängern.

Claims (11)

1. Codierer für ein progressiv abtastendes Fernsehsystem, mit einer Signalquelle zur Lieferung eines ersten Leuchtdichtesignals, das ein gegebenes Format der Zeilenabtastung hat und eine Zeilenfrequenz aufweist, die größer ist als diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm, gekennzeichnet durch:
eine Zeitfilteranordnung (30), die mit der Signalquelle (20) gekoppelt ist, um einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals (Y 1) zur Bildung eines Summen-Ausgangssignals (Y 2) zu addieren und um die entsprechenden Zeilen der benachbarten Teilbilder zur Bildung eines Differenzsignals (M 1) zu subtrahieren;
einen unterabtastenden und zeitdehnenden Konverter (40), der mit der Filteranordnung (30) gekoppelt ist und jede zweite Zeile sowohl des Summensignals als auch des Differenzsignals auswählt und die ausgewählten Zeilen des Summensignals und des Differenzsignals zeitlich um einen gewählten Faktor dehnt, um ein verarbeitetes, mit der gegebenen Rundfunk-Sendenorm kompatibles Summen-Ausgangssignal (Y 3) und ein verarbeitetes Differenz- Ausgangssignal (M 2) zu bilden;
eine mit dem Konverter gekoppelte Übertragungseinrichtung (55, 56, 60) zur Übertragung der Ausgangssignale.
2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung folgendes aufweist:
eine Codiereinrichtung (60) zum Umsetzen des verarbeiteten Differenzsignals in einen mittleren Bereich des Bandes des verarbeiteten Summensignals;
eine Vereinigungsschaltung (55) zum Vereinigen des umgesetzten Differenzsignals mit dem verarbeiteten Summensignal;
eine Einrichtung (56) zum Übertragen der vereinigten Signale in einem gemeinsamen Kanal (12).
3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (60) eine Einrichtung enthält, die das verarbeitete Differenzsignal einem Träger in Quadraturmodulation aufmoduliert.
4. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadraturmodulationseinrichtung folgendes enthält:
eine erste Einrichtung (62, 63, 64) zum Aufteilen des verarbeiteten Differenzsignals in zwei Komponenten;
eine zweite Einrichtung (65, 66) zum Multiplizieren der beiden Komponenten mit jeweils einer von zwei Quadratur- Trägerfrequenzen, um zwei Produktsignale zu bilden;
eine dritte Einrichtung (67) zum Summieren der von der zweiten Einrichtung erzeugten Produktsignale.
5. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung getrennte Übertragungskanäle für die Übertragung der Ausgangssignale aufweist.
6. Empfänger für ein progressiv abtastendes Fernsehsystem, gekennzeichnet durch:
eine Eingangseinrichtung (70, 80) zum Empfang einer codierten Darstellung eines Videoeingangssignals und zur Erzeugung zweier Leuchtdichte-Ausgangssignale, deren erstes eine Summe einander entsprechender Zeilen benachbarter Teilbilder eines progressiv abgetasteten Bildes darstellt und deren zweites eine Differenz der besagten entsprechenden Zeilen des progressiv abgetasteten Bildes darstellt;
eine Filtereinrichtung (120, 130) zum Trennen des ersten Leuchtdichtesignals in einen hochfrequenten und einen niedrigfrequenten Teil;
eine erste Beschleunigungsschaltung (160) zur Verdoppelung der Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils durch zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen des jeweils augenblicklich empfangenen Teilbildes und eines jeweils vorangehenden Teilbildes, um ein Leuchtdichte-Ausgangssignal mit doppelter Zeilenfrequenz zu erzeugen;
eine zweite Beschleunigungsschaltung (170) zur Erzeugung eines Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten Teils des ersten Leuchtdichtesignals mit dem zweiten Leuchtdichtesignal;
eine Einrichtung (180) zum Vereinigen des Leuchtdichtesignals doppelter Zeilenfrequenz und des Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz für die Ansteuerung einer Bildwiedergabeeinrichtung.
7. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Leuchtdichte-Ausgangssignal durch Quadratur- Amplitudenmodulation als eine Komponente der Eingangssignal- Darbstellung übertragen wird und daß die Eingangseinrichtung eine Einrichtung (90) enthält, welche die Quadratur-Amplitudenmodulationskomponente durch Multiplikation mit zwei in Quadratur zueinander stehenden Signalen demoduliert, von denen eines eine Komponente mit einem vorbestimmten zeitlichen Offset hat.
8. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung ein Filter (80) enthält, um die erste Leuchtdichtekomponente aus der Eingangssignal- Darstellung abzutrennen, und einen Quadratur-Demodulator (90), um die zweite Leuchtdichtekomponente aus der Eingangssignal-Darstellung abzutrennen.
9. Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadratur-Demodulator (90) eine erste und eine zweite Quadratur-Umwandlungsfrequenz verwendet, von denen eine einer Phasenumkehr mit Vollbildfrequenz unterworfen wird.
10. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er gesonderte Tuner (70, 70′) enthält, um das erste und das zweite Leuchtdichtesignal aus der Videoeingangssignal- Darstellung zu gewinnen.
11. Verfahren zur Codierung eines progressiv abgetasteten Fernsehsignals mit einer Zeilenfrequenz, die größer ist als diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm, dadurch gekennzeichnet, daß für einander entsprechende Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder jeweils ein Summen- und ein Differenzsignal gebildet wird und daß abwechselnde Zeilen sowohl des Summen- als auch des Differenzsignals ausgewählt und zeitlich gedehnt werden, um ein mit der Rundfunk-Sendenorm kompatibles Summensignal und ein entsprechendes Differenzsignal zu erzeugen.
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