DD295476A5 - Fernsehuebertragungssystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Fernsehuebertragungssystem nach dem ,letter box'-Verfahren wird innerhalb eines 4:3-Bildformats ein aktives Bild mit dem Format 16:9 uebertragen. Die Nachteile des Zwischenzeilenverfahrens (z. B. Zeilenflimmern, Kantenflackern) bleiben aber bestehen. Im Sender wird ein progressives 16:9-Fernsehsignal mit 575 aktiven Zeilen erzeugt, in vertikaler Richtung auf 431 Zeilen transcodiert, in ein Zeilensprungsignal umgewandelt, mit Zusatzinformationen versehen und als kompatibles Fernsehsignal im ,letter box'-Format uebertragen. Die Zusatzinformationen bestehen aus Signalanteilen, mit denen aus dem Interlace-Signal wieder ein progressives Signal mit einer vertikalen Aufloesung, die der des Quellsignals angenaehert ist, erzeugt wird (P 3912470) und/oder aus hoeheren vertikalen Spektralanteilen, die bei der Transcodierung im Sender abgetrennt werden (P 3926388) und/oder aus hoeheren horizontalen Spektralanteilen, die bei der horizontalen Kompression vom 16:9- ins 4:3-Format im Sender abgetrennt werden (P 3926388). Im Gegensatz zu P 3912470 wird die entsprechende Zusatzinformation aber nicht fuer die Wiedergewinnung eines progressiven Fernsehsignals mit 575 aktiven Zeilen sondern fuer die Wiedergewinnung des auf 431 Zeilen transcodierten progressiven Fernsehsignals erzeugt. Ein 16:9-Empfaenger liefert ein formatfuellendes 16:9-Bild in progressiver Darstellung mit 431 Zeilen. Fuer Fernsehempfaenger mit 4:3-Bildformat sowie erweitertem 16:9-Bildformat. Fig. 3{4:3-Bildformat; Zwischenzeilenverfahren; 16:9-Fernsehsignal; Zeilensprungsignal; Zusatzinformationen; Interlace-Signal; progressives Signal; Spektralanteile; horizontale Kompression; 16:9-Empfaenger}

Description

Hierzu 9 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Fernsehübertragungssystem. Für die Einführung eines 16:9-Broitbildformates in bestehende Femsehstandards (z.B. PAL, SECAM, NTSC) mit dem Format 4:3 wird das sogenannte „letter-box"-Verfahren diskutiert („Verbesserungsmöglichkeiten und Entwicklungstendenzen bei PAL", G.Holoch, Vortrag FKTG 17.01.1989 in Berlin und „Künftige Fernsehsysteme", F.Müller-Römer, Fernseh-und Kinotechnik, 43. Jahrgang, Nr.6/1989und „Die neuen Wege des alten PAL", Dr. A.Ziemer, E.Matzel, Funkschau Nr. 18/1989). Bei diesem Verfahren wird in kompatibler Weise auf dem 4:3-Empfänger die gesamte Bildinformation der 16:9-Aufnahme dargestellt mit nicht durch sichtbaren Bildinhalt gefüllten Streifen am oberen und unteren Bildrand.

Dies geschieht dadurch, daß im Studio aus einem 16:9-lnterlace-Bild mit z. B. 625 Zeilen von den 575 aktiven Zeilen vollbildweise jede vierte Zeile herausgenommen wird und bestimmte Zeilen als Zusatzinformation in den dadurch über und unter dem aktiven Bild verbleibenden Streifen übertragen werden. Das aktive Bild im 4:3-Empfänger umfaßt dann 431 Zeilen und die Randstreifen jeweils 72 Zeilen. Diese Art der Darstellung von z. B. Spielfilmen mit 16:9-Format im 4:3-Empfänger ist auch bisher üblich gewesen und erfordert vom Betrachter keine Umgewöhnung.

Weil das Verhältnis der beiden Bildformate dem Verhältnis von der ursprünglichen zur verringerten Zeilenzahl entspricht, wird die Geometrievßrzerrung durch die Herausnahme der Zeilen wieder ausgeglichen.

Der 16:9-Empfänger wertet nun die Information aus den beiden Randstreifen aus und erhöht die auf 431 reduzierte Zahl der aktiven Zeilen wieder auf 575 und erzeugt damit ein formatfüllendes 16:9-Bild.

Aber zum einen können verfahrensbedingte Störmuster auftreten und zum anderen sind die Nachteile des Zwischenzeilenverfahrens (z. B. Zeilenflimmern, Kantenflackern) noch vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompatibles Übertragungssystem für ein 16:9-Fernsehsignal anzugeben, welches bei Standardempfängern Bilder im 4:3-Format im „letter box"-Verfahren und bei verbesserten Empfängern Bilder im 16:9-Format mit progressiver Darstellung liefert, insbesondere mit einer dem Quellsignal entsprechenden Horizontalauflösung. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zunächst wird auf der Senderseite ein progressives Fernsehsignal im 16:9-Format mit z.B. 575 aktiven Zeilen digitalisiert, dann in vertikaler Richtung auf 431 Zeilen transcodiert, in ein Zeilensprungsignal umgewandelt, mit Zusatzinformationen versehen und als kompatibles Fernsehsignal im bekannten 4:3-Format übertragen.

Die Zusatzinformationen bestehen aus Signalanteilen, die es ermöglichen, aus dem Interlace-Signal wieder ein progressives Signal mit einer vertikalen Auflösung, die der des Quellsignals angenähert ist, zu erzeugen (siehe P 3912470) und/oder aus höheren vertikalen Spektralanteilen, die bei der Transcodierung im Sender abgetrennt werden (siehe P 3926388) und/oder aus höheren horizontalen Spektralanteilen, die bei der horizontalen Kompression durch die Umwandlung vom 16:9- ins 4:3-Format im Sender abgetrennt werden (siehe P 3926388).

Im Gegensatz zu dem Verfahren nach P 3912470 wird die entsprechende Zusatzinformation aber nicht für die Wiedergewinnung eines progressiven Fernsehsignals mit 575 aktiven Zeilen, sondern für die Wiedergewinnung des auf 431 Zeilen transcodierten progressiven Fernsehsignals erzeugt.

Die Zusatzinformationen können sowohl in den beiden Randstreifen als auch in der vertikalen Austastlücke (siehe P 3912470) als auch durch eine zusätzliche Modulation der Farbträger 'siehe P 3926388) übertragen werden.

Ein 4:3-Empfänger wertet die Zusatzinformationen nicht aus, sondern stellt das Fernsehsignal wie im oben beschriebenen „letter-box"-Verfahren dar.

Ein verbesserter Empfänger mit einem Bildformat von 16:9 enthält einen Decoder, der die Zusatzinformation auswertet und ein formatfüllendes 16:9-Bild in progressiver Darstellung mit 431 Zeilen liefert.

Die Zusatzinformationen, die im 16:9-Empfängerdie progressive Darstellung unterstützen, werden auch als „Helper-Signal" bezeichnet. Dieses Helper-Signal kann im Sender generiert werden, indem das Zwischenzeilensignal in ein progressives Signal mit 431 Zeilen interpoliert wird und das Differenzsignal zum progressiven 431 Zeilen-Quellsignal mit Hilfe einer Bandbegrenzung und Zeitkomprimierung gebildet und codiert wird. Das Helper-Signal kann vorteilhaft in den Randstreifen übertragen werden, wobei es dem Farbträger mit Hilfe einer Modulationsart, bei der ein 4:3-Empfänger keinen sichtbaren Bildinhalt demoduliert, mit reduzierter Amplitude und mit in den Ultraschwarzbereich hineinreichenden Amplitudenanteilen aufmoduliert werden kann (z.B. gemäß P 4021698).

Die Zusatzinformationen, die die höheren horizontalen Luminanz-Spektralanteile darstellen, können dann vorteilhaft im aktiven Bildbereich mit Hilfe einer Zusatzmodulation des Farbträgers übertragen werden, wobei diese Luminanzspektralanteile mit den bekannten Chrominanzsignalen kombiniert werden. Dabei können vorteilhaft Crosscolour- und Crossluminanz-Störungen im 16:9-Empfänger vermieden werden, wenn diese kombinierten Signalanteile mit einer „Frame-Average"-Methode (Vollbild-Mittelwertbildung) übertragen werden. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen in

Fig. 1: ein Bild im Format 16:9;

Fig. 2: das Bild aus Fig. 1 mit vertikal komprimiertem aktiven Teil und Zusatzinformation in den beiden Randteilen;

Fig. 3: Darstellung des aktiven Teils des Bildes aus Fig. 2 im 4:3-Empfänger (bekannt);

Fig.4: zweidimensionale Darstellung der übertragenen Luminanz- und Chrominanz-Auflösung;

Fig.5: dreidimensionale Darstellung der übertragenen Luminanz- und Chrominanz-Auflösung;

Fig. 6: ein Codierungsschema;

Fig.7: einen Coder;

Fig.8: einen Decoder·

Fig.9: eine Schaltung für das „Intraframe-Avorage"-Verfahren;

Fig. 10: einen Vertikal-Separator;

Fig. 11: zeitliche Abfolge der Helper-Signal-Übertragung.

Fig. 1 zeigt ein Fernsehbild im Bildformat 16:9, wie es in einem 16:9-Studio erzeugt wird, mit einem Kreis.

Fig. 2 zeigt, wie das Fernsehbild aus Fig. 1 in einem bekannton 16:9-Coder im aktiven Bereich (20) vertikal komprimiert wird. Aus den 575 aktiven Zeilen (10) in Fig. 1 werden durch vertikale Kompression um den Faktor 4/3 431 Zeilen als aktiver Bildteil (20) für einen 4:3-Empfänger erzeugt. Diese Kompression geschieht durch Entfernen jeder vierten Zeile aus dem Bild aus Fig. 1 oder durch eine vertikale Interpolation. Durch die Kompression hat sich die Geometrie des Kreises geändert. Die aus dem aktiven Bildteil (20) entfernten Zeilen bzw. zur Decodierung im 16:9-Empfänger benötigten Zeilen werden in den beiden Randstreifen (21,

22) als Zusatzsignal übertragen.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß ein 4:3-Empfänger den aktiven Teil (20) des Bildes aus Fig. 2 im aktiven Bereich (30) wiedergibt. Durch die horizontale Kompression des 16:9-Formats in das 4:3-Format um den Faktor 4/3 ist die ursprüngliche Geometrie des Kreises aus Fig. 1 wiederhergestellt. Ein Betrachter hat den vollen Bildinhalt aus Fig. 1 zur Verfügung, allerdings mit reduzierter vertikaler Auflösung und mit schwarzen Streifen (31,32) am oberen und unteren Bildrand. Damit das in den Streifen enthaltene Zusatzsignal nicht störend sichtbar wird, muß es in seiner Amplitude im 16:9-Coder entsprechend abgesenkt werden und sich im Ultraschwarzbereich (zwischen Synchron- und Schwarzpegel) befinden.

In dem bekannten 16:9-Empfänger wird das Zusatzsignal in den Randstreifen (31,32) entsprechend verstärkt und zusammen mit dem aktiven Bildteil (30) in Verbindung mit der horizontalen 16:9-Expansion zu einem Bild wie in Fig. 1 geformt.

Für ein erfindungsgemäßes 16:9-Fernsehübertragungssystem zeigt Fig. 1 ein progressives Quellsignal im Format 16:9. Aus dem Fernsehsignal mit 575 aktiven Zeilen (10) in Fig. 1 wird durch vertikale Transcodierung mit dem Faktor 3/4 ein Fernsehsignal mit einem aktiven Bildteil (20) von 431 Zeilen für einen 4:3-Empfänger und für einen 16:9-Empfänger erzeugt. Diese Transcodierung geschieht durch eine entsprechende vertikale Interpolation mit digitalen Filtarn. Durch die Transcodierung hat sich die Geometrie

des Kreises im aktiven Bildteil (20) geändert. Anschließend wird aus diesem progressiven 431-Zeilen-Signal zusammen mit dem oberen und unteren Randstreifen ein Zwischenzeilensignal mit synthetischem Interlace erzeugt, daß noch horizontal mit dem Faktor 3/4 komprimiert wird.

Die Zusatzsignale enthalten durch die horizontale Kompression abgetrennte Spektralanteile und Signalanteile, die es einem 16:9-Empfanger ermöglichen, aus dem Zwischenzeilensignal (Fig.3) mit 431 aktive; Zeilen (30) ein progressives Signal mit 431 Zeilen und einer vertikalen Auflösung, die der des 431-Zeilen-Quellsignals nahtxommt, zu erzeugen. Durch die Spektralanteile aus der horizontalen Kompression im Zusatzsignal wird es dem 16:9-Empfänger ermöglicht, eine horizontale Auflösung, die der des 431-Zöilen-Quellsignals nahekommt, zu erzeugen.

Die Spektralanteile aus der horizontalen Kompression werden gemäß P 3926388 auf den PAL-Farbträger aufmoduliert unter doppelter Ausnutzung seiner Spektralberoiche und der andere Teil der Zusatzsignale wird in der vertikalen Austastlücke und in den bdiden Randstreifen übertragen.

Für Fernsehsysteme mit anderen Zeilenzahlen ändern sich die Zahlen entsprechend. Für ein Fernsehsystem mit 525 Zeilen bzw. 481 aktiven Zeilen können z. B. die Randstreifen (21 und 22) jeweils 60 Zeilen enthalten und der aktive Bereich (20)361 Zeilen. In Fig.7a und 7 b ist ein Coder für ein zweites erfindungsgemäßesFernsehübertragungssystem dargestellt. Eine Kamera 711 erzeugt Bildsignale in einer Norm 625 Zeilen/öOHz/progressiv. Das Bildformat ist 16:9, die Bandbreite der RGB-Signale ist jeweils 13,34MHz. Die RGB-Signale am Ausgang der Kamera 711 werden einer Matrix 712 zugeführt, in der sie in Komponentensignale Y, U, V umgewandelt werden und anschließend einem A-/D-Wandler 713 zugeführt werden. Die Ausgangssignale des A-/D-Wandlers 713 werden einem Format-Wandler 714 zugeführt, der 576 aktive Zeilen in 432 aktive Zeilen vertikal transcoJioft. Der Format-Wandler 714 kann vier Zeilenspeicher enthalten und ein Polyphasen-FIR-Filter mit fünfzehn Koeffizienten benutzen: -2, -5, -6, -1,12, 29,44, 50,44,29,12, -1, -6, -5, -2. Durch einen entsprechend angepaßten Format-Wandler 714 können auch Fernsehsignale der Norm 1250/50/2:1 codiert werden.

Die Komponentensignale Y, U, V werden in einem ersten Tiefpaßfilter 721 vertikal vorgefiltert, um Aliasstörungen im Zwischenzeilensignal weitgehend zu vermeiden. Dieses erste Tiefpaßfilter 721 zur Vertikalfilterung kann folgende Koeffizienten verwenden: -1,2,6, -31,59,186,59, -31,6,2, -1.In einor anschließenden Interlace-Schaltung 722 werden aus den progressiven Komponentensignalen Komponentensignale im Interlace-Format unterabgetastet. Die U- und V-Komponenten werden einer ersten ,Intraframe-Average'-Schaltung 723 zugeführt und anschließend einem Mittelwertbildner 724. In einer ,Intraframe-Average'-Schaltung wird innerhalb jedes Vollbilds aus den Werten von aus jeweils zwei übereinanderliegenden, einem Zeilenpaar entnommenen Bildpunkten der Mittelwert gebildet und dieser Mittelwert anstelle der Werte der beiden ursprünglichen Bildpunkte eingesetzt. In dem Mittelwertbildner 724 wird aus jeweils zwei übereinanderliegenden, in der ersten ,Intraframe-Average'-Schaltung 723 gebildeten Mittelwerten wiederum ein Mittelwert gebildet und als Wert für die U- und V-Anteile der entsprechenden v^er übereinanderliegenden Bildpunkte eingesetzt (siehe Figur 6). An dieser Stelle ergibt sich für die Chrominanzkomponenten U und V eine nutzbare vertikalfrequente Auflösung von 54cy/ph (cycles per picture hight). Die Ausgangssignale des Mittelwertbildners 724 werden einem ersten Addierer 761 und einem zweiten Addierer 762 zugeführt. Die Y-Komponente aus Interlace-Schaltung 722 wird einem zweiten Tiefpaßfilter 731, einem Bandpaßfilter 732, einem Hochpaßfilter 733 und einem Interpolator 751 zugeführt. Im zweiten Tiefpaßfilter 731 wird das Signal Yl mit einer Grenzfrequenz von 2,76MHz gebildet. Dazu können folgende Filter-Koeffizienten verwendet werden: -1, -2,2,6,1, -13, -15,20,77,106,77, 20,-15,-13,1,6,2,-2,-1.

Im Bandpaßfilter 732 wird das Signal Ybp mit einem Frequenzbereich von 2,76MHz bis 5MHz gebildet. Dazu können folgende Filter-Koeffizienten verwendet werden: 2,1, -4,0, -9,15, 29, -58, -19, 86, -19, -58, 29,15, -9,0, -4,1,2. Das Signal Yl wird über eine Verzögerungsschaltung 736 einem dritten Addierer 739 zugeführt. Das Signal Ybp wird über eine zweite ,Intraframe-Average'-Schaltung 737 ebenfalls dem dritten Addierer 739 zugeführt. Das Ausgangssignal des dritten Addierers 739 mit den Anteilen Yl und Ybp wird D-/A-gewandelt (nicht dargestellt) und gelangt zu einem PAL-Modulator 763. Das Ausgangssignal von Hochpaßfilter 733 enthält Frequenzanteile von 5 bis 6,67 MHz, die beispielsweise mit den Koeffizienten -1,1,2, -6,8, -2, -15,38, -58,66, -58,38, -15, -2,8, -6,2,1, -1 gewonnen werden, und wird in einem ersten Modulator 734 einem Träger von 6,75MHz aufmoduliert. Von dessen Ausgangssignal wird der Basisbandanteil in einem vierten Tiefpaßfilter 735 mit 1,75MHz Grenzfrequenz abgespalten und stellt das Signal Yh dar. Dieses Tiefpaßfilter kann die Koeffizienten 1, 0, -3, 0,10,16,10, 0, -3,0,1 verwenden.

Das Signal Yh wird einer dritten ,Intraframe-Average'-Schaltung 738 zugeführt. Von dort gelangt es zu einem Zeilendemultiplexer 740, der die Signalanteile Yh 1 und Yh 2 erzeugt. Yh 1 wird ebenfalls dem ersten Addierer 761 zugeführt und bildet dann zusammen mit der U-Komponente das Signal U*. Der zweite Signalanteil Yh 2 wird dem zweiten Addierer 762 zugeführt und bildet das Signal V^#. Die Signale U* und V* werden D-/A-gewandelt (nicht dargestellt) und gelangen ebenfalls zum PAL-Modulator 763. Damit wird Yh im aktiven Bildbereich übertragen. Das Ausgangssignal des PAL-Modulators 763 wird einem vierten Addierer 77 zugeführt.

Im Interpolator 751 wird aus den 432 aktiven Zeilen im Interlace-Format wieder ein progressives Format mit 432 aktiven Zeilen geformt. Es wird damit eine entsprechende Interpolation in einem Decoder nachgebildet. Das Ausgangssignal von Interpolator 751 wird in einem Subtrahierer 752 von der Y-Komponente am Ausgang des Format-Wandlers 714 abgezogen. Dieses Differenzsignal wird in einem zweiten Modulator 7F3 in eine Basisbandlage umgesetzt und einer zweiten Interlace-Schaltung 754 zugeführt. Es schließt sich ein drittes Tiefpaßfilter 755 mit einer Grenzfrequenz von 1,47 MHz an mit beispielsweise folgenden Koeffizienten: -4, -2,1,9, 21, 34,45,48,45,34, 21,9,1, -2, -4.

In einem nachfolgenden Kompressor 756 wird eine Zeitkompression um den Faktor 3 durchgeführt und es werden die Helper-Signal-Abschnitte von jeweils drei Zeilen innerhalb einer Zeile angeordnet und auf die beiden Randstreifen von jeweils 2* 72 Zeilen aufgeteilt. Dieses Helper-Signal wird D-/A-gewandelt (nicht dargestellt), einem ,Letterbox'-Modulator 757 und anschließend dem vierten Addierer 77 zugeführt.

Im ,Letterbox'-Modulator 757 wird das Helper-Signal auf den Farbträger moduliert. Der Gleichspannungspegel am Ausgang liegt 5OmV unter dem Schwarzpegel, das Modulationssignal hat eine Amplitude von 500mVss. Weil die Vertikalauflösung der Chrominanzsignale nicht die im Interlace-Format übertragbare maximale Vertikalfrequenz überschreitet, benötigen die Chrominanzsignale kein Helper-Signal.

Am Ausgang des vierten Addierers steht das Ausgangssignal 70 zur Verfügung, welches die Anteile Y!, Ybp, Yh, Helper-Signal, U und V enthält. Dieses Signal wird dann übertragen.

Bedingt durch das,Intraframe-Average'-Verfahren beträgt die zeitliche Auflösung für die Signale Ybp, Yh, U und V 12,5Hz. Die ,Intraframe-Average'-Schaltungen 723, 737 und 738 enthalten eine Schaltung, wie sie in Fig.9 angegeben ist. Das Eingangssignal 90 wird einem Addierer 93 zugeführt. Der Ausgang des Addierers 93 ist über einen Halbbildspeicher 94 und mit einer separaten Leitung direkt mit den Eingängen eines ersten Umschalters 92 verbunden, an dem das Ausgangssignal der Schaltung abgreifbar ist. Der Ausgang des Halbbildspeichers 94 und eine Masseleitung sind mit den Eingängen eines zweiten Umschalters 91 verbunden, der seinerseits an den Addierer 93 angeschlossen ist. Während eines ersten Halbbildes wird in den Halbbildspeicher 94 dieses erste Halbbild eingelesen. Gleichzeitig wird der Halbbildspeicher 94 ausgelesen und dieses Signal (zunächst kein Bildinhalt) dem Ausgang der Schaltung zugeführt. Während eines zweiten Halbbildes wird die Summe des aus dem Halbbildspeicher 94 ausgelesenen ersten Halbbildes und des am Eingang 90 anliegenden zweiten Halbbildes in den Halbbildspeicher 94 eingelesen. Am Ausgang der Schaltung wird ebenfalls dieses Summensignal abgegeben. Anschließend wird ein drittes Halbbild in den Halbbildspeicher 94 eingelesen, während gleichzeitig das gespeicherte Summensignal aus dem ersten und zweiten Halbbild aus dem Halbbildspeicher 94 ausgelesen und dem Ausgang der Schaltung zugeführt wird. Während eines vierten Halbbildes wird das Summensignal aus dem gespeicherten dritten Halbbild und dem am Eingang 90 anliegenden vierten Halbbild in den Halbbildspeicher 94 eingelesen und dem Ausgang der Schaltung zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich jetzt fortlaufend. Bei 431 bzw. 432 aktiven Zeilen ist eine maximale Vertikalfrequenz von 216cy/ph übertragbar. Die Chrominanzsignale U und V belegen 2*54cy/ph. Es verbleibt ein Spektralraum von 108cy/ph in fy-Richtung, der die Signalanteile Yh aufnehmen kann.

Die horizontale Bandbreite der Chrominanzsignale U und V beträgt ungefähr 1,67 MHz. Zusammen mit der Vertikalauflösung von 54cy/ph ergibt sich eine ausgewogene Auflösung in der fx-fy-Ebene in Höhe eines Viertels der entsprechenden Luminanzauflösung.

In Fig.6 ist dargestellt, welche Signalanteile der einzelnen Komponenten in den entsprechenden Zeilen angeordnet sind. Man erkennt, daß in jeweils vier Zeilen eines Vollbilds die im Vollbild vertikal übereinanderliegenden Signale U und V gleich sind. In jeweils zwei von diesen vier Zeilen sind die Signale Yh gleich. Im ersten Zeilenpaar werden die Signale Yh zu den U- und V-Komponenten addiert. Im zweiten Zeilenpaar werden sie von den U- und V-Komponenten subtrahiert. Dies setzt sich innerhalb eines Vollbildes fort. Die Signale U und V haben nach einer Verzögerung von einem Halbbild eine Phasenverzögerung von nahezu 180°. Dadurch können durch die Addition zweier Halbbilder alle farbträgermodulierten Signalanteile (Cross-Luminanz) im Bandpaßbereich (Ybp) entfernt werden. Dementsprechend können durch die Addition benachbarter Zeilen übersprechfrei die Chrominanzkomponenten erhalten werden und durch eine Subtraktion benachbarter Zeilen das Signal Yh. In Fig.4 sind die übertragenen Spektralbereiche der Luminanz und Chrominanz in der fy-fx-Ebcne dargestellt. In Fig.4a erkennt man das Haupt-Interlace-Signal 411, das Helper-Signal 412 und den Signalanteil Yh für erhöhte Luminanzfrequenzen 413. In Fig.4b ist der Spektralbereich 42 für die Chrominanzsignale U und V dargestellt. In Fig. 5 sind im dreidimensionalen fy-fx-ft-Raum Spektralbereiche folgender Signale dargestellt:

- das Signal YI51,

- das Signal Ybp52,

- das Signal Yh 53,

- das Helper-Signal 54,

- die spektralen Orte der Komponentensignale U und V,

- der übertragene Spektralbereich 55 für die Chrominanzsignale,

- die Übertragungskapazität 50 eines PAL-Kanals.

Die Spektralbereiche für den Signalanteil Ybp 52 und Yh 53 ergeben zusammen einen Bereich 56, der dem ,Intraframe-Average'-Verfahren unterliegt.

Fig.8 zeigt einen entsprechenden Decoder. Das Eingangssignal 80 wird sowohl einem Nyquistfilter 811, als auch einem PAL-Demodulator 821 zugeführt. Dieser PAL-Demodulator benötigt vorteilhaft keine Zeilenverzögerungs-Schaltung. Das Ausgangssignal des Nyquistfilters 811 gelangt zu einem ersten Demodulator 812, mit dem das auf den Farbträger aufmodulierte Helper-Signal demoduliert wird. In einem anschließenden ersten Tiefpaßfilter 813 wird das Helper-Signal mit einer Grenzfrequenz von 4,43MHz gefiltert, bevor es einem A-/D-Wandler 814 zugeführt wird.

In einer anschließenden Speicher- und Demultiplexer-Schaltung 815 werden die jeweiligen Anteile des Helper-Signals wieder den ursprünglichen Zeilen zugeordnet und in einer nachfolgenden ersten Interpolationsschaltung 816 horizontal interpoliert bzw. expandiert und den Bildpunkten aus den 432 aktiven Zeilen zugeordnet. Dazu kann ein Filter mit den Koeffizienten 1,2,3,2, 1 verwendet werden.

In einem anschließenden ersten Interlace-Progressive-Interpolator 817 wird aus dem Interlace-Helper-Signal ein Helper-Signal für ein progressives Bildformat gebildet. In einem anschließenden zweiten Demodulator 818 wird mit Hilfe einer zeilen-und vollbildweisen +/-1 -Wichtung das Helper-Signal in die richtige spektrale Lage innerhalb des fy-ft-Bereichs versetzt und anschließend einem dritten Addierer 852 zugeführt. Für das Helper-Signal ist eine Amplitudenauflösung von sechs bit ausreichend.

Die Y-, U*-, V-Komponenten aus dem PAL-Demodulator 821 werden einer AVD-Wandler-Schaltung 822 zugeführt. Das digitale Y-Signal gelangt zu einer ersten Verzögerungsschaltung 830 und zu einer ersten ,Intraframe-Average'-Schaltung 831. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird einer zweiten Verzögerungsschaltung 836 zugeführt und in einem Subtrahierer 834 vom Ausgangssignal der ersten Verzögerungsschaltung 830 abgezogen. Das Ausgangssignal dieses Subtrahierers wird über einen zweiten Tiefpaß 835 einem ersten Addierer 837 zugeführt. Das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsschaltung 836 wird ebenfalls dem ersten Addierer 837 zugeführt. Das Ausgangssignal des ersten Addierers 837 besteht aus den Luminanzkomponenten Yl und Ybp und gelangt zu einem zweiten Addierer 838. Das Signal U* aus dem zweiten A-/D-Wandler 822 gelangt zu einer zweiten ,Intraframe-Average'-Schaltung 832 und von dort zu einem ersten Vertikalseparator 841. Das Signal V* gelangt über eine dritte ,Intraframe-Average'-Schaltung 833 zu einem zweiten Vertikalseparator 842. Die zweite und dritte ,Intraframe-Average'-Schaltung 832 und 833 arbeiten in gleicher Weise wie die erste ,Intraframe-Average'-Schaltung 831 entsprechend Fig.9. Der erste Vertikal-Separator 841 liefert an seinen Ausgängen die Signale U und Yh 1, der zweite Vertikalseparator 842 liefert an seinen Ausgängen die Signale V und Yh2.

Die beiden Vertikalseparatoren 841,842 enthalten jeweils eine Schaltung entsprechend Fig.10. Das Eingangssignal 100 wird einem Addierer 101 und einem Subtrahierer 102 zugeführt. Der Ausgang des Addierers 101 wird sowohl über eine Zeilenverzögerung 105 als auch direkt einem Umschalter 107 zugeführt, der Ausgang des Subtrahierers 102 wird sowohl über eine zweite Zeilenverzögerung 106 als auch direkt einem zweiten Umschalter 108 zugeführt. Das Ausgangssignal der ersten Zeilenverzögerung 105 wird über einen ersten Schalter 103 dem Addierer 101 zugeführt. Das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsschaltung 106 wird über einen zweiten Schalter 104 dem Subtrahierer 102 zugeführt. An den Ausgängen der beiden Umschalter 107 und 108 sind jeweils das U-und das Yh 1-, bzw. das Yh 2- und das V-Signal abgreifbar. Die Funktionsweise entspricht der der Schaltung in Fig.9.

Das U-Signal wird einem ersten Vertikal-Interpolator 843 zugeführt und das V-Signal einem zweiten Vertikal-Interpolator 844. In diesen Interpolatoren werden die fehlenden U- und V-Bildpunkte gebildet und zusammen mit den bereits vorhandenen dem zweiten Interlace-Progressive-Interpolator 851 zugeführt. Die Signalanteile Yh 1 und Yh 2 werden in einem Zeilenmultiplexer 845 kombiniert und als Signal Yh einem dritten Demodulator 846 zugeführt. Dort werden sie durch eine bildpunktweise +/-1-Wichtung in die richtige spektrale Lage zurückversetzt. Das Ausgangssignal des dritten Demodulators 846 wird ebenfalls dem zweiten Addierer 838 zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Addierers 838 gelangt als zusammengesetzte Y-Komponente ebenfalls zum zweiten Interlace-Progrepsive-Interpolator 851.

Zu dem Y-Ausgangssignal dieses Interlace-Progressiv '-Interpolators 851 wird in einem dritten Addierer 852 das Helper-Signal addiert. Diese kombinierte Y-Komponente und die U- u >d V-Komponenten aus dem zweiten Interlace-Progressive-Interpolator 851 werden wieder D-/A-gewandelt (nicht dargestellt). Am Ausgang des Decoders steht somit wieder ein Fernsehsignal zur Verfügung mit 16:9-Bildformat, 432 aktiven Zeilen, 50Hz Bildwechselfrequenz, progressiver Darstellung und einer Luminanzbandbreite von 6,67MHz, bezogen auf den PAL-Ühertragungskanal.

In Fig. 11 ist eine vorteilhafte Art des zeitlichen Ablaufs der Helper-Signal-Übertragung dargestellt. Während der Wiedergabe der zweiten unteren Bildhälfte Μ 2 aus Vollbild N wird bereits das zugehörige Helper-Signal benötigt. Im Coder wird durch entsprechende zeitliche Verarbeitung bzw. Speicherung dafür gesorgt, daß das Helper-Signal für die obere Bildhälfte M1 von Vollbild N im unteren Randstreifen von Bild N - 1 übertragen wird und das Helper-Signal H2 für die untere Bildhälfte M2 von Vollbild N im oberen Randstreifen von Bild N. Im unteren Randstreifen von Bild N wird das Helper-Signal H1 für die obere Bildhälfte von Vollbild N + 1 übertragen. Dadurch kann der im Decoder benötigte Speicherplatz reduziert werden. Für entsprechende 16:9-Empfänger mit 625 Zeilen können die 432 aktiven Zeilen durch einem dem Format-Wandler 714 entsprechenden Format-Wandler mit inverser Funktion wieder in 576 aktive Zeilen umgewandelt werden. Durch entsprechende Änderungen kann das zuletzt beschriebene Fernsehübertragungssystem auch an SECAM- oder NTSC-Fernsehübertragungssysteme angepaßt werden, z.B. durch Filter und Interpolatoren mit anderen Koeffizienten und entsprechend formatierte Speicher und Ablaufsteuerungen.

Claims (17)

1. Fernsehübertragungssystem mit einem Quellsignal in einem ersten Bildformat (Fig. 1), insbesondere von 16:9, bei dem bei der Übertragung der wesentliche Bildinhalt im ersten Bildformat innerhalb eines zweiten bekannten, z. B. PAL interlace, Bildformats, insbesondere von 4:3, angeordnet ist (Fig. 3) und bei dem im wesentlichen unsichtbare Zusatzinformationen (31, 32) übertragen werden, die von einem Empfänger für das erste Bildformat decodierbar sind, um zusammen mit der Information aus dem wesentlichen Bildinhalt (30) ein formatfüllendes Bild (Fig. 1) auf diesem Empfänger darzustellen, wobei das gesamte übertragene Signal von einem Empfänger für das zweite Bildformat ahne Auswertung der Zusatzinformationen decodierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellsignal im ersten Bildformat progressiv mit einer horizontalen Auflösung, ausgedrückt in Schwingungen pro Bildbreite, die im wesentlichen gleich der eines entsprechenden Quellsignals für das zweite Bildformat ist, erzeugt wird und vertikal mit einem Faktor, der im wesentlichen gleich dem Verhältnis des zweiten Bildformats zum ersten Bildformat ist, transcodiert wird und daß das transcodierte Signal vor der Übertragung horizontal entsprechend dem zweiten Bildformat komprimiert und in ein Zwischenzeilensignal umgeformt wird und daß der Empfänger für das erste Bildformat dieses Zwischenzeilensignal mit den in ihm enthaltenen Zusalzinformationen formatfüllend decodiert.

2. Fbinsehübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger für das erste Bildformat das Zwischenzeilensignal mit den in ihm enthaltenen Zusatzinformationen formatfüllend zu einem progressiven Bild im ersten Format decodiert, das eine Zeilenzahl hat, die dem des transcodierten Quellsignals entspricht.

3. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen in der vertikalen Austastlücke übertragen werden.

4. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen in den beiden Randstreifen (31,32) übertragen werden,

5. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen durch eine zusätzliche Modulation des PAL-Farbträgets übertragen werden.

6. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellsignal im ersten Bildformat ein Zwischenzeilensignal mit höherer, insbesondere verdoppelter Zeilenzahl ist, wobei die Transcodierung derart erfolgt, daß sich ebenfalls die in Anspruch 1 bezeichnete Zeilenzahl nach der senderseitigen vertikalen Transcodierung ergibt.

7. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformationen in den Randstreifen (31, 32) zur Wiedergewinnung der progressiven Bilder aus dem Zwischenzeilensignal verwendet werden.

8. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformationen in den Randstreifen (31,32) mit in den Ultraschwarz-Bereich hineinreichender Amplitude derart auf den Farbträger aufmoduliert sind, daß der Empfänger für das zweite Bildformat bei der Demodulation des Farbträgers einen im wesentlichen nicht sichtbaren Bildinhalt erzeugt.

9. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luminanzkomponente (Y) horizontalfrequent in einen niederfrequenten (Yl), einen mittelfrequenten (Ybp) und einen höherfrequenten Signalanteil (Yh) aufgespalten wird.

10. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des wesentlichen Bildinhalts (30) die Zusatzinformationen aus horizontal höherfrequenten Luminanz-Spektralanteilen (Yh, 413) bestehen, die mit den Chrominanzkomponenten (U, V) kombiniert werden und dann dem Farbträger aufmoduliert werden, wobei die Luminanzkomponenten (Ybp, Yh) und die ChrominanzUomponenten (U, V) vertikalfrequent vorgefiltert sind (Fig.4a, 4b).

11. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der mittelfrequenten (Ybp) und von der höherfrequenten (Yh) Luminanzkomponente und von den Chrominanzkomponenten (U, V) innerhalb von Zeilenpaaren eines jeden Vollbilds und für die Chrominanzkomponenten (U, V) zusätzlich innerhalb von Zeilenpaaren eines jeden Halbbilds Mittelwerte gebildet und übertragen werden, insbesondere gemäß der Anordnung in Fig. 6.

12. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformationen in den Randstreifen (31, 32) aus einem ins Basisband umgesetzten, tiefpaßgefilterten und zeitkomprimierten Differenzsignal zwischen dem vertikal transcodierten Quellsignal (in 721) und der in ein Zwischenzeilensignal umgewandelten (in 722) und wieder in progressive Form rückkonvertierten (in 751) Luminanzkomponente (Y) gewonnen werden.

13. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem aktiven Bildbereich (30, M1, M 2) eines Bildes N zugehörigen Zusatzinformationen im unteren (32) Randstreifen des vorhergehenden Bildes N-1 und im oberen Randstreifen (31, H2)des Bildes N übertragen werden (Fig.3, Fig. 11).

14. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Decodierung die mittelfrequente Luminanzkomponente (Ybp) durch eine Addition von.entsprechenden Zeilenpaaren wiedergewonnen werden kann und daß nach einer Synchrondemodulation die Chrominanzkomponenten (U, V) und die höherfrequente Luminanzkomponente (Yh) durch eine Subtraktion von entsprechenden Zeilenpaaren wiedergewonnen werden kann.

15. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Decodierung die Zusatzinformationen in den Randstreifen (31, 32) demoduliert, zeitexpandiert, horizontal interpoliert, in ein progressives Format umgewandelt, mit einer zeilen- und vollbildweisen +/-1-Wichtung versehen und zu der Luminanzkomponente in progressivem Format (Y) addiert werden.

16. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Decodierung die höherfrequente Luminanzkomponente (Yh) mit Hilfe einer bildpunktweisen +/-1-Wichtung in die ursprüngliche spektrale Lage zurückversetzt wird.

17. Decoder für ein Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, versehen mit den folgenden Schaltungen für die Verarbeitung der Zusatzinformationen aus den Randstreifen (31, 32): erster Demodulator (812) für den Farbträger, erster Tiefpaß (813), A/D-Wandler (814), Speicher- und Demultiplexer-Schaltung (815), Interpolationsschaltung (816), erster Interlace-Progressive-Interpolator (817), zweiter Demodulator (818) für eine zeilen- und vollbildweise +/-1-Wichtung; und der weiter versehen ist mit einem PAL-Demodulator (821) ohne Zeilenverzögerung, nachgeschalteten ,Intraframe-Average'-Schaltungen (831, 832, 833), nachgoschalteten Vertikalseparatoren (841, 842) für die Wiedergewinnung der Chrominanzkomponenten (U, V) und der höherfrequenten Luminanzkomponente (Yh), nachgeschalteten Vertikal-Interpolatoren (843, 844) für die Chrominanzkomponenten (U, V) und drittem Demodulator (846) für die bildpunktweise +/-1-Wichtung der höherfrequenten Luminanzkomponente (Yh), mit einem nachgeschalteten zweiten Interlace-Progressive-Interpolator (851) und mit einer Additionsschaltung (852), die dessen Luminanz-Ausgangssignal (Y) mit den decodierten Zusatzinformationen aus dem Randstreifen kombiniert.