DE19544582A1

DE19544582A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Zusatzinformationen in Videosignalen

Info

Publication number: DE19544582A1
Application number: DE1995144582
Authority: DE
Inventors: Matthias Biedermann
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Zusatzinformationen in Videosignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 8.

Es sind allgemein Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die innerhalb der Videosignale Zusatzinformationen übertragen, und zwar in den nicht durch Bildsignale belegten Zeilen der vertikalen Austastlücke. Bekannteste Anwendungen sind der Videotext, die Datenzeile und die Prüfzeilen. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind zum Beispiel für Audiodaten aus Gassmann/Eckert: "Das COM-System", Funkschau 1970, Heft 20, Seiten 689-692 und Heft 21, Seiten 749 und 750 und für die Videodaten aus Langenkamp/Löwy: "Megatext-IC für Videotext und Grafik", RFE 1994, Heft 7, Seiten 18 bis 20, bekannt.

Die Eigenschaften des FBAS-Signals (Farb-, Bild-, Ablenk- und Synchronsignal) lassen die Möglichkeit offen, weitere informationstragende Signale (Zusatzdaten) zu überlagern, wobei der Empfang des TV-Rundfunkprogramms nicht gestört werden darf. Während sich die meisten Veröffentlichungen nur mit einer Art von Zusatzdaten befassen, ist zum Beispiel in dem Buch Rudolf Mäusl: "Fernsehtechnik", Hüthig 1991, im 9. Kapitel auf den Seiten 210 bis 227 die Übertragung mehrerer zusätzlicher Prüf- und Datensignale beschrieben. Dabei erfolgt die Übertragung der Zusatzdaten mit hoher Übertragungssicherheit und einer möglichst hohen Übertragungsrate. Außerdem ist im gleichen Buch auf den Seiten 243 bis 245 ein Vergleich der Eigenschaften verschiedener Phasenumtastverfahren genau beschrieben.

Außerdem sind die Fernseh-Prüfzeilentechnik und die Übertragung von Videotextsignalen, außer Prüfzeilen, mit dem Fernsehsignal in dem Buch von P. Dammbacher: "Digitale Technik für Hörfunk und Fernsehen", R. von Decker Verlag, Seiten 145 bis 147 bzw. 154 und 155, beschrieben. Diese beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen wurden bereits vor vielen Jahren entwickelt und eingeführt und werden dem heutigen fortgeschrittenen Stand der Technik nicht mehr gerecht. Die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität wird nur unzureichend ausgenutzt und neue Anwendungen können nicht mehr in die etablierten Videosignale eingeführt werden. Insbesondere die Anwendung von digital modulierten Zusatzträgern mit einer hohen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite und des guten Störabstandes des Videosignals (auch nach einer hochfrequenten Übertragung) kann die Realisierung neuer Lösungen und Nutzungen ermöglichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch die Anwendung moderner, digitaler Modulationsverfahren mit einer hohen Bandbreiteeffizienz in freien Zeilen oder Zeilenabschnitten einen oder mehrere Zusatzdatenkanäle zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung für das Verfahren ist insbesondere in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 2 beschrieben. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 3 bis 7 gekennzeichnet.

Die Lösung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 8 dargelegt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die übertragenen Datenmengen wesentlich größer als bei den derzeitig bekannten Verfahren sind. So kann zum Beispiel die Informationsmenge des heutigen Videotexts, abhängig vom gewählten Modulationsverfahren, in wesentlich weniger Zeilen übertragen werden. Durch Verzicht auf einiger der heute nicht mehr unbedingt erforderliche Prüfzeilen, kann man zum Beispiel freie Zeilen pro Halbbild gewinnen. Damit können verschiedene Nutzungs- und Überleitungsszenarien für ein stark verbessertes Videotextsystem geschaffen werden. So können nun zum Beispiel bei Beibehaltung des bestehenden Videotextsystems die freien Zeilen als transparente Zusatzkanäle für allgemeine Anwendungen verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die digital modulierten Zusatzträger mit Meßsignalen beaufschlagt werden können oder selbst für die meßtechnische Auswertung des Übertragungskanals genutzt werden können. Auch die Eintastung dieser digital modulierten Zusatzträger in freie, das heißt nicht durch Bildinhalte oder durch Farbhilfsträger belegte Zeilenabschnitte ist möglich. Eine Eintastung dieser digital modulierten Träger auf den Boden der Synchronimpulse ist ebenfalls möglich, da dieser nicht für die Synchronisation der Empfänger benötigt wird. Durch die Eintastung in den Synchronimpulsboden können Datenraten realisiert werden, die eine Übertragung von zum Beispiel sogar MPEG-codierten Bildsignalen erlaubt. Die zusätzlich möglichen Datenkanäle können natürlich auch für die Übertragung von weiteren Tonsignalen (zum Beispiel Surroundtonkanäle) oder als transparente Datenkanäle genutzt werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht weiterhin darin, daß die/der digital modulierten Hilfsträger mit der Zeilenfrequenz oder anderen Hilfsträgern (Farbburst-Phasen) verkoppelt werden, um einfache und störempfindliche Demodulationsschaltungen zu ermöglichen. Die Art der Modulation und die Trägeranzahl ist frei wählbar und kann den zu übertragenden Datenmengen und den Versorgungsaufgaben angepaßt werden. Die Erfindung wird nun im nachfolgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 die Verwendung einer freien Zeile für den Zusatzträger;

Fig. 2 die Verwendung der Synchronimpulsböden für den Zusatzträger;

Fig. 3 die Verwendung eines Teils der hinteren Schwarzschulter für den Zusatzträger und

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Für die nachfolgende Beschreibung dreier Ausführungs beispiele wird die Verwendung einer freien Zeile nach Fig. 1, der Synchronimpulsböden nach Fig. 2 und eines Teils der hinteren Schwarzschulter nach Fig. 3 zugrunde gelegt.

Unter Beachtung des guten Störabstandes im Videokanal wird für das digitale Modulationsverfahren ein 64 QUAM-Verfahren betrachtet. Selbstverständlich sind die Betrachtungen auch für andere Modulationsverfahren analog durchführbar. Die Tabelle 1 zeigt eine Abschätzung der erreichbaren Übertragungsraten für eine Videobandbreite von 5 MHz und für eine genutzte Zeile pro Vollbild. Für den theoretisch und praktisch möglichen Bruttodatenstrom pro Sekunde wird in der horizontalen Austastlücke kein Zusatzträger übertragen (siehe dazu Fig. 1).

Tabelle 1

Beispiel 64-QUAM und eine Zeile pro Vollbild

Eine weitere Verbesserung ergibt sich bei zeilenweiser Übertragung eines digital modulierten Zusatzträgers in den Synchronimpulsböden. In der Tabelle 2 ist ein Beispiel dargestellt, wenn zum Beispiel in den Synchronimpulsboden ein digital modulierter Zusatzträger eingefügt wird. In der Fig. 2 ist eine mögliche Belegung dargestellt.

Tabelle 2

Erreichbare Datenraten bei einer Eintastung der Zusatzträger zum Beispiel in den Sychronimpuls boden

Abhängig von der Datenanwendung und vom zu versorgenden Bereich ist eine Kanalkodierung zweckmäßig. Aufgrund des sehr guten Störabstandes im Videokanal (auch nach der HF- Abstrahlung, Empfang und der Demodulation) ist die Kanalkodierung besonders zur Verbesserung von Laufzeitfehlern bedeutsam. Der für die Kanalkodierung erforderliche Kapazitätsbedarf ist von der Bruttobitrate zu subtrahieren. Die Differenz ergibt dann die Nettobitrate. Für die Anwendung in Kabelnetzen ist die Kanalkodierung allerdings nicht oder nur sehr eingeschränkt erforderlich.

In der Tabelle 3 ist der erreichbare Bruttodatenstrom bei einer Eintastung auf der hinteren Schwarzschulter, nach dem Farbburst, dargestellt.

Tabelle 3

Erreichbare Bruttodatenrate bei einer Eintastung nach dem Farbburstsignal

Bei den vorgenannten Beispielen (Tabelle 2 und 3) wurden überwiegend die theoretisch erreichbaren Datenraten ermittelt. Praktisch ergeben sich durch die Nichtnutzbarkeit aller Zeilen, durch eine verringerte Bandbreiteausnutzung und durch einen an die Versorgungsaufgabe angepaßten Kanalschutz verringerte Nettobitraten.

Der wesentliche Unterschied der hier beschriebenen Verfahren zu den bisher bekanntgewordenen und realisierten Verfahren besteht darin, daß keine direkte Übertragung der Nutzinformationen, zum Beispiel des Videotextes oder der Datenzeile vorgenommen wird, sondern, daß diese Nutzinformation einem Hilfsträger digital aufmoduliert wird und damit die zur Verfügung stehende Bandbreite drastisch besser genutzt wird. Damit lassen sich Übertragungskapazitäten erreichen, die bisher nicht realisierbar waren. Dies erfolgt ohne dabei das eigentliche TV-Signal zu stören.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 eine Prinzipschaltung beschrieben, die mit Hilfe der heutigen vorhandenen Hardwaretechnik ausgeführt werden kann. Dabei gibt sich für den Fall der Bildübertragung mit Nutzung des Synchronimpulskoders (nach Tabelle 2) das senderseitig dargestellte Prinzipschaltbild nach Fig. 4. Für die Empfangsseite ergibt sich ein umgekehrter Funktionsfluß. Das zusätzliche TV-Signal (datenreduziert nach MPEG) gelangt zur Zwischenspeicherung und zeilenweisen Zuordnung der Datenpakete zu den Datenburst im Synchronimpulsboden in einen Speicher 1 mit Zuordnungslogik. Hierdurch erfolgt die Zerlegung des Gesamtdatenstromes. Die Modulation mit gegebenenfalls erforderlichen Fehlerschutz erfolgt in einem 64 QUAM Modulator 2, dem gegebenenfalls eine Fehlerschutzschaltung 3 vorgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des 64 QUAM Modulators wird auf eine Schaltung 4 zum Eintasten in den Synchronimpulsboden des FBAS-Signals gegeben. Die Schaltung 4 ist deshalb sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig mit einem Verstärker 5 bzw. 6 verbunden, wobei das ankommende FBAS-Signal vom Verstärker 5 verstärkt auf die Schaltung 4 gegeben wird und außerdem auf eine Schaltung 7 zur Einstellung des Eintastzeitpunktes, die ihrerseits sowohl mit dem 64 QUAM Modulator 2 als auch mit der Schaltung 4 zum Eintasten in den Synchronimpulsboden verbunden ist. Auf der rechten Seite der Fig. 4 sind die prinzipiellen Funktionen der jeweils zugeordneten Schaltungskomponenten angegeben.

Bezugszeichenliste

1 Speicher
2 Modulator
3 Fehlerschutzschaltung
4 Schaltung zum Eintasten in den Synchronimpulsboden
5 Eingangsverstärker
6 Ausgangsverstärker
7 Schaltung zur Einstellung des Eintastzeitpunktes
8 Zusatzträger.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Zusatzinformationen in Videosignalen, dadurch gekennzeichnet,
daß in freie Zeilen oder in freie Zeilenabschnitte des Videosignals digital modulierte Zusatz- oder Hilfsträger (8) eingetastet werden und
daß der/die Zusatz- oder Hilfsträger (8) mit der Zeilenfrequenz oder einer anderen Hilfsfrequenz phasenverkoppelt sind.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Zusatz- oder Hilfsträger (8) mit der Frequenz des Farbhilfsträgers phasengekoppelt sind.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Datenkanäle der einzelnen Zeilen zu einem oder mehreren gemeinsamen Datenkanal/-kanälen zusammengeschaltet werden.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdatenkanäle mit Videotextsignalen beaufschlagt werden .

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdatenkanäle mit Tonsignalen beaufschlagt werden.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzträger mit Meßsignalen zur Beurteilung der Eigenschaften des Übertragungskanals beaufschlagt werden.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die digital modulierten Zusatzträger selbst zur Beurteilung der Eigenschaften des Übertragungskanals verwendet werden.

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens senderseitig nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzliches TV-Signal in einen Speicher (1) mit Zuordnungslogik zur Zerlegung des Gesamtdatenstroms und Zuordnung der Datenpakete zu den Datenburst im Synchronimpulsboden gegeben werden,
daß der Speicher (1) mit einem Modulator (2) verbunden ist, der gegebenenfalls mit einer Fehlerschutzschaltung (3) ausgerüstet ist und die Modulation vornimmt,
daß der Modulator (2) mit einer Schaltung (4) zum Eintasten in den Synchronimpulsboden verbunden ist, die ihrerseits mit einem Eingangs- und einem Ausgangsverstärker (5 bzw. 6) verbunden ist, wobei über den Eingangsverstärker (5) das FBAS-Signal sowohl auf den Eingang der Schaltung (4) als auf den Eingang einer Schaltung (7) zur Einstellung des Eintastzeitpunktes gelangt, und daß der Ausgang der Schaltung (7) sowohl mit dem Modulator (2) als auch mit der Schaltung (4) zum Eintasten in den Synchronimpulsboden verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Empfangsseite ein umgekehrter Funktionsfluß verwendet wird.