DE2201066C2 - Farbfernsehübertragungsvorrichtung, mit welcher Farbfernsehsignale mit Hilfe der Pulscodemodulation mit verringerter Bandbreite übertragen werden - Google Patents

Description

2. Farbfernsehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Bandpaßfilter (32, F i g. 5) des Kammfilters (1) eine Phasenausgleichsschaltung (F i g. 7.8) vorgesehen ist.

3. Farbfernsehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet daß im Empfänger vorgesehene Kammfilter (17.18.19. F i g. 4) dem Kammfilter (1, Fig.3) des Senders entsprechend ausgebildet sind und hinter dem Bandpaßfilter jeweils eine Phasenausgleichsschaltung (Fig. 7. 8) so aufweisen.

4. Farbfernsehübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprücne 2 oder 3. gekennzeichnet durch ein Verzögerungsglied (J5. Fig. 5) parallel zum Bandpaßfilter (12. f 1 g 5) und der Phasenausgleichsschaltung (Fig. 7. 8) in den Kammfiltern (1. Fig. 3: 17,18.19. F 1 g. 4).

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Es ist eine Farbfernsehübertragungsvorrichtung bekannt (Communication Satellite Corporation PB 993. 19. Dezember 1967. S. I - 29. von L Golding »A To 25 MHz Digital Television System for Transmission of Commercial Color Television«), mit welcher Farbfernsehsignale mit Hilfe der Pulscodemodulation übertragen werden, welche im Sender ein Kammfilter aufweist, das aus dem spektral verkBmmten Farbfernsehsignal das Chrominanz- und das Luminanzsignal mit Hilfe von Zeilenverzögerungsgliedern, Addier- und Subtrahierstufen herausfiltert und welche im Sender eine Abtasteinrichtung für das Chrominanz- und das Luminanzsignal besitzt

Der prinzipielle Aufbau der verwendeten Kammfilter für die Trennung eines Farbfernsehsignal und seiner Komponenten Chrominanz- und Luminanzsignal ist ebenfalls bekannt (Aufsatz von G. llletschko und H. Schönfelder, »Ein Kammfilter für das PAL-Verfahrens« verteilt auf dem Fernseh-Symposium in Montreux vom 19. bis 23.5.1969, S. 1-17). Aus den Literaturstellen ist jedoch nicht zu sehen, wie eine Farbfernsehübertragungsvorrichtung realisiert werden kann. Sofern dort /lie Kammfilterung angesprochen wird, erstreckt sich diese bei den bekannten Farbfernsehübertragungsvorrichtungen über den gesamten Frequenzbereich, also auch über diejenigen Bereiche, wo eine Filterung nicht erforderlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Farbfernsehübertragungsvorrichtung, mit welcher Farbfernsehsignale mit Hilfe der Pulscodemodulation mit verringerter Bandbreite übertragen werden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine besonders wirksame und einfache Kammfilterung zu ermöglichen, ohne daß die Übertragungsqualität des Luminanzsignals bee\nträchtigt wird.

Erreicht wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Mit Hilfe der rarbfernsehübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird vor allem der Vorteil erzielt daß die Bandbreite zur Übertragung der Farbfernsehsignale verringert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. IA zeigt das Spektrum eines Analogsignals zwischen den Frequenzen - wbis w.

Fig. IB zeigt das Spektrum eines abgetasteten Analogsignals.

F i g. 2A zeigt das Frequenzspektrum des NTSC-Farbbildabtastsynchronsignals(FBAS-Signal).

F i g. 2B zeigt Einzelheiten des FBAS-Signals von Fig.2A.

F i g. 3 zeigt ein Blockdiagramm für die Abtastung in einem Farbfernsehsender.

F i g. 4 zeigt ein Blockdiagramm für die Abtastung in einem Farbfernsehempfänger.

F i g. 5 zeigt ein Bluckdiagramm eines Kammfilters.

F i g. 6A zeigt die Kennlinie eines Kammfilters und das Spektrum des FBAS-Signals.

Fig.6B zeigt Einzelheiten der Kennlinie nach Fig.6A.

F i g. 7 zeigt neben einem Bandpaßfilter eine Phasenausgleichsschaltung für die Chrominanzsignale.

F i g. 8 zeigt neben einem Bandpaßfilter eine Phasenausgleichsschaltung für das Luminanzsignal.

F i g. 9 zeigt ein Blockdiagramm eines Taktgebers.

In den Fig. IA und IB sind die Spektren eines Analogsignals zwischen den Frequenzen - wund »vund eines mit einer Abtastfrequen?! f, abgetasteten Signals gezeigt, das ein Spektrum besitzt, welches das ursprüngliche Spektrum plus eine Wiederholung des ursprünglichen Spektrums für jeweils U umfaßt.

Wenn U<7v/ ist.d. h. mindestens mit der sogenannten Nyquistfrequenz abgetastet wird, überlappen sich die Spektren nicht wie das in F i g. 1 B gezeigt ist, und das

ursprüngliche Analoe^snsl kann nach Übertragung in einem Empfänger zurückgewonnen werden. Wenn jedoch f,<2w ist, überlappen sich die Spektren und das zurückgewonnene Signal enthält einen Abtastfehler.

Viele Spektren von Analogsignalen, z. B. des NTSC-Farbfernsehsignals oder von Sprachesignalen, erstrekken sich zwar über eine Bandbreite tv, weisen jedoch innerhalb dieser Bandbreite Intervalle mit verhältnismäßig niedriger Energie auf. Eei der Farbfernsehübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung werden Analogsignale unternalb der Nyquistfrequenz so abgestastet, daß die Frequenzanteile des Abtastfehlers in die Intervalle mit niedriger Energie eingeführt und im Empfänger gedämpft werden, so daß das Analogsignal ohne signifikante Verschlechterung wiederhergestellt werden kann.

In den Fig.2A und 2B ist das Spektrum des NTSC-Farbbildaustastsynchron-Signals (FBAS-Signal) gezeigt. E-, umfaßt drei Signale, nämlich das Y-, I- und das (p-Signal. Das K-Signal ist das Leuchtdichte- oder Luminanzsignal, es hat eine Bandbreite von 4,2 MHz. Die /- und (^-Signale sind Chrominanz oder Farbartsignale, sie haben Bandbreiten von 1,5MHz bzw. 0,5 MHz. Wie in Fig. 2A veranschaulicht, wird die Chrominanzinformation auf einen Hilfsträger bei 3,58 MHz aufgebracht und zusammen mit dem Luminanzsignal innerhalb dessen Bandbreite übertragen.

Fig. 2B veranschaulicht die Energieverteilung des Luminanzsignals über der Frequenz und läßt Konzentrationen bei einem Vielfachen der Zeilenfrequenz (15,73 kHz) erkennen. Die Chrominanzinformationen sind auf einem Hilfsträger so aufgebracht, daß sie in die Bereiche niedriger Energie des Luminanzsignals fallen.

In F i g. 3 ist ein Blockdiagramm für die Abtastung in einem Farbfernsehsender gezeigt. Ein FBAS-Signal wird einem Kammfilter 1 zugeführt, dessen Ausgänge 2 und 3 das Luminanz- und die Chrominanzsignale liefern. Das Kammfilter 1 hat die in F i g. 6A gezeigte Kennlinie, worin /42 = 4,2 MHz und A₁ =2 MHz die Grenzfrequenz der Chrominanzsignale darstellen. F i g. 6B zeigt Einzelheiten der Kennlinie nach F i g. 6A worin b, Sperrbereiche und a, Passierbereiche darstellen, die einander gleich sind.

Das Luminanzsignal Ywird (F i g. 3) einem I iefpaßfilter 4 mit einer Grenzfrequenz von 4.2 MHz zugeführt. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 4 geht zu einer Synchrontrennstufe 5, die das eigentl-che Luminanzsignal herausschält und der Zeilenfrequenz entsprechende Synchronisationsimpulse an einen Taktgeber 6 abgibt. Das Luminanzsignal Kwiro dann einer Abtasteinrichtung 7 zugeführt, die da? analoge Luminanzsignal Y unter der Steuerung des Taktgebers 6 abtastet.

Im Hinblick auf die Erläuterung zu F i g. 2B wird die Abtastfrequenz Λ der Abtasteinrichtung 7 festgelegt auf f,~ 1.5^=6.002 MHz. da w=42 MHz ist Der Ausgang der Abtasteinrichtung wird einem Kodierer 8 zugeführt und von dort her digital zu einem Empfänger unter Zuhilfenahme eines Multiplexers übertragen.

Die Chrominan/signale / und Q am Ausgang 3 des Kammfilters I werden einem Demodulato' 9 zugeführt, um die beiden Signalteile / und Q auf getrennten Leitungen 10 und 10' zu erhalten. Die Chrominan«igna» Ie /und ζ) weisen Energiekonzentrationen im Abstand der Zeilenfrequenz auf. Sie werden Tiefpaßfiltern 11 und 12 zugeführt, die die gleiche Funktion wie das Tiefpaßfilter 4 ausüben und deren Ausgangssignale Abtasteinrichtungen 13 und 14 zugeführt werden. Um unterhalb der Nyquistfrequenz abtasten zu können.

werden die Abtastfrequenzen für die Chrominanzsignale / und Q auf einem ungeraden Vielfachen von der Hälfte der Zeilenfrequenz festgelegt, zum Beispiel 2456 bzw. 0,747 M Hz, welche durch den Taktgeber 6 geliefert werden. Die Chrominanzsignale / und Q werden Kodierern 15 und 16 zugeführt, und von dorther gehen sie digital über den Multiplexer zum Empfänger.

Die Fig.4 zeigt ein Blockdiagramm für die Abtastung in einem Farbfernsehempfänger. Nach der Demodulation und Demultiplexierung werden die digitalen Impulse in Analogsignale umgewandelt, die jedoch außer den Y-, I- und (^-Signalen noch durch das Abtasten bedingte Energien bzw. Frequenzanteile aufweisen. Die Analogsignale werden Kammfiltern 17, ^|D 18, 19 von ähnlicher Art wie das Kammfilter 1 (vgl. Fig.3) zugeführt, die die in Fig.6A oben gezeigten Kennlinien haben, so daß die Frequenzanteile des Abtastfehlers bei dem ungeraden Vielfachen der halben Zeilenfrequenz herausgefiltert werden. Die Ausgänge der Kammfilter 17, 18, 19 sind jeweils die Y-. I- bzw. (^-Signale, die Tiefpaßfiltern 20, 21, 22 zugeführt werden, um höherfrequente Anteile ,;« Abtastfehlers zu entfernen. Die Y-. I- und (^-Signale werden dann einem NTSC-Kodierer 23 zur Rückgewinnung des NTSC-Farbzusatzsignals zugeführt.

In den F i g. 3 und 4 sind verschiedene Merkmale gezeigt, die für den Abtastvorgang wichtig sind. So arbeitet der Taktgeber 6 phasenstarr zum Zeilensynchronisationssignal. Weiterhin ist die Abtastfrequenz ein ungerades Vielfaches der halben Zeilenfrequenz. Drittens haben die Kammfilter 1, 17,18 und 19 gleiche Kennlinien.

Die Dauer für die Darstellung einer Zeile beträgt 63,555 μβ bei einer Zeilenfrequenz von 15.73 kHz. Dadurch daß der Taktgeber 6 zum Zeilensynchronisationssignal, das mit jeder Information für eine Zeile übertragen wird, phasenstarr arbeitet, ist gewährleistet, daß der Abtastvorgang im richtigen Zeitpunkt stattfindet, falls Abweichungen in der Dauer der Darstellung des Rasters auftreten, so daß die eingeführte Autastenergie stets zwischen zwei benachbarten Amplituden der Harmonischen des Ausgangssignals konzentriert ist. In F i g. 9 ist ein Blockdiagramm des Taktgebers 6 dargestellt, der einen Oszillator 24 umfaßt, der mit einer Frequenz von 6.002 MHz schwingt. Der Ausgang des Oszillators 24 wird einem Teiler 25 zugeführt, der den Ausgang durch ein ungerades Vielfaches der haiben Zeilenfrequenz teilt, um einen Ausgang von 7.86 kHz zu erhalten, der seinerseits als Eingang einer Phasensperrschleife 26 zugeführt wird. Von der Synchrontrennstufe 5 (Fig. 3) wird ein Signal mit einer Frequenz von 15.73 kHz erhalten und einem Teiler 27 (K ig. 9) zugeführt, der einen Ausgang von 7.85 kHz als zweite" Eingang der Phasensptrrschleife 26 erzeugt. Die Phr-sei. >p;rrschleife 26 vergleicht die Phasen der beiden Eingänge und erzeugt ein Fehlersignal, das dem Phasenunterschied /Wischen den beiden Eingängen proportional ist. Das Fehlersignal wird dem Oszillator 24 zugeführt, der die Phasenlage seines Ausgangs so ^ftn einregelt, daß dieser mit dem Zei!ens\nchronisatu>nssi gnal gleichphasig ist. Auf diese Weise liefert der Taktgeber 6 (l· ι g. J) Abtastimpime an die Abtastern= richtungen 7. 13 und 14. die im richtigen Phasenv^rhältnis zu den Luminanz- und Chrominanzsignaien sind.
^r ' Eine Ausführungsform eines Kammfilter*-, das für die Kammfilter 1, 17, 18 und 19 verwendbar ist. ist h Join Blockdiagramm von F i g. 5 gezeigt und wird nachstehend näher erläutert. Das FBAS-Signal wird sowohl

unverzögert als auch über ein Zeilenverzögerungsglied

29 um zwei Zeilenzeiten (2H) verzögert einer Addierstufe 28 zugeführt. Der Ausgang der Addierstufe 28 wird dem einen Eingang einer ersten Subtrahierstufe

30 zugeführt. Der zweite Eingang der Subtrahierstufe 30 ist das FBAS-Signal, welches über ein Zeilenverzögerungsglied 31 um eine Zeilenzeit (H) verzögert zur Subtrahierstufe 30 gelangt.

Es gelten folgende Beziehungen:

V(t)- FBAS-Signal, um eine Zeilenzeit verzögert,
V(t + W,)= unverzögertes FBAS-Signal,
VfI- w)=FABS-Signal, um zwei Zeilenzeiten verzögert.

Der Ausgang Xftjder Subtrahierstufe 30 ist:

XOh V(O-[VO+ H)+ V(t-H)I (I)

Unter Anwendung der Fourier-Transformation für

Sy(O= V(O[A sin* (n FH)I

worin V(O die Amplitude des FBAS-Signals bei einer bestimmten Frequenz /"ist. Der Ausgang der Subtrahierstufe 30 ist nach Gleichung 2 sinusförmig, er weist Gipfel bei ungeraden Vielfachen der halben Zeilenfrequenz und Täler an den Oberwellen der Zeilenfrequenz auf, wie dies in F ι g. 6B gezeigt ist.

Die Kämmwirkung des Kammfilters nach Fig. 5 würde über das NTSC-Band von 4,2MHz eintreten, wenn nicht ein Bandpaßfilter 32 vorgesehen wäre. Der Bandpaßfilter 32 hat eine Ansprechempfindlichkeit C(O^--

V(0\A(0\²[Aun*(nfH)] (3)

worin \A(0\ die Amplitudenempfindlichkeit des Bandpaßfilters 32 bedeutet.

A(0kal den Wert 0 bis zu einer Frequenz von 2 MHz, der unteren Grenzfrequenz der Chrominanzsignale, so daß bis dahin der Ausgang Y(t) herausgefiltert wird. Ab 2 MHz ist die Amplitudenempfindlichkeit \Α(ί^>0, so daß dort die Kämmwirkung einsetzt. Da die Gestalt der Zähne des Kamms derartig ist, daß die Oberwellen der Zeilenfrequenz gedämpft werden, enthält der Ausgang des Bandpaßfilters das Luminanz- und die Chrominanzsignale.

Zur r-ewinnung des Luminanzsignals wird der Ausgang des Bandpaßfilters 32 dem einen Eingang einer zweiten Subtrahierstufe 34 zugeführt, deren anderer Eingang das mehrfach verzögerte FBAS-Signal ist. Hierzu dienen das Zeilenverzögerungsglied 31 und ein weiteres Verzögerungsglied 35, das die Verzögerung durch das BandpaiTilter 32 ausgleicht Die Subtrahierstufe 34 subtrahiert die Chrominanzsignale vom FBAS-Signal, so daß das Luminanzsignal auf der Leitung 2 erscheint, und demzufolge auf der Leitung 3 nur noch die Chrominanzsignale vorhanden sind.
Fig. 7 zeigt neben dem Bandpaßfilter eine Phasenausgleichsschaltung für die Chrominanzsignale. Die Phasenausgleichsschaltung weist I.) eine lineare Phasenempfindlichkeit über den gesamten Bandpaßbereich auf, 2.) hält Amplitudendifferenzen von weniger als 3 db zwischen den Signalen am Eingang zur zweiten

ίο Subtrahierstufe 34 über den gesamten Bandpaßbereich aufrecht, und 3.) grenzt Phasendifferenzen von unter 360" +2° zwischen diesen Signalen über den gesamten Bandpaßbereich ein.

Die Werte für das Bandpaßfilter und die Phasenaus-

gleichsschaltung für die Kammfilter 1,18 und 19 können erhalten werden, indem man die Werte nach Fig. 7 umrechnet. Für das Kammfilter 1 mit einer Mittelfrequenz von 3,58 MHz ergibt sich der Faktor—^τ-für die

,„ j.U ^X5}- .

-" Induktivitäten L und—=—tür die kapazitäten c. f-ur das

Kammfilter 18 mit einer Mittelfrequenz von 1,0MHz entsprechend 3,0 und ¹Zi und für das Kammfilter 19 mit einer Mittelfrequenz von 0,33 MHz entsprechend 9,0 und '/9.

In F i g. 8 ist außer dem Bandpaßfilter eine Phasenausgleichsschaltung für das Luminanzsignal gezeigt. Zur Berechnung der Werte von L und C gilt das im Zusamm .nhang mit F i g. 7 Gesagte entsprechend.

Bei der Übertragung eines Videobildes mit Hilfe der Farbfernsehübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist die Bandbreite gegenüber dem gebräuchlichen PCM-System vermindert. Wenn zum Beispiel bei einem gebräuchlichen System das NTSC-Signal in seine Y-, I-

und (^-Komponenten vor der Übertragung zerlegt wird, dann würde die Abtastung bei der Nyquistfrequenz eine Abtastung mit 8,4, 3,0 und 1 Abtastungen pro Mikrosekunde insgesamt 12,4 pro \is erfordern. Gemäß der Erfindung sind jedoch nur 6,002 + 2,556 + 0,747 = 9,305 pro \is erforderlich.

Wenn das FBAS-Signal direkt abgetastet werden soll, wird bei der gebräuchlichen Arbeitsweise mit 10 pro μ5 geprüft, was nicht wesentlich höher ist im Vergleich zur Erfindung. Jedoch soll die Abtastung in 8 Informationseinheiten (bis) gequantelt werden, wodurch eine Bandbreite von 80 Mi/S entsteht. Bei der Erfindung ist nur eine Quantelung des V-Signals in 4 Informationseinheiten und eine Aufteilung der /- und (^-Signale in jeweils 2 Informationseinheiten erforderlich. Die für die Übertragung des Videosignals erforderliche Gesamtbandbreite beträgt dann nur

6,002 (4)+ 2,556 (2)+ 0,747 (2)=30,614 Megabits je Abtastung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Farbfernsehübertragungsvorrichtung, mit welcher Farbfernsehsignal mit Hilfe der Pulscodemodulation mit verringerter Bandbreite übertragen werden, welche im Sender ein Kammfilter aufweist, das aus dem spektral verkämmten Farbfernsehsignal das Chrominanz- und das Luminanzsignal mit Hilfe von Zeilenverzögerungsgliedern, Addier- und Subtrahierstufen herausfiltert, und welche im Sender eine Abtasteinrichtung für das Chrominanz- und das Luminanzsignal besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß

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a) der Ausgang der ersten Subtrahierstufe (30) des Kammfilters (1) das Chrominanzsignal ist,

b) an dem Ausgang der ersten Subtrahierstufe (30) ein Bandpaßfilter (32) folgt, dessen untere Grenzfrequenz unmittelbar unter der niedrigsten Frequenz des Chrominanzsignals liegt wobei tier Ausgang des Bandpaßfilters (32) das gekämmte Chrominanzsignal ist und mit dem einen Eingang der zweiten Subtrahierstufe (34) verbunden ist, an deren zweiten Eingang das verzögerte Farbfernsehsignal anliegt

c) der Ausgang der zweiten Subtrahierstufe (34) des Kammfilters (1) das Luminanzsignal ist welches bis zur unteren Grenzfrequenz des BandpaBfilters (32) ungekämm t ist und jo

d) die Abtasteinrichtung (7) für das Luminanzsignal eine Abtastfrequenz hat die etwa der Summe aus der oberen Frequenz des Luminanzsignals und dtr unter.η Grenzfrequenz des Bandpaßfilters (32) entspricht, ein ungeradzahliges Vielfaches der halben ieilenfrequenz und kleiner als das Doppelte der oberen Frequenz des Luminanzsignales ist