DE2420670A1

DE2420670A1 - Verfahren zur irrelevanzreduktion in einem digitalen farbfernsehuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2420670A1
Application number: DE2420670A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Stenger; Helmut Ing Grad Zappe
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1975-11-13

Description

Verfahren zur Irrelevanzreduktion in einem digitalen Farbfernsehübertragungssystem Der Wunsch, die Kanalkapazität des Fernsehen der des Auges anzupassen, hat bereits zu umfangreichen Untersuchungen und Arbeiten auf dem Gebiet der Nachrichtenreduktion bei Fernsehsignalen geführt. Sie beruhen auf der nachrichtentheoretischen Erkenntnis, daß eine Nachricht aus Information und Redundanz besteht. Die Nachrichtenreduktion versucht mittels Verfahren der Informationsreduktion die Irrelevanz der Information und mittels Verfahren der Redundanzreduktion die Redundanz zu eleminieren. Die Reduktion der Irrelevanz, d.h.
des für den Empfänger uninteressanten Teils der Information, wird als irreversible Nachrichtenreduktion bezeichnet, da dieser Prozeß nicht umkehrbar ist und stets einen Informationsverlust bewirkt. Das Maß der Informationsreduktion muß der Empfänger bestimmen, der es entscheidet, welcher Teil der Information irrelevant ist.
Einer Irrelevanzreduktion bei der Codierung der Farbartsignale in einem digitalen Farbfersehübertragungssystem kommt die Eigenschaft des menschlichen Auges entgegen,in den einzelnen Bereichen des Farbdreiecks unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber Farbortabweichungen zu-besitzen.
teN'ie bereits 1933 von Judd, D.B.: The 1931 ICI Standard Observer and Koordinate System for Colorimetry. Journal Opt.
Immer. 23 (1933) B. 359 - 374 angegeben und von Mac Adam, D.L.: Geodesic Chromaticity Diagram Based on Variances of Color Matching by 14 Normal Observers,pplied Optics 10 (1971) 5. 1 - 7 weiter untersucht wurde, stellen sich die Linien gleicher Erkennbarkeit für Farbortunterschiede bei einer festen Bezugsfarbe näherungsweise in Form von Ellipsen dar. In der Nähe von Blau erfolgt eine Zusammendrängung erkennbarer Farbortabweichungen (kritisches Unterscheidungsvermögen) und ein Auseinanderziehen in der Nähe von Grün (weniger kritisches Unterscheidungsvermöge4.
Während bei der analogen Übertragung der Chrominanzsignale die unterschiedliche Empfindlichkeit des Auges für Farbortabweichungen bei verschiedenen Farben nicht zur Verringerung des Informationsflusses herangezogen werden kann, stellt sich die nachstehend beschriebene Erfindung die Aufgabe, ein Codierverfahren für ein digitales Farbfernsehübertragungssystem anzugeben, welches erstens diese augenphysiologischen Gegebenheiten zu einer Irrelevanzreduktion bei der Quantisierung ausnutzt und darüberhinaus aus geometrischen Überlegungen heraus eine weitere Verminderung der Quantisierstufen anstrebt.
Zur Irrelevanzreduktion von Chrominanzsignalen ist es bekannt, den gesamten möglichen Farbraum in 126 Unterräume aufzuteilen, die sich durch verschiedenvolumige Quader darstellen lassen.
Für die digitale Ubertragung gibt man jedem Quader eine Codenummer' und erzeugt empfangsseitig die zugeordneten Farben (Radio Mentor 1974 Heft 1, S. 18 - 19).
Ein derartiges Verfahren erlaubt zwar die freizügige Bemessung der verschiedenen Farbquaderentsprechend den augenphyisiologischen Gegebenheiten, erfordert aber eine getrennte Ubertragung der hochfrequenten Komponente des Helligkeitssignals. Ein derartiges Verfahren entspricht demnach nicht den international vereinbarten Normen, bei denen die Helligkeitskomponente Ey mit den beiden Farbdifferenzsignalen E und Ev übertragen wird.
u Überdies ergeben sich mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren Schwierigkeiten bei der Übertragung von unbunten Signalen.
Die Erfindung geht von folgenden Gegebenheiten aus: Um Vereinbarungen über die Ausbildung der Sende- und mpfangswandler (Farbkamera, Farbbildröhre) am min- und Ausgang einer arbfernsehübertragungsstrecke treffen zu können, verwendet man bekanntlich als gemeinsames Bezugssystem ein genormtes Farbdreieck der Internationalen Beleuchtungskommission, abgekürzt IBK-Farbtafel. Bei dieser Normfarbtafel weichen die geometrischen Abstände sehr stark von den empfundenen Farbabständen (Parbortänderungen) ab.
Bekanntlich ist bei allen mit Schwarz-WeiB-Fernsehsystemen kompatiblen Farbfernsehsystemen eine Koordinatentransformation (Matrizierung) in dem als gemeinsamen Bezug dienenden Farbdreieck erforderlich, um aus den drei FarbauszUgen die Farbdifferenzsignale 4 und Ev und das Helligkeitssignal Fy gewinnen zu können. Auf der Empfangs seite ist stets eine entsprechende Rücktransformation erforderlich.
Sie Erfindung schlägt nun vor, daß die Farbartsignale oder die daraus durch Koordinatentransformation (Matrizierung) abgeleiteten Farbdlff erenz s ignale sendeseitig in er Godierwerten schaltung umgeformt,die wenigstens zwei weitere Xoordinatentransformationen bewirkt, von denen die erste die unterschiedliche Empfindlichkeit des Auges gegenüber Farbortabweichungen an verschiedenen Stellen des Parbdreiecks wenigstens annahernd ausgleicht und von denen die zweite die zu quantisierende Fläche des Farbdreiecks möglichst klein werden läßt und daß empfangsseitig nach der Decodierung entsprechende Rücktransformationen erfolgen.
Vorteilhaft wird die erste Koordinatentransformation nach den in der DIN 5033 Bl. 3.33 für die CIE-UCS-?arbtafel 1960 angegebenen Transformationsgleichungen durchgeführt.
Damit ergibt sich eine vergleichsweise einfache Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten.
Zweckmäßig läßt sich die zweite ILoordinatentransformation zur tdinimisierung der zu quantisierenden Fläche des Farbdreiecks mit derjenigen zur Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten kombinieren. Man kommt dann zu einer relativ einfachen Anordnung.
Das Verfahren nach der Erfindung hat gegenüber dem vorerwähnten Stand der Technik den Vorteil, daß es die übliche lineare Codierung beibehält. Außerdem ist es mit seinen Übertragungsparametern denen herkömmlicher mit Schwarz-Weiß-Fernsehen kompatibler Parbfernsehübertragungsverfahren angepaßt.
Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand von zehn Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das zu quantisierende Farbdreieck im Koordinatensystem der CIS-UCS-Parbtafel Eig. 2 die Transformation des Farbdreiecks in ein schiefwinkliges Koordinatensystem und die Spiegelung bestimmter Koordinaten des Farbdreiecks in außerhalb des Farbdreiecks, aber innerhalb der zu quantisierenden Fläche liegende Koordinaten Fig. 3 die abermalige Transformation zur Bildung hexagonaler Plächenelemente Fig. 4 eine Codiermatrix zur sendeseitigen Umwandlung der durch drei Koordinaten bestimmten hexagonalen Flächenelemente in die Koordinaten des schiefwinkligen Koordinatensystems Sigma ein Blockschaltbild für eine unordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit hexagonalen Flächenelementen Fig.5b ein Blockschaltbild für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit parallelogrammförmigen Flächenelementen Fig.6 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung der Koordinatentransformation auf der Sendeseite iligo 7 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung der Koordinatentransformation auf der Empfangsseite Fig. 8 eine Ausführungsform, bei der die sendeseitige Transformation digital ausgeführt wird und Fig. 9 eine Ausführungsform, bei der die ohnehin notwendige Matrizierung der RGB-Signale mit den Koordinatentransformationen nach der Erfindung kombiniert wird.
In der Fig. 1 ist die CIE-UCS-Farbtafel mit dem aus der nicht dargestellten IBK-Fartafel transformierten Farbdreieck mit den Eckpunkten Rot (R), Grün (G) und Blau (B) dargestellt.
Die Parbtafel entspricht der DIN 5033 Bl. 3.33, so daß hier nicht näher auf die Einzelheiten der Darstellung eingegangen werden soll, zumal sie nicht erfindungswesentlich sind. Die Zahlen 500, 600 usw. an den Seiten der hufeisenförmigen Kurve (pektralfarbenzug) bezeichnet die jeweiligen Lichtwellenlängen. Das zu quantisierende Farbdreieck RGB liegt innerhalb des Spektralfarbenzugs. Jede Farbart des Farbdreiecks ist durch die Farbkoordinaten und v eindeutig gekennzeichnet.
anhand des transformierten Dreiecks R-G-B ist abzulesen, welche Abschnitte der achsen u und v zu quantisieren sind, damit alle reproduzierbaren Farben erfaßt werden. In Fig. 1 sind dies die Abschnitte AB bzw. CD. Es ist aber auchleaht zu erkennen, daß eine weit größere Fläche als unbedingt notwendig durch den Quantisierungsvorgang abgedeckt wird. Dies geht zu Lasten der Codiergenauigleit im eigentlichen Parbdreieck.
Daher ist es vorteilhaft, nicht die strecken A-B und C-D auf den Achsen u und v zu quantisieren, sondern die Strecken B-G, R-B oder R-G oder, wie noch gezeigt wird, zu diesen Strecken parallel verlaufende Achsen. Damit wird die Fläche des Rechtecks, welche das Dreieck R-G-B umschließt, minimisiert.
Die Fig. 2 zeigt die minimisierte Fläche als Parallelogramm, dessen untere Hälfte innerhalb des Spektralfarbenzugs das Farbdreieck darstellt, wobei zur d'bersichtlichkeit die alten Bezugsachsen u und v ebenso weggelassen wurden wie die stellen längenangaben.
Das schiefwinklige Koordinatensystem s, t der Fig. 2 ist dadurch zustande gekommen, daß beide Koordinatenachsen Parallelen zu benachbarten Seiten des Farbdreiecks darstellen, nämlich s.als Parallele zur o'eiteB-R, und t als Parallele zur Seite B-G. Der Schnittpunkt der Achsen wurde so gewählt, daß sowohl die s-Achse als auch die t-Achse von der Linie R-G des Farbdreiecks bei 0 oder einem kleinen positivem, von 0 abweichenden Wert geschnitten werden. Es ist zweckmäßig, wie in Fig. 2 ausgeführt, diese Abweichung 0,5 zu wählen.
Die vier Quadranten des schiefwinkligen Koordinatensystems sind mit den römischen Zahlen I bis IV bezeichnet. Wie man leicht erkennt, liegt der uberwiegende Teil der Parallelogrammfläche im ersten Quadranten und ein wesentlicher Teil der Parallelogrammfläche im zweiten und vierten Quadranten außerhalb des Farbdreiecks, , während der dritte Quadrant voll im Parbdreieck liegt Durch Quantisierung werden die Flächenelemente innerhalb des Farbdreiecks den durch kleine Kreise markierten Punkte zugeordnet. überträgt man anstelle der im Farbdreieck liegenden Punkte A, B, C, D, E, 148 des seiten Quadranten des B, t-Koordinatensystems die um den Punkt SP in den 1V-Quadranten gespiegelten Punkte A', tt, C', D', E', so läßt sich die Zahl der notwendigen Quantisierungsstufen auf die Hälfte verringern. Es wird also nur noch die untere Hälfte des Parallelogramins quantisiert. Wegen der Unterscheidungssicherheit der die Spiegelung verwirklichenden Logik--chaltung wählt man als Gpiegelungspunkt SP nicht den Nullpunkt, sondern einen auf der t-Achse um einen kleinen, positiven Betrag verschobenen Punkt (in der Zeichnung tsp = 0,5). Dann wird, wie anhand der Fig. 2 dargestellt z.B. der Punkt A im ersten Quadranten innerhalb des Farbdreiecks mit den Koordinaten s = -) und t = +3 in dem vierten Quadranten außerhalb des Farbdreiecks zu A' mit den Koordinaten s = +3 und t = -2 gesiegelt. Ob die Koordinaten gespiegelt erden, kann die Entschlüsselungslogik auf der Empfangsseite daran erkennen, daß die Summe der übertragenen Koordinaten (s + t) ) O ist. Hierzu wird auf die bei der Behandlung der nächsten Figuren ausführlich dargestellte Codezuordnungstabelle verwiesen-.
Ein nach der Fig. 2 durch ein schiefwinkliges Koordinatensystem s, t darstellbares Fsrbdreieck benötigt demnach die kleinste mögliche -Quantisierungsfläche, wenn zusätzlich eine Koordinatenspiegelung der im zweiten Quadranten II des schiefwinkligen Koordinatensystems liegenden Werte des Xarbdreiecks in den außerhalb des Farbdreiecks liegenden vierten Quadranten T7 durchgeführt wird.
Die sich durch die Schnittlinien des schiefwinkligen Koordinatensystems ergebenden Flächenelemente des Farbdreiecks sind Parallelogramme, die die Kanten und Zecken des Farbdreiecks nur unvollkommen überdecken können. Außerdem stellen die Parallelogramme nur eine unzureichende Annäherung an die alsEllipsen anzusehenden Flächen gleicher Farbempfindung dar.
Euhrt man in weiterbildung der Erfindung lediglich auf der Sendseite vor der Transformation in das schiefwinklige Koordinatensystem eine weitere Koordinatentransformation durch, indem man jede der drei eiten des Farbdreiecks als Bezugsachsen für ein neues Koordinatensystem mit den Koordinaten heranzieht, so ergibt sich als zu quantisierendes Flächenelement ein Sechseck. In der Fig. 3 ist dies anschatlich darge-oder oder stellt an dem durch die Koordinaten # = 89, # = 56 und # = 8 oder 9 bestimmten Sechseck, das zur Verdeutlichung durch eine größere Strichstärke hervorgehoben wurde.
Das sechseck stellt im Sinne der Mengelehre eine Schnittmenge aus den drei Koordinaten # = 8 oder 9 und # = 5 oder 6 und # = 8 oder 9 das. Selbstverständlich ist das Sechseck auch durch die folgende Yereinigungsmenge zu definieren: 8 und # = 9 oder # = 9 und # = 5 oder # = 8 und # = 6.
wie man leicht einsieht, ist mit der Wahl hexagonaler Flächenelemente eine weitgehende tJberdeckung auch der Kanten und Ecken des Farbdreiecks möglich. Zudem ergibt das sechseck eine weitergehende Annäherung an die als Ellipse anzusehenden Flächen gleicher Farbempfindung als ein Parallelogram oder Rechteck.
Eine mögliche Logik zur Realisierung der Codezuordnungstabelle zeigt die Fig. 4.
Die xoodiermatrix der Fig. 4 zeigt links 14 Eingänge entsprechend der Koordinatenaufteilung auf den Seiten des transformierten Farbdreiecks entsprechend der Fig. 3.
Durch die in den Zeilen der -Codiermatrix angeordneten UND-bzw.
ODER-Verknüpfungen werden die in den spalten entsprechend den Koordinaten des Farbdreiecks der Fig. 3 auszuwertenden Plächenelemente wieder in das s, t-Koordinatensystem der Fig. 2 zurück eingeordnet. Die Übertragung erfolgt also wieder in den s, t-Koordinaten, so daß auf der Empfangs seite keine zusätzliche Logik notwendig ist.

Die Codezuordnungstabelle für die drei Flächenelemente A, B und D der Fig. 3, die den durch kleine Kreise symbolisierten, aber nicht durch Schnittlinien dargestellten parallelogrammförmigen Flächenelementen der Fig. 2 entsprechen, sieht folgendermaßen aus

vor der vor der nach der nach d. Spg.

5 rJ J Spiegel. Spiegel. Vorz.binär

s t 5 s t s+t 5 s t

A 1v2 13v14 7vS -3 3 3 -2 1 L iL t0

B 3v4 12v13 6v7 -3 2 3 -1 2 L LL OL

D 5v6 11v12 5v6 -3 1 3 0 3 L iL 00

rür das gewählte Beispiel der Flächenelemente A, B und D in der Fig. 3 ergibt sich ein wert s von 3, die t -oordinate ändert sich dagegen durch die Spiegelung von 0 über -1 nach -2, wie die Fig. 4 zeigt. Die Codierung mit Spiegelung wird durch die an die Ausgänge der Codiermatrix angeschlossenen Verknüpfungsschaltungen und das Ausgangs tor in Verbindung mit den übrigen Bauelementen der Codiermatrix bewirkt.

Die Codiermatrix kann über die Minimisierung der quantisierenden Flächenelemente hinaus zu weiteren Aufgaben herangezogen werden. So ist es mit der Codiermatrix z.B. möglich, mit Farbstichen behaftete Vorlagen, beispielsweise alte Farbfilme, über die ohnehin notwendige Codierung zu korrigieren.
Darüberhinaus stellt die Codezuordnungstabelle bzw. die zugehörige Codiermatrix ein vorzüglich geeignetes Mittel dar, um zum Zwecke des Abonnementfarbfernsehens eine sendeseitige Verschlüsselung durchzuführen, um nur zahlenden Abonnenten den Empfang bestimmter Darbietungen zu ermöglichen. Außerdem sind Trickeffekte leicht über die Codierung durchzuführen.
Die Fig. 5a zeigt ein Blockschaltbild mit der Logikschaltung der Fig. 4. Die in einer herkömmlichen Matrix aus den Kameragrundfarben R, G, B abgeleiteten Barbdifferenzsignale EVJ}U werden in drei Transformationsgliedern in die Koordinaten des Farbdreiecks zur Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten (CIS-UCS-Farbtafel) und zur Bildung hexagonaler Flächenelemente umgesetzt. Diese hexagonalen Plächenelemente nach der Fig. 3 werden in den drei nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlern linear codiert. Die drei codierten Signale gelangen dann auf die Logikschaltung der Fig. 4. Lrst dort erfolgt die Koordinatentransformation zur Minimisierung der zu quantisierenden Fläche des Farbdreiecks und es wird die Spiegelung der außerhalb der zu quantisierenden Fläche liegenden Koordinaten des Farbdreiecks in innerhalb einer kleineren zu quantisierenden Fläche, aber außerhalb des Farbdreiecks liegende Koordinaten 8, t anhand der vorstehend gezeigten Codezuordnungstabelle durchgeführt. Diese s, t Koordinaten werden dann auf den nicht im einzelnen dargestellten Sender S gegeben und zum Empfänger E übertragen.
Für das Helligkeitssignal Ey wird ein normaler Coder und Decoder verwendet. Auf der Empfangsseite erfolgt> soweit erforderlich, eine Rückspiegelung der gespiegelten s, t-Koordinaten und eine Digital-Analog-Wandlung und anschließend die gemeinsame Rücktransformation der s, t-Koordinaten über die Koordinaten der CIE-UCS-Farbtafel in die XY-Koordinaten der IBK-Farbtafel und danach die bekannte Dematrizierung in die Signale RGB für die Bildröhre.
In dem Blockschaltbild der Fig. 5b ist auf die Umwandlung in hexagonale Flächenelemente verzichtet worden, es ergibt sich daher ein etwas anderer Aufbau auf der oendeseite S. Nach der Matrix für die Bildung der Farbdifferenzsignale E,,, Ev und das Helligkeitssignals Ey folgen zwei Transformationsglieder o und t, in denen sowohl die Transformation aus den Koordinaten der IBK-Farbtafel in die der CIE-UCS-Farbtafel als auch in das schiefwinklige Koordinatensystem s,t erfolgt.
Anschließend werden die transformierten Signale zwei Analog-Digital-Wandlern zugeführt und in einer ähnlich der Fig. 4 nach der Codezuordnungstabellerealisierten Kodiermatrix gespiegelt. Diese zum Teil gespiegelten Koordinaten s und t werden zur Empfangsseite E übertragen. Der Coder und Decoder für das Helligkeitssignal Ey unterscheidet sich ebenso wie die ganze Anordnung auf der Empfangsseite E nicht von der Anordnung im Blockschaltbild der Fig. 5a.
Die Bemessung der Transformationsschaltungen erfolgt nach den im folgenden abgeleiteten Transformationsgleichungen, wobei zur Straffung des Textes die Ableitung auf das unbedingt zum Verständnis der Erfindung notwendige verkürzt wurde. Die im folgenden mit kleinen Buchstaben und Zahlen als Indizes bezeichneten Koeffizienten (a11, a12 usw.) ellen die Matrisankoeffizienten der jeweiligen Transformationsgleichungen dar.
Für die bekannte und bei kompatiblen Farbfernsehsystemen unumgängliche, den beiden Koordinatentransformationen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorangehende Koordinatentransformation der in der IBK-Farbtafel mit XY und Z bezeichneten drei Farbartsignale in die beiden Farbdifferenzsignale Eu, Ev und das Helligkeitsslgnal Ey ergibt sich die Beziehung X + Y + Z = E, . a1 + Ey. a2 + Eu . a3 und es folgt: X = ################# (1) und y = ################# (2) Eine lineare Quantisierung der Achsen Ev und Fu oder der Ey Ey und transformierten Koordinaten x und y würde keinerlei Nutzen aus der augenphysiologischen Tatsache der unterschiedlichen Empfindlichkeit gegenüber Farbortabweichungen ziehen, da, wie bereits erläutert, auf der x, y-Ebene des IBK-Diagramms die geometrischen Abstände nicht mit den empfundenen Farbabständen übereinstimmen.
Für die erste Koordinatentransformation nach der Erfindung aus der IBK-Parbtafel mit den Koordinaten x, y, in die CIE-UC-Farbtafel mit den Koordinaten u und v gelten folgende Transformationsgleichungen: 4x u = -2 x + 12 y + 7 (3) = ######## (4) Mit dieser ersten Koordinatentransformation nach der Brfindung wird der Nachteil vermieden, daß bei einer Quantisierung der Bezugsachsen der IBK-Farbtafel auf das kritische Unterscheidungevermögen im Bereich Blau abzugleichen wäre. Damit wäre die Quantisierung im Bereich Rot und Grün überbestimmt.
Will man die ohnehin notwendige Koordinatentransformation zur Bildung des Helligkeitssignals und der Farbdifferenzsignale mit der Transformation aus der IBK-Farbtafel in die CIE-UCS-Farbtafel in einer Schaltungsanordnung durchführen, so lassen sich für diese Koordinatentransformation aus den Gleichungen (1) (2), (3) und (4) folgende Formeln ableiten: u=##################### (5) v=##################### (6) Für die Rücktransformation gilt: Eu=################# # Ey (7) Ev=################# # Ey (8) Die Verkleinerung der zu quanttsierenden Fläche des Parbdreiecks in der CIE-UCS-Farbtafel ergibt sich durch Einführung der Koordinaten s und t. Es gilt dann für die Koordinaten s und t des schiefwinkligen Koordinatensystems s=##################### (9) t=##################### (10) Für die Aufteilung des Farbdreiecks RGB in hexagonale Flächenelemente nach Fig. 5a gilt eine entsprechende Ableitung. Man erhält für #=##################### #=##################### } frEv + f2EU +feEv #=##################### Die Umformung in das s-t-Koordlnatensystem und die Spiegelung wird nach der Transformation von der Codiermatrix vorgenommen.
Die schaltungstechnische Ausführung der Transformationsgleichungen (9) und (10) ist im Prinzip in Fig. 6 dargestellt.
Nach den Regeln der analogen Rechentechnik lassen sie sich aus aus je zwei Summierverstärkern,einem Umkehrverstärker und einem Vier-Quadranten-Multiplizierer aufbauen.
Die zugehörige Rücktransformation wird in Schaltungen vorgenommen, die die Gleichungen (11) und (12) realisieren.
Eu=################# Ey (11) g21s + g22t + g23 Ev=################# Ey (12) Fig. 7 zeigt das Prinzipschaltbild für die Rücktransformation.
Es unterscheidet sich von Fig. 6 in den Koeffizienten (entsprechend Gleichung (11), (12) und dem zusätzlichen Multiplizierbaustein.
Die Realisierung der Transformationsgleichungen kann, wie in Fig. 8 skizziert, auch digital erfolgende Die Farbdifferenzsignale und das mit einem Tiefpaß TP auf die Bandbreite der Farbkomponenten begrenzte Luminanzeignal werden insgesamt drei A/D-Wandlern zugeführt. In nachfolgendem digitalen Schaltungen wird die Transformation vorgenommen Dar A/D-Wandler für das bandbegrenzte Y-ignai kann entfallen wenn es gelingt, durch eine vergleichsweise einfache digitale Anordnung die gleiche Information vom Y-Codiermystem abzuleiten. Trotzdem dürfte die digitale Version wegen der komplexen Schaltungstechnik zur Realisierung der Brüche in den Gleichungen (9) (10), (11) und (12) im Vergleich zur Analogtechnik aufwendiger sein. Auch die empfangsseitige Rücktransformation kann digital in ähnlicher Art und Weise erfolgen.
Die Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild für ein Verfahren, bei der die bei einem kompatiblen Farbfernsehübertragungssuystem ohnehin notwendige sendeseitige Koordinatentransformation der drei Farbartsignale R G B in einem genormten Farbdreieck zur Bildung des Heiligkeitssignals Ey und der beiden Farbdifferenz-Signale Eu und Ev einerseits um die Koordnatentransformation zur Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten und andererseit die Koordinatentransformation zur Verkleinerung der zu quantisierenden Fläche erweitert istO Zur Bildung des Helligkeitssignals Ey verwendet man dann eine vereinfachte lediglich zur Addition der Farbartsignale ausgelegte Matrix. Auf der Empfangsselte kann eine entsprechend aufgebaute Schaltungsanordnung Verwendung finden.
Geht man, wie in Fig. 9 dargestellt, nicht von Ev, Ey, Eu, sondern von dem von der Farbkamera gelieferten RGB-Signal aus, so müssen die Koeffizienten der Transformationsgleichungen verändert werden. Die neuen Koeffiziehten erhält man durch Multiplikation der Koeffizientenmatrix derTransformationsgleichungen für s und t, bzw.#,#,# mit der Verknüpfungsmatrix zur Umwandlung von Ev, Ey, Eu in die RGB-Koordinaten.
Entsprechendes gilt für die Anwendung des Verfahrens auf andere Farbfernsehsysteme als PAL z.B. NTSC;auch hier müssen die Koeffizienten der Transformationslgichungen durch Multiplikation mit der Verknüpfungsmatrix (Umwandlung EVt Ey' Eu#Y, I, Q) auf Sende- und Empfangsseite verändert werden.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Irrelevanzreduktion bei einer linearen Codierung der farbmetrisch in einem genormten Farbdreieck festgelegten Farbinformation in einem digitalen Farbfernsehllbertragungssystem, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Farbartsignale (R, G, B) oder die daraus durch Koordinatentransformation (Matrizierung) abgeleiteten Farbdifferenzsignale (Eu/Ev) sendeseitig in einer Codierschaltung umgeformt werden, die wenigstens zwei weitere Koordinatentransformationen bewirkt, von denen die erste die unterschiedliche Empfindlichkeit des Auges gegenüber Farbortabweichungen an verschiedenen Stellen des Farbdreiecks wenigstens annähernd ausgleicht und von denen die zweite die zu quantisierende Fläche des Farbdreiecks möglichst klein werden 1äI3t und daß empfangsseitig nach der Decodierung entsprechende Rücktransformationen erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Koordinatentransformation nach den in der DIN 5033 Bl. 3.33 für die CIE-UCS-Farbtafel 1960 angegebenen Transformationsgleichungen durchgeführt wird (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Koordinatentransformation dadurch erfolgt, daß zwei zu benachbarten Seiten des Farbdreiecks (B--G, B-R) parallele Strecken als Achsen (8, t) eines schiefwinkligen Koordinatensystems verwendet werden, dessen Koordinatennullpunkt (0) so gewählt wird, daß seine beiden Achsen (s, t) bei jeweils dem gleichen kleinen positiven Wert die gegenUberliegenden Seite des Parbdreiecks schneiden, so daß die im zweiten Quadranten (II) des schiefwinkligen Koordinatensystems liegenden Farbkoordinaten (t, s) um diese gegenüber dem Koordinatennullpunkt um den geringen positiven Betrag verschobene Koordinate (0,5) in den vierten Quadranten (IV) gespiegelt, d.h. mit inverser Koordinatenzuordnung (-t/s) übertragen werden können und daß die gespiegelt übertragen nen Farbkoordinaten bei der Decodierung anhand einer Codezuordnungstabelle in den zweiten Quadranten zurückgespiegelt und nach der Decodierung zurücktransformiert werden (Fig. 2).

40 Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet; daß die Koordinatentransformation der Farbdifferenzsignale zur Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten und die Koordinatentransformation zur Minimisierung der das Farbdreieck überdeckenden u quantisierenden Fläche wie die ent sprechenden empfangsseitigen Rücktransformationen in je einer gemeinsamen Schaltungsanordnung ausgeführt werden (Fig.

5, 6, 7).

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anaspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus je zwei Summierverstärkern, einem Umkehrverstärker und einem Vier-Quadranten-Multiplizierer besteht, die nach den Regeln der analogen Rechentechnik so zusammengeschaltet sind, daß sie die Bedingungen der Transformationsgleichung s=##################### t=##################### für die Sendeseite bzw.

Eu=################# Ey Ev=################# Ey für die Empfangsseite erfüllen, wobei f11 bis f23 bzw. g11 bis g23 Matrizenkoeffizienten darstellen (Fig. 6, 7).

6. Verfahren nach den ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu quantisierende Farbdreieck sendeseitig zunächst durch Einführung von drei neuen auf den Seiten des Farbdreiecks angeordneten Bezugsachsen (#,#,#) in hexagonale Flächenelemente unterteilt und jedes Flächenelement nach drei Koordinaten quantisiert wird und erst nach der Quantisierung die Transformation in das schiefwinklige Koordinatensystem (s, t) erfolgt (Fig. 5a).

nach Anspruch 7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig für jede der drei Bezugsachsen (#,#,#) des Farbdreiecks ein Analog-Digital-Wandler (ADw) vorgesehen ist daß die Ausgänge der drei Analog Digital-Wandler über eine Logik, die eine entsprechende Codezuordnungstabelle verwirklicht, wieder zu den beiden schiefwinkligen Koordinaten (s, t) vereinigt sind und über die Übertragungsstrecke übertragen werden (Fig. 4,5a).

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, , daß die beiden in einer vorangeschalteten analogen Matrix gebildeten Farbdifferenzsignale (Eu, Ev) und das in einem zwischengeschalteten Tiefpaß (TP) auf die Bandbreite der Farbartsignale begrenzte Helligkeitssignal (Ey) an je einen von drei Analog-Digltalwandlern gelegt sind und daß von jedem der drei Analog-Digitalwandler ein Ausgang an je einen Eingang je einer digitalen Transformationsschaltung für die beiden Koordinaten des zweifach transformierten Farbdreiecks (8, t) geschaltet ist (Fig. 8).

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem kompatiblen Farbfernsehübertragungssystem ohnehin notwendige sendeseitige Koordinatentransformation der drei Farbartsignale in einem genormten Farbdreieck zur Bildung des Helligkeitssignals Ey und der beiden Farbdifferenzsignale Eu und Ev und deren empfangsseitige Rücktransformation einerseits um die Koordinatentransformation bzw. Rücktransformation zur Anpassung an die augenphysiologischen Gegebenheiten und andererseits um die Koordizu natentraneformation zur Verkleinerung der quantisierenden Fläche erweitert und in jeweils einer gemeinsamen Schaltungsanordnung durchgeführt wird, wobei zur Bildung des Helligkeitssignals (Ey) eine vereinfachte, lediglich zur Addition der Farbartsignale ausgelegte Matrix verwendet wird (Fig. 9).

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der linearen Quantisierung zusätzliche irrelevanz- und/oder redunanzreduzierende Codereinrichtungen eingeschaltet werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen lus 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung zusätzlich zur Korrektur von mit Farbst ichen behafteten Vorlagen, zur Verschlüsselung für das Abonnement-Farbfernsehen und/oder zu Trickeffekten herangezogen wird.

L e e r s e i t e