DE2641902C2 - Verfahren zur digitalen Codierung eines Farbvideosignals - Google Patents

Abstract

Aus der Zeitschrift "NTZ", 1971, Heft 6, S. 321 bis 325, ist ein digitales Uebertragungsverfahren fuer Farbfernsehsignale bekannt. Die Uebertragung der einzelnen digitalen Signalkomponenten erfolgt nach der vorgenannten Zeitschrift "NTZ" zeitmultiplex. Damit steht das redundanz-reduktionsfreundliche Verfahren der getrennten Codierung in einem gewissen Gegensatz zu bisher eingefuehrten Verfahren in Geraeten, wie Image Enhancer, Frame Synchronizer oder Time -Base-Corrector, die nur geschlossen codierte Farbvideosignale verarbeiten. Bei den angegebenen Verfahren werden die in an sich bekannter Weise nach Art einer getrennten Codierung erzeugten digitalen Luminanz- und Chrominanzanteile des Farbvideosignals in einer digitalen Recheneinheit derart kombiniert, dass an deren Ausgang ein digitales Farbvideosignal abnehmbar ist, welches mit einem nach Art einer geschlossenen Codierung erzeugten digitalen Farbvideosignal kompatibel ist. Das Verfahren hat den Vorteil, dass bei Herstellung von Kompatibilitaet zwischen geschlossen und getrennt codierten Farbvideosignalen die digitale Ebene nicht verlassen zu werden braucht. Wiederholte Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlungsprozesse werden nicht mehr erforderlich. Getrennt codierte Farbvideosignale koennen nach dem erfindungsgemaessen Verfahren nunmehr ohne Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlung in geschlossen codierte Farbvideosignale ueberfuehrt werden. Diese "ueberfuehrten" Signale koennen von den eingefuehrten dig...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Codierung eines Farbvideosignals nach der Gattung des Hauptanspruchü.

Aus der Zeitschrift »NTZ«, 1971, Heft 6, S. 321 bis 325, ist ein digitales Übertragungsverfahren für Farbfernsehsignale bekannt. Entsprechend der jeweils vorgenommenen Art der Analog-Digital-Umwandlung des zu übertragenden Farbfernsehsignals wird zwischen geschlossener und getrennter Codierung unterschieden. Bei der geschlossenen Codierung wird das komplette analoge FBAS-Signal amplitudenmäßig abgetastet, quantisiert und PCM-codiert. Werden jedoch die Komponenten Luminanz und Chrominanz des Farbfernsehsignals getrennt analog-digital-gewandelt, so spricht man von getrennter Codierung. Getrennt codierte Farbfernsehsignale können gegenüber geschlossen codierten Farbfernsehsignalen wirkungsvoller redundanzreduziert werden. Ein Grund dafür ist die freie Wahl der Abtastfrequenz für jede der beiden Signalkomponenten (DE-OS 26 28 816). Ein weiterer Grund ist beispielswei-

se in der Wahl eines geeigneten Übertragungsmodus für die Chrominanzkomponente zu sehen (DE-OS 04 460).

Die Übertragung der einzelnen digitalen Signalkomponenten erfolgt nach der vorgenannten Zeitschrift »NTZ« zeitmultiplex. Damit steht das redundanz-reduktionsfreundliche Verfahren der getrennten Codierung in einem gewissen Gegensatz zu bisher eingeführten Verfahren in Geräten, wie image enhancer, frame

synchronizer oder time-base-corrector, die nur geschlossen codierte Farbvideosignale verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, getrennt codierte Farbvideosignale ohne wiederholte Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlungsprozesse in geschlossen codierte Farbvideosignale überzuführen, welche mit den von vornherein geschlossen codierten Farbvideosignalen kompatibel sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Aus der Zeitschrift »SMPTE journal, March 1976, Vol. 85, No. 3, Seiten 141 bis 145« ist an sich bekannt, die Digital-Digital-Umwandlung digitaler Videosignale unter Anwendung einer Abtastratenwandlung durchzuführen, wobei die nach Art einer getrennten Codierung erzeugten digitalen Luminanz- und Chrominanzanteile eines Farbvideosignals in einer digitalen Recheneinheit derart kombiniert werden, daß an deren Ausgang ein andersartig codiertes digitales Farbvideosignal abnehmbar ist

Die mit den bekannten Verfahren erzeugten andersartig codierten digitalen Farbvieosignale sind jedoch nicht mit einem nach An: einer geschlossenen Codierung erzeugten digitalen Farbvideosignal kompatibel.

Weiter ist an sich bekannt (Zeitschrift SMPTE Journal, June 1974, Vol. 83, S. 489 bis 495), bei der Codierung eines geschlossen codierten digitalen NTSC-Signals mittels einer digitalen Recheneinheit voneinander getrennt in digitaler Form die Leuchtdichtekomponente sowie die Farbartkomponenten zu gewinnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das am Ausgang der Recheneinheit verfügbare digitale Farbvideosignai mit einem nach Art einer geschlossenen Codierung erzeugten digitalen Farbvideosignal kompatibel ist. Dabei braucht die digitale Ebene nicht verlassen zu werden, wiederholte Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlungsprozesse sind nicht erforderlich. Die kompatiblen Signale können von den eingeführten Geräten verarbeitet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahren möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Figuren näher beschrieben. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 ein Diagramm eines Frequenzspectrums und

F i g. 2 ein Blockschaltbild nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird von einem getrennt codierten PAL-Farbfernsehsignel ausgegangen. Nach einem in der Patentanmeldung P 26 28 816 vorgeschlagenen Verfahren soll die Abtastfrequenz für die Luminanzkomponente des PAL-Farbfernsehsignals ein ganzzahliges Vielfaches der PAL-Farbträgerfrequenz />sein. Gleichzeitig soll die Abtastfrequenz für die Luminanzkomponente ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastfrequenz für die Chrominanzkomponente sein. Entsprechend wurde die Abtastfrequenz der Luminanzkomponente mit Iff und die Chrominanzkomponente mit '/4 · Iff — '/2/fgewählt.

In der Fig. 1 ist ein Frequenzspectrum der Chrominanzkomponente dargestellt. Auf der Abzisse der Fig. 1 a ist die Abtastfrequenz f_a in Bruchteilen und Vielfachen der PAL-Farbträgerfrequenz />■ aufgetragen.

Das Basisband (vollgezeichnete Linie) soll zwischen 0 und ^xUff liegen. Bei einem Abtasten der Chrominanzkomponente mit V2 der PAL-Farbträg-erfrequenz ergeben sich die gestrichelt gezeichneten Seitenbänder. Diese Seitenbänder der Chrominanzkomponente stören bei einer digitalen Modulation mit einer Luminanzkomponente, deren Abtastfrequenz wesentlich größer ist, z. B. 4 · der PAL-Farbträgerfrequenz ff{4ff). Die störenden Seitenbandspectren können durch eirw Abtastraten-Wandlung entfernt werden. Die Abtastratenwandlung erfolgt mit Abtastratenwandlern, die zwischen zwei aufeinander folgende Abtastwerte zusätzliche Abtastwertehinzufügen. Die jeweiligen zusätzlichen Abtastwerte werden durch eine lineare Interpolation gewonnen. In der DE-OS P 24 37 097 ist ein solcher Abtastratenwandler in der Funktion eines Schalter-Kammfilters beschrieben. Bei höheren Abtastraten-Vervielfachungen kann nicht nur in horizontaler Richtung interpoliert werden, sondern auch in vertikaler Richtung. Die Fig. Ib zeigt das Frequenzspectnim einer abtastratengewandelten Chrominanzkomponente von V2 der PAL-Farbträgerfrequenz auf den 4fachen Wert der PAL-Farbträgerfrequenz ff.
In dem Blockschaltbild nach F i g. 2 wird über eine Klemme 1 die bereits PCM-codierte Luminanzkomponente eines Farbfernsehsignals einem Schalter-Kammfilter 2 zugeführt. Die Luminanzkomponente sol! mit eine Abtastfrequenz f_a von 2 · der PAL-Farbträgerfrequenz fr abgetastet sein, wobei jeder Abtastwert in 8 Bit ausgedrückt ist. Die Luminanzkomponente ist somit mit einer Abtastfrequenz abgetastet worden, die unterhalb dem Nyquist-Kriterium liegt Um die durch die Unter-Nyquistabtastung auftretenden Störungen zu mindern, ist das Schalter-Kammfilter 2 vorgesehen. Derartige Schalter-Kammfilter sind beispielsweise aus der DE-OS 24 37 097 bekannt. Da Schalter-Kammfilter als Abtastratenverdoppler wirken, ist am Ausgang des Schalter-Kammfilters 2 eine PCM-codierte Luminanzkomponente abnehmbar mit einer Abtastfrequenz von f„ = 4/p

Die so aufbereitete Luminanzkomponente, bei welcher der Abstand von Bildpunkt zu Bildpunkt 56 ns beträgt, wird einem Eingang einer Recheneinheit 3 zugeführt. Die Recheneinheit 3 besteht beispielsweise aus einer arithmetischen Logikeinheit, die in Abhängigkeit einer Steuerspannung an einem Funktionswahl-Eingang 4 von einer binären arithmetischen Addition auf Subtraktion und umgekehrt umschaltbar ist. Derartige Recheinheiten sind bekannt und können mit den monolithisch integrierten Schaltkreisen vom TYP SN 74 181 aufgebaut sein. Dem anderen Eingang der Recheneinheit 3 wird die aufbereitete Chrominanzkomponente des PAL-Farbfernsehsignals zugeführt.

Die Chrominanzkomponente liegt an einer Klemme 5 in PCM-codierter Form vor. Außerdem soll die Chromi-

■ ^:, nanzkomponente an der Klemme 5 entsprechend der DE-OS 25 04 460 zeilenfrequent abwechselnd aus der Summe (U + V) und der Differenz (U - V) der Farbdifferenzsignale eines Farbfernsehsignal bestehen. Die Abtastfrequenz f_a soll der Hälfte der PAL-Farbträgerfrequenz U entsprechen. Wie eingangs erwähnt, können Signalkomponenten unterschiedlicher Abtastraten nicht ohne weiteres addiert werden, ohne Störungen im wiedergegebenen Farbfernsehbild zu verursachen. Zur Beseitigung dieser Störungen wird die an der Klemme 5 liegende Chrominanzkomponente zunächst über eine digitale Klemmstufe 6 geführt. Eine bekannte digitale Klemmstufe ist in der deutschen Patentanmeldung P 26 28 662 beschrieben. In der digitalen Klemmstufe 6

wird der Nullwert der Chrominanzkomponente auf die mittelste Stufe eines PCM-Dynamikbereiches geklemmt. Bei dem vorliegenden 8-Bit-Signal entspricht der Nullwert der Stufe V₂ · 256 = 128. Am Ausgang der digitalen Klemmstufe 6 steht nunmehr ein digital geklemmtes Chrominanzsignal mit 8-Bit zur Verfügung. Von diesen 8 Bit legt das bedeutungsvollste Bit (most significant bit) das Vorzeichen gegenüber dem Nullwert fest während die anderen sieben Bits als Betragsbit zu betrachten sind. In einer Multiplizierstufe 7 wird das so erhaltene Signal mit einem konstanten Verstärkungsfaktor multipliziert, um den Pegelbezug zur Luminanzkomponente richtig herzustellen. Der am Ausgang der Multiplizierschaltung 7 abnehmbaren Chrominanzkomponente wird in einer Additionsstufe 10 ein an einer Klemme 11 liegendes videofrequentes Farbsynchronsignal zuaddiert. Die Addition erfolgt jedoch nur beim Vorliegen der Differenz (U-V) der Farbdifferenzsignale der an der Klemme 5 liegenden Chrominanzkomponente. Zur zeitrichtigen Addition dient ein Schalter 10a, dessen Kontaktstrecke durch ein mäanderförmiges Signal 2H an einer Klemme 10/> gesteuert wird. Der positive Pegel des mäanderförmigen Signals 2Hso\\ beispielsweise immer dem (U — !^-Anteil der Chrominanzkomponente zugeordnet sein. Das so gewonnene Signal wird einem ersten Abtastratenwandler 8 und einer Verzögerungsleitung 9 zugeführt. Die Verzögerungsleitung 9 weist eine Verzögerungszeit von 64 μβ, das heißt von Zeilendauer, auf. Damit liegen nunmehr zwei Chrominanzkomponenten mit je sieben Betragsbits und einem Vorzeichenbit vor:
Eine Chrominanzkomponente von U + V bzw. U — V liegt am Eingang der Verzögerungsleitung 9 und die andere Chrominanzkomponente von U-V bzw. U + V an deren Ausgang. Der Ausgang der Verzögerungsleitung 9 ist mit dem Eingang eines zweiten Abtastratenwandlers 12 verbunden.

Die beiden Abtastratenwandler 8 und 12 sollen die Abtastrate der Chroniinanzkomponente verachtfachen. Hierzu wird den Abtastratenwandlern 8 und 12 ein an einer Klemme 13 liegendes Signal der 4fachen PAL-Farbträgerfrequenz zugeführt. Die verwendeten Abtastratenwandler sind im wesentlichen an sich bekannte Schätzwertbildner, die zwischen benachbarten Abtastpunkten weitere Abtastwerte nach einem Prädikationsalgorithmus errechnen. Schätzwertbildner sind aus dem Buch »Signalverarbeitung« (Vorträge der gleichnamigen Fachtagung in Erlangen vom 4. bis 6. April 1973, S. 417 bis 424) bekannt Die Ausgänge der Abtastratenwandler 8 und 12 sind mit einem gesteuerten Umschalter 14 verbunden, dessen Kontaktstrecke durch Steuerung mit einem an einer Klemme 15 liegenden Signal der zweifachen PAL-Farbträgerfrequenz /> zwischen dem Ausgang des Abtastratenwandlers 8 und dem Ausgang des Abtastratenwandlers 12 hin- und herschaltet

Das Signal am Ausgang des Abtastratenwandlers 12 unterscheidet sich vom Signal am Ausgang des Abtastratenwandlers 8 durch eine andere zeilenaltemierende Sequenz von U — V und U + V. Abhängig davon, sind Maßnahmen zu ergreifen, die positive Schaitphase des ω am Ausgang des Umschalters 14 liegenden Signals festlegen. Die positive Schaltphase ist mit der zeilenrichtigen Addition des Farbsynchronsignals definiert.

Von dem am Ausgang des gesteuerten Umschalters abnehmbaren Signals mit einer Bildpunktsequenz folgender Art : U+ V, U- V, U + V, U- V, werden die sieben Betragsbit dem anderen Eingang der Recheneinheit 3 zugeführt Das Vorzsichenbit wird dagegen mit einem an einer Klemme 16 liegendes Signal der PAL-Farbträgerfrequenz f_Fden Eingängen eines Exklusiv-ODERS 17 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Funktionswahleingang 4 der Recheneinheit 3 verbunden ist. Der Recheneinheit 3 wird somit als Chrominanzkomponente eine Bildpunktsequenz der folgenden Art zugeführt:

U + V, U- V, - (U + V), - (U - V)U + V, U- V, ... Die Bildpunktdauer beträgt dabei 56 ns.

Dem am Ausgang der Recheneinheit 3 abnehmbaren Signal von 9 Bit wird in einer weiteren Additionsstufe 18 ein an einer Klemme 19 liegendes PCM-codiertes Synchronsignal zugesetzt, so daß am Ausgang der Additionsstufe 18 mit Klemme 20 ein PCM-codiertes FBAS-Signal abnehmbar ist, das von digitalen Geräten, die geschlossen codierte Signale verarbeiten, ebenfalls verarbeitet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Codierung eines Farbvideosignals, bei dem die nach Art einer getrennten Codierung erzeugten digitalen Luminanz- und Chrominanzanteile des Farbvideosignals in einer digitalen Recheneinheit derart kombiniert werden, daß an deren Ausgang ein digitales Farbvideosignal abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen unterschiedlicher Abtastraten zwischen dem digitalen Luminanzanteil und dem digitalen Chrominanzanteil des getrennt codierten Farbvideosignals derjenige Signalanteil mit der niedrigsten Abtastrate zuvor einer Abtastratenwandlung unterworfen wird, derart daß das am Ausgang der Recheneinheit verfügbare digitale Farbvideosignal mit einem nach Art einer geschlossenen Codierung erzeugten digitalen Farbvideosignal kompatibel ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Abtastratenvervielfacher die Abtastrate des Signalanteils mit der niedrigen Abtastrate an die Abtastrate des Signalanteils mit der höheren Abtastrate angeglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Abtastratenvei vielfacher mit einem an sich bekannten Schätzwertbildner, welcher zwischen benachbarten Abtastpunkten weitere Abtastwerte nach einem Prädikationsalgorithmus errechnet, und mit einer Schalteranordnung, welche die errechneten weiteren Abtastwerte an die Stelle der entsprechend der Vervielfachung vorgesehenen weiteren Abtastpunkte setzt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für ein getrennt codiertes PAL-Farbfernsehsignal, dessen Luminanzanteil mit der zweifachen PAL-Farbträgerfrequenz und dessen Chrominanzanteil mit der '^fachen PAL-Farbträgerfrequenz abgetastet worden ist, ein Abtastratenvervielfacher vorgesehen ist, welcher die Abtastrate des Chrominanzanteils der des Luminanzanteils angleicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch getrennte Codierung erzeugte Chrominanzanteil zeilensequentiell aus der Summe (U + V) und aus der Differenz (U — V) von Farbdifferenzsignalen gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer PCM-Form vorliegende, durch eine getrennte Codierung erzeugte Chrominanzanteil digital derart geklemmt wird, daß jeder Abtastwert eines Abtastpunktes durch einen Betrag mit einem Vorzeichen definiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der digital geklemmte Chrominanzanteil über eine Multiplizierstufe (7) mit einem vorgegebenen Multiplikator (ä) geführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der durch getrennte Codierung erzeugte Chrominanzanteil einem ersten Abtastratenwandler (8) direkt zugeführt wird und einem zweiten Abtastratenwandler (12) nach einer Verzögerung um eine Zeilenperiodendauer.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen einer (U — V^-Komponente des Chrominanzanteils in einer Additionsstufe (10) ein PCM-codiertes videofrequentes Farbsynchronsignal zugesetzt wird.

10. Verfahren nach Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit zweifacher PAL-Farbträgerfrequenz gesteuerten Umschalter (14), dessen Kontaktstrecke abwechselnd an den Ausgang des ersten und zweiten Abtastratenwandlers (8 und 12) gelegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einem Eingang der digitalen Recheneinheit (3) ein mit zweifacher PAL-Farbträgerfrequenz abgetasteter Luminanzanteil und dann mit einem Schalter-Kammfilter (2) in der Abtastrate verdoppelter Luminanzanteil zugeführt wird und daß einem anderen Eingang der digitalen Recheneinheit (3) das an der Kontaktstrecke des gesteuerten Umschalters (14) liegende Betragssignal zugeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß als digitale Recheneinheit (3) eine mit einem Steuersignal von Addition auf Subtraktion und umgekehrt umschaltbare arithmetische Logikeinheit verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1,11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die digitale Recheneinheit (3) am Ausgang eines Exklusiv-ODERS (17) abgenommen wird, dessen Eingängen das an der Kontaktstrecke des gesteuerten Umschalters (14) liegende Signal mit der Wertigkeit des Vorzeichens und ein PAL-farbträgerfrequentes Signal zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem am Ausgang der digitalen Recheneinheit abnehmbaren digitalen BA-Farbvideosignal in einer weiteren Additionsstufe (18) ein PCM-codiertes Synchronsignal zugesetzt wird.