DE2701649C2 - Verfahren zur digitalen Übertragung des Luminanzsignals eines getrennt codierten Farbvideosignals - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Uebertragungsverfahren fuer den Luminanzanteil eines Farbvideosignals. Bei einer getrennten Codierung wird der waehrend des Uebertragungsvorgangs einem Kammfilterprozess unterworfene Luminanzanteil nur jede zweite Zeile uebertragen. Der Luminanzanteil fuer die fehlenden Zeilen wird aus den uebertragenen Luminanzanteilen benachbarter Zeilen abgeleitet und durch ein niederfrequent uebertragenes Korrektursignal korrigiert. Das erfindungsgemaesse Verfahren erzielt eine betraechtliche Frequenzeinsparung. Die mit dem erfindungsgemaessen Verfahren erzielbare Frequenzeinsparung entspricht bei dem angegebenen Beispiel einer Verringerung der Kanalkapazitaet um den Faktor 1,43. Die Uebertragung eines analogen BAS-Videosignals f hrt bei einer Anwendung des erfindungsgemaessen Verfahrens in gleichem Masse zu einer Frequenzbandeinsparung und damit zu einer Verringerung der Kanalbreite. vorteilhafter Weise ist also jedem Entfernungswert bzw. Entfer

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Zeischrift »NTZ«. 1971, Heft 6. S. 321 und 325. ist bekannt, Farbvideosignalc geschlossen oder getrennt zu codieren. Bei der geschlossenen Codierung wird das komplette analoge Farbvideosignal zunächst amplitudenmäßig abgetastet und anschließend entsprechend der abgetasteten

Amplitudenwertc in eine Folge digitaler Codeworte umgesetzt. Bei der getrennten Codierung wird das Farbvideosignal mit einem Kammfilter in die beiden analogen Signalkomponcnten l.uminanz und Chrominanz aufgespalten. Diese werden dann getrennt digitali-

siert und übertragen. Üblicherweise werden die Komponenten Luminanz und Chrominanz entsprechend ihrer Bandbreite mit unterschiedlichen Abtastraten abgetastet. Zur Redundanzminderung wird die Luminanzkomponente mit einer Abtastratc abgetastet, die unter derjenigen nach dem Abtasttheorem (Nyquist-Kriterium) liegt. Auf der Empfängerscitc entstehende Störungen können durch Wahl eines Präzisions-Offsets. z. B. eines Halbzeilenoffsets, mit einem anderen Kammfilter beseitigt werden. Die erforderlichen Kammfilterprozes-

se führen jedoch bei den höher frequenten Signalanteilen im Luminanzsignal zu einer Signalintegration in vertikaler Richtung, wodurch das Luminanzsignal einen Informationsverlust erfährt. Bekannte Kammfilter integrieren die höher frequenten Luminanzanieile im Luminanzsignal über drei Zeilen auf.

Aus der US-PS 39 82 063 ist ein Verfahren zur Übertragung eines Videosignals über eine Einrichtung begrenzter Bandbreite bekannt. Bei den bekannten Verfahren werden die Video/eilen zeitgedehnt über einen

t>5 bandbreite-begrenzten Kanal übertragen und auf der Empfangsscite wieder auf ihre ursprüngliche Länge komprimiert. Gemäß einer Ausführungsform werden die Signale für die fehlenden /eilen aus den Signalen

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benachbarter Zeilen des vorhergehenden Halbbildes gemittelt und anstelle der nicht übertragenden Signale der fehlenden Zeilen eingesetzt Die Übertragung der Signale erfolgt jedoch in analoger Form.

Aus der DE-OS 24 44 069 ist ein Verfahren zur empfangsseitigen Verbesserung der Wiedergabequalilät eines Fernsehsignals geringer Bandbreite bekannt, bei dem zur Verringerung der Sichtbarkeit der Zeilenstruktur die empfangenen Zeilensignale fortlaufend in Pufferspeicher eingelesen und mit gegenüber der Einiesegeschwindigkeit verdoppelter Geschwindigkeit ausgelesen werden und in die zwischen je zwei komprimierten benachbarten Zeilensignalen entstehende Lücken ein weiteres komprimiertes Zeilensignal zur Verdoppelung der Zeilenzahl eingefügt wird. Für jede Lücke stehen dabei zwei Zeilensignale zur Auswahl zur Verfügung, von denen eines aus der entsprechenden Zwischenzeile des vorhergehenden Halbbildes durch Kompression und das zweite durch Interpolation aus wenigstens zwei benachbarten Zeilen des aktuellen Halbbildes ebenfalls durch Kompression gebildet wird.

Ein Bewegungsdetektor erkennt, ob der Inhalt zweier aufeinanderfolgender Vollbilder voneinander abweicht und entscheidet, daß bei unbewegten Bildszenen das erste und bei bewegten das zweite Zeilensignal eingefügt wird. Das bekannte Verfahren zur Verringerung der Sichtbarkeit der Zeilenstruktur erfordert also einen Zwischenspeicher mit der Kapazität eines Halbbildes. Auch wird kein Korrektursignal gebildet und übertragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Frequenzbandeinsparung bei der digitalen Übertragung eines getrennt codierten Farbvideosignals anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Maßnahmen.

Es wurde festgestellt, daß es in einem Fernsehsystem mit 625 Zeilen ausreichend ist, die hochfrequenten Signalanteile des Luminanzsignals nur während 300 Zeilen zu übertragen. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs nutzt diese Erkenntnis und erzielt damit eine beträchtliche Frequenzbandeinsparung. Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens.

Zeichnung

Weitere Vorteile und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verfahren werden im folgenden anhand von Auführungsbeispielen mit Figuren näher beschrieben und erläutert. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

F i g. 3 Pegeldiagramm über die vertikale Integration höher frequenter Luminanzanteile zu den Ausführungsbeispielen.

Beschreibung der Erfindung

Die K i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. An der Klemme 1 liegt ein kammförmig gefilter tes Luminanzsignal BA. Dieses Luminanzsignal wird einer ersten Verzögerungseinrichtung 2 und einem Eingang einer Addierstufe 3 zugeführt. Dem anderen Eingang der Addierstufe 3 wird das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 2 und in einer weiteren Verzöge rungseinrichtung 4 verzögerte Luminanzsignal zugeführt. Jede Verzögerungseinrichtung 2 und 4 verzögert das Luminanzsignal um Γ//=64μ$, d. h. um eine Zeilenperiode. Der Addierstufe 3 werden demnach Signale

ίο zugeführt, welche für eine bestimmte Zeile Signale benachbarter Zeilen darstellen. Für eine Zeile (n— 1) ist am Ausgang der Addierstufe 3 ein Signal abnehmbar, welches die Summe der Signale während der Zeilen π und f/i—2) darstellt Zur Bildung eines Mittelwertes wird

is dieses Summensigna] in einer nachfolgenden Divisionsschaltung (5) im Pegel halbiert und einem Eingang einer Subtraktionsstufe 6 zugeführt An dem anderen Eingang der Subtraktionsstufe 6 liegt das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 2 abnehmbar um eine Zeilenpe- riode verzögerte Luminanzsignal. In dieser Subtraktionsstufe 6 wird das durch Interpolation gewonnene Mittelwertsignal von dem um eine Zeilenperiode verzögerten Luminanzsignal zur Ableitung eines Korrektursignals subtrahiert. Das erzeugte Korrektursignal wird nachfolgend in einer Divisionsschaltung 7 im Pegel reduziert und über einen Tiefpaß 8 geführt. Das am Ausgang des Tiefpasses 8 abnehmbare niederfrequente Korrektursignal wird mit dem am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 2 abnehmbaren Signal zeilenfre- quent wechselnd über die Kontaktstrecke eines gesteuerten Umschalters 9 einem Analog-Digital-Wandler 10 zugeführt. Gesteuert wird die Kontaktstrecke des gesteuerten Umschalters 9 durch ein an Klemme 11 liegendes Impulssignal halber Zeilenfrequenz, welches gleichzeitig die Kontaktstrecke eines anderen gesteuerten Umschalters 12 steuert. Der gesteuerte Umschalter 12 dient zur Umschaltung der unterschiedlichen Abtastraten an den Klemmen 13 und 14. Die Steuerung erfolgt dabei so, daß das in der Verzögerungseinrichtung 2 verzögerte Luminanzsignal mit höheren Abtastraten als das Korrektursignal abgetastet wird.

Das an einer Klemme 15 abnehmbare analog-digitalgewandclte Luminanzsignal besteht aus einer zeilenfrequent wechselnden Folge von I.uminanz- und Korrek- tursignal, die über eine Übertragungsstrecke einem Empfänger zugeführt werden. Auf der Empfängerseite wird das zu einer Klemme 16 übertragene Signal einmal direkt einem Eingang einer Addierstufe 17 zugeführt und einem anderen Eingang über Verzögerur.gseinrich tungen 18 und 19 um zwei Zeilenperioden verzögert. Durch Halbieren des Spannungspegels des am Ausgang der Addierstufe 17 abnehmbaren Signals mit einer Divisionsschaltung 20 wird wieder ein Mittelwertsignal der Zeilen η und (n—2) erhalten. Diesem Signal wird in einer Addierstufe 21 das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 18 abnehmbare um einen Verstärkungsfaktor in einer Multiplizierschaltung 22 vergrößerte Korrektursignal hinzugefügt. Die Multiplizierschaltung 22 dient zur Wiederherstellung des in der Divisionsschal tung 7 reduzierten Pegels des Korrektursignals. Über die Kontaktstrecke eines gesteuerten Umschalters 23 wird zeilenfrequent wechselnd einmal das ursprüngliche Luminanzsignal und zum anderen das durch Interpolation gewonnene korrigierte Luminanzsignal einem Di-

b5 gital-Analog-Wandler 24 zugeführt, an dessen Ausgang mit Klemme 25 ein analoges Luminanzsignal abnehmbar ist. Gesteuert wird die Kontaktstrecke des gesteuerten Umschalters 23 durch ein an Klemme 26 liegendes

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Impulssignal der halben Zeilenfrequenz.

Die Pegelreduzierung des Korrektursignals vor der Analog-Digital-Wandlung wird vorgenommen, um ein Überschreiten der Quantisierungskennlinie bei negativen Korrektursignalen zu verhindern.

Während bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. I ein Korrektursignal durch Interpolation benachbarter Zeilen abgeleitet wird, wird bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel (F i g. 2) ein Korrektursignal durch Ersatz der Vorzeile abgeleitet. Dazu wird das auf der Senderseite der Klemme 1 liegende kammförmig gefilterte Luminanzsignal BA einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 30 direkt zugeführt und einem anderen Eingang mit einer Verzögerungseinrichtung 31 um eine Zeilenperiode verzögert. Das am Ausgang der Subtraktionsstufe 30 erhaltene Korrektursigna! wird zur Anpassung an die Quantisierungskennlinie eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers 32 in einer Divisionsschaltung 33 im Pegel reduziert und über einen Tiefpaß 34 geführt. Über die Kontaktstrecke eines gesteuerten Umschalters 35 wird das unverzögerte Luminanzsignal und das Korrektursignal am Ausgang des Tiefpaßfilters 34 zeilenfrequent wechselnd dem Analog-Digital-Wandler 32 zugeführt. Gesteuert wird die Kontaktstrekke des gesteuerten Umschalters 35 durch ein Impulssignal der halben Zeilenfrequenz an Klemme 36. Gleichzeitig wird auch hier synchron mit der Kontaktsirecke des gesteuerten Umschalters 35 die Kontaktstiecke eines weiteren gesteuerten Umschalters 37 gesteuert, über dessen Kontaktstrecke dem Analog-Digital-Wandler 32 unterschiedliche an den Klemmen 38 und 39 liegende Abtastraten zugeführt werden. Das an der Klemme 40 liegende analog-digital-gewandelte Signal wird über die gestrichelt gezeichnete Übertragungsstrecke zu einem Empfänger weitergeleitet.

Empfängerseitig wird das zu einer Klemme 41 übertragene Signal einem Eingang einer Addierstufe 42 mit einer Verzögerungseinrichtung 43 um eine Zeilenperiode verzögerte Signal zugeführt und einem anderen Eingang das in einer Multiplizierstufe 44 um einen bestimmten Faktor vergrößerte Signal. Dieser Faktor entspricht dem Reduktionsfaktor der Divisionsschaltung 33 auf der Empfängerseite. Am Ausgang der Addierstufe 42 wird ein durch Ersatz der Vorzeile plus Korrektursignal abgeleitetes Luminanzsignal erhalten. Dieses noch digital vorliegende Luminanzsignal wird zeilenweise wechselnd mit dem an Klemme 41 liegenden Luminanzsignal über die Kontaktstrecke eines gesteuerten Umschalters 46 einem Digital-Analog-Wandler 47 zugeführt, an dessen Ausgang mit Klemme 48 ein analoges Luminanzsignal abnehmbar ist. Gesteuert wird die Kontaktstrecke des gesteuerter. Umschalters 46 durch ein an Klemme 49 liegendes Impuissignal der halben Zeilenfrequenz.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Frequenzeinsparung sei an dem folgenden Beispiel dargestellt Dazu sei angenommen, daß die Übertragung des Luminanzsignals während gerader Zeilen bei 8 Bit pro Bildpunkt und einer Abtastrate von 10 MHz eine Kanalkapazität von 80 Mbit/s erfordert Während bo ungerader Zeilen ergibt sich bei 8 Bit und einer Abtastrate von 2x2 MHz eine Kanalkapazität von 32 Mbit/s. Daraus läßt sich ein Mittelwert von 56 Mbit/s errechnen. Dies entspricht einer Verringerung der Kanalkapazität um den Faktor 1,43. M

In den Diagramm der F i g. 3 zeigt a) acht Zeilen zu je 64μ5. Ende der vierten Zeile möge ein Signalsprung von weiß (100%) nach schwarz (0%) stattfinden (Fig.3b).

Ein bekanntes Kammfilter liefert eine Sprungantwort nach F i g. 3c, bei welcher der Pegel zwischen den Zeilen 4 und 6 50% beträgt. In der Fig.3d ist die Sprungantwort für ein Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in der F i g. 3e dargestellte Sprungantwort bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der F i g. 2.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bleibt nicht nur auf die digitale Übertragung getrennt codierter Farbvideosignale beschränkt, die außerdem während eines Übertragungsvorganges einem Kammfiltcrungsprozeß unterworfen werden. Die Übertragung eines anaolgcn BAS-Videosignals führt bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in gleichem Maße zu einer Frequenzbandeinsparung und damit zu einer Verringerung der Kanalbandbreite.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche: 27 Ol 649

1. Verfahren zur digitalen Übertragung des Luminanzsignals eines getrennt codierten Farbvideosignals, wobei das Signal nur während jeder zweiten Zeile übertragen und das Signal benachbarter Zeilen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der fehlenden Zeilen ein niederfrequentes Korrektursignal übertragen wird und daß die durch Interpolation benachbarten Zeilen wiedergewonnene Zeile mittels des Korrektursignals korrigiert wird.

2. Verfahren zur digitalen Übertragung des Luminanzsignals eines getrennt codierten Farbvideosignals, wobei das Signal nur während jeder zweiten Zeile übertragen und das Signal benachbarter Zeilen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der fehlenden Zeilen ein niederfrequentes Korrektursignal übertragen wird und daß das Signal der fehlenden Zeile aus der vorhergehenden Zeile und dem Korrekiursignal abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Senderseite einer Übertragungsstrecke der Luminanzanteil des Farbvideosignals mit einer ersten Verzögerungseinrichtung (2) um eine Zeilenperiode verzögert wird und mit einer zweiten Verzögerungseinrichtung (4) um ein weitere Zeilenperiode, daß zum Erhalt des Korrektursignals der nichtverzögerte und der um zwei Zeilenperioden verzögerte Luminanzanteil zunächst addiert und dann im Pegel halbiert wird, bevor das so gewonnene Signal von dem um eine Zeilcnperiode verzögerten Signal subtrahiert wird, daß der um eine Zeilenperiode verzögerte Luminanzanteil jede zweite Zeile einem A/D-Wandler (10) zugeführt wird, daß das Korrektursignal während der übrigen Zeilenperioden dem A/D-Wandler (10) zugeführt wird und daß der um eine Zeilcnperiode verzögerte Luminanzanteil im A/D-Wandler (10) höherfrequent abgetastet wird als das Korrektursignal (F i g. I).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal vor einer Analog-Digital-Wandlung im Pegel reduziert und über einen Tiefpaß (8)geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4 üadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfängerseite der Übertragungsstrecke das analog-digital-gcwandelte übertragene Signal mit einer dritten Verzögerungseinrichtung (18) um eine Zeilenperiode verzögert wird und mit einer vierten Verzögerungseinrichtung (19) um eine weitere Zeilenperiode, daß das um eine Zeilenperiode verzögerte Signal jede zweite Zeile einem D/A-Wandler (24) zugeführt wird, daß zunächst das nichtverzögerte und das um zwei Zeilenperioden verzögerte Signal addiert und im Pegel halbiert werden, um dann mit dem um eine Zeilenperiode verzögerten Signal addiert während der übrigen Zeilenperioden dem D/A-Wandler (24) zugeführt zu werden (F i g. 1).

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Addition des um eine Zcilenperiode verzögerten Signals bei einer senderseitig vorgenommenen Pegclreduzierung eine entsprechende Pegelanhebung vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendcrscitc einer Übertragungsstrecke der Luminanzuntcil des l';irbvideosi-

gnals mit einer ersten Verzögerungseinrichtung (31) um eine Zeilenperiode verzögert wird, daß zum Erhalt des Korrektursignals der nichtverzögerle von um eine Zeilenperiode verzögerten Luminanzanteil subtrahiert wird, daß der nichtverzögerte Luminanzanteil jede zweite Zeile einem A/D-Wandier (32) zugeführt wird, daß das Korrektursignal während der übrigen Zeilenperioden dem A/D-Wandler (32) zugeführt wird und daß der nichtverzögerte Luminanzanteil vom A/D-Wandler (32) höherfrequent abgetastet wird als das Korrektursignal (F i g. 2).

8. Verfahren nach Anspruch I, 4 und 7, dadurch gekennzeichnet daß auf der Empfängerseite der Übertragungsstrecke das übertragene analog-digital-gewandelte Signal mit einer zweiten Verzögerungseinrichtung (43) um eine Zeilenperiode verzögert wird, daß zunächst das nichtverzögerte mit dem um eine Zeilenoeriode verzögerten Signal addiert wird bevor da? so gewonnene Signal jede zweite Zeile einem D/A-Wandler (47) zugeführt wird und daß während der übrigen Zeilenperioden das nichtverzögerte Signal dem D/A-Wandler (47) zugeführt wird (F i g. 2).

9. Verfahren nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Addition des nichtverzögerten Signals bei einer senderseitig vorgenommenen Pegelreduktion eine entsprechende Pegelanhebung vorgenommen wird