DE2814893A1

DE2814893A1 - Verfahren zur voraussage eines farbfernsehsignals

Info

Publication number: DE2814893A1
Application number: DE19782814893
Authority: DE
Inventors: Its Hak Dinstein
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1978-04-06
Publication date: 1979-01-25
Also published as: GB1579717A; FR2397116A1; CA1129076A; JPS5418226A; FR2397116B1; US4151550A

Description

28U893

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Voraussage eines Farbfernsehsignal s nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei allen digitalen Kodier sy steinen ist es wichtig, daß das kodierte Signal das Analogsignal, aus dem es abgeleitet wird, so eng wie möglich und mit einem Minimum an Redundanz repräsentiert. Auf diese Weise wird die Bandbreite des Kanals, über den das Signal übertragen werden soll, ökonomisch gehalten. Eines der wichtigsten Übertragungsverfahren ist ein Prozeß, der als "Differential Pulse Code Modulation (DPCM)" bekannt ist. Hier wird anstelle des augenblicklichen Wertes des Signals die Differenz zwischen dem augenblicklichen Signalwert und einem vorhergehenden Signalwert digitalisiert. Man bezeichnet DPCM allgemein als eine "voraussagende" Kodierart, da sie die Voraussagbarkeit, d.h., Redundanz eines Signals ausnutzt, um eine kleinere Bitrate zur impulskodierten Modulationsübertragung (PCM) zu erzielen.

Bei monochromatischen Fernsehsignalen ist die Redundanz hoch, wie das Signalleistungsspektrum zeigt, dessen Energie bei niedrigen Frequenzen überwiegt. Die Voraussagbarkeit eines monochromatischen Signals ist groß, da die meisten Fernsehsignale große Zonen konstanter oder nahezu konstanter Helligkeit enthalten. Ist also die Amplitude eines Signal-Samples vorgegeben, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das nachfolgende Sample sehr nahe an demselben Wert liegt.

Beim NTSC-Farbfernsehsystem wird dasselbe Helligkeitssignal wie im monochromatischen System verwendet; die Farbe bzw. Farbgebung wird in Form eines phasen- und amplitudenmodulierten Farb-Subträgersignals bei 3,56 MHz übertragen, welches auf das Helligkeitssignal aufmoduliert ist.

Im allgemeinen wird dabei eine Sampling-Rate von 3f benutzt. Hierbei wird nur eine geringe Effektivität erzielt. Die Bandbreite des zusammengesetzten NTSC-Farbfernsehsignals ist 4,2 MHz; 3f _ = 10,7 MHz liegt weit über der Nyquist-Rate (&4 MHz).

809884/0597

25H593

Ein Verfahren, bei dem die Sample-Nahme mit einer anderen Rate als der dreifachen Subträger-Frequenz erfolgt, ist im US-Patent 3 891 994 beschrieben. Nach diesem Verfahren wird das Farbsignal der vorausgehenden Feldzeile mit einer Rate gesampelt, die n/m mal der Subträgerfrequenz ist. Hier sind sowohl η als auch m kleine ganze Zahlen. Die Samples werden dann in mehrere Schieberegister eingegeben, die unterschiedliche Länge aufweisen. Bei jeder vorgegebenen Sampling-Frequenz kann die richtige Kombination der Schieberegister-Ausgangssignale so gewählt werden, daß die Samples aus der vorhergehenden Zeile dieselbe Subträger-Phase aufweisen. Bei einer Sampling-Rate von n/m mal der Subträger-Frequenz erstreckt sich ein kompletter Sampling-Zyklus über m Subtragerperioden. Da die Subträgersignale auf benachbarten Feldzeilen 180° außer Phase sind, läßt sich immer ein gleichphasiges Sample aus der vorhergehenden Linie in einer Entfernung von +_ m/2 Subtragerperioden finden. Es läßt sich zeigen, daß bei m = 1 oder 2 ein gleichphasiges Sample der vorausgehenden Zeile immer bei -1/2 des Subträger-Zyklus gefunden werden kann. Auf diese Weise ergibt sich eine minimale Entfernung dp. Diese Beschränkung des Wertes von m schränkt jedoch den Bereich der Sampling-Frequenzen in unerwünschter Weise ein. Bei einer Nyquist-Rate von 8,4 MHz ist nur eine Sampling-Rate verfügbar, nämlich (5/2) f__, und

SC

zwar oberhalb der Nyquist-Rate und doch unterhalb der als nicht effektiv erkannten Sampling-Rate von 3f .

SO

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zusammengesetzte Farbfernsehsignale vorherzusagen, bei denen die Entfernung zwischen gleichphasigen Samples immer minimal gehalten werden kann und eine größere Flexibilität bei der Wahl der Sampling-Rate gegeben ist,so daß die Effektivität des Fernsehsignal-Übertragungssystems maximiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

809884/0597 - ₇ -

— *7 —

28H893

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können zusammengesetzte NTSC-Farbsignale unter Verwendung von Sampling-Raten vorausgesagt werden, die unter 10,7 MHz (3f ) liegen, wobei gleichzei-

SC

tig die vorteilhafte Phasenbeziehung aufrechterhalten wird, die bei der Sampling-Rate 3f__ gegeben ist.

SC

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert? es zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagrämm eines DPCM-Sendesystems, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 2 die räumliche Verteilung und die Phasenbeziehung zwischen Samples benachbarter Feldzeilen bei einer Sampling-Rate von 3f_sc;

Fig. 3 die räumliche Verteilung und Phasenbeziehung von Samples benachbarter Feldzeilen bei einer Sampling-Rate von (12/5) χ f vor und nach der Phaseneinstellung der

SC

Samples gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 4 das Blockdiagramm eines Schaltkreises, der bei der Phasenschiebung der Sampling-Impulse, die in den Fign. 2 und 6 gezeigt sind, verwendet wird;

Fig. 5 Samples benachbarter Feldzeilen, die in senkrechter Richtung ausgerichtet sind;

Fig. 6 die räumliche Verteilung und Phasenbeziehung von Samples zwischen benachbarten Feldzeilen bei einer Sampling-Rate von (8/3) χ f vor und nach der Phaseneinstellung der

SC

Samples nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm des Dekoder- und durch "m" teilenden Zähler-Abschnitts von Fig. 4.

809884/0597

28U893

In Fig. 1 ist das Blockdiagrainm eines typischen DPCM-Systems gezeigt. Dieses weist einen Sender 1 und einen Empfänger 11 auf. Das analoge Informationssignal am Anschluß 2 wird in einem Analog-Digital-Wandler 3 gesampelt, der von Sampling-Impulsen der Taktsteuerung 5 beaufschlagt wird. Das strom-digitalisierte Sample wird an einen Subtraktionskreis 7 gelegt, wo es mit einem vorhergesagten Wert dieses Samples verglichen wird. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem vorhergesagten Wert wird im Quantisierer 9 quantisiert. Das quantisierte Differenzsignal wird auf einen Addierer 13 gegeben, wo das Stromsample rekonstruiert wird, indem das Differenzsignal und der vorhergesagte Wert addiert werden. Das rekonstruierte Sample wird dann in die Schieberegister SR1-SRN gegeben. Diese weisen unterschiedliche Länge auf. Das Sample wird durch die Schieberegister unter Kontrolle derselben Sampling-Impulse gegeben, die auch von der Taktsteuerung 5 dem Analog-Digital-Wandler 3 zugeführt werden. Da die Schieberegister ungleiche Länge aufweisen, liegen an ihren Ausgängen N unterschiedliche rekonstruierte Samples zu jedem Augenblick. Diese N rekonstruierten Samples werden mit Gewichtungskoeffizienten c>- - ^_n multipliziert und im Addierer 15 kombiniert. Auf diese Weise wird der vorhergesagte Wert des Strom-Samples erhalten. Das quantisierte Differenzsignal des Quantisierers 19 wird außerdem zum Empfänger 11 gesandt. Dort wird es im Addierer 17 mit dem vorhergesagten Wert dieses Samples verglichen. Der rekonstruierte Samplewert wird dann gleichzeitig dem Digital-Analog-Wandler 4 und den Schieberegistern SR21 SR2N zugeführt. Der Digital-Analog-Wandler 4 stellt die ursprüngliche analoge Form des Videosignals wieder her. Die Schieberegister SR21 - SR2N speichern die rekonstruierten Samples. Diese werden von der Gewichtungseinrichtung ⁰^o 1~ ^2N ^{und dem} Addierer 19 dazu verwendet, vorhergesagte Samplewerte zu erhalten, die mit den im Sender 1 erhaltenen identisch sind. Die Schieberegister SR21-SR2N und die Gewichtungseinrichtung ^₂1~ ⁰^N ^{sind mit} ihren Gegenstücken im Sender 1 identisch. In Fig. 1 werden die verschiedenen Empfängerteile von der Taktsteuerung 5 beaufschlagt. Dies dient nur zu Erläuterungszwecken. Tatsächlich wer-

809884/0597 .₉ .

den die Taktsignale des Empfängers vom Sender erhalten, d.h., sie können beispielsweise aus der Bit-Rate der DPCM-Signale so abgeleitet werden, daß die Taktsignale des Empfängers der Phase und der Frequenz nach mit den Taktsignalen identisch sind, die im Sender verwendet werden.

Die Anwesenheit des Farb-Subträgers bringt beträchtliche Schwierigkeiten beim Bau der Prädiktoren für zusammengesetzte DPCM-Signale mit sich. Auch in Gebieten mit gleichförmiger Helligkeit variiert nämlich der Wert der gesampelten Bildelemente (Pels) entsprechend dem Farb-Subträger. Ein Verfahren, das zusammengesetzte Farbsignal vorherzusagen, besteht darin, als Voraussage ein früheres Sample zu verwenden, welches dieselbe Phase des Farb-Subträgers besitzt, wie das vorherzusagende Pel. Dieses Sample sollte von-einem Feldpunkt gewählt werden, der so nahe wie möglich an dem vorherzusagenden Pel liegt. Auf diese Weise wird die wahrscheinliche Abweichung des Helligkeitssignals minimalisiert. Dies wird anhand der Fig. 2 verständlich. Diese zeigt die räumliche Verteilung und Phasenbeziehung von Farb-Subträger-Samples benachbarter Feldzeilen bei einer Sampling-Rate von 10,7 MHz (der dreifachen Subträger-Frequenz). Die Wellenformen von Fig. 2 zeigen den Farb-Subträger in benachbarten Zeilen des Fernsehfeldes. Die Punkte auf den Wellenformen stellen die Sampling-Zeiten dar. Wie gezeigt, ist die minimale Entfernung d.. zwischen den Samples derselben Zeile mit derselben Subträger-Phase die Entfernung, die einer Periode des Subträgers entspricht. Damit zwischen den Samples diese Entfernung erhalten wird, muß die Sampling-Rate ein ganzzahliges Vielfaches der Subträger-Frequenz f sein. Die gebräuchlichste Sampling-Rate ist 3f = 10,7 MHz,

SC SO

da dies das niedrigste, ganzzahlige Vielfache der Subträger-Frequenz über der Nyquist-Rate (8,4 MHz) für das zusammengesetzte Farbsignal ist. Wenn ein Sample von einer vorhergehenden Zeile verwendet werden soll, ist die minimale Entfernung d₂ zwischen Samples mit derselben Subträger-Phase die Vektorsumme der Entfernung do zwischen den Zeilen und der Entfernung d₄, welche einer halben Periode des Subträgers entspricht. Dies beruht dar-

809884/0597 - 10 -

auf, daß die Sübträger-Frequenz ein ungerades Vielfaches der halben Zeilenfrequenz ist. Daher sind die Subträger-Signale auf benachbarten Feldzeilen immer 180° außer Phase. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Sampling-Rate von 3f außerdem mit der Wahl von Samples aus der vorhergehenden Zeile kompatibel.

Derartige Prädiktoren, welche gleichphasige Samples verwenden, sind außerordentlich genau, wenn die minimale Entfernung zwischen den Samples eingehalten wird. Derartige Prädiktoren können nur mit Sampling-Raten von 3f betrieben werden, da dies

so

die niedrxgstmogliche Frequenz ist, bei welcher die minimale Entfernung erzielt werden kann.

Nachfolgend werden zwei DPCM-Prädiktoren beschrieben, mit denen NTSC-Farbsignale verarbeitet werden können, die bei jeder beliebigen Frequenz f gesampelt sind, welche ein rationales Vielfaches der Farb-Subträgerfrequenz f ist. Genauer gilt hierbei:

SC

f_s = (n/m) χ f_sc, wobei η und m ganze Zahlen und η gerade sind.

Beim ersten Prädiktor ist die Phaseneinstellung der Samples benachbarter Feldzeilen erforderlich, so daß die Entfernung zwischen den Samples mit derselben Subträger-Phase minimalisiert wird, wie dies oben anhand von Fig. 2 erläutert wurde. Die dort gezeigten Samples X und A weisen dieselbe Subträger-Phase wie die Samples B bzw. C auf. Versuche haben gezeigt, daß der Wert einer Stromprobe X nach der folgenden Gleichung genau vorhergesagt werden kann:

A.

Hier ist X der vorhergesagte Wert des Pels X; B, A und C sind die rekonstruierten Werte der Samples an den Punkten B, A bzw. C. Jeder rekonstruierte Wert kann in Form einer Helligkeitskomponente und einer Farbkomponente ausgedrückt werden. Da die Pels

809884/0597

- 11 -

A und C dieselbe Subträger-Phase aufweisen, wird angenommen, daß in Gleichung (1) die Farbkomponenten einander aufheben; Gleichung (1) kann demnach folgendermaßen ausgedrückt werden:

X = Y_ß + 1 (Y_A - Y_c) + Dsin<f>

' ^{= B +}1 ^(ya - V

Hier ist Y. die Helligkeit des Pels i und ϋεχηφ stellt die Amplitude und die Phase des Subträgers beim Pel B dar. Indem Pels gewählt werden, die so nah wie möglich aneinander liegen, kann die Idealbedingung angenähert werden, bei der die Helligkeitskomponenten aller Pels gleich sind und die Gleichung (2) sich reduziert auf X=B. Der Term -k (Y_A~^Y _C) berücksichtigt kleine Abweichungen des Helligkeitssignals zwischen den Zeilen.

Gleichung (1) kann im System von Fig. 1 dadurch verwirklicht werden, daß drei Schieberegister SR1 - SR3 vorgesehen werden. SR1 ist ein Ein-Bit-Schieberegister, welches nur den rekonstruierten Wert des Samples A speichert. SR2 ist ein (SL+2)-Bit-Schieberegister (SL ist, wie unten erläutert, die Anzahl von Samples pro Zeile) , welches den rekonstruierten Wert des Samples B liefert. SR3 ist ein (SL+3)-Bit-Schieberegister, welches den rekonstruierten Wert des Samples C liefert. Die Koeffizienten c* - ⁰S wer-

11 IJ

den dann gleich -^, 1 bzw. —=· gesetzt.

Fig. 3 zeigt die räumliche Verteilung und Phasenverschiebung zwischen Proben benachbarter Feldzeilen bei einer Sampling-Rate von (12/5) χ f _. Während jeder Subträger-Periode treten zwölf Taktimpulse 22 auf. Ein Sampling-Impuls 24 tritt bei jedem fünften Taktimpuls auf, die Sampling-Rate beträgt also (12/5) f__.

Der Deutlichkeit halber sind nur drei Perioden des Subträgers für jede Zeile dargestellt. Bei einer Sampling-Rate von (12/5) f benötigt jedoch ein vollständiger Sampling-Zyklus fünf Subträger-Perioden. Die "x" in Fig. 3 bezeichnen Samples, die auch nach

80988A/0597 - 12 -

dem in der US-Patentschrift 3 891 994 beschriebenen Verfahren genommen werden. Die minimale horizontale Entfernung zwischen zwei Samples mit derselben Subträger-Phase beträgt zweieinhalb Subträger-Perioden. Vergleiche beispielsweise die Entfernung zwischen Sample 10 auf Zeile i und Sample 12 auf Zeile i+1. Auf Grund dieser größeren Entfernung gibt eine Sampling-Rate von (12/5) f nicht so genaue Voraussagen wie diejenige bei 3f .

SC SC

Wenn jedoch alle Samples auf der Zeile i+1 um eine Entfernung d₅ verschoben werden, treten alle Samples auf der Zeile i+1 an den Pels auf, die mit "0" markiert sind. Gleichphasige Samples auf benachbarten Zeilen i und i+1 sind dann durch die minimal mögliche Entfernung, die oben genannt wurde, getrennt. Sample 14, beispielsweise, ist nach einer Verzögerung um das Inkrement d,-vom Sample 10 um eine Entfernung d_ getrennt. Diese entspricht der Vektorsumme der Zwischenzeilenentfernung d₃ und einer Entfernung d., die gleich der Hälfte der Subträger-Periode ist. Eine weitere Verzögerung der Sampling-Impulse auf der Zeile i+2 um eine Entfernung d,- ist notwendig, damit zwischen den Samples auf den Zeilen i+1 und i+2 die richtige Phasenbeziehung erzielt wird. Die Sampling-Impulse auf allen aufeinanderfolgenden Zeilen werden somit um weitere d_g gegenüber den Zeiten verzögert, zu denen die Samples sonst aufgetreten wären. Bei der Zeile i+6 sind die Samples schließlich senkrecht auf die Samples auf Zeile i ausgerichtet und der Zyklus wird wiederholt.

Fig. 4 ist das Blockdiagramm einer Vorrichtung, welche die Phasenverschiebung der in Fig. 3 gezeigten Samples ausführt. Der Phasenschieber enthält einen Haupttaktgeber 16, der Haupttaktimpulse mit der Frequenz nf liefert. Diese ist an die Subträ-

SC

ger-Frequenz f__ mittels eines Teilers 18, eines Phasenkomparase

tors 20 und eines Filters 21 in bekannter Weise phasengekoppelt. Ein durch m teilender Zähler empfängt und speichert die Haupttaktimpulse und liefert einen Ausgangsimpuls auf je m Eingangsimpulse. Die Ausgangsimpulse stellen somit die Sampling-Impulsrate mit (n/m) f dar. Die Haupttaktimpulse sind bei 22 in Fig.3

SC

gezeigt; die Sampling-Impulse sind für eine Sampling-Rate von

809884/059? _ ₁₃ _

(12/5) f bei 24 gezeigt. Um die Sampling-Impulse der Zeile

SO

i+1 um ein Inkrement von k Haupttaktperioden in der Phase zu verschieben, kann der Vorwählschalter 26 auf das binäre Äquivalent der gewünschten Zahl k eingestellt werden. Die Vorwähllogik 28, die bei jeder horizontalen "Blanking"-Periode aktiviert wird, stellt den durch "m" teilenden Zähler so ein, daß der erste Sampling-Impuls der Zeile i+1 erst dann auftritt, wenn (m+k) Haupttaktimpulse empfangen wurden. Danach tritt auf der Zeile i+1 alle m Taktimpulse ein Sampling-Impuls auf. Auf diese Weise sind alle Sampling-Impulse der Zeile i+1 um k Taktimpulse gegenüber den Sampling-Impulsen auf der Zeile i phasenverschoben. Zum Einbau des Phasenschiebers von Fig. 4 in ein herkömmliches DPCM-System muß nur die Taktsteuerung 5 in Fig. durch den Phasenschieber von Fig. 4 ersetzt werden. Auf diese Weise wird das gesamte DPCM-System durch die Sampling-Impulse des durch "m" teilenden Zählers 30 gesteuert.

Selbstverständlich können verschiedene Zähler- und/oder Dekoderarten zur Erzielung der oben erwähnten Ergebnisse verwendet werden. Fig. 7 zeigt beispielsweise ein Schaltdiagramm eines möglichen Dekoders und eines durch "m" teilenden Zählers, die in der Vorrichtung von Fig. 4 verwendet werden können. Das hier gezeigte System enthält einen Multiplexer 35, einen Zähler 36, ein NOR-Tor 37, UND-Tore 38, 39, 42 und 43, sowie Flip-Flops 40, 41, 44, 45 und 46. Bei einer Sampling-Rate von (24/10) f = (12/5)

SO

f erzeugt der Haupttaktgeber 16 in Fig. 4 Impulse mit einer

Rate von 24f . Er liefert diese an die Taktanschlüsse des Zäh-

SO

lers 36 und der Flip-Flops 40 und 41. Jedesmal, wenn der Zähler 36 getaktet wird und ein bestimmtes Niveau am Anschluß S₂ des Zählers liegt, wird der Zähler 36 auf die binäre Zahl gestellt, die an den Anschlüssen D₀-D₃ des Zählers liegt. Das "Timing" des bestimmten Niveaus wird vom NOR-Tor 37, den UND-Toren 38, 39 und 42 sowie den Flip-Flops 40 und 41 gesteuert. Das UND-Tor 42 erzeugt dieses vorbestimmte Niveau, wenn das Flip-Flop 40 gesetzt und das Flip-Flop 41 zurückgestellt ist. Dies geschieht nur dann, wenn das binäre Ausgangssignal des Zählers 36 der Zahl 7 entspricht (d.h., Q_Q, Q₁ und Q₂ sind "1" und Q₃ ist "NULL").

80988A/0597 - 14 -

Die Zahl, auf welche der Zähler 36 voreingestellt wird, wird am Schalter 47 gewählt und über den Multiplexer 35 in den Zähler 36 eingespeist. Der Multiplexer 35 ist durch die Flip-Flops 44, 45 und 46 gesteuert. Zwei getrennte vierstellige binäre Zahlen D-D₃₀ bzw. D₀₁-D₃₁ werden auf dem Schalter 47 gewählt. Der Zustand des Vorwählanschlusses bestimmt, welche dieser Zahlen an den Ausgangsanschlüssen Qq-Q₃ des Multiplexers 35 liegt. Üblicherweise werden die Eingangsanschlüsse D₀₀-D₃₀ gewählt. Der Zähler 36 ist auf diejenige binäre Zahl vorgestellt; die Zählung im Zähler 36 läuft von diesem Punkt los, bis sieben erreicht ist. Dann wird der Zähler wiederum gestellt und der "1-aus-8"-Dekoder 48 erzeugt einen Sampling-Impuls. Bei einer Sampling-Rate von (24/10) f muß eine Teilung durch 10 erfolgen. Daher muß die

SO

Zahl "14" an den Anschlüssen ^Ο _ΟΟ"^Ο _3Ο des Schalters 47 eingestellt werden. Dies ergibt die Teilfunktion durch 10, da das Ausgangssignal des Zählers der Zahlenreihe 14, 15, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 15, 0, 1, 2, ... folgt. Einmal bei jeder horizontalen "Blanking"-Periode wird das Flip-Flop 46 getaktet, so daß die an den Anschlüssen D₀₁-D₃₁ des Multiplexers 35 eingestellte Zahl am Multiplexerausgang gewählt wird. Wenn keine Phaseneinstellung gewünscht wird, haben ^d _Oq-^D3_O ^unc^ ^D01~^D31 ^^en~ selben Wert. Wenn jedoch eine Einstellung um k Haupttaktimpulse gewünscht wird, muß die Zahl an den Anschlüssen D₀₁-D₃₁ um k geringer sein als die Zahl an den Anschlüssen ^d _Oq-^D3o' *-^m ^Bei" spiel 14-k. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist k = 1 und die Zahl an den Anschlüssen D₀₁-D₃₁ muß (14-1), also 13 sein. Wenn somit die Zahl an den Anschlüssen D₀₁-D₃₁ während jeder horizontalen "Blanking"-Periode gewählt wird, führt das nächste vorgewählte Niveau an S2 des Zählers 36 dazu, daß der Zähler 36 auf 13 gestellt wird. Auf diese Weise wird der nächste Sampling-Impuls, der bei dem Zählerwert "7" auftritt, um einen Haupttaktimpuls verzögert. Dieser Sampling-Impuls stellt die Flip-Flops 44-46, so daß für den Rest der Zeile die Zahl an D₀₀-D₃₀ gewählt wird. Der Zähler 36 wird nicht gestellt, bis er die Zählung "7" erreicht hat. Der Wert, der sich im Zähler am Ende einer Zeile befindet, wird somit übertragen und am Anfang der

809884/0597

2814833

nächsten Zeile fortgesetzt. Das bedeutet, daß häufig der erste Sampling-Impuls auf einer Zeile nicht phasenverschoben ist; er tritt jedoch während der "Blanking"-Periode auf und beeinträchtigt die Vorhersagen nicht.

Selbstverständlich kann auch eine Logik entworfen werden, welche den Zähler 36 auf Null stellt, wenn der Wert k im Verlauf der horizontalen "Blanking"-Periode festgestellt wird. Auf diese Weise werden alle nachfolgenden Sampling-Impulse auf der laufenden Zeile um k Haupttaktimpulse verzögert.

Die gewünschte Zahl k kann folgendermaßen ermittelt werden: Die Parb-Subträgerfrequenz f ist

SO

f_sc = 455/2 χ f_H, (3)

wobei f„ die Zeilenfrequenz ist. Die Zahl der Haupttaktimpulse

Ii

pro Zeile ist

CL = 455/2 χ η C4)

CL muß eine ganze Zahl sein oder es würden die Haupttaktimpulse benachbarter Zeilen ineinander geschoben und die zweite, unten beschriebene Vorhersagemethode würde unmöglich, da der Farb-Subträger zwischen benachbarten Zeilen eine 180°-Phasenverschiebung aufweist. Damit CL eine ganze Zahl ist, muß η gerade sein. Bei einer Sampling-Rate von (n/m) f , ist die Zahl von Samples pro

SC

SL = 455/2 χ n/m (5)

Da auf jede Subträger-Periode n/m Samples kommen, ist die Entfernung zwischen den Samples, ausgedrückt in Subträger-Grad, 360 χ m/n. Die Anzahl von Samples pro Zeile, SL, ist nicht notwendigerweise eine ganze Zahl. Wird ISL als die größte ganze

809884/0597

Zahl definiert, bei der ISL kleiner oder gleich groß SL ist, ist der Bruchteil der Sampling-Periode, die am Ende einer Zeile verbleibt, SL - ISL. Der Bruchteil der Sampling-Periode, der auf die nächste Zeile übertragen wird, ist 1 - (SL-ISL). Dieser Übertrag führt zu einer Verschiebung der Samples einer Zeile gegenüber den Samples der vorhergehenden Zeile. Die Verschiebung D ausgedrückt in Subträger-Grad ist

D = 360 X S (i - (SL-ISL))

(m - (η χ SL) +Mx ISL)) (6)

Nun ist m χ SL die Anzahl von Haupttaktimpulsen pro Zeile und eine ganze Zahl bei geradem n. Außerdem ist m χ ISL die Anzahl von Impulsen pro ISL-Sample und ebenfalls eine ganze Zahl. Daher ist

(m - (mx χ SL) + (m χ ISL))

eine ganze Zahl. Um die minimale Entfernung zwischen Samples mit derselben Subträger-Phase zu erhalten, muß die Verschiebung D 180° betragen. Dies kann dadurch erhalten werden, daß die Phase der Sampling-Impulse auf der Zeile i+1 um (360/m) χ k derart eingestellt wird, daß

D = 360 X^d- (SL-ISL) + (360 χ k/n)) = 180° (7) Nach k aufgelöst ergibt dies

k = (n/2) - (m + (m χ SL) - (m χ ISL)) (8)

Damit k eine ganze Zahl ist, muß η gerade sein. Ein Beispiel für die oben beschriebene Methode, die Entfernung zwischen gleichphasigen Subträger-Samples zu minimalisieren, wird nachfolgend gegeben.

809884/0597

28U893

Beispiel 1

Für eine Sampling-Rate von (12/5) χ f erhält man die folgenden Werte:

η = 12
m = 5

SL = (455/2) χ (12/5) = 546.0 ISL = 546 (9)

Setzt man die obigen Werte in Gleichung (8) ein, führt dies zu K = (12/2) -5+0=1 (10)

Wird somit der Vorwählschalter 26 auf den Wert k = 0001 eingestellt, führt dies dazu, daß die Sampling-Impulse auf der Zeile i+1 in Fig. 2 um ein Inkrement d₅ = 1 Haupttaktperiode phasenverschoben wird.

Ein zweites Verfahren zur Vorhersage von NTSA-Farbsignalen erfordert, daß die Samples benachbarter Feldzeilen vertikal aufeinander ausgerichtet werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Anhand dieser Figur wird nun gezeigt, daß der Wert eines Strom-Samples X genau nach der folgenden Gleichung vorhergesagt werden kann:

X = A + C - B . (11)

Hier sind X, A, B und C entsprechend der obigen Gleichung (1) definiert. Eine Funktion des in Fig. 1 gezeigten DPCM-Systems entsprechend der Gleichung (5) kann dadurch erhalten werden, daß drei Schieberegister SR1-SR3 vorgesehen werden. Hier ist SR1 ein 1-Bit-Schieberegister, welches nur das vorhergehende Sample A speichert. SR2 ist ein (SL)-Bit-Schieberegister, welches am Ausgang das Sample B liefert. SR3 ist ein (SL+1)-Bit-Schieberegister , welches am Ausgang das Sample C liefert. Die Gewichtungskoeffizienten oc~ -⁰^ werden dann 1, -1 bzw. 1 gesetzt.

809884/0597

14893

Wenn die Samples der zusammengesetzten NTSC-Farbsignale vertikal aufeinander ausgerichtet sind, ist die Farb-Subträger-Phasendifferenz zwischen beliebigen zwei vertikalen Samples 180°

Wenn also die Farbgebung an den Pels A, B, C und X die gleiche ist, sind die Farbkomponenten der Pels A und C und der Pels X bzw. B der Amplitude nach gleich, jedoch von entgegengesetztem Vorzeichen. Unter der Annahme, daß die Pels X, A, B und C dieselbe Farbgebung aufweisen, wird aus Gleichung (11):

X = Y_A + Y_c - Y_B - Dsin(|) (12)

Hier sind Y. und ϋΞϊηφ wie oben definiert. Wie bei dem oben beschriebenen, ersten Voraussageverfahren sind im Idealfalle die Helligkeitskomponenten aller Samples gleich, so daß sich die Gleichungen (11) und (12) auf X = -B reduzieren. Die Terme (Y- + Y_c) geben jedoch eine gewisse Kompensation für die Veränderung des Helligkeitssignals zwischen den Zeilen i und i+1. Wie in Fig. 1 gezeigt, müssen die Samples in der Zeile i+1 um eine Entfernung d_fi phasenverschoben werden, um eine vertikale Ausrichtung der Samples benachbarter Zeilen zu erreichen. Die Phasenverschiebung der Samples geschieht in derselben Weise wie bei der oben beschriebenen Vorhersagemethode mit der Ausnahme, daß zur vertikalen Ausrichtung die horizontale Entfernung.zwischen den Samples benachbarter Zeilen 0° bzw. ein ganzzahliges Vielfaches der Farb-Subträger-Periode ist, die (m/n) 360 beträgt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Phase der Sampling-Impulse zwischen den Zeilen durch (360/n) χ k eingestellt wird. Die Verschiebung wird dann:

D = 360 S (1 - _SL + iSL) + 360 | (13a)

= 360 - (1 - SL + ISL + -) (13b)

η m

8G9884/Ö597

Damit die Entfernung D ein ganzzahliges Vielfaches der Subträger-Frequenz wird, muß der in Klammer stehende Term in Gleichung (13b) eine ganze Zahl sein. Beispielsweise gilt

1 = (1 - SL + ISL + |) (14a)

Nach k aufgelöst ergibt sich

k = m (SL - ISL) (14b)

Für das oben beschriebene Verfahren zur vertikalen Ausrichtung steht das nachfolgende Beispiel.

Beispiel 2
Bei einer Sampling-Frquenz von (10/4) χ f werden die folgenden

SO

Werte erreicht:

η = 10
m = 4

SL = (455/2) χ (10/4) = 568. 75 ISL = 568 (15)

Setzt man die obigen Werte in Gleichung (14b) ein, so ergibt sich k = 3. Wird daher der Vorwahlschalter 26 in Fig. 4 auf den Wert 3 gestellt, wird der erste Sampling-Impuls in Zeile i+1 um ein Inkrement von drei Haupttaktperioden verzögert; hierdurch wird eine vertikale Ausrichtung zwischen den Samples 32 und 34 usw., wie in Fig. 6 gezeigt, erzielt.

Die oben beschriebenen Verfahren zum Sampling des Farb-Subträgers kann nicht nur dazu verwendet werden, Vorhersagen beim DPCM-Kodieren zu erhalten, sondern auch zur Fehlerverhüllung beim DPCM-Dekodieren. Da die Genauigkeit von jedem DPCM-kodierten Wert in der Feldzeile von den Werten der vorhergehenden Samples abhängt, wird ein übertragungsfehler während einer Zeile bis zum Ende der

- 20 -

~²⁰~ 28U893

Feldzeile ausgebreitet und wird dadurch auf dem Fernsehschirm sichtbar. Wenn demzufolge ein Übertragungsfehler, beispielsweise ein Signalausfall, erfaßt wird, ist es von Vorteil, den vorhergesagten Wert anstelle des ausgefallenen, DPCM-kodierten Wertes zu setzen, damit der Übertragungsfehler verborgen wird.

Die Hauptmerkmale der beiden hier beschriebenen Prädiktoren liegen in ihrer praktischen Unabhängigkeit von der Sampling-Rate und von der einfachen Hardware-Verwirklichung. Die einzige Einschränkung bei der Sampling-Rate (n/m) f ist die, daß η eine gerade ganze Zahl sein muß.

Die oben beschriebenen Vorhersageverfahren sind sowohl mit PAL-als auch NTSC-Signalen kompatibel. Verwendet man eine dieser Vorhersagemethoden, können Samples mit Raten genommen werden, die kleiner als 3f sind, wobei doch weiterhin die optimale Phasenbeziehung zwischen Samples benachbarter Feldzeilen beibehalten wird. Die Verringerung der Sampling- Rate trägt entweder bei vorgegebener Bildqualität zu einer niedrigen übertragungs-Bitrate oder bei gegebener Bitrate zu einer besseren Bildqualität bei.

Anstelle der Schieberegister SR2 und SR3 können auch "Random-Access-Speicher" verwendet werden; die richtigen Samples können von den Speichern durch einen Computer entnommen werden.

Für die Anmelderin:

Meissner & Bolte Patentanwälte

809884/0597

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Voraussage eines Farbfernsehsignals mit einer Farb-Trägerfrequenz f , bei dem aufeinanderfolgende Zeilen

^sc *a*d

dieses Signals punktweise atrijcgriffeifr ("gesampelt"), die gesampelten Werte gespeichert und mehrere gespeicneTTe^Sample-y Werte algebraisch kombiniert werden, wodurch ein vorausgesagter Wert eines Proben(erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernsehsignal mit einer Rate von (n/m)

f noesampeltjwird, wobei η und m ganze Zahlen sind und η se r * &»as3 -_>

außerdem eine gerade Zahl ist; daß die\Sampling-jZeiten jeder

Ab+astJ * »v

Zeile des Signals, bezogen auf die^ampling-^eiten der vorhergehenden Zeile dieses Signals in der Phase verschoben werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Skmpling-^Zeiten um einen Betrag phasenverschoben werden, der ein ganzzahliges Vielfaches von (1/n) mal der Farb-Subträgerperiode ist.

809884/OS3T

f ipgesindte Modelle werden nadt 3 Monaian, (till nicht iurSdcgelordert, vernichten MOndlldie Abreden. Insbesondere durch Ferntprecher, badllrlan idirinildiar ladütigung. — Öle in Rechnung gestallten rotte» tlnd mil Rechnuiigtdatirm ohne Abzug WIIg. — IaI verspäteter Zahlung werden lankilnien berechnet.

GerlditMland u«d EriülHmgiorl Kremen. Iraner lenk, !(ewen, Nt. 2)1003* · Die tparkaite In Bremen, Nr. 104 5»bS ■ »oitichecklconto: Hamburg H9 52-M3 ·

ί 28U893

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ^ so in der Phase verschoben werden, daß zwi-

sehen den^SampTesT) aufeinanderfolgender Zeilen mit derselben Subträger-Phase eine horizontale Entfernung von der halben Subträger-Periode liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Werte dieU SampleHWerte B und C aus der vorhergehenden Zeile des Signals und denYSamiple"-^iert A aus der laufenden Zeile .des Signals umfassen und daß die Vorhersage X des laufenden^ample-jWertes X nach der folgenden Gleichung errechnet wird:

X = B + j (A-C) ,

wobei diefysamples") X und A dieselbe Subträger-Phase wie die (^Samples)B bzw. C aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die f(Sampling-^Zeiten so in der Phase verschoben werden, daß die ^Tramples^aufeinanderfolgender Zeilen vertikal aufeinander ausgerichtet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Werte dielfeample'-) Werte B und C aus der vorhergehenden Zeile des Signals und den^Sample'-^fiert A aus der laufenden Zeile des Signals umfassen, und daß die Voraussage * Ablast ~>,,

X des Strom4[Sample-)iertes X nach der folgenden Gleichung errechnet wird:

X = A + C - B,

wobei diei7sampies*^X und A vertikal auf dieiTsamples^B bzw. C ausgerichtet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbfernsehsignal ein zusammengesetztes NTSC-Farbsignal ist.

809884/0597 _₃ _

8.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

Axrt.i*$ - Art*, tlf^ — _t

{("Sämpling'-^eiten durch^Sampling-^Empulse von einem Zeitgeber definiert werden, der umfaßt:

einen Haupttaktgeber (16) , der an f phasengekoppelt ist

SO

und Haupt'taktimpulse mit einer Rate von nf abgibt;

SC

einen durch "m" teilenden Zähler (36) , der die Haupttaktimpulse empfängt undVSampling-JEmpulse mit einer Rate von (n/m) f abgibt;

SO

einen Dekoder (28) , der bei jeder horizontalen "Blanking"-Periode einmal aktiviert wird und einen Vorwählimpuls am Anfang der laufenden Zeile des Signals liefert, wenn eine Zählung k in dem durch "m" teilenden Zähler erfaßt wird, wobei der Vorwählimpuls gleichzeitig den Dekoder (48) außer Betrieb setzt und den durch "m" teilenden Zähler (36) auf Null stellt, so daß die^Sampling-^Empulse auf der laufenden Zeile, die danach bei jedem m-ten Haupttaktimpuls auftreten, um k Haupttaktimpulse, bezogen auf dieY^ampling-)Hmpulse der vorausgehenden Zeile phasenverschoben sind.

9., Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die \(Sä'mpling-^eiten durcH^Sampling-jEmpulse von einem Zeitgeber bestimmt werden, der umfaßt:

einen Haupttaktgeber (16), der an f phasengekoppelt ist

Sw

und Haupttaktimpulse mit einer Rate von nf abgibt;

SC

einen Zähler (36), der die Haupttaktimpulse empfängt;

einen Dekoder (48) , der jedesmal einen^Sampling-^Empuls abgibt, wenn eine Zählung I in den Zähler (36) erreicht ist;

eine erste Vorwähleinrichtung (35, 47), mit welcher der Zähler (36) auf einen Wert (-J) eingestellt wird, wenn eine

809884/0597 _ ₄ _

28Η893

Zählung I in dem Zähler (36) erreicht ist, wobei m = (I + J), wodurch die Teilungsfunktion durch "m" bewirkt wird;

eine zweite Vorwähleinrichtung (37 - 46), welche den Zähler (36) einmal bei jeder horizontalen "Blanking"-Periode auf den Wert (-J-k) setzt, wenn eine Zählung I in dem Zähler (36) erreicht ist, so daß der nächste^Sampling-)Cmpuls (m + k) Haupttaktimpulse danach auftritt, und daß dief.Sampling-«eiten der laufenden Zeile, die danach bei jedem m-ten Haupttaktimpuls auftreten, um k Haupttakt impul se relativ zu denlf Sampling-)rmpulsen der vorhergehenden Zeile phasenverschoben sind.

809884/0597