DE3007520A1 - Schaltungsanordnung zur demodulation eines quadraturmodulierten und danach digitalisierten farbfernsehsignale - Google Patents

Description

• Bei der digitalen Godierung von Farbfernschsignalen
• unterscheidet man grundsätzlich zwei Verfahren: das Verfahren der getrennten Codierung der Komponenten Y, U, V eines Farbfernschsignals und das Verfahren, bei dem das FBAS-Signal (Farbbildsignal) geschlossen codiert wird. Das erste Verfahren setzt voraus, daß ein bereits codiertes Farbbildsignal zunächst in seine Komponenten aufgespalten wird. Zur Aufspaltung sind beim PAL- und beim NTSC-Verfahren Kammfilterdemodulatoren arn geeignetsten, sie die geringsten Qualitatsverluste verursachen. Unter Demodulation soll im nachfolgenden die Aufspaltung der Luminanz- und Chrominanzsignale voneinander verstanden werden.
• Ein analoges Kammfilter arbeitet nach folgendem Grundprinzip: Wird eine Schwingung um eine bestimmte Zahl von Perioden ohne Spannungsverlust verzögert und zur unverzögerten Spannung addiert, so ist die Summe groß, wenn für beide Schwingungen Phasengleichzeitigkeit, und klein, wenn für beide 180° Phasenunterschied besteht. In Abhängigkeit von der Frequenz entsteher daher Sperrstellen, die sich mit Druchlaßstellen ablösen.
• Wird subtrahiert, so vertauschen sich die Durchlaß- und Sperrfrequenzen.
• Digitale Kammfilterdemodulatoren gleichen im Prinzip den analogen Schaltungsanordnungen (DE-AS 19 40 328).
• Es gibt jedoch einige typische Probleme bei der digitalen Demodulation, die mit der Forderung zusammenhängen, daß nach der Trennung in die einzelnen Komponenten stationäre, d. h. mit Zeile und Bild verkoppelte Abtastraster vorliegen sollen. Untersuchungen haben gezeigt, daß die nachgeschalteten digitalen Codiereinrichtungen bei feststehenden Abtastrastern subjektiv empfunden günstigere Ergebnisse liefern. Es ist bekannt, daß Demodulatoren mit Zeile oder Vollbildspeicher die besten Eigenschaften in sich vereinigen (L. Stenger, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-27, No. 10, Oct. 79, S. 1624 - 1631).
• In den Bildbereichen, die sich von Bild zu Bild verändern, z. B. bei Bewegung von Objekten oder beim Schneiden von Filmen, stimmen die Phasenbeziehungen von Demodulatoren mit Voll- oder Teilbildspeichern nicht mehr überein und je nach Bewegungsgeschwindigkeit und IIeftigkeit der Änderung bleiben mehr oder weniger große Farbträgerreste im tuminanzsignal zurück. In diesem Fall ist es erforderlich, von der Interframedemodulation - d. h.
• der Demodulation eines Voll- bzw, Teilbildes - auf Intraframetechniken - d. h. der Demodulation wenigstens einer Zeile - umzuschalten, um die dann höhere Korrelation benachbarter Zeilen auszunutzen. Nach der bereit zitierten Arbeit führen diese Techniken zu Auflösungsverlusten, die aber im Falle von Bewegung voll1 Auge toleriert werden.
• Die Umschaltung wird von einem Änderungsdetektor gesteuert.
• Änderungs- oder Bewegungsdetektoren für Schwarz-Weiß-Fernsehsignale werden in einer Reihe von Veröffentlichungen beschrieben, z.B. (Wendt, H.:Schmalband-Codierung, NTZ 30 (1977) 3, S. 245 - 250). Um eine möglichst sichere Unterscheidung zwischen Bewegung und Pseudo-Bewegung zu ermöglichen, wird bei diesen Systemen die Entscheidung des Detektors auf mehrere unterschiedliche Kriterien begründe.
• Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen Änderungsdetektor für die Kammfilterdemodulation von Farbfernsehsignalen in seiner Struktur zu verändern und in wesentlichen Eigenschaften zu verbessern.
• Die Erfindung macht sich hierzu das oben erwähnte Verhalten quadraturmodulierter Farbfersehsignale zunutze, bei der Kammfilterdemodulation von sich. von Bild zu Bild verändernden Bildbezlrken Farbträgerreste in Luminanzsignal zurückzulassen. Die Aufgabe, einen neuen Anderungsdetektor zu entwickeln, wird nun unter Ausnutzung dieser für die konventionelle Kammfilterdemodulation störenden Eigenschaft gelöst.
• Der neue Änderungsdetektor für die Umschaltung von Interframe- auf Intraframedemodulation wird nach der Erfindung dargestellt durch ein dem iuminanzkanal des Interframe-Kammfilters nachgeschaltetes Intraframe-Kammfilter mit einer Subtraktionsstufe für den Chrominanzkanal, welche die im Luminanzkanal des vorgeschalteten Interframe-Kammfilters bei bewegten Szenen auftretenden Farbträgerreste abtrennt, einen nachgeschalteten Bandpaß zur Aussiebung der Farbträgerreste und einen Nüllkurvendemodulator mit Torimpulserzeuger zur Umwandlung der Farbträgerreste in die Umschalsignale von Interframe- auf Intraframe-Demodulation.
• FL:.r die Asuführung der Erfindung bestehen zwei unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten.
• Im ersten Falle wirkt das nachgeschaltete Intraframe-Kammfilter zugleich auch als Intraframe-Demodulator. Es ist aber auch möglich, das Intraframe-Kammfilter allein als Änderungsdetektor wirker zu lassen und für die eigentliche Intrasframe-Demodulation ein weitere Intraframe-Kammfilter vorzuschen.
• Der wesentliche Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber herkömmlichen Detktoren liegt in der geringeren Anfälligkeit gegen Rauschstörungen. Dieses folgt aufgrund des relativ schmalbandigen Bandpaßfilter und der zusätzlich rauschreduzierenden Wirkung des Kammfilters. Die Konstruktion eines Detektors, bei der nach der herkömmlichen Weise bis zu 3 verschiedene Schwellen optimiert werden müssen, um echte Bewegung von durch Rauschen erzeugter Pseudobewegung zu unterscheiden, wird dadurch vereinfacht.
• In folgenden werden anhand von vier Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Es zeigen: Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel eines Interframe-Demodulators nach der Erfindung, Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel, Fig. 3 Abtastraster bei einer Abtastfrequenz von 17.734475 Nliz (= 4 x Farbhilfsträgerfrequenz ) und Fig. 4 Abtastraster am Eingang des Änderungsdetektors.
• Die beiden Ausführungsformen dieses Schaltprinzips, die sich im wesentlichen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit im Eingangsteil und damit im Speicheraufwand des Interframe-Demodulators unterscheiden, sind in der Fig. 1 und 2 dargestellt. Nach Fig. 1 wird das digitalisierte Videosignal (8 bit Amplitudenauflösung, 17.734475 MHz Abtastfrequenz, Frequenz- und Phasenverkopplung)in einem Verzögerungsglied 1 um ein Teil- und Vollbild verzögert. Unverzögertes und verzögertes Signal werden addiert bzw. voneinander subtrahiert. Bei stillstehenden Bildern steht am Ausgang der Subtraktionsstufe 3 die reine Chrominanzinformation, am Ausgang der Additionsstufe 2 das Luminanzsignal zur Verfügung. Die Abtastraster am Eingang bzw. an den beiden Ausgängen dieses Kammfilters 1, 2, 3 entsprechen Fig. 3.
• Die Fig. 3 zeigt ein Abtastraster bei einer Abtastfrequenz von 17.34475 bliTz (= 4 x Farbhilfsträgerfrequenz), Mit Hilfe der unterschiedlichen Symbole für aufeinanderfolgende Bildpunkte läßt sich zeigen, wie die Raster bei Auslassung jeweils des zweiten Bildpunktes(2 x f0 nicht bildverkoppelt) von Vollbild zu Vollbild wechseln.
• Der Abstand von Bildpunkt x zu Bildpunkt o beträgt 56,39 ns. Die leichte Schrägneigung des Rasters infolge des 25 Hz-Versatzes des Farbhilfsträgers ist für die prinzipielle Darstellung vernachlässigbar.
• Der Additionsstufe 2 ist über einen Demultiplexer 4 das zweite, das Intraframe-Kammfilter 5, 6, 7 nachgeschaltet.
• Die Schalterstellung des Demultiplexers 4 wechselt mit der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz, so daß jeweils ein Bildpunkt des ursprünglichen Rasters der Zeilenverzögerung 5, der nächste Bildpunkt der Subtraktionsstufe 6 zugeführt wird. Das Intraframe-Kamafilter 5, 6, 7 wirkt damit in der in Fig. 4 A durch senkrechtstehende Rechtecke angedeuteten Weise. Durch die Rechtecke wird angedeutet, über welche Punkte bei der Suche nach Chrominanzresten gemittelt wird. Am Ausgang des Intraframe-Kammfilters 5, 6, 7 ergibt sich das mit den o-Symbolen gekennzeichnete Raster. Die Fünferstruktur des resultierenden Rasters ist ebenfalls dargestellt. Da die Steuerfrequenz am Demultiplexer 4 nicht mit der Bildwechselfrequenz verkoppelt ist, wechselt die Struktur des resultierenden Abtastrasters von Vollbild zu Vollbild. Durch Interpolation 10 am Kammfilterausgang 7 wird dieser Wechsel wieder aufgehoben. Der Chrominanzausgang 6 des Intraframe-Kammfilters wird über ein Bandpaßfilter 8 dem Hüllkurvendemodulator 9 mit Torimpulserzeugung zugeführt, Dieser Anderungsdetektor kann ergänzt werden durch einen Detektor herkömmlicher Bauweise für das Luminanzsignal, wobei jedoch die Chrominanzinformation über ein Tiefpaßfilter 13 unterdrückt werden muß. Dieser zusätzliche Zweig ist in der Schaltung gestrichelt angedeutet.
• Der durch das Intraframe-Kammfilter 5, 6,den Bandpaß 8 und den Hüllkurvendetektor 9 gebildete Änderungsdetektor entscheidet, ob die Ausgangssignale (Y, U, V) direkt oder - wie in der Fig. 2 angedeutet - über das Intraframe-Kammfilter 5, 6, 7 an den Ausgang gegeben werden.
• Die Abtastraster, die auf dem direkten Weg an den Ausgang gelangen, werden in einem zweiten Demultiplexer 15 ausgewählt, dessen Steuerfrequenz zusätzlich mit der Bildwechselfrequenz verkoppelt ist. Im Chrominanzkanal ist die Ausgabetaktfrequenz darüber hinaus 1 : 4 untersetzt in ii. Zum Laufzeitausgleich ist in den direkten Kanälen für das iuminanz- und Chrominanzsignal je eine Zeilenverzögerungsleitung 12 vorgesehen, Außerdem ist das Chrominanzsignal durch einen Bandpaß 14 gefiltert.
• Die Schaltungsvariante nach Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten Version einmal dadurch, daß die Demultiplexeinrichtungen 4 in den Demodulatoreingang verlegt werden. Am Ausgang der Additions- 2 bzw. Subtraktionsstufe 3 entsteht das mit der Bildwechselfrequenz verkoppelte Abtastraster nach Fig. 4 B. Die Untersuchung, ob Chrominanzreste im Luminanzkanal vorhanden sind, wird mit Hilfe schräg zueinander angeordneter Bildpunkte im Intraframe-Kanimfilter 5, 6 vorgenommen. Der wesentliche Unterschied der Fig. 2 besteht in der parallelen Anordnung eines zusätzlichen Intraframe-Demodulators 16, 17, 18 zum Interframe-Xammfilter 1, 2, 3.
• Der Vorteil dieser Schaltung liegt im halbierten Speicherbedarf (statt 512 kbyte nur noch 256 kbyte); die schräg zueinander angeordneten Bildpunkte führen wegen der höheren räumlichen Distanz allerdings zu nachteiligen Effekten.
• Änderungsdetektor 5, 6, 8, 9 und Demultiplexer 15 entsprechen der Fig, 1 ebenso wie die Zeilenverzögerung 12 mit dem Bandpaß 14. Lediglich der Tuminanzausgang 7 fehlt, da bereits als Subtraktionsglied 17 vorhanden.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur tDemodulation eines quadraturmodulierten und danach digitalisierten Farbfernsehsignals (4) Patentansprüche S Schaltungsanordnung zur Demodulation eines quadraturmodulierten und danach digitalisierten Farbfernsehsignals, mit a) einem Interframe-Kammfilter, bestehend aus einem Verzögerungsglied (1) mit der laufzeit von wenigstens einem Teilbild, einer Additionsstufe (2) für den Luminanzkanal und einer Subtraktionsstufe (3) für den Chrominanzkanal, b) wenigstens einem ähnlich auigebauten Intraframe-Kammfilter mit einem Verzögerungsglied (5) mit der Laufzeit wenigstens einer Zeile, c) und einem Änderungsdetektor zum Erzeugen eines Umschaltsignals von Interframe- und Intraframe-Demodulation bei bewegten Bildszenen, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor dargestellt ist d) durch ein dem Luminanzkanal des Interframe-Kammfilters nachgeschaltetes Intraframe-Kammfilter mit einer Subtraktionsstufe (6) für den Chrominanzkanal, welche die im Buminanzkanal des vorgeschalteten Interframe-Kammfilters (1, 2, 3) bei bewegten Szenen auftretenden Farbträgerreste abtrennt, e) einen nachgeschalteten Bandpaß (8) zur Aussiebung der Parbträgerreste und f) einen Hüllkurvendemodulator mit Torimpulserzeuger (9) zur Umwandlung der Farbträgerreste in die Umschaltsignale von Interframe- auf Intraframe-Demodulation,
2. 2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interframe-Kammfilter (1, 2, 3) am Eingang liegt und das mit einem Suminanzausgang (7) versehene Intraframe-Kammfilter (5, 6, 7) über einen mit der doppelten Abtastfrequenz fo bildverkoppelten Demultiplexer (4) an den Ausgang der Additionsstufe (2) des Interframe-Kammfilters geschaltet ist und sowohl als Änderungsdetektor als auch als Intraframe-Demodulator mit einem Interpolationsglied(10) im iuminanzkanal wirkt (Fig, 1).
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. das Intraframe-Kammfilter (1, 2, 3) und ein weiteres Intraframe- Kanmfilter,bestehend aus einem weiteren Verzögerungsglied mit der Laufzeit einer Zeile (16), einem Subtraktionsglied (17) für den Luminanzkanal und einem Svbtraktionsglied für den Chrominanzkanal (18) abwechselnd über einen mit der doppelten Abtastfrequenz f0 bildverkoppelten Demultiplexer (4) an den Eingang gelegt sind, wobei das nachgeschaltete Intraframe-Kammfilter (5, 6) allein als Änderungsdetektor wirkt (F'ig.2).