DE3103214A1

DE3103214A1 - Digitaler farbcodierer

Info

Publication number: DE3103214A1
Application number: DE19813103214
Authority: DE
Inventors: Takashi Asugi Kanagawa Asaida; Fumio Yokohama Kanagawa Nagumo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4355327A; GB2069288A; JPS56109087A; GB2069288B; JPS6242432B2; DE3103214C2; NL8100438A; CA1146263A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Farbcodierer, der geeignet ist für die Verwendung in einer
Farbfernsehanordnung unter Verwendung einer FestkÖrper-Bildaufnahmeeinrichtung, wie einer ladungsgekoppelten
Einrichtung.

In dem Fall, daß die beispielsweise von einer ladungsgekoppelten Einrichtung (CCD-Einrichtung) erhaltenen Bild-Aufnahme-Ausgangs-Signale digital verarbeitet werden, um ein digitales Farbfernsehsignal zu erzeugen, und in dem während des Modulationsvorgangs eines digitalen Farbsignals eine Arbeitsrate benutzt wird, die das Dreifache der Farbhilfsträgerfrequenz f ausmacht, wird ein einem Chrominanz- bzw. Farbartsignal entsprechendes digital moduliertes Farbsignal durch das nachfolgende Verfahren erzeugt.

Dies bedeutet, daß das digital modulierte Farbsignal aus drei Sektroren a, b und c besteht, die eine gegenseitige

2
Phasendifferenz von -~1C aufweisen, wie dies in Fig. 1A veranschaulicht ist. Demgemäß werden die Rot-, Grün- und Blau-Primärfarbsignale R, G bzw. B digital so wirksam, daß sie absolute Werte der entsprechenden Vektoren aufweisen,

)/T 1 Y3 1

wie ü ( -¹^-V - -jU) bzw. ( —*-=V - -^U) , wie dies veranschaulicht ist. Danach werden die betreffenden Sektoren

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sequentiell zu allen 1/3f -Zeitpunkten durchgeschaltet.

SG

Hierbei handelt es sich um die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Arbeitsrate des Farbcodierers, mit der dieser die entsprechenden Vektor-Komponenten in zeitlich seriell auftretende Größen umsetzt. Demgemäß wird das digitale Farbsignal in der Amplitude durch drei Phasen-Modulationsvektoren unter Lieferung eines gewünschten digital modulierten Farbsignals moduliert.

Die Bildelemente in der ladungsgekoppelten Einrichtung/ welche als Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung verwendet ist, sind normalerweise in vertikaler Richtung linear angeordnet. Wenn ein Signal mit einer Frequenz von 3f (im

ΪΊ SC

allgemeinen mit — χ 3f , wobei m und η relativ kleine gan-

^m se
ze Zahlen sind) als dieser ladungsgekoppelten Einrichtung

zugeführtes Abtastsignal benutzt wird, da diese Frequenz als ungerade Größe ausgewählt wird, wie mit ~-f„ (f„ ist

455 eine Zeilenfrequenz) oder mit 3f = 3 χ —=—f„, tritt ein

SO jL xi

1/2-Versatz zwischen horizontalen Zeilen auf. Wenn dieses Abtastsignal eine kontinuierliche Welle ist, wird die Beziehung zwischen der Anordnung von Bildpunkten und der Phase der Abtastimpulse demgemäß so sein, wie dies in Fig. 2A und 2B veranschaulicht ist. Die Phase der Abtastimpulse kann als Phase des Auslese-Taktes der Bildsignale definiert werden, die auf die Bildelemente des CCD-Chips projiziert sind.

Wenn die relative Beziehung zwischen den Bildelementen ρ und den Abtastimpulsen S beispielsweise in der Zeile N so ist, wie dies in Fig. 2A und 2B veranschaulicht ist, dann wird die relative Lage bzw. Positionsbeziehung zwischen den Bildelementen ρ und den Abtastimpulsen S in der Zeile N + um tt verschoben sein. Mit dieser relativen Positionsbeziehung ist es demgemäß unmöglich, die Information der Bildelemente in der Zeile N + 1 abzutasten, um ein normales Video- bzw. Bildsignal zu erzeugen. Infolge dessen wird in

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Betracht gezogen, die den entsprechenden Bildelementen der CCD-Einrichtung zugeführten Abtastimpulse in jeder zweiten Zeile zurückzusetzen, so daß die Abtastphasen mit der Bildelementanordnung sogar in der Zeile N + 1 in Phase gebracht sind (Fig. 2C). Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß auch berücksichtigt wird, daß in der Zeile N und in der Zeile N + 1 die Phase der Abtastimpulse S so gelegt ist, daß diese stets in den relativen Positionen der entsprechenden Bildelemente 1,2,3 .... auftreten.

In Fig. 3 ist eine Ansicht einer relativen Positionsbeziehung zwischen Bildelementen ρ des. CCD-Chips 1, dem Abtastträger c mit der Frequenz von 3f und einem Abtastpunkt s veranschaulicht. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Zeile N und in der Zeile N + 1 die Lage bzw. Position des Abtastpunktes oder der Abtastzeitpunkt s derart geändert ist, daß in der Zeile N + 1 das Bild des jeweiligen Bildelements nicht aufgenommen wird.

In dem Fall, daß die Abtastung der Information der Bildelemente mit den zwischen den Zeilen N und N + 1 durch die obige Rücksetzoperation koinzident gemachten Phasen der Abtastimpulse erfolgt, wie dies in Fig. 2 C veranschaulicht ist, wird dann, wenn die Abtastphase beispielsweise in der Zeile N mit der Phase des Modulationsvektors koinzidiert (was durch die voll ausgezogene Linie in Fig. 1B veranschaulicht ist) unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in der Zeile N + 1 die Abtastphase um 7E" in bezug auf die Dauerphase der Zeile N verschoben ist, die Phase des Modulationsvektors zu dem betreffenden Zeitpunkt ebenfalls entgegengesetzt sein, und die Kontinuität der Abtastphase geht verloren, wie dies in Fig. 1B durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Falle die Phasen der Abtastsignale zu den Bildelementen in der Zeile N und in der Zeile N + 1 miteinander in den betreffenden Zeilen koinzidieren,

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daß aber die Kontinuität der Abtastsignale zwischen den betreffenden Zeilen um 180° invertiert ist. Demgemäß wird die Phase des durch den Abtastträger gemäß Fig. 2C modulierten Chroma- bzw. Farbsignals verschieden vom Phasenmodus des Farbhilfsträgersignals in dem Standard-Fernsehsignal sein (Fig. 2F), d.h. vom idealen Abtastphasenmodus des NTSC-Fernsehsystems, so daß ein angestrebtes digital moduliertes Farbsignal unter der obigen Bedingung nicht erzeugt werden kann.

In Fig. 2D und Fig. 2G, die den Fig. 2C bzw. 2F entsprechen, ist die Chroma- bzw. Farbphase der benachbarten horizontalen Zeile für den Fall der Annahme gezeigt, daß die Chroma-Phase einiger Bildelemente 0° beträgt. Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die Phasenbeziehung im Falle der Fig. 2G jene eines sog. Versi
des NTSC-Fernsehsignals ist.

Fig. 2G jene eines sog. Versetzungsträgers von 0° und

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten digitalen Farbcodierer zu schaffen, der für eine CCD-Chips verwendende Festkörper-Farbfernsehkamera geeignet ist.

Im einzelnen wird dann, wenn ein Träger mit einer Frequenz, die das dreifache der Farbhilfsträgerfrequenz ist, durch ein digitales Farbsignal moduliert und dann einem digitalen Leuchtdichte- bzw. Luminanzsignal addiert wird, diese Addition vorgenommen, nachdem dieser modulierte Hilfsträger den Phasenmodus des NTSC-Farbhilfsträgers annimmt.

Es ist demgemäß eine digitale Farbfernsehkamera zu schaffen, bei der ein ladungsgekoppelte Einrichtungen verwendendes CCD-Chip durch ein Signal gesteuert wird, dessen Phase der Lage des jeweiligen Bildelementes des CCD-Chips entspricht. Dies bedeutet, daß die Phase des dem CCD-Chip zugeführten Abtastsignals stets bei den entsprechenden Zeilen

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(N, N+1, N+2 ...) gleich ist. Danach wird das digitale Farbsignal mit 3-Phasen-Modulationsachsen im Synchronismus mit der Phase des dem CCD-Chip zugeführten Abtastsignals moduliert. Die Phase des Modulations-Farbsignals wird in jedem horizontalen Zeilenintervall um 180° invertiert, um ein Signal mit der Modulations-Farbphase des NTSC-Signals zu erhalten.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung kann ein bestimmtes digitales Modulations-Ausgangssignal erhalten werden, obwohl die Phasen der Abtastimpulse in den entsprechenden Zeilen geändert sind oder in Übereinstimmung mit dem Anordnungs-Modus der Bildelemente in Phase gebracht werden.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung mit den ihr anhaftenden Eigenschaften und Vorteilen nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1A und 1B sowie

Fig. 6 zeigen Darstellungen zur Erläuterung von

3-Phasen-Modulationsvektoren.

Fig. 2A bis 2G veranschaulichen die Beziehung zwischen der

Anordnung von Bildelementen und der Phase von Abtastimpulsen.

Fig. 3 zeigt in einer Ansicht die relative Positionsbeziehung zwischen den Bildelementen, dem Abtastträger und dem Abtastpunkt auf dem CCD-Chip.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Farbcodierers gemäß der Erfindung.

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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Hauptteiles der Erfindung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Ein in Fig. 4 dargestelltes Ausführungsbeispiel ist eine sog. Farbfernsehanordnung vom 3-Chip-Typ mit einer Abtastrate von 3f

SO

Gemäß Fig. 4 werden die Grün-, Rot- und Blau-Primärfarbsignale G, R und B von Bildaufnahmeeinrichtungen oder CCD-Einrichtungen 1 , 2 bzw. 3 abgeleitet und Analog-Digital-Wandlern 4, 5 bzw. 6 zugeführt, in denen die betreffenden Signale in codierte digitale Farbsignale umgesetzt werden. Diese digitalen Farbsignale werden Verarbeitungsschaltungen 7, 8 bzw. 9 zugeführt, in denen die betreffenden Signale verschiedenen Prozessen ausgesetzt werden, wie einer ήτ -Korrektur, einer Weiß-Beschneidung und dgl.. Sodann werden die verarbeiteten digitalen Farbsignale an Gewichtungsschaltungen 11, 12 bzw.. 13 abgegeben, deren jede aus einer Multipliziereinrichtung besteht. In diesen Schaltungen werden die betreffenden Signale dem für das NTSC-System erforderlichen Gewichtungsverfahren unterzogen. Danach werden die Signale einer Matrix oder einem Mischer 14 zugeführt, der ein digitales Luminanz- bzw. Leuchtdichtesignal Y erzeugt.

Das digitale Leuchtdichte-Signal Y wird dann in einem Tiefpassfilter 15 im Band begrenzt. In entsprechender Weise werden die digitalen Rot- und Blau-Farbsignale in Tiefpassfiltern 16 bzw. 17 im Band begrenzt. Sodann werden die Signale von den Tiefpassfiltern 15 und 16 einer Subtrahiereinrichtung 18 zugeführt, um aus diesem Signalen ein digitales Rot-Farbdifferenzsignal (R-Y)_ abzuleiten. Die Signale von den Tiefpassfiltern 15 und 17 werden einer weiteren Subtrahiereinrichtung 19 zugeführt, um ein digitales Blau-Farbdifferenzsignal (B-Y)_ abzuleiten.

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Wenn ein Signal, welches durch Multiplikation des digitalen Farbdifferenzsignals (R-Y)₁ mit einem Kompressionskoeffizienten 1/1,14 erhalten wird, als V-Achsen-Signal herangezogen wird, und wenn ein Signal, das durch Multiplikaktion des digitalen Farbdifferenzsignals (B-Y)₃. mit einem Kompressions-Koeffizienten 1/2,03 erhalten wird, als U-Achsen-Signal herangezogen wird, dann werden diese Achsen-Signale in Komponenten auf den Modulationsachsen umgewandelt,

2
wobei eine Phasendifferenz von ·=·/£" zwischen benachbarten Komponenten vorhanden ist, wie dies in Fig. 1A veranschaulicht ist. Auf diese Weise wird ein digitales Modulations-Ausgangssignal gebildet.

Gemäß Fig. 1A wird ein Modulationsvektor a an die U-Achse angepaßt, die als Bezugsachse herangezogen wird. Die 3-Phasen-Modulationsvektoren a, b und c (die jeweils einen absoluten Wert anzeigen), zwischen denen jeweils eine Phasendifferenz von ^r-ft" vorhanden ist, werden unter Heranziehung der V-Achsen- und U-Achsen-Signale wie folgt ausgedrückt:

a = U (1)

g ₌ _/|v-lu (2)

c = -*f V - 1 U (3)

Infolgedessen ist eine digitale Farbmodulationsschaltung 20 vorgesehen, wie dies Fig. 4 veranschaulicht, bei der 3-Phasen-Modulationsvektoren in der Amplitude durch die digitalen Farbdifferenzsignale (R-Y)_x und (B-Y)_T moduliert werden, um

Li Li

ein digital moduliertes Farbsignal zu erhalten.

In der Modulationsschaltung 20 ist mit 21 eine Koeffizient-Schaltung bezeichnet, mit deren Hilfe eine Signalkomponente

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-*-| V auf der V-Achse erhalten wird. Mit 22 ist eine Koeffizient-Schaltung für die Erzielung eines U-Achsensignals bezeichnet. Mit 23 ist eine Koeffizient-Schaltung für die Erzielung einer Signalkomponente -^ U auf der U-Achse bezeich-

l/jf 1 net. Die Signalkomponenten ¹^ V und ■=- U auf der V-Achse bzw. U-Achse werden an die Subtrahiereinrichtung 24 und 25 abgegeben, um von diesen eine digitale Primär-Farbsignalkomponente Sb zu erhalten, die sich auf den Modulationsvektor b bezieht bzw. um eine Signalkomponente Sc zu erhalten, die sich auf den Modulationsvektor c bezieht. Eine auf den Modulationsvektor ί sich beziehende digitale Primärfarbsignalkomponente Sa ist selbst ein Ausgangssignal der Koeffizientschaltung 22. In diesemZusammenhang weist jede der Signalkomponenten Sa, Sb und Sc lediglich eine Amplitudenkomponente und keine Phasenkomponente auf.

Die Signalkomponenten Sa, Sb und Sc werden mittels eines Schalterkreises 27 mit einer Periode von 1/3f umgeschal-

SO

tet, um ein Signal mit einer zeitlichen Folge von 1/3f zu

SO

bilden. Dieses zeitlich seriell auftretende Signal ist ein digital moduliertes Farbsignal. Ein Schaltimpuls F _w ist ein 2-Bit-Impuls, der von einem ternären Zähler 28 erhalten wird, dem ein Taktsignal mit einer Taktrate von 3f züge-

SO

führt wird. Dieser Zähler 28 wird durch ein Zeilensynchronisiersignal H-SYNC zurückgesetzt. Das Zurücksetzen des Zählers 28 durch das Signal H-SYNC wird vorgenommen, um die Phase des Schaltimpulses F „ an die Phase des Abtastimpulses Sp anzugleichen, der zur Abtastung von Signalen von den CCD-Einrichtungen 1 bis 3 benutzt wird.

Ferner ist ein weiterer ternärer Zähler 44 vorgesehen, um ein Ausgangssignal in Synchronismus mit dem Ausgangssignal des Zählers 28 abzugeben. Der Ausgangsimpuls P' _w des Zählers 44 wird beispielsweise einem digitalen Signalerzeugungssystem 43 mit einer Abtastfrequenz von 3f zu-

S O

führt, um die ladungsgekoppelten Einrichtungen 1-3 und die Analog-Digital-Wandler 4 - 6 zu steuern. Wenn dieses

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System 43 nicht mit einer Abtastrate von 3f betrieben

se

wird, dann wird ihm demgemäß das Taktsignal F¹ _w zugeführt.

Wenn die Phase des Schaltimpulses F _ somit an die Phase des Abtastimpulses angeglichen ist, wird die Phase des Modulationsvektors in der geradzahligen Zeile (N) in bezug auf die Phase des Modulationsvektors in der ungeradzahligen Zeile (N+1) invertiert, so daß die Phase des Zeitfolgensignals nach jedem UmschaItvorgang ebenfalls zwischen benachbarten Zeilen invertiert wird. Um eine Koinzidenz mit der Phase des Farbhilfsträgers des Standard-Fernsehsignals zu erhalten, wird demgemäß das Zeitfolgensignal einem Phaseninverter 30 zugeführt, um eine Phaseninversion in jeder Zeilenperiode (1H) vorzu- nehmen. '

Der Phaseninverter 30 besteht aus einer Multipliziereinrichtung; ihm wird ein Impuls F_inv (Fig. 2E) der 2H-Periode zugeführt. Dieser Impuls wird dadurch erhalten, daß die Frequenz des Horizontal- bzw. Zeilensynchronisiersignals H-SYNC mittels eines Zählers 31 um 1/2 geteilt wird.

Das dem obigen Phasenprozess unterzogene Zeitfolgensignal ist ein digital moduliertes Farbsignal, wie es erwünscht ist.

In Fig. 4 ist mit 32 eine Horizontal-Austastgatterschaltung bezeichnet. Mit 33 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Burst-Signals F, sowie eines Synchronisier-Signalsgemischs F bezeichnet. Mit 34 ist ein Addierer bezeichnet, der die obigen beiden Signale mischt. Mit 40 ist eine Apertur-Korrekturschaltung bezeichnet, und mit 41 ist eine Verzögerungsschaltung für die Korrektur der Phase des Leuchtdichte-Signals Y bezeichnet, wobei eine solche Korrektur erfolgt, daß die betreffende Phase mit der des Farbsignals

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übereinstimmt. Das digitale Leuchtdichte-Signal Y wird dem digital modulierten Farbsignal in einem Mischer 42 hinzuaddiert, um ein Standard-Farbfernsehsignal zu liefern.

Bei der oben beschriebenen Ausfuhrungsform ist der Träger durch Farbdifferenzsignale moduliert worden. Bei einer in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform kann jedoch ein Primärfarbsignal (das andere Farbsignal kann selbstverständlich verwendet werden) dazu herangezogen werden, den Träger zu modulieren. Das Primärfarb-Modulationssystem dieser Art ist wirksam, wenn das Farbdifferenzsignal, wie das Signal R-Y, B-Y oder dgl. kaum erhalten wird. In Fig. 5 ist ein Signalverarbeitungssystem gezeigt, welches sich auf das Rot-Signal R bezieht. In Fig.6 ist eine Phasenbeziehung der Modulationsvektoren entsprechend Fig. 1B gezeigt. Gemäß Fig. 5 sind mit den Bezugszeichen 50 und 51 Schaltungen bezeichnet, die jeweils einen bestimmten Koeffizienten bereitstellen. In entsprechender Weise wird bei dieser Ausführungsform die Phaseninversion in jeder 1H-Periode vorgenommen.

Wie oben in Übereinstimmung mit der Erfindung beschrieben, kann ein bestimmtes digital moduliertes Farbsignal sogar dann erzeugt werden, wenn die Phasenbeziehung zwischen den Abtastimpulsten in den entsprechenden Zeilen in Übereinstimmung mit dem Bildelement-Anordnungsmodus geändert wird.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Beschreibung auf den Fall gerichtet worden, daß die Frequenz des Abtastimpulses 3f beträgt. In dem Fall, daß m = 1

SO

und η = 1 sind, ist jedoch eine Abtastraten-Umsetζschaltung vorgesehen, die — χ 3-f in 3f umsetzt, so daß eine Sig-

m se se

nalverarbeitung durch die oben erwähnten Schaltungen ausgeführt werden kann. Die Anzahl der zu verwendenden CCD-Einrichtungen ist ebenfalls wahlfrei. Als Primär-Farbsignale

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werden ferner die Rot-, Grün- und Blau-Signale R, G bzw. B von den CCD-Einrichtungen 1 bis 3 abgeleitet bzw. gewonnen. Die Erfindung ist jedoch auch auf eine Fernsehkamera anwendbar, bei der Signale von Komplementärfarben, wie beispielsweise der Farben gelb, magenta und cyan erhalten werden.

ntanwalt

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Digitaler Farbcodierer zur Erzeugung eines digitalen Farbsignals mit einer bestimmten Farbphase, dadurch gekennzeichnet,

a) daß eine digitale Signalerzeugungseinrichtung (43) vorgesehen ist, die digitale Primär-Farbsignal-

abgibt,

Komponenten mit einer Abtastrate von 3.—.f__

m se

wobei f die Farbhilfsträgerfrequenz und η und m se

weitgehend kleine ganze Zahlen sind,

b) daß eine digitale Farbmodulationsschaltung (20) vorgesehen ist, in der ein Trägersignal mit einer Frequenz von 3f mit den digitalen Primär-Farbsignal-

SC

Komponenten individuell derart moduliert wird, daß

2
eine erste ·=■ TC -Versetzungs-Trägerphase in einer

Horizontalzeile N und eine zweite -^fT-Versetzungs-Trägerphase in einer Horizontalzeile N+1 auftreten, wobei N eine ganze Zahl ist und wobei die erste Trägerphase und die zweite Trägerphase mit zueinander entgegengesetzter Phasenbeziehung auftreten,

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c) daß ein Signalinverter (30) vorgesehen ist, der die Phase des Ausgangssignals der digitalen Farbmodulationsschaltung (20) in jedem Horizontal-Zeilen-Intervall invertiert,

d) und daß ein Steuersignal-Generator (28,44) vorgesehen ist, der die digitale Farbmodulationsschaltung (20) und die digitale Signalerzeugungseinrichtung (43) steuert, wobei die Ausgangssignale des Steuersignalgenerators miteinander synchronisiert sind.

2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer oder eine Matrixschaltung (14) vorgesehen ist, die ein digitales Leuchtdichtesignal (Y) dadurch zu erzeugen imstande ist, daß sie die Ausgangssignale der digitalen Signalerzeugungseinrichtung (43) mischt, und daß ein digitaler Mischer (42) vorgesehen ist, der das digitale Leuchtdichtesignal (Y) mit dem Ausgangssignal des Inverters (30) derart mischt, daß von ihm ein digitales Farbsignalgemisch abnehmbar ist.

3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pegeleinstellschaltung (11,12,13) vorgesehen ist, die entsprechend den mit einem bestimmten Farbsignalverhältnis am Ausgangsanschluß der Farbmodulationsschaltung (20) zu erzielenden Farbkomponenten ausgelegt ist.

4. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß η und m jeweils 1 sind und daß die Signalerzeugungseinrichtung (43) durch das Ausgangstaktsignal mit einer Abtastrate von 3f gesteuert wird.

SO

1 30048/0657

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31032H

Codierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Signalerzeugungseinrichtung (43) eine Festkörper-Bildaufnahme-Einrichtung (1,2,3) für die Erzeugung von Primär-Farbsignalen und Analog-Digital-Wandler (4,5,6) aufweist, die das jeweilige analoge Primär-Farbsignal in eine digitale Farbsignalkomponente umsetzen.

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