DE3107032A1

DE3107032A1 - Anordnung zum uebertragen eines farbfernsehsignals

Info

Publication number: DE3107032A1
Application number: DE19813107032
Authority: DE
Inventors: Robert Adams Burlington N.J. Dischert; Robert Earl Princeton N.J. Flory
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2557411B1; DE3153307C2; FR2557411A1; DE3107032C2; FR2476955A1; GB2136243B; JPS56134891A; US4376957A; FR2545308B1; DE3153168A1; GB2071960B; FR2545308A1; GB2071960A; GB2136243A; GB8400146D0; DE3153168C2; FR2476955B1; JPS63164592A

Description

ECA 74 874 Ks/Ri

U.S.. Serial No: 124,107

Filed: February 25, 1980

RCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Anordnung zum Übertrafen ein.ee Farbf ernsehsignals

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für Farbfernsehsignale, das sich durch einen verbesserten Eauschabstand auszeichnet. Bei magnetischer Aufzeichnung von Fernsehsignalen mit Hilfe von Videobandrecordern können verschiedene Umstände wie .Änderungen des Bandzuges, Ansammlung von Schmutz am Aufzeichnungs- oder Wiedergabekopf und dergleichen dazu führen, daß der Kopf gelegentlich außer Berührung mit der magnetischen Oxidbeschichtung des Bandes kommt. Dies kann eine Verminderung der Amplitude des vom Band zum Wiedergabekopf übertragenen Signals und störende Verzerrungen zur Folge haben. Es ist bekannt, die aufzuzeichnende Videoinformation einem Träger in Form einer Frequenzmodulation aufzugeben· Diese Frequenzmodulation setzt Amplitudenänderungen des Videosignals in Frequenzänderungen des Trägers um. Ein das frequenzmodulierte Signal empfangender Amplitudenbegrenzer streift die aus schlechtem Kopfkontakt resultierenden Amplitudenänderungen ab, so daß das frequenzmodulierte Signal nach seiner Demodulation einen besseren Störabstand hat, als er im Falle direkter Aufzeichnung erzielbar ist.

Bei Farbfernsehsignalen, die z.B. in einer NTSC-Norm verschlüs-

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seit sind und neben den Leuchtdichtekomponenten die Farbartkomponenten in Quadratur-Modulation eines Farbhilfsträgers enthalten, ist die Gesamtbandbreite des Videosignals recht groß* Bei der Aufzeichnung eines solchen NTSC-Signals ergibt sich die Schwierigkeit, daß sich infolge der großen Gesamtbandbreite des Signals die Seitenbänder des frequenzmodulierten Trägers über einen größeren Frequenzbereich erstrecken als ihn der FM-Kanal des Recorders verarbeiten kann. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit das sogenannte "Color-under"-System verwendet, bei welchem der mit den Farbartkomponenten quadratur-modulierte Farbhilfsträger direkt mit einer niedrigen Frequenz auf die gleiche Spur wie ein mit der Leuchtdichteinformation modulierter FM-Träger aufgezeichnet wird. Um die Linearität zu verbessern, wird die direkt aufgezeichnete Farbartinformation mit Hilfe eines Vor spannungs sign als aufgezeichnet. ITm eine Wechselwirkung zwischen dem Vorspannungssignal und dem frequenzmodulierten Träger zu verhindern, wird der FM-Träger häufig als Vorspannungssignal herangezogen. Mit dieser Methode ist zwar das Aufzeichnen eines Farbfernsehsignals auf eine einzige Spur eines Videobandrecorders möglich, Jedoch ergeben sich gewisse Probleme wie z.B. schlechter Störabstand des Farbartsignals, Übersprechen zwischen den beiden quadratur-modulierten Farbsignalen und begrenzte Bandbreite, wodurch es nötig wird, die gewünschte Bandbreite entweder der Farbartinformation oder der Leuchtdichteinformation oder gar beider Informationen zu reduzieren. Außerdem kann der FM-Leuchtdichteträger nicht mit dem maximal möglichen Hub moduliiert werden, weil eine maximale Modulation das Aufzeichnungsmedium in die Sättigung treibt und damit eine zusätzliche Verzerrung der direkt aufgezeichneten Farbartinformation bewirkt.

Um die Qualität des Fernsehsignals auf den für Fernsehrundfunk geltenden Standard zu verbessern, kann man die Leuchtdichteinformation unter Verwendung eines frequenzmodulierten Trägers auf eine erste Spur des Bandes aufzeichnen, während man die quadratur-modulierte Farbartinformation gleichzeitig auf eine

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zweite Spur des Bandes schreibt, die neben der ersten Spur liegt. Die Farbartinformation wird einem Träger als Frequenzmodulation aufgegeben, um den Störabstand zu verbessern. Es wurde jedoch gefunden, daß die Rundfunkqualität auch dann nicht erreicht werden kann, wenn man zwei breitbandige Kanäle zum Aufzeichnen der Videoinformation verwendet. Außerdem hat sich gezeigt, daß es zu einer Kreuzmodulation zwischen den beiden Komponenten des Farbartsignals kommt.

Es sei an dieser Stelle vorgegriffen auf die Fig. 8 der Zeichnungen, die eine graphische Darstellung mit der Frequenz als Abszisse und der Amplitude als Ordinate ist. In dieser Figur bedeutet die Frequenz f_Q die Ruhefrequenz eines frequenzmodulierten Trägers. Die Frequenzen f™ und f_HI stellen die untere bzw. die obere Grenze dee Frequenzhubes, d.h. der Frequenzauslenkung des Trägers, dar. Eine Hüllkurve 810 veranschaulicht den Frequenzgang der Amplitude eines Übertragungskanals, der im allgemeinen z.B. den Kanal eines Bandrecorders enthält. Bei Frequenzen F14 und F16 ist der Frequenzgang des Kanals reduziert, z.B. durch Filter, natürliche Frequenzbegrenzung und dergleichen. Eine Reihe von Spektrallinien 812 veranschaulicht allgemein die Energieverteilung, die sich infolge Modulation des Trägers mit einem relativ niedrigfrequenten Videosignal ergibt. Es sind viele Spektrallinien vorhanden, und ihre Amplituden hängen von der Amplitude des modulierenden Signals ab. Die Fig. 9 zeigt für das gleiche System den Fall, daß der Träger mit einem relativ hochfrequenten Videosignal moduliert ist. Hier liegen innerhalb des von der Kurve 810 definierten Durchlaßbereichs sehr wenig Spektrallinien 822. Andere Spektrallinien, die mit 824 bezeichnet sind, werden abgeschnitten und erscheinen nicht. Es wurde festgestellt, daß der Störabstand (Verhältnis von Nutzsignal zu Stör- oder Rauschsignal) eines Übertragungskanals, der wie im beschreibenen Fall in Frequenzmodulation arbeitet, bei höheren Modulationsfrequenzen schlechter ist. Dies läßt sich dadurch erklären, daß im Falle des hochfrequenten Signals viele der zum Nutzsignal gehörenden Spektrallinien

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verlorengehen, während bei einem niedrigerfrequenten Signal eine große Anzahl von Spektrallinien durch den Kanal übertragen werden. Um die Übertragung in einem Zweikanal-Bandrecorder oder -übertragungssystea zu verbessern, ist es zweckmäßig, die Frequenz des den Farbartkanal modulierenden Signals zu vermindern. Es seien an dieser Stelle die Figuren 3a bis 3f der Zeichnungen betrachtet. Vergleicht man die Bandbreite der im Basisband liegenden I- und Q-Signale, wie sie in den Figuren 3a und 3b zu erkennen ist, mit der Bandbreite der einem Hilfsträger in Quadraturmodulation aufgeprägten I- und Q-Sxgnale, wie sie in Fig. 3f dargestellt ist, dann erkennt man, daß jedes der Basisband-Signale für sich allein eine kleinere Bandbreite hat als das modulierte Signal. Die Bandbreite des den Farbartkanal modulierenden Signals kann reduziert werden, indem man den FM-Träger im Farbartkanal abwechselnd mit einem der beiden die Farbartinformation darstellenden Farbartsignale moduliert. Wenn die Farbartinformation beispielsweise durch I- und Q-Signale (In-Phase-Signal und Quadratursignal) dargestellt wird, wobei das I-Signal eine Bandbreite von 1MH» und das Q-Signal eine Bandbreite von 0,5 HHz hat, dann wird abwechselnd jedes dieser Signale dem Träger aufmoduliert, um es in den Kanal zu koppeln. Diese abwechselnde Modulation führt jedoch dazu, daß die I-Signale während derjenigen Zeit verlorengehen, in welcher die Q-Signale durch das System übertragen werden. In ähnlicher Weise gehen die Q-Signale während derjenigen Zeit verloren, in welcher die I-Signale verarbeitet werden. Es gibt also einen Verlust an Signalen, ähnlich wie er bei einem SECAM-System vorkommt. Beim SECAM-Systein führt die zeilenweise Abwechslung der Farbartinformation zu einer Verminderung der vertikalen Auflösung in der Farbart, wodurch das Bild verschlechtert wird. In der US-Patentschrift 4 163 248 ist ein System beschrieben, bei welchem abwechselnd Leuchtdichte- und Farbartinformation durch einen digitalen Teilbildspeicher geführt wird; der Verlust der Information wird dabei verschleiert, indem die gespeicherte Farbartinformation während der Wiedergabe der ungespeicherten Leuchtdichte wiederholt wird und die gespeicherte Leuchtdichteinfor-

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raation während der Wiedergabe der ungespeicherten Farbart ebenfalls wiederholt wird.

Gemäß der Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll ein Fernsehübertragungssystem geschaffen werden, das eine Aufzeichnung umfassen kann, und welches sich durch hohen Störabstand, geringe Kreuzmodulation und hohe Auflösung (kein Informationsverlust) im Farbartkanal auszeichnet. Ausgangspunkt der Erfindung ist gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung zum Übertragen eines Farbfernsehsignal, das eine Vielzahl von Basisbandkomponenten enthält, welche die Leuchtdichte- und die Farbartinformation definieren. Die erfindungsgemäßen Merkmale zur Lösung der oben genannten Aufgabe sind im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ühteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung enthält die Übertragungsanordnung einen Übertragungskanal und einen Zeitmultiplexer, um die Basisbandkomponenten, welche die Farbartinformation definieren, abwechselnd für die Übertragung bereitzustellen. Der Zeitmultiplexer schaltet sich mit einer Frequenz um, die durch die Horizontalfrequenz (Zeilenfrequenz) des Fernsehsignals bestimmt wird. Die Übertragungsanordnung enthält eine Speichereinrichtung, um mit einer Sdbireibgeschwindigkeit eine erste der Basisbandkomponenten einzuspeichern, die mindestens einen Teil der Farbartinformation definiert. Die Einspeicherung erfolgt während derjenigen Zeit, in der die erste Basisbandkomponente erzeugt wird. Mit der Speichereinrichtung und mit dem Zeitmultiplexer ist eine Leseeinrichtung gekoppelt, um die erste Basisbandkomponente aus der Speichereinrichtung auszulesen. Die Auslesung der ersten Basisbandkomponente erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die sich von der Schreibgeschwindigkeit unterscheidet, um eine zeitliche Komprimierung oder Dehnung zu bewirken. Die aus der Speichereinrichtung ausgelesene erste Basisbandkomponente wird dem Zeitmultiplexer zugeführt, um sie für

die Übertragung bereitzustellen.

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Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Figuren 1a bis 1d zeigen in verschiedenen Betriebszuständen ein Übertragungssystem, das eine erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung enthält;

Fig. 2 ist ein Zustandsdiagramm zur Erläuterung des Betriebszyklus ;

Figuren 3a bis 3f zeigen die Bandbreiten von Signalen und die zeitliche Folge der Signale zur Veransehaulichung bestimmter Merkmale der Erfindung;

Fig. 4 zeigt in Blockform das Schema eines erfindungsgemäßen Zweikanal-Übertragungssystems mit gewissen Vorteilen hinsichtlich der Bandbreite;

Fig. 5 zeigt in Blockform das Schema eines erfindungsgemäßen Einkanal-Übertragungssystems;

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Zweikanal-Übertragungssystem, welches eine Bandaufzeichnung einschließt;

Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Einkanal-Übertragungssystem, welches eine Bandaufzeichnung einschließt;

Figuren 8 und 9 zeigen Amplituden/Frequenz-Kurven und Spektren zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung.

Die Fig. 1a zeigt verallgemeinert ein Übertragungssystem, dem Farbfernsehsignale zugeführt werden. Im gezeigten Fall werden die Fernsehsignale von einer Matrixschaltung 10 geliefert, die von einzelnen Videokameras 12, 14 und 16 jeweils ein im Basisband liegendes Videosignal für den roten Farbauszug (E), den grünen Farbauszug (G) und den blauen Farbauszug (B) empfängt. Die Matrixschaltung 10 verarbeitet diese Basisbandsignale,

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welche zusammen die Leuchtdichte- und die Farbartinformation definieren, und erzeugt daraus ein Leuchtdichtesignal (Y), das über einen ersten Kanal des Übertragungssystems direkt auf eine Nutzschaltung (nicht dargestellt) gekoppelt wird. Sie Matrixschaltung 10 bildet ferner weitere Basisbandkomponenten, bekannt als I-Signal und Q-Signal, welche die zu verarbeitende Farbartinformation darstellen und auf eine Verarbeitungseinrichtung 20 eines zweiten Kanals des Übertragungssystems gekoppelt werden. Die I-Signale werden parallel den Eingängen zweier taktgesteuerter Verzögerungsleitungen BH und DI2 der Verarbeitungseinrichtung 20 zur weiteren Verarbeitung zugeführt,und die Q-Signale werden parallel den Eingängen zweier weiterer taktgesteuerter Verzögerungsleitungen DQ1 und DQ2 angelegt (Verzögerungsleitungen werden hier allgemein mit dem Buchstaben D bezeichnet und zusätzlich mit dem Buchstaben I, wenn sie I-Signale verarbeiten, und mit dem Buchstaben Q, wenn sie Q-Signale verarbeiten). Die Ausgänge der Verzögerungsleitungen DH und DQ1 sind zusammengeschaltet, ebenso die Ausgänge der Verzögerungslextungen DI2 und DQ2. Ein einpoliger Umschalter S1A schaltet abwechselnd zwischen dem einen zusammengeschalteten Ausgängen und den anderen zusammengeschalteten Ausgängen der Verzögerungsleitungen um, um das Ausgangssignal der Verarbeitungseinrichtung 20 des Übertragungskanals auszuwählen. Die übrigen Teile der Verarbeitungseinrichtung 20 des zweiten Übertragungskanals bilden eine Taktanordaung, durch welche eine sequentielle Verarbeitung der I- und Q-Signale in den Verzögerungsleitungen ohne Verlust an Information und somit ohne Verlust an Auflösung bewirkt wird.

Ein Schreibtaktgeber 22 ist über einen zweipoligen Umschalter S1B mit den Verzögerungsleitungspaaren DI und DQ gekoppelt, um durch {Paktsteuerung der Verzögerungsleitungen Signale durch diese Leitungen hindurchzuschleusen. Zu dem in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt beispielsweise legt der Schalter S1B die g, Schreibtaktsignale an die Verzögerungsleitungen DI1 und DQ1. Über einen einpoligen Umschalter S2 und dann einen zweipoligen Umschalter S1C ist ein Lesetaktgeber 24 mit den Verzögerungs-

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leitungspaaren DI und DQ gekoppelt. Eine Schaltersteuereinrichtung (nicht dargestellt) steuert die Schalter S1A, S1B und S1C synchron mit der Horizontalfrequenz und den Schalter S2 mit der doppelten Horizontalfrequenz. Die Schalter S1 kippen zu einem Zeitpunkt während des Horizontalaustastintervalls, und der Schalter S2 kippt gleichzeitig mit den Schaltern S1 und außerdem zu einem Zeitpunkt nahe der Mitte jedes Horizontalzeilenintervalls.

Die taktgesteuerten Verzögerungsleitungen D in der Ausführungsform nach Fig. 1 können Ladungsübertragungselemente des ladungsgekoppelten Typs sein, die unter der Abkürzung CCD allgemein "bekannt sind. Jedes CCD besteht aus einer Anzahl von Zellen, und unter dem Einfluß von Taktsignalen werden Ladungspakete, die Analogsignale darstellen, sequentiell von Zelle zu Zelle weitergegeben. Jede Verzögerungsleitung kann also als eine im Abfragebetrieb betriebene analoge Verzögerungsleitung angesehen werden, wobei die Abfragefrequenz durch die Taktfrequenz bestimmt ist und die Verzögerung durch die Taktfrequenz und die Anzahl der Zellen bestimmt ist. Die Taktfrequenz des Taktgebers 22 ist mit Rücksicht auf die höchste !Frequenz ausgewählt, die in den durch die Verzögerungsleitungen geführten Signalen zu erwarten ist, so daß gemäß dem Nyquist-Kriterium eine getreue Eeproduktion des Signals erfolgt. Als iiindestfrequenz für den Schreibtaktgeber 22 könnte man beispielsweise das doppelte der zu erwartenden höchsten Frequenz der in einer Verzögerungsleitung verarbeiteten Signale wählen. Die Zellenzahl in jeder Verzögerungsleitung D ist so gewählt, daß sich jeweils eine Laufzeit von 1H (eine Horizontalablenkperiode) ergibt, die ausreicht, um ein über eine Horizontalzeile gehendes I- oder Q-Signal zu speichern. Die Frequenz des Lesetaktgebers 24 ist in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung so gewählt, daß mit ihr eine Signalweitergabe durch die Verzögerungsleitung mit dem Zweifachen der Schreibfrequenz möglich ist, so daß das Signal, welches eine ganze Horizontalzeile der Farbartinformation darstellt, innerhalb eines Zeitintervalls aus der Verzögerungsleitung ausgelesen werden kann, das gleich der Hälfte eines

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- 13 Horizontalzeilenintervalls ist.

Vie in der !ig. 2 veranschaulicht, sind vor dem Zeitpunkt t. die Verzögerungsleitungen DI2 und DQ2 mit der Schreibtaktfrequenz betrieben worden, so daß in der erstgenannten Leitung das gesamte I-Signal und in der zweiten Verzögerungsleitung das gesamte Q-Signal für die vorangegangene Horizontalzeile gespeichert ist. Die Verzögerungsleitungen DU und DQ1 enthalten Material, das sich für die Übertragung nicht eignet. Zum Zeitpunkt t^, der im Horizontalaustastintervall oder während eines Übergangs von einer Zeile zur nächsten liegen kann, ändert sich der Zustand der Schalter S1 und S2, wie es die Wellenformen 201, 202 und 203 in den Figuren 2a, 2b und 2c zeigen. Ein hoher Zustand in den Wellenformen 201 bis 203 bedeutet jeweils, daß der Schalter, welcher der betreffenden Wellenform zugeordnet ist, in seiner "oberen" Stellung ist. Im Intervall zwischen dem Zeitpunkt t,j und t₂ der Fig. 2 sind also die Schalter S1A und S1C in ihrer "unteren" Stellung, wie es der niedrige Zustand der Wellenform 201 versinnbildlicht; der Schalter S1B ist in der "oberen" Stellung, wie es der hohe Zustand der Wellenform 202 versinnbildlicht, und der Schalter S2 ist ebenfalls in der "oberen" Stellung, wie es die Wellenform 203 veranschaulicht. Im Intervall ^^-^2 ^en*sprechen also die Schalterstellungen dem in Fig. 1a gezeigten Zustand. In ähnlicher Weise entspricht die Stellung der Schalter im Intervall tp-t, dem in Fig. 1b gezeigten Zustand. Die Fig. 1c zeigt den Zustand der Schalter im Intervall t,-t^, und die Fig. 1d zeigt den Zustand der Schalter im Intervall t^-tc. Die Zustände der Schalter wiederholen sich zyklisch.

Im Intervall vor dem Zeitpunkt t^ sind die Verzögerungsleitungen DI2 und DQ2 wie erwähnt vom Schreibtaktgeber 22 gesteuert worden, so daß sie eine abgefragte analoge Version der I- und Q-Signale der vorangegangenen Zeile speichern. DU und DQ1 enthalten ungeeignete Information. Zum Zeitpunkt t^ nehmen die Schalter die in Fig. 1a gezeigten Stellungen ein, wie es die Fig. 2 vorschreibt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schreibtakt-

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geber 22 mit den Verzögerungsleitungen DU und DQ1 gekoppelt, die dann ihren Betrieb mit der Schreibtaktfrequeüz beginnen, um fortschreitend die im Intervall ^^-^2 erscheinenden I- und Q-Signale zu speichern. Gleichzeitig wird das bisher darin gespeicherte ungeeignete Material hinausgetaktet, jedoch ist dieses Material durch den Schalter S1A vom Ausgang der Verarbeitungseinrichtung 20 abgekoppelt, so daß es das Ausgangssignal nicht beeinflußt. Die Verzögerungsleitung DQ2 bleibt während des Intervalls t_/.-t2 in einem passiven (stillstehenden) Speicherbetrieb. Ebenfalls im Intervall t^.-t2 ist der Lesetaktgeber 24 mit der Verzögerungsleitung DI2 gekoppelt, so daß das darin gespeicherte I—Signal doppelt so schnell aus ihr heraus-

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getaktet wird, wie es eingelesen wurde. Das aus der Verzögerungsleitung DI2 herausgetaktete Signal wird über den Schalter S1A auf den Ausgang der Verarbeitungseinrichtung 20 gekoppelt. Während dieser Auslesung der Verzögerungsleitung DI2 wird das an ihrem Eingang anstehende I-Signal in die Zellen dieser Verzögerungsleitung eingeschrieben. Jedoch wird die !-Information der gegenwärtigen Zeile nicht auf den Ausgang der Verarbeitungseinrichtung 20 gekoppelt, denn in denjenigen! Augenblick, wo der erste Teil der Information der laufenden Zeile am Ausgang der Verzögerungsleitung DI2 ankäme, macht das Schaltersteuersignal 203 einen Wechsel, womit der Schalter S2 umgeschaltet wird und sich die in Fig· 1b gezeigte Konfiguration ergibt.

Wie in der Fig. 1b dargestellt, bleibt der Schreibtaktgeber 22 während des Intervalls t^-t, weiterhin mit den Verzögerungsleitungen DU und DQ1 gekoppelt, um die I- und Q-Information der gegenwärtigen Zeile einzuschreiben oder zu speichern. Die Verzögerungsleitung DI2 empfängt jedoch überhaupt keine Taktsignale, sie wird also passiv und hält die gespeicherte !-Information aus der ersten Hälfte ^^-^2 ^^eT ^erst;en Horizontal zeile t^-t, fest. Über den Schalter S1C ist der Lesetaktgeber 24 mit der vorher passiven Verzögerungsleitung DQ2 gekoppelt. Die Verzögerungsleitung DQ2 enthält die Q-Information aus der dem Zeitpunkt t^ vorangegangenen Horizontalzeile. Beginnend mit dem Zeitpunkt

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t₂ wird dieses Q-Signal ausgelesen und zum Ausgang der Verarme itiangs einrichtung 20 übertragen. Vie im Falle der Verzögerungsleitung DI2 bewirkt das Heraustakten der gespeicherten Information aus der Verzögerungsleitung DQ2, daß sich die Q-Information der gegenwärtigen Zeile in diese Verzögerungsleitung hineinschiebt. Jedoch kann die Q-Information der gegenwärtigen Zeile nicht vor dem Zeitpunkt t* aus der Verzögerungsleitung DQ2 heraustreten. Zum Zeitpunkt t* ist die erste Horizontalζeile zu Ende, und die zweite Horizontalzeile beginnt.

Zum Zeitpunkt t, ändert sich der Zustand der Schalter wieder* wie es die Wellenformen 201 bis 203 zeigen, und während des Intervalls t^-t^ besteht der in Fig. 1c dargestellte Zustand. Demgemäß sind die Verzögerungsleitungen DI2 und DQ2 mit dem Schreibtaktgeber gekoppelt, und ihr· parallel zusammengeschalteten Ausgänge sind vom Ausgang der Einrichtung 20 abgekoppelt. Daher beginnt DI2 damit, das gegenwärtig tozeugte I-Signal zu speichern, und DQ2 beginnt, das gegenwärtig erzeugte Q-Signal zu speichern. Die unbrauchbare Halbzeileninformation, die in diesen Verzögerungsleitungen während der vorangegangenen Zeile gespeichert wurde, wird mit dem Einlesen des gegenwärtigen Signals hinausgeschoben. Während des Intervalls t^-t^ wird DQ1 nicht taktgesteuert und hält die gespeicherte Q-Information der Horizontalζeile t^-t, fest. Die Verzögerungsleitung DI2 ist jedoch mit dem Lesetaktgeber 24 gekoppelt und beginnt damit, die während der Zeile Ϊμ"·** eingespeicherte I-Information in ähnlicher Weise wie bereits beschrieben auszulesen. Zum Zeitpunkt t/p wenn die gesamte zur Horizontalzeile t^-t^ gehörende I-Information ausgelesen worden ist, jedoch bevor die nach dem Zeitpunkt t, eingespeicherte !-Information ausgelesen wird, ändert sich die Schalterkonfiguration wiederum und nimmt einen Zustand an, wie ihn die Wellenformen 201 bis 203 in Pig. 2 für das Intervall t^-t^ zeigen. Diese Konfiguration ist in der Fig. 1d dargestellt. Man erkennt, daß bei dieser gezeigten Konfiguration, die im Intervall t^-t,- besteht, die gerade dann erzeugten (gegenwärtigen) I- und Q-Signale in die Verzögerungsleitungen

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DI2 und DQ2 eingelesen werden können und daß DQ1 ausgelesen werden kann, um das während des Intervalls t^-tv (vorangegangene Horizontalzeile) eingespeicherte Q-Signal auf den Ausgang der Einrichtung 20 zu geben. Zum Zeitpunkt t,- sind dann DI2 und DQ2 mit Informationen beladen, die zur Übertragung nicht gebraucht werden, und DU und DQ1 sind mit den I- und Q-Signal en der vorangegangenen Zeile beladen. Dies ist der gleiche Zustand wie vor dem Zeitpunkt t^., und der beschriebene Zyklus kann von neuem beginnen.

Die in 3?ig. 1 gezeigte Anordnung bildet also ein Zweikanal-Übertragungssystem, in welchem die Leuchtdichteinformation über einen Kanal übertragen wird und die Farbartinformation durch im Basisband liegende I- und Q-Signale dargestellt wird, die gleichzeitig erzeugt werden, gespeichert werden und dann im Verhältnis 2:1 zeitlich komprimiert werden, um sequentiell in den zweiten Kanal des Übertragungssystems zu gelangen. Dieses Übertragungssystem bewahrt eine hohe Auflosung und bringt einen verbesserten Störabstand. Es sei erwähnt, daß das Betreiben einer Verzögerungsleitung D mit verdoppelter Taktfrequenz zum Zwecke zeitlicher Komprimierung auch zu einer Verdopplung der Signalfrequenzen in den I- und Q-Signalen führt, und dies wiederum hat Einfluß auf die mögliche Mindestbandbreite des zweiten Kanals der Anordnung nach Fig. 1.

Gewöhnlich hat das I-Farbartsignal eine größere Bandbreite als das Q-Signal. Dies ist in den Figuren 3a und 3b veranschaulicht. Über das Intervall t^-tj bleibt die Bandbreite konstant, wie es die Fig. 3c zeigt. Das Signal hat eine Bandbreite von 1,0 MHz und das Q-Signal eine Bandbreite von 0,5 MHz. Die Fig. 3d veranschaulicht die Folge der Zeitkomprimierung der I- und Q-Signale der Figuren 3a-3c in gleicher Weise für die zeitlich nacheinander erfolgende Bereitstellung dieser Signale im Intervall t^-tc. Das im Intervall t^-t^ bereitgestellte I-Signal hat eine Bandbreite von 2 MHz, was das Doppelte der Bandbreite von 1 MHg; bei seiner Erzeugung ist, während die ver-

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doppelte Frequenz des Q-Signals nur 1,0 flHz ist. Daher wird im Intervall t^-tc die Bandbreite des Kanals 2 des Übertragungssystems nicht voll ausgenutzt. Durch geeignete Wahl der Dauer des Ausleseintervalls und der Lesetaktfrequenz können die Bandbreiten der zeitkomprimierten I- und Q-Signale einander gleichgemacht werden, wie es die Pig· 3e veranschaulicht. Falls das Intervall t^-t^c, während dessen das I-Signal ausgelesen wird, gleich 2/3 der verfügbaren Auslesezeit ist und das Ausleseintervall t^c-tc für das Q-Signal gleich 1/3 der verfügbaren Zeit ist, multipliziert sich die Bandbreite des I-Signals gegenüber der erzeugten Bandbreite mit 3/2 auf 1,5 MSz, wie es die Fig. 3e zeigt, und die Bandbreite des Q-Signals multipliziert sich mit 3. Bei einer solchen Bemessung der Zeitkompression auf der Grundlage der Signalbandbreite wird die Bandbreite des Kanals maximal ausgenutzt.

Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung, durch welche das I-und das Q-Signal für die Übertragung sequentiell in einer Weise bereitgestellt werden, bei welcher sie gleiche Bandbreite haben. In der Fig. 4 sind Elemente, die Elementen in der Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet wie dort. Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird das I-Signal ausgelesen, wenn die Wellenform 203 in Fig. 2 hoch und somit der Schalter S2 in der oberen Stellung ist, und das Q-Signal wird ausgelesen, wenn die Wellenform 203 niedrig und somit der Schalter S2 in der unteren Stellung ist. Somit kann an die Stelle des einpoligen Umschalters S2 der Fig. 1a ein zweipoliger Umschalter S400 ge-rsetzt werden, und gemäß der Fig. 4 kann man eine erste Hälfte des Schalters S4Ö0 mit einem I-Lesetaktgenerator 424 und eine zweite Hälfte (zweiter Pol) mit einem Q-Lesetaktgeber 426 verbinden. Die Taktgeber 424 und 426 arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen. Der I-Lesetakt ist so gewählt, daß die I-Information aus den Verzögerungsleitungen DI in 2/3 einer Horizontalzeile ausgelesen wird, und die Frequenz des Q-Lesetaktgebers 426 ist so gewählt, daß die Q-Information aus den Verzögerungsleitungen DQ in 1/3 einer Horizontalζeile ausgelesen wird. Für

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das weiter oben erwähnte Beispiel (Bandbreite von 1 MHz für das ursprünglich erzeugte I-Signal und von 0,5 MHz für das ursprünglich erzeugte Q-Signal und 2/3 der Übertragungszeit für das I-Signal und 1/3 der Übertragungszeit für das Q-Signal) ist also die I-Lesetaktfrequenz 1,5-mal so groß wie die betreffende Schreibtaktfrequenz, während die Q-Lesetaktfrequenz 3-mal so groß wie die betreffende Schreibtaktfrequenz ist.

Die vorstehenden Beschreibungen der Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 4- waren insofern etwas vereinfacht, als angenommen wurde, daß Farbartinformation auch während des Horizontalaustastintervalls erzeugt wird. Allgemein ist dies jedoch nicht der Fall. Somit sollte der Schaltbetrieb der Schalter S1, S2 und S 400 auch einen Zustand einschließen, bei welchem die Verzögerungsleitungen D überhaupt nicht taktgesteuert werden, um das Eintreten oder Auslesen von Information während des Horizontalaustastintervalls zu vermeiden. Es ist aber möglich, die während des wirksamen Teils jeder Horizontalzeile gespeicherten Signale während der auch das Austastintervall enthaltenden Periode auszulesen. Hiermit kann die zur sequentiellen Übertragung der I- und Q-Signale erforderliche Bandbreite in einem ' Verhältnis verringert werden, das gleich dem Verhältnis der aktiven Bildzeit (ungefähr 53 Mikrosekunden) jeder Horizontalperiode zur gesamten Horizontalperiode (63»5 Mikrosekunden) ist.

Wenn man die Eichtung der Verzögerungsleitungen D der Verarbeitungseinrichtungen 20 nach den Figuren 1 und 4- umkehrt, so daß die Signale von rechts nach links anstatt von links nach rechts laufen, können die Codierer umgekehrt als Decodierer für sequentiell codierte Signale betrieben werden. So können beispielsweise I- und Q-Signale, die, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, in gleicher zeitlicher Aufteilung sequentiell codiert sind, dem gemeinsamen Anschluß des Schalters S1A angelegt werden, um sie sequentiell in eine DI- und eine DQ-Verzögerungsleitung einzuschreiben. Der Taktgeber 22 kann dann die Information parallel aus den Verzögerungsleitungen hinaustakten, um aus der sequentiell gespeicherten Information gleich-

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zeitig erseheinende I- und Q-Signale zu bilden.

Eine Anordnung, wie sie in Fig. "la dargestellt ist, kann statt der I- und Q-Signale genauso gut auch die für die Parbartinformation charakteristischen Farbartsignale E-Y und B-Y verarbeiten. Da jedoch die Signale R-Y und B-Y gewöhnlich gleiche Bandbreiten haben, braucht in diesem Pail die Ausbildung nach Pig. nicht genommen zu werden, es sei denn, man wünscht ungleiche Bandbreiten am Ausgang.

Die Fig. 5 zeigt eine Übertragungsanordnung, in welcher die Leuchtdichte- und die Farbartinformation sequentiell zur Übertragung bereitgestellt werden. In der Fig. 5 sind Elemente, die Elementen in den Figuren 1 und 4 entsprechen, Bit ähnlichen Bezugszahlen wie dort bezeichnet, nur daß den Zahlen noch eine 5 vorangestellt ist. Ss sind drei getrennte Lesetaktgeber 524, 526 und 528 vorgesehen, um die I-, die Q- und die Y-Komponente mit jeweils unterschiedlichen Geschwindigkeiten auszulesen, so daß sich für alle die gleiche Bandbreite ergibt. Wenn angenommenerweise die normale Bandbreite dee Y-Signals gleich 4 MHz, die normale I-Bandbreite gleich 1 MHz und die normale Q-Bandbreite gleich 0,5 MEz ist, und wenn die Übertragungszeit während jedes Horizontalzeileniiitervalls zu acht Teilen auf die Leuchtdichte, zu zwei Teilen auf das I-Signal und zu einem Teil auf das Q-Signal verteilt wird, dann steigt die Bandbreite des Leuchtdichtesignals auf 11/8 . 4 MHz « 5»5 MHz. Die entsprechende Frequenz für das I-Signal ergibt sich durch Multiplikation von 1 MHz mit 11/2, was ebenfalls gleich 5,5 MHz ist. In ähnlicher Weise wird die Q-Bandbreite bei der Zeitkomprimierung gleich 11 . 0,5 MHz « 5»5 MHz. Somit bleibt die Gesamtbandbreite des Kanals über das gesamte Übertragungsintervall auf 5»5 MHz, und die Gesamtheit des Farbfernsehsignals wird ohne Verlust mit einer Gesamtbandbreite von 5»5 MHz übertragen. Es kann also ein mit einer Bandbreite von 5»5 MHz ausgelegter Kanal die gesamte Leuchtdichte- und Farbartinformation übertragen, ohne daß die Auflösung verschlechtert wird. Dies ist weniger als die Band-

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breite, die man zur Übertragung der Leuchtdichteinformation plus einer quadraturmodulierten Farbartinformation benötigen wurde, und dennoch wird ein besserer Störabstand erhalten«

Die Fig. 6 zeigt ein Zweikanal -über tr agungs syst em, worin ein erster Kanal das Leuchtdichtesignal befördert und ein zweiter Kanal die I- und Q-Signale empfängt, die in einer Verarbeitungseinrichtung 20 verarbeitet werden, um sie in sequentieller Weise auf einen zweiten Kanal des Systems zu koppeln. Der erste und der aweite Kanal des Übertragungssystems sind mit einem ersten bzw. einem zweiten Aufzeichnungskopf 602 bzw. 604 in einem Videobandrecorder 610 gekoppelt. Wie die Fig. 6 zeigt, wird auf dem Band 620 des Recorders in einer Spur die Y-Information und in einer parallelen Spur die sequentielle I- und Q-Information aufgezeichnet. Fatürlich kann die Aufzeichnung der I- und der Q-Information in der einen oder der anderen Reihenfolge stattfinden.

In der Fig. 7 ist eine Übertragungsanordnung gezeigt, bei welcher Fernsehsignale auf eine Verarbeitungseinrichtung 520 gegeben werden, welche die Leuchtdichte- und die Farbartinformation sequentiell auf einen einzigen Übertragungskanal gibt. Der einzige Übertragungskanal ist mit einem einzigen Aufzeichnungskopf 702 in einem Bandrecorder 710 gekoppelt. Wie die Fig. 7 zeigt, schreibt der Kopf 702 nacheinander Spuren auf ein Band 720. Jede Spur enthält zeitlich hintereinander die Leuchtdichte- und die Farbartinformation. Die Reihenfolge der Informationsbestandteile kann dabei beliebig sein und ist nicht auf die dargestellte Reihenfolge Y-I-Q beschränkt. Die Basisbandinformation, welche die Leuchtdichte- und die Farbartinformation definiert, kann bestehen aus R-, G- und B-Information jeweils gleicher Bandbreite, oder die, G-Komponente kann eine größere Bandbreite als die R- und B-Komponenten haben, wie es häufig der Fall ist.

Statt der zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung

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"beschriebenen und dargestellten mechanischen Schalter können natürlich auch Festkörper-Bauelemente verwendet werden, wie sie allgemein bekannt sind. Auch kann statt der gezeigten Matrixschaltung irgendeine andere Signalquelle zur Lieferung von larbart- und Leuchtdichteinformationen im Basisband herangezogen werden. Statt den gezeigten OCD-Verzögerungsleitungen D können auch Digitalspeicher verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Übertragungssystems besteht darin, daß das Signal im Vergleich zu einem nach der NTSC-Norm codierten Signal verwürfelt ist und deswegen von einem gewöhnlichen Empfänger nicht empfangen werden kann. Beim derzeitigen Stand der Technik sind CCD-Verzogerungsleitungen teuer, und dies ist eine gewisse Hemmschwelle für jemanden, der vielleicht einen geeigneten Decoder bauen möchte· Daher kann der beschriebene Übertragungskanal ein Satelliten-Transpondersystem umfassen, das für geheime Kanäle verwendet wird.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE " " DR. DIETER V. BEZOLD

? 1 Π 7 fΠ 7

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ ^ ' ^M ' ^U ° ^

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARtA-THERESlA-STRASSE a2 POSTFACH 86 06 66

D-8OOO MUENCHEN 86

HCA 74 8?4 ESA! ' TELEFON 069M7 69 06

U.S. Serial No: 124,107 _{AB SEPT}. _I980:47O600(,

Filed: February 25» 1980 </ telex ₅2₂63β

TELEGRAMM SOMBEZ

RCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Anordnung zum Übertragen eines Farbfernsehsignals

Patentansprüche

MyAnordnung zum Übertragen eines Farbfernsehsignals, welches die für die Leuchtdichteinformation verantwortlichen Komponenten und die für die Farbartinformation verantwortlichen Komponenten im Basisband enthält, mit einem Übertragungskanal und mit einem Zeitmultiplexer, der die für die Farbartinformation verantwortlichen Basisbandkomponenten abwechselnd zur Übertragung bereitstellt und mit einer durch die Fernseh-Horizontalfrequenz bestimmten Frequenz umschaltet, gekennzeichnet durch

eine Speichereinrichtung (DU), in welche eine erste (I) der Basisbandkomponenten, welche mindestens einen Teil der Leuchtdichteinformation definiert, während ihrer Erzeugung mit einer Schreibgeschwindigkeit einspeicherbar ist;

eine Leseeinrichtung (S1C,24), die mit der Speichereinrichtung und dem Zeitmultiplexer (S1a, b, c, S2) gekoppelt ist,

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ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE POSTSCHECK. MÖNCHEN NR, 6 9148-800 · BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 SOO 40) KTO. 60 60 25 73 78 SWIFT HYPO DE MM

um die erste Basisbandkomponente aus der Speichereinrichtung mit einer sich von der Schreibgeschwindigkeit unterscheidenden ersten Geschwindigkeit auszulesen und die erste Basisbandkomponente dem Zeitmultiplexer für die Bereitstellung zur Übertragung zuzuführen·
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung (24) mit dem Zeitmultiplexer (S2) gekoppelt ist, um letzteren zu veranlassen, mit der doppelten Fernseh-Horizontalfrequenz umzuschalten.
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine zweite Speichereinrichtung (DQ1), in welche eine zweite (Q) der Basisbandkomponenten, die mindestens einen Teil der Parbartinformation darstellt, während der Zeit ihrer Erzeugung mit der besagten Schreibgeschwindigkeit einspeicherbar ist;

eine zweite Leseeinrichtung (S1c, 24 oder S1c, 426), die mit der zweiten Speichereinrichtung und mit dem Zeitmultiplexer gekoppelt ist, um die zweite Basisbandkomponente (Q) aus der Speichereinrichtung mit einer sich von der Schreibgeschwindigkeit unterscheidenden Lesegeschwindigkeit auszulesen und die zweite Basisbandkomponente dem Zeitmultiplexer für die Übertragung zuzuführen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei der Zeitmultiplexer mit dem Übertragungskanal gekoppelt ist, um abwechselnd die erste und die zweite Basisbandkomponente zur Übertragung an den Kanal zu geben, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Übertragungskanal (1) vorgesehen ist, der eine dritte (X) der Basisbandkomponenten empfängt.
5- Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

eine dritte Speichereinrichtung (DL), in welche eine dritte (L) der Basisbandkomponenten während der Zeit ihrer Erzeugung

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mit der besagten Schreibgeschwindigkeit einspeicherbar ist;

eine dritte Leseeinrichtung (528),die mit der dritten Speichereinrichtung und dem Zeitmultiplexer (S5O2) gekoppelt ist, um die dritte Basisbandkomponente aus der dritten Speichereinrichtung mit einer sich von der Schreibgeschwindigkeit unterscheidenden Lesegeschwindigkeit auszulesen und dem Zeitmultiplexer zuzuführen, so daß die erste, die zweite und die dritte Basisbandkomponente nacheinander während eines ersten bzw. eines zweiten bzw. eines dritten Teilintervalls innerhalb jedes Horizontal- * Zahlenintervalls übertragen werden,
6. Anordnung nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichereinrichtung als erste Bäsisbandkomponente das R-Signal speichert, daß die zweite Speichereinrichtung als zweite Basisbandkomponente das G-Signal speichert und daß die dritte Speichereinrichtung als dritte Basisbandkomponente das B-Signal speichert.
7· Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichereinrichtung als erste Basisbandkomponente das Signal E-Y speichert, daß die zweite Speichereinrichtung als zweite Basisbandkomponente das Signal B-Y speichert und daß die dritte Speichereinrichtung als dritte Basisbandkomponente das Y-Signal speichert.
β. Anordnung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichereinrichtung als erste Basisbandkomponente das I-Signal speichert, daß die zweite Speichereinrichtung als zweite Basisbandkomponente das Q-Signal speichert und daß die dritte Speichereinrichtung als dritte Basisbandkomponente das Y-Signal speichert.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher- und Leseeinrichtungen in

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einem Aufzeichnungsgerät für Fernsehsignale enthalten sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher- und Leseeinrichtungen in einem Satelliten-TranBpondersystem enthalten sind.
11. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine zweite Speichereinrichtung (DQ), in welche eine zweite (Q) der Basisbandkomponenten, die mindestens einen Teil der Farbartinformation definiert, während der Zeit ihrer Erzeugung einspeicherbar ist;

eine zweite Leseeinrichtung (S1c; 4-26), die mit der zweiten Speichereinrichtung und mit dem Zeitmultiplexer gekoppelt ist, um die zweite Basisbandkomponente aus der zweiten Speichereinrichtung mit einer Lesegeschwindigkeit auszulesen, die sich von der ersten Lesegeschwindigkeit gemäß einem Verhältnis unterscheidet, das von dem Verhältnis der maximalen Bandbreiten der ersten und der zweiten Basisbandkomponente abhängt.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung ein Digitalspeicher ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung eine Verzögerungseinrichtung ist.

14·. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine taktgesteuerte Verzögerungsleitung ist.

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