DE3130990A1 - "verfahren zum digitalisieren eines farbvideosignals" - Google Patents

Description

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"Verfahren zum Digitalisieren eines Farbvideosignals".

A. Hintergrund der Erfindung. A(i). Gebiet der Erfindung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Digitalisieren eines Farbvideosignals unter Anwendung einer Bildumwandlung (transform coding).

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Kodieranordnung zum Durchführen dieses Verfahrens. A(2). Beschreibung des Standes der Technik.

Zum Digitalisieren eines PAL- oder NTSC-Farbvideosignals sind im Laufe der Zeit eLne Anzahl Methoden angegeben; und zwar:

a) Pulskodemodulation, abgekürzt: PCM;

b) Differentielle Pulskodemodulation, abgekürzt: DPCM;

_c) Kodierung nach Bildumwandlung (Transform coding) abgekürzt: TC.

Beim PCM wird das Videosignal mit einer bestimmte

Abtastfrequenz f , die mindestens der Nyquist-Abtastfre-

quenz entspricht, abgetastet. Dadurch werden Videosignalabtastwerte erhalten, die quantisiert und kodiert werden. Dies bedeutet, dass jeder Videosignalabtastwert in ein Kodewort umgewandelt wird, das eine bestimmte Anzahl Bits aufweist. Dadurch wird ein digitales Farbvideosignal erhalten, das in der Praxis eine Bitgeschwindigkeit von etwa 120 Megabit/Sekunde aufweist.

Eine wesentlich günstigere Bitgeschwindigkeit wird durch Anwendung von DPCM erhalten. Dabei wird danach gestrebt, die Redundanz in dem Farbvideosignal zu verringern. Dazu wird dieses Videosignal zunächst mit der Nyquist-Abtastfrequenz abgetastet und .für jeden auf diese Weise erhaltenen Videosignalabtastwert wird ein Prädiktionswert erzeugt. Statt des Videosignalabtastwertes· selber wird nun die Differenz zwischen diesem Wert und dem Prädik-

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tionswert quantisiert und kodiert (siehe beispielsweise das Bezugsmaterial 1 und 2). DPCM kann mit relativ einfacher Apparatur verwirklicht werden, und es stellt sich heraus, dass dies zu guten Ergebnissen führt, solange keine grössere Verringerung der Bitgeschwindigkeit erfordert wird als um einen Faktor drei (siehe beispielsweise Bezugsmaterial 3)·

Eine völlig andere Art und Weise einer Redundanzverringerung wird durch Anwendung von TC (Bildumwandlung; siehe beispielsweise das Bezugsmaterial· 2, W und 5) erhalten. Dabei wird das Fernsehbild gleichsam in eine Vielzahl rechteckiger Teilbilder aufgeteilt, und daraufhin wird jedes Teilbild als die Summe einer Anzahl zueinander orthogonaler Basisbilder B(o), B(1), ..., B(N-1) betrachtet, mit je einem eigenen Gewichtsfaktor y(o), y(i), y(2), ..., y(N-i). Diese Gewichtsfaktoren werden üblicherweise untenstehend als Koeffizienten bezeichnet, und es sind gerade diese Koeffizienten, die quantisiert und kodiert werden. Zum Ermitteln dieser Koeffizienten wird in der Praxis das Videosignal zunächst mit der Nyquist-Abtastfre^ quenz abgetastet. Die dadurch erhaltenen Signalabtastwerte x(n) können unmittelbar oder nach Analog-Digital-Umwandlung, zur Veiterverarbeitung benutzt werden. Das genannte Teilbild wird nun durch N derartiger Videosignalabtastwerte gebildet die entweder alle demselben Zeilensignal oder unterschiedlichen Zeilensignalen zugehören. Dadurch , dass nun jeder Videosignalabtastwert x(n) dieses Teilbildes mit einem konstanten Faktor h(m, n) multipliziert wird und dadurch, dass die erhaltenen Produkte addiert werden, wird der Koeffizient y(m) erhalten. Dieser Vorgang lässt sich mathematisch wie folgt ausdrücken:

N-I

y(m) =) h(m,n) x(n) O)

n=0

m=0,1,2,3,...,N-1
Die konstanten Faktoren h(m, n) können.als die Elemente einer N χ N-Matrix H betrachtet -werden,, die als Transformationsmatrix bezeichnet wird.

Im Falle von Schwanz-¥eiss-Fernsehen, wobei das

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Videosignal nur eine sich zeitlich ändernde Grosse darstellt, und zwar die Leuchtdichte, stellt da« Baaisbild b(o) die mittlere Leuchtdichte des Teilbildes und y(o) dessen Amplitudenwert dar. Dieser Koeffizient- ist auf diese Weise der wichtigste und muss daher mit grosser Genauigkeit kodiert werden. Die übrigen Basisbilder B(i), ..., B(N-1) schaffen Information in bezug auf die Einzelheit in dem Teilbild. Es stellt sich heraus, das die diesen Basisbildern zugeordneten Koeffizienten y(i), ..., y(N-i) meistens mit wesentlich geringerer Genauigkeit kodiert werden können. In der Praxis wird der Koeffizient y(0) meistens in ein acht oder neun Bits zählendes Kodewort z(o) umgewandelt, während jeder der übrigen Koeffizienten y(Ö) in ein Kodewort z(m) umgewandelt wird, das 0, 1, 2, 3s ^ oder 5 Bits aufweist. Weil die auf diese Weise erhaltenen Kodewort z(m) nahezu alle eine Wortlänge aufweisen, die kleiner ist als die der PCM-ikodierten Videοsignalabtastwerte x(n), ist auch die Bitgeschwindigkeit niedriger. Durch eine geeignete Wahl der Transformationsmatrix H kann diese Bitgeschwindigkeit sogar noch verringert werden bis zu einem Wert unterhalb der Bitgeschwindigkeit, die mit DPCM-K.o dierung der Videosignalabtastwerte erhalten wird. Die in diesem Zusammenhang üblichsten Transformationsmatrizen sind die Hotelling-, Fourier-, Hadamard- und Haar-■^/-"^s 25 Matrizen.

; Obschon bei Schwarz-Weiss-Fernsehen durch Anwendung einer Bildtransformation eine weitere Verringerung der Bitgeschwindigkeit gegenüber DPCM erhalten werden kann, ergibt die Anwendung einer derartigen Bildtransformation bei Farbfernsehen, sogar gegenüber PCM, kaum eine Verbesserung in der Bitgeschwindigkeit. Bei Farbfernsehen wird desr wegen bevorzugt, die Videosignalabtastwerte einer DPCM-Kodierung auszusetzen. Im Bezugsmaterial 6 ist bewiesen, dass in diesem Fall noch eine zusätzliche Verringerung der Bitgeschwindigkeit verwirklicht werden, kann. Darin ist nämlich bewiesen, dass das PAL-Farbvideosignal mit einer Abtastfrequenz f , die zweimal höher ist als die Farbhilfsträgerfrequenz f , abgetastet werden kann, insofern die

S O

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die Abtastzeitpankte ausschliesslich mit den 45° und 225°- Phasenpunkten des Farbinformafcionssignal ^u(t) zusammenfallen. Im Bezugsmaterial 7 ist angegeben, dass auch, das NTSC-Farbvideοsignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet werden kann, die zweimal höher ist als die Farbhilfsträgerfrequenz

f , insofern die Abtastzeitpunkte abwechselnd während se

zweier Zeilensignale mit den h-5° und 225°— Phasenpunkten zusammenfallen und während zweier folgender Zeilensignale mit den 135° und 31 5°-Ph.a-senpunkten des Farbinfοrmationssignals u(t) .

B. Zusammenfassung der Erfindung. '

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen zum Digitalisieren eines PAL- oder NTSC-Farbvideosignals, mit dem gegenüber DPCM eine interessante Verringerung der Bitgeschwindigkeit verwirklicht wird. Nach der Erfindung umfasst dieses Verfahren dazu die nachfolgenden Schritte:

a) das Abtasten des Farbvideosignals mit einer Abtastfrequenz f , die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f entspricht und zu Zeitpunkten, die mit den Phasenpunkten + —— + M Tl des Farbinf ormat ions signals u(t) in dem

K
Zeilensignal zusammenfallen, wobei .M eine ganze Zahl

darstellt, zur Erzeugung von Videosignalabtastwerten x(n) ;

b) das Zusammenstellen eines. Teilbildes, das aus Q aufeinanderfolgenden Zeilensignalen zugeordneten Videogruppen besteht, die je durch eine Folge von P Videosignalabtastwerten des betreffenden Zeilensignals gebildet werden;

c) das Transformieren eines derartigen Teilbildes in eine

Koeffizientengruppe, die aus N koeffizienten y(m) besteht, die je der Summe mit einem Faktor +1 oder —1 gewichteter Versionen der Videosignalabtastwerte des Teilbildes entsprechen, wobei m = O, 1, 2, ..., N-1 ist und wobei N dem Produkt von P und Q entspricht:

ν / ν ' ■ '

d) das Umwandeln jedes der Koeffizienten y(m) in ein Kodewort z(m), das eine dem betreffenden Koeffizienten zugeordnete Anzahl Bits aufweist.

In dem Schritt ä) wird die Art und Weise der

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Abtastung eines Farbvideοsignals definiert, welche Art und Weise in dem Bezugsmaterial 6 für ein PAL-Signal und in dem Bezugsmaterial 7 für ein NTCS-Signal dargestellt ist. Dieser Schritt a) zusammen mit dem Schritt b) liefert ein Teilbild, dessen Bildpunkte (Videosignalabtastwerte) von Zeile zu Zeile gegeneinander verschoben sind. Der Schritt c) gibt an, dass zum Transformieren des Teilbildes die Hadamard-Matrix als Transformationsmatrix gewählt werden muss. Durch den eigentlichen Kodierscliritt d) wird die gewünschte Verringerung der Bitgeschwindigkeit erhalten.

Der Erfindung liegt die folgende Erkenntnis zugrunde. Wie bereits erwähnt, wird bei Schwarz-Weiss-Fernsehen die mittlere Leuchtdichte durch das Basisbild B(o) und der Amplitudenwert dieser mittleren Leuchtdichte durch y(o) dargestellt. Dies bedeutet, dass, wenn ein Teilbild gleichmässig grau ist, dann nur dieser Koeffizient y(o) von Null abweicht und kodiert werden muss. Dies ist unabhängig von der Abtastfrequenz, die nun als der Nyquistabtastfrequenz entsprechend vorausgesetzt wird.

Betrachten wir nun ein Farb-Videosignal, das

mit der Nyquist-Abtastfrequenz abgetastet ist und das ausser einem konstanten Leuchtdichtesignal nur ein Farbinformationssignal aufweist mit konstanter Amplitude. Ebenso wie bei Schwarz-Weiss-Fernsehen kann auch jetzt die Leuchtdichte Γ°^ 25 eines Teilbildes durch das einzige Basisbild B(0) dargestellt werden. Obschon das Farbinformationssignal eine konstante Amplitude hat, kann der Beitrag dieses Signals zu einem Teilbild nur durch die Summe einer meistens ziemlich grossen Anzahl Basisbilder dargestellt werden. Die den letztgenannten Basisbildern zugeordneten Koeffizienten müssen alle genauestens kodiert werden. Dies ist der Grund, dass eine Biidtransformation, die bei einem Farbvideosignal argpwandt wird, das mit der Nyquist-Abtastfrequenz abgetastet ist, und die jeglicher Transformationsmatrix zu Grunde

3Jj Hegt, kaum eine Verbesserung in der Bitgeschwindigkeit ergibt. Es stellt sich heraus, dass dies auch so ist, wenn das Farbvideosignal mit einer Frequenz abgetastet wird, die zweimal höher ist als die Farbhilfsträgerfrequenz f m und

S C

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eine Transformationsmatrix verwendet wird,.die der Hadamard-Matrix nicht entspricht.

Durch Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen

wird nun beispielsweise erreicht, dass beim Vorhandensein eines Farbinformationssignals mit konstanter Amplitude der Beitrag davon zu einem Teilbild durch nur ein einziges Basisbild völlig beschrieben werden kann, so dass nur der zugeordnete Koeffizient genauestens kodiert werden muss.

Dadurch wird die erzielte Verringerung der Bitgeschwindigkeit erreicht; so beträgt beispielsweise diese Verringerung einen Faktor 5·

C. Terminologie. ·

\s 1. Ein Farbvideosignal wird durch eine Folge von Zeilensignalen gebildet, die je aus der Überlagerung eines Leuchtdichtesignals Y und zweier Farbinformationssignale u(t) und v(t) bestehen, wobei:

u(t) = U sin (2T7'f t+-r ) (2)

SC . *-

v(t) =>f V cos (2Tf t+.y- ) (3)

Darin ist U dem ¥ert B-Y und V dem Wert R-Y proportional. Die Grosse B stellt das blaue und R das rote primäre Farbsignal dar. Bei NTSC ist K — 1 und bei PAL ist Jj" abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Zeilensignalen +1 und -1. Die Grosse f wird Farbhilfsträgerfrequenz genannt. ¥ird das

S C

Farbvideosignal nun durch E bezeichnet, so kann dies mathematisch wie folgt; geschrieben werden: ^W E = Y + U sin (2,Tf t + _u') + \ V cos (2TIf t + yT) {k)

^x SC ·> ^x S C L ' ^v

2. Die Nyquist-Abtastfrequenz ist eine Frequenz, die zweimal höher ist als die höchste Frequenz f in dem

^ m

Farbvideosignal. Diese Frequenz f ist höher als f

m se

D. Bezugsmaterial.

1. Differential Encoding of Composite Color Television Signals Using Chrominance - Corrected Prediction; J.E. Thompson; IEEE Transa c tions on Communications, Vol. COM-22, No. 8, August Λ9ΊΚ, Seiten 11Q6-1113. 2. Picture Coding: A Review; A.N. Netravali, J.O. Limb; Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 3, March 1980, Seiten 366-4θυ.
3· Digital Differential Quantizer for Television; J.O. Limb,

S:

PHN 98θ4 /T- 23-2-1981

F„W. Mounts; Bell Systems Technical Journal, Heft ^8, 1969, Seiten 2583-2599.
4. Transform Picture Coding? P.A. WintEρ Proceeding of the IEEE, 60, NR. 7, Juli 1972, Seiten 809-820. 5» Real-time orthogonal transformation of colour-television pictures j H. Bacchi, A. Moreauj Philips Technical Review, Heft, 38, NR. k/5 1978/1979, Seiten 119-130

6. Digital Video: Sub-Nyquist Sampling of PAL Colour Signals 1 V.G. Devereux; BBC Research Department, Report NR. BBC RD 1975Aj January 1975*

7· Sub-Nyquist Sampled PCM NTSC Color TV Signal Derived from Four Times the Color Subcarrier SampLed Signal; J.P. Rossi; IBC 7"8, Conference Publication NR. I66, Seiten 2T8-221.

E. Kurze Beschreibung der Figuren.

Figur 1 zeigt den allgemeinen iufbau einer Kodierunganordnung, wobei Bildtransformation angewandt wird.

Die Figuren 2 - 10 zeigen Abtastzeitpunkte, Teilbilder und Farbbildinformationssignale u(t) und v(t) zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Kodieranordnung im Falle von PAL und von einander formmässig entsprechenden Teilbildern.

. Die Figuren 11 bis I7 zeigen Abtastzeitpunkte, Teilbilder und Farbinformationssignale u(t) und v(t) zur Erläuterung der Wirkungsxtreise der in Figur 1 dargestellten Ko d ieranordnung im Falle von NTSC und einander formmässig entsprechenden Teilbildern.

Die Figuren 18 bis 22 zeigen Abtastzeitpunkte und Teilbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Kodieranordnung im Falle von PAL und untereinander formmässig nicht entsprechenden Teilbildern.

Die Figuren 23 und 2k zeigen Abtastzeitpunkte und Teilbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Kodieranordnung im Falle von NTSC und einander formmässig nicht entsprechenden Teilbildern.

Figur 25 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Transformationsanordnung.

KJ I \J \J \J \J

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Figur 26 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des Hilfstransformators zum Gebrauch in der Transformations· anordnung, die in Figur 25 dargestellt ist.

Figur 27 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hilfskodieranordnung mit veränderlicher ¥ortlänge.

Figur 28 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bitzuordnungsspeichers 6 zum Gebrauch in der Kodieranordnung·, die in Figur 1 dargestellt ist.

Figur-29 zeigt einen Bitzuordnungsspeicher zum Gebrauch in einer Kodieranordnung, die zum Verarbeiten von NTSC-Farbvideosignalen geeignet ist.

Figur 30 zeigt einen Steuerkreis zum Gebrauch zusammen mit einer Kodieranordnung, die zum Verarbeiten von PAL-Farbvideosignalen geeignet ist. Figur 31 zeigt einen Steuerkreis zum Gebrauch zusammen mit einer Kodieranordnung, die zum Verarbeiten von NTSC-Farbvideosignalen geeignet ist.

Figur 32 zeigt eine alternative Ausführungsform des Teilbild-bildenden Kreises zum Gebrauch in der Transformat! ons anordnung.

Figur 33 zeigt den Zusammenhang zwischen den

Adressenkodes AD(o) und AD(i), die in dem Teilbild-bildenden Kreis nach Figur 32 verwendet werden.

Figur 3k zeigt die Λ 6 χ 16-Hadamard-Matrix.

Figur 35 zeigt in der Tabelle die Anzahl Bits, die den jeweiligen Koeffizienten y(m) zugeordnet werden. F. Die Kodieranordnung.

F(i). Der allgemeine Aufbau. .

In Figur 1 ist eine Kodieranordnung dargestellt,

'

deren Aufbau auf dem erfindungsgemässen Verfahren basiert.

Dieser Kodieranordnung wird ein Farbvideosignal x(t) zugeführt, das von einer Videοsignalquelle 1 herrührt. Dieses Videosignal wird einer Abtastanordnung 2 zugeführt, die

unter Ansteuerung von Abtastimpuisen s(i), die mit einer 35

Abtastfrequenz f = 1/T auftreten, Abtastwerte von diesem

Videosignal nimmt und die Videosignalabtastwerte x(qT) liefert. .Dabei gilt, dass q = ... -2, -1, O, 1, 2, ... Diese Videosignalabtastwerte werden daraufhin einem Analog-

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tee

O G

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Digital-Wandler 3 zugeführt, der die digitalen Videosignalabtastwerte x(q) liefert. Diese Videosignalabtastwerte x(q) werden einer Transformationsanordnung k zugeführt, die noch, näher beschrieben wird und die;

g 1o die digitalen Videosignalabtastwerte zu einem Teilbild zusammenstellt, das aus Q aufeinanderfolgenden Zeilensignalen zugeordneten Videogruppen besteht, die je durch eine Folge von P Videosignalabtastwerten des betreffen= den Zeilensignals gebildet werden5

2. ein auf diese ¥eise gebildetes Teilbild in eine Koeffizientengruppe umwandelt, die aus N Koeffizienten y(m) besteht, die je der Summe mit einem Faktor +1 oder -1 gewogener Versionen der VideosignaLabtastwerte des Teilbildes entsprechen, wobei m = 0, 1, 2, „„„ N-1 ist und wobei N dem Produkt aus P und Q entspricht.

Wird nun ein Videosignalabtastwert des Teilbildes durch x(n) bezeichnet, so wird der Zusammenhang zwischen einem Koeffizienten y(m) und den N Videosignalabtastwerten des Teilbildes durch den Ausdruck (1) gegeben, wobei dann insbesondere gilt, dass h(m, n) = +1 oder -1.

Wie bereits erwähnt, können die Konstanten h(m, n) als die Elemente einer Transformationsmatrix H betrachtet werden, die in diesem Fall der Hadamard-Matrix entspricht. Untenstehend wird dies dadurch zum Ausdruck gebracht, dass vorausgesetzt wird, dass mit der Transformationsanordnung die Hadamard-Matrix zusammenarbeitet.

Die Transformationsanordnung liefert also die Koeffizienten y(m), die ihrerseits; einer Hilfskodieranordnung 5 mit veränderlicher Wortlänge zugeführt werden, die jeden Koeffizienten in ein Kodewort 2(m) mit geeigneter Wortlänge umwandelt. Diese Wortlänge wird durch eine Grosse b(j) bestimmt, die von einem Bitzuordnungsspeicher 6 geliefert wird und über einen Steuereingang 5OI dieser Hilfskodieranordnung 5 zugeführt wird*
F(2). Wirkungsweise mit PAL-FarbvideοSignalen.

Wie bereits erwähnt, wird die Abtastfrequenz f

gleich der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f gewählt.

S C

Diese Frequenz f steht in einem sehr besonderen Zusammen-

^ se

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hang zu der Zeilenfrequenz f . Es gilt nämlich bei PAL, dass ;

^fsc = (i - i) ^₁ (5)

worin i eine ganze Zahl darstellt.

Daraus folgt dann, dass:;

f_s = (21 - i) £^ = 1 (6)

Diese Beziehung zwischen f und f₁ hat sehr besondere FoI-

SI

gen. Es wird beispielsweise vorausgesetzt, dass das Zeilensignal mit der Rangnummer r zu dem Zeitpunkt t anfängt.

ο, r

Es wird weiterhin vorausgesetzt, dass der j.Videosignalabtastwert dieses Zeilensignals zu dem Zeitpunkt

t +At+ (j-1)T auftritt. Es wird nun vorausgesetzt, ο, r

V dass auf entsprechende Weise das Zeilensignal mit der Rangnummer r + 1 zu dem Zeitpunkt t anfängt. Dann tritt der j.Videosignalabtastwert dieses Zeilensignals zu dem Zeitpunkt t + üt + (j-i)T _+ γΤ auf. In Figur 2 sind zur Erläuterung auf schematische Weise durch Punkte diejenigen Zeitpunkte angegeben, wo die Videosignalabtastwerte der Zeilensignale mit der Rangnummer r = 1 , 2, 3 j ··· 8 genommen werden. In dieser Figur sind jedoch die Zeilensignale nicht nacheinander dargestellt, sondern untereinander und zwar derart, dass der Anfangszeitpunkt jedes Zeilensignals mit dem in der Figur angegebenen Zeitpunkt t = 0 zusammenfällt. Diese Figur stellt dadurch in wesentliche ein Fernsehbild dar.

Im Bezugsmaterial 5 ist nun bewiesen, dass A t derart gewählt werden muss, dass zu den AbtastZeitpunkten t das Argument büw. Der Phasenpunkt 2/Tf, t + *-' jeder der goniometrischen Funktionen in den Ausdrücken (2), (3) und

— 1 if*

ich
stellt.

gleich —r- + MTT ist, worin M eine ganze Zahl darIn jeder der Figuren 3 und k sind zur Erläuterung in kleinerem Massstab als in Figur 2, durch Punkte wieder angegeben diejenigen Zeitpunkte, wo die Videosignalabtastwerte der Zeilensignalen mit der Rangnummer r = 1, 2, 3, ... 8 genommen werden. In diesen Figuren ist der Anfangszeitpunkt t __ jedes der Zeilensignale wieder auf dem Zeito, r

punkt t = 0 fixiert und ψ — 0 gewählt worden, so dass

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Δ t = Τ/4 ist. In Figur 3 ist weiterhin für jedes Zeilensignal das Farbinforraati ons signal u(t) dargestellt. Dabei ist vorausgesetzt, dass die Amplitude U konstant ist. Auf entsprechende leise ist in Figur k für jedes Zeilensignal das Farbinformationssignal v(t) dargestellt. Darin ist vorausgesetzt, dass die Amplitude V konstant ist. Für die beiden Figuren ist weiterhin vorausgesetzt, dass i = 5 ist. Aus Figur 3 geht hervor, dass zu jedem Abtastzeitpunkt das . Farbinformationssignal u(t) denselben Absolutwert hat. Ins-

besondere ist dieser Absolutwert gleich -g-U V 2. Aus Figur h

geht hervor, dass zu jedem Abtastzeitpunkt auch das Farbj?-.., informations signal v(t) denselben Absolutwert hat, der nun gleich -g- V V 2 ist.

In der Transformat i ons anordnung k- werden die von . dem Analog-Digital-Wandler 3 gelieferten digitalen Videosignalabtastwerte zu Teilbildern zusammengestellt. Untenstehend wird vorausgesetzt, dass dieses Teilbild die Form hat, die in Figur 5 dargestellt ist, und dass P = Q = k ist. Dieses Teilbild, das durch B₁ bezeichnet, xirird, umfasst also die sechzehn Videosignalabtastwerte, die in Figur 5 durch·das Zeichen "x" angegeben sind. Jedes vollständige Fernsehbild kann nun, wie in Figur 2 auf schematische Weise dargestellt, derart betrachtet werden, als sei es aus einer Anzahl derartiger Teilbilder aufgebaut. Wie in Fig. """^ 25 durch gestrichelte Linien angegeben ist, kann jedes Teilbild derart betrachtet werden, als sei es aus einer Anzahl Flächen gleicher Grosse aufgebaut, die je einen VLdeosignalabtastwert aufweisen. Eine derartige Fläche wird auch als Bildelement oder Pel (= Picture element) bezeichnet. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Farbvideosignal E (siehe Ausdruck (4)), für jeden Punkt eines derartigen Bildelementes gleich ist.

Dadurch, dass nun ein Pel mit einem genormten Signalwert +1 durch das weisse Quadrat, das in Figur 6a dargestellt ist, bezeichnet wird und ein Pel mit einem genormten Signalwert -1 durch das schraffierte Quadrat, das in Figur 6b dargestellt ist, angegeben wird, können die in Figur 7 angegeben sechzehn zueinander orthogonalen

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Basisbilder B (θ), B₁(I), ... B (15) zusammengestellt werden, die auf die im Bezugsmaterial 5 angegebene Art und ¥eise yon der h- χ k-Hadamard-Matrix H. , die in Fig. 8 dargestellt, ist und aus völlig "weissen" und aus völlig "schwarzen" Pels bestehen, abgeleitet werden.

Wie bereits erwähnt, liegt einer orthogonalen Bildfcransformation der Gedanke- zugrunde, jedes der in Figur 2 angegebenen Teilbilder als lineare Kombination der sechzehn Basisbilder, die in Figur 7 angegeben sind, zu beschreiben, wobei jedes Basisbild B (m) mit einem bestimmten Koeffizienten y(m) multipliziert wird.

Durch die besondere Art und Weise, wie das Farb-'^s**' Videosignal abgetastet wird und durch die Wahl "zwei-dimensionaler" Teilbilder, wobei jede Reihe dieselbe Anzahl Videosignalabtastwerte aufweist, geht aus Figur 3 hervor, dass der Beitrag des Farbinformationssignals u(t) zu jedem der Teilbilder derselbe ist und dass dieser Beitrag durch das Hilfsbild, das in Figur 9a angegeben ist, wiedergegeben werden kann. Darin bedeutet das Vorzeichen "+", dass zu 20' dem betreffenden AbtastZeitpunkt das Farbinformationssignal U(t) positiv ist: Insbesondere ist dann u(t) = + \ UV 2. Das Vorzeichen "-" bedeutet, dass zu dem betreffenden Abtastzeitpunkt u(t) negativ ist; insbesondere ist dann u(t) = --§· Uv 2. Weil nun der Absolutwert von u(t) zu allen Abtastzeitpunkten derselbe ist, kann dieses in Figur 9a angegebene Hilfsbild genormt werden und durch das aus sechzehn Pels aufgebaute Hilfsbild, das in Figur 9ΐ> angegeben ist, dargestellt werden. Weil als Transformationsmatrix die Hadamard-Matrix gewählt worden ist, die auch aus Elementen mit zueinander demselben Absolutwert besteht, können Figur 9t> und Figur 7 miteinander verglichen werden. Aus diesem Vergleich geht nun hervor, dass der Beitrag von u(t) zu einem Teilbild durch den Beitrag nur eines einzigen Basisbildes zu diesem Teilbild beschrieben wird. Bei der "" in Figur 7 angegebenen Numerierung der. Basisbilder ist dies also B₁(O).

Auf entsprechende Weise geht aus Figur h hervor, dass der Beitrag des Farbinformationssignals v(t) zu jedem

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Teilbild derselbe ist und dass dieser Beitrag durch das Hilfsbild, das in Figur 10a angegeben ist, dargestellt werden kann, welches Hilfsbild sich wieder zu dem Hilfsbild, das in Figur 10b dargestellt ist, zurückführen lässt.

Wird nun Figur 1pb mit Figur 7 verglichen, so stellt es sich heraus, dass der Beitrag von v(t) zu einem Teilbild durch den Beitrag eines einzigen Basisbildes zu diesem Teil-"bild völlig beschreiben wird, in diesem Fall durch B₁ (7) ·

¥ie bereits erwähnt, wird der Beitrag des Leuchtdichtesignals Y zu einem Teilbild im wesentlichen durch den Beitrag beschrieben, den das Basisbild B₁(O) zu diesem Teilbild hat «und folglich durch den Koeffizienten y(o).

Die gewünschte Verringerung der Bitgeschwindigkeit wird nun dadurch erhalten, dass nur dxe drei Koeffizienten y(o), y(6) und y(7) genau kodiert werden müssen. F(3)» Wirkungsweise mit NTSC-Farbvideosignalen.

Vie bereits erwähnt, wird auch in diesem Fall die Abtastfrequenz f gleich der doppelten Farbhilfsträger-

frequenz f gewählt. Diese Frequenz steht nun jedoch in

SC

einem anderen Zusammenhang zu der Zeilenfrequenz f als bei PAL. Insbesondere gilt nämlich bei dem -NTSC-System, dass ;

f_sc = (1-^f₁ ϊ f_s = (Zi-IJf₁ (7)

wobei i eine ganze Zahl darstellt»
*""*■ 25 Die Folge dieser Beziehung zwischen f und f ist, dass,

S Ί

wenn das Zeilensignal mit der Rangnuramer r zu dem Zeitpunkt

t anfängt, dann für alle Werte von r gilt, dass der ο, r

j.Videosignalabtastwert zu dem Zeitpunkt t +Ut + (j-1)T

ο 5 r

auftritt.

In dem Bezugsmaterial 7 ist nun bewiesen, dass <1 t derart gewählt werden muss, dass abwechselnd zunächst während zwei Zeilensignale At = A t. und während zwei folgender Zeilensignale ät = Δt + T/2 ist. In Figur 11 sind zur Erläuterung auf schematische ¥eise durch Punkte diejenigen Zeitpunkte angegeben, wo die Videosignalabtastwerte der Zeilensignale mit den Randnummern r=1, 2, 3j ··· 8 genommen werden. In dieser Figur sind ebenso wie in Figur die Zeilensignale untereinder dargestellt und wieder der-

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art, dass der Anfangszeitpunkt jedes Zeilensignals mit dem in der Figur angegebenen Zeitpunkt t = O zusammenfällt, so dass auch diese Figur 11 gleichsam ein Fernsehbild darstellt.

In dem Bezugsmaterial 7 ist weiterhin noch bewiesen, dass /It derart gewählt werden muss, dass

2/Tf Δ t = —j- ist, so dass zu den Abtastzeitpunkten t

SC 1 4°

das Argument bzw. der Phasenpunkt 2 TTf t + lf jeder der

SC /

goniometrischen Funktionen in den Ausdrücken (2), (3) und

(4) abwechselnd zunächst während zwei Zeilensignale gleich + —j- + M TT ist, wobei M = O, 1 , 2, ... und während zwei folgender Zeilensignal if-TT+ M TT = - -4- + (m+1) Tf .

In jeder der Figuren 12 und 13 sind durch Punkte wieder eine Anzahl Abtastzeitpunkte für die Zeilensignale mit der Rangnummer r = 1, 2, 3> ··· 8 angegeben. In diesen Figuren fällt der AnfangsZeitpunkt jedes der Zeilensignale wieder zusammen mit t = 0 und ist '}' = 0 gewählt, so dass ύ ^₁ = T/4 ist. In Figur 12 ist weiterhin für jedes Zeilensignal das Farbinformationssignal u(t) angegeben und in Figur 13 das Signal v(t). Ebenso wie im obenstehenden wird auch hier vorausgesetzt, dass U und V konstant sind und dass weiterhin i = 5 ist. Auch nun stellt es sich aus Figur 12 und aus dem Ausdruck 2 heraus, dass u(t) zu jedem Abtastzeitpunkt denselben Absolutwert aufweist. Aus Figur 13 und aus dem Ausdruck 3 geht hervor, dass dasselbe für v(t) gilt.

Durch die besondere Lage der Abtastzeitpunkte werden die Teilbilder nun derart gewählt, dass sie die Form des in Figur 1k für P = Q = k dargestellten Teilbildes haben, das durch C₁ bezeichnet wird. Entsprechend dem, was in dem Abschnitt F(2) angegeben ist, können nun die in Figur 15 angegebenen sechzehn zueinander orthogonalen Basisbilder C₁(O), C₁(I), ... C₁(IS) zusammengestellt werden, und diese können von der k χ 4-Hadaraard-Matrix H., die in Figur 8 dargestellt ist, abgeleitet werden. Auch nun bestehen diese Basisbilder aus völlig "weissen" und völlig "schwarzen" Pels. Aus Figur 12 bzw. 13 geht hervor, dass der Beitrag von u(t) bzw. v(t) zu jedem der Teilbilder

mo & «» ο

β ft Λ ί*&

ΰιοσ

PHN 980'+ 1Χ /?>- 2'!-2-19β1

durch das Hilfsbild, das in Figur 16 bzw. 17 angegeben ist, dargestellt werden kann. Aus einem Vergleich der Figur ■1-6 bzw. 17 mit der Figur 15 geht hervor, dass der Beitrag von u(t) bzw. v(t) zu einem Teilbild durch den Beitrag

S des Basisbildes C (5) bzw. C (7) zu diesem Teilbild völlig beschrieben wird und folglich durch den Koeffizienten y(5) bzw. y(7)·

Die gewünschte Verringerung der Bitgeschwindigkeit wird auch nun dadurch erhalten, dass wieder nur die Koeffizienten y(0), y(5) und y(7) genau kodiert werden

müssen.
/-■». F(4). Unterschiedliche Teilbilder.

In den Figuren 2 und 11 ist angegeben, wie ein Fernsehbild in Teilbilder aufgeteilt werden kann. In diesen Figuren weisen diese Teilbilder alle dieselbe Form auf, wodurch bei PAL das Farbinformationssignal u(t) durch das Basisbild B₁(6) und v(t) durch B₁(7) völlig beschrieben wird, so dass nur die Koeffizienten y(o), y(6) und y(7) genau kodiert zu werden brauchen. Bei NTSC xfird das Farbinformationssignal u(t) durch das Basisbild C₁(5) und v(t) durch C (7) völlig beschrieben, so dass nur die Koeffizienten y(0)j y(5) und y(7) genau kodiert zu werden brauchen. In der Praxis stellt es sich heraus, dass es vorteilhaft ist, mehrere Teilbilder unterschiedlicher Form zu be_ "*-*_ 25 nutzen und bei jeder Teilbildform ein System zueinander orthogonaler Basisbilder zu definieren, die von einer Hadamard-Matrix abgeleitet werden. Untenstehend wird dies näher erläutert für den Fall P = Q = '(-.

Statt des in Figur 5 dargestellten Teilbildes B₁ kann bei PAL auch das in Figur 18 dargestellte Teilbild Bp genommen werden. Zu diesem Teilbild B_ gehört das in Figur 19 dargestellte System aus sechzehn orthogonalen Basisbildern. Ein Basisbild B„(i) wird aus dem Basisbild B₁(I) abgeleitet. Dazu werden die Reihen von B„(i) gegen-

or

über einander derart verschoben, dass dieses Basisbild die Form des Teilbildes B_ annimmt ο

Ein Fernsehbild kann nun auf die Art und Yeise, wie in Figur 20 angegeben, in Teilbilder B₁ und in Teil-

I« «V*«

PHN 9804 I^ ή$ 23-2-1981

bilder B_p aufgeteilt werden. Um diese Verteilung zu verwirklichen, gilt die Anforderung, das jedes Zeilensignal durch 16 j + 12 Videosignalabtastwerte gekennzeichnet wird. Dabei stellt j eine ganze Zahl dar. Aus Figur 3 lässt sich nun ableiten, welcher der Beitrag von u(t) zu den jeweiligen Teilbildern ist. Dieser Beitrag ist in Figur 21 auf schematische Weise dargestellt. Wird diese Figur 21 mit den Figuren 7 und 19 verglichen, so stellt es sich heraus, dass dieser Beitrag durch das Basisbild B (6) oder das Basisbild B„(7) völlig beschrieben wird.

Auf entsprechende Weise lässt sich aus Figur 4 ableiten, welcher der Beitrag von v(t) zu den jeweiligen Teilbildern ist· Dieser Beitrag ist in Figur .22 auf schematischen Weise dargestellt. Wird diese Figur 22 mit den Figuren 7 und 19 verglichen, so stellt es sich heraus, dass dieser Beitrag durch das Basisbild B.(7) oder durch das Basisbild B (6) völlig beschrieben wird. Wenn nun y(6) und y(7) mit derselben Genauigkeit kodiert werden, ist es nicht notwendig zu wissen ob ein Teilbild B₁ bzw. ein Teilbild B„ umgewandelt wurde. In diesem Fall reicht es, die drei Koeffizienten y(o), y(6) und y(7) genau zu kodieren.

Bei NTSC kann auf entsprechende Weise verfahren werden. Dabei ist es nämlich möglich, ausser <äem in Figur 14 definierten Teilbild C₁ eines oder mehrere der Teilbilder C_?, C„, Cr zu nehmen, die in Figur 23 angegeben sind, Ein Fernsehbild kann nun auf die Art und Weise wie in Figur 24 angegeben, in Teilbilder C , Q , C„ und Cr aufgeteilt werden. Auch zu jedem dieser Teilbilder gehört ein System aus sechzehn zueinander orthogonalen Basisbildern.

Die Basisbilder, die zu dem Teilbild C₁ gehören, können durch C₁(.) bezeichnet werden, diejenigen, die zu C_? gehören durch C (.) usw. Auch diese Basisbilder können aus den Basisbildern C.(.) abgeleitet werden, die in Figur 15 angegeben sind. Ein Basisbild C (i) wird nun dadurch erhalten,

3$ dass die Reihen von C (i) derart gegenüber einander verschoben werden, dass C₁(i) die Form des Teilbildes C annimmt. Dabei ist m = 1, 2, 3. 4 und i =0, 1, 2, ... 15· E ntsprechend dem obenstehenden lässt sich nun- ableiten,

ϊ> ο β - a

ö ο ο α

PHN 98O^ \y 'Π. 23-2-1981

dass der Beitrag von u(t) zu dem Teilbild C durch das

^N m

Basisbild C (5) völlig beschrieben wird. Auch lässt sich ableiten, dass der Beitrag von v(t) zu dem Teilbild C bzw, C durch das Basisbild C (7) bzw. C„(7) völlig beschrieben wird und dass dieser Beitrag von v(t) zu dem Teilbild C bzw. C. durch das Basisbild C (6) bzw. Cr(6) völlig beschrieben wird. Bei NTSC muss also abwechselnd das System von Koeffizienten< y(θ), y(5), y{1)\ bzw. \ y(0)j y(5)> y(6)· genau kodiert werden.

G. Detaillierte Ausführungsformen einiger Elemente.

G-(I ) ο Die Transformationsanordnung.

Xn Figur 25 ist die bevorzugte Ausführungsform der Transformationsanordnung k dargestellt, Sie ist dazu eingerichtet j das Fernsehbild in Teilbilder zu verteilen und zwar auf die Art und Yeise, wie in Figur 20 oder 2k angegeben ist. Jn dem obenstehend betrachteten Fall wird vorausgesetzt, dass P = Q = k ist. Diese Transformationsanordnung ist dazu mit einem Teilbild-bildenden Kreis und einem Transformationskreis ^02 versehen. An den Eingang ^03 des Kreises 401 ist eine Kaskadenschaltung aus Q-1 Verzögerungsleitungen kok (1), kOk (z) und 4o4"(3) angeschlossen. Jede Verzögerungsleitung hat eine Verzögerungszeit von (R-P-)/f Sekunden und weist R-P Videosignal-■ - s

abtastwerte auf. Dabei stellt R die Anzahl Vide ο signal ab-. Γ- 2$

tastwerte eines Zeilensignals dar und entspricht R = j.P.Q. + (Q- 1) Ρ« = I6j + 12. Der Eingang 403 dieses Teilbild-bildenden Kreises und der Ausgang jeder Verzögerungsleitung ist über eine UND-Torschaltung 405 (») an

einen Eingang einer ODER-Torschaltung kO6 angeschlossen. 30

Jeder UND-Torschaltung werden zugleich P Steuerimpulse zugeführt.

Insbesondere werden zunächst der UND-Torschaltung ^•05 (-3) vier Steuerimpulse zugeführt, dann der UND-Torschaltung kO3 (z) vier Steuerimpulse und daraufhin der UND-Torschaltung 4θ5 (1) vier Steuerimpulse und letzten Endes der UND-Torschaltung 4θ5 (θ) vier Steuerimpulse.

Diese Steuerimpulse werden von einem Modulo-16-Zähler 407 erzeugt, dem die Abtastimpulse S(1) zugeführt

PHN 98O4 Λ/f20' 23-2.-1-9-81

werden.. An diesen Zähler ist ein Auskodierungsnetzwerk angeschlossen mit vier Ausgängen kö8 (.)> die je an einen Eingang einer UND-Torschaltung kO5 (·) angeschlossen sind. Dieses Auskodierungsnetzwerk 4θ8 liefert nun an seinem Ausgang 4θ8 (3)> jeweils wenn der Zähler eine der Zählstellungen 1, 2, 3 oder k hat, eine logische "1". An dem Ausgang ^08 (2) tritt eine logische "1" auf und zwar jeweils, wenn der Zähler eine der ZählStellungen 51 6, 7 oder 8 hat. Bei den Zählstellungen 9, 10, 11, 12 tritt jewells an dem Ausgang kO& (V) eine logische "1" auf, während an dem Ausgang 4θ8 (θ) jeweils eine logische "1" auftritt, wenn der Zähler eine der Zähl Stellungen 13» 1^·» 15 oder 16 hat.

An dem Ausgang der ODER-Torschaltung ko6 treten nun nacheinander die Videosignalabtastwerte x(n) eines Teilbildes auf. Diese Videosignalabtastwerte werden dem Transformationskreis 4θ2 zugeführt, der durch eine Kaskadenschaltung eines ersten Hilfstransformators hO9, eines Speichers 410 und eines zweiten Hilfstransformators 411 gebildet wird. Diese Hilfstransformatoren sind auf dieselbe Art und Weise aufgebaut, und ein.. Ausführungsbeispiel davon wird an Hand der Figur 26 näher beschrieben. Es sei bemerkt, dass mit jedem dieser Hilfstransformatoren die k x. k Hadamard-Matrix zusammenarbeitet, die in Figur 8 dargestellt ist.

Der Speicher klO kann durch einen RAM gebildet werden und dient zum Speichern der Signalabtastwerte w(m), die von dem Hilfstransformator kO9 geliefert werden. Die Adressierung dieses Speichers kO9 ist nun derart, dass die darin gespeicherten Signalabtastwerte w(m') in einer anderen Reihenfolge ausgelesen werden als in der sie eingeschrieben werden. Dazu wird dem Adressendekoder 412 dieses Speichers der von einem ersten bzw. von einem zweiten Adressengenerator ''(-13 bzw. 41K gelieferte Adressenkode zuge'fTührt. Diese Adressengeneratoren 413, ^-1 ^- sind dazu über je eine UND— Torschaltung kl5 bzw. 4i6 und eine ODER-Torschaltung kl7 an den Eingang des Adressendekoders 412 angeschlossen. Jeder der UND-Torschaltungen 4i4 und 416 wird ein Steuer-

O OOP* 0 οβα »Ο

PHN 9804

signal zugeführt, das von einer T-Flip-Flop-Schaltung 418 erzeugt wird, der die in der Figur angegebenen Ausgangsimpulse des Aus- Kodierungsnetzwerkes 4O8 zugeführt werden. Die von dem Speicher 410 gelieferten Signalabtastwerte werden dem Hilfstransformator 4i1 zugeführt, der die Koeffizienten y(m) in Reihe und mit einer Geschwindigkeit f liefert.

In dieser Transformationsanordnung wird das Teilbild als eine 4x4 Matrix X betrachtet, die aus sechzehn Videosignalabtastwerten besteht. Diese Matrix X wird in

dem Hilfstransformator 409 mit der 4 χ 4-Hadamard-Matrix Hn multipliziert, wodurch die 4x4 Matrix ¥ erhalten wird mit den Elementen w(m), und zwar derart, dass gilt: ¥ = XH₄

"> Um nun wieder unter Anwendung von H. die gewünschten Koeffizienten y(m) zu erhalten, muss die Matrix ¥ zunächst transponiert werden. Dies wird durch Verwendung des Speichers 41O und der beiden Adressengeneratoren 413 und 4i4 verwirklicht unter deren Ansteuerung ¥ reihenweise in den Speicher 41O eingeschrieben und wieder spaltenweise ausgelesen wird.

T
¥enn die transponierte Matrix ¥ mit H. multipliziert

wird, wird eine 4x4 Matrix Y erhalten und zwar derart, das s :
- ^w H^ ist,
■ deren Elemente die gesuchten Koeffizienten sind.

Ein Ausführungsboispiel des Hilfstransformators ist in Figur 26 dargestellt. Mit diesem Hilfstransformator arbeitet die obengenannte Hadamard-Matrix H· zusammen. Es ist mit einem Eingang 419 und einem Ausgang 420 versehen. -" Zwischen denselben liegt eine Kaskadenschaltung einer Anzahl Hilfskreise 421 (.). Jeder dieser Hilfskreise ist mit einem Eingang 422 (.) und einem Ausgang 423 (·) versehen. An den Eingang 422 (.) ist eine Kaskadenschaltung zweier Verzögerungselemente 424 (.) und 425 (·) angeschlossen. Eingänge und Ausgänge dieser Verzögerungselemente 424 (.-) und 425 (.) sind auf die in der Figur angegebene Art und ¥eise mittels einer Inverterschaltung '+26 (.), UND-Torschaltungen 427 (.), 428 (.), 429 («) und 430 (.) und

PHN 9804 2ßf& 23-2-1981

ODER-Torschaltungen 431 (.) und 432 (.) an Eingänge einer Addieranordnung 433 (.) angeschlossen. Den UND-Torschaltungen 427 ( · ) » ^²⁸ ( · ) > ^²9 ("· ) und. 430 (. ) werden Steuerimpulse zugeführt, die mit Hilfe einer Teilerschaltung 424 (.) von den Abtastimpulsen S (1') abgeleitet werden. Der Ausgang der Addieranordnung 433 (·) ist über eine Verzögerungsanordnung 435 (·) an den Ausgang 423 (·) des Hilfskreises angeschlossen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem die Hadamard-Transformationsmatrix H. verwirklicht werden muss, weist die Hilfstransformationsanordnung zwei Hilfskreise 421 (1) und 421 (2) auf, und die Verzögerungszeit der Verzögerungselemente 424 (2), 425 (1), 435 O) entspricht T = i/f und die Verzögerungszeit der Elemente 424 (2), 425 (2) und 435 (2) entspricht 2T. Die Teilerschaltung 434 (1) hat einen Teilungsfaktor zwei und wird durch nur eine T-Flip-Flop-Schaltung gebildet. Die Teilerschaltung 434 (2) hat einen Tellungsfaktor vier und wird durch eine Kaskadenschaltung zweier T-Flip-Flop-Schaltungen gebildet.

Wenn eine Hadamard-Transformationsmatrix H₀ ver-

wirklicht werden müsste, reichte es, an den Ausgang 423 (2) einen dritten Hilfskreis 431 (3) anzuschliessen, wobei die Verzögerungszeit der Verzögerungselemente 424 (3)> 425 (3) und 435 (3) dem Wert 4τ entspricht. Die Teilerschaltung 434 (3) muss dann einen Teilungsfaktor 8 aufweisen und kann durch eine Kaskadenschaltung dreier T-Flip-Flop-Schaltungen gebildet werden.
G(2). Die Hilfskodieranordnung mit veränderlicher Vortlänge.

In Figur 27 ist ein Ausführungsbeispiel der Hilfskodieranordnung 5 mit veränderlicher ¥ortlänge dargestellt. Diese ist mit dem bereits genannte Eingang 501 versehen, dem Grossen b(j) zuzugeführt werden, die untenstehend aLs Bitzuorrinungselemente bezeichnet werden. Weiterhin weist die Anordnung einen Eingang 502 auf, dem die Koeffizienten zugeführt werden und einen Ausgang 503» an dem die Kodeworte ²C¹¹O auftreten. An den Eingang 502 sind eine Anzahl, in diesem Fall zehn, Hilfskodieranordnungen

PHN 9804 ZJi J$ 23-2-I98I

.5O4"(1), 504 (2), ... 504 (10) angeschlossen, dio in diesem Fall beispielsweise 1, 2, 3, ... bzw. 1 O-Bitw-Kottewor te liefern. Die Ausgänge dieser Hilfskodieranordnungen sind über UND-Torschaltungen 505 (.) und eine ODER-Torschalfcung 506 an den Ausgang 503 angeschlossen- Dieses Anordnung 5 ist weiterhin mit einem Speicher 507 versehen, in dem die Bitzuordnungselemente k(j) vorübergehend gespeichert werden. An diesen Speicher ist ein Auskodierungsnetzwerk 508 angeschlossen, das zehn Ausgänge 509 (°) hat. Jeder dieser Aus-• 10 gänge ist an einen Eingang einer UND-Tor schaltung· 50k (.) angeschlossen. Wird nun in den Speicher 507 ein Element b(j) eingeschrieben, so wird an einem bestimmten Ausgang 509 (i) des Auskο dierungsnetzwerkes 5O8 ein Impuls abgegeben. Dieser Impuls wird der mit diesem Ausgang verbundenen UND-Tor schaltung 505 (i) zugeführt, x^odurch das von der Hilfskodieranordnung 50k (i) gelieferte Kodewort als Ausgangskodewort z(m) dem Ausgang 503 zugeführt wird.

Es sei bemerkt, dass in vielen Fällen das Bitzuordnungselement b(j) die Rangnummer i der Hilfskodieran-Ordnung 50h (i) darstellen wird₉ deren Ausgangskodewort als Kodewort z(m) dem Ausgang 503 zugeführt werden muss. Nur in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht i der Anzahl Bits in z(m).

Weiterhin sei bemerkt, dass der Zusammenhang <~·, 25 zwischen z(m) und y(m) ein linearer Zusammenhang sein kann; auch ein nicht-linearer Zusammenhang 1st jedoch möglich. '

Weil in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Koeffizienten y(m) bereits in digitaler Form verfügbar sind, werden die Hilfskodieranordnungen 5O4 (.) je vorzugsweise als Speicher, beispielsweise als ROM₅ ausgebildet, der durch die Koeffizienten y(m) adressiert wird.

Um, wie obenstehend vorausgesetzt wurde, die

³^ BitZuordnungselemente b(j) nacheinander auftreten zu lassen, wird der Bi tzuordnungs spei eher 6 vorzugsitfeise aLs Uinlaui'-schieberegister ausgebildet. Ein schematisches Ausführungsbeispiel davon ist in Figur 28 gegeben. Es enthält ein

PHN 9804 ~2-ß/2ty_x * 23-2-19&1

Schieberegister 6θ1 mit insgesamt i6 Schieberegisterelementen 6θ1 (j), die je zum Speichern eines Bitzuordnungselements b(j) eingerichtet sind. Von diesem Register wird der Inhalt durch die Impulse S(i) weitergeschoben. Der Ausgang 6θ2 dieses Schieberegisters ist mit dem Eingang der Hilf*skodieranordnung 5 mit veränderlicher lortlänge verbunden. Zum Verwirklichen des UmlaufCharakters ist der Ausgang 6θ2 zugleich mit dem Schieberegistereingang 603 verbunden.

Fie im Abschnitt F(k) beschrieben wurde, muss

im Falle von NTSC abwechselnd das System von Koeffizienten •y(0), y(5)i y(7) ί und ^y(O), y(5)· y(6)J genau kodiert werden. Dies kann'auf einfache Weise- dadurch erfolgen, dass der Bitzuordnungsspeicher 6 mit Hilfe zweier Umlauf-Schieberegister aufgebaut wird. Dies ist in Figur 29 auf schematische Weise angegeben. Der dort dargestellte Bitzuordnungsspeicher weist die zwei Umlaufschieberegister 6OI und 601' auf, die je von dem Typ sind, der in Figur 28 dargestellt ist. Diese Umlaufschieberegister sind je mit ihrem Ausgang 6θ2 bzw. 602' an einen Eingang einer Schaltungsanordnung 6oh angeschlossen, die in der Figur nur auf symbolische Weise dargestellt ist und durch Steuerimpulse S(2) gesteuert wird. Der Ausgang 6Ο5 dieser Schaltungsanordnung ist mit dem Eingang 5OI der Hilfskodieranordnung mit veränderlicher Wortlänge verbunden. In dem Register 601 sind nun u.a. die Bitzuordnungselemente b(j), die jedem der Koeffizienten y(o), y(5)» y(7) relativ viel Bits zuordnen, gespeichert, während in dem Register 6OI· u.a. diejenigen Bitzuordnungselemente gespeichert sind, die den Koeffizienten y(o) , y(5)> y(6) relativ viel Bits zuordnen. G(3). Der Steuerkreis.

In diesem Abschnitt wird näher auf die Art und Weise eingegangen, wie die erforderlichen Steuersignale zum Steuern der obenstehend beschriebenen Anordnungen erzeugt werden.

Für das PAL-System kann dazu der in Figur 30 dargestellte Steuerkreis benutzt werden. Dabei ist vorausgesetzt dass i - 284 ist, so dass k f =1135 f» ist und

se 1

PHW 9804 23/Ά£' 23-2-1981

dass von jedem Zeilensignal, das 6k MikrοSekunden dauert, insgesamt 556 Abtastwerte notwendig sind» Dieser Steuerkreis, ist mit einem Taktimpulsoszillator 701 versehen, der Ausgangsimpulse mit einer Geschwindigkeit von f liefert

SC

und auf bekannte und übliche Weise (beispielsweise mit Hilfe einer phasenverriegelten Schleife) zu dem Farbhilfsträger, der die Farbhilfsträgerfrequenz f aufweist, synchron ist. Die Ausgangsimpulse dieses Oszillators 7OI werden einer Kaskadenschaltung zweier Frequenzmultiplizierer 702 und 703 zugeführt, die je «inen Multdplizierf akfcor zwei aufweisen. Die Taktimpulse, die von den Multiplizierern 703 geliefert wurden und mit einer Geschwindigkeit von k f auftreten, werden einem Modulo-1135-Zähler 70k

SC

zugeführt. An diesen Zähler ist ein Auskodierungsnetzwerk 705 angeschlossen, das ein Signal a(t) liefert. Dieses Signal a(t) hat den logischen Wert "0", solange der Zähler 7O4 eine der Zählstellungen 1 bis 23 hat_s und a(t) hat den logischen Wert "1", solange dieser Zähler 7O4 eine der Zählstellungen 2k bis 1135 hat. Dieses Signal a(t)

wird nun zusammen mit den Impulsen, die von dem Frequenzmultiplizierer 702 geliefert werden und mit einer geschwindigkeit 2f auftreten, einem UND-Tor 706 zugeführt,

S C

an dessen Ausgang die Abtastimpulse s(i) auftreten. Insbesondere werden nämlich diejenigen Impulse, die von dem Multiplizierer 702 geliefert werden, von dem UND-Tor 706 durchgelassen, wenn a(t) den logischen Wert "1" aufweist. Hat jedoch a(t) den logischen Wert "0", so werden die genannten Impulse von dem UND-Tor 706 nicht durchgelassen.

Für das NTSC-System kann der in Figur 31 darge-

stellte Steuerkreis benutzt werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass i = 228 ist, so dass k f = 910 f ist und dass von jedem Zeilensignal insgesamt kkk Abtastwerte notwendig sind. Dieser Steuerkreis ist ebenfalls mit einem Taktimpulsoszillator 70I versehen, der Ausgangsimpulse mit

einer Geschwindigkeit von f liefert und der wieder auf

S C

bekannte und übliche Weise zu dem Farbhilfsträger synchron gehalten wird» Die Ausgangsimpulse dieses Taktimpulsoszillators werden einer Kaskadenschaltung zweier Frequenz-

LvJUJJU

PHN 98O^ 2/ ο{,[,' 23-2-1981

multiplizierer 702 und 703 zugeführt, die je einen Multiplizierfaktor zwei aufweisen. Die Taktimpulse, die von dem Multiplizierer 703 geliefert werden und mit der Frequenz k f auftreten, werden einem Modulo-91O-Zähler 707 zugeführt. An diesen Zähler 707 ist ein Aus-Kodierungsnetzwerk 708 angeschlossen, das ein Signal c(t) und ein Signal d(t) liefert. Das Signal c(t) hat den logischen Wert "0", solange der Zähler 707 eine der Zählstellungen bis 22 hat, und c(t) hat den logischen ¥ert "1", solange dieser Zähler 707 eine der Zählstellungen 23 bis einsehliesslieh 910 hat. Das Signal d(t) hat den logischen Wert "1" nur wenn der Zähler die Zählstellung 910 aufweist. Dieses Signal d(t), in dem also die Impulse auftreten mit einer Geschwindigkeit f , wird nun über zwei Frequenzteiler 709 und 710 einem Exklusiv-ODER-Tor 711 zugeführt, dem auch die Ausgangsimpulse des Multiplizieres 702 zugeführt werden. Jeder der Frequenzteiler 709 und 710 hat einen Teilungsfaktor 2, so dass an dem Ausgang des Frequenzteilers 709 Impulse auftreten mit einer Geschwindigkeit von f /2. Die letztgenannten Impulse bilden die Steuerimpulse S(2), die der Schaltungsanordnung 60k des in Figur 29 dargestellten BitzuordnungsSpeichers 6 zugeführt werden. Die Ausgangsimpulse des Exklusiv-ODER-Tores 711 werden zusammen mit dem Signal c(i)" einem UND-Tor 712 zugeführt, das die Abtastimpulse S(l) liefert.

G(4). Eine alternative Transformationsanordnung.

In Figur 25 ist ein Ausführungsbeispiel einer Tcansformationsanordnung dargestellt, wobei der Teilbildbildonde Kreis hol eine Anz;ili.l (lh diesem Fall drei) Ver— zöge rungs Lei tungeri aufweist. Dieser Kreis 401 eignet sich durchaus dazu, das Fernsehbild auf die Art und Weise, wie in Figur 20 oder in Figur 2k dargestelltς in Teilbilder aufzuteilen, die unterschiedliche Formen haben. Wenn jedoch das Fernsehbild aui" die Art und Weise wie in Figur 2 oder

"^ in Figur 11 angegeben, in Teilbilder aufgeteilt werden muss, die alle dieselbe Form aufweisen, kann dieser Teilbild-bildende Kreis 401 auf die Art und Weise ausgebildet werden, wie in Figur 32 angegeben ist. Dieser Kreis ist

PHN 980^4- 2/ A, f' 23-2-1981

rait zwei Speichern k^u (i) und 436 (2) verseilen, die je als RAM (Random acces memory = Speicher mit beliebigem Zugriff) ausgebildet sind, und abwechselnd benutzt werden. In einen derartigen Speicher Kj6 (.) x^erden die Videosigrialabtastwerte von vier aufeinanderfolgenden Zeilensignalen nacheinander eingeschrieben. Jn dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, dass jedes Zeilensignal aus 55& Videosignalabtastwerten besteht. Die 556 Signalabtastwerte des ersten Zeilensignals der gemeinten vier aufeinderfolgenden Zeilensignale werden an denjenigen Speicherstellen gespeichert, die die Nummern 1, 2, 3_S ·»» bzw. 55^ aufweisen. Die 556 Signalabtastwerte des zweiten Zeilensignals werden an den Speicherstellen mit den Nummern 557s 558» ··· bzw. 1112 gespeichert. Auf entsprechende Weise verfährt man mit den Videosignalabtastwerten des dritten und vierten Zeilensignals» Die auf diese Weise gespeicherten Videosignalabtastwerte werden in Blöcken von k χ k Signalabtastwerten ausgelesen. Dies bedeutet, dass an (fern Ausgang dieses:.Speichers zunächst nacheinander diejenigen Videosignalabtastwerte erscheinen, die an denjenigen Speicherstellen gespeichert sind, die die Nummern 1, 2, J, k, 557, 558, 559, 560, 1113, 1134, 1115, 1116, 1669, I670, 1671 bzw. 1672 aufweisen. Daraufhin erscheinen nacheinander an dem Ausgang diejenigen Signalabtastwerte, die an den Speicherstellen gespeichert sind mit den Nummern 5> 6, 7, 8, 561, 562_:, 563, 56k, 1117» 1118, 1119, 1120, I673, 167^, 1675 bzw. 1676. Auf entsprechende Weise wird daraufhin ein dritter, ein vierter usw. Block ausgelesen. Die an dem Ausgang dieses Speichers hh6 (.) erscheinenden Videosignalabtastwerte werden über eine UND-Torschaltung ^37 (·) der ODS3.-Torschaltung ko6 zugeführt, deren Ausgang mit dem Eingang des Transformationskreises 402 verbunden ist (siehe Figur 25).

Um die Speicher ^36 (.) auf die obengenannte

^⁵ Art und Weise funktionieren zu lassen, ist jeder dieser Speicher mit einem Adressendekoder 438 (.) versehen, die je die Adressenkodes D(.) sowie ein Lese-Schreibsignal Pi»,t) erhalten. Dabei gilt, dass P(2,t) die logische

ο ιουααυ

/ι?

PHN 9804 2.8 X Jf 23-2-1981

invertierte Version von F(i,t) ist und dass, wenn F(.,t) den logischen Wert "0" hat, dann dieses Signal als Schreibsignal wirksam ist, wodurch in den betreffenden Speicher Videosignalabtastwerte eingeschrieben werden können. Hat dagegen F(.,t) den logischen Wert "1", so ist dies als Lesesignal wirksam, wodurch der Inhalt des betreffenden Speichers dem Ausgang zugeführt wird. Wie in der Figur angegeben, werden diese Lese-Schreib-Signale auch der UND-Torschaltungen 437(.) zugeführt.

Diese Adressenkodes.und diese Lese-Schreib-Signale werden von einem Steuerkreis 439 erzeugt.' Dieser enthält einen Modulo-2224-Zähler 44θ, dem die Abtastimpulse S(i) zugeführt werden und dessen Zählstellungen als Adressenkodes AD(o) benutzt werden. Diese Adressenkodes AD(o) werden einem ROM 441 zugeführt, der die Adressenkodes AD(i) liefert. Der Zusammenhang zwischen AD(o) und AD(1) ist in Figur 33 teilweise angegeben. An den Zähler 440 ist weiterhin ein Auskodierungsnetzwerk 442 angeschlossen, das jeweils an dem Ausgang einen Impuls liefert, wenn dieser Zähler die Zählstellung eins annimmt.

Dieser Impuls wird einem Halbierer 443 (beispielsweise einer T-Flip-Flop-Schaltung) zugeführt, der das Lese-Schreib-Signal F(2,t) an dem Ausgang Q liefert und der das Signal F(i,t) an dem Ausgang Q liefert. Diese Signale F(1,2) und F(2,t) sowie die Adressenkodes AD(o) und AD(i) werden auf die in der Figur angegebene Art und Weise UND-Tor schaltungen 444 (.) zugeführt, deren Ausgänge mit Eingängen von ODER-Torschaltungen 445 0) und 445 (2) verbunden sind, die die jeweiligen Adressenkodes D(i) und Π(2) liefern. Insbesondere gilt, dass wenn F(i,fc) den logischen Wert "0" hat, dass dann D(t) = AD(o) ist und dass D(2) = AD(1) ist. Hat dagegen F(1,t) den logischen Wert "1", so gilt, dass D(T) = AD(i) ist und dass D(2) = AD(o) ist. H. Schlussbemerkungen.

I. in Figur 25 ist auf schematische Weise angegeben, wie der Transfomiationskreis vorzugsweise mit Hilfe zweier Hilf s transformatoren aufgebaut wird, mit denen je die 4x4-Hadamard-Matrix aus Figur 8 zusammenarbeitet. Dieser Trans-

PHN 9804 ψ X\

23-2-1981

formationskreis kann jedoch auch aui' die Art und Weise aufgebaut werden, wie diese im ßezugsniaterial 5 beschrieben worden ist. Dabei werden die Videosignalabtastwerte x(ⁿ) eines Teilbildes, die von dem Teilbild-bildenden Kreis ^01 sequentiell geliefert werden, entsprechend dem Ausdruck (i) als die Elemente eines Spaltenvektors X^! betrachtet. Auf entsprechende Weise werden die von dem Transformationskreis U02 gelieferten Koeffizienten y(m) als die Elemente eines Spaltenvektors Y' betrachtet und der Zusammenhang zwischen den Vektoren X' und Y¹ wird beispielsweise durch die in Figur Jk dargestellte 16 χ 16-Hadamard-Matrix H ^- gegeben, so das; gilt:

y ι ₌ η -Χ' ■ 16

Ii. In der bewährten bevorzugten Ausführungsform der Kodieranordnung war N entsprechend Λ 6 gewählt worden. Die Anzahl Bits, in denen die Koeffizienten y(m) kodiert werden, ist in der Tabelle in Figur 35 angegeben. Insbesondere ist in dieser Figur in der Spalte m die Rangnummer des Koeffizienten y(m) angegeben und in der Spalte \ y(m) I die Anzahl Bits , in denen der betreffende Koeffizienten y(m) bei einem PAL-System kodiert wurde, wobei das Fernsehbild auf die Art und Weise, wie in Figur 20 angegeben, in Teilbilder aufgeteilt wurde.
III. Obenstehend wurde davon ausgegangen, dass jeder Koeffizient ständig mit derselben Anzahl Bits kodiert wird. Eine derartige Kodierungsmethode heist-1 "nicht-adaptiv" . Es sei hier jedoch erwähiiL, dass auch eine sogenannte "adaptive Kodierungsmethode" benutzt werden kann, beispielsweise eine der Methoden, die in dem Bezugsmaterial k beschrieben sind, aber vorzugsweise wird die Methode benuzt, die in der niederländischen Patentanmeldung 8ΟΟ3873 (PHN 978')) beschrieben worden ist.

Claims (2)

3130900 ϋ Vy & 0 ύ ti It ti <·* « O ÖIJ6 «· β — s> PHN 9804 £β 23-2-1981 PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Digitalisieren eines Farbivideosignals das durch eine Folge von Zeilensignalen gebildet ι

wird, die je aus einer überlagerung eines Leuchtdicht esigrals ' und zweier Farbinf orrnati ons signale u(t) und v(t) bestehen, '' die je durch ein einem Hilfsträger mit Farbhilfsträgerfrequenz f„ aufmoduliertes Farbdifferenzsignal gebildet werden, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. das Abtasten des Farbvideosignals mit einer Abtastfrequenz f , - die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f

S SO

entspricht und zu Zeitpunkten, die mit dem Phasenpunkten _+ -^- + M^ des Farbinf ormati ons signal s u(t) in dem Zeilensignal zusammenfallen, wobei M eine ganze Zahl

darstellt, zur Erzeugung von Videosignalabtastwerten J?¹

x(n); I

b. das Zusammenstellen eines Teilbildes, das aus Q aufein= **

anderfolgenden Zeilensignalen zugeordneten Videogruppen besteht, die je durch eine Folge von P Videosignalabtastwerten des betreffenden Zeilensignals gebildet werden; Co das Transformieren eines derartigen Teilbildes in eine Eoef f izientengruppe , die aus N Koeffizienten y(m) besteht, die je der Summe mit einem Faktor +1 oder -1 gewogener Versionen der Videosignalabtastwerte des Teilbildes entsprechen, wobei m = 0, 1, 2, ... N-1 und wobei N dem Produkt aus P und Q entspricht; d, das Umwandeln eines Koeffizienten y(m) in ein Kodewort z(m), das eine dem betreffenden Koeffizienten zugeordnete Anzahl Bits aufweist.

2. Anordnung zum Digitalisieren eines Farbvideosignals, das durch eine Folge von Zeilensignalen gebildet wird, die je aus einer überlagerung eines Leuchtdichtesignals und zweier Farbinformationssignale u(t) und v(t) bestehen, die je durch ein einem Hilfsträger mit Farbhilfs- ·. trägerfrequenz f aufmoduliertes Farbdifferenzsignal ge~

S O

PHN 9804 2^

bildet werden mit:

a. Mitteln zum Abtasten des Färbvideοsignals mit einer Abtastfrequenz f , die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f entspricht und zu Zeitpunkten, die mit den Phasenpunkten +_ —r· + MTT des Farbinformationssignals u(t) in dem Zeilensignal zusammenfallen, wobei M eine ganze Zahl darstellt, zur Erzeugung von Videosignalabtastwerten x(n);

b. Mitteln zum Zusammenstellen eines Teilbildes, das aus Q aufeinanderfolgenden Zeilensignalen zugeordneten Videogruppen besteht, die je durch eine Folge von P Videosignalabtastwerten des betreffenden Zeilensignals gebildet werden;

c. Mitteln zum Transformieren eines derartigen Teilbildes in eine Koeffizientengruppe, die aus N Koeffizienten y(m) besteht, die je der Summe mit einem Faktor +T oder -1 gewogener Versionen der Videοsignalabtastwerte des Teilbildes entsprechen, wobei m = 0, 1, 2, ... N-1 und wobei N dem Produkt aus P und Q entspricht; d. Mitteln zum Umwandeln eines Koeffizienten y(m) in ein Kodewort z(m), das eine diesem Koeffizienten zugeordnete Anzahl Bits aufweist.