DE3130990C2 - - Google Patents

Description

A. Hintergrund der Erfindung A(1). 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 eine 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 bestimmten Abtastfrequenz f _s, die mindestens der Nyquist-Abtastfrequenz 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 Prädiktionswert 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, 4 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 (0), B (1), ..., B(N -1) betrachtet, mit je einem eigenen Gewichtsfaktor y (0), y (1), y (2), ..., y(N -1). 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-Abtastfrequenz abgetastet. Die dadurch erhaltenen Signalabtastwerte x(n) können unmittelbar oder nach Analog-Digital-Umwandlung, zur Weiterverarbeitung 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:

Die konstanten Faktoren h(m, n) können als die Elemente einer N × N-Matrix H betrachtet werden, die als Transformationsmatrix bezeichnet wird.

Im Falle von Schwarz-Weiß-Fernsehen, wobei das Videosignal nur eine sich zeitlich ändernde Größe darstellt, und zwar die Leuchtdichte, stellt das Basisbild B (0) die mittlere Leuchtdichte des Teilbildes und y (0) dessen Amplitudenwert dar. Dieser Koeffizient ist auf diese Weise der wichtigste und muß daher mit großer Genauigkeit kodiert werden. Die übrigen Basisbilder B (1), ..., B(N -1) schaffen Information in bezug auf die Einzelheit in dem Teilbild. Es stellt sich heraus, das die diesen Basisbildern zugeordneten Koeffizienten y (1), ..., y(N -1) 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 (0) umgewandelt, während jeder der übrigen Koeffizienten y (0) in ein Kodewort z(m) umgewandelt wird, das 0, 1, 2, 3, 4 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-kodierten Videosignalabtastwerte 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-Kodierung der Videosignalabtastwerte erhalten wird. Die in diesem Zusammenhang üblichen Transformationsmatrizen sind die Hotelling-, Fourier-, Hadamard- und Haar- 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 deswegen 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 _s, die zweimal höher ist als die Farbhilfsträgerfrequenz f _sc, abgetastet werden kann, insofern die die Abtastzeitpunkte ausschließlich mit den 45° und 225°- Phasenpunkten des Farbinformationssignal u(t) zusammenfallen. Im Bezugsmaterial 7 ist angegeben, daß auch das NTSC- Farbvideosignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet werden kann, die zweimal höher ist als die Farbhilfsträgerfrequenz f _sc, insofern die Abtastzeitpunkte abwechselnd während zweier Zeilensignale mit den 45° und 225°-Phasenpunkten zusammenfallen und während zweier folgender Zeilensignale mit den 135° und 315°-Phasenpunkten des Farbinformationssignals 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 _s, die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f _sc entspricht und zu Zeitpunkten, die mit den Phasenpunkten des Farbinformationssignals u(t) in dem 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 = 0, 1, 2, ..., N -1 ist und wobei N dem Produkt von P und Q entspricht;
• 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 a) wird die Art und Weise der Abtastung eines Farbvideosignals 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 Kodierschritt 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 (0) und der Amplitudenwert dieser mittleren Leuchtdichte durch y (0) dargestellt. Dies bedeutet, daß, wenn ein Teilbild gleichmäßig grau ist, dann nur dieser Koeffizient y (0) von Null abweicht und kodiert werden muß. Dies ist unabhängig von der Abtastfrequenz, die nun als der Nyquistabtastfrequenz entsprechend vorausgesetzt wird.

Betrachten wird 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 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 Bildtransformation, die bei einem Farbvideosignal angewandt wird, das mit der Nyquist-Abtastfrequenz abgetastet ist, und die jeglicher Transformationsmatrix zu Grunde liegt, 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 _scm und 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.

• 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 (2π f _sct +ϕ) (2)v(t) = γ V cos (2π f _sct +ϕ) (3)
• Darin ist U dem Wert B-Y und V dem Wert R-Y proportional. Die Größe B stellt das blaue und R das rote primäre Farbsignal dar. Bei NTSC ist γ = 1 und bei PAL ist γ abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Zeilensignalen +1 und -1. Die Größe f _sc wird Farbhilfsträgerfrequenz genannt. Wird das Farbvideosignal nun durch E bezeichnet, so kann dies mathematisch wie folgt geschrieben werden: E = Y + U sin (2π f _sct +ϕ)+γ V cos (2π f _sct +ϕ) (4)
• 2. Die Nyquist-Abtastfrequenz ist eine Frequenz, die zweimal höher ist als die höchste Frequenz f _m in dem Farbvideosignal. Diese Frequenz f _m ist höher als f _sc.

D. Bezugsmaterial

• 1. Differential Encoding of Composite Color Television Signals Using Chrominance - Corrected Prediction; J. E. Thompson; IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-22, No. 8, August 1974, Seiten 1106-1113.
• 2. Picture Coding: A Review; A. N. Netravali, J. O. Limb; Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 3, March 1980, Seiten 366-406.
• 3. Digital Differential Quantizer for Television; J. O. Limb, F. W. Mounts; Bell Systems Technical Journal, Heft 48, 1969, Seiten 2583-2599.
• 4. Transform Picture Coding; P. A. Wintz; Proceeding of the IEEE, 60, Nr. 7, Juli 1972, Seiten 809-820.
• 5. Real-time orthogonal transformation of colour-television pictures; H. Bacchi, A. Moreau; Philips Technical Review, Heft. 38, NR. 4/5 1978/1979, Seiten 119-130
• 6. Digital Video: Sub-Nyquist Sampling of PAL Colour Signals; V. G. Devereux; BBC Research Department, Report Nr. BBC RD 1975/4; January 1975.
• 7. Sub-Nyquist Sampled PCM NTSC Color TV Signal Derived from Four Times the Color Subcarrier Sampled Signal; J. P. Rossi; IBC 78, Conference Publication Nr. 166, Seiten 218-221.

E. Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Kodierungsanordnung, wobei Bildtransformation angewandt wird. Die

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

Fig. 11 bis 17 zeigen Abtastzeitpunkte, Teilbilder und Farbinformationssignale u(t) und v(t) zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Kodieranordnung im Falle von NTSC und einander formmäßig entsprechenden Teilbildern. Die

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

Fig. 23 und 24 zeigen Abtastzeitpunkte und Teilbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Kodieranordnung im Falle von NTSC und einander formmäßig nicht entsprechenden Teilbildern.

Fig. 25 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Transformationsanordnung.

Fig. 26 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des Hilfstransformators zum Gebrauch in der Transformationsanordnung, die in Fig. 25 dargestellt ist.

Fig. 27 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hilfskodieranordnung mit veränderlicher Wortlänge.

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

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

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

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

Fig. 32 zeigt eine alternative Ausführungsform des Teilbild-bildenden Kreises zum Gebrauch in der Transformationsanordnung.

Fig. 33 zeigt den Zusammenhang zwischen den Adressenkodes AD (0) und AD (1), die in dem Teilbild-bildenden Kreis nach Fig. 32 verwendet werden.

Fig. 34 zeigt die 16 × 16-Hadamard-Matrix.

Fig. 35 zeigt in der Tabelle die Anzahl Bits, die den jeweiligen Koeffizienten y(m) zugeordnet werden.

F. Die Kodieranordnung. F(1) Der allgemeine Aufbau

In Fig. 1 ist eine Kodieranordnung dargestellt, deren Aufbau auf dem erfindungsgemäßen Verfahren basiert. Dieser Kodieranordnung wird ein Farbvideosignal (t) zugeführt, das von einer Videosignalquelle 1 herrührt. Dieses Videosignal wird einer Abtastanordnung 2 zugeführt, die unter Ansteuerung von Abtastimpulsen S (1), die mit einer Abtastfrequenz f _s = 1/T auftreten, Abtastwerten von diesem Videosignal nimmt und die Videosignalabtastwerte (qT) liefert. Dabei gilt, daß q = ... -2, -1, 0, 1, 2, ... Diese Videosignalabtastwerte werden daraufhin einem Analog- Digital-Wandler 3 zugeführt, der die digitalen Videosignalabtastwerte (q) liefert. Diese Videosignalabtastwerte (q) werden einer Transformationsanordnung 4 zugeführt, die noch näher beschrieben wird und die:

• 1. die digitalen Videosignalabtastwerte zu einem Teilbild zusammenstellt, das aus Q aufeinanderfolgenden Zeilensignalen zugeordneten Videogruppen besteht, die je durch eine Folge von P Videosignalabtastwerten des betreffenden Zeilensignals gebildet werden;
• 2. ein auf diese Weise 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 z(m) mit geeigneter Wortlänge umwandelt. Diese Wortlänge wird durch eine Größe b(j) bestimmt, die von einem Bitzuordnungsspeicher 6 geliefert wird und über einen Steuereingang 501 dieser Hilfskodieranordnung 5 zugeführt wird.

F(2). Wirkungsweise mit PAL-Farbvideosignalen.

Wie bereits erwähnt, wird die Abtastfrequenz f _s gleich der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f _sc gewählt. Diese Frequenz f _sc steht in einem sehr besonderen Zusammenhang zu der Zeilenfrequenz f₁. Es gilt nämlich bei PAL, daß;

worin i eine ganze Zahl darstellt.

Daraus folgt dann, daß:

Diese Beziehung zwischen f _s und f₁ hat sehr besondere Folgen. Es wird beispielsweise vorausgesetzt, daß das Zeilensignal mit Rangnummer r zu dem Zeitpunkt t _{0, r} anfängt. Es wird weiterhin vorausgesetzt, daß der j. Videosignalabtastwert dieses Zeilensignals zu dem Zeitpunkt t _{0, r} + Δ t + (j -1)T auftritt. Es wird nun vorausgesetzt, daß auf entsprechende Weise das Zeilensignal mit der Rangnummer r + 1 zu dem Zeitpunkt t _{0, r + 1} anfängt. Dann tritt der j. Videosignalabtastwert dieses Zeilensignals zu dem Zeitpunkt t _{0, r + 1} + Δ t + (j -1)T ± T auf.

In Fig. 2 sind zur Erläuterung auf schematische Weise durch Punkte diejenigen Zeitpunkte angegeben, wo die Videosignalabtastwerte der Zeilensignale mit der Rangnummer r = 1, 2, 3, ...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 im wesentlichen ein Fernsehbild dar.

Im Bezugsmaterial 5 ist nun bewiesen, daß Δ t derart gewählt werden muß, daß zu den Abtastzeitpunkten t das Argument bzw. der Phasenpunkt 2π f _sct +ϕ jeder der goniometrischen Funktionen in den Ausdrücken (2), (3) und (4) gleich + M π ist, worin M eine ganze Zahl darstellt.

In jeder der Fig. 3 und 4 sind zur Erläuterung in kleinerem Maßstab als in Fig. 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 _{0, r} jedes der Zeilensignale wieder auf dem Zeitpunkt t = 0 fixiert und ϕ = 0 gewählt worden, so daß Δ t = T/4 ist. In Fig. 3 ist weiterhin für jedes Zeilensignal das Farbinformationssignal u(t) dargestellt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Amplitude U konstant ist. Auf entsprechende Weise ist in Fig. 4 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 Fig. 3 geht hervor, daß zu jedem Abtastzeitpunkt das Farbinformationssignal u(t) denselben Absolutwert hat. Insbesondere ist dieser Absolutwert gleich . Aus Fig. 4 geht hervor, daß zu jedem Abtastzeitpunkt auch das Farbinformationssignal v(t) denselben Absolutwert hat, der nun gleich ist.

In der Transformationsanordnung 4 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 Fig. 5 dargestellt ist, und daß P = Q = 4 ist. Dieses Teilbild, das durch B₁ bezeichnet wird, umfaßt also die sechzehn Videosignalabtastwerte, die in Fig. 5 durch das Zeichen "x" angegeben sind. Jedes vollständige Fernsehbild kann nun, wie in Fig. 2 auf schematische Weise dargestellt, derart betrachtet werden, als sei es aus einer Anzahl derartiger Teilbilder aufgebaut. Wie in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angegeben ist, kann jedes Teilbild derart betrachtet werden, als sei es aus einer Anzahl Flächen gleicher Größe aufgebaut, die je einen Videosignalabtastwert 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 Fig. 6a dargestellt ist, bezeichnet wird und ein Pel mit einem genormten Signalwert -1 durch das schraffierte Quadrat, das in Fig. 6b dargestellt ist, angegeben wird, können die in Fig. 7 angegeben sechzehn zueinander orthogonalen Basisbilder B₁(0), B₁(1), ... B₁(15) zusammengestellt werden, die auf die im Bezugsmaterial 5 angegebene Art und Weise von der 4 × 4-Hadamard-Matrix H₄, die in Fig. 8 dargestellt ist und aus völlig "weißen" und aus völlig "schwarzen" Pels bestehen, abgeleitet werden.

Wie bereits erwähnt, liegt einer orthogonalen Bildtransformation der Gedanke zugrunde, jedes der in Fig. 2 angegebenen Teilbilder als lineare Kombination der sechzehn Basisbilder, die in Fig. 7 angegeben sind, zu beschreiben, wobei jedes Basisbild B₁(m) mit einem bestimmten Koeffizienten y(m) multipliziert wird.

Durch die besondere Art und Weise, wie das Farbvideosignal abgetastet wird und durch die Wahl "zwei-dimensionaler" Teilbilder, wobei jede Reihe dieselbe Anzahl Videosignalabtastwerte aufweist, geht aus Fig. 3 hervor, daß der Beitrag des Farbinformationssignals u(t) zu jedem der Teilbilder derselbe ist und daß dieser Beitrag durch das Hilfsbild, das in Fig. 9a angegeben ist, wiedergegeben werden kann. Darin bedeutet das Vorzeichen "+", daß zu dem betreffenden Abtastzeitpunkt das Farbinformationssignal U(t) positiv ist: Insbesondere ist dann u(t) = + . Das Vorzeichen "-" bedeutet, daß zu dem betreffenden Abtastzeitpunkt u(t) negativ ist; insbesondere ist dann u(t) = . Weil nun der Absolutwert von u(t) zu allen Abtastzeitpunkten derselbe ist, kann dieses in Fig. 9a angegebene Hilfsbild genormt werden und durch das aus sechzehn Pels aufgebaute Hilfsbild, das in Fig. 9b angegeben ist, dargestellt werden. Weil als Transformationsmatrix die Hadamard-Matrix gewählt worden ist, die auch aus Elementen mit zueinander demselben Absolutwert besteht, können Fig. 9b und Fig. 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 Fig. 7 angegebenen Numerierung der Basisbilder ist dies also B₁(6).

Auf entsprechende Weise geht aus Fig. 4 hervor, daß der Beitrag des Farbinformationssignals v(t) zu jedem Teilbild derselbe ist und daß dieser Beitrag durch das Hilfsbild, das in Fig. 10a angegeben ist, dargestellt werden kann, welches Hilfsbild sich wieder zu dem Hilfsbild, das in Fig. 10b dargestellt ist, zurückführen läßt. Wird nun Fig. 10b mit Fig. 7 verglichen, so stellt es sich heraus, daß der Beitrag von v(t) zu einem Teilbild durch den Beitrag eines einzigen Basisbildes zu diesem Teilbild völlig beschreiben wird, in diesem Fall durch B₁(7).

Wie bereits erwähnt, wird der Beitrag des Leuchtdichtesignals Y zu einem Teilbild im wesentlichen durch den Beitrag beschrieben, den das Basisbild B₁(0) zu diesem Teilbild hat und folglich durch den Koeffizienten y(0).

Die gewünschte Verringerung der Bitgeschwindigkeit wird nun dadurch erhalten, daß nur die drei Koeffizienten y (0), y (6) und y (7) genau kodiert werden müssen.

F(3). Wirkungsweise mit NTSC-Farbvideosignalen.

Wie bereits erwähnt, wird auch in diesem Fall die Abtastfrequenz f _s gleich der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f _sc gewählt. Diese Frequenz steht nun jedoch in einem anderen Zusammenhang zu der Zeilenfrequenz f₁ als bei PAL. Insbesondere gilt nämlich bei dem NTSC-System, daß;

wobei i eine ganze Zahl darstellt.

Die Folge dieser Beziehung zwischen f _s und f₁ ist, daß, wenn das Zeilensignal mit der Rangnummer r zu dem Zeitpunkt t _{0, r} anfängt, dann für alle Werte von r gilt, daß der j. Videosignalabtastwert zu dem Zeitpunkt t _{0, r} + Δ t + (j -1)T auftritt.

In dem Bezugsmaterial 7 ist nun bewiesen, daß Δ t derart gewählt werden muß, daß abwechselnd zunächst während zwei Zeilensignale Δ t = Δ t₁ und während zwei folgender Zeilensignale Δ t = Δ t₁ ± T/2 ist. In Fig. 11 sind zur Erläuterung auf schematische Weise durch Punkte diejenigen Zeitpunkte angegeben, wo die Videosignalabtastwerte der Zeilensignale mit den Randnummern r = 1, 2, 3, ...8 genommen werden. In dieser Figur sind ebenso wie in Fig. 2 die Zeilensignale untereinander dargestellt und wieder derart, daß der Anfangszeitpunkt jedes Zeilensignals mit dem in der Figur angegebenen Zeitpunkt t = 0 zusammenfällt, so daß auch diese Fig. 11 gleichsam ein Fernsehbild darstellt.

In dem Bezugsmaterial 7 ist weiterhin noch bewiesen, daß Δ t₁ derart gewählt werden muß, daß 2π f _sc Δ t₁ = ist, so daß zu den Abtastzeitpunkten t das Argument bzw. der Phasenpunkt 2π f _sc t + ϕ jeder der goniometrischen Funktionen in den Ausdrücken (2), (3) und (4) abwechselnd zunächst während zwei Zeilensignale gleich + + M π ist, wobei M = 0, 1, 2, ... und während zwei folgender Zeilensignal π + M π = - + (m +1)π.

In jeder der Fig. 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 d = 0 gewählt, so daß Δ t₁ = T/4 ist. In Fig. 12 ist weiterhin für jedes Zeilensignal das Farbinformationssignal u(t) angegeben und in Fig. 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 Fig. 12 und aus dem Ausdruck 2 heraus, daß u(t) zu jedem Abtastzeitpunkt denselben Absolutwert aufweist. Aus Fig. 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 Fig. 14 für P = Q = 4 dargestellten Teilbildes haben, das durch C₁ bezeichnet wird. Entsprechend dem, was in dem Abschnitt F (2) angegeben ist, können nun die in Fig. 15 angegebenen sechzehn zueinander orthogonalen Basisbilder C₁(0), C₁(1), ... C₁(15) zusammengestellt werden, und diese können von der 4 × 4-Hadamard-Matrix H₄, die in Fig. 8 dargestellt ist, abgeleitet werden. Auch nun bestehen diese Basisbilder aus völlig "weißen" und völlig "schwarzen" Pels. Aus Fig. 12 bzw. 13 geht hervor, daß der Beitrag von u(t) bzw. v(t) zu jedem der Teilbilder durch das Hilfsbild, das in Fig. 16 bzw. 17 angegeben ist, dargestellt werden kann. Aus einem Vergleich der Fig. 16 bzw. 17 mit der Fig. 15 geht hervor, daß der Beitrag von u(t) bzw. v(t) zu einem Teilbild durch den Beitrag des Basisbildes C₁(5) bzw. C₁(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 Fig. 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 (0), y (6) und y (7) genau kodiert zu werden brauchen. Bei NTSC wird das Farbinformationssignal u(t) durch das Basisbild C₁(5) und v(t) durch C₁(7) völlig beschrieben, so daß nur die Koeffizienten y (0), 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 benutzen 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 = 4.

Statt des in Fig. 5 dargestellten Teilbildes B₁ kann bei PAL auch das in Fig. 18 dargestellte Teilbild B₂ genommen werden. Zu diesem Teilbild B₂ gehört das in Fig. 19 dargestellte System aus sechzehn orthogonalen Basisbildern. Ein Basisbild B₂(i) wird aus dem Basisbild B₁(i) abgeleitet. Dazu werden die Reihen von B₁(i) gegenüber einander derart verschoben, daß dieses Basisbild die Form des Teilbildes B₂ annimmt.

Ein Fernsehbild kann nun auf die Art und Weise, wie in Fig. 20 angegeben, in Teilbilder B₁ und in Teilbilder B₂ 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 Fig. 3 läßt sich nun ableiten, welcher der Beitrag von u(t) zu den jeweiligen Teilbildern ist. Dieser Beitrag ist in Fig. 21 auf schematische Weise dargestellt. Wird diese Fig. 21 mit den Fig. 7 und 19 verglichen, so stellt es sich heraus, daß dieser Beitrag durch das Basisbild B₁(6) oder das Basisbild B₂(7) völlig beschrieben wird.

Auf entsprechende Weise läßt sich aus Fig. 4 ableiten, welcher der Beitrag von v(t) zu den jeweiligen Teilbildern ist. Dieser Beitrag ist in Fig. 22 auf schematischen Weise dargestellt. Wird diese Fig. 22 mit den Fig. 7 und 19 verglichen, so stellt es sich heraus, daß dieser Beitrag durch das Basisbild B₁(7) oder durch das Basisbild B₂(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 B₂ umgewandelt wurde. In diesem Fall reicht es, die drei Koeffizienten y (0), y (6) und y (7) genau zu kodieren.

Bei NTSC kann auf entsprechende Weise verfahren werden. Dabei ist es nämlich möglich, außer dem in Fig. 14 definierten Teilbild C₁ eines oder mehrere der Teilbilder C₂, C₃, C₄ zu nehmen, die in Fig. 23 angegeben sind. Ein Fernsehbild kann nun auf die Art und Weise wie in Fig. 24 angegeben, in Teilbilder C₁, C₂, C₃ und C₄ 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 C₂ gehören durch C₂ ( . ) usw. Auch diese Basisbilder können aus den Basisbildern C₁ ( . ) abgeleitet werden, die in Fig. 15 angegeben sind. Ein Basisbild C _m(i) wird nun dadurch erhalten, daß die Reihen von C₁(i) derart gegenüber einander verschoben werden, daß C₁(i) die Form des Teilbildes C _m annimmt. Dabei ist m = 1, 2, 3, 4 und i = 0, 1, 2, ...15. Entsprechend dem obenstehenden läßt sich nun ableiten, daß der Beitrag von u(t) zu dem Teilbild C _m durch das Basisbild C _m (5) völlig beschrieben wird. Auch läßt sich ableiten, daß der Beitrag von v(t) zu dem Teilbild C₁ bzw. C₃ durch das Basisbild C₁(7) bzw. C₃(7) völlig beschrieben wird und daß dieser Beitrag von v(t) zu dem Teilbild C₂ bzw. C₄ durch das Basisbild C₂(6) bzw. C₄(6) völlig beschrieben wird. Bei NTSC muß also abwechselnd das System von Koeffizienten {y (0), y (5), y (7)} bzw. {y (0), y (5), y (6)} genau kodiert werden.

G. Detaillierte Ausführungsformen einiger Elemente. G(1). Die Transformationsanordnung.

In Fig. 25 ist die bevorzugte Ausführungsform der Transformationsanordnung 4 dargestellt. Sie ist dazu eingerichtet, das Fernsehbild in Teilbilder zu verteilen und zwar auf die Art und Weise, wie in Fig. 20 oder 24 angegeben ist. In dem obenstehend betrachteten Fall wird vorausgesetzt, daß P = Q = 4 ist. Diese Transformationsanordnung ist dazu mit einem Teilbild-bildenden Kreis 401 und einem Tranformationskreis 402 versehen. An den Eingang 403 des Kreises 401 ist eine Kaskadenschaltung aus Q -1 Verzögerungsleitungen 404 (1), 404 (2) und 404 (3) angeschlossen. Jede Verzögerungsleitung hat eine Verzögerungszeit von (R -P)/f _s Sekunden und weist R -P Videosignalabtastwerte auf. Dabei stellt R die Anzahl Videosignalabtastwerte eines Zeilensignals dar und entspricht R = j.P.Q. + (Q -1) P. = 16j + 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 406 angeschlossen. Jeder UND-Torschaltung werden zugleich P Steuerimpulse zugeführt.

Insbesondere werden zunächst der UND-Torschaltung 405 (3) vier Steuerimpulse zugeführt, dann der UND-Torschaltung 405 (2) vier Steuerimpulse und daraufhin der UND-Torschaltung 405 (1) vier Steuerimpulse und letzten Endes der UND-Torschaltung 405 (0) vier Steuerimpulse.

Diese Steuerimpulse werden von einem Modulo-16- Zähler 407 erzeugt, dem die Abtastimpulse S (1) zugeführt werden. An diesen Zähler ist ein Auskodierungsnetzwerk 408 angeschlossen mit vier Ausgängen 408 ( . ), die je an einen Eingang einer UND-Torschaltung 405 ( . ) angeschlossen sind. Dieses Auskodierungsnetzwerk 408 liefert nun an seinem Ausgang 408 (3), jeweils wenn der Zähler eine der Zählstellungen 1, 2, 3 oder 4 hat, eine logische "1". An dem Ausgang 408 (2) tritt eine logische "1" auf und zwar jeweils, wenn der Zähler eine der Zählstellungen 5, 6, 7 oder 8 hat. Bei den Zählstellungen 9, 10, 11, 12 tritt jeweils an dem Ausgang 408 (1) eine logische "1" auf, während an dem Ausgang 408 (0) jeweils eine logische "1" auftritt, wenn der Zähler eine der Zählstellungen 13, 14, 15 oder 16 hat.

An dem Ausgang der ODER-Torschaltung 406 treten nun nacheinander die Videosignalabtastwerte x(n) eines Teilbildes auf. Diese Videosignalabtastwerte werden dem Transformationskreis 402 zugeführt, der durch eine Kaskadenschaltung eines ersten Hilfstransformators 409, 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 Fig. 26 näher beschrieben. Es sei bemerkt, daß mit jedem dieser Hilfstransformatoren die 4 × 4 Hadamard-Matrix zusammenarbeitet, die in Fig. 8 dargestellt ist.

Der Speicher 410 kann durch einen RAM gebildet werden und dient zum Speichern der Signalabtastwerte w(m), die von dem Hilfstransformator 409 geliefert werden. Die Adressierung dieses Speichers 409 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 413 bzw. 414 gelieferte Adressenkode zugeführt. Diese Adressengeneratoren 413, 414 sind dazu über je eine UND- Torschaltung 415 bzw. 416 und eine ODER-Torschaltung 417 an den Eingang des Adressendekoders 412 angeschlossen. Jeder der UND-Torschaltungen 414 und 416 wird ein Steuersignal zugeführt, das von einer T-Flip-Flop-Schaltung 418 erzeugt wird, der die in der Fig. angegebenen Ausgangsimpulse des Aus-Kodierungsnetzwerkes 408 zugeführt werden. Die von dem Speicher 410 gelieferten Signalabtastwerte werden dem Hilfstransformator 411 zugeführt, der die Koeffizienten y(m) in Reihe und mit einer Geschwindigkeit f _s liefert.

In dieser Transformationsanordnung wird das Teilbild als eine 4 × 4 Matrix X betrachtet, die aus sechzehn Videosignalabtastwerten besteht. Diese Matrix X wird in dem Hilfstransformator 409 mit der 4 × 4-Hadamard-Matrix H₄ multipliziert, wodurch die 4 × 4 Matrix W erhalten wird mit den Elementen w(m), und zwar derart, daß gilt:

W = XH₄

Um nun wieder unter Anwendung von H₄ die gewünschten Koeffizienten y(m) zu erhalten, muß die Matrix W zunächst transponiert werden. Dies wird durch Verwendung des Speichers 410 und der beiden Adressengeneratoren 413 und 414 verwirklicht unter deren Ansteuerung W reihenweise in den Speicher 410 eingeschrieben und wieder spaltenweise ausgelesen wird. Wenn die transponierte Matrix W ^T mit H₄ multipliziert wird, wird eine 4 × 4 Matrix Y erhalten und zwar derart, daß:

Y = W ^TH₄ ist,

deren Elemente die gesuchten Koeffizienten sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Hilfstransformators ist in Fig. 26 dargestellt. Mit deisem Hilfstransformator arbeitet die obengenannte Hadamard-Matrix H₄ 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 Fig. angegebene Art und Weise mittels einer Inverterschaltung 426 ( . ), UND-Torschaltungen 427 ( . ), 428 ( . ), 429 ( . ) und 430 ( . ) und ODER-Torschaltungen 431 ( . ) und 432 ( . ) an Eingänge einer Addieranordnung 433 ( . ) angeschlossen. Den UND-Torschaltungen 427 ( . ), 428 ( . ), 429 ( . ) 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 H₄ verwirklicht werden muß, weist die Hilfstransformationsanordnung zwei Hilfskreise 421 (1) und 421 (2) auf, und die Verzögerungszeit der Verzögerungselemente 424 (2), 425 (1), 435 (1) entspricht T = 1/f _s 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 Teilungsfaktor vier und wird durch eine Kaskadenschaltung zweier T-Flip-Flop-Schaltungen gebildet.

Wenn eine Hadamard-Transformationsmatrix H₈ verwirklicht 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 4T entspricht. Die Teilerschaltung 434 (3) muß dann einen Teilungsfaktor 8 aufweisen und kann durch einen Kaskadenschaltung dreier T-Flip-Flop-Schaltungen gebildet werden.

G(2). Die Hilfskodieranordnung mit veränderlicher Wortlänge.

In Fig. 27 ist ein Ausführungsbeispiel der Hilfskodieranordnung 5 mit veränderlicher Wortlänge dargestellt. Diese ist mit dem bereits genannte Eingang 501 versehen, dem Größen b(j) zugeführt werden, die untenstehend als Bitzuordnungselemente bezeichnet werden. Weiterhin weist die Anordnung einen Eingang 502 auf, dem die Koeffizienten zugeführt werden und einen Ausgang 503, an dem die Kodeworte z(m) auftreten. An den Eingang 502 sind eine Anzahl, in diesem Fall zehn, Hilfskodieranordnungen 504 (1), 504 (2), ...504 (10) angeschlossen, die in diesem Fall beispielsweise 1, 2, 3, ...bzw. 10-Bits-Kodeworte liefern. Die Ausgänge dieser Hilfskodieranordnungen sind über UND-Torschaltungen 505 ( . ) und eine ODER-Torschaltung 506 an den Ausgang 503 angeschlossen. Diese Anordnung 5 ist weiterhin mit einem Speicher 507 versehen, in dem die Bitzuordnungselemente b(j) vorübergehend gespeichert werden. An diesen Speicher ist ein Auskodierungsnetzwerk 508 angeschlossen, das zehn Ausgänge 509 ( . ) hat. Jeder dieser Ausgänge ist an einen Eingang einer UND-Torschaltung 504 ( . ) angeschlossen. Wird nun in den Speicher 507 ein Element b(j) eingeschrieben, so wird an einem bestimmten Ausgang 509 (i) des Auskodierungsnetzwerkes 508 ein Impuls abgegeben. Dieser Impuls wird der mit diesem Ausgang verbundenen UND-Torschaltung 505 (i) zugeführt, wodurch das von der Hilfskodieranordnung 504 (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 Hilfskodieranordnung 504 (i) darstellen wird, 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 zwischen z(m) und y(m) ein linearer Zusammenhang sein kann; auch ein nicht-linearer Zusammenhang ist jedoch möglich.

Weil in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Koeffizienten y(m) bereits in digitaler Form verfügbar sind, werden die Hilfskodieranordnungen 504 ( . ) je vorzugsweise als Speicher, beispielsweise als ROM, ausgebildet, der durch die Koeffizienten y(m) adressiert wird.

Um, wie obenstehend vorausgesetzt wurde, die Bitzuordnungselemente b(j) nacheinander auftreten zu lassen, wird der Bitzuordnungsspeicher 6 vorzugsweise als Umlaufschieberegister ausgebildet. Ein schematisches Ausführungsbeispiel davon ist in Fig. 28 gegeben. Es enthält ein Schieberegister 601 mit insgesamt 16 Schieberegisterelementen 601 (j), die je zum Speichern eines Bitzuordnungselements b(j) eingerichtet sind. Von diesem Register wird der Inhalt durch die Impulse S (1) weitergeschoben. Der Ausgang 602 dieses Schieberegisters ist mit dem Eingang 501 der Hilfskodieranordnung 5 mit veränderlicher Wortlänge verbunden. Zum Verwirklichen des Umlaufcharakters ist der Ausgang 602 zugleich mit dem Schieberegistereingang 603 verbunden.

Wie im Abschnitt F (4) beschrieben wurde, muß im Falle von NTSC abwechselnd das System von Koeffizienten {y (0), y (5), y (7)} und {y (0), y (5), y (6)} genau kodiert werden. Dies kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß der Bitzuordnungsspeicher 6 mit Hilfe zweier Umlaufschieberegister aufgebaut wird. Dies ist in Fig. 29 auf schematische Weise angegeben. Der dort dargestellte Bitzuordnungsspeicher weist die zwei Umlaufschieberegister 601 und 601′ auf, die je von dem Typ sind, der in Fig. 28 dargestellt ist. Diese Umlaufschieberegister sind je mit ihrem Ausgang 602 bzw. 602′ an einen Eingang einer Schaltungsanordnung 604 angeschlossen, die in der Fig. nur auf symbolische Weise dargestellt ist und durch Steuerimpulse S (2) gesteuert wird. Der Ausgang 605 dieser Schaltungsanordnung ist mit dem Eingang 501 der Hilfskodieranordnung 5 mit veränderlicher Wortlänge verbunden. In dem Register 601 sind nun u. a. die Bitzuordnungselemente b(j), die jedem der Koeffizienten y (0), y (5), y (7) relativ viel Bits zuordnen, gespeichert, während in dem Register 601′ u. a. diejenigen Bitzuordnungselemente gespeichert sind, die den Koeffizienten y (0), 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 Fig. 30 dargestellte Steuerkreis benutzt werden. Dabei ist vorausgesetzt daß i = 284 ist, so daß 4 f _sc = 1135 f₁ ist und daß von jedem Zeilensignal, das 64 Mikrosekunden dauert, insgesamt 556 Abtastwerte notwendig sind. Dieser Steuerkreis ist mit einem Taktimpulsoszillator 701 versehen, der Ausgangsimpulse mit einer Geschwindigkeit von f _sc liefert und auf bekannte und übliche Weise (beispielsweise mit Hilfe einer phasenverriegelten Schleife) zu dem Farbhilfsträger, der die Farbhilfsträgerfrequenz f _sc aufweist, synchron ist. Die Ausgangsimpulse dieses Oszillators 701 werden einer Kaskadenschaltung zweier Frequenzmultiplizierer 702 und 703 zugeführt, die je einen Multiplizierfaktor zwei aufweisen. Die Taktimpulse, die von den Multiplizierern 703 geliefert wurden und mit einer Geschwindigkeit von 4 f _sc auftreten, werden einem Modulo-1135-Zähler 704 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 704 eine der Zählstellungen 1 bis 23 hat, und a(t) hat den logischen Wert "1", solange dieser Zähler 704 eine der Zählstellungen 24 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 _sc auftreten, einem UND-Tor 706 zugeführt, an dessen Ausgang die Abtastimpulse s (1) 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 Fig. 31 dargestellte Steuerkreis benutzt werden. Dabei wird vorausgesetzt, daß i = 228 ist, so daß 4 f _sc = 910 f₁ ist und daß von jedem Zeilensignal insgesamt 444 Abtastwerte notwendig sind. Dieser Steuerkreis ist ebenfalls mit einem Taktimpulsoszillator 701 versehen, der Ausgangsimpulse mit einer Geschwindigkeit von f _sc liefert und der wieder auf bekannte und übliche Weise zu dem Farbhilfsträger synchron gehalten wird. Die Ausgangsimpulse dieses Taktimpulsoszillators werden einer Kaskadenschaltung zweier Frequenzmultiplizierer 702 und 703 zugeführt, die je einen Multiplizierfaktor zwei aufweisen. Die Taktimpulse, die von dem Multiplizierer 703 geliefert werden und mit der Frequenz 4 f _sc auftreten, werden einem Modulo-910-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 1 bis 22 hat, und c(t) hat den logischen Wert "1", solange dieser Zähler 707 eine der Zählstellungen 23 bis einschließlich 910 hat. Das Signal d(t) hat den logischenWert "1" nur wenn der Zähler die Zählstellung 910 aufweist. Dieses Signal d(t), in dem also die Impulse auftreten mit einer Geschwindigkeit f₁, wird nun über zwei Frequenzteiler 709 und 710 einem Exklusiv-ODER-Tor 711 zugeführt, dem auch die Ausgangsimpulse des Multiplizierers 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 f₁/2. Die letztgenannten Impulse bilden die Steuerimpulse S (2), die der Schaltungsanordnung 604 des in Fig. 29 dargestellten Bitzuordnungsspeichers 6 zugeführt werden. Die Ausgangsimpulse des Exklusiv-ODER-Tores 711 werden zusammen mit dem Signal c (1) einem UND-Tor 712 zugeführt, das die Abtastimpulse S (1) liefert.

G(4). Eine alternative Transformationsanordnung.

In Fig. 25 ist ein Ausführungsbeispiel einer Transformationsanordnung dargestellt, wobei der Teilbildbildende Kreis 401 eine Anzahl (in diesem Fall drei) Verzögerungsleitungen aufweist. Dieser Kreis 401 eignet sich durchaus dazu, das Fernsehbild auf die Art und Weise, wie in Fig. 20 oder in Fig. 24 dargestellt in Teilbilder aufzuteilen, die unterschiedliche Formen haben. Wenn jedoch das Fernsehbild auf die Art und Weise wie in Fig. 2 oder in Fig. 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 Fig. 32 angegeben ist. Dieser Kreis ist mit zwei Speichern 436 (1) und 436 (2) versehen, die je als RAM (Random acces memory = Speicher mit beliebigem Zugriff) ausgebildet sind, und abwechselnd benutzt werden. In einen derartigen Speicher 436 (.) werden die Videosignalabtastwerte von vier aufeinanderfolgenden Zeilensignalen nacheinander eingeschrieben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, daß jedes Zeilensignal aus 556 Videosignalabtastwerten besteht. Die 556 Signalabtastwerte des ersten Zeilensignals der gemeinten vier aufeinanderfolgenden Zeilensignale werden an denjenigen Speicherstellen gespeichert, die die Nummern 1, 2, 3, ... bzw. 556 aufweisen. Die 556 Signalabtastwerte des zweiten Zeilensignals werden an den Speicherstellen mit den Nummern 557, 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 4 × 4 Signalabtastwerten ausgelesen. Dies bedeutet, daß an dem Ausgang dieses Speichers zunächst nacheinander diejenigen Videosignalabtastwerte erscheinen, die an denjenigen Speicherstellen gespeichert sind, die die Nummern 1, 2, 3, 4, 557, 558, 559, 560, 1113, 1114, 1115, 1116, 1669, 1670, 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, 564, 1117, 1118, 1119, 1120, 1673, 1674, 1675 bzw. 1676. Auf entsprechende Weise wird daraufhin ein dritter, ein vierter usw. Block ausgelesen. Die an dem Ausgang dieses Speichers 446 ( . ) erscheinenden Videosignalabtastwerte werden über eine UND-Torschaltung 437 ( . ) der ODER-Torschaltung 406 zugeführt, deren Ausgang mit dem Eingang des Transformationskreises 402 verbunden ist (siehe Fig. 25).

Um die Speicher 436 ( . ) auf die obengenannte Art und Weise funktionieren zu lassen, ist jeder dieser Speicher mit einem Adressendekoder 438 ( . ) versehen, die je die Adressenkodes D ( . ) sowie ein Lese-Schreibsignal F ( . , t) erhalten. Dabei gilt, daß F (2, t) die logische invertierte Version von F (1, 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 440, dem die Abtastimpulse S (1) zugeführt werden und dessen Zählstellungen als Adressenkodes AD (0) benutzt werden. Diese Adressenkodes AD (0) werden einem ROM 441 zugeführt, der die Adressenkodes AD (1) liefert. Der Zusammenhang zwischen AD (0) und AD (1) ist in Fig. 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 433 (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 (1, t) an dem Ausgang liefert. Diese Signale F (1, 2) und F (2, t) sowie die Adressenkodes AD (0) und AD (1) werden auf die in der Figur angegebene Art und Weise UND- Torschaltungen 444 ( . ) zugeführt, deren Ausgänge mit Eingängen von ODER-Torschaltungen 445 (1) und 445 (2) verbunden sind, die die jeweiligen Adressenkodes D (1) und D (2) liefern. Insbesondere gilt, daß wenn F (1, t) den logischen Wert "0" hat, daß dann D(t) = AD (0) ist und daß D (2) = AD (1) ist. Hat dagegen F (1, t) den logischen Wert "1", so gilt, daß D (1) = AD (1) ist und daß D (2) = AD (0) ist.

H. Schlußbemerkungen.

I. In Fig. 25 ist auf schematische Weise angegeben, wie der Transformationskreis vorzugsweise mit Hilfe zweier Hilfstransformatoren aufgebaut wird, mit denen je die 4 × 4- Hadamard-Matrix aus Fig. 8 zusammenarbeitet. Dieser Transformationskreis kann jedoch auch auf die Art und Weise aufgebaut werden, wie diese im Bezugsmaterial 5 beschrieben worden ist. Dabei werden die Videosignalabtastwerte x(n) eines Teilbildes, die von dem Teilbild-bildenden Kreis 401 sequentiell geliefert werden, entsprechend dem Ausdruck (1) als die Elemente eines Spaltenvektors X′ betrachtet. Auf entsprechende Weise werden die von dem Transformationskreis 402 gelieferten Koeffizienten y(m) als die Elemente eines Spaltenvektors Y′ betrachtet und der Zusammenhang zwischen den Vektoren X′ und Y′ wird beispielsweise durch die in Fig. 34 dargestellte 16 × 16-Hadamard-Matrix H₁₆ gegeben, so daß gilt:

Y′ = H₁₆X′

II. In der bewährten bevorzugten Ausführungsform der Kodieranordnung war N entsprechend 16 gewählt worden. Die Anzahl Bits, in denen die Koeffizienten y(m) kodiert werden, ist in der Tabelle in Fig. 35 angegeben. Insbesondere ist in dieser Figur in der Spalte m die Rangnummer des Koeffizienten y(m) angegeben und in der Spalte {y(m)} 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 Fig. 20 angegeben, in Teilbilder aufgeteilt wurde.

III. Obenstehend wurde davon ausgegangen, daß jeder Koeffizient ständig mit derselben Anzahl Bits kodiert wird. Eine derartige Kodierungsmethode heißt "nicht-adaptiv". Es sei hier jedoch erwähnt, daß auch eine sogenannte "adaptive Kodierungsmethode" benutzt werden kann, beispielsweise eine der Methoden, die in dem Bezugsmaterial 4 beschrieben sind, aber vorzugsweise wird die Methode benutzt, die in der niederländischen Patentanmeldung 80 03 873 beschrieben worden ist, die mit der DE-OS 31 24 653 korrespondiert.

Claims (2)

1. Verfahren 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 Farbhilfeträgerfrequenz f _fc aufmoduliertes Farbdifferenzsignal gebildet werden, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• a. das Abtasten des Farbvideosignals mit einer Abtastfrequenz f _s, die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f _sc entspricht und zu Zeitpunkten, die mit den Phasenpunkten ± + M π des Farbinformationssignals u(t) in dem 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 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 Farbinformationssignals u(t) und v(t) bestehen, die je durch ein einem Hilfsträger mit Farbhilfsträgerfrequenz f _sc aufmoduliertes Farbdifferenzsignal gebildet werden mit:

• a. Mitteln zum Abtasten des Farbvideosignals mit einer Abtastfrequenz f _s, die der doppelten Farbhilfsträgerfrequenz f _sc entspricht und zu Zeitpunkten, die mit den Phasenpunkten ± + M π 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 +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. Mitteln zum Umwandeln eines Koeffizienten y(m) in ein Kodewort z(m), das eine diesem Koeffizienten zugeordnete Anzahl Bits aufweist.