DE3234243A1 - Video-aufzeichnung mittels frequenzmodulation von luminanz- und multiplex-chrominanzkomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Farbfernsehsignalen und insbesondere eine Schaltung zui" Verarbeitung der Farbdifferenzsignale, die eine hohe Bildqualität sicherstellt.

Während gegenwärtig unterschiedliche Arten von Aufzeichnungsmedien zur Aufzeichnung von Farbfernsehsignalen erhältlich sind, ist der nutzbare Durchlaßbereich bzw. das nutzbare Durchlaßband durch eine Vielzahl von Faktoren begrenzt, zu denen die Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums und die Leistung des Wandlers, mit dem das Signal aufgezeichnet und wiedergegeben wird, gehören. Bisher wurde eine Vielzahl von Versuchen zur optimalen Nutzung des begrenzten Durchlaßbandes zur Aufzeichnung von Farbfernsehsignalen unternommen, die eine große Menge an Information, wie beispielsweise Luininanz- und Chrominanz-Signalkomponenten, enthalten.

Die Frequenz-Bandbreite herkömmlicher Heim-Videobandauf-ZOichnungsgeräte ist gegenwärtig auf einen Wert von etwa 6 MHz begrenzt, der durch den Kopfspalt und die Bandgeschwindigkeit relativ zum Kopfspalt vorgegeben ist. Gemäß einem herkömmlichen Aufzeichnungsformat werden die Farbdifferenzkomponenten in einen unteren Frequenzbereich des 6-MHz-Bandes umgesetzt und die Luminanzkomponente auf einen 3,9-MHz-Träger frequenzaufmoduliert, so daß das untere Seitenband der modulierten Luminanz im Bereich von 1,4 MHz bis 3,9 MHz liegt. Wird ein Videoband kopiert, so wird das vom Hand wiedergegebene Signal vor dessen Aufzeichnung auf ein zweites Band zur Vermeidung von Rauschen auf einen ausreichenden Pegel verstärkt. Das wiedergegebene Signal muß jedoch unter Verwendung von Filtern zur linearen Verstärkung des Chrominanz signals und zur nicht 1inearen Verstärkung

der frequenzmodulierten Luminanzkomponenle auf einen vorgegebenen Sättigungspegel getrennt werden.

Ein Nachteil des herkömmlichen Systems ist darin zu .sehen, daß derzeit Trennfilter mit idealen Dur chiaßbereich-Charakteristiken nicht erhältlich sind, so daß das überschriebene Signal nicht genau dem ursprünglichen Signal entspricht.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des herkömmlichen Systems durch ein derartiges Frequenzmultipi exen der Farbdifferenzkomponenten, daß sich die Energie jeder Farbdifferenzkomponente bei Frequenzen konzentriert, die mit den Frequenzen, bei denen die Energie der anderen FarbdifJerenzkomponente konzentriert ist, verschachtelt sind, und durch eine Frequenzmodulation des MuI tij> 1 ex-Signal s (multiplexed signal). Die Luminanz-Komponente v.ird ebenfalls frequenzmoduliert und einem ersten Wandler zugeführt, während das frequenzmodulierte Multiplex-Farbdifferenzsignal einem zweiten Wandler zugeführt wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung besitzt jedes der frequenzmodulierten Signale eine Energieverteilung, die sich im wesentlichen über den ganzen Frequenzbereich des Spektrums erstreckt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Video-Aufzeichnungssystem zur Aufzeichnung eines Farbfernsehsignal s m i L einer I.uini η anz kuiiipo nc η L e und Kar bd i I [ vrenzkomponenten auf einem Aufzeichnungsmedium geschaffen, das folgende Teile umfaßt:

MuI tiplexer-Einrichtungen zum Frequenzmultipi exen der Farbdifferenzkomponenten, so daß die Energie jeder der

Farbdifferenzkomponenten bei Frequenzen konzentriert ist, die mit den Frequenzen, bei denen die Energie der anderen Farbdifferenzkomponente konzentriert ist, verschachtelt sind, eine erste Frequenzmodulator-Einrichtung zur Modulierung der Luminanzkomponente, um einen Ausgang bzw. ein Ausgangs signal mit oberen und unteren Seitonbändern zu schaffen, die sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes des Aufzeichnungssystems erstrecken, eine zweite Frequenzmodulator-Einrichtung zur Modulierung der MuItiplex-Farbdifferenzkomponenten (in u·] t i p'l exod color difference components), um einen Ausgang bzw. ein Ausgangs signal mit oberen und unteren Seitenbändern zu schaffen, die sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes erstrecken, und erste und zweite Wandler, die jeweils mit der ersten bzw. zweiten Frequenzmodulator-Einrichtung verbunden und dem Aufzeichnungsmedium zugeordnet sind.

Die Erfindung schafft ferner ein Video-Aufzeichnungs- und Wi edergabesystem zur Aufzeichnung eines Farbfernsehsignals mit einer Luminanzkomponente und Farbdifferenzkomponenten auf einem Aufzeichnungsmedium und zur Wiedergabe des aufgezeichneten Signals, das folgende Teile umfaßt:

Eine MuItiplexer-Einrichtung zum Frequenzmultiplexen der Farbdifferenzkomponenten in der Weise, daß die Energie jeder der Farbdifferenzkomponenten bei Frequenzen konzentriert ist, die mit den Frequenzen, bei denen die Energie der anderen Farbdifferenzkomponente konzentriert ist, verschachtelt sind, eine erste Frequenzmodulator-Einrichtung zur Modulierurig der Luminanzkomponente, um einen Ausgang bzw. ein Ausganjjssignal mit oberen und unteren Seitenbändern zu schaffen, die sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durch-

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laßbandes des Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems erstrecken, eine zweite Frequenzmodulator-Einrichtung zur Modulierung der MuItiplex-Farbdifferenzkomponenten, um einen Ausgang bzw. ein Ausgangs signal mit oberen und unteren Seitenbändern zu schaffen, die sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes erstrecken, dem Aufzeichnungsmedium zugeordnete erste und zweite Wandler, erste und zweite Frequenz-Demodulat'or-Einrichtungen, Schaltereinrichtungen zur selektiven Verbindung der Ausgänge der ersten und zweiten Frequenzmodulator—Einrichtungen mit dem ersten bzw. dem zweiten Wandler, wenn das System im Aufzeichnungsmodus betrieben wird, und zur Verbindung der Eingänge der ersten und zweiten Frequenz—Demodulator-Einrichtungen mit dem ersten bzw. dem zweiten Wandler, wenn das System im Wiedergabemodus betrieben wird, und Demultiplexer-Einrichtungen zum Demultipi exen des Ausgangssignals der zweiten Frequenz-DemodulaLor-Einrichtung, um die ursprünglichen Farbdi f f erenzkoinponen t. en wiederzugewinnen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figuren 2a und 2b Darstellungen der Eiiergi pverlei 1 un;; der frequenzmodulierten Lumina η ζ - und Ch romi n.inz-Signalkomponenten,

K i )> ii r 3 »'in WpI lenf ornid i agramm rait Wellenform en

von Farbdifferenzkomponenten vor deren Bündelung nach dem Frequenzmultiplexverfahren,

Figur 4 eine Darstellung einer Fourier-Analyse der Multiplex-Farbdifferenzkomponenten,

Figur 5 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmusters ,

Figur 6 ein Blockdiagramm eines typischen Kammfilters, und

Figur 7 eine Darstellung der Charakteristiken des Kammfilters nach Fig. 6.

Nach Fig. 1 wird ein eine Luminanzkomponente Y und Farbdifferenzkomponenten R-Y und B-Y umfassendes Farbfernsehsignal in üblicher Weise durch eine Quelle 1 erzeugt.

Die Luminanzkomponente Y wird über einen Verstärker 2 einem Frequenzinodul ator 3 zugeführt, wo sie auf einen 3,9 MHz-Träger derart aufmoduliert wird, daß das Weiß-Maximum und die Synchronisierungsspitze (sync tip) 4,4 MHz bzw. 3,4 MHz entsprechen und die oberen und unteren Seitenbänder sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes (1 e κ S y .·! I e in κ iTstn-cken, wie dies in Fig. 2 a- gezeigt ist.

Die Farbdi f f erenzkomponenten R-Y. und B-Y werden über Verstärker 10 und 11 einem Frequenzmultiplexer 12 zugeführt. Dieser Multiplexer umfaßt einen Addierer 12a, einen Inverter 12b und pinen elektronischen Analogschalter 12c. Die

verstärkte R-Y-Komponente wird einem Eingang des Addierers 12a und die verstärkte B-Y-Komponente dem Kontakt A des Schalters 12c sowie dem Eingang des Inverters 12b zugeführt, wobei der Ausgang des Inverters mit dein Kontakt B des Schalters 12c verbunden ist, während der bewerte KuntakL des Schalters 12c mit einem anderen Eingang des Addier or κ 12a verbunden ist. Der Schalter 12c wird in Abhängigkeit von einem von einer Synchronisierquelle 13 gelieferten Zeilen-Synchronisierimpuls betrieben, so daß die Polarität der dem· Addierer 12a zugeführten B-Y-Komponente während eines abwechselnd auftretenden Zeilenabt astintervalls invertiert wird (siehe Fig. 3c).

Die beiden Farbdifferenzkomponenten werden in dem Addierer 12a kombiniert und einem Frequenzmodulator 14 zugeführt. Da die Farbdifferenzsignale auf benachbarten Horizontallinien bekanntlich bezüglich des Informationsgehalts einen hohen Grad an Übereinstimmung aufweisen, neigt das Au slangssignal des Schalters 12c dazu, sich bei zwei Zei1enabtastintervallen wie in Fig. 3c gezeigt, zu wiederholen und ist daher nach einer Zeitfunktion veränderlich, die durch f(t+H) = -f (t) gegeben ist, wobei t die Zeit und H das Zeilenabtastinterval1 ist. Daher zeigt eine Fourier-Analyse der Chrominanzkomponenten auf, daß die Energie der R-Y-Komponente bei Frequenzen konzentriert ist, die mit Abstand bei ganzzahligen Vielfachen der Horizontallinien- bzw. Zei]enfrequ niz auftreten, und die Energie des B-Y-S igna Iy bei Frequenzen konzentriert ist, die mit Abstand bei ungeradzahl igen Vie1 I ac hen der Hälfte der Zeilenfrequenz auftreten. Somit ist das R-Y-Signal frequenzmäßig mit dem B-Y-Signal wie in Fig. A durch durchgehende bzw. gestrichelte Linien gezeigt, verschachtelt. Die verschachtelten Farbdifferenzkomponenten werden zur Modulierung auf einem 3-MHz-Träger einem Frequenzmodulator zugeführt, worauf die' modulierten Farbdifferenzkomponent en durch einen Verstärker 15 verstärkt werden. Wie in Fig. 2b

gezeigt ist, besitzt das frequenzmodulier te, verschachtelte Signal eine Energieverteilung, die sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Frqquenzspektrums des Durchlaßbandes erstreckt.

Das System umfaßt zwei gekoppelte Schalter 5 und 6 zur Verbindung der Ausgänge der Frequenzmodulatoren 3'und 14 mit den Wand 1erköpfen 7 und 8, wenn das System in einem Aufzeichnung s m ο d u s betrieben wird.

Die Luminanz- und Farbdifferenzkomponenten werden jeweils auf schräg verlaufenden, benachbarten Spuren 7T und 8T wie in Fig. 5 gezeigt aufgezeichnet. Auf diese Weise wird das Durchlaßband des Systems durch das aufgezeichnete Farbfernsehsignal in vollem Umfang ausgenutzt.

Bei in den Wiedergabemodus umgeschaltetem System sind die Schalter 5 und 6 zur Verbindung der Wandler 7 und 8 mit dem W i ed er p,;i bet ei 1 des Systems umgeschaltet. Die durch den Kopf erfaßte hum inanzkoinponent e wird über einen Vorverstärker 16 einem Frequenzmodulator 17 zur Wiedergewinnung des ursprünglichen Lurn i nanz s igna 1 s zugeführt, das dann über einen Verstärker )8 einem Eingang eines Addierers 26 zugeführt wird.

Die aufgezeichneten Farbdifferenzkomponenten werden vom Kopf 8 erfaßt und über einen Vorverstärker 19 einem Frequenzdemodulator 20 zur Wiedergewinnung der Frequenzmultipi ex-Chrominanzkomponenten zugeführt und dann einem Frequenzdemultiplexer 2 1 zugeführt, dessen Funktion zur Funktion des Multiplexers 12 invers ist. Dieser Demultiplexer umfaßt ein Ka mint" i I. t er 21a, einen Inverter 2 1b und einen elektronischen AiKi 1 ο).·, «dm 1 I c" r 2 1 c . Wie aus F i <> . 6 zu ersehen ist, umfaßt das K. ι in in 1 i J l e r 2 I a einen 1 - Z e i 1 e η - V e r .'. ü y, e r u 11 g s s c h a 1 t k r e i s 100, dessen Eingang mit dem Frequenzdemodu1 a tor 20 verbunden ist,

einen Addierer 101 und einen Subtrahierer 102, von denen jeweils ein erster Eingang mit dem Ausgang des 1-Zeilen-Ver.zögerungsscha 1 tkreises 100 und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Frequ enzdemodulator s 20 verbunden ist. Die. verzögerten und nicht verzögerten B-Y-Komponenten weisen entgegengesetzte Polaritäten auf und werden im Addierer 101 zu Null, während die verzögerten und nicht ν er v, öj; e r t en R-Y-Komponenten gleiche Polaritäten aufweisen und zur Ktzeugung eines Ausgangssignals addiert werden. Andererseits werden im Subtrahierer 102 die verzögerten und nicht verzögerten R-Y-Komponenten gleicher Polarität zu Null, während die verzögerten und nicht verzögerten B-Y-Komponenten entgegengesetzter Polarität zur Erzeugung eines Ausgangssignals addiert werden. Somit liefert der Addierer 101 eine R-Y-Komponente, die dem einem Eingang des Addierers 12a des Multiplexers 12 zugeführten Signal entspricht, während der Subtrahierer 102 eine Folge von B-Y-Komponenten liefert, deren Polarität sich mit jeder Zeilenabtastung ändert und die dem dem anderen Eingang des Addierers 12a zugeführten Signal entsprechen. In Fig. 7 sind die Durchlaßber e i ch-Cha r ak t e. r i .h t i ken des Kammfilters 21 dargestellt, wobei mit den durchgehenden Kurven die vom Addierer 101 gelieferte R-Y-Komponente und mit den gestrichelt gezeichneten Kurven die vom Subtrahierer gelieferte +(B-Y)-Komponente angegeben ist.

Die R-Y-Koinponente vom Kammfilter 21a wird über einen Verstärker 22 einer herkömmlichen Chrominanz-Kodiereinrich Lung 2S und die rir(B-Y)-Komponente dem Inverter 21b zugeführt, wo deren Polarität umgekehrt wird. Der Schalter 21c wird in Abhängigkeit vom von der Quelle 13 gelieferten Zeilen-Synchronisi erimpuls betrieben, um den Eingang und den Ausgang des Inverters 21b abwechselnd mit einem Verstärker 'Ik zu verbinden und ein Ausgaiij^isignal mit derselben I'o 1 a t i 1 ;i I zur Beaufschlagung der Chrom i nanz-Kod i er e i η r i c: h t u η \\ 2'> v.w schaffen.

Das Ausgangssignal der Chrominanz-Kodiereinrichtung 25 wird im Addierer 26 mit dem Luminanzsignal und Synchronisierimpulsen zur Erzeugung eines zusammengesetzten Farbfernsehsignals, das einer Ausgangsklemme 27 zugeführt wird, kombiniert.

Wird das Videoband 9 überspielt bzw. kopiert, so können die zu überschreibenden bzw. zu kopierenden Signale von den Ausgängen der Verstärker 16 und 19 erhalten werden.

Die Erfindung kann nicht nur bei einem Videoband-Aufzeichnungsgerät, sondern in gleicher Weise beispielsweise auch bei optischen Aufzeichnungssystemen und Kapazitätsplatten (capacitance disc)-Aufzeichnungssystemen angewandt werden.

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Claims (4)

1. Patentansprüche :

   (\J Video-Auf zei chnungssys tem zur Aufzeichnung eines eine.· Lumi ii.-inzkomponente und Farb-Differenzkomponenten aufweisenden Farbfernsehsignals auf einem Aufzeichnungsmedium, mit einem ersten Frequenzmodulator zur Modulierung der Luminanzkomponente und einem ersten, mit dem ersten Frequenzmodulator verbundenen Wandler zur Aufzeichnung der frequenzmodulierten Luminanzkomponente auf einer ersten Spur des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplexer (12) zur Frequenzmultiplex-Bündelung (multiplexing in frequency) der Farbdifferenzkomponenten vorgesehen ist, so daß die Ii η νΐ\\ i c·- konzentration jeder der Farbdifferenzkomponenten bei Frequenzen auftritt, die mit den Frequenzen, bei denen die Encrgiekonzentration der anderen Farbdifferenzkomponente auftritt, verschachtelt sind, daß sich die oberen und unteren Seitenbänder der frequenzmodulierten Luminanzkomponenten im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes des Aufzeichnung;;-

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   systems erstrecken, daß ein zweiter Frequenzmodulator (14) zur Modulierung der gebündelten bzw. verschachtelten (mu1tiρ 1exed)Farbdifferenzkomponenten vorgesehen ist, der ein Ausgangs signal mit sich im wesentlichen über den ganzen Bereich des Durchlaßbandes erstreckenden oberen und unteren Seitenbändern liefert, und daß ein zweiter Wandler (8) mit dem Ausgang des zweiten Frequenzmodulators (14) verbunden ist, um die frequenzmodulierten Farbdifferenzkomponenten auf einer der ersten Spur benachbarten zweiten Spur des Mediums aufzuzeichnen.
2. 2. Video-Aufzeichnungssys tem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer Einrichtungen (12b, 12c) zum Invertieren der Polarität einer der Farbdifferenzkomponenten während eines abwechselnd auftretenden Zei1enabtastinterval1s und eine Einrichtung (12a) umfaßt, um die invertierte Farbdifferenzkomponente mit der anderen Farbdifferenzkomponente zu kombinieren.
3. 3. Video-Wiedergabesystem zur Wiedergabe des nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 auf ein Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Signals, mit einem ersten Frequenz-Demodulator zur Demodulierung der frequenzmodulierten Luminanzkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Frequenzdemodulator (20) zur Demodulierung der frequenzmodulierten Farbdifferenzkomponenten vorgesehen ist und daß ein Demultiplexer (21) zum Demultiplexen der demodulierten Farbdifferenzkomponenten vorgesehen ist, um die ursprünglichen Farbdifferenzkomponenten wiederzugewinnen.
4. 4. Vi deo-Au f ?. ei chnunp.s- und -Wiedergabesystem nach Anspruch 3, dadurch g e k ο η η ζ e i c h η e t, daß der Demultiplexer

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   ein mit dem zweiten Demodulator (20) verbundenes Kammfilter (21a) zur Aufspaltung dessen Ausgangs signals in Farbdifferenz komponenten sowie Einrichtungen (21b, 2 1c) umfaßt, um die Polarität einer der Farbdifferenzkomponenlcn während eines abwechselnd auftretenden '/eilcnabtastintcrvnl Is zu invertieren.