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Digitales Farbfernsehübertragungssystem
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mit geschlossener Codierung.
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Die Erfindung betrifft ein digitales Farbfernsehübertragungssystem
mit geschlossener Codierung des FBAS-Signals, mit einem sendeseitigen Codierer und
einem empfangsseitigen Decodierer. Ein derartiges System ist bekannt aus R. M. Dorward:
"Aspect of the Quantisation Noise Associated with the digital Coding of Colour-Television
Signals", Electronic Letters 197O, Vol. 6, No. 1. In dieser Arbeit ist darauf hingewiesen,
daß bei einem digitalen Farbfernsehübertragungssystem mit geschlossener Codierung
sich das Quantisierungsrauschen nicht gleichmäßig über das Spektrum verteilt, sondern
auf bestimmte diskrete Frequenzen konzentriert ist und daß dies die Ursache für
sichtbare Störmuster im empfangenen Farbfernsehbild ist. Zur Maskierung dieser Störmuster
wird dort vorgeschlagen, entweder die Abtastfrequenz mit der Farbträgerfrequenz
zu verkoppeln oder die Anzahl der Quantisierungsstufen zu erhöhen, beispielsweise
auf 10 Bits pro Abtastwert. Diese Lösungsvorschläge sind nicht akzeptierbar bei
einem digitalen Farbfernsehübertragungssystem, bei dem die Abtastfrequenz und die
Anzahl der Bits pro Abtastwert durch die für die übertragungsstrecke vorgeschriebene
Bitrate vorgegeben ist.
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Es -ist daher die Aufgabe der Erfindung1 ein digitales Farbfernsehübertragungssystem
mit geschlossener Codierung des FBAS-Signals anzugeben, bei dem sichtbare Störmuster
im empfangenen Farbfernsehbild mit anderen als den bekannten Mitteln vermieden werden.
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Die Aufgabe wird wie in Patentanspruch 1 angegeben gelöst.
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Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen digitalen
Farbfernsehübertragungssystem und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der vom Rechteckoszillator
erzeugten alternierenden Gleichspannung.
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Der Codierer besteht in bekannter Weise im wesentlichen aus einer
Klemmschaltung 1 und einem Analog-Digital-Wandler 2, wobei die Klemmschaltung für
ein konstantes Potential des Schwarzwertes des FBAS-Signals (FBAS=Farbbildaustastsynchronsignal)
sorgt und wobei der Analog-Digital-Wandler 2 das geklemmte FBAS-Signal mit einer
vorgegebenen Abtastfrequenz abtastet und mit 8 Bits pro Abtastwert codiert.
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Erfindungsgemäß wird nun zum Zwecke einer gezielten zeitlichen Kompensation
der im Analog-Digital-Wandler 2 auftretenden Quantisierungsfehler zum analogen geklemmten
FBAS-Eingangssignal eine alternierende Spannung U1 in einem Analogaddierer 3 hinzuaddiert.
Diese alternierende
Spannung wird in einem Rechteckgenerator 4 erzeugt,
der neben dem Analog addierer 3 die einzige Erweiterung gegenüber einem bekannten
Codierer bedeutet. Den zeitlichen Verlauf der zum geklemmten FBAS-Signal addierten
Spannung U1 zeigt die Fig. 2. Das Potential bleibt für die Dauer einer Zeile, d.
h. für 64 ps,konstant und wechselt dann mit Beginn der nächsten Zeile das Vorzeichen.
Zur Synchronisation der Spannung U1 auf den Zei lenanfang verwendet der Rechteckgenerator
4 die von der Klemmschaltung bereitzustellenden Horizontalsynchronimpulse als Zeilentriggersignal
ZT (Fig. 1) und zur Markierung der Halbbildwechsel die ebenso von der Klemmschaltung
bereitgestellten Vertikalsynchronimpulse als Halbbildwechselsignal HS. Die Impulse
des Zeilentriggersignals ZT bedeuten also jeweils einen Zeilenanfang,und die Impulse
des Halbbildwechselsignals HS bedeuten jeweils den Anfang eines Halbbildes.
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Zur Erzeugung der zeilenweise alternierenden Spannung U1 ist es denkbar,
einen Rechteckgenerator zu verwenden, der getriggert von den Impulsen des Zeilentriggersignals
ZT zu Beginn jeder neuen Zeile das Vorzeichen seiner Ausgangsspannung umkehrt und
während des Bildrücklaufs, während dessen keine Horizontalsynchronimpulse vorhanden
sind, diese Umschaltung ungetriggert, jedoch mit der gleichen Frequenz wie während
der aktiven Zeilen vornimmt.
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Wie die Fig. 2 zeigt, hat die alternierende Spannung beispielsweise
während der ersten Zeile des Vollbildes (die gleich der ersten Zeile des ersten
Halhbildes ist) ein positives Vorzeichen und wechselt darauf für die Dauer der nächsten
Zeile des ersten Halbbildes
(die dritte Zeile des Vollbildes) auf
eine negative Polarität und danach während der darauffolgenden fünften Zeile des
Vollbildes wieder auf die positive Polarität usw. Die zweite Zeile des Vollbildes,
mit der das zweite Halbbild beginnt,erhält durch diesen fortlaufenden Wechsel eine
negative Polarität, die für die Dauer der anschließenden vierten Zeile des Vollbildes
wieder auf eine positive Polarität wechselt usw. Weitaus wichtiger als dieser Polaritätswechsel
zwischen der ersten und zweiten Zeile eines Vollbildes ist jedoch ein Polaritätswechsel
der alternierenden Spannung U1 zwischen den gleichen Zeilen aufeinanderfolgender
Vollbilder, d. h. es muß die Polarität der Spannung U1 während der ersten Zeile
des dritten Halbbildes entgegengesetzt zu derjenigen während der ersten Zeile des
ersten Halbbildes sein, und es muß die Polarität der ersten Zeile des vierten Halbbildes
entgegengesetzt zu derjenigen während der ersten Zeile des zweiten Halbbildes sein.
Eine Polarität am Anfang eines Vollbildes wiederholt sich also im Abstand von zwei
Vollbildern, d. h. vier Halbbildern.
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Damit nun der Decodierer auf der Empfangsseite eine der Spannung
U1 entsprechende Spannung U2 erzeugen kann, deren Polarität jeweils entgegengesetzt
zur Polarität von U1 ist, in anderen Worten1 deren Phase sich um 1800 von der Phase
von U1 unterscheidet, erzeugt der Rechteckgenerator 4 mit einfachen logischen Mitteln
ein Kennungssignal KS, das den Polaritätszustand der sendeseitigen Spannung U1 zu
Beginn eines Halbbildes dem empfangsseitigen Decodierer mitteilt Beispielsweise
hat das Kennungssignal KS zu Beginn eines Halbbildes den logischen Pegel 1, wenn
die Spannung Ug positiv ist und den logischen Pegel 0, wenn diese Spannung zu diesem
Zeitpunkt negativ ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich1 hat dieses Kennungssignal von
Halb-
bild zu Halbbild die aufeinanderfolgenden Binärwerte 1, 0,
0, 1, 1, 0, 0,. - . - In dem Codierer kann dann zu Beginn jedes Halbbildes das Vorzeichen
der zu überlagernden Spannung eindeutig bestimmt werden. Wird ein +1-Wert des Kennungssignals
empfangen, so beginnt die zu addierende Spannung U2 mit einem negativen Vorzeichen
und im anderen Fall mit einem positiven Vorzeichen, was eine Subtraktion einer der
sendeseitigen Spannung U1 entsprechenden Spannung bedeutet. In Fig. 1 ist die entgegengesetzte
Polarität der in Decodierer zu addierenden Spannung U2 (d. h. die gleiche Polarität
der zu subtrahierenden Spannung) durch U2 = - U1 angedeutet. Das nach Festlegung
des Vorzeichens für die erste Zeile jedes Halbbildes weitere zeilenweise Alternieren
der Spannung U2 wird durch die Impulse eines empfangsseitig abgeleiteten Zeilentriggersignals
gesteuert.
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Die Höhe der überlagerten Spannung U1 bzw. U2 richtet sich nach dem
Spannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 2 beim Codierer und des Digital-Analog-Wandlers
beim Decodierer.
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Der Betrag U der mit positivem oder negativem Vorzeichen überlagerten
Spannung U1 auf der Sendeseite und U2 auf der Empfangsseite wird gleich einem Viertel
der kleinsten Quantisierungsstufe des Codierers bzw. des Decodierers gewählt, so
daß der mit jedem Zeilenanfang stattfindende Spannungs sprung 2U gleich der halben
kleinsten-Quantisierungsstufe des Codierers bzw. des Decodierers ist.
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Die bisher beschriebene überlagerung der Spannung U1 auf der Sendeseite
und der Spannung U2 auf der Empfangsseite kommt einer künstlichen 9-Bit-Quantisierung
gleich und ermöglicht die Maskierung von Störmustern, die ansonsten
auf
dem Fernsehbild in Gebieten gleicher Helligkeit sichtbar werden könnten.
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Im folgenden werden die noch nicht erwähnten Teile des Blockschaltbildes
nach Fig. 1 erläutert. Das mit 8 Bits pro Abtastwert vom Codierer digitalisierte
FBAS-Signal wird gemeinsam mit dem beschriebenen digitalen Kennungssignal KS und
einem Datenstrom aus nicht gezeigten Datenquellen von einem Multiplexer 5 zu einem
digitalen Zeitmultiplexsignal mit der für die übertragungsstrecke genormten Bitrate,
z. B. der Bitrate von 139,264 Mbit/s der vierten PCM-Hierarchie zusammengefaßt und
nach Umsetzung in einen Leitungscode über die übertragungsstrecke zu einem empfangsseitigen
Demultiplexer 6 übertragen, der nach Rückumsetzung vom Leitungscode in den ursprünglichen
Code das empfangene Zeitmultiplexsignal in den Datenstrom, das digitale FBAS-Signal
und das digitale Kennungssignal KS auftrennt. Gleichzeitig leitet der Demultiplexer
6 vom digitalen FBAS-Signal das Zeilentriggersignal ZT und ein Halbbildwechselsignal
HS ab. Das Kennungssignal KS, das Zeilentriggersignal ZT und das Halbbildwechselsignal
HS gelangen zu den Eingängen eines im Decodierer enthaltenen Rechteckgenerators
7. Dieser erzeugt die beschriebene Spannung U2 , deren Polarität am Anfang jedes
Halbbildes durch den Binärwert des Kennungssignals KS bestimmt wird, der zu Beginn
jedes Halbbildes, d. h. gleichzeitig mit dem jeweiligen Impuls des Halbbildwechselsignals
HS, empfangen wird. Das weitere zeilenweise Alternieren der erzeugten Spannung U2
innerhalb jedes Halbbildes wird während der aktiven Zeilen, wie bereits erwähnt,
durch die Impulse des Zeilentriggersignals ZT gesteuert.
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Die erzeugte Spannung U2 addiert ein Analogaddierer 8 zum analogen
FBAS-Ausgangssignal eines Digital-Analog-Wandlers 9, der an seinem Eingang das mit
8 Bits pro Abtastwert vorliegende digitale FBAS-Signal von dem Multiplexer 6 empfängt
. Eine dem Analogaddierer 8 nachgeschaltete Klemmschaltung 10 mit Filter bestimmt
schließlich das Potential des Schwarzwertes des analogen FBAS-Signals entsprechend
der gültigen Norm und nimmt dessen notwendige Filterung vor. Diese Klemmschaltung
10 mit Filter empfängt ebenso wie der Generator 7 das Zeilentriggersignal ZT und
das Halbbildwechselsignal HS.
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Wie der sendeseitige Codierer ist auch der empfangsseitige Decodierer
gegenüber einem entsprechenden bekannten lediglich um den Rechteckgenerator 7 und
den Analogaddierer 8 erweitert. Der aufgrund des neuen Codierers und Decodierers
im Multiplexer wegen der zusätzlichen übertragung des Kennungssignals KS notwendige
Zusatzaufwand ist äußerst gering, da die Binärwerte des Kennungssignals eine vergleichsweise
sehr geringe Bitrate von 5Q bit /s entsprechend der Halbbildfolgefrequenz von 50
Hz haben.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die vorliegend beschriebene
Erfindung nicht auf die übertragung eines FBAS-Signals, auch Farbvid.eosignal genannt,
beschränkt ist, das in der 625-Zeilen-PAL-Norm vorliegt. Das FBAS-Signal kann auch
den Fernsehton in integrierter Form enthalten, und es kann in irgendeiner anderen
als der PAL-Norm vorliegen.