DE3401809A1 - Kompatibles hochaufloesendes fernsehsystem unter verwendung von hadamard-basisfunktionen - Google Patents

Description

RCA 78806 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 459,334
vom 19. Januar 1983

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Kompatibles hochauflösendes Fernsehsystem unter Verwendung von Hadamard-Basisfunktionen

Die Erfindung betrifft ein Fernsehsystem nebst zugehörigen Untersystemen mit einer ersten Auflösung, welches kompatibel mit einem Empfänger einer zweiten, niedrigeren Auflösung ist. Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist ein hochauflösendes Fernsehsystem (HDTV) mit verbesserter Auflösung, und insbesondere ein System, welches kompatibel mit den höheren Standef (Standardauflösung) Fernsehnormen ist und sich für Wiedergabe mit Standef-Empfängern eignet.

Beim üblichen NTSC-Fernsehen erfolgt die Abtastung mit 525 Zeilen pro Vollbild in Form zweier aufeinanderfolgender Halbbilder zu je 262 1/2 Zeilen. Die Zeilen jedes Halbbildes liegen zwischen den Zeilen benachbarter Halbbilder, und im Auge des Betrachters werden die verschachtelten Zeilen integriert, so daß die Wirkung des Vollbild-30 Hz-Flimmems verringert wird. Jedoch ist die Zeilenstruktur bei bestimmten Umständen noch sichtbar, insbesondere bei großen Bildschirmen, die aus relativ geringer Entfernung betrachtet werden. Das Problem wird noch gravierender durch übergroße Bilder, die auf Fernsehprojektionsschirmen wie-5 dergegeben werden. Die Vorteile solcher übergroßen Bilder, nämlich die Illusion den Betrachter zu umgeben, wird gemindert durch die Notwendigkeit, daß der Betrachter weit

genug vom Bildschirm wegbleiben muß, um die Zeilenstruktur nicht zu sehen.

Ein kompatibles hochauflösendes Fernsehsystem ist in der DE-OS 32 28 597 beschrieben (entsprechend USSN 288,753 vom 31. Juli 1981, Erfinder C. B. Oakley u.a.). Bei diesem System wird die Sichtbarkeit der Zeilenstruktur auf eine Weise verringert, die mit dem Standef-NTSC(oder PAL)-Fernsehen kompatibel ist,indem eine Kamera verwendet wird, die für jede Standardzeile zwei Zeilen erzeugt (beispielsweise 1050 Zeilen pro Vollbild anstatt 525) , wobei getrennte Signale gebildet werden, die den Summen und Differenzen von Bildelementen benachbarter Rasterzeilen entsprechen und das Summensignal als ein kompatibles Signal zusammen mit dem Differenzsignal ausgesendet wird, welches getrennt gesendet oder in ein Farbsignalgemisch eingebettet werden kann. Diese Anordnung erhöht die vertikale Auflösung durch Vergrößerung der Zeilenzahl, und dadurch wird es möglich, ein übergroßes Bild aus einem geringeren Abstand zu betrachten, ohne daß man die Zeilenstruktur erkennt. Bei diesem System wird die vertikale Leuchtdichte- und Farbauflösung etwa 1000 Zeilen, während die horizontale Auflösung, die durch die Leuchtdichtebandbreite bestimmt wird, bei etwa 240 Fernsehzeilen bleibt. Die horizontale Auflösung wird dadurch ein begrenzender Faktor für den Abstand zwischen Betrachter und übergroßem Bildschirm, obwohl die vertikale Zeilenstruktur unsichtbar wird.

Weitere kompatible hochauflösende Fernsehsysteme sind in der DE-OS 33 06 328 beschrieben (entsprechend USSN 352,001 vom 24. Februar 1982 des Erfinders R.N. Hurst und USSN 424,232 vom 27. September 1982 des Erfinders K.H. Powers). Bei diesen Systemen wird der Abtastpunkt der Kamera in einem Zickzack-Muster gewobbelt, um die Auflösung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung des hochauflösenden Schirmes zu verdoppeln. Das ausgesendete Signal

größerer Bandbreite ist kompatibel mit Standef-Fernsehempfängern; die Auswirkung der schmaleren Bandbreite solcher Empfänger liegt in der Mittelung benachbarter Bildelemente sowohl in horizontaler wie auch vertikaler Richtung. Bei dem höherauflösenden Fernsehempfänger größerer Bandbreite wird der Abtastpunkt so synchronisiert, daß er entsprechend der in der Kamera vorgenommenen Wobbelung ebenfalls gewobbelt wird, oder in einer anderen Ausführungsform um fortschreitend abzutasten. Ein Nachteil der Punktwobbelung besteht darin, daß bestimmte Artefakte der Fernsehablenkung sichtbar werden. Bei diesen Systemen kann die Ablenkzeilenstruktur eine sichtbare hochfrequente Modulation im Raum zwischen benachbarten Zeilen desselben Halbbildes zeigen, die sich in einer Weise zu bewegen scheint, die den Betrachter stört.

Die Möglichkeit der Aussendung von Fernsehsignalen ist sehr erwünscht, die mit Empfängern üblicher Auflösung kompatibel sind, so daß die Wiedergabe mit vorhandenen Empfängern nicht sehr beeinträchtigt wird, und gleichzeitig soll ein hochauflösendes Fernsehsignal übertragen werden, das entweder in einem Standef-Signalgemisch in einem Intervall enthalten ist, welches wenig oder keine Information beinhaltet, oder auf einem eigenen Kanal oder eigenen Kanälen gesendet wird. Gemäß den Prinzipien der hier zu beschreibenden Erfindung ist ein hochauflösendes Fernsehsystem vorgesehen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist das hochauflösende Fernsehsystem kompatibel mit einem Empfänger üblicher Auflösung, der ein Signal begrenzter Bandbreite verarbeiten kann. Das System enthält einen Abtaster zur Abtastung eines Bildes und einen Quantisierer zur zeitlichen Quantisierung 5 von Bildabtastwerten. Weiterhin enthält das System einen Wandler zur Transformierung von mindestens drei der zeitquantisierten Ab'tastwerte, die eine rechtwinklige Anordnung

bilden, in eine Mehrzahl von Koeffizienten, welche die Koeffizienten von Hadamard-Basisfunktionen darstellen. Bei diesem System ist einer der mehreren Koeffizienten die Summe der Abtastwerte (welche die rechtwinklige Anordnung bilden), die ein Bildelement eines normal auflösenden Fernsehers darstellt und daher mit diesem kompatibel ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Veranschaulichung, wie diese ausgeführt werden kann, sei nun auf die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein vertikales bzw. horizontales Linienraster; Fig. 3 die optischen Bestandteile einer Farbkamera; Fig. 4 ein Kameravidicon mit zugehöriger Schaltung; Fig. 5a und b in Einzelheiten die Art des Abtastmusters der Kamera gemäß Fig. 4 oder einer hochauflösenden Bildröhre und

Fig. 5c die Ableitung von Hadamard-Koeffizienten entsprechend einer Ausführung der Erfindung; Fig. 6a und b das Abtastmuster eines hochauflösenden

Rasters;
Fig. 7 einen hochauflösenden Videocodierer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 8a und b eine Anordnung von Bildelementen in geraden und ungeraden Halbbildern eines hochauflösenden Rasters, welches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung codiert werden kann;

Fig. 9a und b Einzelheiten der Abtastmuster für ungerade bzw. gerade Halbbilder;

Fig. 10 einen Zusammenhang zwischen einem hochauflösenden, fortschreitend abgetasteten Raster und einem Zeilensprungraster üblicher Auflösung;

Fig. 11 ein symbolisches Blockschaltbild eines kompatiblen 5 Fernsehsystems;

-ΙΟΙ Fig. 12 wesentliche Teile eines hochauflösenden Videocodierers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 13 einen hochauflösenden Fernsehempfänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 14a, b und c weitere Muster hochauflösender Bildelemente, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung codiert werden können.

Fig. 1 veranschaulicht ein Raster mit einem Seitenverhältnis von drei Einheiten in der Höhe und vier Einheiten in der Breite. Das Raster wird in üblicher Weise in aufeinanderfolgenden Zeilen abgetastet, die in diesem Beispiel horizontal (nicht dargestellt) verlaufen. Auf dem Raster erscheinen abwechselnd helle und dunkle vertikale Linien. Die hellen und dunklen Linien stehen in Beziehung zur Frequenz des verarbeiteten Signals. Die Horizontalabtastzeit (Zeilenabtastung) beträgt beim NTSC-System 63,5με, von denen etwa 10 ns für Horizontalrücklauf und Austastung benötigt werden, so daß etwa 53 \xs für Dauer der aktiven Zeilenabtastung übrigbleiben. Die auf dem Raster gemäß Fig. 1 gebildeten abwechselnden hellen und dunklen Zeilen erfordern positiv und negativ gerichtete Signalamplituden, deren Verhältnis durch die Anzahl und den relativen räumliehen Abstand der Linien des darzustellenden Gegenstandes bestimmt sind. Die Leuchtdichtebandbreite des Fernsehsignals liegt effektiv bei 4 MHz, wie bei Standef-Empfängern üblicher Auflösung, und daher kann das Signal höchster Frequenz, welches den Kanal durchläuft, einen vollen Zyklus (eine positive und eine negative Amplitude der Leuchtdichte) in einer viertel Mikrosekunde ausführen. In den 53 \is (die Dauer des aktiven Teils einer Horizontalzeile) können etwa 220 vollständige Zyklen stattfinden. Damit können in einer horizontalen Linie oder Zeile 220 schwarze und 220 5 weiße Linien auftreten, also insbesamt 440 Fernsehlinien für eine vollständige horizontale Ablenkung. Gemäß der Standardfernsehpraxis muß die horizontale Auflösung mit

3/4 multipliziert werden, um die Standardauflösung zu bestimmen (diejenige Auflösung, die man erhielte, wenn das Raster quadratisch wäre, also gleiche Breite wie Höhe hätte) . Damit beträgt die horizontale Auflösung etwa 330 (Fernseh) Linien für eine Bandbreite von 4 MHz, also etwa 80 Linien pro MHz. Bei diesem Kriterium beträgt die Auflösung in der Horizontalrichtung für eine Farbsignalkomponente von 1,5 MHz Bandbreite etwa 120 Fernsehzeilen. Das Auge eines Betrachters ist jedoch wesentlich empfindlicher für Leuchtdichteänderungen als für Farbänderungen, so daß ein Bild mit 120 Linien horizontaler Farbauflösung und 330 -Leuchtdichtelinien mit einer Gesamtauflösung von 330 Linien gesehen wird.

In Halbbild- oder Vertikalrichtung besteht jedes Halbbild aus mehr als 250 abgetasteten Zeilen, wie Fig. 2 symbolisch darstellt. Die Farbauflösung in Vertikalrichtung ist wesentlich besser als in Horizontalrichtung, weil die Horizontalauflösung durch die Farbkanalbandbreite auf etwa 120 Linien begrenzt ist, wie oben gesagt wurde, während die Farbauflösung in Vertikalrichtung nicht durch die Kanalbandbreite sondern nur durch die Anzahl von Horizontalzeilen begrenzt ist, in denen das Bild in vertikaler Richtung abgetastet wird. Daher ist die Farbauflösung in Vertikalrichtung größer als die Farbauflösung in Horizontalrichtung. Die horizontale Leuchtdichteauflösung wird allgemein als inadequat angesehen, und die vertikale Leuchtdichteauflösung ist aus den obigen Gründen nicht adequat, weil die Zeilenstruktur bei großen Bildschirmen sichtbar wird.

Fig. 3 zeigt die optischen Teile einer hochauflösenden Kamera. Durch einen Pfeil 301 veranschaulichtes Licht von einer Szene durchläuft ein optisches System, welches durch einen Block 302 veranschaulicht ist, und gelangt zu einem Farbaufteilungsprisma 304. Grünes Licht (G) durchläuft in bekannter Weise eine weitere Optik 306, die zur Fokussierung auf das lichtempfindliche Element oder die Frontplat-

te 1 2 einer Kameraröhre 10 (beispielsweise eines Vidicons) benötigt wird* Die rote Komponente (R) des Szenenlichtes wird vom Prisma 304 abgetrennt und durch eine Optik 319 auf das lichtempfindliche Element des Vidicons 310 fokussiert. Das blaue Licht (B) wird ähnlich durch das Prisma 304 abgetrennt und durch die Optik 314 auf das lichtempfindliche Element des Vidicons 320 fokussiert. Die Vidicons 10, 310 und 320 können vom DIS-Typ (diode-gun impregnatedcathode saticon type) oder von einem anderen Typ sein, der sich für eine Auflösung von mehr als 1000 Linien in horizontaler wie in vertikaler Richtung eignet. Die Vidicons sind miteinander ausgerichtet, wie es für die überlagerung der von ihnen erzeugten R-, G- und B-Raster notwendig ist.
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Fig. 4 veranschaulicht in vereinfachter Form ein hochauflösendes Vidicon 10 mit der zugehörigen Schaltung. In den Fig. 3 und 4 entsprechen sich die mit gleichen Bezugsziffern bezeichneten Elemente. Das Vidicon 10 hat eine Frontplatte 12, die auf ihrer Rückseite ein mit einer Targetelektrode 14 gekoppeltes lichtempfindliches Targetelement enthält. Ein nicht dargestellter Elektronenstrahl, der durch Magnetfelder horizontal abgelenkt wird, die durch eine von einem Horizontalablenkgenerator 18 gespeiste Horizontalablenkwicklung 16 erzeugt werden, wird horizontal über die Frontplatte 12 abgelenkt und erzeugt horizontale Abtastlinien 20 . Der abtastende Elektronenstrahl wird in Vertikalrichtung durch ein Magnetfeld abgelenkt, das durch eine Vertikalablenkwicklung 20 erzeugt wird, die von einem Vertikalablenkgenerator 24 gespeist wird. Ein Horizontalsignal, Austastsignal und Farbträgersignal werden in einem Generator 30 erzeugt, durch den auch der Horizontalablenkgenerator 18 und der Vertikalablenkgenerator 24 synchronisiert werden. Die Synchronisier-, Austast- und 5 Farbträgersignale werden ebenfalls den zu den Vidicons 310 und 320 gehörigen Synchronsignalgeneratoren zugeführt. Die Ablenkung des Elektronenstrahls über die Frontplatte 12,

auf welche das Bild fokussiert wird, führt in bekannter Weise zur Erzeugung eines Signals an der Targetelektrode 14. Das Signal stellt die Helligkeit des Bildes dar. Das Bildsignal vom Target 14 wird einem Vorverstärker 32 und Signalverarbeitungsschaltungen wie einer Schwarzpegelklemmschaltung, einer Gammakorrekturschaltung und dergleichen zugeführt, die zusammen als Block 34 dargestellt sind.

Fig. 5a zeigt ein Fernsehraster oder -bild 500 zusammen mit drei Abtastlinien η - 1, η und η + 1, die willkürlich aus den vielen Abtastlinien oder -zeilen, die das Raster bilden, ausgewählt sind. Jede Abtastlinie besteht aus einer großen Anzahl von Bildelementen, deren Größe durch die Auflösungsfähigkeit des Fernsehsystems bestimmt werden. Für ein NTSC-Fernsehsystem mit Standardauflösung beträgt die Anzahl der in jeder Zeile benötigten Bildelemente etwa 700. Das erste Bildelement der Zeile η - 1 ist mit 501, das letzte mit 502 bezeichnet. Im NTSC-Fernsehsystem werden die Zeilen η - 1, η und η + 1 während eines Fernsehhalbbildes nacheinander geschrieben und sind deshalb genügend weit voneinander entfernt, damit die zu verschachtelnden Zeilen eines zweiten Halbbildes, mit dem das Vollbild komplettiert wird, dazwischenpassen. Gemäß Fig. 5a ist der Bereich um ein willkürlich gewähltes Bildelement 504 der Zeile η zum besseren Verständnis der Erfindung ausgedehnt worden. Für den Fachmann versteht es sich, daß die quadratische Form der Bildeiemente nur aus Veranschaulichung sgründen gewählt ist. Fig. 5b zeigt einen Teil eines Rastermusters eines hochauflösenden DIS-Saticons, das ebenso wie in Fig. 5a vergrößert dargestellt ist. Wegen der hohen Auflösung des Saticons sind die Bildelemente kleiner, so daß vier benachbarte Bildelemente 510, 512, und 516 in denselben Raum passen, der von einem einzigen Bildelement bei Standef-Abtastung eingenommen wird. Diese vier benachbarten Bildelemente nehmen beispielsweise eine rechteckige Anordnung ein. Die Bildelemente 510 und 512

-ΠΙ können als Teile einer Unterrasterzeile m angesehen werden, während die Bildelemente 514 und 516 als Bildelemente einer Unterrasterzeile m + 1 betrachtet werden können. Der Strahl eines DIS-Saticons wird so abgelenkt, daß er ein Raster mit 525 Horizontalzeilen pro Bild erzeugt. Im Vergleich mit dem Standef-NTSC-System ist die Anzahl der Bildelemente pro Zeile verdoppelt und die Anzahl der Horizontalzeilen ist ebenfalls verdoppelt, so daß die räumliche Auflösung des Systems viermal größer ist. Wenn die hochaufgelösten Signale, die von einer hochauflösenden Kamera gemäß Fig. 5b abgetastet werden, gesendet werden sollen, um ein Bild unter Ausnutzung der vollen möglichen Auflösung darzustellen, und wenn das Bild mit einer Rate von 30 Vollbildern pro Sekunde wie beim Standard-NTSC-System übertragen werden soll, dann würde die benötigte Bandbreite viermal so groß wie die für das NTSC-System gebrauchte Bandbreite sein, also

4,2 MHz χ 4 = 16,8 MHz.

Es ist natürlich nicht möglich, ein Leuchtdichtesignal von 16,8 MHz über einem üblichen NTSC-Signal von 6 MHz Bandbreite zu übertragen, indem für die Leuchtdichte etwa 4,2 MHz vorgesehen sind. Die zusätzliche Bandbreite kann auf verschiedene Weise berücksichtigt werden. Beispiele umfassen

1) die Einfügung der zusätzlichen Information in diejenigen Signalteile (etwa die Vertikal- und Horizontalaustastintervalle) , wo wenig oder keine Information sitzt, wie etwa in der eingangs erwähnten DE-OS 33 06 328, oder

2) durch Vorsehen eines zusätzlichen Kanals für die Funkübertragung der hochauflösenden Information oder

3) Einbetten der Hochauflösungsinformation in das Signal, wie etwa bei der eingangs erwähnten DE-OS 32 28 597.

Gemäß der Erfindung wird die hochaufgelöste Information ebenso wie die Standef-Information in eine Funktion transformiert, die sich leicht in einem der obengenannten Formate senden läßt. Grob gesagt kann jegliche räumliche

oder zeitvariable Amplitudenfunktion als Summe einer Reihe von Basisfunktionen mit Koeffizienten ausgedrückt werden, die so bestimmt werden, daß die Reihe sich zum Wert der ursprünglichen Amplitude summiert. Das Ausdrücken einer Schwingungsform durch orthogonale Basisfunktionen ist als Transformationsdarstellung bekannt. Die gebräuchlichste ist die Fourier-Transformation zur Umwandlung in Sinus- und Kosinusfunktionen. Eine reichhaltige Literatur behandelt das Ausdrücken von Videoschwingungen in Fourier-Transformationen sowohl längs einer einzigen Abtastzeile in einer Dimension wie auch als räumlich sich verändernde Funktion in zwei Dimensionen. Ein weiterer weniger bekannter, aber ebenfalls brauchbarer Satz von Transformationen wird durch Hadamard-Basisfunktionen gebildet.

Anders ausgedrückt kann ein Teil eines Fernsehbildes charakterisiert werden durch die Beschreibung seiner Amplitude längs aufeinanderfolgender horizontaler Abtastungen des Bildes oder durch die Koeffizienten einer Reihe von Basisfunktionen, welche so gewählt sind, daß die Funktionen sich zum Wert der ursprünglichen Amplitudenform summieren. Gemäß der Erfindung werden die Werte der Koeffizienten einer Hadamard-Funktion anstatt die Werte der Bildelemente selbst transformiert.

Betrachtet man die einzelne Zeile η des NTSC-Videosignals nach Fig. 5b, wo ein Streifen von Bildelementen 506, und 508 in einem hochauflösenden Fernsehsystem gezeigt ist, dann wird jedes Bildelement in vier Unterelemente wie 510, 512, 514 und 516 des Bildelementes 504 unterteilt. Jedes Codierungsschema, das mit dem Standef-Fernsehen kompatibel ist, muß es erlauben, daß der hochauflösende Fernsehempfänger die Werte der Unterelemente bestimmt, und daß der Standef-Empfanger auch ein Standef-Signal empfängt.

Beim vorliegenden Beispiel wird der Mittelwert der vier Unterbildelernente für den Standef-Empfänger übertragen; der Mittelwert ist derjenige Wert, den das normalauflösen-

de Bildelement in einem NTSC-Empfanger haben würde. Gemäß Fig. 5c läßt sich zeigen, daß die vier in einer Rechteckanordnung vorliegenden Bildelemente 510, 512, 514 und 516 durch die vier Hadamard-Funktionen H-,, H₂, H₃ und H₄ vollständig beschrieben werden. Ein Resultat der Beschreibung der vier Bildelemente ist, daß die vier Koeffizienten der Hadamard-Funktionen eine besondere physikalische Bedeutung haben. H., die Summe der vier Bildelemente, ist gleich der Amplitude eines Bildelementes für eine Wiedergabe mit Standardauflösung mit einem Viertel der Auflösung einer HDTV-Wiedergabe. H₂ stellt die endliche Differenz dar, die der Ableitung äquivalent ist, oder genauer dem Gradienten der Funktion in Horizontalrichtung, ähnlich ist H der Gradient in Vertikalrichtung, und H. ist der Gradient längs den Diagonalen. Es sei darauf hingewiesen, daß bei einer gleichförmigen Fläche der Wiedergabe H₂, H₃ und H. gleich O werden. Von dieser Stelle an sei die Erläuterung der Erfindung anhand der nun folgenden Beispiele mit Bezug auf eine einfarbige Komponente (also ein Leuchtdichtesignal) eines Farbsignalgemisches vorgenommen.

Fig. 6 zeigt einen Teil eines Bildabtastrasters eines hochauflösenden Fernsehsystems, das mit einem Empfänger normaler Auflösung gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung kompatibel ist. Die Zeilen q-, q-> und q,- in Fig. 6a stellen ungerade Zeilen eines NTSC-Systems, die Zeilen q₂ 1 q₄ t q_ß gemäß Fig. 6b gerade Zeilen dar. Für den hochauflösenden Empfänger ist jede Fernsehzeile von normaler Auflösung in Teile "a" und "b" unterteilt.

Fig. 7 zeigt ein hochauflösende Farbfernsehsignal erzeugendes System. Ein hochauflösendes Leuchtdichtesignal wird von einer Kamera 350 erzeugt, die ein 1050-Zeilen-Vollbild mit 525 Zeilen pro Halbbild und einer Vollbildfrequenz von beispielsweise 30 Hz erzeugt. Die daraus resultierende Horizontalablenkfrequenz ist zweimal so groß wie die einer Kamera für Standardauflösung. Das Leuchtdichtesignal wird

dem Schalter 352 zugeführt, der aufeinanderfolgend das Signal zu getakteten Zeilenpaarpuffern 354, 356 schaltet, die Speicherplätze 358 zur Speicherung hochaufgelöster Bildelemente jeder Horizontalzeile haben. Wenn der Puffer 354 voll ist, dann werden die zwei gespeicherten Zeilen über Schalter 368 und 370 parallel zu Hadamard-Codierern 360, 362, 364, 366 getaktet. Diese Codierer, die im einzelnen noch beschrieben werden, sind nach zwei Taktimpulsen des Zeilenpaarpuffers 354 voll, und die Hadamard-Koeffizienten werden berechnet.

Wie hier erläutert wird, ist das gesendete Signal kompatibel mit normalauflösenden Empfängern, da der Hadamard-Koeffizient H₁ ein Bildelement von Standard-Auflösung darstellt. Während die Hadamard-Koeffizienten für das erste Zeilenpaar berechnet werden, wird das nächste Paar hochaufgelöster Horizontalzeilen in den Zeilenpaarpuffer 3 56 eingetaktet. Nachdem der Puffer 356 voll ist, schalten ihn die Schalter 368 und 370 auf die Hadamard-Codierer 360, 362, 364 und 366. Dieser Vorgang wird wiederholt zum Senden eines hochauflösenden Signals, das mit der Standard-Auflösung kompatibel ist.

Die Abtastfolge wie die in Fig. 6 gezeigte kann benutzt werden zur Erzeugung eines Signals, das mit einem Standard-NTSC-Signal kompatibel ist; jedoch kann die HDTV-Zeilen-

verschachtelung Schwierigkeiten machen, weil das System . zwei Zeilen abtastet und dann zwei Zeilen überspringt.

Wenn der Empfänger einen Vollbildspeicher oder etwas ähnliches enthält, dann kann das Bild im üblichen Zeilensprung oder fortlaufend gespeichert und ausgelesen werden.

In Fig. 8 ist eine Verschachtelung bei hoher Auflösung veranschaulicht, die jedoch keinen Vollbildspeicher benötigt. Hierbei werden die Hadamard-Koeffizienten der ungeraden Halbbilder gebildet durch Kombinierung der hochauflösenden Bildelemente einer Reihe a der Linie oder

Zeile r. mit den hochauflösenden Bildelementen der Reihe a der Linie oder Zeile r₂ , ferner Reihe a der Linie r^ mit Reihe a der Linie r. usw. Damit sind die Bildelemente 801, 802, 803 und 804 in einem 2x2 Hadamard-Muster angeordnet. In ähnlicher Weise werden die Hadamard-Koeffizienten der geraden Halbbilder gebildet durch Kombinierung der hochaufgelösten Bildelemente der Reihe b der Linie r^ mit den hochaufgelösten Bildelementen der Reihe b der Linie r₂, ferner Reihe b der Linie r^ mit Reihe b der Linie r. usw.

Wie oben beschrieben, werden die Unterelemente in Vierergruppen zur Berechnung der vier Hadamard-Koeffizienten für jeden Platz genommen. Der Unterschied zu der anhand der Figuren 5 bis 7 beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die horizontalen Zeilen durch eine einzelne Linie getrennt sind, anstatt durch benachbarte Paare gebildet zu werden. Die Linien werden paarweise codiert und decodiert, und das hochaufgelöste Raster wird in einer dem Standart-Auflösungsraster ähnlichen Weise voll verschachtelt.

Der Nachteil des Systems nach Fig.8 besteht darin, daß ein geringfügiger Verlust der Vertikalauflösung bei einem normalauflösenden Empfänger auftreten kann. Da der Hadamard-Koeff izient H₁ nun der Mittelwert aus vier nicht benachbarten Unterbildelementen ist, ergibt er nicht notwendigerweise die beste Annäherung des Leuchtdichtesignals in der Mitte der Vierergruppe. Dies kann zu einem Verlust an Vertikalauflösung führen und möglicherweise gewisse Verfälschungen ergeben. Für die meisten Bilder ist diese Beeinträchtigung wahrscheinlich nicht nennenswert.

Fig. 9 veranschaulicht das Bildabtastraster eines hochauflösenden Fernsehsystems, das so ausgebildet ist, daß es mit einem normalauflösenden Fernseher kompatibel ist und einige der obengenannten Probleme vermeidet. In Fig. 9 5 ist ein 525 Zeilensystem mit fortlaufender Abtastung veranschaulicht. Bei einem solchen System mit fortlaufender Abtastung besteht jedes Vollbild aus zwei fortlaufend ab-

getasteten Halbbilder, die je das gleiche 525 Zeilen-Rastermuster verwenden.

Fig. 9 veranschaulicht ein hochauflösendes Fernsehraster für ein ungerades Halbbild, bei dem 525 Horizontalzeilen des Bildes aufeinanderfolgend abgetastet und Rechteckmuster von Bildelementen in ihre Hadamard-Koeffizienten transformiert werden. Jeder der Blocks 650, 653, 655, und 659 bildet ein Rechteckmuster von Abtastwerten, die aus benachbarten Zeilen eines ungeraden Halbbildes ausgewählt werden. In Fig. 9 ist die Abtastung eines geraden Halbbildes dargestellt. Jeder der Blocks 661, 663, 665, 667 und ,669 stellt ein 2x2 Muster von Hadamard-Abtastwerten dar, die für die Übertragung in der geraden HaIbbildfolge ausgewählt sind.

Fig. 10 zeigt die Entsprechung eines hochauflösenden fortlaufend abgetasteten 525 Horizontalzeilensystems mit einem normalauflösenden Fernsehsystem. In jedem Halbbild des HDTV-Rasters werden 525 Zeilen fortlaufend abgetastet. In den Fig. 10 links gezeigten ungeraden Halbbildern werden die Zeilen 1 und 2 des Halbbildes 1 des hochauflösenden Fernsehbildes gemittelt, um die Zeile 1 des Standef-Rasters zu bilden, während die Zeilen 3 und 4 die Zeile 3, die Zeilen 5 und 6 die Zeile 5 usw. bilden.Da die hochauflösenden Linien oder Zeilen der geraden Halbbilder, als Halbbild 2 veranschaulicht, abgetastet werden, bilden die Zeilen 2 und 3 die Zeile 2 des Standef-Rasters, die Zeilen 4 und 5 die Zeile 4 des Standef-Rasters usw. Es sei betont, daß ein mit 525 Zeilen fortlaufend abgetastetes HDTV-Raster, ein verschachteltes Standef-Raster ergibt, das mit Standef-Empfängern kompatibel ist. Beim Übergang zwischen den Halbbildern 1 und 2 des HDTV-Systems wird die Zeile 525 des Halbbildes 1 mit Zeile 1 des Halbbildes 2 kombiniert zur Bildung der Halbzeile am Ende des Halbbildes eines Standef-Systems und einer Halbzeile zu Beginn des Halbbildes 2. Diese Information, die durch Kombination von

der Unterseite eines Rasters mit der Oberseite des nächsten Rasters entsteht, wird durch den üblichen Vertikalaustastvorgang ausgeblendet. Das auf diese Weise erzeugte Leuchtdichtesignal ist kompatibel und fast identisch mit den von Standef-NTSC-Systemen im Zeilensprung abgetasteten Signalen. Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es nicht das flimmernde Moire einer üblichen Fernsehbildröhre zeigt. Die fortlaufende Abtastung hat eine adequate Abtastfrequenz in der Vertikalrichtung, so daß das Moire weitgehend eliminiert wird. Die Zeileninformation niedrigerer Auflösung ergibt sich durch ein Vertikaltiefpaßfilter, welches das klassische Moiremuster eliminiert. Die Mittelung zweier Zeilen führt zu einem System, bei dem kein flimmerndes Moiremuster erscheint, ohne daß ein VoIlbildspeicher oder ein ähnlicher Speicher benutzt werden müßte. .

Fig. 11 veranschaulicht symbolisch ein kompatibles hochauflösendes Fernsehsystem. Eine Hochauflösungskamera 400 erzeugt als Signalquelle ein Signal für einen normalauflösenden Monitor 710, der durch ein symbolisch gezeigtes Tiefpaßfilter 712 auf eine Bandbreite von 4,2 MHz begrenzt ist und ein normal aufgelöstes Bild erzeugt. Ein nicht in dieser Weise bandbreitenbegrenzter hochauflösender 5 Monitor 714, der dieses Signal decodieren kann, wird zur Erzeugung eines hochauflösenden Bildes benutzt.

Fig. 12 zeigt teilweise als vereinfachtes Blockschaltbild ein System zur Erzeugung eines hochauflösenden Farbfernsehsignals.

Ein hochauflösendes Leuchtdichtesignal wird erzeugt, indem eine Kamera 901 525 Zeilen fortlaufend in jedem Halbbild mit einer Halbbildfrequent von 60 Hz abtastet. Die hierbei auftretende horizontale Abtastrate ist zweimal so groß wie die Horizontalabtastrate eines normalauflösenden Empfängers (also etwa 31 kHz). Dieses Leuchtdichtesignal

wird einem Wechselschalter S1 zugeführt, der es von der Kamera 901 sequentiell getakteten Verzögerungsleitungen 903, 905, 907 und 909 zuführt. Jede Verzögerungsleitung 303 bis 309 wird mit einer solchen Frequenz getaktet, daß sie während einer Horizontalablenkung der Kamera 901 gefüllt wird. Die Taktfrequenz kann beispielsweise 16f sein, also 16 mal so groß wie die Farbträgerfrequenz, so daß etwa 1800 Bildelemente während eines Horizontalablenkintervalls in eine Verzögerungsleitung eingetaktet werden.

Die Frequenz 16f ergibt sich aus viermal der Abtastfrequenz für Standard-Auflösung 4f verdoppelt durch die Zeilenfrequenz und nochmals verdoppelt durch die Erhöhung der Auflösung um den Faktor 2. Ein Zeitsteuergenerator 911 liefert Signale an den Schalter S1, so daß aufeinanderfolgende Horizontalzeilen in aufeinanderfolgende Verzögerungsleitungen getaktet werden. Nachdem die Verzögerungsleitungen 903 und 905 (oder 907 und 909) voll sind, taktet der Schalter S2, der ebenfalls vom Zeitsteuergenerator 911 gesteuert wird, gleichzeitig beide Verzögerungsleitungen 903, 905 (907, 909) mit der halben Frequenz, mit welcher die Information eingetaktet war, aus, also im Beispiel mit 8f , so daß beide Verzögerungsleitungen 903 und 905

SC

(907 und 909) mit einer Rate ausgetaktet werden, die zum Standard-Fernsehen paßt, etwa 15,5 kHz.

Bei der Ablenkung der Kamera 901 taktet der Schalter S1 seinerseits aufeinanderfolgende Zeilen in die Verzögerungsleitungen 907 und 909. Betrachtet man wieder das ungerade Halbbild der Fig. 9a, so werden die Bildelemente 601, 602, 603, 604 usw. der Horizontalzeile P₁ in die und aus der Verzögerungsleitung 903 getaktet, die Bildelemente 611, 612, 613 und 614 etc. der Zeile P₁ werden in die und aus der Verzögerungsleitung 905 getaktet, die Bildelemente 621, 622, 623, 624 etc. der Zeile P₃ werden in die und aus der Verzögerungsleitung 907 getaktet und die Bildelemente 631, 632, 633, 634 etc. der Zeile P. werden in die und aus der Verzögerungsleitung 909 getaktet. Die aus den

* β Μ

-22-

Verzögerungsleitungen 903, 905, 907 und 909 ausgetakteten Signalflüsse werden zwei Operationsverstärkern 913 und über Schalter S3 und S4 zugeführt, die ihre Zeitsteuerinformation vom Zeitsteuergenerator 911 erhalten= Der Operationsverstärker 913 summiert die Signale benachbarter Zeilen. Bei einem Taktintervall gibt die Verzögerungsleitung 903 Signalinformation vom Bildelement 601 und die Leitung 905 Signalinformati'on vom Bildelement 611 ab. Beim nächsten Taktzyklus gibt die Verzögerungsleitung 903 ein Signal für das Bildelement 602 und die Verzögerungsleitung 905 ein Signal für das Bildelement 612 ab. Daher liefert der Verstärker 913 eine Folge von 601 +611, gefolgt von 602 + 612, 603 + 613, 604 + 614 usw. Der Operationsverstärker 915 arbeitet in gleicher Weise, jedoch mit dem Unterschied, daß die Information von der Verzögerungsleitung 905 an einen inversen Eingang gelangt, so daß der Ausgangssignalfluß durch Differenzsignale gebildet ist, also 601 - 611, 602 - 612, 603 - 613, 604 - 614 usw. Die Ausgangssignale der Verstärker 913 und 915 gelangen zu einen Taktzyklus verzögernden Elementen 917, 919, so daß die Information von benachbarten Bildelementpaaren, also die Signale der Bildelemente 601 + 611 und die Signale der Bildelemente 602 + 612 gleichzeitig an den Operationsverstärker 921 und 925 auftreten.

In gleicher Weise gelangen die Ausgangssignale des Verstärkers 915 an eine Verzögerungsschaltung, so daß das Signal 601 - 602 und das Signal 611 - 612 in zeitliche Koinzidenz mit den Signalen der Operationsverstärker 923 und 927 gebracht werden. Das direkte und das verzögerte Ausgangssignal werden in Verstärkern921 und 923 addiert und in Verstärkern 925 und 927 subtrahiert. Die Operationsverstärker 921, 923, 925 und 927 müssen getastet werden, damit sie einen Wert nur dann übertragen, wenn 5 alle vier Werte am Eingang des Operationsverstärkers auftreten. Auf diese Weise werden die vier Koeffizienten der Hadamard-Funktionen mit den ankommenden Daten zeitlich

quantisiert. Der Zeitsteuergenerator 911 liefert Tastsignale an die Operationsverstärker 921, 923, 925 und 927. Der Verstärker 921 liefert am Ausgang den Koeffizienten H₁, der Verstärker 925 den Koeffizienten H₂, der Verstärker 923 den Koeffizienten H₃ und der Verstärker 927 den Koeffizienten H.. Vor der Übertragung müssen die vier Koeffizienten mit Tiefpaßfiltern 929, 931, 933, 935 geglättet werden, da andernfalls das Tastsignal zur Übertragung von Oberwellen des Eingangssignals führen würde. Das gefilterte Signal kann als analoges hochauflösendes Fernsehsignal übertragen werden, wie es bei der bereits erwähnten DE-OS 33 06 328 der Fall ist, wo die hochauflösende Information (also die Koeffizienten H^, H₃ und H.) im Horizontaloder Vertikalaustastintervall übertragen werden. Vorteilhaft ist, daß dieses übertragene Signal mit normalauflösenden Fernsehempfängern kompatibel ist, da der Hadamard-Koeffizient H₁ ein normal aufgelöstes Bildelement darstellt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird bei einer Betrachtung der Fig. 10 deutlich. Die Zeile 1 der hochauflösenden Abtastung wird in der Verzögerungsleitung 903 gespeichert, Zeile 2 in 905 usw. Es läßt sich zeigen, daß die in der Verzögerungsleitung 903 gespeicherte Zeilennummer gleich 4N + 1 ist, wobei N ein ganzzahliger Zählwert ist. Wird das Ende der Abtastung erreicht, dann wird die Zeile

521 in der Verzögerungsleitung 903 gespeichert, die Zeile

522 in der Verzögerungsleitung 905, die Zeile 523 in der Verzögerungsleitung 907 und die Zeile 524 in der Verzögerungsleitung 909. Die letzte Zeile 525 bei der hochauflösenden Kameraabtastung wird in der Verzögerungsleitung 903 gespeichert. Die erste Zeile der nächsten Abtastung wird in der Verzögerungsleitung 905 gespeichert. Als Ergebnis dieses Abtastfortschreitens wird der Mittelwert zwischen den Zeilen 1 und 2 sowie zwischen den Zeilen 3 und 4 im ersten Ausgangsvollbild gebildet, und die Mittelwerte zwischen den Zeilen 2 und 3 sowie zwischen den Zei-

len 4 und 5 usw. _:im zweiten Ausgangsvollbild. Auf diese Weise werden gemäß der Erfindung abwechselnde Halbbilder (jedes zweite) d$s Standef-Rasters ineinandergeschachtelt.

Die Betriebsweise des hochauflösenden Empfängers sei anhand von Fig. 13 erläutert. Die Signale H., H₂, H₃ und H₄ werden in eine Matrix eines Operationsverstärkers 1001 eingegeben. Das Signal EL wird gleichzeitig einem Eingang eines Summierers·1003 und dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 1005 zugeführt. Das Signal EL· wird einem Eingang eines Summierverstärkers 1003 und dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 1005 zugeführt. Das Signal EL wird gleichzeitig einem der Eingänge des Summierverstärkers 1007 und dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 1009 zugeführt. Gleichzeitig wird das Signal H. einem Eingang des Operationsverstärkers 1007 und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1009 zugeführt. Die Ausgangssignale der Operationsverstärker 1003 und 1007 werden in einem Operationsverstärker 1011 summiert zur Bildung des hochaufgelösten Bildelementes in der linken oberen Ecke des normalaufgelösten Bildelementes, beispielsweise der Bildelemente 601, 603, 605 usw. Gemäß Fig. 5c ist H₁ + H₂ + H₃ + H₄ gleich viermal dem Unterbildelement 510.

Die Ausgangssignale der Operationsverstärker 1005 und 1009 werden im Operationsverstärker 1013 zur Bildung der hochaufgelösten Bildelemente in der rechten oberen Ecke des normalaufgelösten Blockes summiert, beispielsweise die Bildelemente 602, 604, 606 usw. Gemäß Fig. 5c ist H₁-H₂ ⁺H₃-H₄ gleich viermal dem Unterbildelement 512. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 1007 wird vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers 1003 in einem Operationsverstärker 1015 subtrahiert zum hochaufgelösten Bildelement in der linken unteren Ecke des normalaufgelösten Blockes,; beispielsweise die Bildelemente 611, 613, 615 etc. Weiterhin ist gemäß Fig. 5c H₁ + H₂ - H₃ - H₄ gleich viermal dem Unterbildelement 514. Das Ausgangssignal

des Operationsverstärkers 1009 wird vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers 1005 im Operationsverstärker 1015 subtrahiert zur Bildung des hochauflösenden Bildelementes in der rechten unteren Ecke des normalaufgelösten Blockes (beispielsweise die Bildelemente 612, 614, 616 usw. Gemäß Fig. 5c ist weiterhin H- - IU - H₃ + H₄ gleich viermal dem Bildelement 516.

Es darauf hingewiesen, daß man eine Maßstabsfunktion beim Empfänger vorsehen kann, so daß man die genauen Werte der Unterbildelemente bei der Kombination der Hadamard-Funktionen erhält. Die Werte am Ausgang der Matrix 1001 liegen während des gesamten Intervalls eines niedrigaufgelösten Bildelementes vor. Beispielsweise würden sie für etwa 70 ns vorhanden sein, was einer Bildelementfrequenz von 4f entspricht. Zur Decodierung dieser Signale muß man

Ow

zwei Sätze von vier Verzögerungsleitungen haben, also einen Satz Nummer 1 bestehend aus Verzögerungsleitungen 1019, 1021, 1023 und 1025 und den anderen Satz bestehend aus Verzögerungsleitungen 1027, 1029, 1031 und 1033. Die Signale von der Matrix 1001 werden mit der Horizontalablenkfrequenz von 15,5 kHz über vom Generator 1035 gesteuerte Schalter S5, S6, S7 und S8 von den oberen Verzögerungsleitungen 1019, 1021, 1023 und 1025 zu den unteren Ver- zögerungsIeitungen 1027, 1029, 1031 und 1033 umgeschaltet. Die Taktung dieser Signale erfolgt mit 4f

Im Betrieb liegen die Schalter S5, S6, S7 und S8 anfänglich in ihrer oberen Position, so daß die Verzögerungsleitungen 1019, 1021, 1023 und 1025 gefüllt werden, und wenn die obere Gruppe voll ist, werden sie auf die untere Gruppe von Verzögerungsleitungen 1027, 1029, 1031 und 1033 umgeschaltet. Die Schalter fahren fort, die Eingangsleitungen zwischen den zwei Gruppen von vier Verzögerungsleitungen hin und her zu schalten. Ist die obere Verzögerungsleitungsgruppe voll, dann werden die Leitungen 1019 und 1021 mit der doppelten Eingabefrequenz, oder 8f ,

ausgetaktet. Der vom ZeitSteuergenerator 1037 gesteuerte Schalter S9 söhaltet zwischen den Verzögerungsleitungen 1019 und 1021 um, welche vom Zeitsteuergenerator 103 7 mit 16f ausgetaktet werden, um die ersten Bildelemente von

S C

der oberen linken Ecke der normalaufgelösten Gruppe abzutasten und dann die Bildelemente von der oberen rechten Ecke der normalaufgelösten Gruppe, beispielsweise 601, 602, 603, 604, um auf diese Weise einen Signalfluß zu erzeugen, der in Form des ursprünglichen Signals von der ursprünglichen Abtastung aufgebaut ist. Die Schalter S13 und S15 liegen so, daß die Signale von den Verzögerungsleitungen 1019 und 1021 zum hochauflösenden Fernsehempfänger gelangen. Bei der nächsten Horizontalabtastung wird der Schalter S10 umgeschaltet, und die Signale werden aus den Verzögerungsleitungen 1023 und 1025 über die Schalter S13 und S15 ausgetaktet zur Bildung der Zeile P- der Abtastzeile des hochauflösenden Fernsehempfängers. Für die nächste Abtastzeile, die Zeile P₃, taktet der Schalter S11 die Signale aus der Verzögerungsleitung 1027 und 1029 über die Schalter S14 und S15 zu dem hochauflösenden Empfänger 1039, und für die nächste Zeile P₄ der hochaufgelösten Information taktet der Schalter S12 die Information von den Verzögerungsleitungen 1031 und 1033 über die Schalter S14 und S15 zum hochauflösenden Empfänger. Während die Information aus einem Satz von Verzögerungsleitungen ausgetaktet wird, werden die Eingangsschalter umgelegt, so daß die neue Information in einen neuen Satz von Verzögerungsleitungen eingetaktet wird und dadurch für die nächste Abtastung gespeichert ist.

Die Hadamard-Codierung ergibt die Möglichkeit einer Verringerung der Bandbreite auf weniger als die vierfache NTSC-Bandbreite, wie es normalerweise bei einem HDTV-System erforderlich wäre. Wie bereits gesagt wurde, kann die in den Koeffizienten H₂ bis H₄ enthaltene Hochauflösungs-Differenzinformation gemäß einem Schema übertragen werden, wie es in der bereits erwähnten DE-OS 33 06 328

beschrieben ist. Jedoch wird damit das Bandbreitenproblem nicht optimal gelöst. Eines der Merkmale der Hadamard-Codierung liegt darin, daß benachbarte Unterbildelemente
stark korreliert sind, wobei die Bildinformation oder
Entropie im Koeffizienten H₁ am stärksten und in den Koeffizienten H₂, H₃ und H. nur relativ schwach vertreten ist. Ein Verzicht auf den Koeffizienten H. hat nur wenig sichtbare Wirkung auf die Bildqualität. Hierfür gibt es eine
Anzahl von Gründen. Erstens enthält H₄ die höchsten Raumfrequenzen, die zu einer geringeren Entropie und geringeren Sichtbarkeit für den Betrachter neigen. Zweitens enthält H₄ diagonale Bildinformation, die für den Betrachter weniger auffällig ist und in normalen Fernsehszenen weniger häufig vorkommt. Läßt man den Koeffizienten H₄ weg

und codiert man H₂ und H₃ digital, dann kann man Vorteil
aus ihrer verringerten Entropie ziehen. Beispielsweise
kann man eine Codierung variabler Länge benutzen. Da außerdem das Auge gegen Kontrastfehler in diesem Koeffizienten relativ unempfindlich ist, können sie mit einem gröberen

Maßstab quantisiert werden, also in Bitraten der Größenordnung von 2 Bit pro Bildelement.

In Fig. 14 sind andere Anordnungen von Bildelementmustern gezeigt. Die Fig. 14a und 14b veranschaulichen drei hochaufgelöste Bildelemente, die in einem Standef-Bildelement enthalten sind. Gemäß Fig. 14a enthält das normalaufgelöste Bildelement 1401 drei hochaufgelöste Unterbildelemente
1403, 1405 und 1407, die nach einem Hadamard-Schema
codiert werden können. Der Koeffizient H- würde die Summe von 1403, 1405 und 1407 enthalten, H₂ die Differenz zwischen 1403 und 1405 und H₃ die Differenz zwischen 1407
und der Summe von 1403 und 1405. Gemäß Fig. 14b enthält
das Standef-Bildelement 1409 drei hochaufgelöste Unterbildelemente 1411, 1413 und 1415: Hierbei würde der Koeffizient H- die Summe von 1411, 1413 und 1415 enthalten,
H₂ die Differenz zwischen 1409 und der Summe von 1411 und 1415, und H₃ schließlich die Differenz zwischen 1411 und

1415. Eine solche Anordnung kann ein interessanter Weg zur Verringerung der Bandbreite von hochauflösenden Hadamard-Systemen bilden.

Fig. 14c zeigt eine andere Anordnung von Bildelementen, nämlich eine Polygonform: Die Bildelemente benachbarter Zeilen 1417 und 1419 eines hochauflösenden Rasters sind gegeneinander versetzt und bilden ein Punktversatzmuster. Eine Gruppe vier hochauflösender Bildelemente 1421, 1423, 1425 und 1427, die in Form eines Polygones, also eines Parallelogrammes, angeordnet sind, bilden ein normalaufgelöstes Bildelement 1429. Wie bereits beschrieben, werden die Hadamard-Basisfunktionen gebildet durch die Summen und Differenzen der vier hochaufgelösten Bi_vldelemente innerhalb des normalaufgelösten Bildelementes. Der Koeffizient H₁ ist die Summe von 1421, 1423, 1425 und 1427, der Koeffizient H₂ ist die Differenz zwischen der Summe von 1421 und 1425 mit der Summe von 1423 und 1427, H₃ ist die Differenz der Summe von 1421 und 1423 mit der Summe von 1425 und 1427_/ und H. ist die Differenz zwischen der Summe von 1421 und 1427 mit der Summe von 1423 und 1425.

Ein ,anderes Schema zur Reduzierung der Datenrate für Hadamard-Koeffizienten kann der US-PS 4,323,916 entsprechen: Hierbei wird die Bandbreite eines digitalen Fernsehsignals verringert durch Senden von Steuerimpulsen, die angeben, welche der übertragenen Information der nichtübertragenen Information am nächsten kommt, so daß die durch letztere dargestellten Bildelemente rekonstruiert werden können.

Für den Fachmann verstehen sich weitere Ausführungsformen der Erfindung: So können digitale Äquivalente der in analoger Form beschriebenen Funktionen angewandt werden, und es können auch Abtastsignalquellen wie Filmabtaster anstelle von Fernsehkameras benutzt werden.

Claims (21)

1. TELEGRAMM SOMBEZ

   FAX GR Il + III (089) 2716063

   RCA 78806 Sch/Vu
   U.S. Ser. No. 459,334
   vom 19. Januar 1983

   RCA Corporation, New York, N-Y. (V.St.A.)

   Kompatibles hochauflösendes Fernsehsystem unter Verwendung von Hadamard-Basisfunktionen

   Patentansprüche

   Ij) Einrichtung für ein Fernsehsystem einer ersten Auflösung, welches mit einem Fernsehempfänger einer zweiten, niedrigeren Auflösung kompatibel ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur zeitlichen Quantisierung von Abtastwerten, welche Bildelemente der ersten Auflösung darstellen (350, 352, 354, 356, 358, 368, 370 in Fig. 7) und durch einen Wandler zur Transformierung von mindestens drei, ein polygonales Bildelementmuster darstellenden Abtastwerten in eine Mehrzahl von Koeffizienten (H1 bis H4) einer Hadamard-Basisfunktion, wobei einer der Koeffizienten (H1) die Summe der Werte der Abtastwere in dem Muster ist und ein Bildelement einer zweiten Auflösung darstellt (360,362,364,366 in Fig. 7).

   POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 691 4 8 -800

   'y _
2. 2) Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung für ein Signal, welchesidie Mehrzahl von Koeffizienten enthält.
3. 3) Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygonalmuster ein Rechteckmuster ist (Fig. 5c)
4. 4) Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygonalmuster ein Parallelogrammmuster . ist (Fig. 14c).
5. 5) Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein 2 χ 2-Muster von Abtastwerten ist (Fig. 5c).
6. 6) Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster drei Abtastwerte umfaßt (Fig. 14a oder b).
7. 7) Einrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Koeffizienten (H1) die positive Gesamtsumme der Abtastwerte des Musters ist.
8. 8) Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtastwerte erzeugende Einrichtung einen Abtaster zur Abtastung eines Bildes in Zeilen und Halbbildrichtungen umfaßt (Fig. 4).
9. 9) Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte des Musters in Zeilen- und Halbbildrichtung nebeneinanderliegen (Fig. 5).
10. 10) Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte im Muster zumindest in Halbbildrichtung nicht benachbart sind (Fig. 8).

    η χ m * 4

    -3-
11. 11) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte des Musters zu jeder zweiten Zeile gehören (Fig. 8).
12. 12) Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Empfänger (Fig. 13), der einen Wandler (1001) zur Transformierung der empfangenen Signalwerte, welche die Koeffizienten einer Hadamard-Basisfunktion darstellen, in mindestens drei Abtastwerte, die BiIdelemente mit einer ersten Auflösung darstellen und in einem Polygonalmuster angeordnet sind, und durch eine Wiedergabeeinrichtung (1019-1039,55-515) zur Wiedergabe der Bildelemente in Form eines Bildes mit der ersten Auflösung.
13. 13) Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine Einrichtung zur Zeitquantisierung des empfangenen Signals enthält.
14. 14) Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabeeinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Abtastwerte und einen Abtaster für die Wiedergabeabtastung der Abtastwerte auf einem Bildschirm enthält.
15. 15) Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auflösung eine Standardauflösung (NTSC,PAL) ist und daß die erste Auflösung eine höhere als die Standardauflösung ist.
16. 16) Einrichtung zur Erzeugung eines Fernsehsignals, welches ein Bild mit einer ersten Auflösung darstellt und mit einem Empfänger zur Wiedergabe eines Bildes mit einer zweiten, niedrigeren Auflösung kompatibel ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (901, S1, 903-011, 53, 34 in Fig. 12) zur Erzeugung zeitquantisierter Abtastwerte, welche jeweils Bildelemente mit der ersten Auflösung darstellen, und durch einen Wandler (913,

    93 5) zur Transformierung der Werte von mindestens drei ein polygonales Muster von Bildelementen darstellenden Abtastwerten in eine Mehrzahl von Koeffizienten einer Hadamard-Basisfunktion, wobei einer der Koeffizienten die Summe der Werte der Abtastwerte im Muster ist und ein Bildelement der zweiten Auflösung darstellt (Fig. 7 oder 12).
17. 17) Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die das zeitquantisierte Signal erzeugende Einrichtung (901) einen Abtaster zur Abtastung eines Bildes in Zeilen- und Halbbildrichtung sowie eine vom Abtaster abhängige Signalquelle enthält, deren Signale das Bild mit einer ersten Auflösung darstellen.
18. 18) Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungseinrichtung eine Speicheranordnung (903-909) zur sequentiellen Speicherung der Zeilen, einen ersten Schalter (S1) zur sequentiellen Eingabe der Zeilen in den Speicher und einen zweiten Schalter zur Ausgabe der zeitquantis.ierten Abtastwerte der gespeicherten Zeilen an einer Ausgangsschaltung enthält.
19. 19) Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine Matrix (913-927) zur Kombinierung der zur Ausgangsschaltung ausgegebenen Abtastwerte zur Bildung der Hadamard-Koeffizienten aufweist.
20. 20) Fernsehempfänger (Fig. 13) zur Wiedergabe eines Bildes, das durch ein Signal dargestellt wird, welches die Werte der Koeffizienten einer Hadamard-Basisfunktion enthält, deren Koeffizienten zusammen die Werte von mindestens drei in einem polygonalen Muster angeordneten Bildelemente einer ersten Auflösung darstellenden Abtastwerten bilden und von denen einer die Summe der Werte der Abtastwerte 5 im Muster ist, gekennzeichnet durch einen Wandler (1001) zur Transformierung der empfangenen Signalwerte in mindestens drei zeitquantisierte Abtast-

    werte, welche die betreffenden Bildelemente der ersten Auflösung darstellen und in einem Polygonalmuster angeordnet sind und durch eine Wxedergabeexnrxchtung (55-515, 1019-1039) zur Wiedergabe der Bildelemente in Form eines Bildes der ersten Auflösung.
21. 21) Empfänger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabeeinrichtung eine Speicheranordnung (1019-1037) zur Speicherung der zeitquantisierten Abtastwerte, eine erste Schalteranordnung (1035,55-58) zur Eingabe der Abtastwerte in die Speicheranordnung, eine zweite Schalteranordnung (1037,59-514) zur Auswahl der Abtastwerte von der Speicheranordnung im Sinne der Bildung eines Stromes von Abtastwerten, welche eine Fernsehbildzeile darstellen, und eine dritte Schalteranordnung (515) zur Weiterleitung der Zeile an die Wiedergabeeinrichtung enthält.