DE3427668C2

DE3427668C2 -

Info

Publication number: DE3427668C2
Application number: DE3427668A
Authority: DE
Inventors: Alfonse Anthony Staten Island N.Y. Us Acampora; Richard Michael Cranbury N.J. Us Bunting
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1992-11-19
Also published as: KR930002125B1; DE3427668A1; KR850000880A; GB2144300A; JPS6052189A; US4575749A; CA1216657A; GB8418859D0; FR2550040A1; GB2144300B; JP2553833B2; FR2550040B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kompandierung (d. h. Dynamikpressung und -dehnung) von Signalen, insbesondere von Fernsehsignalen.

In jüngster Zeit besteht Interesse daran, die Komponenten von Farbfernsehsignalen nicht in der herkömmlichen Form eines Signalgemisches, sondern als Analogsignale im Zeitmultiplex zu übertragen.

Aus z. B. der DE-PS 26 60 488 ist eine zeitmultiplexe Übertragung der Leuchtdichte-Signalkomponente und der zeitkomprimierten Farbart-Signalkomponenten in analoger Form bekannt. Diese Übertragung erfolgt typischerweise über Frequenzmodulation in einem Übertragungskanal. Der Kanal kann eine Satellitenfunkstrecke mit einem Satelliten und einem Sender sein oder ein Kanal, der einen Videobandrekorder enthält und worin aufgezeichnete Information auf Videobändern weitergeleitet ("übertragen") wird. Solche Kanäle unterliegen jedoch Rauscheinflüssen, wodurch die Qualität des am Ende wiedergegebenen Bildes verschlechtert wird. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Qualität des Bildes, das aus einem solchen rauschbehafteten Kanal gewonnen wird, ist die sogenannte Kompandierung, bei der der Dynamikbereich von Signalen komprimiert wird.

In der US-PS 41 68 508 wird ein Audio-Video-Wandler/Modulator beschrieben, bei dem eine Kompression von Audiosignalen vorgesehen ist, eine Kompression des Dynamikbereichs der Signale jedoch nicht durchgeführt wird.

Bei einer Kompandierung wird durch die Kompression z. B. eines Videosignals das Verhältnis von Mittelwert zu Spitzenwert des Signals vergrößert und damit dessen Empfindlichkeit gegenüber Rauscheinflüssen vermindert. Im Empfänger bzw. im Abspielgerät wird der Dynamikbereich des Signals wieder gedehnt (expandiert), und zwar gemäß einer zur erfolgten Pressung komplementären Funktion, so daß die ursprüngliche Amplitudenverteilung des Signals wieder hergestellt wird, um das richtige Signal zur Wiedergabe zu erhalten. Da jedoch die Leuchtdichte- und Farbartkomponenten verschiedene Amplitudenverteilungen haben, bringt ein einziges Kompandierungsgesetz keine optimale Rauschverminderung für beide Komponenten, und zwar weder im Falle der herkömmlichen Gemischform noch im Falle der oben erwähnten Multiplexform des Fernsehsignals.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optimale Kompandierung sowohl der Leuchtdichte- als auch der Farbartkomponente eines Fernsehsignals zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 oder 6 beschrieben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Leuchtdichte- und Farbartkomponenten eines Farbfernsehsignals enthält eine Einrichtung zur Pressung des Dynamikbereichs der Komponenten unter Verwendung unterschiedlicher Kompressionsgesetze für die Leuchtdichtekomponente und die Farbartkomponente.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Senders;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgestatteten Empfängers.

Der in Fig. 1 dargestellte Sender hat einen Eingang 10 zum Empfang eines Leuchtdichtesignals Y, einen Eingang 12 zum Empfang eines Farbdifferenzsignals R-Y und einen Eingang 14 zum Empfang eines Farbdifferenzsignals B-Y. Diese empfangenen Videosignale seien 8-Bit-Digitalsignale und kommen z. B. von einer Kamera mit nachgeschaltetem 8-Bit-Digitalumsetzer. Im Falle einer Satellitenfunkstrecke kann das Y-Signal typischerweise mit einer Abfragefrequenz 3f_sc gleich dem Dreifachen der Farbhilfsträgerfrequenz erscheinen (also mit 10,74 MHz beim NTSC-Fernsehen), während die Signale R-Y und B-Y mit der Farbhilfsträgerfrequenz f_sc digitalisiert sein können (3,58 MHz). Im Falle eines Videobandrecorders können die Abfragefrequenzen der Digitalsignale typischerweise gleich 13,5 MHz für das Y-Signal und 6,7 MHz für die Signale R-Y und B-Y sein.

Die Signale Y, R-Y und B-Y werden jeweils einer gesonderten Einrichtung 16 bzw. 18 bzw. 20 zur Zeitkompression angelegt. Wie an sich bekannt, kann jede dieser Kompressionseinrichtungen 16, 18 und 20 eine Eingangs- und eine Ausgangs-Umschalteinrichtung enthalten sowie zwei Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Randomspeicher), die so betrieben werden, daß während einer Fernsehzeile Information in den ersten Speicher eingeschrieben und Information aus dem zweiten Speicher ausgelesen wird. Während der nächsten Zeile ist der erste Speicher im Lesebetrieb, während der zweite Speicher im Schreibbetrieb ist, usw. Die benötigten Lese- und Schreib-Taktsignale kommen aus entsprechenden Taktsignalquellen (nicht gezeigt). Die Schreibtaktfrequenzen sind gleich der Abfrage- oder Digitalisierungsfrequenz des jeweiligen Eingangssignals, während die Lesetaktfrequenzen höher als die jeweiligen Schreibtaktfrequenzen sind, um die erwähnte Zeitkompression zu bewirken. Im Falle einer Satellitenübertragung kann die Lesetaktfrequenz typischerweise gleich 4f_sc (14,32 MHz) für alle Zeitkompressionseinrichtungen sein. Dies führt zu einer Zeitkompression von 4 : 3 (14,32 : 10,74) für das Signal Y und von 4 : 1 (14,32 : 3,58) für die Signale R-Y und B-Y. Im Falle eines Videobandrecorders kann die Lesetaktfrequenz typischerweise gleich 27 MHz sein, womit sich eine Zeitkompression von 2 : 1 (27 : 13,5) für das Signal Y und von 4 : 1 (27 : 6,75) für die Signale R-Y und B-Y ergibt. Die Lesetaktsignale werden während einer Zeile so synchronisiert, daß sich die Ausgangssignale von den Kompressionseinrichtungen 16, 18 und 20 nicht zeitlich überlappen.

Die Signale Y, R-Y und B-Y werden auf einen Multiplexer (abgekürzt: MUX) 22 gegeben, der durch ein Steuergerät 24 gesteuert wird. Wie an sich bekannt, kann das Steuergerät 24 einen Zähler enthalten, der die 27-MHz- oder 13,5-MHz-Taktimpulse zählt und durch den Horizontalsynchronimpuls zurückgestellt wird. Mit diesem Zähler kann ein Decoder gekoppelt sein, um ausgewählte Teile der Horizontalzeilenperiode zu identifizieren und den Multiplexer 22 zeitlich so zu steuern, daß jeder Randomspeicher jeweils während desjenigen Intervalls mit den nachfolgenden Stufen gekoppelt wird, in welchem der Speicher Signale ausgibt. Diese Signale können auch das zeitliche Erscheinen der an die Zeitkompressionseinrichtungen 16, 18 und 20 gelegten Lesesignale steuern.

Das im Zeitmultiplex kombinierte 8-Bit-Signal vom Multiplexer 22 wird auf einen Dynamikpresser 26 gegeben, der einen (1 K × 8)-Randomspeicher oder -Festwertspeicher aufweisen kann, dessen Adresseneingänge als Signaleingänge benutzt werden. Die zur Dynamikpressung führende nichtlineare Funktion ist im Randomspeicher gespeichert, wie es in der Deutschen Patentanmeldung DE 32 27 473 A1 beschrieben ist.

Es hat sich gezeigt, daß speziell das in der Telephonie verwendete µ-Gesetz geeignet ist, den Signalabstand (Nutzsignal/Rauschsignal-Verhältnis) von Videosignalen zu verbessern. Ein mögliches µ-Gesetz für die Signale R-Y und B-Y ist durch folgende Funktion gegeben:

wobei

sich als geeignet erwiesen hat. F(x) ist das Ausgangssignal in IRE-Einheiten, wobei das positive Vorzeichen für Eingangswerte gleich mindestens 50 Einheiten verwendet wird und das negative Vorzeichen für Eingangswerte benutzt wird, die kleiner sind als 50 IRE-Einheiten. Das Absolutwertzeichen (Betragszeichen) ist notwendig, weil die Farbartsignale normalerweise einem Sockelwert von 50 IRE-Einheiten überlagert sind. Für die Y-Signale kann das Gesetz folgendermaßen geschrieben werden:

wobei µ gleich etwa 3 ist und

Das Steuergerät 24 liefert ein 2-Bit-"Seiten"-Steuersignal an den Dynamikpresser 26, um eine von vier Umwandlungstabellen oder "Seiten" auswählen zu können, deren jede einem anderen Kompressionsgesetz für den Dynamikbereich entspricht. Die vier "Seiten" erlauben es, auch für die Signale R-Y und B-Y unterschiedliche Kompressionsgesetze zu verwenden, falls dies wegen Unterschieden in der Amplitudenverteilung zwischen diesen beiden Signalen erwünscht ist. Die vierte "Seite" kann für eine Dynamikpressung des Tonsignals verwendet werden, (falls dieses digitalisiert ist) oder zur Dynamikpressung eines digitalcodierten Signals. Die vierte "Seite" kann auch eine lineare Übertragungsfunktion bewirken, falls dies für ein bestimmtes Signal wie z. B. ein bereits in seiner Analogform gepreßtes Tonsignal erwünscht ist. Hierzu müßte der Multiplexer 22 einen zusätzlichen Eingang haben. Soll die Pressung der Signale R-Y und B-Y nach genau demselben Kompressionsgesetz erfolgen und soll keine Dynamikpressung eines Tonsignals oder eines Codesignals stattfinden, dann benötigt man nur ein 1-Bit-Seitensteuersignal, um zwischen den beiden "Seiten" für die Dynamikpressung der beiden Signaltypen (Leuchtdichtesignal und Farbdifferenzsignal) auszuwählen.

Das 8-Bit-Ausgangssignal vom Dynamikpresser 26 wird einem Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 28 zugeführt. Das resultierende Analogsignal wird einer Einfügungsschaltung 30 angelegt, worin Horizontal- und Vertikalsynchronsignale hinzugefügt werden sowie ein Taktburstsignal, z. B. ein Signal mit einer Frequenz, die in einer ganzzahligen Relation zur Datenabfragefrequenz von 14,32 MHz oder 27 MHz steht und z. B. 3,5 Hz oder 4,5 MHz betragen kann. Das Ausgangssignal der Schaltung 30 wird auf einen Übertragungskanal 32 gegeben, z. B. auf eine Satellitenfunkstrecke oder auf einen Videobandrecorder mit FM-Modulator (nicht dargestellt).

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Empfängers, der in Verbindung mit dem Sender nach Fig. 1 verwendet werden kann. Eine Eingangsklemme 40 empfängt vom Kanal 32 ein analoges Videosignal, das durch einen FM-Demodulator (nicht dargestellt) demoduliert worden ist. Dieses Basisbandsignal wird einem Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 42 und einer Separatorschaltung 44 zugeführt. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 42 ist ein im Zeitmultiplex zusammengesetztes Videosignal in 8-Bit-Digitalform mit einer Abfragefrequenz von z. B. 14,32 MHz (im Falle einer Satellitenstrecke) oder 27 MHz (im Falle eines Videobandrecorders). Dieses Signal wird auf die Adresseneingänge eines Randomspeichers gegeben, der einen Dynamikdehner 46 bildet.

Die Horizontal- und Vertikalsynchronsignale und die Taktburstsignale werden von der Separatorschaltung 44 auf ein Steuergerät 48 gegeben, das ähnlich aufgebaut ist wie das Steuergerät 24 nach Fig. 1. Das Taktsignal kann durch einen mit spannungsgesteuertem Oszillator arbeitenden Frequenzvervielfacher (nicht dargestellt) innerhalb des Steuergerätes 48 gewonnen werden, und zwar durch Frequenzvergleich des Taktburstsignals mit dem Ausgangssignal des Oszillators, das eine Frequenzteilung erfahren hat. Dem Dynamikdehner 46 wird ein 2-Bit-Seitenwählsignal angelegt, um jeweils diejenige Dehnungsfunktion auszuwählen, die komplementär zur Kompressionsfunktion ist, welche für das betreffende Signal verwendet wurde. Die Dehnungsfunktionen können z. B. dem inversen µ-Gesetz mit dem jeweils passenden Wert von µ entsprechen.

Die in ihrem Dynamikbereich gedehnten Digitalsignale vom Dynamikdehner 46 werden anschließend einem Demultiplexer 50 zugeführt, der durch das Steuergerät 48 gesteuert wird. Die hierdurch voneinander getrennten Signale Y, R-Y und B-Y werden gesonderten Zeitdehnern 52, 54 und 56 zugeführt, die genauso aufgebaut sein können wie die Zeitkompressionseinrichtungen 16, 18 und 20, indem sie beispielsweise jeweils zwei geschaltete Randomspeicher enthalten, von denen während einer Zeile der eine im Schreibbetrieb und der andere im Lesebetrieb arbeitet und deren Betriebsart während der nächsten Zeile vertauscht wird.

Die Schreibtaktfrequenzen für alle Zeitdehner 52, 54 und 56 der Abfragefrequenz der Videosignale (z. B. 14,32 MHz für eine Satellitenfunkstrecke oder 27 MHz für einen Videobandrecorder. Die Lesetaktfrequenzen sind niedriger gewählt, um eine derartige Zeitdehnung zu bewirken, daß alle Signale jeweils eine ganze aktive Bildzeile belegen. Für das Y-Signal kann eine Lesetaktfrequenz von 10,74 MHz (im Falle einer Satellitenfunkstrecke) oder von 13,5 MHz (im Falle eines Videobandrecorders) verwendet werden. Für die Signale R-Y und B-Y kann die Lesetaktfrequenz 3,5 MHz (im Falle einer Satellitenfunkstrecke) oder 6,75 MHz (im Falle eines Videobandrecorders) sein.

Die 8-Bit-Ausgangssignale von den Zeitdehnern 52, 54 und 56 werden jeweils einem gesonderten D/A-Wandler 58 bzw. 60 bzw. 62 zugeführt, worin analoge Ausgangssignale zur weiteren Verarbeitung wie z. B. zur Matrizierung oder zur Bildwiedergabe gebildet werden.

Claims

1. Anordnung zur Abgabe von Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten eines Farbfernsehsignals auf einen Übertragungsweg, gekennzeichnet durch eine Dynamikpreßeinrichtung (26) zur Pressung des Dynamikbereichs der Signalkomponenten, worin die Dynamikpressung der Leuchtdichte-Signalkomponente (Y) einerseits und der Farbart-Signalkomponenten (R-Y, B-Y) andererseits gemäß unterschiedlichen Kompressionsgesetzen erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikpreßeinrichtung (26) für jede der Farbart-Signalkomponenten (R-Y und B-Y) ein jeweils anderes Kompressionsgesetz verwendet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eingang der Dynamikpreßeinrichtung (26) eine Zeitkompressionseinrichtung (16, 18, 20) gekoppelt ist, um die Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten zeitlich zu komprimieren.

4. Anordnung nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Multiplexerschaltung (22) zur Verschachtelung der zeitlich komprimierten Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten im Zeitmultiplex in einer vorbestimmten zeitlichen Folge und eine Steuereinrichtung (24), welche die Dynamikpreßeinrichtung (26) entsprechend dieser zeitlichen Folge steuert, um die verschiedenen Signalkomponenten gemäß den unterschiedlichen Kompressionsgesetzen zu pressen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikpreßeinrichtung (26) einen Festwertspeicher aufweist, in welchem die Kompressionsgesetze gespeichert sind.

6. Anordnung zum Empfang der in ihrem Dynamikbereich gepreßten Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten eines Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Empfang von Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten ausgelegt ist, deren Dynamikbereiche nach unterschiedlichen Kompressionsgesetzen gepreßt sind, und daß die Anordnung eine Dynamikdehnungseinrichtung (46) aufweist, um die Dynamikbereiche der Signalkomponenten nach unterschiedlichen Dehnungsgesetzen zu dehnen, die invers zu den jeweiligen Kompressionsgesetzen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Empfang von Signalkomponenten ausgelegt ist, die außerdem zeitlich komprimiert sind, und daß die Anordnung ferner eine mit dem Ausgang der Dynamikdehnungseinrichtung (46) gekoppelte Einrichtung (52, 54, 56) enthält, um die Signalkomponenten zeitlich zu dehnen.

8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Empfang von Farbart-Signalkomponenten ausgelegt ist, deren Dynamikbereiche nach unterschiedlichen Kompressionsgesetzen gepreßt sind, und daß die Dynamikdehnungseinrichtung (46) den Dynamikbereich jeder der Farbart-Signalkomponenten nach einem jeweils anderen Dehnungsgesetz dehnt.

9. Anordnung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Empfang von zeitlich komprimierten und in ihren Dynamikbereichen gepreßten Signalkomponenten ausgelegt ist, die in einer vorbestimmten Folge erscheinen, und daß die Anordnung eine Einrichtung (48) enthält, um die Dynamikdehnungseinrichtung (46) entsprechend dieser Folge zu steuern, um die verschiedenen Signalkomponenten nach den unterschiedlichen Dehnungsgesetzen zu dehnen.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikdehnungseinrichtung (46) einen Festwertspeicher aufweist, in welchem die Dehnungsgesetze gespeichert sind.