DE3537810A1 - Codierer fuer ein 3-komponentiges videosignal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Codierer für ein 3-komponentiges Videosignal mit einer Umcodiereinheit, der die Codeworte der Luminanz-Komponente des Videosignales mit einer Worttaktfrequenz von 5 MHz und die Codeworte der beiden Chrominanz-Komponenten mit einer Worttaktfrequenz von 1 MHz zugeführt werden, wobei für jede Komponente des Videosignales ein Analog-Eingang mit einem Eingangs-Tiefpaß und einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist.

Aus der DE-OS 33 10 410 ist eine Umcodiereinheit bekannt, mit der ein digitalisiertes 1-komponentiges Videosignal, dessen Worttaktfrequenz bei etwa 10 MHz liegt, in ein digitales Leitungssignal mit einer Bitrate von etwa 2 Mbit/s umcodiert wird. Die mit der Umcodierung verbundene Reduktion der Bitrate wird unter anderem dadurch erreicht, daß in der Umcodiereinheit ein Bildspeicher vorgesehen ist, in dem die zu einem Vollbild gehörenden Codeworte des Videosignales abgespeichert werden, und daß nur die codierte Differenz zwischen einander entsprechenden Codeworten zweier aufeinander folgender Vollbilder übertragen wird.

Eine ähnliche Verarbeitung für ein 3-komponentiges Videosignal vorzunehmen, also ein Videosignal, das aus einer Luminanz-Komponente und zwei Chrominanz-Komponenten besteht, stellt für den Fachmann keinerlei Schwierigkeit dar.

Bei der bekannten Umcodiereinheit muß die Digitalisierung des Videosignales mit einem Analog-Digital-Wandler vorgenommen werden, der mit einer Abtastfrequenz von etwa 10 MHz betrieben wird und dem ein Tiefpaß vorgeschaltet ist, dessen Grenzfrequenz bei 5 MHz liegt. Ähnlich ist vorzugehen, wenn ein 3-komponentiges Videosignal zu digitalisieren ist. Jedoch ist der Aufwand an Filtermitteln bei der beschriebenen Analog-Digital-Umsetzung erheblich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Codierer der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Umsetzung der Analogsignale in Digitalsignale mit möglichst geringen Filtermitteln erfolgt und bei dem - ebenfalls mit geringstem Filteraufwand - auch die Verarbeitung der drei Komponenten des Videosignales möglich ist, wenn sie in digitaler Form vorliegen und wenn die Worttaktfrequenz der Luminanz-Komponente 13,5 MHz und die Worttaktfrequenz der beiden Chrominanz-Komponenten 3,375 MHz beträgt (Substudiostandard).

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Grenzfrequenz des Eingangs-Tiefpasses für die Luminanz- Komponente zwischen 2,5 MHz und etwa 10 MHz liegt und der nachgeschaltete Analog-Digital-Wandler mit einer Abtastfrequenz von 20,25 MHz betrieben wird, daß auf den Analog- Digital-Wandler ein digitaler Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 2,5 MHz folgt, daß die Worttaktfrequenz des Ausgangssignales des digitalen Tiefpasses um den Faktor 4 herabgesetzt und anschließend durch Löschen ausgewählter Codeworte mit einem FIFO-Speicher auf den Wert von 5 MHz gebracht wird, daß die Grenzfrequenzen der Eingangs-Tiefpässe für die beiden Chrominanz-Komponenten zwischen 0,5 MHz und etwa 2,5 MHz liegen und die nachgeschalteten Analog-Digital- Wandler mit einer Abtastfrequenz von 5,0625 MHz betrieben werden, daß auf jeden Analog-Digital-Wandler ein digitaler Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 0,5 MHz folgt, daß die Worttaktfrequenz des Ausgangssignales eines jeden Tiefpasses um den Faktor 5 herabgesetzt und durch anschließendes Löschen ausgewählter Codeworte mit einem FIFO-Speicher auf den Wert von 1 MHz gebracht wird.

In der angegebenen Lösung ist die Lehre für den Aufbau des entsprechenden Decodierers mit enthalten und ihr ohne weiteres zu entnehmen, da zur Decodierung der Signalfluß nur umgekehrt und die einzelnen Operationen nur invertiert zu werden brauchen. So sind bei Umkehrung der Signalflußrichtung in den FIFO-Speichern dem Signal Füllworte hinzuzufügen. Worttaktfrequenzen sind um den gleichen Faktor zu erhöhen bzw. zu erniedrigen, um den sie vorher zu erniedrigen bzw. zu erhöhen waren, und Analog-Digital-Wandler sind durch Digital-Analog-Wandler zu ersetzen. Die Charakteristiken sämtlicher Filter bleiben unverändert.

Die Verwendung der in der Aufgabenstellung genannten Frequenzen hat den Vorteil, daß sich - bei einer Wortlänge von 8 Bit - die getrennten Komponenten des Videosignales zu einem Multiplexsignal mit der standardisierten Bitrate von 140 Mbit/s zusammen fassen lassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Anhand der Figur soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Die Figur zeigt einen Codierer mit erfindungemäßen Merkmalen.

Die Luminanz-Komponente des Videosignales wird an einer Klemme 1 angelegt, falls das Videosignal in analoger Form vorliegt; die Klemme 1 ist gleichzeitig der Eingang eines analogen Tiefpasses 2, dem ein Analog-Digital-Wandler 3 nachgeschaltet ist.

Entsprechendes gilt für die beiden Chrominanz-Komponenten des analogen Videosignales, für Klemmen 12, 23, Eingangs- Tiefpässe 13, 24 sowie für Analog-Digital-Wandler 14 und 25.

Der Eingangs-Tiefpaß 2 hat eine Grenzfrequenz von 13,5 MHz und ist so ausgelegt, daß seine Dämpfung im Frequenzbereich von 2,5 MHz bis 13,5 MHz ansteigt. Der relativ flache Anstieg ist mit geringem Aufwand realisierbar; er kann schon ab 2,5 MHz beginnen, weil - wie weiter unten ersichtlich werden wird - nur der Teil der Luminanz- Komponente wirklich benötigt wird, dessen Frequenzen unterhalb 2,5 MHz liegen. Der Analog-Digital-Wandler 3 wird mit einer Abtastfrequenz von 20,25 MHz betrieben. Wegen der Faltungsverzerrung bleibt nur der Teil des ursprünglichen Luminanz-Komponente unverzerrt erhalten, dessen Frequenzen unterhalb von 6,75 MHz liegen.

Die Codeworte der digitalisierten Luminanz-Komponente werden nun (parallel) einem mit wenig Aufwand zu realisierenden digitalen Tiefpaß 4 zugeführt, dessen Grenzfrequenz bei 2,5 MHz liegt. Das gefilterte Signal durchläuft sodann eine Einheit 5, die die Worttaktfrequenz um den Faktor 4 dadurch erniedrigt, daß nur jedes vierte Codewort an den Ausgang weitergegeben wird. Auch von dieser Operation bleibt der Anteil des ursprünglichen Signales unberührt, dessen Frequenzen unterhalb von 2,5 MHz liegen. Am Ausgang der Einheit 5 beträgt nun die Worttaktfrequenz 5,0625 MHz; sie ist also etwas größer als die Worttaktfrequenz, mit der die Luminanz-Komponente des Videosignales einer Umcodiereinheit 7 zugeführt werden muß. Nach der Konzeption der Umcodiereinheit 7 muß die in Rede stehende Worttaktfrequenz 5 MHz betragen. Erreicht wird die erforderliche Reduktion dadurch, daß durch einen FIFO-Speicher 6 (First-In-First-Out) pro Fernsehzeile drei Codeworte unterdrückt werden. Diese Codeworte werden auf den Zeilenanfang und das Zeilenende verteilt, da der Informationsverlust an diesen Stellen am wenigstens ins Gewicht fällt.

Was über die Luminanz-Komponente gesagt worden ist, gilt auch sinngemäß für die beiden Chrominanz-Komponenten des analogen Videosignales. Die Eingangs-Tiefpässe 13 und 24 haben eine Grenzfrequenz von 3,375 MHz und die Analog- Digital-Wandler 14, 25 werden mit einer Abtastfrequenz von 5,0625 MHz betrieben. Dies bedeutet, daß der Frequenzbereich der Chrominanz-Komponenten, der unterhalb von 1,6875 MHz liegt, frei ist von Faltungsverzerrungen. Da nur der Frequenzbereich unterhalb von 0,5 MHz benötigt wird, kann die Dämpfung der Filter 13 und 24 von 0,5 MHz an langsam bis auf den erforderlichen Wert bei 3,075 MHz anwachsen. Auch die Filter 13 und 24 sind daher mit geringem Aufwand realisierbar.

Durch digitale Filter 15 und 26 mit einer Grenzfrequenz von 0,5 MHz werden die Chrominanz-Komponenten sodann auf eine Bandbreite von 0,5 MHz begrenzt. Einheiten 16 und 27 setzen nun die Worttaktfrequenz um den Faktor 5 herab, so daß an den Ausgängen der Einheiten 16 und 27 die Worttaktfrequenz 1,0125 MHz beträgt. In FIFO-Speichern 17 und 28 wird die Worttaktfrequenz durch Löschen eines Codewortes pro Fernsehzeile auf genau 1 MHz herabgesetzt und die entstehenden Signale der Umcodiereinheit 7 zugeführt.

Am Ausgang 18 der Umcodiereinheit 7 ist das in der Bitrate stark reduzierte Gesamtsignal mit 2 Mbit/s abnehmbar.

Liegt das 3-komponentige Videosignal schon in digitalisierter Form vor, und zwar mit den in der Aufgabenstellung angegebenen Worttaktfrequenzen, so sind für die einzelnen Komponenten die Klemmen 8, 19 und 29 vorgesehen. Die Worttaktfrequenz von 13,5 MHz der an der Klemme 8 parallel anliegenden Codeworte der Luminanz- Komponente wird durch eine Einheit 9 um den Faktor 3 erhöht. Anschließend wird eine Filterung mit dem digitalen Tiefpaß 10 vorgenommen, dessen Grenzfrequenz bei 6,75 MHz liegt. Die Worttaktfrequenz des gefilterten Signales wird nun durch eine Einheit 11 um den Faktor 2 auf 20,25 MHz herabgesetzt und dann wird das Signal dem Eingang des digitalen Tiefpasses 4 zugeführt.

Ähnlich wird mit den beiden Chrominanz-Komponenten verfahren. Die Worttaktfrequenz wird zunächst durch eine Einheit 20 bzw. 30 um den Faktor 3 heraufgesetzt, dann wird das Signal durch einen Tiefpaß 21 bzw. 31, dessen Grenzfrequenz bei 1,6875 MHz liegt, gefiltert. Das gefilterte Signal durchläuft die Einheit 22 bzw. 32, die die Worttaktfrequenz um den Faktor 2 herabsetzt, und wird dann an den Eingang des Tiefpasses 15 bzw. 26 geleitet.

Der beschriebene Coder läßt sich aus als Transcoder verwenden. Wird z. B. ein Multiplexsignal von 140 Mbit/s durch einen Demultiplexer so in drei Komponenten zerlegt, daß die erste Komponente eine Worttaktfrequenz von 13,5 MHz und die beiden weiteren Komponenten eine Worttaktfrequenz von 3,375 MHz aufweisen, dann ist durch Anlegen der Teilsignale an die Klemmen 8, 19 und 29 an der Klemme 18 ein umcodiertes 2 Mbit/s-Signal abnehmbar. Die Reduzierung der Bitrate ist nur mit entsprechendem Informationsverlust möglich.

Claims (6)

1. Codierer für ein 3-komponentiges Videosignal mit einer Umcodiereinheit, der die Codeworte der Luminanz-Komponente des Videosignales mit einer Worttaktfrequenz von 5 MHz und die Codeworte der beiden Chrominanz-Komponenten mit einer Worttaktfrequenz von 1 MHz zugeführt werden, wobei für jede Komponente des Videosignales ein Analog-Eingang mit einem Eingangs-Tiefpaß und einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grenzfrequenz des Eingangs-Tiefpasses (2) für die Luminanz-Komponente zwischen 2,5 MHz und etwa 10 MHz liegt und der nachgeschaltete Analog-Digital-Wandler (3) mit einer Abtastfrequenz von 20,25 MHz betrieben wird, daß auf den Analog-Digital-Wandler (3) ein digitaler Tiefpaß (4) mit einer Grenzfrequenz von 2,5 MHz folgt, daß die Worttaktfrequenz des Ausgangssignales des digitalen Tiefpasses (4) um den Faktor 4 herabgesetzt (5) und anschließend durch Löschen ausgewählter Codeworte mit einem FIFO-Speicher (6) auf einen Wert von 5 MHz gebracht wird,
daß die Grenzfrequenzen der Eingangs-Tiefpässe (13, 24) für die beiden Chrominanz-Komponenten zwischen 0,5 MHz und etwa 2,5 MHz liegen und die nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler (14, 25) mit einer Abtastfrequenz von 5,0625 MHz betrieben werden, daß auf jeden Analog-Digital-Wandler (14, 25) ein digitaler Tiefpaß (15, 26) mit einer Grenzfrequenz von 0,5 MHz folgt, daß die Worttaktfrequenz des Ausgangssignales eines jeden digitalen Tiefpasses (15, 26) um den Faktor 5 (16, 27) herabgesetzt und durch anschließendes Löschen ausgewählter Codeworte mit einem FIFO-Speicher (17, 28) auf den Wert von 1 MHz gebracht wird.

2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Digital-Eingänge vorgesehen sind, denen die drei Komponenten des Videosignales in digitaler Form mit Substudiostandard zugeführt werden können, daß die Worttaktfrequenz einer jeden Komponente zunächst um den Faktor 3 heraufgesetzt (9, 20, 30) wird, dann das Signal durch einen weiteren digitalen Tiefpaß (10, 21, 31) gefiltert, seine Worttaktfrequenz um den Faktor 2 herabgesetzt und anschließend dem Eingang des digitalen Tiefpasses (4, 15, 26) zugeführt wird, der dem zugeordneten Analog-Digital-Wandler (3, 14, 25) nachgeschaltet ist, und daß die Grenzfrequenz des weiteren digitalen Tiefpasses (10) für die Luminanz-Komponente bei 6,75 MHz und die des weiteren digitalen Tiefpasses (21, 31) für eine Chrominanz-Komponente bei 2,5 MHz liegt.

3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Demultiplexer vorgesehen ist, der ein 140 Mbit/s- Signal in drei Teilsignale zerlegt, von denen das erste Teilsignal eine Worttaktfrequenz von 13,5 MHz aufweist und dem Digital-Eingang (8) für die Luminanz- Komponente zugeführt wird und die beiden anderen Teilsignale eine Worttaktfrequenz von 3,375 MHz aufweisen und den Digital-Eingängen (19, 29) für die Chrominanz- Komponenten zugeführt werden.

4. Decodierer für ein 3-komponentiges Videosignal mit einer Umcodiereinheit, die die Codeworte der Luminanz- Komponente des Videosignales mit einer Worttaktfrequenz von 5 MHz und die Codeworte der beiden Chrominanz- Komponenten mit einer Worttaktfrequenz von 1 MHz abgibt, wobei für jede Komponente des Videosignales ein Analog-Ausgang mit einem Ausgangs-Tiefpaß und einem vorgeschalteten Digital-Analog-Wandler vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Worttaktfrequenz der Luminanz-Komponente durch Einfügen von Füllworten mit einem FIFO-Speicher auf einen Wert von 5,0625 MHz gebracht wird, daß das Ausgangssignal des FIFO-Speichers in der Worttaktfrequenz um den Faktor 4 heraufgesetzt, sodann einem digitalen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 2,5 MHz und danach dem Digital-Analog-Wandler zugeführt wird, der mit einer Abtastfrequenz von 20,25 MHz betrieben wird, und daß die Grenzfrequenz des Ausgangs-Tiefpasses zwischen 2,5 MHz und etwa 10 MHz liegt,
daß die Worttaktfrequenzen der beiden Chrominanz- Komponenten durch Einfügen von Füllworten durch je einen FIFO-Speicher auf einen Wert von 1,0125 MHz gebracht werden, daß das Ausgangssignal eines jeden FIFO-Speichers in der Worttaktfrequenz um den Faktor 5 heraufgesetzt, sodann einen digitalen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 0,5 MHz und danach dem Digital- Analog-Wandler zugeführt wird, der mit einer Abtastfrequenz von 5,0625 MHz betrieben wird, und daß die Grenzfrequenz der Ausgangs-Tiefpässe zwischen 0,5 MHz und etwa 2,5 MHz liegt.

5. Decodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines jeden digitalen Tiefpasses in der Worttaktfrequenz um den Faktor 2 heraufgesetzt, dann von einem weiteren digitalen Tiefpaß gefiltert und schließlich in der Worttaktfrequenz um den Faktor 3 herabgesetzt wird und an einem Digital-Ausgang abnehmbar ist, und daß die Grenzfrequenz des weiteren digitalen Tiefpasses für die Luminanz- Komponente bei 6,75 MHz und die des weiteren digitalen Tiefpasses für eine Chrominanz-Komponente bei 2,5 MHz liegt.

6. Decodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplexer vorgesehen ist, der die Signale an den Digital-Ausgängen zu einem 140 Mbit/s-Signal zusammenfaßt.