DE3618338A1 - Komponentenkodierte farbfernsehbilder mit vergroessertem bildseitenverhaeltnis - Google Patents

Description

Die technische Entwicklung geht zügig in Richtung der Digitalisierung der Kabelfernsehübertragung und der Vergrößerung des Bildseitenverhältnisses. Die Kodierung der Farbfernsehsignale geht von der geschlossenen PAL-Kodierung zur Komponentenkodierung Y-U-V. Das Bildseitenverhältnis beträgt z. Zt. 4 : 3 (Breite : Höhe). Um künftig alle Formate der Bewegtbildproduktionen (incl. Breitleinwandaufnahmen) ohne Güteverlust wiedergeben zu können, wird voraussichtlich das Format 5,3 : 3 zum allgemeinen Standard erhoben. Dieses Format wird dann auch für HDTV (hochauflösendes Fernsehen) gelten.

Digitale TV-Übertragungen über das öffentliche Netz lassen für die zu übertragenden Bitraten, die den festgelegten PCM- Hierarchiestufen entsprechen müssen, nur enge Toleranzen zu. Die für Farbfernsehbildübertragung recht gut geeignete 4. Hierarchiestufe beträgt 139.264,0 K bit/s. Die Abweichung von dieser Bitrate darf 15 · 10 E-6 nicht überschreiten.

Die Abtastrate für komponentenkodierte Fernsehbilder ist international für die Y-Werte mit 13,5 MHz festgelegt. Die aktive Zeile enthält 720 Bildpunkte, die Farbwerte U und V werden mit nur 6,75 MHz abgetastet. Das Verhältnis der Abtastungen für Y / U / V beträgt somit 4 / 2 / 2. Die horizontale Austastlücke entspricht 144 Y-Abtastwerten. Zur vollständigen Übertragung des gesamten Datenstromes würde man 216 M bit/s benötigen. Verzichtet man auf das Übertragen der horizontalen Austastlücken, so verbleiben immer noch 180 M bit/s. Dieser Datenstrom kann nicht von den Übertragungseinrichtungen für die 4. Hierarchiestufe aufgenommen werden. Folgende weitere Reduktion bietet sich an:

Lösung 1:

Die aktive Zeile nimmt nur 720 Helligkeits- und nur 360 Farbpunkten auf, während in der Vertikalen 580 Zeilen einem Raster von 580 Helligkeits- als auch Farbrasterlinien entsprechen. Die Farbauflösung in der Vertikalen ist doppelt so hoch wie in der Horizontalen und kann daher ohne weiteres halbiert werden. Diese Tatsache läßt zu, daß die Farbwerte zeilensequentiell übertragen werden, d. h. in den Zeilen 1, 3, 5 . . . werden Y- und U-Werte übertragen und in den Zeilen 2, 4, 6 . . . werden Y- und V-Werte übertragen. Um in der vertikalen Unterabtastungseffekte bei Feinstrukturierung zu vermeiden, werden Transversalbilder eingesetzt. Um dadurch gelegentlich, störende Effekte zu beseitigen wird, auf der Sendeseite z. B. ein 7-Zeilenfilter, das etwas aufwendig ist, eingesetzt, während auf der Empfangsseite ein relatives einfaches 3-Zeilenfilter genügt. Das Ergebnis dieser Maßnahme der zeilensequentiellen Farbwertübertragung bringt eine Reduktion im Verhältnis 4 : 3, d. h. es werden nur noch 135 M bit/s für die Übertragung der aktiven Bildseite benötigt.

Der benötigte Reduktionsfaktor 4 : 3 kann auch auf andere Art erreicht werden:

Lösung 2:

Abtastrate für die Farbwerte wird von 6,75 MHz auf 3,375 MHz reduziert oder

Lösung 3:

durch Anwendung der relativ einfachen, linearen 6 bit-DPCM für alle Y-, U- und V-Werte.

Lösung 2 hat den Vorteil, daß auf die auf der Sendeseite aufwendigen Transversalfilter verzichtet werden kann. Diese Sparmaßnahme ist bei Punkt zu Punktverbindungen wie bei Telefonkonferenzen vielleicht sinnvoll bei Sendeanstalten, wo ein Sender viele Empfänger versorgt, dagegen nicht. Als Nachteil muß auch vermerkt werden, daß der Halbierung der Farbwerte bei der Abtastung von Y / U / V von 4 / 1 / 1 in der Horizontalen, statt 4 / 2 / 2 wie international festgelegt, in der Vertikalen eine "Abtastung" von 4 / 4 / 4 gegenübersteht!

Lösung 3 entspricht praktisch der kompletten Bildübertragung. Auftauchende Bit-Übertragungsfehler werden bei Anwendung der hybriden DPCM nach van Buul schnell und für das Auge kaum wahrnehmbar abgebaut.

Es ist nun eingangs die Aufgabe gestellt, schrittweise zu einem größeren Bildseitenverhältnis zu kommen, ohne die benötigte Bitrate zu vergrößern und ohne Qualitätseinbußen zu erleiden, das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Digitalisierung von komponentenkodierten Farbfernsehsignalen mit Abtastraten für Y / U / V von 4 / 2 / 2 vorgenommen wird, daß die Bitraten der Farbwerte U und V mit einem linearen DPCM- Verfahren reduziert werden, daß die Farbwerte U und V zeilensequentiell übertragen werden und daß die Farbwerte zum Vermeiden von Faltungsfehlern mittels Mehrzeilenfiltern auf der Sende- und Empfangsseite gefiltert werden.

Dieses Verfahren stellt eine Kombination der oben geschilderten Reduktionsmaßnahmen von zeilensequentieller Übertragung der Farbwerte und Anwendung linearer DPCM-Verfahren dar. Da beide die gewünschte Datenreduktion von 4 : 3 bringen, aber beide Maßnahmen nicht gleichzeitig erforderlich sind, wird durch die Kombination erreicht, daß die aktiven Zeilen um den Faktor 4 : 3 verbreitert werden können. Geht man im Rahmen der internationalen Festlegungen vor, dann ergeben sich:

Abtastraten Y / U / V von18 / 9 / 9 MHz Luminanzwerte je aktiver Zeile960 Farbwerte je aktiver Zeile480 Zeilen je Bild625 Bildwechsel / s25 Zeilenfrequenz15.625 Seitenverhältnis B : H5,33 : 3

Das Bildformat 5,33 : 3 ist auch für Telekonferenzen sehr gut geeignet, da bei Konferenzen immer mehrere Personen nebeneinandersitzen und eine breitere Wiedergabefläche vorteilhaft ist.

Werden zusätzlich bekannte Verfahren der digitalen Bildnachverarbeitung und Vollbildspeicher mit erhöhter Bildwechselfrequenz eingesetzt, so ist das beschriebene Verfahren ein guter Schritt in Richtung der digitalen HDTV-Technik und Übertragung.

Claims (3)

1. Verfahren zum Übertragen komponentenkodierter Farbfernsehsignale über das öffentliche Netz mit einem größeren Bildseitenverhältnis als 4 : 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalisierung von komponentenkodierten Farbfernsehsignalen mit Abtastraten Y / U / V von 4 / 2 / 2 vorgenommen wird, daß die Bitraten der Farbwerte U und V mittels eines linearen DPCM-Verfahrens reduziert, daß die Farbwerte U und V zeilensequentiell übertragen werden und daß die Farbwerte zum Vermeiden von Faltungsfehlern mittels Mehrzeilenfiltern auf Sende- und Empfangsseite gefiltert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastraten für Y / U / V 18 / 9 / 9 MHz betragen und daß die aktiven Zeilen 960 Luminanz und 480 Chrominanzwerte aufweisen und sich ein Bildseitenverhältnis von 5,33 : 3 ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastraten und damit die Bildpunktzahlen der aktiven Zeilen geringfügig vermindert werden, um entsprechend viel PCM-Punkte in den Zeilen unterbringen zu können.