DE4021698A1 - Fernsehuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernsehübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Einführung eines 16 : 9-Breitbildformates in bestehen­ de Fernsehstandards (z: B. PAL, SECAM, NTSC) mit dem Format 4 : 3 wird das sogenannte "letterbox"-Verfahren diskutiert. Bei diesem Verfahren wird in kompatibler Weise auf dem 4 : 3- Empfänger die 16 : 9-Bildinformation mit schwarzen Streifen am oberen und unteren Bildrand dargestellt. Zur Anpassung der Geometrieverhältnisse auf dem 4 : 3-Empfänger bedarf es dazu einer vertikalen Transcodierung, die im sichtbaren Bildfen­ ster auf dem 4 : 3-Empfänger nur 432 aktive Zeilen darstellt. Die restlichen 144 Zeilen des aktiven 4 : 3-Bildbereichs er­ scheinen auf dem 4 : 3-Empfänger als schwarze Streifen zu je 72 Zeilen am oberen und unteren Bildrand. Eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens findet sich in "Verbesse­ rungsmöglichkeiten und Entwicklungstendenzen bei PAL", G. Holoch, Vortrag FKTG am 17.01.1989, Berlin.

Zur formatfüllenden Darstellung auf einem 16 : 9-Empfänger wer­ den jedoch zusätzliche Informationen des 16 : 9-Quellensignals benötigt, d. h. beispielsweise die Informationen der 144 Zei­ len, die im 4 : 3-Empfänger als schwarze Streifen erscheinen. Die Information der 144 Zeilen kann nach "Die neuen Wege des alten PAL", A. Ziemer, E. Matzel, Funkschau 18/1989, als Zu­ satzinformation im sog. Ultraschwarz-Bereich übertragen wer­ den. Es wird dabei der Videosignal-Amplitudenbereich zwi­ schen Schwarzpegel und z. B. der halben Synchronimpulshöhe ausgenutzt. Dadurch ist die eingelagerte Zusatzinformation auf dem 4 : 3-Empfänger nicht sichtbar.

Andere Zusatzinformationen, die in gleicher Weise übertragen werden können, sind in der P 39 30 964 beschrieben.

Bei der Übertragung von Zusatzinformationen in der beschrie­ benen Form hat sich gezeigt, daß Kompatibilitätsprobleme durch Synchronisationsschwierigkeiten beim herkömmlichen 4 : 3- Empfänger auftreten können. Diese äußern sich beispielsweise in einer nicht stabilen Vertikalsynchronisation oder auch in einem Ausreißen von Zeilen des sichtbaren Bildfensters (in der Nähe der Schwarzstreifen). Zurückzuführen sind diese Syn­ chronisationsprobleme auf die Übertragung von niederfrequen­ ten Spektralanteilen (Gleichspannungsanteil) der Zusatzinfor­ mation mit hohem Energieanteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompatibles Übertragungssystem anzugeben, welches Zusatzinformationen für einen 16 : 9-Empfänger überträgt, insbesondere mit einer verbesserten Rückwärtskompatibilität zu bekannten 4 : 3-Empfän­ gern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die zu übertragende Zusatzinformation wird in einer Restsei­ tenbandmodulation auf den Farbträger, z. B. des PAL-Systems, aufmoduliert. Dadurch werden niederfrequente Spektralanteile und ein eventuell vorhandener Gleichspannungsanteil mit sta­ tistisch hohem Energieanteil auf den hochfrequenten Farbträ­ ger verlagert. Die hochfrequenten Anteile niedriger Energie der Basisbandinformation werden dadurch im niederfrequenten Bereich übertragen. Das Modulationsverfahren führt somit zu einer Spiegelung des Originalspektrums der Zusatzinformation an der Achse der Farbträgerfrequenz.

Weiterhin läßt sich durch dieses Verfahren eine höhere Aus­ steuerung im Ultraschwarzbereich erreichen, da bekannte Emp­ fängerschaltungen in der Regel mit einem Tiefpaß vor der Syn­ chronimpulsaufbereitung arbeiten und somit durch die hochfre­ quente Übertragung hoher Energieanteile keine Beeinträchti­ gung in der Synchronisation auftritt. Die größere Aussteue­ rungsmöglichkeit wirkt sich vorteilhaft auf das Signal- Rauschverhältnis der Zusatzinformation aus.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes Farbfernsehsignal,

Fig. 2 eine nach einem bekannten Verfahren eingelagerte Zusatzinformation im Ultraschwarzbereich,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Basisband-Spektralvertei­ lung,

Fig. 4 die Durchlaßcharakteristik eines bekannten ZF-Filters,

Fig. 5 bekannte PAL-Mittelung und -Demodulation,

Fig. 6 erfindungsgemäße Kompensation von Störkomponen­ ten beim kompatiblen Empfang.

Fig. 1 zeigt ein FBAS-Signal mit Synchronimpuls 11, Schwarz­ schulter 12, Farbburst 13, sowie dem eigentlichen Videosi­ gnal 14.

Fig. 2 zeigt eine eingelagerte Zusatzinformation im Ultra­ schwarzbereich des Videosignals, wie es in "Die neuen Wege des alten PAL", A. Ziemer, E. Matzel, Funkschau 18/1989, be­ schrieben ist. Man erkennt den relativ kleinen Amplitudenbe­ reich für die Zusatzinformation zwischen halber Synchronim­ pulshöhe und Schwarzpegel.

Fig. 3 zeigt den Amplitudenfrequenzgang 31 eines PAL-Übertra­ gungskanales, die Restseitenbandmodulation 32 des Farbträ­ gers sowie die erforderliche Nyquistflanke 33 mit dem -6 dB-Punkt 34.

Durch die Modulation des Farbträgers mit der Zusatzinformati­ on in Form einer Restseitenbandmodulation wird vorteilhaft die Übertragung einer Gleichspannungsanteil-behafteten bzw. einer mit niedrigen Frequenzanteilen höherer Amplitude behaf­ teten Zusatzinformation ermöglicht, ohne herkömmliche Empfän­ ger in der Synchronisation zu beeinträchtigen. Darüberhinaus kann der Amplitudenbereich für die gesamte Zusatzinformation deutlich vergrößert werden auf einen Bereich, der zwischen Synchronimpulsboden und einem Pegel oberhalb des Schwarzwer­ tes liegt. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine Verbesserung im Signal-Rauschverhältnis für die Zusatzinformation.

Die erforderliche Filterung zur Formung des Restseitenbandes mit einem Nyquistflankenverlauf bezüglich der Farbträgerfre­ quenz (d. h. 6 dB Dämpfung bei der Farbträgerfrequenz) kann prinzipiell auf der Sender- oder Empfängerseite erfolgen oder auch durch das Zusammenwirken zweier Filter, wobei z. B. zwei gleiche Filtercharakteristiken im Sender und Empfänger eingesetzt werden.

Bei der letztgenannten Alternative ist es möglich, heute in Fernsehempfängern eingesetzte ZF-Filter (z. B. TSF 5315, Her­ steller Sanyo, eingebaut in ZF-Modul IF 2132, Hersteller Thomson-CSF) zu benutzen und damit einen 3 dB-Amplitudenab­ fall bei der Farbträgerfrequenz im Empfänger herbeizuführen (Farbträgerfrequenz = 34.47 MHz in ZF-Lage).

Fig. 4 zeigt die Durchlaßcharakteristik dieses ZF-Filters mit den bauteilspezifischen Toleranzen.

Senderseitig müßte dann ebenfalls eine Filterung erfolgen, die zu weiteren 3 dB Amplitudenabfall bei der Farbträgerfre­ quenz führt. Diese Filterung für die Zusatzinformationen wird dann vorteilhaft ebenfalls in ZF-Lage mit einer ähnli­ chen Filtereinrichtung ausgeführt. Es ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß für die erfindungsgemäße Anwendung der Rest­ seitenbandmodulation zumindest im Empfänger keine andere als die bisher verwandte ZF-Charakteristik eingesetzt zu werden braucht.

In der P 39 30 964 ist dargelegt, daß eine Zusatzinformation aus Signalteilen besteht, die aus dem übertragenen Zeilen­ sprungsignal durch empfängerseitige Nachverarbeitung ein Si­ gnal formen, das mit 432 Zeilen aktivem Bildinhalt und einem Bildseitenverhältnis von 16 : 9 formatfüllend als progressiv abgetastetes Bild dargestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Übertragung ei­ ner derartigen Zusatzinformation angewandt werden. Dazu wird die Zusatzinformation senderseitig pro Zeile für die 432 Zeilen, die am Empfänger zur Darstellung kommen sol­ len, generiert. Es ergeben sich somit 432 Zusatzinformations- Teile, für deren Übertragung nur 144 Zeilen (zwei mal 72 Zei­ len Randstreifen) zur Verfügung stehen.

Die erforderliche Reduktion um den Faktor drei (432/144) läßt sich durch eine Zeitmultiplextechnik erreichen, indem jede der 432 Zusatzinformations-Teile um den Faktor drei zeitkomprimiert wird. So lassen sich pro zur Verfügung ste­ hender Übertragungszeile (insgesamt 144) die Zusatzinforma­ tionen für je drei Zeilen zeitsequentiell übertragen. Mit der Zeitkompression ist eine entsprechende Bandbreitenerhö­ hung um denselben Faktor, d. h. drei, verbunden. Darum darf die Basisband-Duell-Bandbreite der Zusatzinformation maximal nur ein Drittel der Übertragungsbandbreite des Kanals sein. Bei einem PAL-Videosignal ergibt sich eine maximale Bandbrei­ te von ca. 5 MHz/3 = 1.67 MHz.

Weil die Zusatzinformation tatsächlich aber auf den Farbträ­ ger in Form einer Restseitenbandmodulation aufmoduliert wird, ergibt sich daraus eine maximal mögliche Bandbreite für die Zusatzinformation von 4.43 MHz/3 = 1.48 MHz. Zugun­ sten der oben beschriebenen Vorteile des Modulationsverfah­ rens tritt eine nur geringfügige Einschränkung der Bandbrei­ te um ca. 11% ein.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im PAL-Stan­ dard kann der kompatible Empfang durch die Wahl einer be­ stimmten Phasenlage des PAL-Farbträgers als Modulationsfre­ quenz (4.43 MHz) vorteilhaft beeinflußt werden, weil dann die Sichtbarkeit der durch die übertragene Zusatzinformation bedingten Störungen in den Randstreifen reduziert wird. Standard-PAL-Empfänger enthalten zur Unterdrückung von Pha­ senfehlern eine sogenannte PAL-Mittelungsschaltung, an die sich die eigentliche PAL-Demodulation mit den U- und V-Demo­ dulatoren anschließt. Fig. 5 zeigt eine Schaltung mit PAL-Mittelung, bestehend aus einem Laufzeitglied 51, einer Summa­ tionsstufe 52 und einer Subtraktionsstufe 53. An die Summati­ onsstufe 52 schließt sich der U-Demodulator 54 und an die Subtraktionsstufe 53 der V-Demodulator 55 an.

Wird beispielsweise als Phase des Modulationsträgers die po­ sitive Phase des V-Trägers zur Übertragung der Zusatzinforma­ tion in allen Zeilen gewählt (d. h. keine zeilenalternierende PAL-Umschaltung des V-Trägers), so entsteht am Ausgang der Summationsstufe 52 aus den farbträgerfrequenten Zeigern VFn von aktueller Zeile n und vorangegangener Zeile n-1 als Er­ gebnis ein Zeiger mit dem Wert 2 _* VF (Fig. 6a), welcher der U-Demodulation zugeführt wird. Da die Modulations-Funktionen zueinander orthogonal sind (90 Grad Phasenversatz zwischen U- und V-Träger), liefert der U-Demodulator 55 aus dem 2 _* VF-Zeiger den Wert Null und eine Komponente mit zweifacher Farb­ trägerfrequenz, die durch einen in bekannten PAL-Empfängern angeordneten Tiefpaß im Signalweg der U-Komponente unter­ drückt wird.

Die Subtraktionsstufe 53 liefert schon am Eingang des V-Modu­ lators 55 den Wert Null (Fig. 6b).

Vorteilhaft heben sich somit beim kompatiblen Empfang mögli­ che Störmuster durch die Zusatzinformation tendenziell auf, wenn sich die Zusatzinformationen von Zeile zu Zeile nicht wesentlich verändern.

Das gleiche Resultat ergibt sich, wenn als Modulationsphase die negative V-Träger-Phase gewählt wird. In Fig. 6a liefert dann die Summationsstufe 52 den Zeiger -2 _* VF, der dann wie­ derum mit dem U-Träger demoduliert wird und als Ergebnis den Wert Null hat.

Claims (10)

1. Fernsehübertragungssystem zur Übertragung eines Videosi­ gnals in einer ersten Norm zum kompatiblen Empfang auf einem Empfänger der ersten Norm oder auf einem Empfän­ ger einer zweiten Norm, insbesondere für die Übertra­ gung eines Videosignals (14) nach dem sogenannten Lette­ rbox-Verfahren, mit Zusatzinformationen, insbesondere im Ultraschwarzbereich (21) des Videosignals (14), wo­ bei die Zusatzinformationen insbesondere in den Bildbe­ reichen des Videosignals (14) angeordnet sind, die bei der Wiedergabe mit dem Empfänger der ersten Norm außer­ halb des Bildbereichs für die zweite Norm liegen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformationen auf einen Farbträger aufmoduliert sind (Fig. 3), wobei mit Hilfe von Filtermitteln (Fig. 4) eine Restseitenbandmo­ dulation herbeigeführt wird und wobei die niederfrequen­ ten Anteile einschließlich eines eventuellen Gleichspan­ nungsanteiles der Zusatzinformationen in einer höherfre­ quenten Lage (32) übertragen werden.

2. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Farbträger (Fig. 3) so ausgesteu­ ert wird, daß das Modulationssignal einen Amplitudenbe­ reich vom Synchronboden (11) des Videosignals (14) bis über den Schwarzwert (12) hinaus umfaßt.

3. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Demodulation der Zu­ satzinformationen durch Synchronisierung mit dem Farb­ burst (13) herbeigeführt wird.

4. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel im Sender und/oder Empfänger für die zweite Norm für das Modulationssignal eine Nyquist-Flanke (33) bezüg­ lich der Farbträgerfrequenz bewirken.

5. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel ein ZF-Filter im Empfänger der zweiten Norm enthalten.

6. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ satzinformationen im Sender zeitkomprimiert werden, ins­ besondere um den Faktor drei.

7. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zusatzinformationen im Empfänger der zweiten Norm zeitexpandiert werden, insbesondere um einen Faktor drei.

8. Fernsehübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ satzinformationen mit einer zeilenalternativ konstanten Phase dem Farbträger aufmoduliert werden (Fig. 6).

9. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die konstante Phase der positiven V-Phase des Farbträgers entspricht (Fig. 6a).

10. Fernsehübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die konstante Phase der negativen V- Phase des Farbträgers entspricht (Fig. 6b).