DE4042046C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Patentanspruch 1 sowie Vorrichtungen nach den Patenansprüchen 5 und 7.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Fernsehsystem hoher Auflösung (hiernach HDTV, high definition television, bezeichnet) und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Kompatibilität zwischen Normalfernsehen und HDTV durch Verwendung eines Zwei-Kanal- Übertragungssystems.

Da übliche Fernsehsysteme eine auf 6 MHz beschränkte Bandbreite für jeden Kanal besitzen, ist eine Verbesserung der Auflösung stark begrenzt. Um die Auflösung von Fernsehsystemen zu verbessern, wurde das HDTV-System vorgeschlagen. Jedoch tritt, selbst wenn ein neues, z. B. vom NTSC-System verschiedenes Kanalband dem HDTV zugewiesen wird, insofern ein Nachteil auf, als NTSC- und HDTV-Sendungen getrennt durchgeführt werden müssen, da HDTV-Sendungen nicht unter Verwendung herkömmlicher NTSC-Fernsehgeräte gesehen werden können. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das NTSC-Signal unverändert gesendet wird und das HDTV-Signal entweder mit dem existierenden NTSC-Sendesignal einem Multiplexing unterworfen wird oder über einen anderen Kanal gesendet wird. Das horizontale-vertikale Bildseitenverhältnis des NTSC-Sendesignals berägt 4 : 3, während das Bildseitenverhältnis des HDTV-Sendesignals 16 : 9 beträgt. Um dieses Problem unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse zu lösen, wurden ein Seitenband-Signalverarbeitungsverfahren und ein "Letterbox"-Verfahren vorgeschlagen. Beim Seitenbandverfahren wird das HDTV-Signal mit der vertikalen Seite des NTSC-Bildseitenverhältnisses als Referenzseite ausgegeben, und das Bildsignal der horizontalen Seite wird getrennt als Seitenbandsignal verarbeitet und gesendet. Beim "Letterbox"-Verfahren wird das HDTV-Bildsignal mit der horizontalen Seite des NTSC-Bildseitenverhältnisses als Referenzseite ausgegeben, und es erscheint dort eine schwarze Fläche, wo sich auf der vertikalen Seite kein Bildsignal befindet. Also erfordert das Seitenbandsignalverarbeitungsverfahren komplexe Verarbeitungsprozeduren, und das "Letterbox"-Verfahren besitzt den Nachteil einer geringen Auflösung.

Eine detaillierte Beschreibung dieser Verfahren findet sich in

• a) Symposium Record Broadcast Session, 17th International Television Symposium and Technical Exhibition - Montreux, Switzerland, 13 - 18 June 1991,
• b) Third International Workshop on HDTV, Torino, Italy, 30th August - 1st September 1989 und
• c) Philips High Definition System for North America, Recent Publications by Philips Laboratories, New York, NAB'89 Show and Conference, April 28 - May 2, 1989.

Aus Habermann, Werner, "Breit-PAL" - Anlaß und Überlegungen zu einer Variante des PAL-Standards, Fernseh- und Kino-Technik, 43. Jahrgang, Nr. 10/1989, ist ebenfalls ein Verfahren zur kompatiblen Übertragung von PAL-codierten Bildern in einem 16 : 9-Bildformat bekannt. Wie die entsprechende Fig. 4 zeigt, wird bei dem darin beschriebenen Verfahren ein PAL-Fernsehsignal mit 16 : 9- Bildseitenverhältnis und 575 aktiven Zeilen einer reversiblen 3-aus-4-Interpolation unterzogen, bei der herausgenommene 2×72 Zeilen in die horizontal verlaufenden Randzonen gebracht werden, so daß ein herkömmlicher PAL-Empfänger aus den in der Bildmitte liegenden 431 interpolierten Zeilen ein Bild im "Letterbox"-Format generieren kann. Die zusätzliche Information in den horizontalen Randbereichen wird auf der Empfangsseite lediglich von Empfängern für Breitbildformat empfangen und ausgewertet. Für die Übertragung der zusätzlichen Randinformationen werden in der Entgegenhaltung zwei Wege vorgeschlagen; einmal die Übertragung im Ultraschwarz-Bereich, zum anderen die Übertragung auf einem Hilfsträger, nachdem die Zusatzinformation der Randbereiche zeitlich expandiert wurde, um dadurch lediglich einen Frequenzbereich von weniger als 1 MHz zu beanspruchen.

Insgesamt ist festzustellen, daß bisherige Lösungsansätze zum Übertragen von HDTV-Signalen mit geändertem Bildseitenverhältnis entweder auf sehr aufwendigen Techniken basierten oder zu nicht zu akzeptierenden Einschränkungen hinsichtlich der Qualität des übertragenen HDTV-Signals führten.

Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Übertragen von HDTV-Signalen auf Standardfernsehkanälen sowie dazu geeignete Codierungs- und Decodierungsvorrichtungen anzugeben.

Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 5 und 7 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen im einzelnen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Bildkodier- und -dekodierverfahrens,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Codierers,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Dekodierers,

Fig. 4 das Bildseitenverhältnis des HDTV- und NTSC- Formats, die

Fig. 5A und 5B Frequenzspektren eines Signals nach dem Durchgang durch die Filter der Fig. 2 und Fig. 3,

Fig. 6 eine Ausgabe des Signalrekonstruktionsschaltkreises in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Verarbeiten der horizontalen Zeile und des Bildseitenverhältnisses des HDTV- und NTSC- Formats entsprechend der Erfindung.

In Fig. 1 erzeugt ein erster Schritt ein erstes Anzeigesignal eines Bildsignals mit 1575 horizontalen Zeilen, mit einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Bildseitenverhältnis (Aspektverhältnis) von 4 : 3. Ein zweiter Schritt erzeugt ein drittes Anzeigesignal mit 525 horizontalen Zeilen, mit einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 mit einem "hohen" Band einer zeitlichen Richtungskomponente und einem "tiefen" Band einer räumlichen Richtungskomponente durch Umwandeln des ersten Anzeigesignals mit einem Verhältnis von 1/3, und sendet dann das Signal nach Kodierung im NTSC-Format über Kanal eins. Ein dritter Schritt erzeugt ein zweites Anzeigesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, 2 : 1 verketteter Abtastung, einem Aspektverhältnis 16 : 9 mit einem "tiefen" Band einer zeitlichen Richtungskomponente und einem "hohen" Band einer räumlichen Richtungskomponente durch Zurückweisen einer Anzahl von oberen und unteren, horizontalen Zeilen von den 1575 horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals, und dann Senden des Signals über Kanal zwei. Ein vierter Schritt wandelt das dritte Anzeigesignal des Kanal eins in ein er­ stes Anzeigesignal mit 1575 Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis 4 : 3 um. Ein fünfter Schritt wandelt das erste Anzeigesignal in ein zweites An­ zeigesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verket­ teten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 durch Zu­ rückweisen einer Anzahl von oberen und unteren horizontalen Zeilen von den 1575 horizontalen des ersten Anzeigesignals um. Ein sechster Schritt kompensiert und rekonstruiert die zeitliche Komponente des zweiten Anzeigesignals, das über Kanal zwei gesendet wurde. Ein siebter Schritt kompensiert das tiefe Band der räumlichen Komponente des zweiten Anzei­ gesignals durch Hinzuaddieren des zweiten Anzeigesignals. Ein achter Schritt zeigt das kompensierte zweite Anzeigesi­ gnal.

In Fig. 2 erzeugt eine Kamera (11) R,G,B-Signale des er­ sten Anzeigesignals mit 1575 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3. Eine Matrixeinheit (12) wandelt die R,G,B-Signale in Y,I,Q- Signale um. Ein Vorfilter (13) verhindert ein Aliasing durch Filtern des ersten, von der Matrix (12) ausgegebenen Anzei­ gesignals. Ein erster Abtastumwandler (14) wandelt die erste Anzeigeausgabe des Vorfilters (13) in ein drittes Anzeigesi­ gnal mit 525 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Ab­ tastung und einem 4 : 3 Aspektverhältnis mit niedriger räumli­ cher Komponente um. Ein erster NTSC-Kodierer (15) kodiert die erste Anzeigesignalausgabe des ersten Abtastumwandlers (14) zum Sende-Signal im NTSC-Format. Ein erster RF-Modula­ tor (16) moduliert die Ausgabe des ersten NTSC-Kodierers (15) in ein RF-Signal und sendet das Signal über Kanal eins. Eine Verzögerungseinheit (17) verzögert das erste Anzeigesi­ gnal der Matrix (12). Ein erster Zeilenzurückweiser (18) wandelt das erste Anzeigesignal der Verzögerungseinheit (17) in ein zweites Anzeigesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, 2 : 1 verketteter Abtastung und einem Aspektverhältnis von 16 : 9 durch Zurückweisen einer Anzahl von oberen und unteren, horizontalen Zeilen aus dem ersten Anzeigesignal um. Ein zweiter Abtastumwandler (19) wandelt das dritte Anzeigesi­ gnal des ersten Abtastumwandlers (14) in ein erstes Anzeige­ signal mit 1575 horizontalen Zeilen, 2 : 1 verketteter Abta­ stung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 um. Ein Nachfilter (20) verhindert ein Aliasing durch Filtern des ersten Anzei­ gesignals des zweiten Abtastumwandlers (19). Ein zweiter Zeilenzurückweiser (21) wandelt die Ausgabe des Nachfilters (20) in ein zweites Anzeigesignal mit 1080 horizontalen Zei­ len, 2 : 1 verketteter Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 durch Zurückweisen einer Anzahl von oberen und unte­ ren, horizontalen Zeilen aus dem ersten Anzeigesignal um.

Ein Subtrahierer (22) entfernt das niedrige Band der räumli­ chen Komponente des zweiten Anzeigesignals durch Subtrahie­ ren des Ausgangs des zweiten Zeilenzurückweisers (19) vom ersten Zeilenzurückweiser (18). Ein erster Frequenzverschie­ ber (22) verschiebt das zweite Anzeigesignal des Subtrahie­ rers (23) zur Rekonstruktion. Ein erster Signalrekonstruie­ rer (24) gibt die Ausgabe des ersten Frequenzverschiebers (23) ein und rekonstruiert ein Bild in sechs Feldern und bringt die zeitliche Komponente des zweiten Anzeigesignals in ein niedriges Band. Ein zweiter NTSC-Kodierer (25) ko­ diert die Ausgabe des ersten Signalrekonstruierers (24) zum Senden eines Signals im NTSC-Format. Ein zweiter RF-Modula­ tor (26) moduliert den Ausgang des zweiten NTSC-Kodierers (25) in ein RF-Signal und sendet das Signal über den Kanal.

In Fig. 3 demoduliert ein erster RF-Demodulator (31) das dritte Anzeigesignal, das im RF-Format über Kanal eins ge­ sendet wurde. Ein erster NTSC-Dekodierer (32) dekodiert die Ausgabe des ersten RF-Demodulators (31) im NTSC-Format. Ein dritter Abtastumwandler (33) wandelt die Ausgabe des ersten Dekodierers (32) in ein erstes Anzeigesignal mit 1575 Zei­ len, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektver­ hältnis von 4 : 3 um. Ein zweites Nachfilter (34) verhindert ein Aliasing durch eine Filterung der Ausgabe des dritten Abtastumwandlers (33). Ein dritter Zeilenzurückweiser (35) wandelt das erste Anzeigesignal des zweiten Nachfilters (34) in ein zweites Anzeigesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 durch Zurückweisen einer Anzahl von oberen und unte­ ren Zeilen des ersten Anzeigesignals um. Ein zweiter RF-De­ modulator (36) demoduliert das zweite, über den Kanal zwei gesendete Anzeigesignal im RF-Format. Ein zweiter NTSC-Deko­ dierer (37) dekodiert die Ausgabe des zweiten RF-Demodula­ tors (36) im NTSC-Format. Ein Signalrekonstruierer (38) setzt gerade und ungerade Felder aus der Ausgabe des zweiten Dekodierers (37) zusammen und rekonstruiert ein Bild in zwei Felder, um die zeitliche Komponente des zweiten Anzeigesi­ gnals zurück zum Original zu kompensieren. Ein zweiter Fre­ quenzverschieber (39) gibt die Ausgabe des zweiten Rekon­ struierers (38) ein und verschiebt sie zur Originalfrequenz. Ein Addierer (40) kompensiert das niedrige Band des zweiten Anzeigesignals durch Hinzufügen des von dem dritten Zeilen­ zurückweiser (35) und dem zweiten Frequenzverschieber (39) ausgegebenen zweiten Anzeigesignals. Eine Dematrixeinheit (41) wandelt das von dem Addierer (40) ausgegebene Y,I,Q-Si­ gnal in ein R,G,B-Signal um. Eine Anzeigeeinheit (52) zeigt die Ausgabe der Dematrixeinheit (41) an.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Anzeigesignals mit 1575 Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektver­ hältnis von 4 : 3, das als HDTV-Signal ausgegeben wird.

Fig. 5A zeigt ein Beispiel eines von dem Vorfilter und dem Nachfilter ausgegebenen Frequenzspektrums.

Fig. 5B zeigt ein Beispiel eines von dem Abtastumwandler ausgegebenen Frequenzspektrums.

Fig. 6 zeigt eine Ausgabe des Signalrekonstruierers (24), der ein Bild in sechs Felder zusammensetzt und sie er­ findungsgemäß während der Kodierung ausgibt.

Im folgenden wird auf die Kodierungsprozedur nach der Erfindung Bezug genommen. Die Kamera (11) erzeugt das erste Anzeigesignal mit 1575 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 ver­ ketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3. Das HDTV-Signal besitzt 1080 horizontale Zeilen, eine 2 : 1 ver­ kettete Abtastung und ein Aspektverhältnis von 16 : 9 und wird als zweites Anzeigesignal bezeichnet. Daher muß das erste, durch die Kamera (11) erzeugte Anzeigesignal in der Lage sein, die Bedingungen des ersten, zweiten und dritten Anzei­ gesignals zu erfüllen. Das erste durch die Kamera (11) aus­ gegebene Anzeigesignal ist ein R,G,B-Signal, das durch die Matrixeinheit (12) in ein Y,I,Q-Signal umgewandelt wird.

Das von der Matrixeinheit (12) ausgegebene Y,I,Q-Signal ist ein erstes Anzeigesignal und ein Aliasing des ersten Si­ gnals wird durch Filterung des Signals mit dem Vorfilter (13) verhindert. Dann wird die Ausgabe des Vorfilters (13) an den ersten Abtastumwandler (14) angelegt, wo das erste Anzeigesignal in das dritte Anzeigesignal umgewandelt wird und die Funktion zur Verhinderung des Aliasing durchgeführt wird. Das Referenzspektrum des ersten Anzeigespektrums liegt zwischen der -1575/2 horizontalen Zeile und der +1575/2 ho­ rizontalen Zeile mit dem Zentrum bei der (0,0), (0, +1575), (0, -1575) Koordinate.

Wenn das erste Anzeigesignal durch das Vorfilter (13) gegangen ist, besitzt es das in Fig. 5A gezeigte Frequenz­ spektrum, und die Ausgabe des Vorfilters wird von 1575 hori­ zontalen Zeilen auf 525 horizontale Zeilen mit dem in Fig. 5B gezeigten Spektrum abgetastet und umgewandelt. Also liegt das Referenzspektrum zwischen der -525/2 horizontalen Zeile und der +525/2 horizontalen Zeile mit dem Zentrum bei der (0,0), (0, +525), (0, -525) Koordinate. Ohne den Vorfilter­ prozeß (13) gibt es bei der Umwandlung des ersten Anzeigesi­ gnals in das zweite Anzeigesignal ein Aliasing. Die räumli­ che Richtungskomponente des von dem ersten Abtastwandlers ausgegebenen, dritten Anzeigesignals wird in das niedrige Band umgewandelt, und seine zeitliche Richtungskomponente liegt im hohen Band des NTSC-Signals mit 525 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektver­ hältnis von 4 : 3. Dieses Signal wird durch den ersten Kodie­ rer (NTSC-Kodierer) (15) im NTSC-Sendesignal kodiert und wird dann von dem ersten RF-Modulator (16) moduliert und dann über Kanal "I" gesendet.

Beim Erzeugen des HDTV-Sendesignals wird das von der Ma­ trixeinheit (12) ausgegebene, erste Anzeigesignal von der Verzögerungseinheit (17) verzögert, um die Zeitverzögerung durch das Umwandeln des dritten, von dem ersten Abtastum­ wandler (14) ausgegebenen Anzeigesignals zu kompensieren. Das erste, von der Verzögerungseinheit (17) ausgegebene An­ zeigesignal wird durch den ersten Zeilenzurückweiser (18), der eine Anzahl von oberen und unteren, horizontalen Zeilen von den 1575 horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals zurückweist, in das zweite Anzeigesignal umgewandelt. Also besitzt das erste Anzeigesignal 1575 horizontale Zeile und ein Aspektverhältnis von 4 : 3, und das zweite Anzeigesignal besitzt 1080 horizontale Zeilen und ein Aspektverhältnis von 16 : 9. Daher weist der erste Zeilenzurückweiser (18) 248 obere, horizontale Zeilen und 247 untere, horizontale Zeilen zurück. Dann wird das erste Anzeigesignal zum zweiten Anzei­ gesignal mit 1080 horizontalen Zeilen und einem Aspektver­ hältnis von 16 : 9. Das von dem ersten Zeilenzurückweiser (18) ausgegebene, zweite Anzeigesignal ist das gesendete, auf ei­ nem HDTV-Empfänger angezeigte Signal. Das dritte, von dem ersten Abtastumwandler (14) ausgegebene Anzeigesignal wird durch den zweiten Abtastumwandler (19) in das erste Anzeige­ signal umgewandelt, und das erste Anzeigesignal ist in einem Zustand, in dem die räumliche Richtungskomponente in das tiefe Band umgewandelt wird. Die Ausgabe des zweiten Abta­ stumwandlers (19) wird dann durch das Nachfilter (20) ge­ führt und wie durch den ersten Zeilenzurückweiser (18) in das zweite Anzeigesignal umgewandelt, und das zweite Anzei­ gesignal ist in einem Zustand, in dem die räumliche Rich­ tungskomponente im tiefen Band ist. Der Subtrahierer (22) subtrahiert das zweite, von dem zweiten Zeilenzurückweiser (21) ausgegebene Anzeigesignal von dem zweiten, von dem er­ sten Zeilenzurückweiser (18) ausgegebenen Anzeigesignal.

Wenn das zweite Anzeigesignal durch den Subtrahierer (22) geführt wird, ist es in einem Zustand, in dem das nied­ rige Band der räumlichen Richtungskomponente entfernt wird. Das heißt, daß nur das Signal im hohen Band in der räumli­ chen Richtungskomponente des zweite Anzeigesignals bleibt. Die Ausgabe des Subtrahierers (22) wird an den ersten Fre­ quenzverschieber (23) angelegt, der das zweite Anzeigesignal in Richtung des originalen Punktes, 8,4 MHz für das Lumi­ nanzsignal und 1 MHz für das Chrominanzsignal, verschiebt.

Jedes Bild des von dem ersten Frequenzverschieber (23) ausgegebenen, zweiten Anzeigesignals wird durch den ersten Signalrekonstruierer (24) in sechs Feldern rekonstruiert, wie in Fig. 6 gezeigt. Das heißt, daß ein Bild des zweiten Anzeigesignals aus einem ersten Feld mit 3n-2 (n = 1, 2, 3 . . .) Bildpunkten aus ungeraden, horizontalen Zeilen, wie in Fig. 6A gezeigt, aus einem zweiten Feld mit 3n-2 (n = 1, 2, 3 . . .) Bildpunkten aus geraden, horizontalen Zeilen, wie in Fig. 6B gezeigt, aus einem dritten Feld mit 3n-1 (n = 1, 2, 3 . . .) Bildpunkten aus ungeraden, horizontalen Zeilen, wie in Fig. 6C gezeigt, aus einem vierten Feld mit 3n-1 (n = 1, 2, 3 . . .) Bildpunkten aus geraden, horizontalen Zeilen, wie in Fig. 6D gezeigt, aus einem fünften Feld mit 3n Bildpunkten aus unge­ raden, horizontalen Zeilen, und aus einem sechsten Feld mit 3n (n = 1, 2, 3 . . .) Bildpunkten aus geraden, horizontalen Zei­ len besteht. Daher rekonstruiert der erste Signalrekonstru­ ierer (24) ein Bildsignal in sechs Feldsignale und die zeit­ liche Richtungskomponente geht in das niedrige Band. Das zweite, in "hohe" räumliche Richtungskomponenten und "niedrige" zeitliche Richtungskomponenten umgewandelte An­ zeigesignal wird an den zweiten NTSC-Kodierer (25) angelegt, wo es in das NTSC-Sendeformat kodiert wird, dann wird es durch den zweiten RF-Modulator (26) in ein RF-Signal modu­ liert und über Kanal "I" gesendet.

Die Ausgabe der in Fig. 2 gezeigten Kodierer sind ein drittes Anzeigesignal (NTSC-Sendesignal) mit einer "niedrigen" räumlichen Richtungskomponente und einer "hohen" zeitlichen Richtungskomponente, 525 horizontalen Zeilen, ei­ ner 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3, das auf Kanal "I" ausgegeben wird, und ein zweites An­ zeigesignal (HDTV-Sendesignal) mit einer "hohen" räumlichen Richtungskomponente und einer "niedrigen" zeitlichen Rich­ tungkomponente, 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verket­ teten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 16 : 9.

Wenn das über Kanal "I" gesendete, dritte Anzeigesignal an einen NTSC-Empfänger angelegt wird, kann das Fernsehsi­ gnal direkt gesehen werden. Wenn jedoch das Signal an einen HDTV-Empfänger angelegt wird, wird es durch die in Fig. 3 gezeigte Zusammensetzung in das ursprüngliche HDTV-Signal zurückversetzt. Das geht folgendermaßen: Das zweite, über Kanal "II" gesendete Anzeigesignal wird zuerst von dem RF- Demodulator (36) demoduliert, dann wird es von dem NTSC-De­ kodierer (37) dekodiert und wird in das durch den ersten Si­ gnalrekonstruierer ausgegebene, zweite Anzeigesignal umge­ wandelt. Da das zweite Anzeigesignal eine "niedrige" zeitli­ che Richtungskomponente und eine "hohe" räumliche Richtungs­ komponente besitzt, wird die zeitliche Richtungskomponente durch den zweiten Signalrekonstruierer (38) kompensiert. Der zweite Signalrekonstruierer (38) wandelt ein Bild des zwei­ ten Anzeigesignals in 2 Feldsignale um, bei denen die er­ sten, dritten und fünften Feldsignale ungerade Signale und die zweiten, vierten und sechsten Feldsignale die ungeraden Signale zusammensetzen. Der zweite Signalrekonstruierer (38) kompensiert die zeitliche Richtungskomponente des zweiten Anzeigesignals und gibt dieses Signal an den zweiten Fre­ quenzverschieber (39) aus. Der zweite Frequenzverschieber (39) stellt die ursprüngliche Frequenz wieder her, indem er das Signal um 8,4 MHz für das Luminanzsignal und um 1 MHz für das Chrominanzsignal in die dem ersten Frequenzverschie­ ber (23) entgegengesetzte Richtung verschiebt. Das dritte, über Kanal "I" gesendete Anzeigesignal wird von dem ersten RF-Demodulator (31) demoduliert und dann durch den ersten Dekodierer (32) dekodiert und in das von dem ersten Abta­ stumwandler (14) ausgegebene Signal umgewandelt. Dann wan­ delt der erste Abtastumwandler (14), um das dritte Anzeige­ signal in das zweite Anzeigesignal umzuwandeln, das dritte Anzeigesignal in das erste Anzeigesignal mit 1575 horizonta­ len Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 um, wobei ein Aliasing durch das Filtern des Signals mit dem Nachfilter (34) verhindert wird. Das Frequenzspektrum des umgewandelten Signals ist in Fig. 5A gezeigt. Dann weist der dritte Zeilenzurückweiser (35) die oberen 248 Zeilen und die unteren 247 Zeilen von den 1575 horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals zurück, um das Signal in das zweite Anzeigesignal umzuwandeln. Wenn die oberen und unteren Zeilen wie oben beschrieben durch den dritten Zeilenzurückweiser (35) zurückgewiesen sind, ist das Signal in ein zweites Anzeigesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektver­ hältnis von 16 : 9 mit der räumlichen Richtungskomponente im niedrigen Band umgewandelt. Das zweite, vom zweiten Fre­ quenzverschieber (39) ausgegebene Anzeigesignal und das zweite, von dem dritten Zeilenzurückweiser (35) ausgegebene Anzeigesignal werden durch den Addierer (40) addiert, wobei das "niedrige" Band der räumlichen Richtungkomponente des zweiten Anzeigesignals kompensiert wird, um das Signal zu­ rück in das ursprüngliche HDTV-zweite-Anzeigesignal zu ver­ setzen. Dann wird das zweite, von dem Addierer (40) ausgege­ bene Anzeigesignal durch die Dematrixeinheit (41) in ein R,G,B-Signal umgewandelt und auf der Anzeigeeinheit (42) mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 16 : 9 angezeigt.

Zusammenfassend besitzt das NTSC-Format eine Zusammen­ setzung aus 525 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 und das HDTV- Format eine Zusammensetzung aus 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 16 : 9.

Daher wird bei der vorliegenden Erfindung zuerst in Schritt 1A mit der Kamera (11) ein Eingabebildsignal als das erste Anzeigesignal mit 1575 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3, wie in Fig. 4 gezeigt, abgetastet. Dann wird unter Verwen­ dung des ersten Anzeigesignals in Schritt 1B ein drittes An­ zeigesignal im NTSC-Format erzeugt, und 525 horizontale Zei­ len, was 1/3 von 1575 horizontalen Zeilen ist, werden ausge­ wählt und über Kanal "I" gesendet, und ein zweites Anzeige­ signal wird in Schritt 1C im HDTV-Signal erzeugt, wobei eine Anzahl von oberen und unteren Zeilen von den 1575 horizonta­ len Zeilen des ersten Anzeigesignals zurückgewiesen werden, und wird über Kanal "II" in der Form eines Signals mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und ei­ nem Aspektverhältnis von 16 : 9 gesendet. Da 1575 horizontale Zeilen des dritten Anzeigesignals in 525 Zeilen umgewandelt werden, werden die räumlichen Richtungskomponenten in das niedrige Frequenzband und die zeitlichen Richtungskomponen­ ten in das hohe Frequenzband umgewandelt. Im zweiten Anzei­ gesignal werden das niedrige Frequenzband der räumlichen Richtungskomponenten und das hohe Frequenzband der zeitli­ chen Richtungskomponenten extrahiert, und die Zusammenset­ zung eines Bildes wird in sechs Feldern rekonstruiert, um die zeitliche Richtungskomponente in das niedrige Frequenz­ band und die räumliche Richtungskomponente in das hohe Fre­ quenzband umzuwandeln.

Das dritte, über Kanal "I" gesendete Anzeigesignal wird bei Schritt 1D unter Verwendung eines NTSC-Empfängers in ei­ nem dritten Signalzustand angezeigt. Bei Verwendung eines HDTV-Empfängers wird das dritte Anzeigesignal bei Schritt 1E empfangen und nach Umwandlung in ein erstes Anzeigesignal mit 1575 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abta­ stung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 in Schritt 1F wird das umgewandelte Signal in Schritt 1G in ein zweites Anzei­ gesignal mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verketteten Abtastung und einem Aspektverhältnis von 4 : 3 durch Zurück­ weisen der oberen und unteren, horizontalen Zeilen des er­ sten Anzeigesignals umgewandelt. Hier ist das zweite Anzei­ gesignal in einem Zustand, wo die zeitliche Richtungskompo­ nente in einem hohen und die räumliche Richtungskomponente in einem niedrigen Band ist. Die zeitliche Richtungskompo­ nente des zweiten, über Kanal "II" gesendeten Anzeigesignals wird durch Rekonstruktion eines aus sechs Feldern auf zwei Felder rekonstruierten Bildsignals kompensiert. Bei Schritt 1I werden die bei Schritt 1H und Schritt 1G erzeugten, zwei­ ten Anzeigesignale addiert, um die räumliche Komponente im niedrigen Band des für die zeitliche Richtungskomponente kompensierten, zweiten Anzeigesignals zu kompensieren, und dadurch das gewünschte, zweite Anzeigesignal im HDTV-Format zu erzeugen. Dann wird in Schritt 1J das für die räumliche und zeitliche Richtungskomponente kompensierte, zweite An­ zeigesignal auf einem HDTV-Empfänger angezeigt.

Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung gleichzeitig HDTV- und NSTC-Empfänger in Einklang bringen und so Kompatibilität herstellen. Und da obere und untere, horizontale Zeilen des Anzeigesignals beim Erzeugen des HDTV-Anzeigesignals zurückgewiesen werden, ist im Vergleich zu dem komplexen Verarbeitungsverfahren des Seitenbandver­ fahren oder dem unharmonischen Anzeigesignal des Briefka­ stenverfahrens das Senden und Wiederherstellen des Signals im HDTV-Format vollständig möglich.

Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, ist für den Fachmann klar, daß Detailmodifikationen gemacht werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Übertragen eines HDTV-Signals und eines Standardfernsehsignals über zwei Standardfernsehkanäle durch

• a) Erzeugen (1A) eines ersten Anzeigesignals;
• b) Erzeugen (1B) eines dritten Anzeigesignals mit einem hochfrequenten Band einer Zeitrichtungskomponente und einem niederfrequenten Band einer räumlichen Richtungskomponente durch Umwandeln des ersten Anzeigesignals und Senden (1D) dieses Signals über den ersten Kanal, nachdem es als Standardfernsehsignal codiert wurde,
• c) Erzeugen (1C) eines zweiten Anzeigesignals mit einem niederfrequenten Band einer Zeitrichtungskomponente und einem hochfrequenten Band einer räumlichen Richtungskomponente durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals und Senden des Signals über den zweiten Kanal;
• d) Empfangen und Umwandeln (1F) des über den ersten Kanal gesendeten dritten Anzeigesignals in ein zusätzliches erstes Anzeigesignal;
• e) Umwandeln (1G) des zusätzlichen ersten Anzeigesignals in ein zusätzliches zweites Anzeigesignal durch Unterdrücken einer Anzahl von horizontalen Zeilen des zusätzlichen ersten Anzeigesignals; und
• f) Empfangen (1H) des über den zweiten Kanal gesendeten zweiten Anzeigesignals und Kompensieren dessen räumlicher Richtungskomponente durch Hinzuaddieren (1J) des zusätzlichen zweiten Anzeigesignals mit der räumlichen Richtungkomponente im niedrigen Frequenzband zu diesem über den zweiten Kanal gesendeten zweiten Anzeigesignal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Anzeigesignal etwa die dreifache Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 4 : 3 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Anzeigesignal die Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnnis von 4 : 3 mit einer räumlichen Richtungskomponente im niedrigen Frequenzband aufweist und durch Auswählen von etwa 1/3 der Zeilen des ersten Anzeigesignals erzeugt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des zweiten Anzeigesignals folgende Schritte umfaßt:

• a) Erzeugen eines zweiten Anzeigesignals mit 1080 horizontalen Zeilen, einer 2 : 1 verschachtelten Abtastung und einem Bildseitenverhältnis von 16 : 9 durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals;
• b) Umwandeln des dritten Anzeigesignals in das erste Anzeigesignal mit etwa der dreifachen Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, einer 2 : 1 verschachtelten Abtastung und einem Bildseitenverhältnis von 4 : 3;
• c) Erzeugen eines zweiten Anzeigesignals mit einer Zeilenzahl, die etwa der doppelten Zeilenzahl eines Standardfernsehsignals entspricht, einer 2 : 1 verschachtelten Abtastung und einem Bildseitenverhältnis von 16 : 9 durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren horizontalen Zeilen bei dem in Schritt b) erzeugten ersten Anzeigesignal;
• d) Erzeugen eines zweiten Anzeigesignals mit einem hohen Frequenzband für die räumliche Richtungkomponente durch Subtrahieren der in den Schritten a) und c) erzeugten zweiten Anzeigesignale voneinander;
• e) Rekonstruieren des zweiten in Schritt d) erzeugten Anzeigesignals in sechs Felder zum Umwandeln der zeitlichen Richtungkomponente in ein niedriges Band; und
• f) Codieren des zweiten aus Schritt e) erhaltenen Anzeigesignals mit der räumlichen Richtungkomponente in einem hohen Frequenzband und der zeitlichen Richtungkomponente in einem niedrigen Frequenzband in ein Standardfernsehsignal.

5. Vorrichtung zum Codieren eines HDTV-Signals und eines Standardfersehsignals zur Übertragung auf zwei Standardfernsehkanälen mit

• a) einer Vorrichtung (1A; 11, 12) zum Erzeugen eines ersten Anzeigesignals;
• b) einem Vorfilter (13), der ein Aliasing durch Filtern des ersten Anzeigesignals verhindert;
• c) einem ersten Abtastumwandler (14), der das Ausgangssignal des ersten Vorfilters (13) in ein drittes Anzeigesignal mit einer räumlichen Richtungskomponente im niedrigen Frequenzband, das als Standardfernsehsignal geeignet ist, umwandelt;
• d) einem ersten Standardfernsehen-Codierer (15), der das Ausgangssignal des ersten Abtastumwandlers in das Standardfernsehsignal codiert;
• e) einem ersten HF-Modulator (16), der das Ausgangssignal des ersten Standardfernsehen-Codierers (15) in ein HF- Signal moduliert und das Signal über den ersten Kanal sendet;
• f) einer Verzögerungseinheit (17), die das erste Anzeigesignal verzögert;
• g) einer ersten Zeilenunterdrückungseinrichtung (18), die das von der Verzögerungseinheit (17) ausgegebene erste Anzeigesignal durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren, horizontalen Zeilen im ersten Anzeigesignal in ein zweites Anzeigesignal umwandelt;
• h) einem zweiten Abtastumwandler (19), der das dritte Anzeigesignal des ersten Abtastumwandlers (14) in ein erstes Anzeigesignal mit einem niederfrequenten Band für die räumliche Richtungskomponente umwandelt;
• i) einem erstes Nachfilter (20), der ein Aliasing durch Filtern des ersten Anzeigesignals des zweiten Abtastumwandlers (19) verhindert;
• j) einer zweiten Zeilenunterdrückungseinrichtung (21), die das Ausgangssignal des ersten Nachfilters (20) durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren, horizontalen Zeilen des ersten Anzeigesignals in ein zweites Anzeigesignal im HDTV-Format umwandelt;
• k) einem Subtrahierer (22), der ein zweites Anzeigesignal mit einer räumlichen Richtungskomponente im hohen Frequenzband durch Subtrahieren des Ausgangssignals der zweiten Zeilenunterdrückungseinrichtung (21) von dem zweiten Anzeigesignal der ersten Zeilenunterdrückungseinrichtung (18) erzeugt und ausgibt;
• l) einem ersten Frequenzschieber (23), der das zweite Anzeigesignal des Subtrahierers (22) in die ursprüngliche Richtung verschiebt;
• m) einem Signalrekonstruktionsschaltkreis (24), der das Ausgangssignal des ersten Frequenzschiebers (23) in mehrere Felder rekonstruiert und ein zweites Anzeigesignal mit einem niedrigen Frequenzband für die zeitliche Richtungkomponente erzeugt;
• n) einem zweiten Standardfernsehen-Codierer (25), der das Ausgangssignal des Signalrekonstruktionsschaltkreises (24) in das Standardfernsehsignal codiert; und
• o) einem zweiten HF-Modulator (26), der das Ausgangssignal des zweiten Standardfernsehen-Codierers (25) in ein HF-Signal moduliert und das Signal über den zweiten Kanal sendet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Anzeigesignal die dreifache Zeilenzahl eines normalen Fernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 4 : 3 aufweist,
das zweite Anzeigesignal etwa die doppelte Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 16 : 9 aufweist, und
das dritte Anzeigesignal die Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnnis von 4 : 3 besitzt.

7. HDTV-Decodierungsvorrichtung zur Wiedergewinnung eines nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 gesendeten HDTV-Signals mit:
einem ersten HF-Demodulator (31), der das dritte im HF-Format über den zweiten Kanal gesendete Anzeigesignal demoduliert;
einem ersten Standardfernsehen-Decodierer (32), der das Ausgangssignal des ersten Demodulators (31) in ein Standardfernsehen-Format decodiert;
einem dritten Abtastumwandler (33), der das Ausgangssignal des ersten Standardfernsehen-Decodierers (32) in das erste Anzeigesignal umwandelt;
einem zweiten Nachfilter (34), das durch Filtern des Ausgabesignals des dritten Abtastumwandlers (33) ein Aliasing verhindert;
einer dritten Zeilenunterdrückungseinrichtung (35), die das von dem zweiten Nachfilter (34) ausgegebene erste Anzeigesignal durch Unterdrücken einer Anzahl von oberen und unteren horizontalen Zeilen in das zweite Anzeigesignal umwandelt;
einem zweiten HF-Demodulator (36), der das im HF-Format über den zweiten Kanal gesendete Anzeigesignal demoduliert;
einem zweiten Standardfernsehen-Decodierer (37), der die Ausgabe des zweiten HF-Demodulators (36) in ein Standardfernsehen-Format decodiert;
einem zweiten Signalrekonstruktionsschaltkreis (38), der das Mehrfachteilbildsignal des zweiten Decodierers rekonstruiert, um die zeitliche Richtungskomponente des zweiten Anzeigesignals zurück in das ursprüngliche Bildsignal zu kompensieren;
einem zweiten Frequenzschieber (39), der die Frequenz des von dem zweiten Signalrekonstruktionsschaltkreis (38) ausgegebenen zweiten Anzeigesignals zurück zur ursprünglichen Frequenz verschiebt;
einem Addierer (40), der das niedrige Frequenzband des zweiten Anzeigesignals durch Addieren der von der zweiten Zeilenunterdrückungseinrichtung (35) und dem zweiten Frequenzschieber (39) ausgegebenen zweiten Anzeigesignale kompensiert;
einer Dematrixeinheit (41), die das von dem Addierer (40) ausgegebene Signal in R-, G-, B-Signale umwandelt;
einer Anzeigeeinheit (42) zum Anzeigen der von der Dematrixeinheit umgewandelten R-, G-, B-Signale.

8. HDTV-Decodierungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das dritte Anzeigesignal die Zeilenzahl eines Standardfernsehbildes, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 4 : 3 aufweist,
das zweite Anzeigesignal etwa die doppelte Zeilenzahl eines Standardfernsehsignals eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 16 : 9 aufweist, und
das dritte Anzeigesignal eine Zeilenzahl aufweist, die etwa der dreifachen Standardzeilenzahl entspricht, eine 2 : 1 verschachtelte Abtastung und ein Bildseitenverhältnis von 4 : 3 aufweist.

9. Vorrichtung bzw. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Standardfernsehsignal 525 Zeilen aufweist.

10. Vorrichtung bzw. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Anzeigesignal 1575 Zeilen aufweist.

11. Vorrichtung bzw. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Anzeigesignal 1080 Bildzeilen aufweist.