DE4226845C2 - System zum Auslöschen von Störbildern bei der NTSC-Fernsehübertragung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Quali­ tät von Fernsehbildern und insbesondere zur Verringerung und zum Entfernen von Stör-(Geister-)bildern.

Der Mehrwegempfang von NTSC-Fernsehbildern, allgemein als Störbilder bezeichnet, ist ein weitverbreitetes Problem sowohl für direkt über die Antenne empfangene Signale als auch für über Fernsehkabelsysteme empfangene Signale. Neuere Fortschritte in der digitalen Verarbeitungstechnologie machen es sowohl praktikabel als auch ökonomisch, ein Störbildlösch­ system in Benutzerfernsehgeräte zu implementieren, das den nachteiligen Effekt eines Mehrwegempfangs beseitigt oder we­ nigstens beträchtlich reduziert.

Störbilder, allgemein auch als "Geisterbilder" bezeich­ net, treten weitverbreitet in Fernsehbildern auf. Verglichen mit dem vorherrschenden Bild, das von einem über einen direk­ ten Weg empfangenen Bild erzeugt wird, wird ein Störbild von einer zeitverzögerten, allgemein abgeschwächten und verzerr­ ten Version des eigentlichen Fernsehsignals erzeugt, das über einen anderen als den direkten Weg empfangen wurde. Ein ande­ rer als der direkte Weg wird als Mehrweg bezeichnet. Allge­ mein können die Verzögerung und die Abschwächung entweder po­ sitiv oder negativ sein. Also ist es möglich ein Vor-Störbild oder ein Störbild mit einer größeren Amplitude als das Haupt­ signal zu haben. Die Parameter eines Störbildsignals können auch von der Zeit abhängen.

Mehrwege können grob in lange und kurze Mehrwege einge­ teilt werden. Ein langer Mehrweg zeigt sich als ein sekun­ däres Störbild, das horizontal bezüglich eines vorherrschen­ den Bildes versetzt ist, während ein kurzer Mehrweg die hohen Videofrequenzen beeinflußt. Sein Einfluß ist typischerweise als eine scheinbare Zunahme oder Abnahme in der Bildschärfe, in manchen Fällen verbunden mit dem Verlust von Bildinforma­ tion beobachtbar. Die Abschwächung hoher Videofrequenzen kann zu einem "weichen" Erscheinen im Bild führen. Kurze Mehrwege sind typischerweise ein Problem in Kabelverteilungssystemen und entstehen im allgemeinen durch unangepaßte Abschlüsse und mehrfache Echos, die allgemein als "Makro-Störbilder" be­ zeichnet werden. Lange Mehrweg-Störbilder werden typischer­ weise durch Löschverfahren reduziert, während kurze Mehrweg­ effekte typischerweise durch Wellenausgleich, allgemein durch Entzerrung und/oder Gruppenverzögerungsausgleich für den Hochfrequenz-Videoresponse verbessert werden.

Das Phänomen von Fernseh-Störbildern wurde mit Hinblick auf eine Verbesserung der Bildqualität durch Verringern oder Beseitigung der Störbilder behandelt. Siehe zum Beispiel W. Ciciora et al., "A Tutorial On Ghost Cancelling In Television Receivers", veröffentlicht in IEEE Transactions On Consumer Electronics, Band CE-25, im Februar 1979, Seiten 9-44. Wei­ tere Lösungen zum Problem von Störbildern sind beschrieben im US-Patent Nr. 4 896 213 vom 23. Januar 1990 für Kobo et al. und im US-Patent Nr. 4 897 725 vom 30. Januar 1990 für Tanaka et al., wobei die Offenlegungen dieser Patente hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen seien.

Da die Eigenschaften eines übertragenen Videosignals a priori bekannt sind, ist es, wenigstens theoretisch, möglich, solche Eigenschaften in einem System zur Störbilddetektion und -löschung zu verwenden. Jedoch beschränken verschiedene Probleme diesen Lösungsansatz. Statt dessen erwies es sich als wünschenswert, wiederholt ein Referenzsignal zu senden, das sich zum Beispiel in einem Abschnitt des Fernsehsignals befindet, der gegenwärtig nicht für Videozwecke verwendet wird, und dieses Referenzsignal zur Detektion und Löschung von Störbildern zu verwenden. Typischerweise werden Zeilen im vertikalen Austastintervall (VBI, vertical blanking interval) verwendet. Ein solches Signal wird hierin als Störbild­ löschreferenzsignal (GCR, ghost cancelling reference) be­ zeichnet.

Es wurde vorgeschlagen, daß ein nützliches GCR-Signal näherungsweise eine (sin x)/x-Welle aufweisen könnte. Eine solche Wellenform in einem geeigneten Fenster weist eine re­ lativ konstante spektrale Energiedichte über das interessante Frequenzband auf. Siehe zum Beispiel W. Ciciora et al. in "A Tutorial On Ghost Cancelling In Television Receivers". Die Lage von Störbildern kann dann zur Löschung von Störbildern und zum Ausgleich der Wellenform und zur Reduktion des Ef­ fekts kurzer Mehrwege bestimmt werden.

Das US-Patent Nr. 4 896 213 für Kubo erwähnt ein Stör­ bildlöschsignalsende/empfangssystem, das einer eingebauten Störbildlöschvorrichtung ermöglicht, Störbilder zu reduzieren oder zu entfernen, die einer Gruppenverzögerungsverzerrung oder einer Frequenz-Amplitudenverzerrung, die auf einem Si­ gnalübertragungsweg erzeugt werden, zuzuweisen sind. Dies wird erreicht durch die Überlagerung eines digitalen Signals als ein Störbildlöschreferenzsignal über das Fernsehsignal. Also wird im US-Patent Nr. 4 896 213 ein digitales Signal be­ stehend aus Bildsynchronisationssignalen, Taktsynchronisati­ onssignalen und Datensignalen erzeugt und während des verti­ kalen Austastintervalls einem zu sendenden Fernsehsignal überlagert. Auf der Empfängerseite wird das dem Fernsehsignal überlagerte, digitale Signal als ein Referenzsignal in einer Anordnung verwendet, die eine Korrelationsoperation des ge­ sendeten Fernsehsignals durchführt, um das Störbildphänomen zu reduzieren.

In der Anordnung des US-Patents Nr. 4 897 725 für Tanaka wird ebenfalls eingesendetes Bezugs- oder GCR-Signal verwen­ det. Ein stummes Störbildsignal wird erzeugt und wird zum Lö­ schen eines Störbildsignals in dem gesendeten Fernsehsignal verwendet. Das ist im wesentlichen das vorgeschlagene BTA (Japan) GCR-Signal, das als das Hauptreferenz- oder Entstör­ signal ein Signal verwendet, das die zuvor erwähnte (sin x)/x-Wellenform besitzt, und zwar hauptsächlich wegen seiner Eigenschaft eines beträchtlichen hochfrequenten spektralen Energieinhalts. Eine Mittelung mit einem paarweise konstanten Signal wird verwendet, um eine empfangene Referenzwellenform abzuleiten. Die empfangene Referenzwellenform wird Fourier­ transformiert, um einen Satz von Fourierkoeffizienten zu er­ zeugen. Die transformierte Referenzwellenform wird dann mit einer vorhandenen Fast-Fourier-transformierten einer unpaari­ gen GCR verarbeitet, um die Entstörfilterparameter, also die Stufenverstärkung für ein transversales Filter, sowohl für den endlichen Impulsresponse (also "FIR") der Wellenform als auch für den unendlichen Impulsresponse (also "IIR"-Filter) des Entstörfilters zu berechnen.

Wie zu erwarten, wird das Störbildlöschreferenzsignal im allgemeinen in Begleitung mit seinem Störsignal empfangenen und ist daher selbst ein gestörtes Signal. Es wird hierin festgestellt, daß die Leistung eines Störbildlöschsystems stark von dem Rausch- und dem Störinhalt des empfangenen GCR- Signals beeinflußt wird. Es wird außerdem festgestellt, daß eine Verminderung des Rausch- und Störinhalts des empfangenen GCR-Signals wünschenswert ist zur Verbesserung der Genauig­ keit der Ableitung der Entstörfilterparameter und zur Reduk­ tion der Komplexität des Systems.

Es wird hierin außerdem festgestellt, daß ein Sprung in der Vorderkante in einem GCR-Signal zum Berechnen von Störsi­ gnalorten wünschenswert ist. Wie zuvor erwähnt, weist eine (sin x)/x-Wellenform besondere Vorteile für ein GCR-Signal auf. Ihr flaches Frequenzspektrum erlaubt eine genaue Berech­ nung der Filterparameter zum Abschwächen mehrfacher Bildef­ fekte und eine Berechnung der Wellenformausgleichsparameter. Die charakteristischen Wellen in der (sin x)/x-Wellenform werden jedoch zusammen mit anderen Hochfrequenzkomponenten typischerweise in einem empfangenen, gestörten GCR sowohl aufgrund von Mehrwegeffekten als auch aufgrund einer Anten­ nenfehlorientierung, wie sie allgemein in der Praxis auf­ tritt, abgeschwächt. Unter solchen Bedingungen kann die Be­ rechnung der Wellenformausgleichparameter beträchtlich mit Fehlern behaftet sein.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schaltkreis und ein Verfahren zum Reduzie­ ren oder Entfernen von Störbildern zur Verfügung zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe, einen Schaltkreis und ein Verfahren zum Reduzieren oder Entfernen von Störbildern selbst bei schlechten Signal/Rauschverhältnissen zur Verfü­ gung zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe, einen Schaltkreis und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, die Entstörparameter in kurzer Zeit zu erhalten.

Es ist eine weitere Aufgabe, einen Schaltkreis und ein Verfahren zum Reduzieren und Entfernen von Störbildern zur Verfügung zu stellen, die leicht zu implementieren sind.

Es ist eine weitere Aufgabe, einen Schaltkreis und ein Verfahren ohne inhärente Information über Vor- und Nachstör­ bildsignale zur Verfügung zu stellen.

Diese und weitere Aufgaben werden durch die in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierte Erfindung gelöst.

Die erfolgreiche Implementierung eines Störbildlöschsy­ stems erfordert, daß das übertragene NTSC-Signal ein Stör­ bildlöschreferenzsignal (GCR) genanntes Leitsignal enthält, das von dem Empfänger überprüft werden kann, um die von dem NTSC-Signal auf dem Übertragungsweg erfahrene Mehrwegverzer­ rung auszuwerten. Durch Vergleich des empfangenen, verzerrten GCR-Signals mit einem gespeicherten Referenz-GCR-Signal kann der Empfänger ein geeignetes Kanalkompensationsfilter konfi­ gurieren, um die durch den Übertragungsweg verursachte Ver­ zerrung umzukehren (zu löschen).

Die Herausforderung ist, ein GCR-Signal zu entwickeln, das eine einfache und schnelle Analyse durch eine einfache Empfängerhardware für den gesamten erwarteten Bereich von Mehrwegverzerrungen ermöglicht, so daß das zum Kanalisieren der Verzerrungen erforderliche Kompensationsfilter schnell und genau konfiguriert werden kann. Wie unten im Detail er­ klärt, umfaßt ein vollständiges Störbildlöschsystem ein vor­ geschlagenes GCR-Signal und einen Empfängerverarbeitungsalgo­ rithmus, um dieser Herausforderung gerecht zu werden.

Ein Störbildlöschsystem sollte die Effekte der Mehrweg­ verzerrung bei der Übertragung von Fernsehbildern auslöschen oder wenigstens beträchtlich reduzieren. Das Signal, mit dem der Fernsehempfänger synchronisiert ist (üblicherweise das direkte, über den kürzesten Weg empfangene Signal), wird Re­ ferenzsignal bezeichnet. Die über andere Wege erhaltenen Si­ gnale sind üblicherweise bezüglich dem Referenzsignal verzö­ gert und erscheinen als Nach-Störbilder.

Es ist jedoch möglich, daß das Signal über den direkten oder kürzesten Weg nicht das Signal ist, mit dem der Empfän­ ger synchronisiert ist. Wenn der Empfänger mit einem reflek­ tierten Signal (über einen längeren Weg) synchronisiert ist, entstehen Vor-Störbilder, die von dem direkten Signal oder anderen reflektierten Signalen mit einer geringeren Verzöge­ rung als das Signal, mit dem der Empfänger synchronisiert ist, erzeugt werden. Die Mehrwegsignale variieren in der Zahl, in der Amplitude und in der Verzögerungszeit von Ort zu Ort und, bei einem gegebenen Ort, von Kanal zu Kanal.

Die sichtbaren Effekte der Mehrkanalverzerrung können grob in zwei Kategorien klassifiziert werden: Mehrfachbilder und Verzerrung der Frequenzresponsecharakteristik des Kanals. Beide Effekte treten aufgrund der Zeit- und Amplitudenvaria­ tionen zwischen den am Empfangsort ankommenden Mehrwegsigna­ len auf. Wenn die relativen Verzögerungen der Mehrwegsignale bezüglich des Referenzsignals hinreichend groß sind, wird der sichtbare Effekt als mehrfache Kopien desselben Bildes, die horizontal zueinander verschoben sind, auf dem Fernsehbild­ schirm beobachtet. Üblicherweise dominiert das direkte Signal und der Empfänger ist mit dem direkten Signal synchronisiert, und die Störbilder sind nach rechts mit sich ändernder Posi­ tion, Intensität und Polarität versetzt. Diese Störbilder sind als Nach-Störbilder bekannt. Wenn der Empfänger mit ei­ nem reflektierten Signal synchronisiert ist, gibt es Störbil­ der, die vom Referenzbild nach links verschoben sind. Diese sind als Vor-Störbilder bekannt.

Der Effekt von Mehrwegsignalen mit einer relativ kurzen Verzögerung bezüglich des Referenzsignals ist eine Verzerrung des Frequenzresponse des Kanals. Der sichtbare Effekt kann in diesem Fall als eine verstärkte oder verringerte Schärfe des Bildes und in einigen Fälle als Verlust von Bildinformation beobachtet werden. Diese Störbilder mit kurzer Verzögerung werden meistens durch nicht oder nicht genau abgeschlossene Funkfrequenzübertragungsleitungen, wie etwa Antenneneinfüh­ rungen oder Kabelfernsehkabel verursacht werden. In einer Ka­ belfernsehumgebung ist es möglich, mehrfache Störbilder mit kurzer Verzögerung zu haben, die durch mehrfache Abgriffe und unkorrekt abgeschlossene Kabel unterschiedlicher Länge verur­ sacht werden. Solche mehrfachen Störbilder werden oft als Mi­ krostörbilder bezeichnet.

Die Strategie zum Eliminieren von Störbildern in einem Fernsehempfänger basiert auf dem Einfügen eines vorgegebenen Leitsignals, das als Störbildlöschreferenzsignal (GCR) be­ kannt ist, als Teil des übertragenen Fernsehsignals. Dieses in dem vertikalen Abtastintervall (also dem "VBI") des Fern­ sehsignals einzufügende Signals erleidet dieselben Mehrweg­ verzerrungen wie der Rest des Fernsehsignals. Der Empfänger kann dann das verzerrte GCR-Signal, das er empfängt, untersu­ chen und kann mit dem A-Priori-Wissen seiner korrekten Wel­ lenform ein adaptives Filter konfigurieren, um die Mehrweg­ verzerrung auszulöschen oder wenigstens beträchtlich abzusch­ wächen. Es ist wichtig, ein GCR-Signal auszuwählen, das den geringst möglichen Platz in dem VBI einnimmt (vorzugsweise nur eine Fernsehzeile) und das die notwendige Information für den Empfänger zur Analyse der Mehrwegverzerrung und zum Kon­ figurieren eines Kompensationsfilters zum Auslöschen der Ver­ zerrung enthält.

Eine vollständigere Einschätzung dieser Erfindungen und vieler ihrer Vorteile wird durch ein besseres Verständnis derselben durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erhalten, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten kennzeichnen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbei­ spiel illustriert.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das in größerem Detail einen Empfänger des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 ist ein Zwei-Koordinatengraph, der eine komple­ mentäre Sequenz eines Störbildlöschreferenzsignals entspre­ chend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist ein Zwei-Koordinatengraph, der eine zweite komplementäre Sequenz eines Störbildlöschreferenzsignals ent­ sprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist ein Zwei-Koordinatengraph, der eine Wellen­ form eines Sockels einer komplementären Sequenz eines Stör­ bildlöschreferenzsignals entsprechend den Prinzipien der vor­ liegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 ist ein Zwei-Koordinatengraph, der einen In-Pha­ sen-Korrelator-Ausgang für einen idealen Kanal zeigt.

Fig. 7 ist ein Zwei-Koordinatengraph, der einen Quadra­ tur-Korrelator-Ausgang für einen idealen Kanal zeigt.

In dem vorgeschlagenen Störbildlöschreferenzsignal mit komplementärer Sequenz (CS-GCRs, complementary sequence ghost cancelling reference signal), das auf diesen Kriterien ba­ siert, ist das CS-GCR für Zeile 2 und Feld 3, das in Fig. 4 gezeigt ist, für eine minimale VBI-Zeilenanforderung ausge­ legt, es ist einfach dem Entstören von NTSC-Fernsehsignalen anzupassen und ebenfalls für vorgeschlagene, fortgeschrittene Fernsehsysteme geeignet. Mit herkömmlicher, "paarweise kon­ stanter" Signalverarbeitung besitzt dieses CS-GCR keine inhä­ rente Beschränkung für den Bereich der Vor- und Nach-Störbil­ der, das heißt, daß die angezeigten Störbilder eindeutig sind.

Das Hauptziel einer Störbildlöschvorrichtung in einer terrestrischen Sendeumgebung ist das Entfernen von Störbil­ dern, die durch Reflexionen an Geländestrukturen, wie etwa Bergen, und an künstlichen Strukturen, wie etwa Gebäuden, Brücken, Wassertürmen, usw. erzeugt werden. Ein ziemlich ein­ faches Signal, wie ein 70 IRE 2T oder ein (sin x)/x-Sprung sind für diesen Zweck geeignet. Jedoch muß das GCR-Signal un­ ter sich ändernden Signal/Rauschverhältnissen über einen wei­ ten Bereich von Vor- und/oder Nach-Störbildern arbeiten und die Entstörparameter schnell ohne Zweideutigkeit zur Verfü­ gung stellen.

Eine neue Technik für die Kanalcharakterisierung für vorgeschlagene, fortgeschrittene, kompatible Fernsehsysteme (also ACTV, advanced compatible TV) entspricht der gegenwär­ tigen Praxis, ein Störbildlöschreferenzsignal (GCR) während des vertikalen Austastintervalls (also dem VBI) zu senden. Eine Kopie des GCR-Signals ist in dem Empfänger gespeichert und wird zum Extrahieren der effektiven Störbildkanalparame­ ter über digitale Signalverarbeitungstechniken verwendet. Das Verfahren basiert auf den Eigenschaften komplementärer Se­ quenzen, zuerst beschrieben von M.J.E. Golay in "Complementary Series", veröffentlicht in IRE Transactions On Information Theory, Band IT-7, im April 1961, Seiten 82-87 und weiter entwickelt von C.-C. Tseng und C.L. Liu in "Complementary Sets of Sequences" in "IEEE Transactions On Information Theory", Band IT-18, im September 1972, Seiten 644-652. Ein Paar gleich langer, binärer (±1) Sequenzen heißt komplementär, wenn die Summe der linearen Autokorrelations­ funktionen der Sequenzen für alle von Null verschiedenen Ver­ schiebungen identisch verschwindet und eine hohe Korrelati­ onsverstärkung bei einer Verschiebung von Null zeigt. Solche Sequenzen können auf der zugewiesenen VBI-Leitung in den ge­ eigneten Feldern zusammen mit paarweise konstanten Signalen in den entsprechenden Feldern einer Basis-Acht-Feld-Sequenz übertragen werden. Um der Positivitätsforderung für das über­ tragene Signal in NTSC-kompatiblen Systemen zu entsprechen, wird jede komplementäre Sequenz auf einem Sockel übertragen. Im Empfänger wird der Effekt der gemeinsamen konstanten Si­ gnale zunächst durch Subtraktion entfernt und die resultie­ renden Signale werden mit jeder der beiden komplementären Se­ quenzen korreliert. Der Ausgang der Korrelatoren wird ad­ diert, um direkt Abschätzungen für die Kanalkoeffizienten zu erhalten.

Als ein Beispiel wird ein Paar von komplementären Se­ quenzen der Länge 640 betrachtet. Diese wurden unter Verwen­ dung der Syntheseprozeduren, beschrieben von M.J.E. Golay in dem oben zitierten "Complementary Series", veröffentlicht in IRE Transactions On Information Theory, aus kleineren komple­ mentären Paaren der Länge 10 und 64 konstruiert. Zur Übertra­ gung müssen die Sequenzen geschärft werden, um (idealerweise) ein flaches Spektrum über einem 4,2 MHz Band zu ergeben. Ein erhöhtes Kosinus-Form-Filter mit einer Dämpfung von 2% wird zu diesem Zweck verwendet. Weitere komplementäre Paare er­ wünschter Länge (z. B. 720, 800, usw.) können auf ähnliche Weise konstruiert werden.

Komplementäre Sequenzen besitzen zwei Hauptvorteile verglichen mit anderen fortgeschrittenen GCR-Sequenzen, die in jüngster Zeit vorgeschlagen wurden. Die ersten von diesen sind die sogenannten Sequenzen modifizierter maximaler Länge oder m-Sequenzen, die auch gelegentlich als Pseudo-Rauschse­ quenzen (pn-Sequenzen) bezeichnet werden. Dieses sind ±1-Se­ quenzen der Länge N=2ⁿ-1, deren zyklische Autokorrelation bei allen von Null verschiedenen Verschiebungen Null ist und bei der Verschiebung Null einen Peak besitzt. Pseudo-Rauschse­ quenzen besitzen jedoch zwei wesentliche Nachteile.

Als erstes erlaubt die Längenbeschränkung von Pseudo- Rauschsequenzen nicht die volle Ausnutzung der verfügbaren Dauer auf einer VBI-Zeile gemessen an der Optimierung der Störbildverzögerungsüberdeckung und von Korrelationsverstär­ kungen.

Zweitens führt die zyklische Natur der Pseudo-Rauschse­ quenz zu Zweideutigkeiten bei der Identifikation von Vor- und Nach-Störbildern. Zum Beispiel wird ein Nach-Störbild nahe der maximalen Verzögerung (fälschlicherweise) als ein Vor- Störbild erscheinen. Alle Versuche, das letztere zu löschen, werden zu einer Leistungsverschlechterung führen. Die komple­ mentären Sequenzen haben nicht solche Nachteile, da (i) ihre Längen nicht auf N=2ⁿ-1 beschränkt sind und (ii) die Ka­ nalcharakterisierung auf der Basis linearer und nicht zirku­ larer Faltungen durchgeführt wird. Also sind diese in der Lage, bessere Entstörleistungen gemessen in einer längeren Störbildverzögerungsüberdeckung und in der Fähigkeit, ge­ wünschte Störbildlöschwerte bei niedrigeren Si­ gnal/Rauschverhältnissen beizubehalten, zu liefern.

Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In Fig. 1 sind gezeigt: ein Fernsehsender 2, der mit einer An­ tenne 4 verbunden ist, zum Senden eines Fernsehsignals. Ein Störbildlöschreferenzsignalgenerator 6 ist mit dem Sender 2 verbunden, um dem Sender 2 ein Störbildlöschsignal (also ein vorgegebenes Führungssignal, das als Störbildlöschreferenzsi­ gnal oder "GCR" bekannt ist) entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Die Stör­ bildlöschreferenz ist in das vertikale Austastintervall des Fernsehsignals eingefügt, das über die Antenne 4 gesendet und von einer Antenne 8 empfangen wird. Das in dem vertikalen Austastintervall des gesendeten Fernsehsignals eingefügte Störbildlöschreferenzsignal wird dieselben Mehrwegverzerrun­ gen erleiden wie der Rest des Fernsehsignals.

Die Empfangsantenne 8 ist mit einem Fernsehempfänger 10 verbunden; eine Entstörvorrichtung 12, die in Fig. 2 im grö­ ßerem Detail gezeigt ist, schwächt oder entfernt Störbilder, um ein entstörtes Videosignal V_DG zu erzeugen, während ein Synchronisationsignalseparator und Taktgenerator 14 eine Fel­ didentifikation, eine vertikale Zeilenzählung, eine horizon­ tale Synchronisation und 4f_c-Taktsignale zur Verfügung stellt. Innerhalb des Empfängers 10 wird das zusammengesetzte Videosignal durch einen Analog/Digitalwandler 18 in ein digi­ tales Signal umgewandelt und an die Störbildlöschreferenzsi­ gnalempfangsstufe 20 und an ein kompensierendes Entstörfilter 22 angelegt. Die Komponenten S_g1 und S_gc1, die von der Emp­ fangsstufe 20 abgeleitet werden, werden entsprechend der in den Tabellen I und II beschriebenen linearen Faltung durch einen Korrelator 22 korreliert, wobei die jeweiligen Teile der komplementären Paare der Signale S, SC in einem Speicher, wie etwa einem PROM 24 gespeichert werden, um eine Kanalcha­ rakterisierung zu erzeugen. Die Kanalcharakterisierung wird von einem Kontroller 26 empfangen und zum Konfigurieren eines kompensierenden Entstörfilters 22 zum Löschen von Verzerrun­ gen aufgrund von mit dem Videosignal empfangenen Störbildern angelegt.

Das Störbildlöschreferenzsignal mit komplementärer Se­ quenz ist in Fig. 3 gezeigt. Es ist vollständig beschrieben mit den drei in den Fig. 3, 4 und 5, Zeilen 0, 2 und 1 ge­ zeigten Signalen. Fig. 3 stellt Feld 1 dar, Fig. 4 stellt Feld 3 dar, während Fig. 5 Feld 2 (ein negatives Farbsyn­ chronsignal) und 4 (ein positives Farbsynchronsignal) dar­ stellt. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Wellenformen sind die beiden komplementären Sequenzen, die auf einem Sockel übertragen werden, um der Positivitätsanforderung für die übertragenen NTSC-Signale zu entsprechen. Die Sockel sind in Fig. 5 gezeigt.

Das gezeigte CS-GCR-Signal ist im wesentlichen ein Vier- Feld-Sequenzsignal, das eine Fernsehzeile in dem VBI pro Feld einnimmt. Eine in Tabelle I gezeigte Acht-Feld-Sequenz kann für die "paarweise konstante" Signalverarbeitung verwendet werden.

Tabelle I

Tabelle II

SC-GCR
Verarbeitungsalgorithmus:
Sg1 = [(F1-F5) + (F6-F2)]/2, Sg = Sg1*S
Sgc = [(F3-F7) + (F8-F4)]/2, Sgc = Sgc1*SC
Kanalcharakterisierung:
(Sg + Sgc)/2

*: Lineare Faltung

Tabelle III

Überprüfung:
Farbsynchronisationsimpuls:
({+ - +} + {- - -}) = 0,
({- - (-)} + {+ - +}) = 0
Testsignale für vorhergehende Zeile:
({S1 - S1} + {S2 - S2}) = 0,
({S3 - S3} + {S4 - S4}) = 0

Der Bereich des CS-GCR-Signals liegt meist zwischen -10 und 80 IRE mit dem Sockelsignal von 26 IRE. Der Pegel des CS- GCR-Signals, das heißt der Sockel in Verbindung mit dem Peak­ zu-Peak-Wert der beiden komplementären Sequenzen, wie er in den Figuren A.1 und A.2 gezeigt ist, sollte für die Fernseh­ übertragungsumgebung optimiert sein. Zum Beispiel sollte mit den erwarteten Störbildpegeln weder die negativen Ausschläge den Fernsehsynchronisationsschaltkreis beeinflussen noch sollten die positiven Ausschläge eine unakzeptable Übermodu­ lation verursachen. Der Sockelwert kann erhöht oder ernied­ rigt werden als Ergebnis von Feld- und Laborversuchen, ohne die angestrebte Funktion des GCR-Signals zu beeinflussen.

Das CS-GCR-Signal ist in einer VBI-Zeile angeordnet. Es wird beschrieben durch 763 Abtastungen mit 4f_SC-Taktfrequenz, ≈53,3 Mikrosekunden.

Das CS-GCR-Signal ist für ein flaches Spektrum bis 4,18 MHz vorgesehen. Während unser jetziges Design ein Paar kom­ plementärer Sequenzen der Länge 640 vorsieht, sind auch an­ dere Längen möglich. Diese Sequenzen werden wegen der oben beschriebenen Gründe auf einem Sockel angeordnet und werden auf geeignete Weise durch einen Tiefpaß auf ≈4,2 MHz gefil­ tert, um die NTSC-Spezifikationen zu erfüllen. Die resultie­ rende sin x/x-Form der Sequenzen vergrößert die Länge der komplementären Sequenzen auf mehr als 640. Das gefilterte CS- GCR-Signal ist ≈53,3 µs lang, das entspricht 763 f_SC Abta­ stungen.

Das vorgeschlagene CR-GCR-Signal kann in jeder VBI-Zeile angeordnet werden. Der Signalinhalt von VBI-Zeilen vor oder nach der VBI-Zeile, die das CS-GCR-Signal enthält, sollte konstant sein im Sinne der "paarweise konstanten" Signalver­ arbeitung. Der ausgedehnte Entstörbereich mit diesem CS-GCR- Signal wird durch diese VBI-Zeilen diktiert. Die übertragene Sequenz ist in Tabelle 1 gezeigt.

Das gestörte komplementäre Paar von CS-GCR-Signalen wird in einem Fernsehempfänger empfangen. Die Auswirkungen des Sockelsignals werden zunächst durch Subtraktion des äquiva­ lenten Sockelwerts von jeder der Sequenzen entfernt. Jede der resultierenden Sequenzen wird linear mit ihrer jeweiligen (komplementären) Sequenz korreliert. Die Ausgaben des li­ nearen Korrelators werden addiert, um direkt eine Charakteri­ sierung eines gestörten Kanals zu erhalten.

Die Kanalcharakterisierung wird dann verwendet, um die Entstörparameter zu berechnen. Ein adaptive Störbildlöschung sollte geplant sein, um einem großen Bereich von Störbildum­ gebungen Rechnung zu tragen.

Die Störbildumgebung zeigt, daß ein Störbild im allge­ meinen über einige hundert Nanosekunden verteilt ist. Die Filterstruktur und auch die Störbildparameterberechnungen tragen dieser Störbildverteilung Rechnung.

Eine unendliche Responsefilterstruktur wird zum Löschen von Nach-Störbildern bevorzugt. Jedoch ist ein FTR-Filter notwendig, um die Vor-Störbilder abzuschwächen und um eine Wellenausgleichvorrichtung zu implementieren. Um die Störbil­ der ausreichend abzuschwächen, sollten diese Filter eine grö­ ßere Bitzahl als die Ein/Ausgabesignale haben. Hardwaremäßig können die Filter mit einer Neun-Bit-Genauigkeit implemen­ tiert sein. Ein Hardwaredekodierer, der bei 4f_SC arbeitet und die Spezifikation des Nach-Störbildbereichs von 45 µs er­ füllt, erfordert ein endliches Responsefilter von wenigstens 650 Stufen. Statt ein derart langes Filter auszuführen, be­ vorzugen wir eine Architektur, die sowohl ein unendliches Re­ sponsefilter als auch ein endliches Responsefilter verwendet, das weniger Stufen erfordert, die die Orte jedes zu löschen­ den Störbildes umgeben. Dieser Lösungsansatz, auch wenn er die Anzahl der Störbilder, die gelöscht werden kann, be­ schränkt, ist für ein Konsumerprodukt besser geeignet.

Um eine Synchronisationsseparation und eine Takterzeu­ gung zur Verfügung zu stellen, wird das In-Phase-Signal zum Ableiten sowohl von horizontalen, vertikalen und Feldsynchro­ nisationssignalen als auch von anderen notwendigen Taktsigna­ len, wie dem Farbsynchronisationstakt zum Erzeugen des mit dem Farbsynchronisationssignals verriegelten 4f_SC oder 8f_SC (14,32 MHz oder 28,64 MHz) Digitalisierungstakts und eines Klemmenimpulses zum Einstellen der Gleichspannungspegel der A/D-Wandler verwendet.

Während der Digitalisierung der In-Phasen-Videokomponen­ ten wird nur die In-Phase-Videokomponente zum Abschwächen der Störbilder verwendet. Die Störbildsignalkomponenten müssen "vorbereitet" sein für den A/D-Wandler. Das heißt, die Video­ komponente muß in geeigneter Weise verstärkt, im Gleichspan­ nungswert verschoben und für die A/D-Wandler geklemmt sein.

Ein Störbildsignal ist die Summe des Referenzsignals und seiner Störbildkomponenten verschiedener (niedrigerer) Ampli­ tuden und Phasen. Also wird die entstörte Version eine gerin­ gere Peak-zu-Peak-Amplitude besitzen. Also wird die effek­ tive Anzahl von Bits des entstörten Signals niedriger sein (verglichen mit der Digitalisierung einer Peak-zu-Peak-Ampli­ tude eines gleichen, nicht entstörten Videosignals). Dieser Faktor muß bei der Auswahl der Genauigkeit des A/D-Wandlers 18 berücksichtigt werden. Die Linearität des A/D-Wandlers ist äußerst wichtig für eine gute Entstörleistung und muß der ge­ wählten Genauigkeit entsprechen. Gegenwärtig implementierte Hardware verwendet Zehn-Bit-TRW-A/D-Wandler, von denen nur neun Bits verwendet werden können.

Die Hardware für das endgültige Entstörprodukt besitzt einen Mikroprozessor als Kontroller 26 und dazu erforderli­ chen Speicher in der Form von RAMs und ROMs zum Implementie­ ren von Software und zum Speichern von notwendigen Daten, wie zum Beispiel dem Referenz-CS-GCR-Signal, speziellen Filterko­ effizienten, usw. Vorhandene Software ohne Optimierung erfor­ dert ≈100 KB Speicher, der kann aber deutlich verringert wer­ den. Sie bildet eine Schnittstelle mit einem AMPRO-System.

Die VBI-Zeilen mit den gestörten CS-GCR-Signalkomponen­ ten aus einer Acht-Feld-Sequenz werden in geeigneter Weise getaktet, zurückgewonnen und algebraisch verarbeitet, um zwei Signale zu erzeugen. Diese gestörten CS-GCR-Signaldaten (zwei Felder) werden dann verarbeitet, um die gestörte Kanalcharak­ terisierung zu berechnen.

Die gestörte Kanalcharakterisierung wird analysiert, um die Entstörparameter für die Nach-Störbilder, die Vor-Stör­ bilder und ein Ausgleichsfilter zu berechnen.

Ein IIR-Filter wird verwendet, um die hinterherhinkenden Störbilder (Nach-Störbilder) abzuschwächen, und ein FIR-Fil­ ter wird verwendet, um die vorangehenden Störbilder (Vor- Störbilder) abzuschwächen. In einer Ausführung folgt das FIR- Filter dem IIR-Filter. Diese Reihenfolge ist wichtig, da ein Filter den anderen Typ von "lokal" erzeugten Störbildern er­ zeugt, die adaptiv gelöscht werden müssen.

Bei dem Wellenformausgleich wird der korrelierte (sin x)/x-Response überprüft, und ein geeignetes Wellenformaus­ gleichs-FIR-Filter wird berechnet.

Das CS-GCR-Signal selbst stellt keine inhärente Be­ schränkung für den Störbildbereich dar. Der Entstörbereich wird vollständig durch die paarweise konstanten VBI-Zeilen bestimmt. Ein notwendiger Bereich gestörter Daten muß aufge­ nommen werden, um den Kanal zu charakterisieren.

Das CS-GCR-Signal ohne irgendwelche paarweise konstanten VBI-Zeilen besitzt einen ≈12 µs Bereich für die Nach-Stör­ bildabschwächung, was gleich der vorderen Schwarztreppen-, Synchronisations- und Farbsynchronisationsdauer ist. Mit dem CS-GCR-Signal auf der VBI-Zeile 18 (wie BTA) beträgt der Ent­ störbereich 75 µs (63,5 µs VIR, 12 µs des Synchronisations- und Farbsynchronisationsbereichs).

Die Entstörhardware zum Löschen der Nach-Störbilder (IIR-Filter) basiert auf dem Konzept der Implementierung ei­ nes oder jedes Störbilds. Dieser Lösungsansatz erlaubt Emp­ fängerherstellern, ihre Produktlinien entsprechend der Anzahl der zu löschenden Störbildern anzupassen. Der Bereich der Störbilder ist nicht beschränkt; nur die Anzahl der innerhalb des Bereichs zu löschenden Störbilder.

Die Hardware eines betrachteten Ausführungsbeispiels ist in der Lage, bis zu neun einzelne Störbilder oder weniger verteilte Störbilder oder eine Kombination von einzelnen und verteilten Störbildern zu löschen. Die Software analysiert das gestörte CS-GCR-Signal und bestimmt den Grad der Vertei­ lung für jedes Störbild und verteilt die Entstörparameter entsprechend.

Der Verzögerungsbereich der den Tests unterworfenen Hardware beträgt 75 µs. Nach-Störbilder außerhalb dieses Be­ reichs werden nicht gelöscht.

Das CS-GCR-Signal ist derart, daß die Software die Orte und Beträge von führenden Echos 10 µs (Farbsynchronisation+Synchronisation+führende Schwarzschul­ ter) berechnen kann. Diese Hardware ist ausgeführt, alle füh­ renden Echos unter Verwendung eines 128-stufigen FIR-Filter abzuschwächen. Der Bereich hängt von der Anzahl der führenden Störbilder ab. Führende Echos, die außerhalb dieses Bereichs liegen, werden nicht gelöscht.

Es wird erwartet, daß der maximale Störbildpegel wenig­ stens 6 dB unter dem Referenzsignal liegt (D/U 6 dB). Die Software berechnet die Entstörparameter selbst für größere Störbilder. Die Hardware kann nur Störbilder abschwächen, die 6 dB oder mehr unter dem Referenzsignal liegen. Der maximale Störbildpegel wird nicht durch die Fähigkeit der Software, die Entstörparameter zu berechnen, beschränkt, sondern wird durch die Leistung der Hardware, einschließlich dem Schalt­ kreis zum Ableiten der Synchronisationssignale, Taktimpulse, usw. in der gestörten Umgebung begrenzt.

Der minimale Störpegel zum Aktivieren der Löschvorrich­ tung kann in Form einer Schwelle spezifiziert werden. Sie ist gegenwärtig auf ≈30 dB unterhalb der Referenz eingestellt (D/U 30 dB). Die Software berechnet die Entstörparameter für alle Störbilder oberhalb dieses Pegels und liefert sie der vorhandenen Hardware.

Das von SamSung favorisierte Entstörkonzept ermöglicht, daß die Hardware der Anzahl der zu löschenden Störbilder ent­ sprechend den Produktlinienplänen des Empfängerherstellers angepaßt wird.

Dieser Parameter hängt von dem Signal/Rauschverhältnis des ankommenden, gestörten Signals ab. Theoretische Berech­ nungen zeigen, daß ein Störbild unter 40 dB abgeschwächt wird. Die Software wird verbessert für eine konsistent hohe Störbildabschwächung.

Idealerweise sollte es ≈0,125 µs dauern, eine Acht-Feld- Sequenz des CS-GCR-Signals aufzunehmen. In der augenblickli­ chen Ausführung dauert es länger. Also dauert der erste Schritt zum Erzeugen und Laden der anfänglichen Störparameter typischerweise ≈2 Sekunden. Der zweite Schritt, der die Ana­ lyse des sin x/x-Response zur Berechnung des Wellenformaus­ gleichsfilters umfaßt, sollte zusätzliche 0,1 Sekunden dau­ ern. Daher ist die Gesamtzeit der augenblicklichen Implemen­ tierung etwa 2 Sekunden.

Die Gesamtzeit für den Entstöralgorithmus besteht aus einem festen Anteil und einem variablen Anteil. Der feste An­ teil ist mit der Signalaufnahme, der Signalanalyse und den Ausgleichsfilterberechnungen verbunden. Der variable Anteil ist mit der Analyse der zu löschenden einzelnen Störbilder verbunden und hängt auch von der Gesamtzahl der zu löschenden Störbilder ab. Mit unserer gegenwärtigen Implementierung sollte der feste Anteil ≈2 Sekunden betragen. Der variable Anteil ist außer bei sehr niedrigen Si­ gnal/Rauschverhältnissen fast vernachlässigbar.

Eine deutliche Verbesserung im Bild tritt nach Beendi­ gung des ersten Schrittes des Prozesses ein. Eine zusätzliche Verbesserung tritt ein, wenn der zweite Schritt für den Wel­ lenformausgleich durchgeführt ist. Diese Verbesserungen tre­ ten plötzlich auf und nicht schrittweise.

Die vorliegenden Erfindungen wurden mittels beispielhaf­ ter Ausführungsbeispiele beschrieben. Verschiedene Änderungen und Modifikationen sind für den Fachmann dieses Gebiets of­ fensichtlich. Zum Beispiel ist die Erfindung, auch wenn die Beispiele sich auf das NTSC-System beziehen, leicht auf an­ dere Systeme und Standards einschließlich dem PAL-System und so weiter anwendbar. Es ist beabsichtigt, daß die Erfindung auf eine Übertragung mittels Funkwellen und mittels einer Ka­ belübertragung anwendbar ist. Weiterhin werden in den gegebe­ nen Beispielen verschiedene Zeitintervalle verwendet. Während solche Zeitintervalle in den gegebenen Beispielen verwendet werden und solche Zeitintervalle zur Illustration der der Er­ findung zugrunde liegenden Prinzipien dienen, können ver­ schiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne von dem Grund­ betrieb abzuweichen. Solche Änderungen und dergleichen sollen innerhalb des Umfangs und des Wesens der Erfindung liegen, die lediglich durch die nachfolgenden Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims (2)

1. Störbildlöschreferenzsignal-Übertragungs- und Emp­ fangssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
eine Quellenvorrichtung (6) zum Erzeugen von Störbild­ löschreferenzsignalen komplementärer Sequenz mit Paaren von gleich langen binären Sequenzen;
eine Vorrichtung (2) zum Erzeugen von Sendesignalen durch Überlagern des Störbildlöschreferenzsignale über Fern­ sehsignale zur Übertragung innerhalb vertikaler Abtastinter­ valle der Fernsehsignale;
eine Vorrichtung (12) zum Detektieren erster und zweiter Komponenten des Störbildlöschsignals in den gesendeten Signa­ len;
eine adaptive Filtervorrichtung (22) zum Abschwächen von Störbildern in den gesendeten Signalen;
eine Vorrichtung (26) zum Erzeugen von Kanalcharakteri­ sierungen durch Korrelieren der ersten und zweiten Komponen­ ten des Störbildlöschsignals mit Wellenformen, die komplemen­ tären Paarsignalen entsprechen; und
eine Vorrichtung zum Konfigurieren eines adaptiven Fil­ ters in Abhängigkeit von den Kanalcharakterisierungen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellvorrichtung Störbildlöschreferenzsignale komplemen­ tärer Sequenz erzeugt, wobei die Summe aller linearer Auto­ korrelationsfunktionen der komplementären Sequenzen für alle von Null verschiedenen Verschiebungen identisch verschwindet.