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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Empfang eines Fernsehsignals
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Ein
herkömmlicher
Fernsehempfänger,
wie z.B. ein Empfänger
entsprechend den in den USA und anderswo gebräuchlichen NTSC-Rundfunknormen, zeichnet
Bilder im Zeilensprungformat mit einem Seitenverhältnis von
4:3 (Verhältnis
der Breite zur Höhe
des wiedergegebenen Bildes). In jüngster Zeit gibt es großes Interesse
an der Verwendung besserer Bildwiedergabeformate, die größere Bildseitenverhältnisse,
z.B. 16:9 oder 5:3, haben und die Bilder in fortlaufender (progressiver)
Abtastung wiedergeben.
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Zwei
führende
Typen eines kompatiblen Fernsehsignal-Verarbeitungssystems für breite
Bilder (Bilder mit großem
Bildseitenverhältnis)
sind das sogenannte "Seitenfeld"-System und das sogenannte "Briefschlitz"-System. Bei einem
Seitenfeld-Wiedergabesystem werden einem mittleren oder Hauptbildfeld
rechte und linke Bildseitenfelder angefügt, um ein breites Bild mit
einem Bildseitenverhältnis
von 16:9 zu erhalten. Ein NTSC-kompatibles Breitbildsystem mit erhöhter Auflösung ist
in der
US-PS 4 979 020 beschrieben.
Das Briefschlitz-System
wird gewöhnlich
in Europa zur Fernsehausstrahlung von Breitwandfilmen benutzt. Hierbei
empfängt
ein für das
Bildseitenverhältnis
4:3 ausgelegter Standardempfänger
ein vertikal beschnittenes Bild und gibt es in dieser Form wieder.
Die Vertikalbeschneidung führt
dazu, dass ein Bild mit großem
Seiten verhältnis wie
etwa 16:9 wiedergegeben wird, wobei jedoch jeweils ein schwarzer
Querbalken am oberen und unteren Rand dieses Bildes erscheint. Das
Seitenfeld-Breitbildformat vermeidet zwar die schwarzen Balken des
Briefschlitz-Formates, dafür
ist aber die zugehörige
Signalverarbeitung komplizierter.
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Sowohl
das Seitenfeld- als auch das Briefschlitz-System können ein
Bild im Format fortlaufender (zeilensequentieller) Abtastung anstatt
im Zeilensprung-Format wiedergeben, um eine Wirkung zu erzielen,
die als höhere
Auflösung
oder Bildschärfe empfunden
wird. Hierzu erfolgt häufig
eine Umwandlung eines Zeilensprung-Bildsignals in ein fortlaufend abgetastetes
Bildsignal mit Hilfe eines Hilfssignals, auch "Helfer"-Signal genannt. Wenn beispielsweise bei
einem kompatiblen Briefschlitz-Breitbildsystem die
ursprüngliche
(Quellen-)Bildinformation im Format fortlaufender Abtastung vorliegt,
wird dieses fortlaufende Bildsignal in einem Briefschlitzcodierer
unterabgetastet, um ein NTSC-kompatibles Zeilensprungsignal zu bilden.
Der Codierer erzeugt außerdem
vor der Unterabtastung ein Vertikal-Helfersignal, das in einem fortlaufend
abtastenden Breitbildempfänger
bei der Umwandlung des kompatiblen briefschlitzcodierten Zeilensprungsignals
in das ursprüngliche
fortlaufende Abtastformat hilft. Das Helfersignal kann in den Balkenbereichen
des kompatiblen briefschlitzcodierten Signals übertragen werden. In einem
Empfänger
mit großem
Bildseitenverhältnis erlaubt
das aus den Balkenbereichen wiedergewonnene Vertikal-Helfersignal dem
Empfänger,
die vertikale Auflösung
wieder zu erlangen, die sonst bei den Prozessen der Umwandlung von
fortlaufender Abtastung zur Zeilensprungabtastung und zurück zur fortlaufenden
Abtastung verloren geht. Das Helfersignal hilft außerdem bei
der Reduzierung vertikaler-temporaler Aliase-Fehler in bewegten Teilen des Bildes. Eine
solche Anordnung ist z.B. in der WO 89/02689 A1 beschrieben.
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Um
zu verhindern, dass die Balkenbereiche, die bei der briefschlitzartigen
Darstellung eines Breitwandbildes auf einem für ein normales Bildseitenverhältnis ausgelegten
Empfänger
erscheinen, den Betrachter stören,
d.h. um die Sichtbarkeit des Helfersignals zu mindern, kann das
Helfersignal im Codierer gedämpft
und in Richtung zum Bildschwarz verschoben werden, um sicherzustellen,
dass der Balkenbereich der Wiedergabe für die meisten Bilder, wenn auch
nicht alle, schwarz erscheint. In einem Empfänger mit breitem Bildseitenverhältnis wird
das Helfersignal dann vor seiner Benutzung wieder in einem dem Dämpfungsfaktor
entsprechenden Maß verstärkt. Methoden
zum Erzeugen von Helfersignalen als Hilfe für die Umwandlung eines Originalsignals
aus dem Format fortlaufender Abtastung in das Zeilensprungformat
und wieder zurück
in das ursprüngliche
Format fortlaufender Abtastung sind allgemein bekannt. So ist beispielsweise
in der
US-PS 4 979
020 eine diesbezügliche
Methode in Verbindung mit einem die Seitenfeldtechnik anwendenden
Breitbild-Fernsehsystem beschrieben. Die Verwendung eines Vertikal-Temporal-Helfersignals für die Umwandlung
eines Zeilensprungsignals in ein fortlaufendes Signal im Zusammenhang
mit einem Briefschlitz-Fernsehsystem ist beschrieben in einer Arbeit
von Suzuki u.a. "Matix
Conversion for Improvement of Vertical-Temporal Resolution in Letterbox Wide-Aspect
TV", veröffentlicht
im SMPTE Journal, Februar 1991.
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Ferner
ist aus der
EP 0 212
674 A2 eine Rauschunterdrückungsschaltung für ein Fernsehsignal
bekannt, welche mit Hilfe eines Rauschdetektors den Rauschpegel
innerhalb der Austastintervalle feststellt und mit dem Ausgangssignal
des Rauschdetektors einen Verstärker
für die
hochfrequenten Anteile des Fernsehsignals regelt. Diese rauschabhängig geregelten
Signal anteile werden von dem gesamten Fernsehsignal zur Verminderung
des Rauschgehaltes subtrahiert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu verhindern, dass die Helfersignalinformation
bei Rauschstörungen
in den beiden Bereichen auf dem Bildschirm sichtbar wird. Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Rauscheinflüsse im Übertragungskanal
das Helfersignal so weit verschlechtern können, dass die Qualität eines
am Empfänger
wiedergegebenen Bildes beeinträchtigt
wird. Diese Beeinträchtigung
ist z.B. besonders wahrscheinlich, wenn das Helfersignal und das
Haupt- oder Mittelfeld-Bildsignal
unterschiedliche Arten der Verarbeitung erfahren. Im Falle eines
Briefschlitz-Systems wurde festgestellt, dass das Kanalrauschen
zur Beeinträchtigung
eines Helfersignals führen
kann, das in den Balkenbereichen eines kompatiblen Briefschlitz-Fernsehsignals
kompandiert wird.
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In
einem System mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein empfangenes
Fernsehsignal verarbeitet, das eine erste Komponente enthält, die
ein wiederzugebendes Bild darstellt, und eine zweite Komponente
mit Informationen, die beim Aufbau eines Bildes mit einem gewünschten
Wiedergabe-Abtastformat hilft. Die erste und die zweite Komponente werden,
nach Verarbeitung auf jeweils zugeordneten Verarbeitungswegen, miteinander
kombiniert. Der Verarbeitungsweg für die zweite Komponente enthält eine
Einrichtung zur Amplitudendehnung der zweiten Komponente und eine
Einrichtung zum Modifzieren des Betriebs des zweiten Weges als Funktion
des Rauschgehaltes des empfangenen Fernsehsignals.
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Einzelheiten
und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen erläutert.
In den dargestellten Ausführungsformen
ist das empfangene Fernsehsignal im Briefschlitzformat, d.h. es
umfaßt einen
mittleren oder Haupt-Bildbereich, einen oberen Balkenbereich und
einen unteren Balkenbereich, wobei die Balkenbereiche die zweite
Komponente in amplitudengepreßter
Form enthalten. Der Weg für die
Verarbeitung der zweiten Komponente enthält eine Einrichtung zur Amplitudendehnung,
zusammen mit ausgewählten
Kombinationen von Begrenzer und/oder Dämpfungsnetzwerken, die auf
Rauschen ansprechen.
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1 zeigt ein Codier/Decodier-System
für Breitbildsignale
im Briefschlitzformat, das eine erfindungsgemäße Anordnung enthält;
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2-4 und 8 zeigen
alternative Anordnungen einer erfindungsgemäßen Decodiereinrichtung;
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5-7 zeigen Amplituden/Zeit-Charakteristiken
des Helfersignals zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Erfindung.
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Im
Sender- und Codiererteil des in 1 dargestellten
Systems wird eine Leuchtdichtekomponente eins NTSC-kompatiblen Farbfernsehsignals über ein
Vertikal-Tiefpaßfilter 11 an
eine Einheit 10 zur Erzeugung eines Vertikal-Helfersignals und
an eine Leuchtdichte-Verarbeitungseinheit (Leuchtdichteprozessor) 12 gelegt.
Das Filter 11 verhindert Aliase-Fehler, wenn das eingangsseitige
Leuchtdichtesignal später
durch Unterabtastung von 480 auf 240 Zeilen gebracht wird, um verflochtene
Abtastzeilen für
ein Zeilensprungformat zu bilden. Das Leuchtdichtesignal ist ein
525-zeiliges Signal in fortlaufender Abtastung (1:1-Abtastung) mit
480 Bildzeilen und einem Bildseitenverhältnis von 4:3.
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Farbartkomponenten
I und Q haben dasselbe Format wie die Leuchtdichtekomponente und
werden über
Vertikalfilter (nicht gezeigt), die ähnlich dem Filter 11 sind,
einem Farbartprozessor 14 angelegt. Die Leuchtdichte- und
Farbartkomponenten sind derart verarbeitet, daß ein Signal für ein 360-zeiliges
Bild im Briefschlitzformat zur Darstellung auf einem Standard-Fernsehempfänger entwickelt
werden kann. Ein Helfersignalgenerator 10 kann ein Vertikal-Hochpaßfilter
enthalten, um die mittleren 360 horizontalen Bildzeilen des Leuchtdichtesignals
zu filtern, bevor dieses Signal in einem Fortlauf/Zeilensprung-Abtastformatwandler
(F/Z-Wandler) 13 unterabgetastet wird, um ein Zeilensprungsignal
zu erzeugen. Beim dargestellten Beispiel ist das Vertikal-Hochpaßfilter ein
Bauelement mit drei Anzapfungen, die mit den Faktoren –0,5 bzw.
1,0 bzw. 0,5 gewichtet sind. Ein von der Einheit 10 erzeugtes
zeilendifferentielles Vertikal-Helfersignal enthält die Differenz zwischen Daten,
die durch den Unterabtastprozeß ausgeschieden werden
sollen, und einem Schätzwert,
der aus den gesendeten Daten erhalten wird. Das Helfersignal ist ein
Signal geringer Energie, weil die besagte Differenz in den meisten
Fällen
klein ist. Ein einfaches Helfersignal (H) kann entsprechend dem
Ausdruck [(a + c)/2] – b
festgelegt werden, wobei a, b und c drei vertikal miteinander ausgerichtete
Pixel in drei benachbarten Zeilen eines fortlaufend abgetasteten
Signals sind. In einem Empfänger
werden die Pixel a und c zusammen mit dem Helfersignal H wiedergewonnen.
Das Pixel b kann wiedererhalten werden durch Subtraktion des Helfersignals
vom Mittelwert der Pixel a und c, also durch die Rechnung [(a +
c)/2] – H.
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Beim
vorliegenden Beispiel wird das Helfersignal in die unteren und oberen
Balkenbereiche eines briefschlitzformatigen Signals abgebildet,
wobei diese Bereiche zusammen etwa 25% der Höhe des aktiven Bildbereichs
verbrauchen (120 Bildzeilen von 480 Bildzeilen). Somit werden jeweils
drei Zeilen des Helfersignals in eine Zeile eines Balkenbereichs
abgebildet. Dies geschieht mittels einer Einheit 18, die das
von der Einheit 16 kommende Signal horizontal mit einem
Faktor 3:1 unterabtastet (datenmäßig komprimiert),
gefolgt von einem "Schneide-
und Kaschier"-Abbildungsprozeß, der die
horizontal komprimierte Information des Helfersignals in die Balkenbereiche
verlegt. Da drei vollständige, über die
ganze Schirmbreite gehende Zeilen des Vertikal-Helfersignals mittels
der Einheit 18 horizontal unterabgetastet und in eine einzige
Balkenzeile abgebildet werden, wird zur Verhinderung von Aliase-Fehlern
das Helfersignal vor dem Unterabtasten und Abbilden tiefpaßgefiltert,
und zwar durch ein Horizontal-Tiefpaßfilter mit
einer Grenzfrequenz von 1,4 MHz. Diese Grenzfrequenz wird gewählt, weil
das Signal am Ende durch ein NTSC-Kanalfilter 30 mit einer
Grenzfrequenz von 4,2 MHz laufen muß, bevor es gesendet wird (4,2
MHz : 3 = 1,4 MHz).
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Da
die Helfersignalinformation im Balkenbereich einen nominellen Grauwert
hat, kann das von der Einheit 18 gelieferte Signal einen
Benutzer irritieren, wenn es auf einem Empfänger mit dem Standard-Bildseitenverhältnis 4:3
wiedergegeben wird. Ein Amplitudenkompander 20, wie er
weiter unten noch ausführlich
erläutert
wird, reduziert die Sichtbarkeit der Helfersignalinformation in
den Balkenbereichen, indem er diese Bereiche weniger sichtbar bei
ihrer Wiedergabe macht. Außerdem
verschiebt eine Pegelverschiebungseinheit 22 den mittleren
Pegel der Signale in den Balkenbereichen von Grau nach Schwarz.
Die vom Kompander 20 bewirkte Amplitudenpressung und die
von der Einheit 22 bewirkte Pegelverschiebung haben zur
Folge, daß das
Helfersignal bei den meisten Bildern in den Balkenbereichen praktisch
unbemerkbar ist. An diesem Punkt besteht das Signal der Balkenbereiche
aus einer 60-zeiligen oberen Balkenkomponente im Zeilensprungformat
(2:1) und einer 60-zeiligen
unteren Balkenkomponente im Zeilensprungformat.
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Der
Leuchtdichteprozessor 12 und der Farbartprozessor 14 verarbeiten
die mittleren 360 Bildzeilen des Eingangssignals. Der Leuchtdichteprozessor 12 enthält eine
Einrichtung zum Umwandeln des eingangsseitigen Bildsignals vom fortlaufenden
in das Zeilensprungformat, gefolgt von einer Einrichtung zum vertikalen
Beschneiden von 480 auf 360 Bildzeilen. Im Farbartprozessor 14 werden
die I- und die Q-Farbartkomponente über getrennte
Wege (nicht gezeigt) verarbeitet, deren jeder ein eingangsseitiges
Vertikal-Tiefpaßfilter
(133 Perioden pro Bildhöhe)
einen Fortlauf/Zeilensprung-Abtastformatwandler und ein Vertikalbeschneidungsnetzwerk (480
auf 360 mittlere Bildzeilen) enthält. Die I- und die Q-Komponente
werden durch ein 1,4-MHz-
bzw. ein 0,5-MHz-Horizontal-Tiefpaßfilter gefiltert, bevor sie an
einen Farbartmodulator gelegt werden. Die verarbeiteten Leuchtdichte-
und Farbart-Ausgangssignale von den Einheiten 12 und 14 erscheinen
im Zeilensprungformat des NTSC-Standards und haben 360 Bildzeilen
und werden in einem Addierer 25 kombiniert.
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Ein
Haupt- oder Mittelbildsignal am Ausgang des Addierers 25 und
das von der Einheit 22 kommende Signal aus den Balkenbereichen
werden im Vertikalmultiplex zusammengefaßt, und zwar durch eilten Multiplexer
(MUX) 28, der das im Zeilensprungformat erscheinende Haupt-
oder Mittelbildsignal und das die Vertikal-Helferinformation enthaltende
Signal aus den Balken kombiniert. Am Ausgang des Multiplexers 28 erscheint
ein resultierendes NTSC-kompatibles Bildsignal, das entlang dem
oberen und unteren Rand des Hildes jeweils 60 Balkenzeilen enthält, die
mit der Helfersignalinformation codiert sind (insgesamt 120 Helferzeilen).
Die mittleren 360 Bildzeilen stellen als beschnittene Version mit
dem Bildseitenverhältnis
16:9 das ursprüngliche
480-zeilige Bild dar.
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Das
im Briefschlitzformat codierte NTSC-kompatible Signal vom Multiplexer 28 wird über einen Übertragungskanal,
z.B. Rundfunk oder Kabel, an einen NTSC-Standardfernsehempfänger 40 gesendet,
worin ein 4:3-Bildschirm ein 16:9-Bild wiedergibt, das oben und
unten von Balkenbereichen eingefaßt ist. Das im Briefschlitzformat
codierte Signal wird außerdem
an einen 16:9-Breitwandempfänger
gesendet, der einen Briefschlitzformat-Decoder enthält. In diesem
16:9-Empfänger
wird das empfangene Fernsehsignalgemisch einem Demultiplexer (DE-MUX) 35 angelegt,
um das empfangene Fernsehsignal in eine Haupt- oder Mittelbildkomponente und
eine Balkenbereichkomponente zu trennen. Die Balkenbereichkomponente
wird einem Pegelverschieber 42 in einem Helfersignal-Wiedergewinnungskanal
angelegt, der den Mittelwert der Balkenbereich-Signalkomponente
zurück
auf seinen ursprünglichen
Graupegel verschiebt. Ein Kompander 44 dehnt die Amplitude
des Balkenbereichsignals um das Maß, in welchem die Amplitude
durch die Einheit 20 im Codierer gepreßt worden ist, wodurch der
ursprüngliche
Dynamikbereich der Helfersignalinformation wieder hergestellt wird.
Eine Einheit 46 führt eine
umgekehrte Rasterabbildung des Balkenbereichsignals durch. Im einzelnen
tut die Einheit 46 das Umgekehrte der Rasterabbildungsoperation,
die von der Einheit 18 im Codierer durchgeführt wurde, unter
Anwendung des "Schneide-
und Kaschier"-Prozesses,
um die mit dem Faktor 3:1 datenkomprimierte Helfersignalinformation
aus den Balkenbereichen an die ursprüngliche Vertikalposition im
Bild zu bringen. Die Einheit 46 enthält einen B-Punkt-Interpolator, um
die Helfersignalinformation horizontal um einen Faktor 3 zu
dehnen und dadurch die Zeilenlänge entsprechend
der vollen Bildschirmbreite zu erreichen. An diesem Punkt wird ein
rekonstruiertes 360-zeiliges, über
die volle Bildschirmbreite gehendes Helfersignal im Zeilensprungformat
erzeugt. Eine Einheit 48 wandelt das rekonstruierte Zeilensprung-Helfersignal
in das Format fortlaufender Abtastung um, so daß es mit einer 360-zeiligen,
im Format fortlaufender Abtastung erscheinenden Mittelbild-Leuchtdichtekomponente
addiert werden kann.
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Die
Haupt- oder Mittelbildkomponente vom DE-MUX 35, welche
die mittleren 360 Bildzeilen enthält, wird durch einen Leuchtdichte/Farbart-Separator 49 (z.B.
ein Kammfilter) verarbeitet, der eine getrennte Leuchtdichtekomponente
Y und eine getrennte Farbartkomponente C an entsprechenden Ausgängen liefert.
Einheiten 50 und 52 führen eine selektive Verarbeitung
der Leuchtdichte- und Farbartkomponenten durch. Der Leuchtdichteprozessor 50 wandelt
das aus 360 Horizontalzeilen bestehende Leuchtdichte-Bildsignal
aus dem Zeilensprung- in das Fortlauf-Abtastformat um. Bei der Umwandlung
von der Zeilensprung- in die Fortlaufabtastung können fehlende Zeilen rekonstruiert
werden durch vertikale Mittelwertbildung der Zeilen oberhalb und
unterhalb der zu rekonstruierenden Zeile oder durch irgendwelche
anderen geeigneten, an sich bekannten Maßnahmen. Das im Format fortlaufender Abtastung
erscheinende Vertikal-Helfersignal von der Einheit 48 enthält die Differenz
zwischen den Daten, die bei der Umwandlung vom fortlaufenden in das
Zeilensprung-Abtastformat im Codierer ausgeschieden worden sind,
und den übertragenen
Daten und wird in einer Kombiniereinichtung 50 abwechselnden
Bildzeilen des von der Einheit 50 im Format fortlaufender
Abtastung kommenden Haupt- oder Mittelbildsignals hinzuaddiert,
um die Leuchtdichte-Bildinformation wiederzugewinnen. Das Helfersignal
erlaubt somit die Wiedergewinnung von Information, die ansonsten
wegen des Zyklus der Umwandlung vom fortlaufenden in das zeilenspringende
und zurück
in das fortlaufende Abtastformat verloren wären.
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Die
Leuchtdichtekomponente Y von der Kombiniereinrichtung 54 und
die Farbartkomponenten I, Q vom Prozessor 55 zeigen ein ähnliches 360-zeiliges
Mittelbild im Format fortlaufender Abtastung (1:1-Abtastformat)
und werden mittels eines Umsetzers 56, z.B. eines Matrixnetzwerkes,
in R-, G- und B-Farbbildsignale
umgesetzt. Vertikale Rasterabbildungseinrichtungen 60, 62 und 64 enthalten
Interpolatoren zum vertikalen Ausdehnen der rekonstruierten 360-zeiligen
R-, G- und B-Bildsignale auf die volle, 480 Bildzeilen umfassende
Bildschirmhöhe. Die
R-, G- und B-Signale von den Einheiten 60, 62 und 64 sind
jeweils ein 525-zeiliges fortlaufend abgetastetes Signal mit 480
Bildzeilen und werden über einen
Displaytreiber 66 an eine Bildwiedergabeeinrichtung 68 (z.B.
eine Farbbildröhre)
gelegt.
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Die
nachfolgende Beschreibung betrifft die Verwendung einer Einrichtung
zum Reduzieren der Rauscheinflüsse
auf dem Weg der Wiedergewinnung des Helfersignals. Es wurde beobachtet,
daß der
Betrag des mit geringer Energie als Differenzsignal auftretenden
Vertikal-Helfersignals gewöhnlich
in der Nähe
von Null liegt und typischerweise ±10% des vollen NTSC-Leuchtdichtebereichs
(–40 bis
120 IRE) belegt, selbst für
besondere Bilder mit hohem Anteil an Vertikaldetails. Kompander 20 und 44 im
Codierer und im Decodierer haben komplementäre nichtlineare μ-Gesetz-Kompandierungskennlinien.
Der Kompander 20 im Codierer preßt die Amplitude des Helfersignals
in der Nähe
der Nullamplitude, wo der größte Teil
der Helfersignalinformation zu erwarten ist, mit einem verhältnismäßig linearen,
niedrigen Kompressionsfaktor (z.B. kleiner als 4 oder vorzugsweise
1). Die geringe Pressung in diesem Bereich macht es möglich, daß Signalwerte
genau und ohne wesentliche Erhöhung
des Rauschens rekonstruiert werden können. Der kleine Teil des Helfersignals,
der außerhalb
dieses Bereichs liegt, wird einer stärkeren, nichtlinearen Pressung
unterworfen. Der Kompander 44 im Decoder hat eine hierzu
inverse (also Dehnungs-)Charakteristik.
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Da
der größte Teil
des Dynamikbereichs des Helfersignals geringe oder keine Pressung
erfährt, wird
das dem betreffenden Gebiet zugeordnete Rauschen des Helfersignals
wenig oder überhaupt
nicht gesteigert, wenn die Amplitude des Helfersignals im Decoder
des Empfängers
gedehnt wird. Irgendwelche großen
Amplitudenausschläge
des Helfersignals werden hingegen einer ausgeprägten nichtlinearen Pressung
unterworfen, z.B. um einen Faktor größer als 4. Somit wird jedes
Rauschen, das großen
Amplitudenausschlägen
des Helfersignals zugeordnet ist oder das selbst stark genug ist,
um den Betrag eines schwachen Helfersignals beträchtlich zu erhöhen, sehr
verstärkt,
wenn solche Amplitudenausschläge im
Decoder des Empfängers
gedehnt werden. Dieses verstärkte
Rauschen erscheint in unerwünschter Weise
in einem decodierten Bild als ein wahrnehmbarer heller oder dunkler
Fleck, der ungefähr
drei Pixel breit ist infolge der horizontalen 1:3-Dehnung in der
Einheit 46. Obwohl also der nichtlineare Kompander den
größten Teil
des Helfersignals weniger empfindlich für Rauschen macht, kann unter
bestimmten Bedingungen wie beschrieben die Rauschempfindlichkeit
größer werden.
Das Kompandierungssystem berücksichtigt
nicht die Tatsache, daß Rauschen
wegen der Verarbeitung im Decoder in horizontaler Richtung um einen
Faktor 3 gedehnt wird. Das Kompandersystem beeinflußt nur den
Dynamikbereich (Amplitude) des Rauschens in einem wiedergegebenen
Bild.
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Die
vorstehend erwähnten
unerwünschten Rauscheffekte
werden durch die in den 2-4 und 8 gezeigten Decodieranordnungen angesprochen.
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Die
Anordnung nach 2 unterscheidet sich
von der im Wiedergewinnungsweg des Helfersignals nach 1 verwendeten Anordnung
dadurch, daß dem
Kompander 44 eine auf Rauschen ansprechende variable Amplitudendämpfungseinrichtung 70 nachgeschaltet
ist. Der Verstärkungsfaktor
der Dämpfungseinrichtung 70 ist
eine Funktion des Rauschgehaltes des empfangenen Signals, derart, daß die Dämpfungseinrichtung 70 in
Ansprache auf ein im wesentliches rauschfreies Eingangssignal einen
Verstärkungsfaktor
von praktisch 1 bringt und den Verstärkungsfaktor fortschreitend
kleiner werden läßt, wenn
das Rauschen im Eingangssignal steigt. Daher wird in Fällen starken
Rauschens nur ein Bruchteil des Helfersignals zum Bildsignal addiert. Der
addierte Bruchteil des Helfersignals wird so vorbestimmt, daß das Maß an Rauschen
in einem wiedergegebenen Bild voraussichtlich nicht störend wirkt.
Die Dämpfung
des Helfersignals in dieser Weise ist akzeptierbar, weil jeder Betrag
an Helfersignal bei der Rekonstruierung eines Bildsignals im Format fortlaufender
Abtastung mit verschiedenen Graden an Genauigkeit hilft und generell
ein besseres Ergebnis bringt als ohne Verwendung eines Helfersignals. Wenn
also das Helfersignal durch Rauschen gestört ist und dadurch die Wahrscheinlichkeit
besteht, daß das
rekonstruierte Bild wie erläutert
störende
helle/dunkle Flecken bekommt, wird der Betrag des zum Bildsignal
addierten Helfersignals in einem Grad reduziert, der durch das Maß des vorhandenen
Rauschens bestimmt ist. Die Dämpfungseinrichtung 70 kann
zwischen dem Ausgang des Kompanders 44 und dem Punkt liegen,
wo das Helfersignal mit dem Signal des Mittelbildes addiert wird,
d.h. vor der Kombiniereinrichtung 54 in 1.
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Die 3 zeigt eine Abwandlung
der in 2 dargestellten
Decoderanordnung, wobei die Positionen des Kompanders 44 und
der Dämpfungseinrichtung 70 miteinander
vertauscht sind, um die Wirkungen von Rauschen weiter zu vermindern.
Im Falle der 2 kann
ein stark rauschendes Eingangssignal große Amplitudenausschläge haben,
die den Kompander 44 veranlassen, diese Ausschläge nichtlinear
mit einem hohen Verstärkungsfaktor
(z.B. 4 oder mehr) zu verstärken,
bevor sie durch die Einheit 70 gedämpft werden. In einem solchen
Fall ist es wahrscheinlich, daß im
gedämpften
Signal noch ein beträchtliches
Rauschen bleibt. Im Gegensatz hierzu kann bei der Anordnung nach 3 ein ähnlich stark rauschendes Eingangssignal
mit großen
Amplitudenausschlägen
genügend
weit durch die Einheit 70 gedämpft werden, um solche Amplitudenausschläge unter
die Schwelle zu drücken,
bei welcher der Kompander 44 beginnt, Signale nichtlinear
mit einem hohen Verstärkungsfaktor
zu verstärken.
In diesem Fall wird ein Ausgangssignal vom Kompander 44 um
ein mehr lineares, geringeres Maß (z.B. weniger als 4 oder
vorzugsweise 1) in seiner Amplitude gedehnt worden sein und weniger
verdorben durch Rauschen sein.
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Die
rauschvermindernden Anordnungen nach den 2 und 3 reduzieren
die Amplitude des gesamten Helfersignals. In mäßig verrauschten Bildern werden
stark störende
Effekte jedoch nur durch Rauscherscheinungen hervorgerufen, die
mit Amplitudenausschlägen
innerhalb des nichtlinearen hochverstärkenden Arbeitsbereichs des
Kompanders 44 zusammenhängen.
Die Anordnung nach 4 berücksichtigt
diese Angelegenheit durch Installation eines auf Rauschen ansprechenden
variablen Amplitudenbegrenzers 72 vor dem Kompander 44.
Die 4 unterscheidet
sich von der 3 darin,
daß die Dämpfungseinrichtung 70 der 3 durch den Begrenzer 72 in 4 ersetzt ist. Der Begrenzer 72 läßt einen
vorbestimmten Bereich der Amplitudenausschläge des Helfersignals ohne Änderung
zum Kompander 44 durch. Amplitudenwerte des Helfersignals, die
einen Schwellenwert überschreiten,
werden gleich dem Schwellenwert gemacht, d.h. auf diesen beschnitten.
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Die
Arbeitsweise der Anordnung nach 4 sei
anhand der 5-7 erläutert. Die 5 zeigt einen zeitlichen Verlauf der
Amplitude eines beispielgebenden ursprünglichen Helfersignals vor
der Übertragung,
wobei die Darstellung positive und negative Pixel-Amplitudenwerte
gegenüber
einem nominellen Nullwert der Amplitude zeigt. Die 6 zeigt dasselbe Helfersignal nach Einringung
des Kanalrauschens. Punkte A und B bezeichnen Helfersignal-Pixel
mit erhöhter
Amplitude, die durch Rauschen verfälscht sind, so daß sie normalerweise
einen üblen hellen
Fleck in einem wiedergegebenen Bild erzeugen. In diesem Fall würde die
Dehnungsfunktion des Kompanders im Empfänger einen hohen Verstärkungsfaktor
auf ein bereits hohes Helfersignal einschließlich des Rauschens anwenden,
wodurch das Rauschen noch betont würde. Ein Punkt C bezeichnet
einen rauschverseuchten Pixelwert, der keine störende Änderung in einem wiedergegebenen
Bild erzeugen würde,
weil Werte nahe Null keine große Amplitudenpressung
durch die Kompandereinheit im Sender/Codierer erfahren und daher
auch keiner hohen komplementären
Verstärkung
durch die Kompandereinheit im Empfänger/Decoder unterworfen werden.
Die Verwendung des Begrenzers 72 baut auf die Erkenntnis,
daß eine
Begrenzung sporadisch auftretender starker Amplitudenausschläge des Helfersignals
vor dem Erreichen des Kompanders 44 im Decoder akzeptierbar
ist, weil das Helfersignal normalerweise keinen hohen Betrag hat.
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Die 7 zeigt ein verrauschtes
Helfersignal nach seiner Begrenzung durch die Einheit 72 in 4. Die Pixel A und B sind
auf die obere Begrenzerschwelle begrenzt worden, während das
Pixel C unverändert
geblieben ist, weil sein Wert weder die obere noch die untere Begrenzerschwelle überschreitet.
Bei diesem Beispiel ist das verfälschte
Helferpixel A (vergleiche 6)
am Ausgang des Begrenzers 72 wieder auf seinen ursprünglichen
Amplitudenwert zurückgebracht,
während
die Amplitude des verfälschten
Pixels B auf einen Wert vermindert ist, der niedriger als vor der
Rauschzufügung
ist. Nach Amplitudendehnung durch den Kompander 44 ergibt
sich ein Helfersignal, das schwächer
ist, als es in einem rauschfreien Fall wäre. Es wurde jedoch beobachtet,
daß in
einer stark rauschenden Umgebung ein schwaches Helfersignal einem
sehr starken Helfersignal vorzuziehen ist, weil ein schwaches Helfersignal
keine störenden
hellen Flecken in einem wiedergegebenen Bild erzeugt. Die Tatsache,
daß der Begrenzungsvorgang
das verfälschte
Helferpixel C nicht beeinflußt,
ist akzeptierbar, weil das verfälschte Pixel
C keinen durch Rauschen bedingten hellen Artefakt in einem wiedergegebenen
Bild erzeugt.
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Das
Maß der
vom Begrenzer 72 bewirkten Begrenzung ändert sich als Funktion der
Stärke
des Rauschens im Helfersignal. Der Begrenzer 72 läßt im Falle
eines rauschfreien Signals das Helfersignal unverändert durch.
Vermehrtes Rauschen im Signal führt
zu einer derartigen Änderung
der Begrenzerschwelle, daß die
Amplitude und der Dynamikbereich des Helfersignals in einem höheren Maß begrenzt wird.
Die Verwendung eines Amplitudenbegrenzers ist einem veränderbaren
Dämpfungsglied
vorzuziehen, weil ein Begrenzer den größten Teil des Helfersignals
unverändert
durchläßt. Die
Amplitudenwerte des Helfersignals fallen gewöhnlich nicht in den Wirkungsbereich
der Begrenzung; Werte hingegen, die in diesen Bereich fallen, sind
typischerweise rauschbeeinflußt.
Somit begrenzt der variable Begrenzer selektiv nur diejenigen Teile
des Helfersignals, die voraussichtlich unerwünschte rauschbedingte Artefakte in
einem wiedergegebenen Bild hervorrufen.
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Die 8 zeigt eine weitere Anordnung
zur Rauschverminderung, worin dem Kompander 44 ein auf
Rauschen ansprechender variabler Begrenzer 72 vorgeschaltet
und ein auf Rauschen ansprechendes variables Dämpfungsglied 70 nachgeschaltet
ist. Der Begrenzer 72 verhindert in der beschriebenen Weise, daß starke
Amplitudenausschläge
des Helfersignals den Kompander 44 erreichen, und das Dämpfungsglied 70 vermindert
die Amplitude des vom Ausgang des Kompanders 44 gelieferten
Helfersignals. Die letztgenannte Einheit dämpft zwar das Helfersignal
in gewissem Grade, jedoch kann dies in manchen Fällen zweckmäßig sein, um Rauscheffekte
weiter zu vermindern.
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Um
den Betrieb des variablen Dämpfungsgliedes 70 (2, 3 und 8)
und des variablen Begrenzers 72 (4 und 8)
als Funktion des Rauschpegels zu beeinflussen, können allgemein bekannte Techniken
angewandt werden. So kann das Dämpfungsglied 70 beispielsweise
ein getastetes Netzwerk enthalten, um das Leuchtdichtesignal während eines "stillen" Teils des Vertikalaustastintervalls
auf einen Gehalt an hohen Frequenzen abzutasten und dadurch das
Vorhandensein von Rauschen zu fühlen,
ferner ein Filter zur Erzeugung einer Steuerspannung als Funktion
des Betrags des für
das Rauschen charakeristiken abgetasteten Ausgangssignals und einen
Verstärkungssteuereingang,
der auf die Steuerspannung anspricht, um das Dämpfungsmaß als Funktion des Betrags
der Steuerspannung einzustellen. Eine ähnliche Technik kann für den Begrenzer 72 angewandt
werden.