DE69314617T2

DE69314617T2 - Methode und Vorrichtung für verbesserte SECAM-Kodierung

Info

Publication number: DE69314617T2
Application number: DE1993614617
Authority: DE
Inventors: Werner Boie
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Vantiva SA
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: DE69314617D1; EP0606784A1; EP0606784B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine verbesserte SECAM-Kodierung.

Hintergrund

Derzeit bietet die SECAM-Norm nur eine geringe Bildqualität Die Verschlechterungen in den Bildern sind zahlreich. Einer der am meisten störenden Artefakte betrifft das Übersprechen zwischen Luminanz und Chrominanz in dem Übertragungskanal. Verglichen mit anderen Femsehnormen wurde SECAM nicht nennenswert verbessert, seit es als eine dritte weltweite Fernsehnorm eingeführt wurde.

Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der SECAM- Bildqualität durch Mittel einer geeigneten Verarbeitung auf der Senderseite aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 7 angegebene Vorrichtung gelöst.
Es ist teilweise unmöglich, die oben genannten Artefakte durch digitale Signalverarbeitung nur auf der Empfängerseite zu beseitigen. in PAL und NTSC ist eine Lösung für eine saubere Y/C-Trennung aufgrund der Frequenzverkopplung zwischen der Luminanz und der kodierten Chrominanz mehr oder weniger einfach. Im Gegensatz dazu war in der Vergangenheit die FM-Modulation der Chrominanzsignale in der SECAM-Norm ein unüberwindbares Hindernis für eine verbesserte Y/C-Trennung. Mehr im Detail, macht das "unvorhersehbare" Frequenzspektrum der FM-modulierten Chrominanzsignale und die fehlende Phasenkorreation mit den benachbarten Zeilen eine geeignete Vor- und Nachfilterung zur Vermeidung von Übersprecheffekten unmöglich. Nur wenn eine Chance besteht, daß alle Frequenzbereiche unzweideutig der Luminanz und den FM- modulierten Chrominanzsignalen zugeordnet werden kännen, wird ein Vor- und Nachfilterungskonzept brauchbar. Im Prinzip wird das Problem der Y/C-Trennung gelöst, wenn verschiedene Frequenzbereiche in dem Raum-Zeit-Frequenzspektrum der Luminanz und der FM-modulierten Chrominanz zugeordnet werden können. Unglücklicherweise sind diese Bereiche mehr oder weniger durch die SECAM-Norm bestimmt und überlappen einander zu einem großen Teil. Eine nennenswerte Änderung in dem Frequenzspektrum ist daher aus Gründen der Kompatibilität nicht möglich. Demzufolge kann die vorgeschlagene Modifikation die Norm nur in den Fällen beeinflussen, in denen der genormte Dekoder im Empfänger irgendwie unannehmbare Ergebnisse liefert oder von der übertragenen Information keinen Gebrauch macht. Das gilt insbesondere für Farbübersprech-Artefakte.
Der wichtigste Punkt in der Bearbeitungskette der SECAM-Norm, die Bestimmung des Frequenzspektrums in der kodierten Chrominanz, wird durch den FM-Modulator dargestellt (siehe zum Beispiel für einen bekannten SECAM-Koder in Figur 1). Selbiger kann zerlegt werden in einen gewichteten (zeitlichen) Integrator des Eingangssignals - hier Chrominanzsignale Dr und Db - und eine Kosinusfunktion, die durch ein LUT (luck-up-table) gebildet wird. Zwischen diesen beiden Verarbeitungsblöcken kann man die laufende Phase des FM-modulierten Signals (FM- Unterträger) ermitteln. Dieses Signal spielt bei der Erfindung eine wichtige Rolle.
Unter der Annahme, daß periodische Muster von hohen räumlichen Frequenzkomponenten der Luminanz (das wäre ein gestreiftes Hemd oder ein Zaun im Hintergrund eines Bildes) normalerweise nicht etwas kleinere räumliche Chrominanz-Frequenzkomponenten enthalten, können diese räumlichen Chrominanz- Frequenzkomponenten nicht auf null gebracht werden. In einem System mit einer geeigneten Chrominanz-Vorfilterung wird dieses in irgendeiner Weise durch das Vorfier bewirkt. Die Folge wäre dann im Idealfall, daß die Frequenz des Ausgangssignals des FM-Modulators in diesen Bereichen konstant ist und, da die absolute Phase des FM-Unterträgers für ein bestimmtes Pixel keinen direkten Einfluß auf die dekodierten Chrominanzsignale hat, die Phase am Beginn und am Ende des Musters in einer solchen Weise weich geändert werden kann, daß der FM- Unterträger eine definierte Form in Vertikarichtung erfährt. Dies würde dabei helfen, einen entsprechenden Auswahlprozess (Nachfilterung) für die Chrominanz oder die Luminanz in dem Empfänger zu finden und zu erleichtern.
Demzufolge muß der durch diese spezielle Form eingenommene Frequenzbereich nur für die FM-modulierten Chrominanzsignale erhalten bleiben. Die Luminanz muß nicht in demselben Frequenzbereich übertragen werden. In vorteilhafter Weise entspricht dies dem bevorzugten Vor- und Nachfilterungs-Konzept. Außerdem ist es vorstellbar, daß die FM-modulierten Chrominanzsignale genau das periodische Muster einnehmen, das für die Übertragung in dem Luminanzkanal beabsichtigt ist. In diesem Fall könnte der Dekoder keinen Unterschied zwischen der Luminanz und der FM-modulierten Chrominanz machen und daher ein beachtliches Übersprechen erzeugen. Auch hier muß wieder in dem vorgeschlagenen FM-Modulator Vorsorge getroffen werden, um diesen Vorgang zu vermeiden. Die kritischen Chrominanzsignale, die zu diesen Mustern führen, sind in einem bestimmten Bildbereich wieder mehr oder weniger konstant, und es wäre daher auch möglich, die Phase des FM-Unterträgers in einer solchen Weise zu ändern, daß sie durch den Dekoder nicht fehlinterpretiert wird.
Im Prinzip besteht die Erfindung in einer verbesserten SECAM-Kodierung, bei der ein FM-Modulator Chrominanzsignale auf Farbträger moduliert, enthaltend die folgenden Schritte:
- die Chrominanzsignale werden zeitlich integriert und mit einem modifizierten Phasenkorrektursignal kombiniert und steuern dann Modulationsmittel digital, die am Ausgang FM-modulierte Chrominanzsignale abgeben;
- die kombinierten Chrominanzsignale werden um zwei Zeilen verzögert und um einen Betrag von π phasenverschoben;
- die zeitlich integrierten Chrominanzsignale werden von den verzögerten und in der Phase verschobenen kombinierten Chrominanzsignalen subtrahiert und bilden ein Phasenkorrektursignal;
- dieses Phasenkorrektursignal und ein Eingangssignal 'null' werden unter Steuerung durch Detektiermittel für das Farbübersprechen weich geschaltet, die auf die Luminanz des SECAM-Signals wirken, wobei das Ausgangssignal der weichen Umschaltung das modifizierte Phasenkorrektursignal darstellt.
Vorteilhafte zusätzliche Auführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den entsprechenden abhängigen Ansprüchen.
Im Prinzip enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine verbesserte SECAM- Kodierung, bei der ein FM-Modulator Chrominanzsignale auf Farbträger moduliert, folgendes:
- zeitliche Integriermittel und darauffolgende Kombiniermittel, in denen die Chrominanzsignale zeitlich integriert und mit einem modifizierten Phasenkorrektursignal kombiniert werden und dann Modulationsmittel digital steuern, die am Ausgang FM-modulierte Chrominanzsignale abgeben;
- Verzögerungsmittel und Mittel zur Phasenverschiebung, in denen die kombinierten Chrominanzsignale um zwei Zeilen verzögert und in der Phase um einen Betrag von π verschoben werden;
- Subtrahiermittel, in denen die zeitlich integrierten Chrominanzsignale von den verzögerten und phasenverschobenen kombinierten Chrominanzsignalen subtrahiert werden und ein Phasenkorrektursignal bilden;
- weiche Schaltmittel, in denen das Phasenkorrektursignal und ein Eingangssignal 'null' unter der Steuerung von Farbübersprech- Detektormitteln weich geschaltet werden, die auf die Luminanz des SECAM- Signals wirken, wobei das Ausgangssignal der Mittel zum weichen Schalten das modifizierte Phasenkorrektursignal ist.
Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den entsprechenden abhängigen Ansprüchen.

Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in
Fig. 1 einen bekannten SECAM-Koder;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen FM-Modulator mit erzwungenen Phasenbeziehungen;
Fig. 3 das Prinzip der Detektion des Farbübersprechens und der Unterträger Rückgewinnung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 empfängt eine Matrix 11 RGB-Signale und liefert an den Ausgängen das Luminanzsignal Y und die Chrominanzsignale R-Y und B-Y. Das Signal Y durchläuft entweder ein Notchfilter 12 oder eine Verzögerungseinheit 13 zur Erzielung einer Zeitanpassung, von der ein Ausgang (dargestellt durch denschalter 14) mit dem ersten Eingang einer Addierstufe 15 verbunden ist, die am Ausgang das kodierte SECAM-Signal liefert.
Die Chrominanzsignale R-Y und B-Y werden in Tiefpaßfiltern 161 bzw. 162 auf 1,4 MHz bandbegrenzt und zeilenweise abwechselnd über einen elektronischen Schalter ES1 einer Video-Preemphasis Schaltung 164 zugeführt. Deren Ausgangsspannung läuft über einen Begrenzer 165, einen FM-Modulator 166, eine Preemphasis- Schaltung 167 für hohe Frequenzen und eine Austast-Einfügeschaltung 168 (die die Austastinformation BL empfängt), und wird in der Addierstufe 15 zusammen mit dem Synchronsignal S dem gefiltertenlverzögerten Signal Y hinzugefügt.
Das Synchronsignal S wird auch einem Frequenzteiler 171, der die halbe Zeilenfrequenz fl erzeugt, einem ersten Quarz-Bandfilter 172 mit einer Mittenfrequenz von 282*fl (rot) und einem zweiten Quarz-Bandfilter 173 zugeführt, das eine Mittenfrequenz von 272*fl (blau) aufweist. Die Ausgangssignale der Filter 172 und 173 werden zeilenweise abwechselnd über einen elektronischen Schalter ES2 einem ΔF-Diskriminator zugeführt. Die Schalter ES1 und ES2 werden durch die Ausgangsspannung des Frequenzteilers 171 gesteuert.
Das Ausgangssignal des FM-Modulators 166 wird dem zweiten Eingang des ΔF- Diskriminators zugeführt, der durch eine Torschaltung 176 zu Beginn der Zeile getastet wird und ein entsprechendes Tastsignal Hc verwendet. Das Ausgangssignal der Schaltung 176 stellt die wiederhergestellte Farbfrequenz dar. Mittels der Steuerspannung Ur (DC), die den Unterschied zwischen den Ausgangsfrequenzen des Schalters ES2 und der Schaltung 176 darstellt, steuert der ΔF-Diskriminator den FM-Modulator 166.
Der modifizierte FM-Modulator 20 in Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Arbeitsweise des FM-Modulators 166 mit erzwungener Phasenbeziehung. In vorteilhafter Weise arbeitet dieser FM-Modulator 20 zusammen mit einem Luminanz-Vorfilter 21, das in einem genormten SECAM-Koder enthalten ist.
Der SECAM-Koder von Fig. 2 ist ein digitaler Koder, um eine genaue Manipulation der Farbträgerphase zu ermöglichen, wie im folgenden beschrieben wird.
Das in den Luminanzweg des SECAM-Koders eingefügte Luminanz-Vorfilter 21 (Eingangssignal Y, Ausgangssignal Y*) unterdrückt hohe diagonale räumliche Frequenzen, die einerseits aufgrund der geringeren Auflösungswahrnehmbarkeit in schrägen Richtungen (oblique effect) keinen nennenswerten Einfluß auf die gesamte Bildqualität haben und anderseits die Erhaltung eines Frequenzbereiches ermäglichen, der meistens durch die FM-modulierten Chrominanzsignale eingenommen wird.
Eine gewisse Gefahr für das Auftreten von Farbübersprechen ist daher nur durch Muster mit hoher Horizontalfrequenz gegeben. Ein Bandpaßfilter 22 am Ausgang des Vorfilters 21, dessen Bandbreite der Bandbreite des Bandpaßfilters in SECAM- Dekodern entspricht, wird in Kombination mit einem darauffolgenden Detektor 23 für das Farbübersprechen angewendet, um diese Frequenzkomponenten auszuwählen und zu detektieren. Das Ausgangssignal dieses Detektors für das Farbübersprechen steuert über eine Maximalwertschaltung 252 einen weichen Um- Schalter 253, der ein später beschriebenes Phasenkorrektursignal Δφ bearbeitet.
Die ankommenden Chrominanzsignale Dr bzw. Db (die dem Signal Ur in Fig. 1 entsprechen) des FM-Modulators 20 werden zunächst einer zeitlichen lntegrationsschaltung 24 zugeführt, die die erste Stufe eines bekannten FM- Modulators bildet. Nach einer Verzögerung τ in einer Verzögerungseinheit 258 und nach der Überlagerung eines modifizierten Phasenkorrektursignals φm in einer Addierstufe 259 gelangt das zeitlich integrierte Chrominanzsignal in eine Kosinus- Tabelle 26 (LUT = look-up table), die den FM-Modulationsvorgang (Ausgangssignal FM) vervollständigt.
Vor der Kosinus-LUT 26 wird das Signal abgezweigt und über eine Zweizeilenverzögerungseinheit 257 mit einer Verzögerungszeit von 2*H-τ rückgekoppelt Diese Verzögerung ist erforderlich, um die Phasenmanipulation nur für dieselbe Chrominanzkomponente durchzuführen und nicht beide Komponenten zu vermischen. In einem darauffolgenden Phasenschieber 255 wird eine Phase von φ&sub0; = π hinzugefügt. In einer Subtrahierstufe 254 wird das Ausgangssignal der zeitlichen Integrierschaltung 24 von dem Ausgangssignal des Phasenschiebers 255 subtrahiert. Dadurch wird das Phasenkorrektursignal Δφ gewonnen, das durch den oben beschriebenen weichen Schalter 253 gesteuert wird. Der zweite Eingang des weichen Schalters 253 ist mit Erde verbunden.
Um Phasensprünge in dem FM-modulierten Signal zu vermeiden, muß das Korrektursignal an dem Ausgang des Schalters 253 durch ein Tiefpaßfilter 256 beträchtlich geglättet werden, das eine Verzögerung von τ bewirkt. Das resultierende Signal bildet das modifizierte Phasenkorrektursignal φm das außerhalb des detektierten Farbübersprechen-Bereiches oder in dem Übergangsbereich des Chrominanzsignals auf null zurückgehen sollte (unter Verwendung des weichen Schalters 253).
Wenn andererseits kein potentielles Farbübersprechen detektiert wird und der FM- Modulator ein periodisches Muster darstellt, das einem möglicherweise übertragenen Luminanzsignal entspricht, muß die resultierende Phase in derselben Weise manipuliert werden. Daher wird dann der weiche Schalter 253 durch einen phasengleichen Detektor 251 gesteuert, der die laufende, vom Integrator 24 kommende Phase mit der Phase aus zwei Zeilen vorher an dem Ausgang der Verzögerungseinheit 257 vergleicht.
Auf der Empfängerseite kann im Prinzip ein SECAM-Dekoder mit verbesserter Y/C- Trennung verwendet werden, wie in der EP-A-0597 160 beschrieben wird. Jedoch kann dieser Dekoder nur Farbübersprechen dedektieren, wenn die Amplitude des Luminanzmusters die Amplitude des FM-Unterträgers überschreitet. Wenn die Amplitude des Luminanzmusters in der gleichen Größenordnung liegt wie die des FM- Unterträgers, kann keine sichere Entscheidung erfolgen. Der Detektor für das Farbübersprechen wird daher abgeschaltet. Zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorbehandlung der Phase in dem FM-Modulator kann der Detektierbereich des Detektors für das Farbübersprechen in dem SECAM-Dekoder nennenswert erhöht werden. Das bedeutet, im Falle von idealen Übertragungsbedingungen könnte das Farbübersprechen detektiert werden, sobald ein Luminanzmuster mit hohen Frequenzen übertragen wird.
Fig. 3 zeigt dieses Prinzip an einem Beispiel mit drei aufeinanderfolgenden Zeilen n-2, n und n+2 derselben kodierten Chrominanzkomponente. Es sind das Luminanzsignal 31 und der FM-Unterträger 32 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß eine Tiefpaßfilterung 33, die zum Beispiel die Koeffizienten (1, 0, 2, 0, 1) aufweist, nur die Luminanzkomponente liefert und daher eine genaue Detektion des Farbübersprechens ermöglicht, während eine Hochpaßfilterung 34 unter Verwendung von zum Beispiel der Koeffizienten (-1, 0, 2, 0, -1) eine Unterdrückung der Luminanz in Verbindung mit einer korrekten Auswahl des FM-Unterträgers ermöglicht. Der SECAM-Dekoder wird auch ein Nachfilter in dem Luminanzweg benötigen, um die hohen diagonalen Frequenzkomponenten zu unterdrücken, die die Chrominanzinformation tragen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine kompatible Modifikation der SECAM-Norm, um ein Konzept mit einer Vor- und Nachfilterung einzuführen. Mittels eines Detektors für das Farbübersprechen auf der Sender- und Empfängerseite, die kombiniert ist mit einem Vor- und Nachfilter zur Unterdrückung hoher diagonaler Luminanz-Frequenzkomponenten, und durch einen in der Phase erzwungenen FM- Modulator 20 kann eine übersprechfreie Signal-Wiederherstellung mit erhöhter horizontaler Auflösung erreicht werden.

Claims

1. Verfahren für eine verbesserte SECAM-Kodierung, bei dem ein FM-Modulator (166, 20) Chrominanzsignale (Dr, Db) auf Farbträger moduliert, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- die Chrominanzsignale (Dr, Db) werden zeitlich integriert (24) und mit einem modifizierten Phasenkorrektursignal (φm) kombiniert (259) und steuern dann Modulationsmittel (26) digital, die am Ausgang FM-modulierte Chrominanzsignale (FM) abgeben;

- die kombinierten (259) Chrominanzsignale werden um zwei Zeilen verzögert (257) und um einen Betrag von π phasenverschoben;

- die zeitlich integrierten (24) Chrominanzsignale werden von den verzögerten (257) und in der Phase verschobenen (255) kombinierten Chrominanzsignalen subtrahiert (254) und bilden ein Phasenkorrektursignal (Δφ);

- dieses Phasenkorrektursignal und ein Eingangssignal 'null' werden unter Steuerung durch Detektiermittel (23) für das Farbübersprechen weich geschaltet (253), die auf die Luminanz (Y) des SECAM-Signals wirken, wobei das Ausgangssignal der weichen Umschaltung das modifizierte Phasenkorrektursignal (φm) darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weiche Umschalten (253) auch durch gleichphasige Detektormittel (251) gesteuert wird, deren Eingangssignale die zeitlich intergrierten (24) Chrominanzsignale und die verzögerten (257) und kombinierten (259) Chrominanzsignale sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte Phasenkorrektursignal (φm) tiefpaßgefiltert wird (256), wodurch Phasensprünge beseitigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luminanzsignal (Y) vor der Zuführung zu den Detektormitteln für das Farbübersprechen (23) tiefpaßgefiltert wird (22).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Luminanzsignal (Y) durch Unterdrücken von hohen diagonal-räumlichen Frequenzen vorgefiltert wird (21).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer folgenden SECAM-Dekodierung eine Nachfilterung mit einer Kennlinie erfolgt, die der Vorfilterung (21) entspricht.

7. Vorrichtung für eine verbesserte SECAM-Kodierung, in der ein FM-Modulator (166, 20) Chrominanzsignale (Dr, Db) auf Farbträger moduliert, gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, enthaltend:

- zeitliche Integriermittel (24) und darauffolgende Kombiniermittel (259), in denen die Chrominanzsignale (Dr, Db) zeitlich integriert und mit einem modifizierten Phasenkorrektursignal (φm) kombiniert werden und dann Modulationsmittel (26) digital steuern, die am Ausgang FM-modulierte Chrominanzsignale (FM) abgeben;

- Verzögerungsmittel (257) und Mittel zur Phasenverschiebung (255), in denen die kombinierten (259) Chrominanzsignale um zwei Zeilen verzögert und in der Phase um einen Betrag von π verschoben werden;

- Subtrahiermittel (254), in denen die zeitlich integrierten (24) Chrominanzsignale von den verzögerten (257) und phasenverschobenen (255) kombinierten Chrominanzsignalen subtrahiert werden und ein Phasenkorrektursignal (Δφ) bilden;

- weiche Schaltmittel (253), in denen das Phasenkorrektursignal und ein Eingangssignal 'null' unter der Steuerung von Farbübersprech-Detektormitteln (23) weich geschaltet werden, die auf die Luminanz (Y) des SECAM-Signals wirken, wobei das Ausgangssignal der Mittel zum weichen Schalten das modifizierte Phasenkorrektursignal (φm) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (253) zum weichen Schalten außerdem durch phasengleiche Detektiermittel (251) gesteuert werden, deren Eingangssignale die zeitlich integrierten (24) Chrominanzsignale und die verzögerten (257) und kombinierten (259) Chrominanzsignale sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte Phasenkorrektursignal (φm) in Tiefpaß-Filtermitteln (256) gefiltert wird, wodurch Phasensprünge beseitigt werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, enthaltend Bandpaß-Filtermittel (22) in denen das Luminanzsignal (Y) vor dem Eintritt in die Detektiermittel (23) für das Farbübersprechen bandpaßgefiltert wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, enthaltend Vor-Filtermittel (21), in denen das Luminanzsignal (Y) durch Unterdrückung von hohen diagonalen räumlichen Frequenzen vorgefiltert wird.