DE69608410T2 - Verfahren zur erzeugung eines aus einem standardbandbreite-farbfernsehsignal erzeugten farbvideosignals mit erhöhter vertikaler auflösung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Fernsehsignalverarbeitung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Signalverarbeitungsverfahren, mit denen aus einem kompatiblen Fernsehsignal in Standardbandbreite (z. B. einem genormten analogen oder digital kodierten NTSC- oder PAL-Fernsehsignal oder einem digital kodierten Videosignal des CCIR 601 4 : 2 : 2, 4 : 2 : 0, 4 : 1 : 1 oder 2 : 1 : 1 Formats) ein Signal abgeleitet wird, welches bei der Wiedergabe eine Videoabbildung bietet, die hochauflösend ähnlicher ist und von psychovisuell nicht einwandfreien Artefakten relativ frei ist.
Hintergrundstechnik
• Zur Schaffung verbesserter Fernsehwiedergabe unter Beibehaltung analoger NTSC- oder PAL- Standardsignalübertragung zur Kompatibilität mit Standardfernsehempfangsgeräten sind schon viele Anordnungen vorgeschlagen worden. Derartige Anordnungen wurden verschiedentlich als IQTV (Improved Quality Television), HQTV (High Quality Television), IDTV (Improved Definition Television), EDTV (Extended Definition Television) und dergleichen beschrieben. Analoge Probleme und Lösungen haben sich bei digital kodierten Videosignalen ergeben. Zum Beispiel die Umwandlung eines CCIR 601 4 : 2 : 2 Formates in eine datenreduzierte Form zur Übertragung oder Speicherung mittels irgendeiner Form von Abwärtsumwandlung und/oder Kompressionstechnik mit anschließender Notwendigkeit zum Dekodieren und erneuten Speichern des Videosignals auf eine Weise, die der Bildqualität des Ursprungsformats angenähert ist oder diese übersteigt.
• In den 1980er Jahren hat der gegenwärtige Erfinder das SuperNTSC-System entwickelt, bei dem eine Reproduktion von hoher Bildauflösung bzw. Bildschärfe aus einem kompatiblen, analogen NTSC-Signal erhalten wurde, welches aus einer fortschreitend abgetasteten Quelle hoher Qualität abgeleitet war. Beschrieben ist das System z. B. in "Improving NTSC to Achieve Near-RGB Performance", Yves Faroudja und Joseph Roizen, J. SMPTE, August 1987, SS. 750-761; "NTSC und Beyond", Yves Charles Faroudja, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Februar 1988, SS. 166-177; "A Progress Report on Improved NTSC", Yves C. Faroudja und Joseph Roizen, J. SMPTE, November 1989, SS. 817-822 sowie System Description SuperNTSC", Faroudja Research, 15. März 1990, Abschnitte I, II und IV. Für eine Wiedergabe hoher Auflösung wurde bei SuperNTSC das kompatible zusammengesetzte NTSC-Signal zu Komponenten dekodiert, die Sättigungssignalkomponenten in der horizontalen Domäne in der Bandbreite erweitert, die Signalkomponenten einer Zeilenverdopplung unterzogen (das heißt die Anzahl Zeilen in jedem verschachtelten Halbbild verdoppelt oder alternativ das verschachtelte Signal in fortschreitende Abtastung umgewandelt, wobei die Bildrate der fortschreitenden Abtastung der Halbbildrate der verschachtelten Abtastung entsprach und jedes fortschreitend abgetastete Bild doppelt so viele Abtastzeilen hatte wie jedes verschachtelte Halbbild), und dann, vor der Anzeige auf einem Monitor mit hoher Auflösung, die Luminanzkomponenten in der horizontalen Domäne spektral erweitert.
• In "On Picture Quality of Some Television Signal Processing Techniques", Broder Wendland und Hartmut Schroeder, J. SMPTE, Oktober 1984, SS. 915-922, offenbaren die Verfasser ein System (Fig. 1, Zeile 3), bei dem ein kompatibles, 2 : 1 verschachteltes, 625 Zeilen Fernsehsignal, welches aus einer Quelle hoher Qualität abgeleitet und im wesentlichen von Alias-Artefakten frei ist, aus einem verschachtelten zu einem fortschreitend abgetasteten Signal umgewandelt, zum Verdoppeln der Zeilenfrequenz interpoliert und erneut zu einem verschachtelt abgetasteten Signal umgewandelt wird, um ein 2 : 1 verschachteltes 1249 Zeilen Fernsehsignal zu erhalten. Sowohl die wiedergegebene Zeilenzahl als auch die Bildzahl ist also gegenüber dem empfangenen, kompatiblen Signal verdoppelt. Ein ähnlicher Ansatz ist beschrieben in "The Television Scanning Process", G. J. Tonge, J. SMPTE, Juli 1984, SS. 657-666.
• Bei Wendland und Schroeder gibt es auch eine Anspielung auf die Verwirklichung von "nichtlinearen Verstärkungstechniken in der vertikalen Richtung" (op. cit. S. 920, rechte Spalte, oben), wobei "Picture Enhancement for PAL-coded TV Signals by Digital Processing in TV Receivers", Michael Jacobsen, J. SMPTE, Februar 1983, SS. 164-169 zitiert wird. Die einzige, in der zitierten Literaturstelle offenbarte "nichtlineare" Verstärkung ist jedoch eine Luminanz-Blendenkorrekturanordnung, bei der die variable Addition zum Luminanzsignal in Abhängigkeit vom Rauschpegel eines linear aus drei Zeilen des gleichen Halbbildes abgeleiteten Vertikaldetailsignals..., wobei die Amplitude des Detailsignals nichtlinear gewichtet wird. Siehe auch die unten folgende Erörterung der Blendenkorrektur gemäß dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Fig. 1.
• Trotz der wesentlichen Verbesserungen, die aus dem SuperNTSC-System des gegenwärtigen Erfinders sowie aus Anordnungen, wie den von Wendland und Schroeder, von Tonge und von anderen vorgeschlagenen resultieren, reichen die erhaltenen Fernsehdarstellungen noch nicht an das heran, was erhalten werden kann, wenn man ein nichtkompatibles Fernsehsignal breiter Bandbreite benutzt. In "Digital Compatible HDTV Using Upconverted NTSC Video", Paul A. Snopko und Jong G. Kim, J. SMPTE, März 1993, SS. 186-189 wird eine NTSC-Eingabe von verschachtelter zu nicht verschachtelter Abtastung umgewandelt, und die Anzahl vertikaler Zeilen erhöht, um ein HDTV-Format (Hochauflösungsfernsehen) zu simulieren. Die Verfasser bedauern, daß "die Aufwärtsumwandlung von NTSC-Bildern zu einem NDTV-Format keine HDTV-Auflösung ergibt, aus offensichtlichen Gründen" (op. cit. S. 187, rechte Spalte, oben).
• In "High-Definition Transmission, Signal Processing and Display", William E. Glenn und Karen G. Glenn, J. SMPTE, Juli 1990, SS. 538, 541, beschreiben die Autoren ein System, bei dem ein kompatibles, verschachteltes 525 Zeilen NTSC-Fernsehsignal in ein fortschreitend abgetastetes 1125 Zeilen Signal umgewandelt wird. Um ein Hochauflösungssignal zu rekonstruieren wird ein hochfrequentes Vertikaldetailsignal in einem Hilfskanal übertragen und mit dem umgewandelten NTSC-Signal summiert.
• In Ausführungsbeispielen, die in den US-Patenten 5 151 783, 5 237 414 und 5 428 398 des gegenwärtigen Erfinders offenbart sind, wird ein Fernsehsignal von Standardbandbreite, beispielsweise ein NTSC-Signal an einen bewegungsadaptiven Zeilenverdoppler angelegt (der die Anzahl Zeilen in jedem verschachtelten Halbbild verdoppelt oder alternativ das verschachtelte Signal in fortschreitende Abtastung umwandelt, so daß die Bildzahl der fortschreitenden Abtastung der Halbbildzahl der verschachtelten Abtastung entspricht und jedes fortschreitend abgetastete Bild doppelt so viele Abtastzeilen hat wie in jedem verschachtelten Halbbild vorhanden sind), dessen Ausgabe dann an einen nichtlinearen Verstärker angelegt wird, der eine Bandbreitenerweiterung für horizontale und/oder vertikale Bildübergänge einschließt. Im US- Patent 5 016 103 ist die Zeilenverdopplung in jedem Halbbild eines 2-1 verschachtelten Videosignals durch Addieren interpolierter Zeilen zwischen den entsprechenden realen Zeilen offenbart. Das resultierende Signal wird in der vertikalen Domäne durch vertikale Verstärkung allein an den echten Zeilen spektral erweitert. Der gegenwärtige Erfinder hat jedoch herausgefunden, daß eine Bandbreitenerweiterung für vertikale Bildübergänge im Anschluß an die Zeilenverdopplung eines Fernsehsignals von Standardbandbreite visuell nicht akzeptable Alias-Artefakte (z. B. Moiréstreifenmuster) erzeugt. Darüber hinaus wird in der oben zitierten "System Description SuperNTSC" auf einen "Bandbreitenerweiterer sowohl für die horizontale als auch die vertikale Dimension" im Anschluß an einen Zeilenverdoppler angespielt. Das ist allerdings eine falsche Angabe - eine vertikale Bandbreitenerweiterung war niemals ein Merkmal des SuperNTSC, und die detaillierten Blockschaltbilder in dem Dokument offenbaren eine Bandbreitenerweiterung allein in der horizontalen Domäne.
• Es besteht also weiterhin ungestillter Bedarf an einem Wiedergabesystem, das ein Fernsehsignal hoher Auflösung aus einem kompatiblen Videosignal rekonstruieren kann, ohne dabei Alias- Artefakten hervorzubringen oder die Übertragung von Hilfssignalinformation zu erfordern.
Zusammenfassung der Erfindung
• Bei einem Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wird diesem Bedarf entsprochen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden 1.) die analogen oder digitalen Komponenten (z. B. RGB, Y/I/Q, Y/U/V, Y/R-Y/B-Y, Y/Cr/Cb usw.) eines kompatiblen, 2-1 verschachtelten Fernsehsignals von Standardbandbreite, ein analoges Signal, beispielsweise ein NTSC- oder PAL-Standardfernsehsignal oder ein digitales Signal in Standardformat, beispielsweise eine digitale Darstellung eines NTSC- oder PAL-Standardfernsehsignals oder ein digitales Videosignal in einem der 2 : 1 verschachtelten CCIR 601 hierarchischen Formate von der verschachtelten zur fortschreitenden Abtastung umgewandelt, wobei die Bildzahl der fortschreitenden Abtastung der Halbbildzahl der verschachtelten Abtastung entspricht und jedes fortschreitend abgetastete Bild doppelt so viele Abtastzeilen hat wie in jedem verschachtelten Halbbild, wobei die Umwandlung oft als "Zeilenverdopplung" bezeichnet wird, 2.) wird die Zeilenzahl des fortschreitend abgetasteten Signals durch Interpolation, einschließlich angemessener Nachfilte rung erhöht (falls die Zeilenzahl des fortschreitend abgetasteten Signals verdoppelt wird, wird der Gesamteffekt häufig als "Zeilenvervierfachung" oder "Zeilenverdreifachung" bezeichnet, wenn die Abtastrate des fortschreitend abgetasteten Signals mit 1.5 multipliziert wird), und 3.) wird das resultierende Signal in der vertikalen Domäne spektral erweitert. Wenn die Zeilenzahl des fortschreitend abgetasteten Signals verdoppelt wird, ist die resultierende Zeilenzahl der fortschreitenden Abtastung das Vierfache der Abtastzeilenrate des eingegebenen Signals. Um den Vorteil der verbesserten vertikalen Auflösung zu nutzen, sollte das erhaltene Fernsehsignal auf einem Monitor angezeigt werden, der ausreichend gute optische Qualitäten hat, beispielsweise einem Monitor zur Direktbetrachtung mit kleiner Punktgröße oder einem Projektionssystem von hoher Qualität, in welchem drei monochromatische Farbröhren eingesetzt sind.
• Der gegenwärtige Erfinder hat festgestellt, daß die spektrale Erweiterung in der vertikalen Domäne, wenn sie nach Zeilenverdopplung im Sinne der verschachtelten zur fortschreitenden Abtastung und mit einer Erhöhung der Zeilenzahl des Signals der fortschreitenden Abtastung vorgenommen wird, eine scheinbare Erhöhung der vertikalen Auflösung erlaubt, um einem ursprünglichen Signal einer Quelle von hoher Qualität besser nahezukommen und gleichzeitig die Erzeugung von visuell nicht hinnehmbaren Alias-Artefakten zu vermeiden, ohne daß dafür das Übertragen eines hilfsweise eingesetzten Detailsignals erforderlich ist.
• Die vertikale Bandbreitenerweiterung simuliert ein Vertikaldetailsignal von breiter Bandbreite. Das Vertikaldetailsignal leitet sich selbst ab aus dem verarbeiteten kompatiblen Signal selbst. Eine Umwandlung der verschachtelten zur fortschreitenden Abtastung, gekoppelt mit einer ausreichenden weiteren Erhöhung der Abtastzeile macht eine Abnahme der Anstiegszeit des vertikalen Übergangs praktisch möglich und sichtbar. Es sollte eine Korrelation bestehen zwischen dem Grad an vertikaler spektraler Erweiterung und dem Ausmaß des Anstiegs der Zeilenzahl. Eine Verdopplung der Zeilenzahl erlaubt eine stärkere vertikale Spektralexpansion ohne unerwünschte Alias-Erzeugung als es eine kleinere Steigerung der Zeilenzahl ermöglicht. In der Frequenzdomäne erzeugt das Abtasten eine Serie sich wiederholender periodischer Spektren, die auf Mehrfachen der Zeilenzahl zentriert sind. Die vertikale Bandbreitenexpansion erweitert jedes der Spektren und verursacht ein Überlappen, wenn die Spektren nicht anfänglich weit genug auseinander liegen. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Spektren nicht weit genug auseinander liegen, um eine Bandbreitenexpansion auf ein Signal anzuwenden, welches lediglich zeilenverdoppelt ist (das heißt umgewandelt von verschachtelter zu fortschreitender Abtastung), das aber ein weiteres Steigern der Zeilenzahl, vorzugsweise durch Interpolation eine selbst erzeugte Bandbreitenexpansion erlaubt, ohne daß durch spektrale Überlappung verursachte Alias- Artefakte erzeugt werden.
• Die spektrale oder Bandbreitenexpanison in der vertikalen Domäne verkürzt die Anstiegszeit vertikaler Übergänge, was die Übergänge ohne merkliches Vorschießen, Überschießen oder oszillierendes Einschwingen verschärft. Die spektrale oder Bandbreitenexpansion kann von einem nichtlinearen Verstärker hervorgerufen werden, der mindestens für einige Signalübergangsamplitudenpegel die Bandbreite des angelegten Signals durch gesteuerte harmonische Verzerrung des ursprünglichen Spektrums in der vertikalen Domäne erweitert. Die harmonische Verzerrung kann durch vielerlei Arten nichtlinearer Verarbeitung verwirklicht werden, einschließlich einer Verarbei tung mit Multiplikationsmitteln oder durch Torsteuerungseinrichtungen. Derartige Bausteine sind in der Technik auch unter anderer Bezeichnung bekannt, beispielsweise als "Videobildschärfeschaltung", und Signalprozessoren, die "eine gesteuerte harmonische Erzeugung", "eine spektrale Erweiterung", "kürzere Anstiegs- und Abfallzeiten ohne Vorschießen und Überschießen", "multiplikative Steigerung" und "gattergesteuerte Steigerung" bieten.
• Beschreibungen von Beispielen bekannter spektraler Expansion finden sich in US-Patent 2 740 071, Goldmark und Reeves, US-Patent 2 851 522, Hollywood, sowie in einem Artikel von Goldmark und Hollywood mit dem Titel "A New Technique for Improving the Sharpness of Television Pictures", Proceedings of the IRE, Oktober 1951, S. 1314. Eine Verbesserung der nichtlinearen spektralen Expansionstechniken findet sich im früheren US-Patent 4 030 121 des gegenwärtigen Erfinders, und weitere Beispiele nichtlinearer Signalverstärkung finden sich in den US-Patenten 4 504 853 und 5 014 119 des gegenwärtigen Erfinders. Das Verfahren ist gleichermaßen anwendbar in der horizontalen und der vertikalen Dimension, wenn auch das Ergebnis in der vertikalen Domäne nicht die Gesamtbandbreite des Signals, sondern die Bandbreite der periodischen Spektren im Abstand der Zeilenrate beeinflußt. In seinen US-Patenten 5 151 783 und 5 237 414 erläutert der gegenwärtige Erfinder, wie eine nichtlineare Verstärkung in der vertikalen Domäne angewandt werden kann.
• Fig. 1 ist ein Funktionsblockschaltbild eines bekannten Vertikalverstärkers des "Blendenkorrektur"-Typs, der vertikale Übergänge dadurch verstärkt, daß er verschiedene Zeilen unter Gewichtung kombiniert. Eine solche Anordnung ruft Überschwingen und Unterschwingen hervor. Eine eingegebene Videosignalverlaufspannung Vin wird an eine erste Verzögerungsschaltung 2 einer horizontalen Zeile (1H) und eine zweite Verzögerungsschaltung 4 einer horizontalen Zeile (1H) angelegt. Ein additives Kombinationselement 6 erhält seine eine Eingabe von der Verbindungsstelle zwischen den Verzögerungsschaltungen 2 und 4. Die Eingabe wird beispielsweise auch in ein -1/4-Gewichtungselement 8 eingegeben, und die Verbindungsstelle der Verzögerungsschaltungen 2 und 4 ist gleichfalls mit einem + 1/2-Gewichtungselement 10 verbunden, und die Ausgabe der zweiten Verzögerungsschaltung 4 wird auch an ein -1/4-Gewichtungselement 12 angelegt. Die drei gewichteten Ausgaben der Elemente 8, 10 und 12 werden einem additiven Kombinationselement 14 zugeführt, dessen Ausgabe an einen Regelverstärker/Dämpfer 16 mit Verstärkungssteuerung angelegt wird. Die gesteuerte Ausgabe des Elements 16 bildet die andere Eingabe für das Kombinationselement 6. Die additive Kombination der beiden Eingaben in das Kombinationselement 6 liefert die korrigierte Ausgabe.
• Für das Verständnis von Fig. 1 nützliche, idealisierte Signalverläufe sind in den Fig. 2A-2C dargestellt. Videosignalproben im Abstand einer horizontalen Linie, die vertikale Proben an einer bestimmten Horizontalzeilenposition bilden, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) gegenüber der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) eingetragen. Das um eine Zeile verzögerte Video in ist in Fig. 2A dargestellt. Der Signalverlauf in Fig. 2A, in der ein ins Negative gehender vertikaler Übergang dargestellt ist, bildet die erste Eingabe für das Kombinationselement 6. Die Ausgabe des Elements 16 liefert das Korrektursignal der Fig. 2B, bei dem es sich um die andere Eingabe in das Kombinationselement 6 handelt. Das Kombinationselement summiert die beiden Eingaben, um die vertikal verstärkte Ausgabe gemäß Fig. 2C zu liefern. Der verstärkte Ausgangssignalverlauf hat, obgleich er eine verkürzte Abfallzeit hat, unerwünschte Merkmale des Überschwingens und Unterschwingens.
• Fig. 3 ist ein Funktionsblockschaltbild, welches das Grundprinzip eines bekannten Expansionsgliedes zur Erweiterung der vertikalen Bandbreite zeigt. Eine eingegebene Videosignalverlaufspannung Vin wird an einen Block 18 angelegt, der das Signal differenziert oder einer Hochpaßfilterung in der vertikalen Domäne unterzieht. Das differenzierte oder gefilterte Signal wird an einen Block 20 angelegt, der einen nichtlinearen Bandbreitenerweiterungsprozeß der oben beschriebenen Art durchführt. Das eingegebene Signal wird außerdem an eine Verzögerungsanpassungsschaltung 22 angelegt, deren Zeitverzögerung im wesentlichen die gleiche ist wie die zeitliche Verzögerung durch die Blöcke 18 und 20. Die Ausgaben der Blöcke 20 bzw. 22 werden einem additiven Kombinationselement 24 zugeführt, welches die Signale summiert, um die korrigierte Ausgabe bereitzustellen.
• Zum Verständnis der Fig. 3 nützliche, idealisierte Signalverläufe sind in den Fig. 4A-4C gezeigt. Wie in den Fig. 2A-2C sind um eine horizontale Linie beabstandete Videosignalproben, welche vertikale Proben an einer bestimmten Horizontalzeilenposition bilden, mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) über der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Fig. 4A, die einen ins Negative gehenden vertikalen Übergang darstellt, zeigt die eingegebene Videosignalverlaufspannung Vin in einer durch die Verzögerungsanpassungsschaltung 22 verzögerten Zeit. Die Ausgabe des Blocks 20 auf den Signalverlauf gemäß Fig. 4A hin ist das in Fig. 4B gezeigte, nichtlineare Korrektursignal, welches nach Summierung mit einer verzögerten Version des Eingabesignals ein korrigiertes Ausgabesignal liefert, das in Fig. 4C dargestellt ist. Das korrigierte Signal zeigt eine verringerte Abfallszeit des Überganges ohne jegliches Überschwingen oder Unterschwingen.
• Wahlweise kann gemäß der Erfindung das spektral erweiterte, zeilenverstärkte, fortschreitend abgetastete Signal dann in ein 2-1 verschachteltes Abtastsignal umgewandelt werden, wobei die Bildrate der verschachtelten Abtastung der Bildrate der fortschreitenden Abtastung entspricht (damit ist die Halbbildrate der verschachtelten Abtastung das Zweifache der Bildrate der fortschreitenden Abtastung). Die erhaltene Bildzahl ist doppelt so groß wie die des eingegebenen kompatiblen Fernsehsignals, wodurch das wahrgenommene Flimmern im wiedergegebenen Bild verringert wird, ohne daß die Zeilenstruktur offensichtlicher wird, als wenn das Signal fortschreitend abgetastet geblieben wäre (die Zeilenzahl pro verschachtelt abgetastetem Bild bleibt die gleiche wie die Zeilenzahl pro fortschreitend abgetastetem Bild). Auch wenn das Abtastverfahren von fortschreitend zu verschachtelt dazu führt, daß Alias-Artefakte erzeugt werden, sind die signifikantesten Artefakte von Halbbild zu Halbbild außer Phase, und die hohe Halbbildrate (100 Hz im Fall eines PAL-Systems) führt zu einer psychovisuellen Löschung dieser Artefakte.
• Das kompatible Signal in Standardbandbreite wird vorzugsweise auf eine Weise erzeugt, bei der Alias-Artefakte auf ein Minimum eingeschränkt sind. Die bei Anwendung der vorliegenden Erfindung erhaltenen Ergebnisse werden zunehmend beeinträchtigt, wenn signifikante Alias- Produkte im empfangenen kompatiblen Signal zunehmen. Signale, die von einer ordnungsgemäß eingestellten Kinofilmkettenquelle stammen, neigen weniger zu Alias-Erscheinungen als von einer Fernsehkamera abgeleitete Signale und können sogar ohne besondere Verarbeitung des Quellensignals ein akzeptables Signal darstellen. Falls nötig, sind aber Verfahren zum Erzeugen eines Alias-freien kompatiblen Signals in dem oben zitierten Zeitschriftenaufsatz von Wendland und Schroeder und zusätzlich in folgenden Dokumenten beschrieben: "Signal Processing for New HQTV Systems", Broder Wendland und Hartmut Schroeder, Television Image Quality, SMPTE, Scarsdale, 1984, SS. 336-353; "Extended Definition Television with High Picture Quality", Broder Wendlund, J. SMPTE, Oktober 1983, SS. 1028-1035; sowie "High Definition Television Studies on Compatible Basis with Present Standards", Broder Wendland, Television Technology in the 80's, SMPTE, Scarsdale, 1983, SS. 151-165.
• Obwohl die vorliegende Erfindung in einem Fernsehsignalverarbeitungsgerät verwirklicht werden kann, an das ein kompatibles, verschachteltes Fernsehsignal von Standardbandbreite angelegt wird, kann die Erfindung auch als Zusatz zu einem "Zeilenverdoppler" desjenigen Typs verwirklicht werden, der das verschachtelte Signal in fortschreitende Abtastung umwandelt, so daß die fortschreitend abgetastete Bildrate der verschachtelt abgetasteten Halbbildrate entspricht und jedes fortschreitend abgetastete Bild doppelt so viele Abtastzeilen hat wie in jedem verschachtelten Halbbild (beispielsweise der oben erwähnte LD100 Zeilenverdoppler). Sie kann auch in einem Zusatz zu einem Zeilenvervierfacher oder einer Kombination aus Zeilenverdoppler/Bildverdoppler verwirklicht werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Funktionsblockschaltbild eines bekannten Vertikalverstärkers des "Blendenkorrektur"-Typs, der vertikale Übergänge durch Kombinieren verschiedener Zeilen mit Gewichtung verstärkt.
• Fig. 2A-2C zeigen für das Verständnis von Fig. 1 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 3 ist ein Funktionsblockschaltbild, welches das Grundprinzip eines bekannten Erweiterers der vertikalen Bandbreite zeigt.
• Fig. 4A-4C sind für das Verständnis von Fig. 3 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 5 ist ein Funktionsblockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 6 ist ein Funktionsblockschaltbild einer bevorzugten Art eines bekannten Vermehrers von Zeilen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 7A-7G zeigen für das Verständnis von Fig. 6 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 8 ist ein Funktionsblockschaltbild, welches die Grundprinzipien eines bekannten Erweiterers der vertikalen Bandbreite vom Torsteuertyp zeigt.
• Fig. 9A-9E zeigen für das Verständnis von Fig. 8 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 10 ist ein Funktionsblockschaltbild einer bevorzugten Art eines Erweiterers der vertikalen Bandbreite, eines Bandbreitenerweiterers der Multiplikationsart, zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 11A-11G zeigen für das Verständnis von Fig. 10 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 12 zeigt gemäß der vorliegenden Erfindung ein Funktionsblockschaltbild des Reihenverhältnisses zwischen einem Zeilenverdoppler (Verschachteln/Fortschreitendabtasten- Umwandler) eines 1/4-3/4 Zeilenvervierfachers (Zeilenvermehrer) und eines Erweiterers der vertikalen Bandbreite.
• Fig. 13A-13D zeigen für das Verständnis von Fig. 12 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 14 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer bevorzugten Art eines Abtastumwandlers ("Bildverdoppler").
• Fig. 15A-15F zeigen für das Verständnis von Fig. 14 nützliche, idealisierte Signalverläufe.
• Fig. 16 ist eine vereinfachte Darstellung der bekannten Eingabeanzeige des Systems.
• Fig. 17 ist eine vereinfachte Darstellung der Ausgabeanzeige des Systems, wenn der wahlweise verfügbare Bildverdoppler benutzt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Fig. 5 ist ein Funktionsblockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem ein kompatibles, 2-1 verschachteltes Fernsehsignal in Standardbandbreite, z. B. ein analoges oder digitales, zusammengesetztes NTSC- oder PAL-Fernsehsignal von einem Dekodierer 26 zu Komponenten dekodiert und dann verarbeitet wird, um ein Signal abzuleiten, welches bei seiner Anzeige auf einem Monitor hoher Qualität eine gesteigerte vertikale Auflösung praktisch ohne psychovisuell störende Artefakte hat. Der Dekodierer ist kein integraler Bestandteil der Erfindung, denn das empfangene analoge oder digitale Videosignal kann auch bereits in Komponentenform vorliegen. Ein solches empfangenes digitales Videokomponentensignal kann z. B. ein dekodiertes NTSC- oder PAL-Fernsehsignal oder ein digitales Videokomponentensignal, beispielsweise in einem der 2 : 1 verschachtelten CCIR 601 hierarchischen Formate enthalten.
• Die Konfiguration des Dekodierers 26 ist nicht von kritischer Bedeutung. In der Technik sind viele Typen geeigneter analoger und digitaler Dekodierer bekannt. Vorzugsweise haben die dekodierten Signale gut getrennte Luminanz- und Chrominanzkomponenten. Beispiele für geeignete Dekodie rer sind in früheren Patenten des gegenwärtigen Erfinders offenbart, den US-Patenten 4 179 705, 4 240 105,4706 112,4864 389,4893 176 und 4 916 526.
• Aus Gründen der Einfachheit ist der Dekodierer 26 mit nur zwei Ausgaben dargestellt, nämlich "Luminanzkomponenten" sowie "Chrominanzkomponenten". In der Praxis gibt es zwei Chrominanzsignalkomponenten, die häufig in einem einzigen Kanal multiplexiert sind. Für den Durchschnittsfachmann ist verständlich, daß die Dekodiererausgaben oder das eingegebene Videokomponentensignal analoge oder digitale Komponenten sein können, z. B. RGB (aus dem Luminanz- und Chrominanzkomponenten ableitbar sind), Y/I/Q, Y/U/V, Y/R-Y/B-Y, Y/Cr/Cb usw. Im Fall digitaler Komponenten kann die Dekodiererausgabe oder das empfangene digitale Videokomponentensignal außerdem in einem beliebigen einer Anzahl verdichteter oder nicht verdichteter Formate vorliegen, beispielsweise einschließlich verschiedener der digitalen Videokomponentenformate entsprechend den Empfehlungen, Normen oder Kompressionsalgorithmen des CCIR (International Radio Consultative Committee) (z. B. Hierarchie der digitalen Videokodierformate gemäß CCIR Empfehlung 601, wobei das 4 : 2 : 2-Format häufig als ein CCIR 601 Videosignal bezeichnet wird), der ISO-MPEG (Motion Picture Experis Group of the international Standards Organization), SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers), EBU (European Broadcasting Union), und/oder den Empfehlungen oder Normen sonstiger Industrie-, Regierungs- oder halbamtlicher Stellen.
• Das kompatible, eingegebene, 2-1 verschachtelte Fernsehsignal in Standardbandbreite kann, sowohl in zusammengesetzter als auch in Komponentenform, eine Zeilenzahl von n Zeilen pro Bild (625 bei PAL, 525 bei NTSC), n/2 Zeilen pro Halbbild (312.5 bei PAL, 262.5 bei NTSC) bei einer Bildzahl von f Hz (25 Hz bei PAL, 29.97 bei NTSC Farbe) und einer Halbbildzahl von 2f Hz (50 Hz bei PAL, 59.94 Hz bei NTSC Farbe) haben. Die Luminanzkomponentensignale werden zunächst an einen Verschachteln/Fortschreitendabtasten-(I/P)-Umwandler (oder "Zeilenverdoppler") 28 angelegt, der an seinem Ausgang ein fortschreitend abgetastetes Signal mit n Zeilen pro Bild bei einer Bildrate von 2f Hz liefert.
• Die Ausgabe des I/P-Abtastumwandlers 28 wird an einen Zeilenzahlvermehrer 30 angelegt, der an seiner Ausgabe ein fortschreitend abgetastetes Signal bereitstellt, welches kn Zeilen pro Bild bei einer Bildrate von 2f Hz hat. Der Koeffizient "k" ist der Zeilenzahlmultiplikationsfaktor, der größer ist als eins und vorzugsweise groß genug, um eine ausreichend starke vertikale Bandbreitenerweiterung zu erlauben, damit eine psychovisuelle Verbesserung der vertikalen Auflösung möglich wird, ohne psychovisuell unangenehme Alias-Artefakte hervorzurufen. Wenn auch ein Koeffizient "k" im Größenordnungsbereich von 1.5 oder 2 bevorzugt wird, ist der exakte Wert von "k" nicht kritisch. Wenn also k = 2, hat das resultierende Signal 2n Zeilen pro Bild, eine um das Vierfache größere als die ursprüngliche Anzahl der Zeilen pro verschachteltem Halbbild (ein Zeilen-"Vervierfacher").
• Die Ausgabe des Zeilenzahlvermehrers 30 wird an einen Vertikalbandbreitenerweiterer 32 angelegt, der die Anstiegszeit vertikaler Übergänge verkürzt und damit das vertikale Detail im wiedergegebenen Bild psychovisuell steigert. Um das wahrgenommene Flimmern zu vermindern, kann die Ausgabe des Vertikalbandbreitenerweiterers 8 vor dem Anzeigen an einen Fortschrei tendabasten/Verschachteln-(P/I)-Umwandler oder ("Zeilenverdoppler") 34 angelegt werden. Der P/I-Abtastumwandler kann wahlweise auch weggelassen werden. Wenn er benutzt wird, ist die Ausgabe des P/I-Abtastumwandlers 10 ein 2-1 verschachteltes Signal mit kn Zeilen/Bild, kn/2 Zeilen/Halbbild, einer 2f Hz Bildrate und einer 4f Hz Halbbildrate. Damit sind die ausgegebenen Bild- und Halbbildraten gegenüber denen des kompatiblen Eingabesignals verdoppelt.
• Auch Chrominanzsignalkomponenten werden in der gleichen Weise in einem gesonderten Weg von einem Verschachteln/Fortschreitendabtasten-(I/P)-Umwandler 36 und einem Zeilenzahlvermehrer 38 verarbeitet. Obwohl eine derartige Verarbeitung auch weggelassen werden kann, werden vorzugsweise auch die Chrominanzsignalkomponenten in der vertikalen Domäne in der Bandbreite erweitert. Wenn diese Verarbeitung eingeschlossen ist, wird wegen der Robustheit der Luminanzsignalkomponenten vorzugsweise die vertikale Bandbreitenerweiterung für die Chrominanz von den vertikalen Bandbreitenübergängen der Luminanz gesteuert.
• Der Vertikalbandbreitenerweiterer 32, der Luminanzsignalkomponenten beeinflußt, umfaßt einen Detektor für vertikale Übergänge, der seine eigene Tätigkeit steuert. Das Detektorsteuersignal im Erweiterer 32 kann auch an einen Chrominanz-Vertikalbandbreitenerweiterer 40 angelegt werden, um die Bandbreitenerweiterungstätigkeit des Chrominanzerweiterers 40 in Abhängigkeit von Luminanzübergängen zu steuern. Die Benutzung von Luminanzübergängen zum Schärfen entsprechender Sättigungsübergänge in der horizontalen Domäne ist in früheren US-Patenten des gegenwärtigen Erfinders offenbart, nämlich 4 030 121 und 4 504 853. Als Alternative kann der Vertikalbandbreitenerweiterer 40 für die Chrominanzkomponenten seinen eigenen Detektor für Chrominanzübergänge haben und damit unabhängig vom Vertikalbandbreitenerweiterer 32 für die Luminanzkomponenten arbeiten. Als weitere Alternative kann der Vertikalbandbreitenerweiterer 40 für die Chrominanzkomponenten seinen eigenen Detektor für Chrominanzübergänge haben, aber im Zusammenwirken mit dem Detektor für vertikale Luminanzübergänge wirken, so daß die wahrgenommenen Chrominanzübergänge die vertikale Bandbreitenerweiterung der Chrominanz nur dann steuern, wenn ein Chrominanzübergang vorliegt, während ein gleichzeitiger Luminanzübergang fehlt.
• Wie im Luminanzweg empfängt schließlich ein wahlweise vorgesehener Fortschreitendabtasten/Verschachteln-(P/I)-Umwandler 42 die Ausgabe des Bandbreitenerweiterers 40.
• Als Alternative kann die Erweiterung der vertikalen Bandbreite auch nur für Luminanzsignalkomponenten vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Signalweg der Chrominanzkomponenten mit den Blöcken 36, 38, 40 und 42 weggelassen. Als eine weitere Alternative kann die Erweiterung der vertikalen Bandbreite auch nur für Chrominanzsignalkomponenten vorgesehen sein. In diesem Fall gibt es zwei untergeordnete Wahlmöglichkeiten, nämlich 1.) Steuerung des Vertikalbandbreitenerweiterers für die Chrominanzkomponenten wird von vertikalen Luminanzübergängen abgeleitet und erfordert deshalb die Beibehaltung der Blöcke 28 und 30 sowie des Übergangsdetektorteils des Blocks 32, ferner 2.) Steuerung des Vertikalbandbreitenerweiterers für die Chrominanzkomponenten wird von Chrominanzübergängen abgeleitet, so daß die Blöcke 28, 30, 32 und 34 im Weg der Luminanzkomponenten weggelassen werden können.
• Die I/P-Umwandler 28 und 36 werden, wie oben erörtert, häufig als "Zeilenverdoppler" bezeichnet. Die I/P-Umwandler können identisch sein und sind vorzugsweise entsprechend der Lehren eines oder mehrerer früherer Patente des vorliegenden Erfinders, einschließlich der US-Patente 4 876 596, 4 967 271, 4 982 280, 4 989 090, 5 259 451 und 5 291 280 oder in Übereinstimmung mit der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 94/30006 des gegenwärtigen Erfinders verwirklicht. Vorzugsweise sollten die I/P-Umwandler 28 und 36 jeweils die im US-Patent 4 982 280 oder der internationalen Veröffentlichung WO 94/30006 offenbarten Fähigkeiten des "Filmmodus" enthalten. Ein geeignetes, im Handel erhältliches Produkt ist der Zeilenverdoppler, Modell LD100, vertrieben von Faroudja Laboratories, Inc. aus Sunnyvale, Kalifornien. Die spezielle Anordnung für die I/P-Umwandlung ist nicht von kritischer Bedeutung. Es sind auch verschiedene andere Anordnungen zum Durchführen der I/P-Umwandlung in der Technik allgemein bekannt und hier verwendbar.
• Die Zeilenzahlvermehrer 30 und 38 können identisch sein und erhöhen vorzugsweise die Zeilenzahl durch Interpolation statt durch Zeilenverdopplung. Darüber hinaus umfassen, wie allgemein bekannt, die Zeilenzahlvermehrer 30 und 38 ein geeignetes Anti-Alias-Nachfiltern mit einer Filterbandbreite, die dem Ausmaß der Zeilenvermehrung entspricht. Dazu sei z. B. auf die oben erwähnten Veröffentlichungen von Wendland, Wendland und Schroeder sowie Tonge hingewiesen. In der digitalen Domäne wird der Zeilenvermehrer durch vertikales Upsampling und Filtern erreicht. Eine bevorzugte Form eines Zeilenvermehrers, der eine Verdopplung der fortschreitend abgetasteten Zeilen hervorbringt (und damit zu einer Vervierfachung der Zeilen führt) ist im Funktionsblockschaltbild der Fig. 6 gezeigt, bei dem eine 1/4-3/4 Interpolationsgewichtung erhalten wird. Die Ausgabe des I/P-Umwandlers (Zeilenverdopplers) 28 liefert die Eingabe für den Zeilenvermehrer, die an eine Verzögerungsschaltung 44 für eine horizontale Zeile (1H) sowie an den Eingang eines 1/4-Gewichtungselements 46 sowie eines 3/4-Gewichtungselements 48 angelegt wird.
• In den Fig. 7A-7G sind idealisierte Signalverläufe gezeigt, die für das Verständnis von Fig. 6 nützlich sind und auf die im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 6 Bezug genommen wird. Videosignalproben, die um eine horizontale Linie im Abstand voneinander liegen und vertikale Proben an einer bestimmten Position der horizontalen Zeile darstellen, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) und über der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Fig. 7A, die Eingabe, zeigt einen ins Negative gehenden vertikalen Übergang und Fig. 7B die um eine Zeile verzögerte Version desselben.
• Die Ausgabe der 1H-Verzögerungsschaltung 44 wird an ein weiteres 1/4-Gewichtungselement 52 und ein weiteres 3/4-Gewichtungselement 54 angelegt. Die Ausgaben der Gewichtungselemente 48 und 50 werden in einem additiven Kombinationselement 54 summiert und ergeben den in Fig. 7C gezeigten Signalverlauf. Die Ausgaben der Gewichtungselemente 46 und 52 werden in einem additiven Kombinationselement 56 summiert und ergeben den in Fig. 7D gezeigten Signalverlauf. Der Signalverlauf gemäß Fig. 7C aus dem Kombinationselement 54 wird an einen 2/1-Zeitverdichter und eine Verzögerungsschaltung 58 angelegt, um am Ausgang den in Fig. 7E gezeigten Signalverlauf bereitzustellen. Der Signalverlauf gemäß Fig. 7D aus dem Kombinationselement 56 wird an einen 2/1-Zeitverdichter 60 angelegt, um an dessen Ausgang den Signalverlauf gemäß Fig. 7F zu erhalten. Die Auswirkung der Zeitverdichter ist in den idealisierten Fig. 7E und 7F nicht zu sehen, in denen die zeitliche Dauer einer Zeile nicht dargestellt ist. Die Verzögerung im Block 58 schafft die Zentrierung der vertikalen Proben vom Kombinationselement 54 zwischen den Proben vom Kombinationselement 56. Die Ausgaben der Blöcke 58 und 60 werden in einem additiven Kombinationselement 62 summiert, um die "zeilenvervierfachte" Ausgabe zu liefern.
• Die Vertikalbandbreitenerweiterer 32 und 40 können identisch sein, außer daß dem Erweiterungsglied 40 ein Detektor für vertikale Übergänge fehlen kann und das im Erweiterungsglied 32 erzeugte Erfassungssignal vertikaler Übergänge benutzt wird. Wie oben erläutert, kann die spektrale oder Bandbreitenerweiterung von einem nichtlinearen Erweiterungsglied bewirkt werden, mit dem, mindestens für einige Amplitudenniveaus des Signalüberganges die Bandbreite des angelegten Signals durch gesteuerte harmonische Verzerrung des ursprünglichen Spektrums in der vertikalen Domäne erweitert wird. Die Konfiguration des Vertikalbandbreitenerweiterers ist nicht von kritischer Bedeutung, obwohl die nichtlinearen vertikalen Erweiterungsglieder bevorzugt werden, die in den oben genannten US-Patenten 4 262 304, 5 151 783 sowie 5 237 414 beschrieben sind. Die oben beschriebene Fig. 2 und die dazugehörigen Signalverläufe gemäß Fig. 3A-3C erläutern das Prinzip eines Erweiterungsgliedes für die vertikale Bandbreite.
• Die allgemeinen Prinzipien eines Erweiterungsgliedes für die vertikale Bandbreite des Gattersteuertyps sind im Funktionsblockschaltbild der Fig. 8 gezeigt. Die Fig. 9A-9E stellen idealisierte Signalverläufe dar, die zum Verständnis der Fig. 8 nützlich sind und auf die im Verlauf der Beschreibung von Fig. 8 verwiesen wird. Videosignalproben im Abstand einer horizontalen Zeile, welche vertikale Proben an einer bestimmten Position der horizontalen Zeile darstellen, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) gegenüber der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Fig. 9A, die einen ins Negative gehenden vertikalen Übergang wiedergibt, zeigt eine zeitlich verzögerte Version der Spannung Vin des eingegebenen Videosignalverlaufs. Das Eingabesignal wird an eine vertikale Differenzierschaltung 64 angelegt, um an einem Punkt B eine Ausgabe mit dem in Fig. 98 gezeigten Signalverlauf in Abhängigkeit von einer verzögerungsangepaßten Version des ins Negative gehenden Eingabesignals des vertikalen Übergangs zu erhalten. Das Eingabesignal wird auch an einen schmalen Torgenerator 66 angelegt, der an seinem Ausgangspunkt C ein Gattersteuersignal erzeugt, welches in Fig. 9C gezeigt ist, und dessen Periode etwa vier vertikalen Zeilen in Abhängigkeit vom Beginn eines ins Negative oder ins Positive gehenden vertikalen Übergangs entspricht. Die Ausgabe des Torgenerators 66 steuert ein Multiplizierelement 68 derartig, daß nur ein Teil der Ausgabe der vertikalen Differenzierschaltung 64 zur Ausgabe des Multiplizierelements an einen Punkt D gelangt, was im Signalverlauf der Fig. 9D gezeigt ist. Das torgesteuerte Korrektursignal am Punkt D wird mit der verzögerten Version des Eingabesignals gemäß dem Signalverlauf der Fig. 9A summiert, um das korrigierte Ausgabesignal Vout am Punkt E zu erhalten, welches im Signalverlauf der Fig. 9E dargestellt ist. Die erhaltene Ausgabe hat eine kürzere Abfallzeit, die etwa einer vertikalen Zeile gegenüber etwa fünf oder sechs vertikalen Zeilen beim Eingabesignal entspricht.
• Ein Funktionsblockschaltbild einer bevorzugten Art eines Ausführungsbeispiels eines Erweiterungsgliedes der vertikalen Bandbreite ist in Fig. 10 gezeigt. Die Fig. 11A-11G zeigen für das Verständnis von Fig. 10 nützliche, idealisierte Signalverläufe, auf die im Verlauf der Beschreibung von Fig. 10 Bezug genommen wird. Videosignalproben im Abstand einer horizontalen Zeile, welche vertikale Proben an einer bestimmten Position der horizontalen Zeile darstellen, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) über der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Fig. 11A, die einen ins Negative gehenden, vertikalen Übergang wiedergibt, zeigt eine zeitverzögerte Version der Eingabespannung Vin des Videosignalverlaufs. Das Eingabesignal Vin wird an eine Verzögerungsschaltung 70 für zwei horizontale Zeilen (2H) angelegt, um eine Ausgabe an einem Punkt A zu erhalten, die im Signalverlauf der Fig. 11A wiedergegeben ist und an einen Eingang eines subtraktiven Kombinationselements 72 angelegt wird. Das unverzögerte Eingabesignal wird dem anderen Eingang des Kombinationselements 72 zugeleitet, um eine Ausgabe am Punkt B zu erhalten, die im Signalverlauf der Fig. 11B dargestellt ist und die Differenz zwischen dem unverzögerten und dem um 2H verzögerten Eingabesignal darstellt. Die Blöcke 70 und 72 wirken als vertikale Differenzierschaltung. Die Ausgabe des Kombinationselements 72 wird an den Eingang eines Gleichrichters 74 angelegt, der das Vorzeichen der differenzierten, ins Positive und ins Negative gehenden Übergänge entfernt, sowie an eine Verzögerungsschaltung 76 für eine horizontale Zeile (1H). Gemäß einer Alternative kann der Gleichrichter 74 in dem Eingang zum Block 76 angeordnet sein. Die Ausgabe des Gleichrichters 74 wird an eine Anordnung aus einer weiteren 2H-Verzögerungsschaltung und einem subtraktiven Kombinationselement 78 und 80 angelegt, die gleichfalls als vertikale Differenzierschaltung wirken, deren Ausgabe am Punkt C einen in Fig. 11C gezeigten Signalverlauf hat. Diese Ausgabe kann an eine Schwelle 82 angelegt werden, welche Signale unterhalb einer ausgewählten Schwelle reduzieren kann, um eine Steigerung des Rauschens zu vermeiden, wenn die Signalqualität marginal ist, sowie an einen Begrenzer 84, der die Amplitude der Signale nach Anlegen an die Schwelle begrenzt, um an einem Punkt D eine Ausgabe bereitzustellen, deren Signalverlauf in der Fig. 11D gezeigt ist. Die Schwelle 82 kann wahlweise auch weggelassen werden. Das Signal D stellt einen Umschaltsignalverlauf mit drei Pegeln dar (d. h. 0, + 1, -1). Die Ausgabe am Punkt D wird als die eine Eingabe einem der Eingänge eines linearen Vierquadranten (8 Bit · 8 Bit) Multiplizierelements 86 zugeführt. Das verzögerungsangepaßte, vertikale, erste Differentialsignal am Ausgang der 1H-Verzögerungsschaltung im Punkt E, dessen Signalverlauf in Fig. 11E gezeigt ist, wird dem Multiplizierelement 86 als die andere Eingabe eingegeben, was zur Ausgabe des Korrektursignals am Punkt F führt, dessen Signalverlauf in Fig. 2F gezeigt ist. Die Amplitude des Korrektursignals kann dadurch variiert werden, daß es an ein weiteres Multiplizierelement mit einer Verstärkungssteuerung angelegt wird, so daß die Amplitude des Korrektursignals verändert werden kann. Nach Verstärkungseinstellung wird das Steuersignal mit dem um 2H verzögerten Eingabesignal in einem additiven Kombinationselement 90 summiert, um das Ausgabesignal Vout zu erzeugen, dessen Signalverlauf in Fig. 11 G gezeigt ist. Der Ausgabesignalverlauf zeigt ein sehr geringes Maß an Überschwingen und Unterschwingen, was im dargestellten Bild nicht sichtbar ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt die Fig. 12 in Form eines Funktionsblockschaltbildes das Reihenverhältnis zwischen einem Zeilenverdoppler (Verschachteln/Fortschreitendabtasten- Umwandler) 92, einem 1/4-3/4-Zeilenvervierfacher (Zeilenvermehrer) 94 sowie einem Vertikalbandbreitenerweiterer 96. Die Fig. 13A-13D zeigen für das Verständnis von Fig. 12 nützliche, idealisierte Signalverläufe, auf die im Verlauf der Beschreibung von Fig. 12 Bezug genommen wird. Videosignalproben im Abstand einer horizontalen Zeile, die vertikale Proben an einer bestimmten Position der horizontalen Zeile darstellen, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) über der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Das eingegebene 2-1 verschachtelte abgetastete Videosignal ist in Fig. 13A mit abwechselnden Zeilen aus "geraden" und "ungeraden" Halbbildern (im analogen Fernsehjargon) dargestellt. Bei Umwandlung in fortschreitende Abtastung mit Hilfe des Zeilenverdopplers 92 kommen die Proben dann aus dem gleichen fortschreitend abgetasteten Bild. Im Zeilenvervierfacher wird die vertikale Abtastrate einem Upsampling unterzogen. Der 1/4-3/4 "Vervierfacher" verdoppelt die vertikale Abtastrate, um den in Fig. 13C dargestellten Signalverlauf zu schaffen. Der Vertikalbandbreitenerweiterer 96 verstärkt den vertikalen Übergang durch Verkürzen der Übergangsabfallzeit von etwa vier vertikalen Zeilen zu einer vertikalen Zeile.
• Die Fortschreitendabtasten/Verschachteln-Umwandler 34 und 42 können identisch sein. Derartige Umwandler sind in der Technik allgemein bekannt, und die spezielle Ausgestaltung des Umwandlers ist nicht von kritischer Bedeutung. Eine bevorzugte Art eines Abtastumwandlers ("Bildverdopplers") ist funktionsmäßig in Fig. 14 gezeigt.
• Zum Verständnis der Fig. 14 nützliche, idealisierte Signalverläufe sind in Fig. 15A-15F dargestellt und werden im Verlauf der Beschreibung der Fig. 14 herangezogen. Videosignalproben im Abstand einer horizontalen Zeile, die vertikale Proben an einer bestimmten Position der horizontalen Zeile darstellen, sind mit ihrer Amplitude auf der vertikalen Achse (Ordinate) über der Zeit t auf der horizontalen Achse (Abszisse) aufgetragen. Die Signalverläufe gemäß Fig. 15A-15F sollen die zeitlichen Verhältnisse sowie die Verhältnisse von Zeile zu Bild und Zeile zu Halbbild wiedergeben. Aus Gründen der Einfachheit ist in den Zeichnungen ein hypothetischer Standard, der jedoch leicht zu verstehen ist, von acht Zeilen pro Bild nach der Vervierfachung dargestellt.
• Die Ausgabe eines Zeilenvervierfachers 98 (z. B. des Zeilenzahlvermehrers 30 oder 38, der als Verdoppler der Anzahl fortschreitend abgetasteter Zeiten wirkt) im Punkt A ist als Signalverlauf der Fig. 15A gezeigt, in der die fortschreitend abgetasteten Zeilen 1 bis einschließlich 8 in aufeinanderfolgenden Bildern auftreten. In der Praxis hat das Signal im Punkt A n Zeilen pro Halbbild. Die fortschreitend abgetasteten Zeilen sind durch Blöcke 100 und 102 in ungerade Zeilen 1, 3 usw. und gerade Zeilen 2, 4 usw. unterteilt, um die in den Fig. 15B bzw. 15C gezeigten Signalverläufe zu ergeben. Ein erster Bildverdichter, der aus einer Zeitverzögerungsschaltung 103 und einem Zeitverdichter 104 besteht und als FIFO-Speicher mit einer Eingabetaktfrequenz kn und einer Ausgabetaktfrequenz k(n + 1) verwirklicht ist, empfängt die Proben der ungeraden Abtastzeilen, modifiziert deren zeitliches Verhältnis so, daß sie über eine kürzere Zeitspanne hinweg auftreten und verzögert die verdichteten Proben der ungeraden Abtastzeilen so, daß die Probe für die Zeile 1 um ein Bild später auftritt, während die übrigen Proben nur während etwa der ersten Hälfte des Bildes folgen, wie im Signalverlauf der Fig. 15D gezeigt ist. Ein zweiter Bildverdichter, der aus einer Zeitverzögerungsschaltung 105 und einem Zeitverdichter 106 besteht und gleichfalls als FIFO-Speicher mit einer Eingabetaktfrequenz kn und einer Ausgabetaktfrequenz k(n + 1) verwirklicht ist, empfängt die geraden Abtastzeilenproben, modifiziert deren zeitliches Verhältnis, so daß sie über eine kürzere Zeitspanne hinweg auftreten und verzögert die verdichteten Proben der geraden Abtastzeilen so, daß die Probe für die Zeile 2 etwa eineinhalb Bilder später auftritt, während die restlichen Proben nur während etwa der zweiten Hälfte des Bildes folgen, wie im Signalverlauf der Fig. 15E gezeigt. Die Zeitverdichtung in den Blöcken 104 und 106 ist sehr klein (z. B. 1250/1251) und wird nur benutzt, um eine richtige Verschachtelung mit den ungeraden Zeilenzahlen pro Bild zu erzielen. Bei diesem Beispiel wird eine Blankozeile hinzugefügt; es könnte aber auch stattdessen eine Zeile subtrahiert werden. Die Ausgaben der Blöcke 104 und 106 werden in einem additiven Kombinationselement 108 summiert, welches an seinem Ausgang am Punkt F den in Fig. 15F dargestellten Signalverlauf bietet, nämlich eine zeilenverdoppelte, bildverdoppelte, 2-1 verschachtelte Ausgabe. So wird das ursprüngliche fortschreitend abgetastete Bild (oder Halbbild, wobei Halbbild und Bild das gleiche ist) zu einem verschachtelt abgetasteten Bild, welches aus zwei verschachtelten Halbbildern, einem ungeraden Halbbild und einem geraden Halbbild besteht. Zwischen jedem Halbbild werden neue vertikale Synchronisierimpulse (mittels nicht gezeigter Einrichtungen) hinzugefügt. Um eine richtige 2-1 Verschachtelung zu erhalten und dabei das gleiche zeitliche Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden vertikalen Synchronisierimpulsen beizubehalten (gerade zu ungerade sowie ungerade zu gerade) wird in beiden Signalwegen eine geringfügige zeitliche Verdichtung vorgenommen. Im Fall eines 1250 Zeilen, 50 Hz, fortschreitend abgetasteten Videosignals vom Zeilenvervierfacher 98 beträgt die relative Zeitverdichtung beider Elemente 1250/1251. Die Ausgabe am Punkt F ist dann 1251 Zeilen pro 1/50 Sekunde oder 625.5 verschachtelte Zeilen pro 1/100 Sekunde. Es ist möglich, das Signal in beiden Signalwegen zeitlich zu erweitern, statt eine Zeitverdichtung darauf anzuwenden. Wenn zum Beispiel das Taktverhältnis 1250/1249 ist, beträgt die Ausgabe am Punkt F dann 1249 Zeilen pro 1/50 Sekunde oder 624.5 verschachtelte Zeilen pro 1/100 Sekunde.
• In der Praxis hat also das Signal am Punkt F (n + 1)/2 Zeilen pro Halbbild (oder bei Ersatz der Kompression durch Expansion n/(n-1) in den Blöcken 104 und 106, dann (n-1)/2 Zeilen pro Halbbild. Die Ausgabeanzeige in beiden Fällen ist in der vereinfachten Darstellung der Fig. 17 zu sehen, in der nur sechs verschachtelte Zeilen gezeigt sind, die eine 100 Halbbild/ Sekunde Bildrate haben. Eine vereinfachte Darstellung der Eingabeanzeige des Systems ist in Fig. 16 zu sehen, in der drei verschachtelte Zeilen mit einer 50 Halbbild/Sekunde Bildrate gezeigt sind.
• Die Verstärkungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können durch weitere Verstärkungsverfahren ergänzt werden, beispielsweise durch die Techniken gemäß dem US-Patent 5 237 414 des gegenwärtigen Erfinders, bei dem für hohe Signalpegel spektrale Erweiterung und lineare Verarbeitung für niedrige Pegel vorgesehen ist, und/oder andere Verarbeitung, je nach Wunsch, die beispielsweise eine Verstärkung in der horizontalen Domäne einschließt.
• Die vorliegende Erfindung kann unter Anwendung analoger, digitaler, hybrider analog/digitaler und/oder digitaler Signalverarbeitung verwirklicht werden, bei der Funktionen entweder in Software und/oder Firmware ausgeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbesserung der vertikalen Auflösung eines fortschreitend abgetasteten ersten Fernsehsignals, das periodischer Spektren enthält, deren Zentren bei Mehrfachen der Zeilenrate liegen, bei dem

(a) die Zeilenrate des ersten Fernsehsignals erhöht wird, um ein zweites Fernsehsignal zu erhalten, bei dem der Abstand zwischen den Spektren gegenüber demjenigen des ersten Fernsehsignals vergrößert ist, und

(b) das zweite Fernsehsignal in der vertikalen Domäne spektral erweitert wird, um ein drittes Fernsehsignal zu erhalten,

wobei der Grad an spektraler Erweiterung im Schritt (b) mit dem Ausmaß der Zeilenratenerhöhung im Schritt (a) so korreliert ist, daß die vergrößerte Bandbreite der Spektren, die aus dem Schritt (b) hervorgeht, nicht zu einer wesentlichen Überlappung der Spektren im dritten Fernsehsignal führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner

(c) ein 2-1 verschachteltes Fernsehsignal empfangen und in ein fortschreitend abgetastetes Fernsehsignal umgewandelt wird,

wobei das fortschreitend abgetastete, im Schritt (c) erhaltene Fernsehsignal als das erste Fernsehsignal im Schritt (a) benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ferner

(d) das fortschreitend abgetastete, dritte Fernsehsignal in ein bildverdoppeltes 2-1 verschachteltes, viertes Fernsehsignal umgewandelt wird, so daß für ein drittes Fernsehsignal mit einer ersten Anzahl Zeilen pro Bild bei einer ersten Bildrate das vierte Fernsehsignal etwa die gleiche Anzahl Zeilen pro Bild und etwa halb so viele Zeilen pro Halbbild bei einer zweiten Bildrate hat, die zweimal so groß ist wie die erste Bildrate, und bei einer Halbbildrate, die viermal so groß ist wie die erste Bildrate.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erhöhung der Zeilenrate im Schritt (a) um einen Faktor von etwa 1,5 bis 2 geschieht.