FI100572B - Yhteensopiva televisiolähetysjärjestelmä - Google Patents

Description

100572

Yhteensopiva televisiolähetysjärjestelmä -Kompatibelt televisionssändningssystem 5

Keksintö koskee yhteensopivaa televisiolähetys järjestelmää.

Sellaisia lähetysjärjestelmiä tunnetaan seuraavista kirjallisuusviitteistä: 10

A.G Toth, M. Tsinberg, C.W.Rhodes: 'NTSC Compatible HDTV

System' , IEEE Transactions on Consumer Electronics, helmik.

1988; 15 M.A. Isnardi ym: 'Encoding for Compatibility and Recove rability in the ACTV System', IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. BC-33, nro 4, jouluk. 87; W.F. Schreiber: 'Improved Television Systems: NTSC and 20 Beyond', SPMTE Journal, Vol. 96, nro 8, elok. 87;

Gary Tonge: 'Compatible HDTV', Broadcast Systems Engineering, heinäkuu 1988; 25 William W. Glenn, Karen C. Glenn: ' High Definition

Television Compatible Transmission System', IEEE Transactions on Broadcasting, Voi. BC-33, nro 4, jouluk. 87; T. Niszhawa ym: 'HDTV and ADTV Transmission Systems. MUSE 30 and its Family', NAB Las Vegas, huhtikuu 1988.

Parempia televisiolähetysjärjestelmiä varten osoittautuu jo yleisön hyväksymisen perusteella tarpeelliseksi nostaa televisiovastaanottimien kuvan nykyinen sivusuhde 4:3 35 suhteeseen 16:9 (= suositeltu tulevan HDTV-standardin kuvakoko) menettämättä yhteensopivuutta olemassa oleviin . televisionormeihin (PAL, NTSC, SECAM).

100572 2

Kuvan suuremman sivusuhteen toteuttamiseksi tunnetaan erilaisia ehdotuksia alussa mainituista kirjallisuusviitteistä, joita selitetään kuvioiden la - li avulla.

5 1. Kuvion la mukaisessa ehdotuksessa, esim. juovitettaessa laajakangasfilmejä, muodostetaan 16:9-kuvakokoa vastaava kuvan rajaus jättämällä pois 4:3-kuvakoon ylä- ja alareunan juovia. Esimerkiksi PAL- ja SECAM-normin ytheydessä tämä merkitsee juovamäärän pienenemisestä 575 aktiivisesta 10 juovasta 431 aktiiviseen juovaan. Yhteensopivassa 4:3-vas-taanottimessa (kuvio Ib) toistettaisiin tosin koko kuvasisältö, mutta kuitenkin vain 431 juovalla sekä kuvan ylä- ja alareunassa olevilla mustilla palkeilla. Nämä mustat palkit jäisivät tosin pois 16:9-vastaanottimessa 15 (kuvio le), mutta tällöin erottelutarkkuus on kuitenkin pienemmän juovamäärän johdosta pienempi kuin tavanomaisella juovituksella 575 aktiivisella juovalla.

2. Kuvion Id mukaisessa ehdotuksessa lisätään kuvalähteen 20 juovituksessa juovan pituutta kuvan korkeuteen verrattuna, niin että syntyy muodoltaan 16:9 kuva. Sivuosat, jotka laajentavat 4:3 muodon 16:9 muodoksi, lähetetään niin ettei niitä käsitellä tavanomaisella 4:3 vastaanottimella (kuvio le). Tämä merkitsee tosin toistoa, jossa pystysuuntaista 25 erottelutarkkuutta ei pienennetä (esim. 575 juovaa PAL- ja SECAM-normilla), mutta kuitenkin 4:3-vastaanottimissa menetetään sivuosiin sisältyvä kuvainformaatio. 16^-vastaanotin (kuvio lf) toistaa sitä vastoin täyden kuvainfor-maation 575 aktiivisella juovalla. Tällöin kuitenkin 30 sivuosiin (kuvio Id) sisältyvä, erikseen lähetetty ja vastaanotettu kuvainformaatio yhdistetään, joka johtaa näkyviin saumakohtiin.

3. Kuvion lg ehdotuksessa (esim. D2-MAC-spesifikaatio) 35 lisätään myös kuvalähteen juovituksessa juovan pituutta kuvakorkeuteen verrattuna, niinettä jälleen muodostuu 16:9 kuvamuoto. Kohdasta 2) poiketen sivuosia ei kuitenkaan li 3 100572 lähetetä erikseen, vaan jatkuvasti. 16;9-vastaanotin (kuvio li) tarjoaa sen johdosta kuvan täydellä kuvainformaa-tiolla ja 575 aktiivisella juovalla, mutta kuitenkin ilman sivuilla olevien saumakohtien haittaa. Sen johdosta tun-5 netuissa 4:3-vastaanottimissa (kuvio lh) ilman lisätoimenpiteitä esiintyy geometrian vääristymistä. MAC-vastaanot-timissa on ohjaussignaalin lähetyksellä järjestetty pys-tyamplitudin tai aikadekompression muuttaminen siten, että geometrian vääristymät kompensoidaan. Juovakompression 10 muutoksessa menetetään kuitenkin kuvan sisältöä 4:3-vastaanottimissa. Kuviossa lh esitetyssä pystyamplitudin muutostapauksessa esiintyy tosin kuvan ylä- ja alreunassa mustat palkit, mutta kuitenkin koko kuvasisältö toistetaan. Automaattinen geometrian korjaus ei kuitenkaan ylipäätänsä 15 ole mahdollinen tavanomaisissa televisionormeissa PAL, NTSC ja SECAM.

Keksinnön tehtävänä on osoittaa tavanomaisten televisio-normien (PAL, NTSC, SECAM) kanssa yhteensopiva televisio-20 lähetys järjestelmä, joka kuvalähteen 16:9 juovitusta käyttämällä sallii 16:9-vastaanott'imella toiston käytännöllisesti katsoen täydellä järjestelmän sisäisellä laadulla, aiheuttamatta kuvavääristymiä tunnusomaisissa 4:3-tele-visiovastaanottimissa.

25 Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksien 1 ja 2 tunnusmerkkien avulla. Keksinnön edullisia muunelmia ilmenee epäitsenäisistä patenttivaatimuksista.

30 Keksintöä selitetään lähemmin suoritusesimerkin avulla. Piirustuksessa kuvio 2a esittää keksinnön mukaisen televisiolähetysjärjestelmän lähetinpuoleisen suoritusmuodon lohkokaavion, ja 35 kuvio 2b esittää kuvion 2a mukaisen televisiolähetys järjestelmän vastaanotinpuoleisen suoritusmuodon loh-. kokaavion.

4 100572

Kuviossa 2a kuvalähde 10 juovittaa kuvaa 16:9 kuvamuodolla varustetussa rasterissa. Esitetyssä esimerkissä kuvaläh-teen 10 kehittämät kuvasignaalit vastaavat standardia 625/50/2:1, 625/50 1:1 tai 1250/50/2:1, joka vastaa 5 juovalukua 625 tai 1250, kuvanvaihtotaajuutta 50 Hz ja jatkuvaa (1:1) tai lomitettua (2:1) juovitusta. Kuvasignaalin kaistanleveys kuvalähteen 10 lähdössä on esimerkiksi tapauksessa 625/50/2:1 50 MHz ja molemmissa muissa tapauksissa 20 MHz.

10

Tapauksissa 625/50 1:1 ja 1250/50/2:1 on kuvalähteen 10 jälkeen kytketty ensimmäinen alaspäin konvertoiva porras 20, joka muuntaa kuvalähteen 10 lähdössä olevan kuvasignaalin tavanomaisen televisionormin 625/50/2:1 kuvasignaa-15 lia vastaavaksi.

625/50/2:1-kuvasignaali johdetaan kuvasignaalin käsitte-lyportaaseen 30, joka muodostaa keksinnön ytimen lähetin-puolella. Kuvasignaalin käsittelyportaassa 30 on toinen 20 alaspäin konvertoiva porras 31, joka kulloinkin valitsee tulevan kuvasignaalin neljästä juovasta kolme. Tämä voi tapahtua siten, että joko joka neljäs kuvasignaalin juova erotetaan, tai kuten vielä esimerkin avulla osoitetaan, siten että kulloinkin tulevan kuvasignaalin neljästä 25 peräkkäisestä juovasta interpoloidaan kolme juovaa. Tämän toisessa alaspäin konvertoivassa portaassa 31 tapahtuvan 4 : 3-muunnoksen johdosta muodostetaan tulevan kuvasignaalin 575 akviivisesta juovasta 431 aktiivista juovaa. Toisen alaspäin konvertoivan portaan 31 lähdössä oleva signaali 30 johdetaan sekä valintaportaaseen 33 että multiplekserille 32 (muisti). Kuvasignaalin käsittelyportaan 30 tulossa olevaa kuvasignaalia toisen alaspäin konvertoivan portaan 31 lähdössä olevaan alaspäin konvertoituun kuvasignaaliin vertaamalla valintaporras 33 käsittelee ne 144 juovaa tai 35 vastaavaa kuvasisältöä, jotka alaspäin toisen alaspäin konvertoivan portaan 31 konvertoinnissa jätetään pois. Multiplekserissa 32 toisen alaspäin konvertoivan portaan I: 5 100572 31 ja valintaportaan 33 kuvasignaalit järjestetään niin, että toisen alaspäin konvertoivan portaan 31 alaspäin konvertoidun signaalin juovat asetetaan symmetrisesti kuvan keskikohdan suhteen ja tiivistetään tilan suhteen, 5 ja että kuvan ylä- ja alareunoissa vapaaksi jääviin tiloihin kulloinkin lisätään puolet 144 juovasta valinta-portaasta 33.

Multiplekserin 32 ja vastaavasti kuvankäsittelyportaan 30 10 lähtösignaali koodataan sen jälkeen olevasa PAL-kooderissa 40. Kuvan ylä- ja alareunojen tiloihin valintaportaasta 33 lisätyt juovat voidaan muokata (scramble) PAL-kooderin 40 jälkeen olevassa muokkausportaassa 50, niin että ne tavanomaisessa 4:3-vastaanottimessa 120 (kuvio 2b) tois-15 tetaan kohinapalkkeina kuvan ylä- ja alareunassa. Tämä ei vaikuta 4:3-vastaanottimen 120 katsojasta niin häiritsevältä kuin neljänsien juovien voimakkaasti tiivistetysti esitetty kuvasisältö näissä palkeissa.

20 Kuvasignaalin käsittelyportaan 30 lähdössä olevan signaalin kaistanleveys on 10 MHz, vastaten ensimmäisen alaspäin konvertoivan portaan 20 lähdössä olevan signaalin kaistanleveyttä. Yhteensopivan PAL-signaalin kehittämiseksi 10 MHz kuvasignaalista voi PAL-kooderi 40 suorittaa taajuuden 25 jakamisen, jolloin ensimmäisessä kanavassa käsitellään signaalispektrejä 5 MHz:iin saakka ja toisessa kanavassa signaalispektrejä välillä 5 MHz - 10 MHz. Tämä voi tapahtua edullisesti patentin DE 33 38 192 mukaisella tavalla, jotta vältettäisiin luminanssi- ja krominanssikomponenttien vä-30 liset ylikuulumisvaikutukset. Toinen kanava voidaan lähettää ensimmäisen kanavan spektrin oleellisesti käyttämättömässä tilassa. Kuvalähteen kaistanleveys voidaan myös pienentää puoleen, ja siten voidaan 16:9-vastaanottimissa toistoa varten käyttää 5MHz kaistanleveyttä.

35

Vaihtoehtona kuviossa 2 esitetylle suoritusmuodolle voi-. daan ensimmäinen alaspäin konvertoiva porras 20 myös 6 100572 järjestää kuvasignaalin käsittelyportaan 30 jälkeen, josta voi olla etuja alaspäin konvertoinnissa toisessa alaspäin konvertoivassa portaassa 31. Lisäksi muokkausporras 50 voidaan vaihtoehtoisesti järjestää valintaportaan 33 ja 5 multiplekserin 32 väliin.

Kuvion 2a suoritusmuodon mukaisesti järjestetty joko jatkuvasta kuvasignaalistandardista (625/50/2:1) tai suuri juovaisemmasta kuvasignaalistandardista (1250/50/2:1) 10 alaspäin konvertointi (ensimmäinen alaspäin konvertoiva porras 20) sallii televisiokuvalähteen 10 lähtösignaalin moitteettoman pystysuuntaisen esisuodatuksen. Siten pienennetään valetoisto(alias)-häiriöitä. Tämä esisuodatus voidaan edullisesti toteuttaa liikkeeseen adaptoituvasti.

15

Kuvan ylä- ja alareunan tiloissa voidaan julkaisun DE 3929967 mukaisesti myös lähettää pystysuuntaisen diskreetin kosinimuunnoksen kertoimet, joiden avulla 16:9-vas-taanottimessa 431 aktiivisesta juovasta saadaan 575 aktii-20 vista juovaa, ja jotka 4:3-vastaanottimessa vielä enemmän muistuttavat kohinasignaalia.

Kuviossa 2 esitetty televisiolähetysjärjestelmän vastaanottimen puoleinen osa on kytketty ennen 16:9-vastaanotinta 25 100. Tällöin suoritetaan lähettimen puoleinen signaalin käsittely käänteisessä järjestyksessä. Tarkemmin sanoen vastaanotettu signaali johdetaan käänteismuokkausportaa-seen 60, joka suorittaa kuvan ylä- ja alareunoihin lisättyjen juovien palautusmuokkauksen (unscrambling). Sen 30 jälkeen oleva PAL-dekooderi 70 muodostaa YUV-signaalin, joka on osoitettu kuviossa 2b PAL-dekooderin 70 signaali-lähdössä olevalla numerolla '3' . PAL-dekooderin 70 lähdössä oleva YUV-signaali syötetään kuvasignaalin käsittelypor-taaseen, joka muodostaa keksinnön vastaanottimen puoleisen 35 sydämen. Kuvasignaalin käsittelyporras 80 käsittää demul-tiplekserin 81 (muisti), joka laajentaa tilan suhteenkuvan . keskikohdan suhteen symmetrisesti lähetetyt 431 juovaa i.

7 100572 (ensimmäinen lähtö 83), sekä erottaa ja järjestää tilan suhteen oikein kuvan ylä- ja alareunassa siirretyt 144 juovaa (toinen lähtö 84). Sen jälkeen kytketyssä juovien yhdistäjässä 82 tapahtuu 144 juovan liittäminen (toinen 5 lähtö 84) oikeassa juovajärjestyksessä tilan suhteen laajennettuihin 431 juovaan (ensimmäinen lähtö 83).

Kuvasignaalin käsittelyportaan 80 lähtösignaali voidaan ylöspäin konvertoivassa portaassa 90 liikkeen suhteen 10 adaptiivisesti muuntaa lähetyssignaalista 625/50/2:1 tois-tostandardiksi 625/50 1:1, 1250/50/2:1, 625/100/2:1 tai 1250/100/2:1, jotta saavutettaisiin parempi kuvatoisto tämän jälkeen kytketyssä 16:9-vastaanottimessa 100. Kuvan toistaminen vastaa kuvion li esitystä kuvan sivusuhteella 15 16:9 ja 575 juovalla standardin 625/50/2:1, 625/50 1:1 tai 625/100/2:1 osalta.

Kuviossa 2b on lisäksi esitetty yhteensopivan kuvasignaalin toiston tapaus tavanomaisella 4:3-vastaanottimella 120, 20 joka sisältää tavanomaisen PAL-dekooderin 110. Kuvan toisto vastaa kuvion lh esitystä, jolloin - kuten edellä jo mainittiin - kuvan ylä- ja alareunssa toistetut 2*72 = 144 juovaa muokkauksen johdosta (muokkausporras 50) näkyvät kohinajuovina. Toistettaessa 16:9-muodossa 4:3-vastaanot-25 timessa 120 mitään informaatiota ei menetetä.

16:9-vastaanotin 100 suunnitellaan tarkoituksenmukaisesti moninormivastaanottimeksi, jotta erityisesti myös voitaisiin vastaanottaa tavanomaisia televisiosignaaleja, joiden 30 kuvan sivusuhde on 4:3, joka erityisesti koskee arkistoitua kuvamateriaalia. 16:9-vastaanotin 100 voidaan tätä tarkoitusta varten suunnitella siten, että se toistaa kuvan leveyden kokonaan, jolloin kuvan ylä- ja alareunassa menetetään informaatiota. Vaihtoehtoisesti voidaan 16:9-35 vastaanotin 100 myös suunnitella siten, että pienennetyllä rasterikoolla (tai pienennetyllä pystyamplitudilla ja kompressiolla) saadaan mustat raidat kuva vasemmassa ja 8 100572 oikeassa reunassa.

Kuten jo mainittiin, voi kolmen juovan valitseminen kuvasignaalin käsittelyportaan tuloon tulevan kuvasignaalin neljästä juovasta vaihtoehtoisesti tapahtua siten, että kulloinkin neljästä peräkkäisestä juovasta interpoloidaan kolme juovaa. Taulukko 1 esittää esimerkin sellaisesta interpoloinnista.

Taulukko 1

Juovan Juovan Interpoloidut Erotetut nro tunnus 431 juovaa 144 juovaa

1 A A

2 B

2/3*B+1/3*C=B'

3 C C

4 D

5 A A

• · · · · · ·· ♦ · · · ♦ · ··

Yhteensopiva 4:3-vastaanotin käsittelee vain 431 16:9- muodossa olevaa juovaa. Parannetussa 16:9-vastaanottimessa rekonstruoidaan kaikki 575 aktiivista juovaa seuraavan taulukon II mukaisesti: 9 100572

Taulukko 2

Juovan Rekonstruointi Juovan nro lähtien 431 juovasta ja tunnus 5 _144 juovasta_

1 A A

2 3/2*B'-l/2*C B

3 C C

4 3/2*C'-l/2*C D 10 ....

• · · · « ·

Sellaisia televisiolähetysjärjestelmiä varten, joilla on 15 erilainen juovamäärä, esim. 525 (NTSC), sovitetaan selityksessä mainitut juovaluvut ja taajuudet vastaavalla tavalla.

20 25 30 35

Claims (8)

10 100572

1. Tavanomaisten televisionormien kanssa yhteensopiva televisiolähetysjärjestelmä, jossa kuvalähteen puolella juovutetaan rasterilla, joka vastaa kuvan suurempaa si- 5 vusuhdetta, erityisesti 16:9, tunnettu seuraavista mene-telmävaiheista: a) kuvasignaalin joka neljäs aktiivinen juova erotetaan ja jäljelle jääneet aktiiviset juovat tiivistetään vastaavalla tavalla pystysuunnassa; 10 b) kuvan ylä- ja alareunaan näin vapaiksi jääviin juoviin lisätään erotetut neljännet juovat, esim. muokatussa muodossa; c) tuloksena oleva kuvasignaali lähetetään koodattuna; ja d) vastaanotetusta, dekoodatusta kuvasignaalista rekonst-15 ruoidaan jälleen alkuperäinen kuvasignaali kuvan suuremmalla sivusuhteella siten, että kuvan ylä- ja alareunan lisätyt juovat, mahdollisesti tapahtuneen käänteismuok-kauksen jälkeen, liitetään oikeassa juovajärjestyksessä muihin, pystysuunnassa jälleen laajennettuihin juoviin, 20 jolloin signaalit voidaan dekoodata sekä tavanomaisilla 4:3-vastaanottimilla (kuvio 2ci) että järjestelmään sovitetuilla vastaanottimilla (kuvio 2b) kuvan suurempaa sivusuhdetta varten, ja jolloin erotetut neljännet juovat on tavanomaisissa 4:3-vastaanottimissa järjestetty kuvan 25 ylä- ja alareunaan ja jäljelle jääneet juovat niiden väliin.

2. Tavanomaisten televisionormien kanssa yhteensopiva televisiolähetysjärjestelmä, jossa kuvalähteen puolella 30 juovitetaan rasterilla, joka vastaa kuvan suurempaa sivusuhdetta, erityisesti 16:9, tunnettu seuraavista mene-telmävaiheista: a) kuvasignaalin kulloinkin neljästä peräkkäisestä aktiivisesta juovasta muodostetaan kolme juovaa pystysuuntai- 35 sella interpoloinnilla b) jokaisesta neljän peräkkäisen juovan muodostamasta ryhmästä erotetaan yksi juova, joka lisätään, esim. 1C0572 11 muokatussa muodossa, pystysuuntaisen interpoloinnin johdosta vapaaksi jääviin kuvan ylä- ja alareunan juoviin; c) tuloksena oleva kuvasignaali lähetetään koodattuna; ja d) vastaanotetusta, dekoodatusta kuvasignaalista rekonst-5 ruoidaan jälleen alkuperäinen kuvasignaali kuvan suuremmalla sivusuhteella siten, että kuvan ylä- ja alareunan lisätyt juovat, mahdollisesti tapahtuneen käänteismuok-kauksen jälkeen, liitetään oikeassa juovajärjestyksessä muihin, pystysuunnassa vastaavasti käänteisesti interpo- 10 loityihin juoviin, jolloin signaalit voidaan dekoodata sekä tavanomaisilla 4:3-vastaanottimilla (kuvio 2c) että järjestelmään sovitetuilla vastaanottimilla (kuvio 2b) kuvan suurempaa sivusuhdetta varten, ja jolloin erotetut neljännet juovat 15 on tavanomaisissa 4:3-vastaanottimissa järjestetty kuvan ylä- ja alareunaan ja jäljelle jääneet juovat niiden väliin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen televisiolähetys-20 järjestelmä, jossa juovitus tehdään kuvalähteen puolella ilman juovahyppyä, tunnettu siitä, että ennen vaihetta a) tai vaiheen b) jälkeen suoritetaan muunnos toivottua televisionormia varten.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen televisiolähetysjärjestelmä, jossa kuvalähteen puoleinen juovitus tehdään kaksinkertaisella juovaluvulla, tunnettu siitä, että ennen vaihetta a) tai vaiheen b) jälkeen suoritetaan alaspäin konvertointi toivotun televisionormin 30 juovalukua varten.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen televisiolähetysjärjestelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa d) suoritetaan muunnos suurempijuovaiseksi ja/tai ilman 35 juovahyppyä olevaksi kuvasignaaliksi.

6. Jonkin tai useamman edellisen patenttivaatimuksen 1, 2, 12 100572 3 ja 5 mukainen televisiolähetysjärjestelmä, tunnettu siitä, että kuvan ylä- ja alareunan vapaaksi jäävissä juovissa lähetetään digitaalista lisäinformaatiota, jolla pystysuunnassa tiivistetysti tai interpoloidusti lähetetyistä 5 juovista voidaan muodostaa kuvasignaali ilman juovahyppyä tai kuvasignaali suuremmalla vaakasuuntaisella erottelulla .

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen televisiolähetysjär-10 jestelmä, tunnettu siitä, että lisäinformaatio sisältää yksiulotteisen pystysuuntaisen diskreetin kosinimuunnoksen kertoimet.

8. Jonkin tai useamman edellisen patenttivaatimuksen mu-15 kainen televisiolähetysjärjestelmä, tunnettu siitä, että kuvalähteen puoleisesti juovitetun rasterin vaakasuuntaiset taajuusosat, joiden taajuus ulottuu lähetyskanavan tunnetun suurimman lähetettävän taajuuden ulkopuolelle, on järjestetty lähetetyn televisiosignaalin oleellisesti 20 käyttämättömiin useampiulotteisiin spektritiloihin.