FI75702B - Foerfarande foer genomfoerande av en stereoljuds-tv-saendning samt koder och dekoder foer utfoerande av foerfarandet. - Google Patents

Description

1 75702

Menetelmä stereoääni-TV-lähetyksen suorittamiseksi sekä koo-deri ja dekooderi menetelmän toteuttamiseksi

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä stereo-TV-lähe-tyksen suorittamiseksi, jossa menetelmässä lähetyspuolella kahden äänikanavan tietoinformaatiot saatetaan digitaalimuotoon sekä yhdistetään sopivalla tavalla toisiinsa ja lähetetään modulaattorin kautta, ja vastaanottopuolella informaatiot jälleen erotetaan toisistaan sekä muutetaan analogiamuo-toon. Edelleen keksintö koskee tätä menetelmää varten tarkoitettua lähetyspuolen kooderia, yksittäisen vastaanottimen dekooderia sekä satelliittivastaanottimen kooderia, jonka kautta signaali toimitetaan edelleen yksittäiselle TV-vastaanottimel-le.

Joissakin maissa on jo otettu käyttöön stereo- ja/tai kak-siäänijärjestelmä televisiolähetyksissä. Saksan liittotasavallassa on otettu käyttöön analoginen stereo- ja kaksiääni-järjestelmä, jossa tarvittava lisäinformaatio siirretään erillisellä analogisella apukantoaallolla.

Digitaaliset järjestelmät ovat kuitenkin valtaamassa alaa. Äänen tallennuksessa ja siirrossa tällaisia ovat mm. Compact Disc (CD) ja television MAC-satelliittilähetysstandardit.

Tässä yhteydessä ovat eri yleisradioyhtiöt tutkineet digitaalisia äänensiirtomenetelmiä TV:lie. Myös itse TV-vastaan-otin digitalisoituu nopeata vauhtia ja on mahdollista saada aikaan edullinen stereo- ja kaksiäänijärjestelmä, mikäli lä-hetysstandardin valinnassa otetaan tämä huomioon. Eräs tällainen digitaalinen TV-piiri-ratkaisu on esimerkiksi ITTillä. Samanlaisia piirejä käytetään pitkälti myöskin ns. MAC-satelliittilähetysten dekoodaamiseen. EBU:n (European Broadcast Union) suosittelemassa C/D/D2-MAC-standardissa on mahdollista lähettää useita digitaalisia äänikanavia joko 2 75702 14-bitin lineaarikoodauksella tai käyttäen esim. EBU:n määrittelemää 10-bittistä nk. NICAM-koodausta. NICAM-koodauksella tarvittava siirtonopeus on huomattavasti pienempi ja näin ollen voidaan samassa siirtokanavassa siirtää useampia ääniä.

Tulevaisuudessa yhä enemmän ohjelman siirtoa kuluttajalle tapahtuu satelliittien välityksellä. Jo nyt on esimerkiksi Suomen talouksista n. 60 % liitetty yhteisantenni- tai kaapeli-järjestelmiin ja tulevaisuudessa määrä ilmeisesti lisääntyy satelliittivastaanottolaitteiden halvetessa. Jotta satelliittilähetysten stereodigitaaliääni saataisiin siirrettyä tulevaisuudessa myöskin kuluttajalle asti, pitää TV:n digitaa-liäänijärjestelmän olla sellainen, että satelliittilähetysten ääni voidaan edullisella tavalla koodata yhteisantennijärjestelmien vastaanottopisteessä TV-vastaanottimille sopivaksi.

Tänä päivänä on olemassa pääasiassa seuraavat ehdotukset TV-digitaaliäänen lähettämiseksi.

1. BBC:n kehittämä järjestelmä.

Lähtökohdat BBC:n järjestelmään ovat olleet seuraavat: - järjestelmän pitää sopia Englannissa käytettävään 8 MHz:n kanavajakoon - koodauksen pitää olla mahdollisimman kompatiibeli MAC-satelliittilähetysstandardin kanssa, jotta satelliittilähetysten ääni voidaan edullisesti koodata TV:lie sopivaan muotoon .

Edellisen perusteella BBC on päätynyt käyttämään NICAM-koodausta, jolloin kahden 15 kHz:n äänikanavan siirtoon tarvitaan 728 kbit/s siirtonopeus. Tämä voidaan käyttää joko kahteen erilliseen ääneen tai yhteen stereolähetykseen.

Tämän 728 kbit/s datan siirtoon käytetään nelivaihemoduloi-tua apukantoaaltoa, jonka taajuus on noin 6,55 MHz. Englannissa käytössä olevalla 8 MHz:n kanavajaolla tämä apukan- ti 3 75702 toaallon lisäys on mahdollista ilman häiriöitä naapurikanavien vastaanotossa.

2. Ruotsin ja Suomen yleisradioyhtiöiden tutkima Dolby-järjestelmä.

Mainittujen yleisradioyhtiöiden ja varsinkin Suomen yleisradion päätavoitteena on saada aikaan kaksikieliset TV-lähetyk-set ja toissijaisena samalla myös stereoääni.

Pohjoismaissa on käytössä VHFtllä 7 MHz:n ja UHF:llä 8 MHz:n kanavajako. Edellä selostetun BBC:n järjestelmän mukaan 728 kbit/s bittinopeus on kuitenkin todettu liian suureksi sovitettavaksi 7 MHz:n kanavajakoon, koska se aiheuttaa liikaa häiriöitä naapurikanaville ainakin vanhempia TV-vastaanottimia käytettäessä. Tässä syystä ovat Suomen ja Ruotsin yleisradioyhtiöt tutkineet Dolbyn kehittämää ADM-järjestelmää (Adaptive Delta Modulation). Tällä voidaan siirtää kaksi hyvälaatuista digitaalista äänikanavaa 512 kbit/s siirtonopeudella 5,85 MHz:n apukantoaallolla. ADM-järjestelmän haittana on kuitenkin sen C/D/D2-MAC-satelliittistandardista poikkeava koodaus. Tämän vuoksi jouduttaisiin yhteisantenni- ja kaapeli järjestelmissä satelliittilähetysten ääni ensin ilmaisemaan au-diotaajuudelle ja edelleen koodaamaan ADM:ksi, jolloin ADM-koodereita tarvitaan 1 kappale siirrettävää satelliittikanavaa kohti. Johtuen ADM-kooderin korkeasta hinnasta tämä merkitsee sitä, että vain todella suurilla kaapeliyhtiöillä on mahdollisuus tällaisiin hankintoihin.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jossa siirtokanavalla on mahdollista lähettää laatuvaatimukset täyttäviä stereo- ja kaksiäänilähetyksiä sellaisella siirtonopeudella (esim. 546 kbit/s), että tämä sopii myöskin 7 MHz:n kanavajaolle.

4 75702 Tämän tavoitteen täyttämiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Kun keksintöä sovelletaan tapauksessa, jossa kyseessä on satelliitin lähettämän signaalin vastaanotto ja edelleen muokkaaminen lähetettäväksi jakeluverkkoon, menetellään keksinnön mukaisesti siten kuin on esitetty vaatimuksessa 8.

Keksinnössä on näin ollen olennaista se, että jossakin kohdassa siirtoväliä muutetaan stereoäänen kanavat sinänsä tunnetulla tavalla oikean ja vasemman kanavan summaksi (R+L) vastaavasti erotukseksi (R-L), ja että erotuskanavan kaistanleveys rajataan huomattavasti pienemmäksi kuin summa-kanavan kaistanleveys, jolloin keksinnölle tunnusomaisesti voidaan käyttää huomattavasti pienempää näytteenottotaajuutta erotuskanavaa digitoitaessa. Tällöin yhdistetty multipleksoitu signaali vaatii vastaavasti pienemmän siirtonopeuden ts. pienemmän kaistaleveyden. Sopivimmin voivat erotuskanavan kaistanleveys ja näytteenottotaajuus olla puolet summakanavan kaistanleveydestä ja näytteenottotaajuudesta.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa käytetään BBC:n kehittämää C/D/D2-MAC-satelliittistandardiehdotuksen mukaista ns. NICAM-koodausta. On todettu, että käytettäessä summakanavalle n. 32 kHz:n näytteenottonopeutta ja erotuskanavalle puolta pienempää näytteenottonopeutta voidaan stereoääni siirtää noin 550 kbit/s:n siirtonopeudella. Tämä poikkeaa hyvin vähän Suomen yleisradion tutkimasta ADM:n 512 kbit/s:n siirtonopeudesta ja se on siirrettävissä samalla noin 5,85 MHz:n apukantoaallolla myös 7 MHz:n kanavajaolla. Kuten jo todettiin, on summakanavan (R+L) ja erotuskanavan (R-L) käyttö ennestään tunnettua lähinnä radiolähetyksistä. Kun tätä nyt sovelletaan digitaalimuodossa TV-stereoäänilähetysten yhteydessä esillä olevan keksinnön mukaisesti, samalla käyttäen puolta pienempää näytteenottonopeutta (16 kHz) erotuskanavalle, tarvitaan stereolähetyksen siirtoon vain noin 3/4 alkuperäisestä BBC:n esittämästä 728 kbit/s:n siirtonopeudesta.

Il 5 75702

Kun vastaanotossa matriisilla erotetaan taas kanavat vasempaan ja oikeaan kanavaan, on taajuustoisto jälleen suora 15 kHz:iin asti, edellyttäen, että siirtotie on vaihelineaarinen. Myöskään säröön taikka signaalikohinasuhteeseen keksinnön mukainen järjestelmä ei aiheuta huononemista. Ainoana lievänä haittana (teoreettisesti) on kanavaerottelun puuttuminen taajuusalueella noin 7,5...15 kHz. Toisaalta on tunnettua, että pääosa ihmisen aistimasta stereoefektistä tapahtuu ta-juusalueella 300...7000 Hz. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä taajuusalue, jolla saavutetaan erinomainen kanavaerot-telu, on 0...7 kHz. Tarpeen vaatiessa voitaisiin luonnollisesti tilavaikutusta keinotekoisesti vielä parantaa jonkin verran 7 kHz:n ylimenevillä taajuuksilla, jota varten on olemassa tunnettuja menetelmiä.

Todetaan vielä, että kaksiäänilähetyksessä ei käytetä matri-sointia ja tällöin on käytettävissä yksi 15 kHz:n äänikanava ja yksi 7 kHz:n äänikanava. Nämä vastaavat tällöin koodaukseltaan C/D/D2-MAC-standardiehdotuksen HQ- (high quality) ja MQ- (medium quality) kanavia. HQ-kanava on käyttökelpoinen hyvään äänentoistoon ja MQ hyvään puheentoistoon.

Keksintöä ja sen muita piirteitä selostetaan seuraavassa lähemmin muutaman esimerkin muodossa sekä viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 lohkokaavion muodossa esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitettua kooderia ja lähetintä, kuvio 2 lohkokaavion muodossa esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitettua vastaanotinta ja dekooderia .

Kuviossa 1 tarkoittavat vasemmalla olevat kirjaimet L ja R vasemman ja oikean stereokanavan analogisia äänisignaaleja. Näistä muodostetaan matriisilla 1 kanavien summa R+L ja kanavien erotus R-L. Viitenumero 2 tarkoittaa vaihelineaarista alipäästösuodinta, jonka rajataajuus on fc, ja vastaavasti 6 75702 tarkoittaa viitenumero 3 vaiheiineaarista alipäästösuodinta, jonka rajataajuus on fc/2. fc voi olla esim. n. 15 kHz.

Viitenumerot 4 ja 5 tarkoittavat analogia-digitaalimuuntimia (PCM), joissa summakanavasta vastaavasti erotuskanavasta otetaan näytteitä tietyllä näytteenottotaajuudella fn vastaavasti fn/2. Kuten jo edellä todettiin, voi näytteenottotaajuus fn olla esim. 32 kHz. Viitenumero 6 tarkoittaa ns. rinnakkais-sarjamuunninta, jossa digitoitu signaali muutetaan sopivaan sarjamuotoon johdettavaksi edelleen multiplekseriin 8. Multiplekseri!le 8 annetaan myöskin muu multipleksoitava data 7 (kehysdata, spektrin hajotusdata jne.). Multiplekseriä 8 ohjataan kellotaajuudella fk ja multipleksoitu data 9 siirretään modulaattorille ja lähettimelle 10 siirtonopeudella noin 550 kbit/s.

On huomattava, että informaatioiden R ja L matrisointi sekä digitointi voidaan suorittaa myös päinvastaisessa järjestyksessä, jolloin erotuskanavan kaistanleveyden rajoitus tapahtuu digitaalimuodossa.

Kuviossa 2 on esitetty lähetyksen vastaanottamiseksi soveltuva dekooderi ja vastaanotin. Digitaalinen multipleksoitu äänisignaali vastaanotetaan ja ilmaistaan lohkossa 11. Signaalista regeneroidaan kellotaajuus fk sekä erotetaan summa-ja erotuskanavat toisistaan demultiplekserillä 12. Demuiti-plekseristä tulevat tiedot muutetaan rinnakkaismuotoon sarja-rinnakkaismuuntimilla 14. Lisäksi regeneroidaan näytteenottotaajuus fn lohkossa 32 ja muutetaan summa- ja erotuskanava anaiogiamuotoon digitaalianalogiamuuntimilla 15, jolloin ero-tuskanavassa käytetään puolta näytteenottotaajuutta fn/2.

Viitenumerot 16 ja 17 tarkoittavat vaiheiineaarisia alipääs-tösuotimia, joiden rajataajuudet ovat fc vastaavasti fc/2. Suotimista saadut analogiset summa- ja erotuskanavat matri-soidaan matriisissa 18 sinänsä tunnetulla tavalla oikean ja vasemman stereoäänikanavan ulosottamiseksi.

Il 7 75702

Suotimet 16, 17 poistavat näytteenottotaajuuden sekä sitä suuremmat taajuudet äänisignaalista. Samoin kuin lähetyspuo-lella voi myös vastaanottimessa digitoinnin ja matrisoinnin järjestys olla päinvastainen kuin kuvattu, siis matrisointi tapahtua digitaalimuodossa ennen digitaali-analogiamuunnosta.

Claims (10)

1. Menetelmä stereoääni-TV-lähetyksen suorittamiseksi, jossa lähetyspuolella kahden äänikanavan tietoinformaatiot saatetaan digitaalimuotoon, ja otetaan digitaalinäytteitä tietyllä näytteenottotaajuudella sekä siirretään ne aikamulti-pleksoinnin jälkeen määrätyllä siirtonopeudella vastaanottimille, joissa kanavainformaatiot jälleen erotetaan toisistaan ja muutetaan analogiamuotoon, tunnettu siitä, että lähetys-puolella yhdistetään stereoäänen kanavat sinänsä tunnetulla tavalla oikean ja vasemman kanavan summaksi (R+L) vastaavasti erotukseksi (R-L), että kanavaerotuksesta otetaan näytteitä olennaisesti pienemmällä näytteenottotaajuudella (fn/2) kuin kanavasummasta, että vastaanottopuolella vastaavasti demul-tipleksoinnin jälkeen muutetaan kanavien summa (R+L) sekä erotus (R-L) näytteenottotaajuudella jälleen oikeaksi (R) ja vasemmaksi (L) stereoäänikanavaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että digitaalikoodauksessa käytetään nk. NICAM-koodaus-ta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotussignaalin (R-L) näytteenottotaajuus on puolet summasignaalin näytteenottotaajuudesta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetyspuolella suoritetaan digitointi kanavasum-man (R+L) ja -erotuksen (R-L) muodostamisen jälkeen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitetaan alipäästösuotimella (2, 3) summasignaalin taajuuskaistaa noin 15 kHz:iin ja erotussignaalin taajuuskaistaa noin 7 kHz:iin. Il 9 75702

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetyspuolella multipleksoinnilla yhdistetty summa- ja erotussignaali (9) moduloidaan sekä lähetetään noin 550 kbit/s siirtonopeudella.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanottopuolella suoritetaan demultipleksoinnin jälkeen ensin summa- ja erotuskanavan muuttaminen analogia-muotoon ja sen jälkeen signaalien matrisointi oikean (R) ja vasemman (L) stereoäänikanavan muodostamiseksi.

8. Stereoääni-TV-lähetyksen suorittamiseksi tarkoitettu kooderi, johon kuuluu matriisielimet (1) stereoäänen oikean ja vasemman kanavan summan (R+L) vastaavasti erotuksen (R-L) muodostamiseksi, sekä suodinelimet (2, 3) erotuskanavan kaistanleveyden rajoittamiseksi olennaisesti summakanavan kaistanleveyttä pienemmäksi, tunnettu siitä, että se käsittää näytteenottoelimet (4, 5) digitaalinäytteiden ottamiseksi sunmakanavasta tietyllä näytteenottotaajuudella ja erotuska-navasta olennaisesti pienemmällä näytteenottotaajuudella, rinnakkaissarjamuuntimet (6) summa- ja erotuskanavan digi-taalisignaalien muuttamiseksi sarjamuotoon, ja multiplekserin (8) sarjamuotoon saatettujen digitaalisignaa-lien multipleksoimiseksi ja toimittamiseksi edelleen modulaattorin kautta lähettimeen.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kooderi, tunnettu siitä, että summakanavan näytteenottotaajuus on esim. 32 kHz ja erotuskanavan näytteenottotaajuus on esim. 16 kHz.

10. Vastaanottimen dekooderi stereoääni-TV-lähetyksen vastaanottamiseksi, johon kuuluu matriisielimet (18) summa- ja erotussignaalin (R+L, R-L) matrisoimiseksi stereoäänen oikean ja vasemman kanavan signaaleiksi (R, L), tunnettu yhdistelmästä, joka käsittää ilmaisimen (11) multipleksoitujen sarjamuotoisten digitaali- 10 75702 signaalien sekä kellotaajuuden (fk) ilmaisemiseksi, demultiplekserin (12) ilmaistujen signaalien erottamiseksi toisistaan, sarja/rinnakkaismuuntimet (14) demultipleksoitujen signaalien muuttamiseksi rinnakkaismuotoon, sekä digitaalianalogiamuuntimet (15) ensimmäisen ja toisen kanavan rinnakkaismuotoisen digitaalisignaalin muuttamiseksi analo-giasignaaliksi, jolloin digitaalianalogiamuuntimet (15) sijaitsevat ennen matriisielimiä (18) tai näiden jälkeen.