KR920001107B1 - 영상신호 전송방식 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

영상신호 전송방식

제1도는 본 발명의 송신계의 1실시예에 대한 블럭도.

제2도는 본 발명에 의한 화면상에 있어서의 샘플링점의 1예를 나타낸 도면.

제3도는 제1도에 도시된 블럭계통에 있어서의 기록영상신호의 각 필드에서의 샘플링점 설명도.

제4도는 본 발명의 수신계의 1실시예를 나타낸 블럭계통도.

제5도는 제4도에 도시된 블럭계통의 입력, 출력의 각 영상신호 스펙트럼의 1예를 나타낸 도면.

제6도는 제4도에 도시된 블럭계통의 요부동작 설명용의 타임챠아트.

제7도는 제4도에 도시된 블럭계통중의 필터특성의 1예를 나타낸 도면.

제8도는 본 발명의 수신계에 있어서의 표시화소(샘플링점)를 설명하는 도면.

제9도는 본 발명의 수신계의 요부에 대한 그 밖의 실시예를 나타낸 블럭계통도.

제10도는 제9도에 도시된 블럭계통의 각 부의 신호주파수 스펙트럼도, 그리고

제11도는 제9도에 도시된 블럭계통의 각 부의 신호변화를 설명하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 영상신호입력단자 3,8 : AD 변환기

4,14 : DA 변환기 6 : VTR

9 : 1H 지연회로 10 : 디지탈 고역필터

11 : 디지탈 저역필터 12,23,27 : 가산회로

13 : 스위치회로 16 : 재생영상신호출력단자

20,31 : 감산회로

본 발명은 영상신호 전송방식에 관한 것으로서, 특히 영상신호를 대역압축하여 전송하는 영상신호 전송방식에 관한 것이다.

영상신호를 소정의신호형태로 변환하여 기록매체나 기타의 전송로를 통하여 전송하는 영상신호 전송방식에 있어서는 고해상도가 최대 관심사로 되어 있다. 이 경우, 현행의 영상기기와의 호환성을 확보하면서 해상도를 높여주는 영상신호 전송방식이 중요해진다.

현행의 텔레비젼방식 규격을 변경하지 않고, 주로 텔레비젼 수상기로 화질을 향상시키는 종래의 전환방식으로서, 디지탈 메모리를 사용하여 필드내 처리, 필드간 처리 혹은 프레임간 처리를 행하여 넌인터레이스(non-interlace) 방식의 텔레비젼 수상기로 외관상의 수직해상도를 올려주는 방식이 알려져 있다. 또, 자기기록재생장치(VTR)는 디지탈 필드 메모리를 사용하여 영상신호필드의 상관관계를 이용한 잡음감소(noise-reduction) 회로에 따라 화질개선을 도모한 것이 알려져 있다. 또한 자기테이프기술, 헤드가공기술, 회로기술의 향상에 따라 기존 가정용 VTR의 피주파수의 변조휘도신호보다도 광대역으로, 한편으로는 반송주파수가 높혀진 피주파수의 변조휘도신호를 기록, 재생하는 고해상도 VTR이 보급되기에 이르렀다. 이 고해상도 VRT에 의하면 전송대역이 5MHz 정도로 전송대역 3MHz 정도의 기존 가정용 VTR에 비하여 재생화상은 고해상도로 된다.

그러나, 상기한 디지탈 텔레비젼이나 넌인터레이스방식 텔레비젼, 잡음감소회로를 가진 VTR은 모두 화상의 고해상도화가 불충분하였다. 특히, 잡음감소회로를 가진 VTR의 경우는 본질적으로 화질을 향상시키는 것이 아니고, 노이즈를 시각적으로 경감토록한 것에 지나지 않는다. 또, 프레임 메모리를 사용하여 프레임의 상관관계를 이용한 것은 신속히 움직이는 동화(動畵)나 프레임의 상관관계가 없는 화상의 화질열화를 피할 수 없었다.

한편, 현행방식의 영상신호의 화질을 본질적으로 개선한 것으로서 상기한 고해상도 VTR이 알려져 있으며, 또 일본방송협회가 제안한 HD(high Definition) 텔레비젼방식(하이비전)도 알려져 있다.

그러나, 고해상도 VTR은 널리 보급되어 있는 기존 가정용 VTR과의 호환성이 없고, 자기테이프도 기존의 것을 사용할 수 없다. 또, 상기 HD 텔레비젼 방식도 현행의 NTSC 방식과는 전혀 다른 새로운 방송방식이고, 현재 일반 가정에 널리 보급되어 있는 텔레비젼 수상기는 수상할 수 없으며 호환성이 없다.

본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창작된 것으로서, 호환성을 확보하면서 고해상도의 화상이 얻어지는 영상신호 전송방식을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 영상신호 전송방식은 송신측에 있어서 최고 주파수 fm의 영상신호를 아래의 식,

fc = (N/M)×fH

(다만, M,N은 양(+)의 정수, N＞M, N/M은 기약분수, fH는 상기 영상신호의 수평주사 주파수)를 만족하는 샘플링주파수 fc(다만, fc는 기존 전송로의 전송최고주파수 2배 이하의 주파수로, fc＞fm)에서 샘플링하여 표본화신호를 생성하고, 상기 표본화신호를 아날로그 영상신호로 변환한 뒤에 상기 기존 전송로에 송출한다. 또, 수신측에 있어서는 기존 전송로를 거쳐 들어온 아날로그 영상신호를 상기 샘플링주파수 fc에서 재표본화 하여 재표본화신호를 생성하고, 이 재표본화신호를 지연회로에 의하여 소정의 수평주사기간 동안 지연하여 얻은 지연 재표본화신호의 고역성분과 상기 지연회로의 입력재표본화신호의 저역성분 등으로 이루어지는 제1합성신호와, 상기 지연회로의 입력재표본화신호를 주기 1/(2fc)로 교호 시계열적으로 합성한 제2합성신호를 생성하고, 이 제2합성신호를 클럭주파수 2fc의 DA 변환기를 통하여 재생영상신호를 얻는다.

영상신호는 라인에 상관관계가 있기 때문에 이 특징을 이용함으로써 샘플링주파수 fc가 영상신호의 최고 주파수 fm의 2배의 주파수 보다 낮아도 그 경우에 생기는 리턴성분은 2라인 이상의 샘플링 보간에 의하여 상쇄된다.

즉, NTSC 방식 칼러영상신호는 주지와 같이 휘도신호의 고주파수영역에 반송색신호가 대역공용 다중화되어 전송되지만, 라인의 상관관계를 이용하여 1H(단, H는 수평주사기간) 지연회로와 그 입출력을 가감산하는 회로 등으로 이루어지는 콤필터(Comb Filter)의 필터를 사용하여 반송색신호가 대역공용 다중화되어 있던 고주파수 영역의 휘도신호성분을 손상시키지 않고 휘도신호와 반송색신호를 분리할 수 있기 때문에 저역필터에 의하여 상기 고주파수 영역의 휘도신호 성분이 포함되지 않은 휘도신호를 NTSC 방식 컬러영상신호로부터 분리 여과하는 방법에 비하여 휘도신호의 고해상도화를 도모할 수 있다.

이는 2라인(수평주사선) 이상에서 시작하여 해상도가 높여진다는 것이기 때문에 1라인 내의 영상정보는 절반으로서 충분하여 진다. 그래서, 수신측에 있어서 재표본화신호를 2라인 이상에서 보간함으로써 광대역영상신호를 대역압축하여 전송할 수 있다.

다만, 이대로는 대역압축된 상기 샘플링주파수 fc의 표본화신호를 전송할 수 있을 뿐이고 화질은 열화하고 있다. 그래서, 본 발명에서는 수신측에서 보간되는 재표본화신호(디지탈신호)를 고역성분만으로 하고 재표본화신호의 저역성분은 현라인의 것을 그대로 사용한다. 이에 따라, 저역성분인 수직해상도를 열화시키지 않고 수평해상도를 향상시킬 수 있고, 또 상기 리턴성분은 라인의 상관관계에 의하여 거의 상쇄되어 화면상에 띄우지 않게 할 수 있다.

본 발명은 이상의 점들을 감안하여 샘플링주파수 fc를 선정하고, 또한 샘플링주파수 fc를 현행방식과의 호환성 점에서 기존 전송로의 전송 최고주파수 2배 이하로 선정한다. 이에 따라, 기존 전송로도 광대역의 영상신호를 대역압축하여 전송할 수 있다.

제1도는 본 발명의 송신계(기록계)의 1실시예에 대한 블럭계통도를 나타낸다. 본 실시예는 VTR에 본 발명을 적용한 예로서, 입력단자(1)에 들어온 광대역의 영상신호는 저역필터(2)에 공급되고, 여기서 후술하는 샘플링주파수 fc 이상의 주파수 성분이 제거된 뒤에 AD 변환기(3)에 공급된다.

AD변환기(3)는 입력영상신호를 샘플링주파수 fc의 샘플링신호로 샘플링하여 표본화신호를 생성한다. 여기에서는 상기 샘플링주파수 fc는 상기 식중의 N=637, M=2인 경우의 5.011363MHz(이하, 편의상 5MHz라 함)로 선정되어 있다.

이 샘플링주파수 5MHz는 현행 NTSC 방식 영상신호의 최고주파수 4.2MHz보다 높은 주파수라는 조건과, 또 후술하는 기존 VTR(6)의 기록재생대역의 최고주파수인 3MHz 정도의 2배의 주파수보다 낮은 주파수라는 조건을 충족시켜 주고 있다.

또, 상기 샘플링주파수 5MHz에 의하여 샘플링된 영상신호의 샘플링점은 화면상에 표시하면 제2도에 모식적으로 나타낸 바와 같이 된다. 제2도로써 이해할 수 있듯이 샘플링점은 제1필드에서는 흰 동그라미, 제2필드에서는 검은 동그라미, 제3필드에서는 흰 사각형, 제4필드에서는 검은 사각형으로 각각 나타낸 위치의 것으로 되고 샘플링점은 각 필드에서 다르며 4 필드(2프레임)로 일순한다.

다시, 제1도로 되돌아가 설명하면, AD변환기(3)로부터 나온 표본화신호는 DA변환기(4)에 공급되고, 여기서 클럭주파수 5MHz에 의거하여 디지탈-아날로그 변환되어 아날로그 영상신호로 되돌려진 뒤에 컷오프 주파수 fc/2(즉, 2.5MHz)의 저역필터(5)에 의하여 샘플링주파수 1/2배 이하의 제5a도에 나타낸 바와 같은 주파수 스펙트럼의 영상신호 성분이 여과되어 VTR(6)의 기록계에 공급된다. 그리고 제5a,b도 중의 사선부분은 리턴성분을 나타낸다.

VTR(6)은 현재 널리 보급되어 있는 기존 가정용 VTR로서, 상기 저역필터(5)로부터의 영상신호를 공지수단으로 종래와 마찬가지로 하여 자기테이프에 기록한다. 이 자기테이프에 기록되는 영상신호는 제2도의 설명에서도 하듯이 제1필드에서는 화면상의 제3a도에 모식적으로 나타낸 샘플링점의 영상신호이고, 제2필드에서는 제3b도에, 제3필드에서는 제3c도에, 또한 제4필드에서는 제3d도에 각각 도식적으로 나타낸 샘플링점의 영상신호이다. 또 그 대역은 2.5MHz이므로 VTR(6)에 의하여 지장없이 기록된다.

이러한 영상신호가 기록되어 있는 기록이 완료된 자기테이프를 기존 VTR(6)로 재생한 경우는 화면상에는 제1필드, 제2필드, 제3필드, 제4필드의 순으로 일순하도록 제3a,b,c도 및 (d)도에 모식적으로 나타낸 4필드 주기의 샘플링점의 화상이 재생표시된다. 따라서, 본 실시예에 의하면 기존 VTR(6)로 기록재생할 수 있고, 그 재생영상신호를 기존 텔레비젼 수상기로 실용상의 지장이 없을 정도의 화질로 표시할 수 있다(즉, 호환재생을 확보할 수 있다).

다음에 본 발명의 수신계(재생계)의 1실시예에 관하여 설명한다. 제4도는 본 발명 방식의 수신계(재생계)의 1실시예에 대한 블럭계통도로서, 상기와 같이 기존 VTR(6)에서 재생된 영상신호는 제5a도에 나타낸 바와 같은 주파수 스펙트럼을 가지고 있으며, 컷 오프 주파수 fc/2(여기서는 2.5MHz)의 저역필터에 의하여 불필요한 고주파성분이 제거된 뒤에 AD변환기(8)에 공급되고, 여기서 샘플링주파수 5MHz로 샘플링되어 재표본화신호로 된다.

이 재표본화신호는 화소데이터로 이루어지는 디지탈신호로서 라인메모리로 구성된 1H 지연회로(9)에 공급된다. 1H 지연회로(9)를 구성하는 라인메모리는 예컨대, K단의 시프트레지스터로 구성되고, 클럭주파수 2fc(여기서는 10MHz)의 클럭에 의거하여 K회 시프트를 행함으로써 1H 지연시간이 부여된 재표본화신호를 출력한다. 여기서, AD변환기(8)의 입력 5MHz 클럭을 제6a도에 나타낸 바와 같이, 혹은 필드 제1라인의 최후화소(aN)의 신호에 이어 같은 필드 제2라인의 최소화소(b1)가 출력된다. 또, 1H 지연회로(9) 내의 초단의 시프트레지스터의 출력데이터는 제6c도에 나타낸 10MHz 클럭에 의거한 동도(d)에 나타낸 바와 같이 된다. 그리고 제6도 중의 (1),(2)는 제1라인, 제2라인을 나타낸다.

1H 지연회로(9)로부터 나온 지연 재표본화신호는 디지탈 고역필터(10)에 공급되고, 여기서 제7도(b)에 나타낸 바와 같은 고역필터 특성이 부여되어 고역성분이 나온다.

또, AD변환기(8)의 출력 재표본화신호는 디지탈 저역필터(11)에 공급되고, 여기서 제7도(a)에 나타낸 바와 같은 저역필터 특성이 부여되어 저역성분이 나온다. 상기 고역성분과 저역성분은 가산회로(12)에 공급되어, 여기서 가산합성되어 제1합성신호로 되어 스위치회로(13)의 단자(13a)에 입력된다.

스위치회로(13)는 주파수 fc(즉, 5MHz)의 스위칭펄스에 의하여 단자(13a)에 입력되는 제1합성신호와 단자(13b)에 입력되는 AD변환기(8)의 출력 재표본화신호를 주기 1/(2fc), 즉 100ns마다 교호적으로 절환출력하여 DA 변환기(14)에 출력한다. 즉, DA변환기(14)에 공급되는 신호는 제1합성신호와 재표본화신호가 100ns마다 교호 시계열적으로 합성된 제2합성신호이고 샘플링주파수가 외관상 2fc(즉, 10MHz)로 되어 있다.

여리서, AD변환기(8)의 출력 재표본화신호를 그대로 DA 변환하여 표시하면, 화면상의 제8a도에 모식적으로 나타낸 바와 같은 필드 제1라인과 제2라인의 각 화소(샘플링점)가 1/(2fc)만큼 빗놓여져 1/fc마다 표시되는 것은 제2도에도 나타낸 바와 같다.

이에 대하여, 상기 제2합성신호를 그대로 DA 변환하여 표시하면, 화면상의 제8b도에 모식적으로 나타낸 바와 같이 상기 제1라인과 제2라인의 각 화소가 1/(2fc)마다 표시된다. 여기서, 제8b도 중의 대시(dash)를 붙인 화소는 상기 제1합성신호에 의한 화소로서, 예컨대 제2라인의 화소 bi´는,

로 나타내어 진다. 위의 식중(1/2)·(bi+1+bi)는 상기 저역성분이고, (1/2)ai-(1/4)·(ai-1+ai+1)이 상기 고역성분이다.

이 제2합성신호는 현 라인의 재표본화신호의 반환성분이 1H 전라인의 상기 고역성분과의 라인의 상관관계에 의하여 거의 상쇄되고, 또 현라인의 저역성분을 그대로 갖는 신호로 된다. 그리고 이 저역성분에는 원래 반환성분이 조금밖에 포함되어 있지 않다.

따라서, 이 제2합성신호가 클럭주파수 2fc(즉, 10MHz)로 동작하는 DA변환기(14)에 의하여 디지탈-아날로그변환된 뒤에 저역필터(15)에 의하여 주파수 fc(즉, 5MHz) 이하의 신호성분만이 여파됨으로써 출력단자(16)에 출력되는 재생 영상신호는 제5b도에 I로 나타낸 바와 같은 주파수 스펙트럼을 가진 광대역의 재생영상신호로 된다. 그리고 제5b도 중의 사선분은 리턴성분인데, 통상의 화상에서는 문제되지 않을 정도의 량이고, 3MHz 정도의 전송대역을 가진 기존 VTR에 비하여 광대역의 재생영상신호가 얻어지므로 수평해상도는 향상되고 있으며, 또 수직해상도는 저역성분을 그냥 사용하기 때문에 열화시키지는 않는다. 더욱이, 프레임에 상관관계 없이 필드내의 상관관계 또는 라인의 상관관계를 이용하고 있기 때문에 동화나 프레임에 상관관계가 없는 영상신호에 대해서도 충분한 고해상도가 얻어진다.

다음에, 본 발명의 요부에 대한 그 밖의 실시예에 관하여 설명한다. 제9도는 본 발명의 수신계(재생계)의 요부에 대한 그 밖의 실시예의 블럭계통도로서, 제4도와 동일 구성부분에는 동일부호를 붙여 그 설명을 생략키로 하겠다. 제9도에 있어서 18,19,21,22,24,25,26,28,29,30,32 및 33는 각각 래치회로로서, 모든 주파수 2fc의 래치펄스로 래치동작을 행한다. AD변환기(8)로부터 나온 제10a도에 나타낸 바와 같은 주파수 스펙트럼을 가지며, 제11a도에 나타낸 바와 같이 변화하는 영상정보를 가진 재표본화신호는 1H 지연회로(9)에서 1H 지연된 뒤에 래치회로(18,19)를 순차적으로 거쳐 감산회로(20)에 공급되고, 여기서 래치회로(18)로부터의 1/(2fc) 전 시간의 재표본화신호와 감산된다. 그리고 제10도중의 사선부분은 리턴성분을 나타낸다.

한편, 상기 입력재표본화신호는 래치회로(21) 및 (22)를 각각 통하여 가산회로(23)에 공급되고, 여기서 래치회로(21)로부터의 1/(2fc) 전 시간의 재표본화신호와 가산된다. 가산회로(23)의 출력신호는 래치회로(24)에 공급되고, 여기서 하위비트 방향으로 1비트분 시프트되어 정보내용이 1/2배 되어 일시 기억된 뒤에 래치회로(25) 및 (26)을 각각 통하여 가산기(27)에 공급된다.

또 한편, 상기 감산회로(20)로부터 나온 신호는 래치회로(28)에 의하여 하위비트 방향으로 1비트분 시프트되어 일시 기억된 뒤에 감산회로(31)에 공급되는 한편, 래치회로(29) 및 (30)을 각각 통하여 감산회로(31)에 공급된다. 이 감산회로(31)의 출력신호는 래치회로(32)에 공급되고, 여기서 하위비트 방향으로 1비트분 시프트되어 1/2배된 데이터를 일시 기억한 뒤에 상기 고역성분으로서 가산회로(27)에서 래치회로(26)의 출력신호와 가산된다. 이 가산회로(27)의 출력신호는 래치회로(33)에서 래치된 뒤에 상기 DA변환기(14)에 출력된다.

이상의 구성에 있어서의 주요한 래치회로(18,21,26,28 및 32)의 데이터 내용의 100ns마다의 변화를 다음표에 정리하여 나타낸다. 다만, 다음 표중의 a1-an AD변환기(8)의 출력재표본화신호의 제1라인의 각 화소, b1-bn은 제2라인의 각 화소값을 나타낸다.

상기 표로써 이해할 수 있듯이 래치회로(26)로부터 가산회로(27)에 출력되는 신호는 제10b도에 나타낸 주파수 스펙트럼과 제11b도에 나타낸 것처럼 변화하는 영상신호 정보를 가진 제1신호와, 제10c도에 나타낸 주파수 스펙트럼과 제11c도에 나타낸 것처럼 변화하는 영상신호를 가진 제2신호(상기 저역성분) 등이 100ns마다 교호(交互) 시계열적으로 합성된 신호이다.

또, 래치회로(32)로부터 가산회로(27)에 출력되는 신호는 제10d도에 나타낸 주파수 스펙트럼과 제11d도에 나타낸 것처럼 변화하는 영상신호를 가진 1H 지연된 상기 고역성분에서 이것이 100ns 간격마다 출력된다.

따라서, 이러한 것들을 가산하여 얻은 래치회로(33)의 출력신호는 제10e도에 나타낸 바와 같은 주파수 스펙트럼을 가짐과 더불어 제11e도에 나타낸 것처럼 변화하는 영상신호를 가진 상기 제2합성신호로 된다. 즉, 이 래치회로(33)의 출력신호는 제4도에 나타낸 스위치회로(13)의 출력신호와 동일하며 제8d도에 나타낸 것처럼 표시된다. 본 실시예에 있어서도 제4도와 마찬가지로 고해상도의 재생영상신호가 얻어진다.

그리고 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것만은 아니다. 3라인, 4라인 등으로 보간(interpolation)토록 할 수도 있고, 또 샘플링주파수도 5MHz에 한정되는 것이 아니고, 영상신호는 하이비젼신호에도 적용할 수 있으며, 디스크등 그 밖의 기록매체에 영상신호를 기록재생하는 장치라든가, 또 한편으로는 유선 혹은 무선에 의하여 영상신호를 전송하는 전송방식에 일반적으로 널리 적용할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존 전송로의 전송대역보다 광대역의 영상신호를 대역 압축하여 전송할 수 있음은 물론이고, 기존 수신계에도 화질의 열화를 초래치 않고 호환재생할 수 있음과 동시에 본 발명의 수신계(재생계)에 의하여 동화나 프레임에 상관관계가 없는 화상에 대해서도 필드내의 상관관계 또는 라인에 상관관계가 있는 한 종래보다 훨씬 높은 수평해상도로, 더 나아가서는 수직해상도의 열화가 없는 고화질의 재생화상을 얻을 수 있는 등의 특징을 가진 것이다.

Claims (1)

1. 송신측에 있어서 최고주파수 fm의 영상신호를 다음의 식,

   fc = (N/M)×fH

   (다만, M,N은 양(+)의 정수, N＞M, N/M은 기약분수, fH는 상기 영상신호의 수평주사 주파수)를 만족하는 샘플링주파수 fc(다만, fc는 기존 전송로의 전송최고주파수 2배 이하의 주파수로, fc＞fm)에서 샘플링하여 표본화신호를 생성하고, 상기 표본화신호를 아날로그영상신호로 변환한 뒤에 상기 기존 전송로에 송출한다. 또, 수신측에 있어서는 기존 전송로를 거쳐 들어온 아날로그영상신호를 상기 샘플링주파수 fc에서 재표본화 하여 재표본화신호를 생성하고, 상기 재표본화신호를 지연회로에 의하여 소정의 수평주사기간 동안 지연하여 얻은 지연재표본화신호의 고역성분과 상기 지연회로의 입력재표본화신호의 저역성분등으로 이루어지는 제1합성신호와, 상기 지연회로의 입력 재표본화신호를 주기 1/(2fc)로 교호(交互) 시계열적으로 합성한 제2합성신호를 생성하고, 상기 제2합성신호를 클럭주파수 2fc의 DA 변환기를 통하여 재생영상신호를 얻는 것을 특징으로 하는 영상신호 전송방식.

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