NO900993L - Fremgangsmaate og innretning for oekning av den vertikale bildeskarphet av et overfoert fjernsynssignal. - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

1. Teknisk område

Oppfinnelsen angår området med overføring av fjernsynssignaler med høy bildeskarphet, og særlig en fremgangsmåte og en innretning forøkning av den vertikale bildeskarphet av et overført fjernsynssignal utenøkning av båndbredden.

2. Bakgrunnsinformasjon

Fjernsynsbilder er en sammenstilling av horisontale linjer, idet hver linje er modulert med et amplitudesignal som representerer bildets luminans- eller krominanskomponent. Disse linjesignaler overføres fortløpende og mottas for fremvisning på en bildeskjerm (katodestrålerør) som danner det opprinnelige bilde. To forskjellige linjestandarder er fremherskende. I Nord-Amerika og Japan er fjernsynsoverføringer basert på 525 horisontale linjer pr. bilde. I Europa, Afrika, Asia og Australia er fjernsynsoverføringer basert på 625 linjer pr. bilde. Jo høyere antall linjer i et bilde, jo større er dets klarhet eller vertikale oppløsning. I den senere tid er teknologi blitt tilgjengelig for å fremvise mange flere fjern-synslinjer, hvilket forbedrer bildekvaliteten da det øker den vertikale bildeskarphet. Det er også tilgjengelig komponenter som tillater en økning i båndbredden av linjesignalene, hvilket forbedrer bildekvaliteten ved å øke den horisontale bildeskarphet. Det eksisterer derfor teknologi som tillater en mye høyere bildekvalitet enn hva som er tilgjengelig ut fra eksisterende standardoverføringer. Denne teknologi er kjent som høy-bildeskarphets-fjernsyn eller HDTV (HDTV = High Definition Television). Spesielt er det blitt foreslått metoder basert på en fremvisning av 1050 linjer, 1125 linjer og 1250 horisontale linjer. Hovedproblemet med disse senere forslag er at det ikke finnes noen økonomisk måte for å innføre slike overføringer. De fjernsynsmottakere som for tiden er i bruk over hele verden, vil motta bare 525- eller 625-linjeoverføringer og er ikke i stand til å fremvise HDTV-overføringer. Den dominerende omkostning ved tilveiebringelse av fjernsynstjeneste, er omkostningen med programskaping, og denne må funderes ved hjelp av for eksempel reklame eller betalings-tv. Sådanne finansieringsmetoder krever eksistens av en stor seerkrets. Under en eventuell oppstartingsfase ved tilveiebringelse av HDTV-tjeneste vil det ikke finnes noen kompatible mottakere og derfor ingen mulighet for gjenvinning av programkostnader. Det er også sannsynlig at prisen på en HDTV-mottaker vil være nedslående høy.

Én måte for å unngå denne vanskelighet er å innføre begrepet med eksisterende, mottakerkompatible HDTV-overføringer som kan omformes til et signal av konvensjonelt format ved benyttelse av en omformer med lav pris. En sådan billig omformer ville tillate fremvisning av HDTV-overføringene på en konvensjonell mottaker, men oppnå konvensjonell bildekvalitet. Denne metode oppmuntrer til en raskere vekst av seerkretsen, da nye abonnenter til tjenesten i begynnelsen ikke ville måtte kjøpe en kostbar HDTV-mottaker, men kunne skaffe seg en billig omformer for sin eksisterende fjernsynsmottaker. Bare de abonnenter som ønsker å oppnå den høyere bildekvalitet som er tilgjengelig ved hjelp av HDTV, ville skaffe seg den mer kostbare HDTV-mottaker.

Flere metoder for utforming av et kompatibelt HDTV-signal er blitt foreslått, alle basert på en HDTV-linjestandard som er et enkelt multiplum av den eksisterende linjestandard. For eksempel i Nord-Amerika, hvor den eksisterende overførings-standard er 525 linjer pr. bilde, vil en foreslått HDTV-standard benytte 1050 linjer (det dobbelte av den konvensjonelle standard). I Europa, hvor den konvensjonelle standard er 625 linjer pr. bilde, er på liknende måte en foreslått HDTV-standard 1250 linjer. Denne enkle sammenheng mellom de konvensjonelle standarder og HDTV-fremvisningsstandarder antyder omkoding (transcoding) mellom de to standarder, for eksempel ved å kassere annenhver linje eller ved å gjeninterpolere manglende linjer. Den foreliggende oppfinnelse og dens bakgrunn vil i hele den foreliggende søknad bli omtalt i forbindelse med den foreslåtte 1050/525-linjers standard som gjelder i Nord-Amerika, idet det er underforstått at begrepene gjelder like godt for de 1250/625-linjers standarder som er foreslått i Europa. Små variasjoner fra de angitte tall er mulige samtidig som den vesentlige egenskap ved den foreliggende oppfinnelse bibeholdes, hvor spesielt annenhver linje desimeres og gjeninterpoleres under omkoding. Flere konstruksjonsvalg er blitt foreslått ved benyttelse av alternativ metodikk.

Én foreslått metode er å overføre et standard fjernsynssignal og et supplerende signal. Således er bare én komponent av det overførte signal direkte kompatibel med konvensjonelle mottakere uten krav om noen omformer. Det supplerende signal kan overføres på en separat kanal eller multiplekses med det første signal, slik at eksisterende mottakere ikke påvirkes av dette. HDTV-mottakere ville motta begge disse signaler og benytte dem til å rekonstruere et bilde med høy skarphet. Ifølge ett sådant forslag består det supplerende signal av et analogt signal som bærer informasjon angående forskjellen mellom de 525 standard, overførte linjer og de mellomkommende 525 linjer som må rekonstrueres. Tilføyelse av differanseinformasjonen til de overførte, kompatible linjer reproduserer de manglende linjer. Det supplerende signal kan overføres i en andre kanal eller på en hjelpebærebølge sammen med det første signal.

Problemet med disse teknikker er at de krever absolutt kompatibilitet, dvs. det første signal må være et i hovedsaken konvensjonelt, sammensatt NTSC-signal (NTSC = National Television Subcommitte) (eller PAL/SECAM i Europa). Disse sammensatte signaler benytter en fargehjelpebærebølge som gir dårlig krominansoppløsning. Fargenjelpebærebølgen er vanskelig å forsterke med henblikk på forbedret krominansskarphet, og innfører betydelig forvrengning av luminanssignalet. Med NTSC-standarden er det meget vanskelig på fyllestgjørende måte å separere luminans og krominans for å danne høykvalitetssignaler som grunnlag for bilder med høy skarphet.

På den annen side er absolutt NTSC-kompatibilitet muligens ikke noe strengt krav. Det er sannsynlig at enhver praktisk HDTV-standard vil inneholde en mulighet for mottaking med betinget tilgang (betalings-tv). Omkastede fjernsynssignaler krever en omkoder eller transkoder for hver mottaker. Derfor kan ethvert signaloverføringsformat benyttes forutsatt at prisen for omkoding til konvensjonelle NTSC-signaler ikke er urimelig høy i en abonnentdekoder. NTSC-signalet ble standar- disert for omtrent 40 år siden og er nå i ferd med å passeres av fremrykkende teknologi. Siden 1980 er det blitt utviklet nye, sammensatte signaler (basert på digital behandling) som tilveiebringer bedre bildekvalitet enn NTSC-standarden og som tilveiebringer et bedre grunnlag for HDTV. Det finnes for eksempel formater som er basert på digital tidskompresjon for multipleksing av luminans- og krominanskomponenter, dvs. signaler basert på multipleksede analoge komponenter eller MAC-signaler (MAC = Multiplexed Analog Components), også kjent som tidsmul-tipleksede komponenter (TMC). Når sådanne signaler overføres i et 525-linjers format (f.eks. 525-linjers MAC), kan omkoding til NTSC i en dekoder oppnås til lav pris.

MAC-signaler benytter ikke en fargehjelpebærebølge til å bære fargeinformasjonen. I stedet benytter de tidskompresjon for å multiplekse luminans- og fargeinformasjon innenfor hver overført fjernsynslinje. Denne teknikk er illustrert på fig. 1. I dekoderen lagres luminans- og krominanskomponentene og dekomprimeres separat for å gi full-linje-luminansen og de fargesignaler som kreves for fremvisning. Dette tillater fullstendig atskillelse mellom komponentene og unngår de kryssinterferenseffekter som er knyttet til NTSC-fargehjel-pebærebølgen. Av denne grunn er de fleste HDTV-forslag blitt basert på tidskompresjonsteknikker.

Når MAC-signalet benytter en 525-linjers struktur, kan det ganske enkelt omkodes til et konvensjonelt NTSC-signal i dekoderen for å opprettholde kompatibilitet med eksisterende mottakere. Dette kan oppnås ved å benytte én eller to billige, på bestilling utførte, integrerte kretser.

De mer oppmuntrende forslag til HDTV starter med et 525-linjers MAC/TMC-signal som ganske enkelt kan omformes til NTSC i en abonnentdekoder og til HDTV med 1050-linjers-komponent ved kilden for overføringen. Det mest vesentlige tekniske spørsmål som gjenstår, angår den teknikk som skal benyttes for å forøke skarpheten, særlig i vertikal retning, samtidig som muligheten for billig dekoding til NTSC opprettholdes.

Én ytterligere metode for oppnåelse av kompatibilitet ville være å overføre alle 1050 linjer. Annenhver linje kunne da kasseres i abonnentdekoderen idet det benyttes et linjelager

(line memory store) for de gjenværende linjer, slik at det etterlates et 525-linjers MAC-signal som er klart for omforming til NTSC. HDTV-mottakere ville fremvise alle 1050 linjer.

Problemet med denne metode er den overdrevne båndbredde som kreves for overføring av et slikt signal. For eksempel, dersom det er nødvendig å fordoble den horisontale båndbredde fra 4 MHz (i NTSC) til 8 MHz (ekvivalent), og i tillegg å fordoble antallet av linjer fra 525 til 1050, øker overførings-båndbredden med en faktor på 4. Dette er ikke noen økonomisk løsning uttrykt ved overføringsomkostninger, på grunn av de overdrevne krav til radiofrekvensspektrum.

Det er blitt foreslått en modifikasjon av denne metode ved hvilken to separate 525-linje-signaler overføres. Et første MAC-signal er tilgjengelig for direkte omforming til NTSC, mens en HDTV-mottaker dekoder begge signaler for å frembringe et 1050-linjers resultat. Selv om denne metode eliminerer behovet for hukommelseslagre i den NTSC-kompatible dekoder (idet denne omkostning overføres til HDTV-mottakeren), går den ikke inn på spørsmålet om det overdrevne krav til radiofrekvensspektrum.

En annen metode som er blitt undersøkt i vidtgående grad, er den mulige forbedring av vertikal bildeskarphet som oppnås ved benyttelse av linjesprangslinjer fra tidligere overførte delbilder for å gjeninterpolere manglende linjer. Idet det henvises til fig. 2, kan et 525-linjers linjesprangssig-nal omformes til et 525-linjers fortløpende signal (fordoble antallet av linjer) ved å benytte linjer fra tidligere delbilder for å gjeninterpolere manglende linjer. Denne teknikk har mulighet for å øke subjektiv, vertikal bildeskarphet med omtrent 50%. Med passende sampelstrukturer har benyttelsen av informasjon fra tidligere delbilder mulighet til å øke bildeskarpheten i både de vertikale og horisontale retninger.

Det finnes to problemer med denne metode, og disse gjelder for alle teknikker som benytter informasjon fra tidligere delbilder. Det første er den faktor at HDTV-mottakeren vil trenge å benytte et delbildelager (kanskje mer enn ett) for å rekonstruere hele HDTV-bildet. Selv om delbildelagre ennå ikke er tilgjengelige til rimelig priser, kan man forutsi at frem stilling i tilstrekkelig volum vil løse dette problem i en overskuelig fremtid. Den andre innvending er mer alvorlig. Interpolasjon av manglende linjer ved benyttelse av informasjon fra tidligere overførte delbilder er effektiv bare for statiske bildeelementer. Det er derfor nødvendig å benytte mer komplekse teknikker for bilder i bevegelse.

To metoder benyttes eksperimentelt for å løse problemet : (i) Detektere bevegelige elementer i scenen, og (i områder med bevegelse) benytte intradelbilde-interpolasjon (fra omgivende linjer av det samme delbilde). (ii) Detektere ikke bare kjensgjerningen med bevegelse, men også bevegelsens størrelse og retning, hvilket tillater interpolasjon fra de behørige segmenter av omgivende delbilder.

Ingen av disse metoder har hittil sørget for en overbevisende demonstrasjon av at fyllestgjørende representasjon av bilder i bevegelse kan oppnås i en dekoder som en HDTV-abon-nent kan anskaffe i overskuelig fremtid.

Én utvikling av ovennevnte teknikk (i) eliminerer behovet for bevegelsesdeteksjon i brukerdekoderen. Denne metode benytter avansert utstyr i senderen for å detektere bevegelse i segmenter av scenen, og signalerer denne informasjon til alle dekodere ved benyttelse av en separat digital kanal (digitalt assistert fjernsyn). Dette arbeid er for tiden i sine tidlige faser. Foreløpige resultater antyder imidlertid at en betydelig datakapasitet kan være nødvendig. For å være levedyktig, må datakrav som er knyttet til denne metode, reduseres til akseptable nivåer uten å øke prisen på og komp-leksiteten av HDTV-dekodere. Det er således klart at det gjenstår et krav om en levedyktig, alternativ løsning på problemet, hvorved båndbredden kan bevares, men HDTV-abonnenten likevel, med enten en konvensjonell fjernsynsmottaker eller en ny HDTV-terminal, kan betjenes på økonomisk måte.

Sammendrag av oppfinnelsen

Problemene med og beslektede problemer med forbedring av HDTV-overføring og -mottaking løses ved hjelp av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse ved å forøke den vertikale skarphet av et MAC-signal ved behandling innenfor et eneste delbilde. Ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte og innretning tilveiebringes et kompatibelt 525-linjers MAC-signal ved hvilket de overførte linjer medfører informasjon om ytterligere linjer som ikke overføres. Den ekstra informasjon medbringes på høye videofrekvenser og blir ikke behandlet av en kostbar omformer for en 525-linjers kompatibel mottaker. Konstruksjonen av en NTSC-kompatibel, billig dekoder som mottar den samme overføring, innebærer ganske enkelt tilveiebringelse av et eneste lavpassfilter for å gjenvinne det 525-linjers signal med konvensjonell, vertikal skarphet og som kan omformes til NTSC til lav pris for fremvisning på en konvensjonell mottaker. Omvendt behandler den omformer som er knyttet til en HDTV-mottaker, den tilføyde høyfrekvensinformasjon for å oppnå forbedret vertikal bildeskarphet for en 1050-linjers fremvisning.

Den foreliggende behandlingsmetode anvendes på et primært kildesignal med 1050 linjer i MAC-format. Den kan anvendes bare på luminanskomponenten, eller anvendes separat på både luminans- og krominanskomponentene. Den foreliggende fremgangsmåte omfatter følgende trinn: Trinn 1. Sample det 1050-linjers kildesignal ved benyttelse av et ortogonalt sampelmønster (fig. 3). Anvende et todimensjonalt, diagonalt filter.

Trinn 2. Utelate vekslende sampler ( annethvert sampel) for å etterlate et ikke-ortogonalt 1050-linjers "terningfemmer"-eller femtalls-sampelmønster ("quincunx" or figure of five sample pattern). Dette mønster understøtter full, vertikal og horisontal oppløsning forutsatt at den diagonale oppløsning er blitt begrenset i trinn 1.

Trinn 3. Summere hver linje med en tilstøtende linje, enten over eller under denne, idet samplene effektivt multiplekses for å reprodusere en ortogonal sampelstruktur med sampelfrekvens fs.

Trinn 4. Kassere annenhver linje slik at det etterlates et 525-linjers signal.

De første fire trinn utføres ved eller nær utsendelses-eller overføringskilden, slik at det for overføring etterlates et samplet 525-linjers signal som er praktisk talt uten for- falskning (aliasing) når det betraktes i det todimensjonale frekvensplan. Med andre ord forekommer gjentakelsesspektra som danner mosaikk med senterfrekvenskomponenter, slik at manglende linjedata kan gjeninterpoleres ut fra høyfrekvens-gjentakel-sesspektrene. Diagonal høyfrekvensinformasjon i gjentakel-ses-spektrumsignalet medbringer foldet energi som representerer den vertikale høyfrekvensinformasjon som eksisterte i det opprinnelige 1050-linjers signal. Effektivt sett er diagonal oppløsning blitt erstattet av vertikal høyfrekvensinformasjon.

Samplene av det 525-linjers utgangssignal fra det todimensjonale diagonalfilter kan gjen-omformes til analog form ved benyttelse av en digital/analog(D/A)-omformer. I det digitale område forut for D/A-omforming eller i det analoge område etter D/A-omformingen realiserer et lavpassfilter en karakteristikk som er skjevsymmetrisk om f s/2 (hvor fs er sampelfrekvensen).

Trinn 5. Anvende det skjevsymmetriske under-Nyquist-filter. Den skjevsymmetriske filtrering bevarer overføringsbåndbredden og tillater gjeninterpolasjon. Det analoge 525-linjers signal som fremkommer, kan overføres og er kompatibelt med hvilken som helst dekoder som er konstruert for å motta et ukomprimert 525-linjers signal av samme format. Ved mottaking blir den foldede energi med høy frekvens ganske enkelt fjernet ved benyttelse av et lavpassfilter for betraktning på et konvensjonelt fjernsynsapparat.

For abonnenter som eier en HDTV-mottaker, regenererer en HDTV-dekoder 1050 linjer for fremvisning ved benyttelse av følgende ytterligere trinn: Trinn 6. Anvende et forhåndssamplende skjevsymmetrisk filter før eller etter A/D-omforming eller sampling. (Bemerk at karakteristikken til dette filter både kan og ikke kan bidra til den skjevsymmetriske karakteristikk i Trinn 5.)

Trinn 7. Sample signalet med frekvensen f s/2 enten i før eller etter Trinn 6.

Trinn 8. Demultiplekse vekslende sampler (annethvert sampel) for å danne to linjer ut fra hver mottatt linje, dvs. annethvert sampel forskyves vertikalt for å danne den manglende linje.

Trinn 9. Benytte en todimensjonal interpolasjon for å erstatte de manglende sampler og å gjenvinne et ortogonalt sampelmønster. Denne interpolator realiserer en diagonal filterkarakteristikk. Ved slutten av Trinn 9 er resultatet et signal med 1050 linjer med øket vertikal bildeskarphet som er klart for fremvisning.

Den tilhørende innretning ifølge den foreliggende oppfinnelse innebærer ganske enkelt i kombinasjon en faselåst sløyfe, en synkroniseringspulsseparator og en tidsinnstil-lingsgenerator for tilførsel av synkroniserings- og taktpulser til forskjellige punkter i kretsen, et lavpassfilter, en A/D-og en D/A-omformer, et todimensjonalt diagonalfilter, koplings-og styrelogikk og et skjevsymmetrisk lavpassfilter for enten koding eller dekoding. Et sjulinjers diagonalfilter foreslås for overføring, mottaking eller mellomliggende basisbånd med kringkastingskvalitetskrav, mens et billig, tre- eller femlinjers diagonalfilter er egnet for realisering i en HDTV-mottaker. Det kreves ingen lagre for fullstendige delbilder, og heller ikke er den foreliggende fremgangsmåte eller innretning på noen måte begrenset til tids-gjeninterpolasjon av bare statiske bilder.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser en grafisk fremstilling av et kjent fjernsynssignal med B-multipleksede analoge komponenter (B-MAC-signal), fig. 2 viser en grafisk fremstilling av et vertikalt signal som funksjon av tiden og viser en tidligere kjent linjesprangsteknikk, fig. 3 viser et flytskjema og en billedlig fremstilling av den foreliggende fjernsynssignal-behandlingsmetode slik den anvendes ved sendingskilden, fig. 4 viser et flytskjema og en billedlig fremstilling av den foreliggende fjernsynssignal-behandlingsmetode slik den anvendes ved HDTV-signalmottaking, fig. 5 viser et skjematisk blokkskjema av en koder ifølge oppfinnelsen, fig. 6 viser et skjematisk blokkskjema av en dekoder ifølge oppfinnelsen, fig. 7 viser et koplingsskjerna av et sjulinjers diagonalfilter av femtende orden, fig. 8a og 8b viser tredimensjonale, grafiske fremstil-linger av den todimensjonale frekvensrespons for filteret på fig. 7, idet fig. 8a viser senterfrekvenskarakteristikken og fig. 8b viser frekvenskarakteristikken innbefattet høyfrek-vens-gjentakelsesspektra ut fra hvilke det 1050-linjers HDTV-signal gjeninterpoleres, og fig. 9a og 9b viser henholdsvis et første fotografi av et bilde med 525 linjer og et andre fotografi av et bilde etter behandling ifølge den foreliggende fremgangsmåte .

Nærmere beskrivelse

Idet det kort henvises til fig. 1, er det der vist en grafisk fremstilling av et B-MAC-videosignal som omfatter data, krominans- og luminanssignaler som er atskilt ved et over-gangsintervall. Det er B-MAC-videoluminanssignalet som som et eksempel er vist behandlet i overensstemmelse med oppfinnelsen, idet B-MAC-signalet foretrekkes for HDTV-tjeneste fremfor det sammensatte NTSC-videosignal. Krominanssignalet eller et annet videosignal kan likeledes behandles i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Det er et 1050-linjers B-MAC Y-inngangssignal som er vist tilveiebrakt som inngangssignal til innretningen på fig. 5 og 6, og som behandles i overensstemmelse med den fremgangsmåte som er vist i f lytskjemaf orm på fig. 3 og 4. Fig. 3 og 5 representerer henholdsvis den fremgangsmåte og den innretning som benyttes ved koding av det 1050-linjers analoge B-MAC-signal på en slik måte at et 525-linjers kodet utgangssignal med foldet høyfrekvens-gjentakelsesspektruminformasjon kan overføres med bevart båndbredde til en mottaker. På tegningene er det ikke vist et enkelt lavpassfilter i en billig HDTV-omformer ved basisbåndvideo for eliminasjon av høyfrekvenskomponentene, slik at et standard 525-linjers, sammensatt NTSC-videosignal tilveiebringes til en konvensjonell mottaker for fremvisning.

Idet det henvises mer spesielt til fig. 3, er det der i flytskjemaform vist fem trinn av den foreliggende fremgangsmåte som typisk vil bli utført ved kringkastings- eller sendingskilden. I en blokk 301 er det vist en billedlig fremstilling av trinn 1, den digitale sampling av det analoge B-MAC-inngangs-videosignal. Det er vist vekslende linjesampler XXXX og 0000 som til sammen utgjør et samplet 1050-linjers videosignal eller et annet HDTV-videosignal med høy oppløsning. Samplingen utføres med Nyquist-hastigheten, for eksempel ca. 28 MHz, særlig 28 636 360 Hz.

Idet det kort henvises til fig. 5, er dette første trinn representert i form av en kretskonstruksjon som omfatter et lavpassf ilter 501 i basisbåndet og som er innrettet for tilveiebringelse av et filtrert, analogt inngangssignal til en analog/digital-omformer 502 som taktstyres med 28 MHz. Takt-puls-inngangssignalet avledes ved å mate det innkommende signal gjennom en synkroniseringsgenerator 503 på kjent måte. Horison-talsynkroniserings-utgangssignalet på omtrent 32 kHz fra en synkroniseringsgenerator 50 tilveiebringes til en faselåst sløyfe 504. Den faselåste sløyfe 504 mates på sin side av en krystallstyrt oscillator 505 som arbeider på Nyquist-hastigheten på ca. 28 MHz. Det låste høyfrekvens-utgangssignal fra den faselåste sløyfe 504 tilføres deretter direkte for å taktstyre for eksempel analog/digital-omformeren 502. Det er også neddelt for å taktstyre med halve Nyquist-hastigheten i en del-på-to-krets 506. Det neddeles ytterligere med 455 i en deler 507 for låsing med det innkommende, horisontale synkroniseringssignal på ca. 32 kHz.

Idet det kort henvises til fig. 3, er det i en blokk 302 billedlig vist anvendelsen av et todimensjonalt diagonalfilter. På fig. 5 er diagonalf ilteret 508 vist tilkoplet til utgangen av A/D-omformeren 502. På utgangen av filteret finnes et diagonalt filtrert signal som mates til et første midlertidig lager eller kladdelager 509 eller til et andre linjelager 510 som reagerer på en bryter 511 som påvirkes av en EKSKLUSIV-ELLER-port 512. Vekslende sampler av vekslende linjer danner en femtalls-eller terningfemmer-struktur som vist på fig. 3 i blokken 305.

Idet det på nytt henvises til fig. 5, omfatter det andre linjelager 510 ved ett tidspunkt en eneste linje av vekslende sampler hvor manglende sampler er blitt kassert. ved et annet tidspunkt er det første linjelager 509 omkoplingsbart forbundet med det andre linjelager 510 slik at de manglende slisser fylles ved hjelp av en tilstøtende, eneste linje av vekslende sampler fra det første linjelager 509. Prosessen forstås mer lettvint ut fra en beskrivelse av fig. 3.

Blokken 303 representerer det 1050-linjers signal etter at det er samplet, men før det filtreres diagonalt. I den diagonale filtreringsprosess kasseres vekslende sampler (annethvert sampel) på vekslende linjer som representert ved blokken 304, slik at den 1050-linjers "terningfemmer"-struktur (quincunx structure) som er vist i blokken 305, etterlates. Mens for eksempel den linje som omfatter sampler O2O2, vil bli ledet til det første linjelager 509, tilføres den vekslende linje som omfatter sampler X-^, til det andre linjelager 510. Når de første og andre linjelagre 509 og 510 er fylt med respektive sampler, skjer en portstyring av det første linjelager 509 for effektivt å tilføye dettes sampler for å fylle tomrommene eller hullene i den tilstøtende linje som er lagret i det andre linjelager 510.

Denne portstyringsprosess er vist i blokken 306 på fig. 3. Resultatet er et 1050-linjers signal som vist i blokken 307 som lagres midlertidig i det andre linjelager 510. Den ene linje av sampler, for eksempel X3O2X3O2, omfatter redundant informasjon for den vekslende, tilstøtende linje av sampler X3O4X3O4, nemlig de vekslende sampeldata X3.

Det neste trinn i prosessen er eliminasjonen av vekslende linjer og følgelig de redundante sampeldata som er representert i en blokk 308 på fig. 3. Det som er igjen i en blokk 309, er et 525-linjers signal som omfatter innflettet eller sammenslått (folded-in) informasjon om de manglende linjer. For eksempel er sampler O2og O4slått sammen til et signal på 525 linjer, men tilveiebringer sampler av de vekslende linjesignaler som er vist i blokken 305.

Idet det henvises til fig. 5, utføres denne kassering av de vekslende linjer ved å portstyre bare hver andre linje ut fra det andre linjelager 510. Et inngangssignal Sampel Ulike/Like tilveiebringes til en EKSKLUSIV-ELLER-port 512. Også et inngangssignal Linje Ulike/Like tilveiebringes både til EKSKLUSIV-ELLER-porten 512 og til en OG-port 513 hvis andre inngangssignal er et 28 MHz taktsignal. Utgangssignalet fra OG-porten 513 trigger portstyringen av linjesampeldata inn i det andre linjelager 510, mens portstyringen ut til D/A-omformeren 514 taktstyres med halve den opprinnelige samplingshastighet eller f s/2. Med andre ord blir en første, komplett linje av sampler, f.eks. X3O2X3O2, ganske enkelt overskrevet av en andre linje av sampler X3O4X3O4i det andre linjelager 510. Denne linje X3O4X3O4er den linje som tillates å utmates som vist i blokken 309 til D/A-omf ormeren 514, også vist på fig. 3 som blokken 310. D/A-omformeren 514 drives med hastigheten f s/2 eller omtrent 14 MHz hvor fs er Nyquist-samplingsfrekvensen.

Det siste trinn av kodingsprosessen for overføring kan inntreffe enten før eller etter digital/analog-omformings-trinnet i blokken 310. Dette siste trinn er anvendelsen av et skjevsymmetrisk lavpassfilter med en passfrekvens på fs/2, som vist i en blokk 311. Dersom det er tilveiebrakt som vist i det analoge område, reduseres filterets konstruksjon til et enkelt RC- eller LC-lavpassfilter. Det er velkjent at et ideelt, analogt lavpassfilter ikke er mulig, men er praktisk oppnåelig i det digitale område. For kringskastingskvalitet anbefales følgelig et digitalt, skjevsymmetrisk lavpassfilter. Med digital nedsampling og gjentatt sampling kan filtreringen være kaskadekoplet uten ytterligere forringelse av det overførte eller mottatte videosignal. Digital filtrering er imidlertid mer kostbar, og følgelig er et analogt lavpassfilter mer hensiktsmessig for praktisk realisering.

I den innretning som er vist på fig. 5, er utgangssignalet fra D/A-omf ormeren 514 vist å være tilført til en bølgekor-rektor 515 for glatting av et samplet og fastholdt, analogt utgangssignal fra D/A-omformeren i overensstemmelse med sin x/x-korreksjon. Det glattede, analoge utgangssignal tilveiebringes deretter til et skjevsymmetrisk lavpassfilter 516 som har f.eks. en 6 dB tapskarakteristikk ved 7 MHz. Dettes utgangssignal er et 525-linjers kodet utgangssignal, liksom utgangssignalet fra blokken 311 som er vist på fig. 3. Utgangssignalet for-beredes deretter for overføring via satellitt, optisk fiber, mikrobølge, radiofrekvens eller annen overføring til en fjernt-liggende ende, og endelig mottaking i en konvensjonell mottaker eller HDTV-mottaker ved hjelp av modulasjons- og multiplek-singsteknikker på kjent måte.

Dekoding skal nå forklares under henvisning til fig.

4 og 6, idet det antas at inngangssignalet til prosessen, et 525-linjers kodet inngangssignal, allerede er blitt demultiplek-set og/eller demodulert dersom dette er hensiktsmessig. Sådan dekoding forbereder det mottatte signal for mottaking på en spesiell 1050-linjers HDTV-mottaker ved gjeninterpolering og gjeninnføring av manglende linjer.

Ifølge fig. 6 blir det mottatte analoge signal lavpassfiltrert, typisk i det analoge område, i et skjevsymmetrisk, analogt lavpassf ilter 601 før det samples i en analog/digital-omf ormer 602. Slik som på fig. 5, avledes synkroni-sering fra det innkommende signal i en synkseparator 603. Det horisontale synkroniseringssignal på ca. 16 kHz låses i en faselåst sløyfe 604 som mates av en krystallstyrt oscillator 605. Oscillatorens 605 utgangsfrekvens på ca. 28 MHz neddeles. På utgangen fra en del-med-to-krets 606 ligger et fs/2-signal på ca. 14 MHz for drift av f.eks. A/D-omformeren 602. På utgangen fra en del-med-910-krets 607 ligger det horisontale synksignal på ca. 16 kHz. De horisontale og vertikale synkroni-seringsutgangssignaler fra synkseparatoren 603 mates til en tidsinnstillingspulsgenerator 617 som taktstyres med 28 MHz for generering av tidsinnstillingspulser til forskjellige deler av dekoderkretsen.

Idet det henvises til flytskjemaet på fig. 4, er det forhåndssamplende, skjevsymmetriske filter 601 representert ved en blokk 401. På grunn av anvendelsen av et analogt, ikke-ideelt filter 601 i HDTV-abonnentens omformer, kan det forekomme en viss forringelse i det mottatte, analoge utgangssignal. Med den forventede, fremtidige reduksjon i konstruksjonsom-kostninger for digitale filtre kan det forutses et digitalt filter for HDTV-abonnentens omformer. Følgelig kan trinn 6 etterfølge trinn 7 eller blokken 402.

I overensstemmelse med posisjonene av digitale omkoplere 611 og 609 med linjesampler på fig. 6, oppnås et mønster med vekselvis tomme linjer som vist i en blokk 403 på fig. 4. Blokken 403 er etterfulgt av en blokk 404 hvor vekslende sampler flyttes til respektive posisjoner i tomme linjer. En ulike/like-sampling i bryteren 611 samler først sammen ulike og like sampler i en linje som vist i blokken 403. I bryteren 609 plasseres de ulike og like sampler i henholdsvis ulike og like linjer, slik at det dannes et "terningf emmer" - eller femtallsmønster av ikke-redundant sampelinformasjon, som vist i

blokken 404.

Utgangssignalet fra den digitale bryter eller omkopler 609 tilveiebringes som et inngangssignal til et todimensjonalt diagonalfilter 608 for gjeninterpolering og gjeninnføring av manglende sampler. Dette er vist på fig. 4 i en blokk 405, og de gjeninterpolerte sampler XXXX, 0000 er vist i en blokk 406. I en D/A-omformer 614 omformes nå det 1050-linjers signal tilbake til analog form for fremvisning, idet omformingsprosessen er vist i flytskjemaet på fig. 4 som en blokk 407. En omformer 615 anvendes på det analoge utgangssignal fra D/A-omformeren 614 i overensstemmelse med en sin x/x-korreksjonsalgoritme. Korrektorens 615 utgangssignal filtreres for å slippe basisbånd 1050-linjers B-MAC-signaler gjennom et lavpassfilter 616 før utgangssignalet omformes for fremvisning på en HDTV-mottaker. Den dekoder som er vist på fig. 6, bygges mest hensiktsmessig i ett med en HDTV-mottaker (ikke vist), eller den kan være en separat enhet avhengig av hvordan HDTV-tjenesten i begynnelsen realiseres.

Fig. 7 viser et blokkskjema av et sjulinjers, todimensjonalt diagonalfilter av femtende orden. Et sådant filter foreslås for konstruksjonen av innretningen ifølge fig. 5 når det tilveiebringes ved kilden for HDTV-kringkastingstjeneste, eller i et mellomliggende punkt for å oppnå HDTV-kringskastingskvalitet. Et tre- eller femlinjers filter har tilstrekkelig kvalitet for realisering i en abonnentomformer som kan omfatte kretsen på fig. 6.

Samplingen av fjernsynsbilder er beskrevet i en avhandling av G.J. Tonge med tittelen "The Sampling of Television Images", en eksperiment- og utviklingsrapport (12/81) fra the British Independent Broadcasting Authority. På fig. 12-17 i denne avhandling er det beskrevet mer økonomisk levedyktige, tre- og femlinjers filtre av passende konstruksjon for en abonnentomformer, enn det sjulinjers filter på fig. 7.

Alle sådanne filtre består av enkeltstående linje-forsinkelseselementer, enkeltstående sampel-forsinkelseselementer, adderere og multiplikatorer for multiplikasjon av spesielt forsinkede sampler med spesielle koeffisienter i kombinasjon avhengig av den ønskede kompleksitet av filteret. Koeffisientene tas fra likninger som avledes fra en generisk nedsamplings-fil-terlikning som er gitt ved den diskrete Fourier-transformasjon: hvor -N^n N2er området av sampelposisjoner, h(n) er impulsres-ponsen og R er den periode som er definert ved det hele tall n. For skjevsymmetrisk filterkonstruksjon som anvendt på filtrene 516 og 601 rundt frekvensen /2R, fås

Den todimensjonale, diskrete Fourier-transf ormas jon for konstruksjon av diagonalfiltrene 508 og 608 er gitt ved:

De forskjellige koeffisienter for et sjulinjers filter av femtende orden er gitt ved den etterfølgende Tabell 1 og anvendes i multiplikatorene som er vist på fig. 7. Verdiene for hver av koeffisientene er gitt ved den etterfølgende Tabell 2

Koeffisientene for tre- og femlinjers filtre er vist i Tonge's avhandling og gjengis her for letthets skyld, idet Tabell 3 tilveiebringer koeffisienter for et trelinjers filter og Tabell 4 for et femlinjers filter.

Fig. 7 viser et detaljert blokkskjema av et sjulinjers filter av femtende orden med et koeffisientarrangement og verdier som vist i henholdsvis Tabell 1 og Tabell 2. Selv om det foreliggende sjulinjers filter krever seks separate linje-forsinkelseselementer 701-706, krever et trelinjers filter bare to og et femlinjers filter fire. Videre, mens tre innledende linjeadderere 707-709 kreves i en sjulinjers implementering, kreves bare to i en femlinjers henholdsvis én i en trelinjers implementering.

Den første og siste forsinkede linje adderes i addereren 707, den andre og nest siste i addereren 708, og så videre inntil den midtre linje dobbeltbehandles. Til sammen finnes fem behandlingslinjer. Fire av behandlingslinjene omfatter respektive, enkeltstående sampelforsinkelseselementer 710-722, 723-736, 737-749 og 750-763. Plasseringen av to enkeltstående sampelforsinkelseselementer sammen i serie i en spesiell linje svarer til en multiplikasjon med en koeffisient med null verdi som vist i Tabell 1, 3 eller 4. De respektive sampler, som er forsinket som vist, adderes i parallelle adderere 764-776 og multipliseres med koeffisienter c(0,0)-c(7,2) i multiplikatorer 778-794.

De diskrete Fouriertransformasjonselementer på utgangene fra de fem behandlingslinjer adderes til hverandre i fem adderertrinn omfattende adderere 795-810. Bare kombinasjoner av to-element-adderere er vist på grunn av at det antas at sådanne elementær-byggeblokker konstrueres mest lettvint i overensstemmelse med VLSI-kretsf abrikasjonsteknikker (VLSI=Very Large Scale Integration). I realiteten blir det foreliggende sjulinjers filter av femtende orden fremstilt av fire sådanne VLSI-anordninger.

Som et eksempel er det blitt fremstilt en koder og en dekoder for praktisering av den foran beskrevne metode på et 525-linjers B-MAC-signal. På utgangen av den som eksempel tjenende koder ble det tilveiebrakt et 262 1/2-linjers signal med sammenslått informasjon (folded information) i høyfrek-vens-gjentakelsesspektra for gjeninterpolasjon av de 262 1/2 manglende linjer. Fig. 9a viser et fotografi av et kildebilde med 525 linjer. Fig. 9b viser et fotografi av et bilde med 525 linjer som er gjeninterpolert ut fra et 262 1/2-linjers signal i overensstemmelse med den foreliggende fremgangsmåte. Dette eksempel viser at den foreliggende fremgangsmåte og innretning kan komme til anvendelse ved tilveiebringelse av tjenester hvor overføringsmediet har begrenset kapasitet, men hvor høy oppløs-ning ønskes, for eksempel bildetelefontjeneste eller teledata-

tjeneste med høy oppløsning via telefonlinjer.

Det er således blitt vist og beskrevet en fremgangsmåte og en innretning forøkning av den vertikale bildeskarphet av et overført fjernsynssignal, slik at signalet kan overføres med lav båndbredde og likevel, ved mottaking, oppnå en bildekvalitet som har to ganger den vertikale oppløsning uten bildeforringelse. Den foreliggende fremgangsmåte og innretning representerer én utførelse og viser ett eksempel på en anvendelse innen HDTV-området og det konvensjonelle kringkastingsområde, og ytterligere andre utførelser og anvendelser med ytterligere andre standard videosignaler vil lettvint kunne utføres av en fagmann på området uten å avvike fra rammen av de etterfølgende krav.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for å muliggjøre en økning av den vertikale bildeskarphet av et overført fjernsynssignal med et forutbestemt antall horisontale linjer, KARAKTERISERT VED at den omfatter de trinn å desimere vekslende linjer av fjernsynssignalet som skal overføres, og å gjeninterpolere ikke-overførte, vekslende linjer ved mottaking, idet desimeringen av vekslende linjer av fjernsynssignalet utføres ved sampling av det fjernsynssignal som skal overføres, med Nyquist-samplingshastigheten, lagring av fjern-synssignallinjesamplene i et linjelager, og filtrering av linjesamplene diagonalt i to dimensjoner, idet annenhver linje kasseres, idet det tilveiebringes et digitalt fjernsynssignal med omtrent halve det forutbestemt antall linjer for overføring.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at filtreringen av samplene diagonalt i to dimensjoner omfatter de trinn å ignorere annethvert sampel i hver linje for å danne et "terningfemmer"- eller femtalls-sampelmønster, og erstatte ignorerte sampler i hver vekslende linje med sampler fra enten den ene eller den andre umiddelbart tilstøtende linje.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at samplingen av fjernsynssignalet omfatter de trinn å omforme signalet med tilnærmet halve det forutbestemte antall linjer til et analogt signal for overføring, og å filtrere det analoge signal rundt en frekvens som er lik halvparten av Nyquist-samplingshastigheten .

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at gjeninterpolasjonen av ikke-overførte, vekslende linjer utføres ved å sample det mottatte fjernsynssignal og interpolere manglende sampler diagonalt i to dimensjoner, idet ikke-over-førte, vekslende linjer som gjenvinnes, tilveiebringer et digitalt fjernsynssignal med det forutbestemte antall av horisontale linjer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at interpoleringen av manglende sampler diagonalt i to dimensjoner omfatter de trinn å demultiplekse vekslende sampler fra hver linje, idet avledning av to sampellinjer med vekslende sampler for hver samplet linje danner et "terningfemmer"- eller fem-talls-mønster av vekslende linjesampler, og å erstatte manglende, vekslende sampler for hver samplet linje ved hjelp av todimensjonal interpolasjon.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at samplingen av det mottatte fjernsynssignal omfatter de trinn å filtrere det mottatte signal om en frekvens som er lik halvparten av Nyquist-samplingshastigheten, og å omforme det mottatte signal til digitale signallinjesampler med omtrent halvparten av det forutbestemte antall av horisontale linjer.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter filtrering av det mottatte fjernsynssignal for å fjerne høyfrekvenskomponenter, for å muliggjøre fremvisning av det filtrerte fjernsynssignal med omtrent halv det forutbestemte antall av horisontale linjer på en konvensjonell fjernsynsmottaker.

8. Innretning for å muliggjøre en økning av den vertikale bildeskarphet av et overført fjernsynssignal med et forutbestemt antall horisontale linjer, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for sampling av et fjernsynssignal som skal overføres, en anordning for diagonal filtrering av fjernsynssig-nalsamplene i to dimensjoner for å danne en femtalls-sampelstruktur, en anordning for lagring av en horisontal linje av sådanne sampler, en anordning for omkopling av samplene og linjene som er lagret i anordningen for lagring av den horisontale linje, og et lavpassfilter som er skjevsymmetrisk om halve frekvensen for sampling av fjernsynssignalene, idet lavpassfilte-rets utgangssignal er et signal som omfatter halve det forutbestemte antall av horisontale linjer som det fjernsynssignal som skal overføres.

9. Innretning ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at den linjelagrende anordning omfatter første og andre linjelageranord- ninger, idet den første linjelageranordning styres av en første logisk kretsanordning for portstyring av linjesampler til den andre linjelageranordning.

10. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at den andre linjelageranordning er taktstyrt med halve samplingshastigheten.

11. Innretning for å muliggjøre en økning av den vertikale bildeskarphet av et overført fjernsynssignal med et forutbestemt antall horisontale linjer, og som omfatter en koder for koding av et videosignal for overføring, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for sampling av det fjernsynssignal som skal overføres, en anordning for diagonal filtrering av fjernsynssig-nalsamplene i to dimensjoner for å danne en femtalls-sampelstruktur, en anordning for lagring av en horisontal linje av sådanne sampler, en anordning for omkopling av samplene og linjene som er lagret i horisontal-linje-lagringsanordningene, og et lavpassfilter som er skjevsymmetrisk om halve frekvensen for sampling av fjernsynssamplene, og en dekoder for dekoding av et videosignal ved mottaking og som omfatter en anordning for sampling av det mottatte videosignal, en anordning for omkopling av videosignalsamplene til et femtalls-sampelmønster som har vekslende, manglende sampler, og i en anordning for gjeninterpolering av manglende sampler fra femtallsmønsteret med vekslende manglende sampler, idet gjeninterpolasjonsanordningens utgangssignal er et signal som omfatter det forutbestemte antall av horisontale linjer.

12. Innretning for å muliggjøre en økning av den vertikale i bildeskarphet av et mottatt fjernsynssignal med et forutbestemt antall horisontale linjer, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for sampling av det mottatte videosignal, en anordning for omkopling av videosignalsamplene for å danne to linjer av vekslende sampler for hver linje av sampler som mottas, og som danner et femtalls-sampelmønster, en anordning for gjeninterpolering av manglende sampler for innføring i femtallsmønsteret, idet resultatet er fullstendige linjer av sampler, og en anordning for behandling av signalene for fremvisning på en fjernsynsmottaker med høy bildeskarphet.