WO1991011882A1 - Letterbox-farbfernsehsystem mit verwürfelter zusatzinformation - Google Patents

Letterbox-farbfernsehsystem mit verwürfelter zusatzinformation Download PDF

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WO1991011882A1
WO1991011882A1 PCT/EP1991/000100 EP9100100W WO9111882A1 WO 1991011882 A1 WO1991011882 A1 WO 1991011882A1 EP 9100100 W EP9100100 W EP 9100100W WO 9111882 A1 WO9111882 A1 WO 9111882A1
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letterbox
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Hans-Joachim Platte
Martin Plantholt
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Deutsche Thomson-Brandt Gmbh
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N11/00—Colour television systems
    • H04N11/06—Transmission systems characterised by the manner in which the individual colour picture signal components are combined
    • H04N11/12—Transmission systems characterised by the manner in which the individual colour picture signal components are combined using simultaneous signals only
    • H04N11/14—Transmission systems characterised by the manner in which the individual colour picture signal components are combined using simultaneous signals only in which one signal, modulated in phase and amplitude, conveys colour information and a second signal conveys brightness information, e.g. NTSC-system
    • H04N11/16—Transmission systems characterised by the manner in which the individual colour picture signal components are combined using simultaneous signals only in which one signal, modulated in phase and amplitude, conveys colour information and a second signal conveys brightness information, e.g. NTSC-system the chrominance signal alternating in phase, e.g. PAL-system
    • H04N11/167—Transmission systems characterised by the manner in which the individual colour picture signal components are combined using simultaneous signals only in which one signal, modulated in phase and amplitude, conveys colour information and a second signal conveys brightness information, e.g. NTSC-system the chrominance signal alternating in phase, e.g. PAL-system a resolution-increasing signal being multiplexed to the PAL-system signal, e.g. PAL-PLUS-system
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    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/015—High-definition television systems

Definitions

  • the invention relates to a letterbox color television system with scrambled additional information.
  • Improved television receivers will in future display images in 16: 9 format.
  • additional information must be supplied to such 16: 9 receivers for this widescreen transmission.
  • the additional information is used by these recipients e.g. used to increase the vertical, horizontal or temporary resolution of the displayed images or to display the 'side panels' (additional image areas on the left and right edge of the image), but not decoded by today's 4: 3 receivers.
  • Such methods are referred to as 'letterbox' or 'PAL plus' methods and are described, for example, in P 3936179 and P 3840054. It contains the additional information in the zones at the top and bottom of the screen that are already free of images for wide-screen film transmissions. These image zones are black stripes from e.g. 72 lines each.
  • Fig. 1 shows such an image in letterbox format. It consists of the widescreen 10 in the format 16: 9 and the two edge strips 11 and 12 with the additional information.
  • the broad picture 10 has the format 4: 3 together with the two border strips 11 and 12.
  • the additional signal may only have a small amplitude and thus limited dynamics.
  • the total transmission capacity of a channel is the product of bandwidth and usable dynamics.
  • the transmission capacity is five to eight times smaller than when using the full dynamic range (the full modulation area) in the black stripe area.
  • the additional information transmitted in this way shows a visually different reaction to noise superimposed on the transmission than the normal image information. This can e.g. lead to disturbingly visible noise differences between the 4: 3 main picture and the decoded additional picture parts.
  • the object of the invention is to transmit the additional information with a larger dynamic range and in a manner which does not disturb the viewer of a modern 4: 3 television receiver.
  • the encoding or scrambling algorithm can advantageously be selected from a number of different algorithms adapted to the image content, in such a way that in today's 4: 3 receivers only noise-acting image zones without disturbing streak or moiree structure are possible 's yield. The noise character will hardly be perceived as unpleasant (but still acceptable) than today's black stripes.
  • the scrambling can consist of a known two-dimensional scrambling of the pixels in the upper 11 and lower 12 stripes (over every two times 72 lines), which in a 4: 3 receiver without decoding the additional information into an unrecognizable one , a noise approximated image content leads into this edge strip.
  • a further improved noise structure results if the additional information is DPCM or DCT coded.
  • the information about a scrambling method adapted to the respective widescreen content 10 is also transmitted within the vertical blanking interval, for example.
  • the 16: 9 receiver evaluates this information and selects the appropriate decoding algorithm for the additional information it needs. _ ⁇ . -
  • the additional information can also be modulated onto a carrier in n-PSK modulation, where n is an integer greater than one, e.g. four.
  • the ink carrier is advantageously used as the carrier, especially since no chrominance is transmitted in the edge strip regions 11 and 12.
  • This modulation of a carrier also has the advantage that modulation up to the sync pulse floor (21, 22) or even beyond is possible.
  • Known 4 3 receivers namely obtain the synchronizing pulses via a low-pass filter from the composite signal, a high-frequency carrier being suppressed and no additional synchronizing pulses being generated.
  • FIG. 2 A television line is shown with two synchronizing pulses, the pulse floor of which is designated 21 and 22, and with a rear black shoulder 23, with a luminance signal 24, with a level scale 26 and with a color carrier 25 modulated according to the invention.
  • the modulated color carrier 25 is present alone, while in the lines of the widescreen 10 the color carrier 25 is superimposed on the luminance signal 24.
  • the ink carrier lies in the level range 0.15 to 1 V.
  • the ink carrier 25 can advantageously be in the level range 0 to 1 V, because there is no normal image content and no additional synchronizing pulses are generated (see above).
  • the level of the black shoulder can additionally be raised in the direction of the white level. This advantageously reduces the strength of the noise structure in the noise stripes which is reproduced in the known 4: 3 receiver.
  • the color carrier can be modulated in accordance with P 3926388 in order to provide additional horizontal resolution for the 16: 9 receiver.
  • an identification signal is transmitted, which will enable an intermediate generation of 4: 3 receivers, the lines belonging to the two noise stripe areas to recognize and within the receiver circuit, for example to set to black level.

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Abstract

In Letterbox-Farbfernsehsystemen wird Zusatzinformation aus Kompatibilitätsgründen mit deutlich reduzierter Amplitude übertragen. Dadurch reduziert sich aber die Ausnutzung der maximal erreichbaren Kanalkapazität für die Zusatzinformation. Durch Übertragung der Zusatzinformation mit voller Amplitude und durch Verwürfeln bzw. Modulieren der Zusatzinformation zu einer rauschähnlichen Struktur innerhalb der Randbereiche nutzt man die maximal erreichbare Kanalkapazität für die Zusatzinformation bei geringer Störung der Wiedergabe im 4:3-Empfänger. Ein Kennungssignal markiert die Zeilen mit der Zusatzinformation und erlaubt einem verbesserten 4:3-Empfänger, die Zeilen mit der Zusatzinformation schwarz zu tasten.

Description

etterbox-Farbfernsehsystem mit verwürfelter
Zusatzinforma ion
Die Erfindung betrifft ein Letterbox-Farbfernsehsystem mit verwürfelter Zusatzinformation.
Verbesserte Fernsehempfänger werden zukünftig Bilder im For¬ mat 16:9 wiedergeben. In einem mit heutigen Fernsehsystemen kompatiblen Übertragungsstandard muß für diese Breitbildüber¬ tragung Zusatzinformation an solche 16:9-Empfänger geliefert werden. Die Zusatzinformation wird von diesen Empfängern z.B. zur Erhöhung der vertikalen, horizontalen oder tempora¬ len Auflösung der dargestellten Bilder oder zur Darstellung der ' Side Panels" (zusätzliche Bildbereiche am linken und rechten Bildrand) benutzt, aber von heutigen 4:3-Empfängern nicht decodiert.
Solche Verfahren werden als 'Letterbox'- oder 'PAL plus'-Ver¬ fahren bezeichnet und sind beispielsweise in P 3936179 und P 3840054 beschrieben. Darin wird die Zusatzinformation in den heute schon bei Breitwandfilm-Übertragungen bildfreien Zonen am oberen und unteren Bildrand untergebracht. Diese Bildzonen sind schwarze Streifen von z.B. jeweils 72 Zeilen.
Fig. 1 zeigt ein solches Bild im Letterbox-Format. Es be¬ steht aus dem Breitbild 10 im Format 16:9 und den beiden Randstreifen 11 und 12 mit der Zusatzinformation. Das Breit- bild 10 hat zusammen mit den beiden Randstreifen 11 und 12 das Format 4:3.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, daß das Zusatzsi¬ gnal aus Kompatibilitätsgründen nur eine geringe Amplitude und damit eingeschränkte Dynamik haben darf. Nach einem Grundgesetz der Nachrichtentechnik ist die Gesamtübertra¬ gungskapazität eines Kanals das Produkt von Bandbreite und nutzbarer Dynamik. Wird z.B. ein binäres Zusatzsignal im SchwarzStreifenbereich entsprechend den bekannten Lösungen übertragen, ist die Übertragungskapazität um einen Faktor fünf bis acht kleiner als bei Nutzung der vollen Dynamik (des vollen Aussteuerungsbereiches) im Schwarzstreifenbe¬ reich. Außerdem zeigen die so übertragenen Zusatzinformatio¬ nen eine visuell andere Reaktion auf bei der Übertragung überlagertes Rauschen als die normale Bildinformation. Dies kann z.B. zu störend sichtbaren Rauschunterschieden zwischen dem 4:3-Hauptbild und den decodierten Zusatzbildteilen füh¬ ren.
Andererseits wirkt eine vergrößerte Amplitude der Zusatzin¬ formation ohne zusätzliche Maßnahmen bei der Betrachtung des Bildes eines heutigen 4:3-Empfängers störend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusatzinforma¬ tion mit einem größeren Dynamikbereich und in einer den Be¬ trachter eines heutigen 4:3-Fernsehemp ängers wenig stören¬ den Weise zu übertragen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Rückwärtskompatibilitätsbedingung des erfindungsgemäßen Letterbox-Farbfernsehsystems mit heutigen 4:3-Empfängern wird anders realisiert als bisher. Anstatt in dem 4:3-Bild im oberen 11 und unteren 12 Bildbereich von je 72 Zeilen die Bildinformation "schwarz" mit Zusatzinformations-Signalen reduzierter Amplitude (Ultraschwarzmodulation) zu übertra¬ gen, was bei heutigen 4:3-Empfängern in der Praxis zur Dar¬ stellung von schwarzen Streifen führt, soll innerhalb dieser Bereiche ein Zusatzsignal mit normaler oder annähernd norma¬ ler Aussteuerung übertragen werden. Dieses Zusatzsignal ent¬ hält Information für die zusätzliche vertikale, horizontale oder temporale Auflösung für neue 16:9-Fernsehempfänger, wel¬ che durch eine besondere Codierung oder Verwürfelung vor der Übertragung so aufbereitet wurde, daß ihre Darstellung auf einem heutigen 4: 3-Empfänger zu "Rauschstreifen" anstelle der Schwarzstreifen führt.
Der Codier- oder Verwürfelungsalgorithmus kann vorteilhaft bei der Aufnahme angepaßt an den Bildinhalt aus einer Anzahl verschiedener Algorithmen ausgewählt werden, und zwar so, daß sich bei heutigen 4:3-Empfängern möglichst nur rauschar¬ tig wirkende Bildzonen ohne störende Streifen- oder Moiree- Struktu'ren ergeben. Der Rauschcharakter wird kaum als unange¬ nehmer (jedoch immer noch als akzeptabel) empfunden werden als die heutigen Schwarzstreifen.
Im einfachsten Fall kann die Verwürfelung in einem bekannten zweidimensionalen Scrambling der Bildpunkte im oberen 11 und unteren 12 Streifen bestehen (über alle zwei mal 72 Zeilen hinweg), was in einem 4:3-Empfänger ohne Decodierung der Zu¬ satzinformation zu einem nicht mehr erkennbaren, einem Rau¬ schen angenäherten Bildinhalt in diesen Randstreifen führt. Eine weiter verbesserte Rauschstruktur ergibt sich, wenn die Zusatzinformation DPCM- oder DCT-codiert ist. Die Informa¬ tion über ein auf den jeweiligen Breitbildinhalt 10 angepa߬ tes Verwürfelungsverfahren wird z.B. innerhalb der vertika¬ len Austastlücke mitübertragen. Der 16: 9-Empf nger wertet diese Information aus und wählt entsprechend den geeigneten Decodieralgorithmus für die von ihm benötigte Zusatzinforma- _ Δ. -
tion zur Erhöhung der vertikalen, horizontalen oder zeitli¬ chen Auflösung aus.
Die Zusatzinformation kann auch einem Träger in n-PSK-Modula- tion aufmoduliert sein, wobei n eine ganze Zahl größer eins ist, z.B. vier. Vorteilhaft wird als Träger der Farbträger verwendet, zumal in den Randstreifenbereichen 11 und 12 kei¬ ne Chrominanz gesendet wird. Diese Modulation eines Trägers hat außerdem den Vorteil, daß eine Aussteuerung bis zum Syn¬ chronimpulsboden (21, 22) oder sogar darüber hinaus möglich ist. Bekannte 4:3-Empfänger gewinnen nämlich die Synchronim¬ pulse über einen Tiefpass aus dem FBAS-Signal, wobei ein hochfrequenter Träger unterdrückt wird und keine zusätzli¬ chen Synchronimpulse generiert werden.
Dies wird in Fig. 2 verdeutlicht. Es ist eine Fernsehzeile dargestellt mit zwei Synchronimpulsen, deren Impulsboden mit 21 und 22 bezeichnet ist, sowie mit einer hinteren Schwarz- schulter 23, mit einem Luminanzsignal 24, mit einer Pegelska¬ la 26 und mit einem erfindungsgemäß modulierten Farbträger 25. In den beiden Randstreifen 11 und 12 ist z.B. der modu¬ lierte Farbträger 25 alleine vorhanden, während in den Zei¬ len des Breitbilds 10 der Farbträger 25 dem Luminanzsignal 24 überlagert ist. Es ist bekannt, daß der Farbträger im Pe¬ gelbereich 0,15 bis 1 V liegt. Im Bereich der Randstreifen 11 und 12 kann der Farbträger 25 vorteilhaft im Pegelbereich 0 bis 1 V liegen, weil kein normaler Bildinhalt vorliegt und keine zusätzlichen Synchronimpulse generiert werden (s.o.).
In den Bildbereichen 11 und 12, die außerhalb des Bildbe¬ reichs 10 für die 16:9-Norm liegen, kann zusätzlich der Pe¬ gel der Schwarzschulter in Richtung Weißpegel angehoben werden. Dadurch reduziert sich vorteilhaft die im bekannten 4:3-Empfänger wiedergegebene Stärke der Rauschstruktur in den Rauschstreifen. In den Zeilen des Bildbereichs 10 für die 16:9-Norm kann der Farbträger entsprechend P 3926388 moduliert werden, um zu¬ sätzliche horizontale Auflösung für den 16:9-Empfänger be¬ reitzustellen.
Zusätzlich zu der verwürfelten Zusatzinformation in den Zei¬ len der Rauschstreifenbereiche 11 und 12 kann, z.B. eben¬ falls in der vertikalen Austastlücke oder in den Zeilen der Rauschstreifenbereiche (z.B. im Bereich der hinteren Schwarz¬ schulter 23), ein Kennungssignal übertragen werden, welches es einer Zwischengeneration von 4:3-Empfängern ermöglichen wird, die zu den beiden Rauschstreifenbereichen zugehörigen Zeilen zu erkennen und sie innerhalb der Empfängerschaltung z.B. auf Schwarzpegel zu setzen.
Bei einer künftigen Letterbox- bzw. PAL plus-Übertragung von 16:9-Programmen würden sich nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren folgende Bedingungen für verschiedene Empfängertypen ergeben:
- Alte, d.h. heute produzierte 4:3-Empfänger würden statt der altbekannten Schwarzstreifen 11 und 12 die neuen erfindungsgemäßen Rauschstreifen 11 und 12 zeigen,
- einfache neue 4: 3-Empfänger könnten die Rauschstreifen oder alternativ durch Auswertung des KennungsSignals die altbekannten Schwarzstreifen zeigen,
- neue 16: 9-Empfänger decodieren die Zusatzinformation im oberen 11 und unteren 12 Rauschstreifen und nutzen sie zur Darstellung von (formatfüllenden) 16:9-Bildern mit verbes¬ sertem Display-Standard, z.B. 431 Zeilen Proscan (progres¬ sive Wiedergabe bei reduzierter Zeilenzahl, aber höherer vertikaler Auflösung) .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Letterbox-Farbfernsehsystem mit verwürfelter Zusatzin¬ formation zur Übertragung eines Videosignals einer er¬ sten Norm zum Empfang auf einem Empfänger der ersten Norm oder einem bekannten Empfänger einer zweiten Norm, wobei die Zusatzinformation in den Bereichen (11, 12) des Videosignals liegt, die bei der Wiedergabe mit dem Empfänger der zweiten Norm außerhalb des Bildbereichs (10) für die erste Norm liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformation so verwürfelt oder moduliert wird, daß im Empfänger für die zweite Norm in den Bild¬ bereichen (11, 12), die außerhalb des Bildbereichs für die erste Norm liegen, eine gleichförmige Struktur wie¬ dergegeben wird.
2. Letterbox-Farbfernsehsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichförmige Struktur frei von bildsignalähnlichen Luminanz- und/oder Chrominanzwerten ist.
3. Letterbox-Farbfernsehsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwürfelung der Zusatz¬ information zweidimensional durchgeführt wird.
4. Letterbox-Farbfernsehsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwürfelung der Zusatzinformation abhängig vom Bildinhalt (in 10) durchgeführt wird.
5. Letterbox-Farbfernsehsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformation einem Träger in n-PSK-Modula- tion aufmoduliert wird, wobei n ganzzahlig und größer als eins ist.
6. Letterbox-Farbfernsehsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der bekannte Farbträger ist.
7. Letterbox-Farbfernsehsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Zeilen in Bildbereichen (11, 12), die außerhalb des Bildbereichs für die erste Norm liegen, eine Schwarzschulteranhebung durchgeführt wird.
8. Letterbox-Farbfernsehsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennungssignal mitübertragen wird, wenn Bildsi¬ gnale im Letterbox-Format gesendet werden.
9. Letterbox-Farbfernsehsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennungssignal in der vertika¬ len Austastlücke übertragen wird.
10. Letterbox-Farbfernsehsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennungssignal für Zei¬ len in Bildbereichen (11, 12), die außerhalb des Bildbe¬ reichs (10) für die erste Norm liegen, übertragen wird.
11. Letterbox-Farbfernsehsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein verbesserter Empfänger der zweiten Norm mit Hilfe des Kennungssignales die Luminanz- und/oder Chrominanzwerte von Zeilen in den Bildbereichen (11, 12), die außerhalb des Bildbereichs (10) für die erste Norm liegen, bei der Wiedergabe auf einen festgelegten Pegel setzt.
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