DE3687234T2

DE3687234T2 - Video-uebertragungs-systeme.

Info

Publication number: DE3687234T2
Application number: DE8787900236T
Authority: DE
Inventors: Richard Storey
Original assignee: British Broadcasting Corp
Current assignee: British Broadcasting Corp
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2006-12-24
Also published as: GB8620110D0; DE3687234D1; EP0277141A1; JPH01500789A; EP0277141B1; WO1988001462A1; US4884138A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Videosignals auf einem höheren Zeilenstandard über einen Übertragungskanal für Signale auf einem niedrigeren Standard und Übertragungs- und Empfangsgeräte zur Verwendung in dem Verfahren.
Es sind vielfältige Verfahren zum Übertragen von hochauflösenden Bildern bei reduzierter Bandbreite, jedoch derselben Basiszeilenrate, wie sie für die Quelle und die Darstellung verwendet wird, vorgeschlagen worden. Ein Beispiel dieser Art von System ist das NHK's "MUSE", das vollständig auf 1125 Zeilen arbeitet. Es sind andere Techniken vorgeschlagen worden, die zusätzliches Ortsdetail, jedoch üblicherweise weniger als für HDTV (hochauflösendes Fernsehen) beansprucht wird, in einen Standardkanal wie C-MAC oder D2-MAC packen. Diese Versuche sind jeweils in den folgenden Schriften beschrieben: (1) Ninomaya, Y. et al. 1984. A single Channel HDTV Broadcast System- The Muse. NHK Laboratory Note Nr. 304, und (2) Arragon, J-P. et al. 1986. Transmission d'images de Television a Haut Definition Compatible avec le Standard D2-MAC Paquet. Acta Electronica 27, 1-2. IBA Technical review 21, Nov. 83, mit dem Titel "compatible higher-definition television" offenbart ein System, in dem eine 1250/100/2:1 Quelle auf ein Vertikal/ Zeitvorfilter gegeben wird und auf ein 625/50/2:1 Übertragungssignal herunterkonvertiert wird, und eine bewegungsadaptive Aufwärtskonversion nach der Übertragung erfolgt. Jedoch betrachtet dieses System das Problem der Übertragung eines in der Bandbreite reduzierten höher auflösenden Signals durch einen 625- oder 525-Standardzeilenkanal nicht in einer solchen Weise, daß die Effektivität des Bandbreitereduktionsdecodierers bei der Wiedergabe der Auflösung des bandbreitereduzierten Signals nicht beeinträchtigt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in ihren verschiedenartigen Aspekten in den beiliegenden Ansprüchen definiert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun detaillierter, beispielhalber mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung ist, die die in einem Bandbreitekompressionsfilter im dreidimensionalen Raum für stationäre Bildbereiche (oder sich wohlkorreliert bewegende Bereiche) gelieferte Bandbegrenzung verdeutlicht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 für Bereiche ist, in denen unkorrelierte Bewegung auftritt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung ist, die die Abtaststruktur für eine 4:1-Bandbreitereduktion verdeutlicht;
Fig. 4 eine schematische Darstellung ist, die die darauffolgende Rückordnung der Abtastwerte zur Erzeugung eines Signals zur Übertragung auf einem Standard, beispielsweise einer 625-Zeilenrate, verdeutlicht;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltung ist, die am Übertrager zur Rückordnung oder "Verschiebung" der Abtastwerte unter Verwendung von zwei RAM-Speichern verwendbar ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung ist, die die Abtastwertverschiebung mit der Schaltung aus Fig. 5 auf einer illustrativen Zeile mit nur acht Abtastwerten darstellt;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Abtastwertverschiebungseinrichtung ist, die nur eine RAN-Schaltung verwendet; und
Fig. 8 eine ähnliche schematische Darstellung wie Fig. 6 für die Schaltung der Fig. 6 ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Diese Schrift beschreibt ein Verfahren, das die Übertragung von 1249-Zeilen-HDTV-Auflösungssignalen über einen Übertragungskanal auf einer 625-Zeilenbasis ermöglicht.
Bei der Verwirklichung des Verfahrens ist die erste Operation die Bandbreitereduktion des Signals. Diese Operation kann erfolgen, indem wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, Vorfilter auf stationäre bzw. sich bewegende Bereiche angewandt werden. Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen die Bandbegrenzung, die im dreidimensionalen Raum angewandt wird, der eine horizontale Frequenzachse m in Zyklen pro Bildbreite (c/pw), eine vertikale Frequenzachse n in Zyklen pro Bildhöhe (c/ph) und eine Zeitachse f aufweist, die auf die Teilbildfrequenz bezogen ist. Die Stationärbereichsfilterung wird durch die in Fig. 1 gezeigte oktohedrale Form definiert, die Spitzen auf der halben Strecke entlang der m- und n-Achsen bis zur nächsten Wiederholung und nur ein Viertel der Strecke entlang der f-Achse aufweist. In der durch die kubische Form in Fig. 2 definierten Filtercharakteristik sich bewegender Bereiche schneidet die Filterfläche die m- und n-Achse auf einem Viertel der Strecke, während die f-Achse auf halber Strecke geschnitten wird. Ein Bewegungsdetektor wird dazu benutzt, um die Charakteristik der Fig. 2 in Bewegungsbereichen und die Charakteristik der Fig. 1 in stationären Bereichen anzuwenden.
Ein zusätzlicher Grad hochentwickelter Technologie wird durch Hinzufügung von Bewegungsvektormessung und -kompensation erzielt, wie in unserer Britischen Patentanmeldung 86 17320 (WO 87 05769) und in einem von Thomas, G.a. auf der 128ten SMPTE Technical Conference, 24-29 Oktober 1986, New York, gehaltenen Referat, Vorabdruck Nr. 128-49, erläutert, wobei das aus der Vorfilterung der Fig. 1 gewinnbare Ortsdetail auf sich wohlkorreliert bewegende Bereiche ausgedehnt wird. Der Einsatz von Bewegungsvektorkompensation wird in einem vollausgereiften Bandbreitereduktionssystem hochgradig erstrebenswert sein, da die visuelle Sehschärfe des Auges für verfolgte Bewegung bei den gemeinhin im Fernsehen anfallenden Geschwindigkeiten (von angesetzt einem Maximum von 10 Grad/s) sich nur wenig von ihrem Wert für stationäres Detail unterscheidet.
Der zweite Schritt besteht darin, jedes der vorgefilterten Signale mit einer geringeren Rate rückabzutasten, auf eine Weise, die eine spektrale Überlappung in kritischen Bereichen vermeidet und die die resultierenden Wiederholungsspektren sauber in den zur Verfügung stehenden Raum packt. Eine geeignete Abtaststruktur, in der eine 4:1-Reduktion erzielt wird, indem die Übertragung über vier Teilbilder verstreut wird statt über die üblichen zwei, ist in Fig. 3 gezeigt. Es könnten andere Strukturen verwendet werden. Vor der Rückabtastung oder Unterabtastung treten Abtastwerte auf jedem Bild bei jedem der Punkte auf, die in der oberen linken Ecke in Fig. 3 mit O markiert sind. Jedoch wird in diesem Beispiel eine 4:1- oder 8:1-Reduktion (abhängig davon, ob das 1249-Zeilensignal verschachtelt oder sequentiell ist) durch Übertragen nur der mit den Zahlen 1 bis 4 markierten Abtastwerte gewonnen, und insbesondere indem auf Teilbild 1 nur die mit 1 markierten Abtastwerte übertragen werden usw.. Diese Unterabtastoperation ist in der Tat ähnlich beispielsweise der im oben erwähnten "MUSE"-System verwendeten. Die Unterabtastung ist selbstverständlich dieselbe, ganz gleich ob die Filtercharakteristik der Fig. 1 oder die der Fig. 2 verwendet wird. Man beachte, daß diese Struktur nicht direkt für eine Übertragung in einem 625-Zeilenkanal geeignet ist.
Die Unterabtastung bewirkt Wiederholungen der Frequenzspektren im dreidimensionalen Raum der Fig. 1 und 2. Die Filtercharakteristikformen sind derart, daß bei Wiederholung die Filterdurchlaßbänder, d. h. die von den Formen definierten Volumina, nicht überlappen.
In einem dritten Schritt werden die Abtastwerte zur Übertragung durch eine vertikale Rückpositionierung rückorganisiert. Dieser Zeilenstandard-Umsetzungsvorgang ist in Fig. 4 für die ersten beiden Teilbilder in der Vier-Teilbildsequenz dargestellt. Sämtliche Abtastwerte von den Zeilen 1 und 3 des 1249-Formats, die auf Teilbild 1 übertragen werden, werden nun auf Zeile 1 des 625-Formats übertragen. Die folgenden beiden Teilbilder werden in exakt derselben Weise behandelt. Auf diese Weise kann die zweifache Menge von Abtastwerten in die halbe Anzahl von übertragenen Zeilen gepackt werden, um ein System auf einer 625-Zeilenbasis zu schaffen.
Unter Verwendung dieses Packungschemas kann ein mit einem Bildspeicher ausgerüsteter HDTV-Empfänger die Abtastwerte vor der Interpolation rückpositionieren, um wie zuvor ein hochauflösendes Bild zu erzeugen. Mit anderen Worten kann der HDTV-Empfänger den Positionierungsvorgang der Fig. 4 zur Rückverteilung der Teilbild-1-Abtastwerte zurück auf die Zeilen 1 und 3 des 1249-Zeilenformats rückgängig machen.
Gleichzeitig würde ein konventioneller 625-Zeilenempfänger ohne Zweifel ohne die Notwendigkeit einen Darstellungs- Aufwärtskonvertierer ein erkennbares Bild liefern. Es würde jedoch Aliasing zusätzlich zu dem durch das Bandbreitereduktionssystem allein erzeugten vorliegen. Wir halten es für wahrscheinlich, daß das gesamte Aliasing nicht signifikant schlimmer sein würde als das, das aus der spektralen Faltung in stationären und sich wohlkorreliert bewegenden Bereichen, eingebracht durch die Bandbreitekompression, entsteht.
Fig. 5 zeigt in Form eines schematischen Blockschaltbildes eine Schaltung zur vertikalen Rückpositionierung der Abtastwerte, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Schaltung der Fig. 5 verwendet zwei RAM-Speicher 4, 5 und einen einfachen Adressengenerator.
In Fig. 5 werden geeignete Abtastwerte von zwei aufeinanderfolgenden Eingangszeilen mittels einer Verzögerung 1 einer Länge, die der Zeilenaustastperiode des ankommenden Videosignals entspricht, und eines Selektionsschalters 2 verknüpft, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Diese neu verknüpften Zeilen werden mittels eines Verteilungsschalters 3 alternierend in die RAM-Speicher 4 und 5 eingeschrieben. Wenn in den ersten RAM 4 eingeschrieben wird, wird aus dem zweiten RAM 5 ausgelesen - und umgekehrt. Mittels eines Schalters 6, der gegenphasig zum Schalter 3 arbeitet, werden die geeigneten Ausgangsdaten selektiert.
Ein Zähler 7 erzeugt eine Basisadressensequenz einer Länge 2M, wobei M die Anzahl von Abtastwerten pro Eingangszeile ist. Folglich zählt der Zähler von Null bis 2M-1. Diese Basis- oder Grundsequenz wird zur Adressierung verwendet, welcher RAM auch immer gerade eingeschrieben wird. Die Adressenleitung wird durch Schalter 8 und 9 erzielt. Es ist eine modifizierte Adressenfolge notwendig, um Abtastwerte aus den RAM's mit der geeigneten Rückordnung auszulesen. Diese Folge oder Sequenz wird von einem Addierer 10 und einem Schalter 11 erzeugt. Die monotone Adressensequenz vom Zähler 7 wird durch Bitverschiebung durch zwei dividiert, um einen Zählwert zu ergeben, der für jeden zweiten Abtastwert inkrementiert wird. Nun wird das niedrigstwertige Bit dazu benutzt, den Schalter 11 zu steuern, der dem Addierer 10 eine Null zuführt, wenn das Bit einen niedrigen logischen Wert aufweist, und die Zahl M, wenn es einen hohen logischen Wert aufweist. Auf diese Weise werden alle geraden Adressen halbiert und alle ungeraden Adressen werden halbiert und um M erhöht.
Die Fig. 6 zeigt, daß dies die erforderliche Form der Rückpositionierung oder "Verschiebung" für die Abtastwerte ist. Die Fig. 6 ist rein als Mittel für eine einfache Darstellung in Bezug auf eine Zeilenlänge von nur 8 selektierten Abtastwerten beschrieben worden.
Die Fig. 7 veranschaulicht eine alternative Konfiguration unter Verwendung eines einzigen RAM-Speichers 12 und eines komplexeren Adressengenerators 13. Der RAM-Speicher führt einen Lesevorgang unmittelbar gefolgt von einem Schreibvorgang auf dieselbe Adresse aus, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Es folgt, daß die Adressensequenz für jede sukzessive Ausgangszeile modifiziert werden muß, damit die Ausgangsabtastwerte geeignet verschoben erscheinen. Die Folge der Adressensequenzen wiederholt sich gleichwohl nicht, jedoch ist die Wiederholperiode abhängig von der Anzahl von Abtastwerten pro Ausgangszeile. Aktive Zeilenlängen für die CCIR-Normempfehlung 601 und das MAC-Ubertragungsstandard betragen 720 bzw. 697 Abtastwerte. Eine Ausgangszeilenlänge von 720 Abtastwerten wiederholt sich nach 358 Zeilen und eine Zeilenlänge von 698 Abtastwerten wiederholt sich nach 39 Zeilen (697 weist eine enorm lange Wiederholperiode auf, wahrscheinlich, weil ihre beiden Faktoren 17 und 41 beide Primzahlen sind). Der Adressengenerator wird infolgedessen komplexer als für das vorhergehende Beispiel sein, obwohl es Einsparungen im RAM-Speicher gibt.
Im Decodierer können ähnliche Schaltungen wie in den Figuren 5 oder 7 benutzt werden, wobei die Verzögerung 1 und der Schalter 2 zum Ausgang der Schaltung versetzt werden. Die Kommutation muß angenähert rückgephast werden, in Fig. 5 durch Umkehren der Polarität der Schalter 2, 8 und 9 und in Fig. 7 durch Verwenden eines konversen Adressengenerators.
Zusammenfassend gilt, daß ein Verfahren für die Übertragung eines 4:1 in der Bandbreite reduzierten Fernsehsignals über einen Übertragungskanal auf 625-Zeilbasis vorgeschlagen wird, wobei es eine sich der eines 1429-Zeilenquellenstandarts nähernde Auflösung aufweist. Weder ist die Funktionsleistung eines HDTV-Empfängers durch das erneute Packen der übertragenen Information in Mitleidenschaft gezogen, noch ist die Komplexität des Empfängers signifikant erhöht.
Es sollte ein erkennbares Bild erzeugt werden, wenn einem konventionellen Empfänger direkt das bandbreitenreduzierte Signal zugeführt wird. Es wird jedoch ein Grad an Bewegungsaliasing vorliegen, während der Codierer ein Hochdetail-Ortsfilter der Fig. 1 anwendet. Infolgedessen wird das Aliasing auf stationäre und sich wohlkorreliert bewegende Bereiche beschränkt sein. Es scheint, daß das zusätzliche Aliasing, das durch die Neupackung des Signals zur Übertragung über den 625-Zeilenbasiskanal im Vergleich zu dem bei Nichtverwendung eins geeigneten Nachfilters hervorgerufenen vernachlässigbar ist.
Während die Erfindung für ein 1249-Zeilen-HDTV-Signal und einen Kanal auf 625-Zeilenbasis erläutert wurde, ist zu beachten, daß sie nicht auf derartige numerische Werte beschränkt ist. Auch könnte sie bei Bandbreitreduktion wie einer Aufzeichnung angewandt werden und die Ausdrücke "Übertragung" und "Übertragungskanal" sollten entsprechend ausgelegt werden.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen eines Videosignals, das ein Bild darstellt und auf einer relativ höheren Zeilennorm entsteht, über einen Übertragungskanal, der für Signale auf einer niedrigeren Zeilennorm gedacht ist, in welchem die Bandbreite des Signals höherer Zeilennorm zuerst vom Codierer eines Bandbreitereduktionssystems, der das Videosignal mit zumindest zwei unterschiedlichen Verfahren vorfiltert und ein Signal, das mit einem der Verfahren gefiltert worden ist, entsprechend einer Bewegungsmessung in Bereichen des Bildes selektiert, auf im wesentlichen ein Viertel der Bandbreite des Signals ursprünglicher höherer Zeilennorm reduziert wird, welches Verfahren die Übertragung von Abtastwerten von zwei Zeilen des bandbreitereduzierten Signals höherer Zeilennorm auf einer einzigen Zeile der niedrigeren Zeilennorm umfaßt, wobei die auf einer einzigen Zeile der niedrigeren Zeilennorm übertragenen Abtastwerte sämtlich aus demselben Teilbild des bandbreitereduzierten Signals höherer Zeilennorm ausgewählt sind und die Abtastwerte der zwei Zeilen des bandbreitereduzierten Signals höherer Zeilennorm so gebildet werden, daß sie die Fähigkeit eines Bandbreitereduktions-Decodierers am Empfänger, das übertragene Signal auf die volle aus dem Bandbreitereduktionssystem zur Verfügung stehende Auflösung, das den Bandbreitereduktions-Codierer und -Decodierer umfaßt, aufzulösen, nicht beeinträchtigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem Abtastwerte von zwei Zeilen des bandbreitereduzierten Signals höherer Zeilennorm, die als eine einzige Zeile übertragen werden, durch Vorfilterung und anschließende quincunxiale Rückabtastung auf einer geringeren Rate gewonnen werden, wobei das rückabgetastete Signal über das zweifache der Anzahl von Teilbildern wie das vorgefilterte Signal übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem die Abtastwerte des rückabgetasteten Signals durch Bewegen von Abtastwerten, die auf alternierenden Zeilen eines gegebenen Teilbildes übertragen werden, auf eine einzige Zeile auf niedrigerer Zeilennorm, vertikal rückpositioniert werden.

4. Übertragungsgerät zum Übertragen eines Videosignals, das ein Bild darstellt, aufweisend eine Einrichtung zum Empfang eines Videoeingangssignals auf einer relativ höheren Zeilennorm, einen Bandbreitereduktions-Codierer, der die Bandbreite des Videoeingangssignals auf im wesentlichen ein Viertel der Bandbreite des Eingangssignals reduziert und das Videosignal zumindest mit zwei unterschiedlichen Verfahren vorfiltert und eines der Signale, das mit einem der Verfahren gefiltert ist, entsprechend einer Bewegungsmessung in Bereichen des Bildes selektiert, eine Ausgabeeinrichtung, die einem Übertragungskanal ein Ausgangssignal zuführt, eine Umsetzungseinrichtung (1-13), die ein bandbreitereduziertes Eingangssignal vor Zuführung zu einem Übertragungskanal auf eine niedrigere Zeilennorm umsetzt, indem sie Abtastwerte von zwei Zeilen der höheren Zeilennorm auf eine einzige Zeile der niedrigeren Norm überträgt, wobei die zwei bandbreitereduzierten Zeilen höherer Zeilennorm aus demselben Teilbild genommen werden und die Abtastwerte der zwei bandbreitereduzierten Zeilen höherer Zeilennorm so gebildet werden, daß sie die Fähigkeit eines Bandbreitereduktions-Decodierers am Empfänger, das übertragene Signal auf die volle aus dem Bandbreitereduktionssystem zur Verfügung stehende Auflösung, das den Bandbreitereduktions- Codierer und -Decodierer umfaßt, aufzulösen, nicht beeinträchtigen.

5. Gerät nach Anspruch 4, in welchem auf der niedrigeren Norm die Abtastwerte des Ausgangssignals auf der niedrigeren Zeilennorm abwechselnd aus zwei Eingangszeilen auf höherer Zeilennorm abgeleitet werden.

6. Gerät nach Anspruch 5, in welchem die zwei Eingangszellen aneinandergrenzende Zeilen in einem Teilbild eines verschachtelten Signals sind.

7. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, in welchem die Umsetzungseinrichtung eine RAM Speichereinrichtung (4, 5) und eine Adressierschaltung (1-3) hierfür aufweist.

B. Gerät nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, aufweisend eine Rückabtasteinrichtung zur Rückabtastung der bandbreitereduzierten Signale höherer Zeilennorm.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, in welchem die Rückabtasteinrichtung Einrichtungen zur Übertragung von Abtastwerten des rückabgetasteten Signals über das zweifache der Anzahl von Teilbildern wie das vorgefilterte Signal und eine vertikale Rückpositioniereinrichtung aufweist, die auf alternierenden Zeilen eines gegebenen Teilbildes übertragene Abtastwerte auf eine einzige Zeile auf der niedrigeren Zeilennorm bewegt.

10. Empfangsgerät zum Empfang eines gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 übertragenen Videosignals, aufweisend eine Eingabeeinrichtung zum Empfang des übertragenen Videosignals auf einer relativ niedrigeren Zeilennorm von einem Übertragungskanal, eine Ausgabeeinrichtung, die ein Ausgangssignal zur Darstellung oder weiteren Verarbeitung zuführt und einen Decodierer eines Bandbreitereduktionssystems zum Decodieren von Signalen aufweist, die im Bandbreitereduktions-Codierer aus Anspruch 1 zumindest mit zwei unterschiedlichen Verfahren codiert worden sind, eine Umsetzungseinrichtung, die das Videoeingangssignal auf ein Signal einer höheren Zeilennorm umsetzt und Einrichtungen zur Rückverteilung von Abtastwerten auf eine einzige Zeile des Eingangssignals geringerer Zeilennorm aufweist, um die Abtastwerte für zwei Ausgangszeilen auf einer höheren Zeilennorm zu bilden, wobei jede Zeile der Ausgangsnorm von alternierenden Abtastwerten auf der Eingangsnorm abgeleitet werden und so gebildet werden, daß die Fähigkeit des Bandbreitereduktions-Decodierers, das Ausgangszeilennormsignal auf die volle aus dem Bandbreitereduktionssystem zur Verfügung stehende Auflösung, das den Bandbreitereduktions- Codierer und -Decodierer umfaßt, aufzulösen, nicht beeinträchtigt wird.

11. Gerät nach Anspruch 10, in welchem die zwei Ausgangszeilen aneinandergrenzende Zeilen in einem Teilbild eines verschachtelten Signals sind.

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, in welchem die Umsetzungseinrichtung eine RAM Speichereinrichtung und eine Adressierschaltung hierfür aufweist.

13. Gerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, aufweisend eine Interpolationseinrichtung, die zum Empfang des Ausgangssignals der Umsetzungseinrichtung angeschlossen ist.