DE3702661A1 - Fernsehsystem fuer progressive abtastung - Google Patents
Fernsehsystem fuer progressive abtastungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Fernsehsysteme und betrifft
speziell ein System, in dem ein hochauflösendes
Videosignal in Summen- und Differenzkomponenten codiert
wird, um es in dieser Form an einen Empfänger zu übertragen,
der die Summen- und Differenzkomponenten rekombiniert,
um das Videosignal für die Bildwiedergabe wiederherzustellen.
Die Zeilenstruktur eines im Raster abgetasteten Fernsehbildes
wird mit zunehmender Größe und Helligkeit des Bildes
immer mehr sichtbar. Dieser unerwünschte Effekt läßt
sich dadurch vermeiden, daß man die Anzahl der Abtastzeilen
in jedem Teilbild verdoppelt und die Zeilen nicht in
der üblichen Zeilensprung-Abtastung, sondern in fortlaufender
oder "Progressiv"-Abtastung wiedergibt. Ein Beispiel
für einen progressiv abtastenden Empfänger, worin die hinzugefügten
Zeilen Ebenbilder (Wiederholungen) der ursprünglichen
Abtastzeilen sind, ist in der US-Patentschrift
44 15 931 beschrieben. Bei einer anderen Ausführungsform
eines Empfängers mit Progressivabtastung werden die zusätzlichen
oder "Extra"-Zeilen für die Wiedergabe durch
Interpolation vertikal benachbarter Zeilen des ankommenden
Videosignals erhalten, wie z. B. in der US-Patentschrift
44 00 719 beschrieben.
Die Empfänger nach den vorstehend genannten US-Patentschrift
erfordern keinerlei Änderung existierender
Fernsehrundfunk-Sendenormen. Es wurde jedoch erkannt, daß
bes bei solchen Empfängersystemen gewisse unerwünschte Begleiterscheinungen
oder sogenannte "Artefakte" gibt, die
von der Bildbewegung abhängen und von der Zeilensprung-
Abtastung herrühren, die in den Kameras herkömmlicher
Rundfunkstationen angewandt wird. Beispiele für solche
Artefakte sind Zackenbildung an den Rändern horizontal
bewegter Objekte, Doppelbilder, Umfalteffekte (sogenannte
"Aliase"-Fehler), usw.. Es sind verschiedene Anordnungen
vorgeschlagen worden, welche die zeilensprungbedingten
Bewegungs-Artefakte durch Anwendung progressiver Abtastung
(oder Zeilenwobbelungs-Abtastung) sowohl in der Kamera
als auch in der Wiedergabeeinrichtung des Empfängers vermeiden.
Die Schwierigkeit besteht darin, das in Progressivabtastung
erscheinende Kamerasignal derart zu codieren,
daß es mit existierenden Fernseh-Übertragungskanälen und
mit Standardempfängern (die im Zeilensprung abtasten) kompatibel
ist, wie die nachstehenden Beispiele zeigen sollen.
Als erstes Beispiel sei das NTSC-kompatible System nach
der US-Patentschrift 44 29 327 erwähnt, bei dem eine Technik
der Zeilenwobbelung in einer Kamera angewandt wird,
um für jede abgetastete Zeile zwei Videosignalzeilen zu
erzeugen. Die Zeilen werden addiert, um ein kompatibles
Leuchtdichtesignal zu erzeugen, und subtrahiert, um ein
Differenzsignal zu erhalten, das repräsentativ für Vertikalauflösung
ist. Zur gemeinsamen Übertragung des Differenzsignals
mit dem Summensignal wird das Differenzsignal
in Frequenzverkämmung mit dem Farbartsignal verschachtelt,
und zwar an Stellen, die hochfrequente Vertikalinformation
repräsentieren. Als Alternative ist in der besagten US-
Patentschrift angeregt, das Differenzsignal über einen
gesonderten Sendekanal zu übertragen. Die Summen- und
Differenzsignale werden in einem Empfänger rekombiniert,
um auf einer Bildröhre ein Bild mittels einer Zeilenwobbelung
darzustellen, die mit derjenigen der Kamera
synchronisiert ist.
Ein zweites Beispiel ist das Zeilenwobbelungssystem nach
der US-Patentschrift 45 33 951, bei welchem ein hochauflösendes
(durch Zeilenwobbelung entstandenes) Kamerasignal
tiefpaßgefiltert wird, um ein Signal begrenzter Bandbreite
zu bilden, das kompatibel mit Standardempfängern
für Fernsehrundfunk ist. Durch subtraktives Kombinieren
des hochauflösenden Signals und des Signals begrenzter
Auflösung wird ein Differenzsignal gewonnen. In einem
Empfänger werden das Signal begrenzter Auflösung und das
Differenzsignal miteinander addiert, um wieder das hochauflösende
Signal für die Wiedergabe zu erzeugen. Das
Differenzsignal und seine Adressen werden während des Vertikalaustastintervalls
des begrenzt-auflösenden Signals
an den Empfänger übertragen. Um die Datenrate des Differenzsignals
zu reduzieren, wird die Erzeugung dieser Signals
in Bildbereichen, die Bewegungen von Vollbild zu
Vollbild enthalten, gesperrt.
Ein drittes Beispiel ist schließlich das System nach der
US-Patentschrift 45 23 220, bei dem ein von einer hochauflösenden
Kamera erzeugtes Videosignal in ein Summensignal
und drei Differenzsignale umgewandelt wird. Das
Summensignal stellt den Mittelwert vier einander benachbarter
Bildpunkte des hochauflösenden Signals dar und ist
kompatibel mit Standard-Fernsehempfängern. Die drei Differenzsignale
repräsentieren die vertikale, die diagonale
und die horizontale Auflösung und werden durch Subtraktion
verschiedener Kombinationen der vier Bildpunkte erhalten,
die das kompatible Summensignal ergeben. In der
letzterwähnten US-Patentschrift ist ausgeführt, daß die
Differenzsignale in den Vertikal- oder Horizontal-Austastintervallen
des Summensignals übertragen werden können,
um dann im Empfänger das hochauflösende Signal wieder
zu rekonstruieren.
Bei den vorstehend beschriebenen Systemen ist das Differenzsignal,
das zur Steigerung der Feinheit bzw. des
Detailreichtums des wiedergegebenen Bildes benutzt wird,
eine direkte Funktion der "Besetztheit" des Bildes. Wenn
das zu übertragende Bild beispielsweise wenig Vertikaldetails
hat, dann sind die an Amplitude und Bandbreite zu
stellenden Anforderungen für die Übertragung des Differenzsignals
bescheiden. Wenn jedoch der Gehalt an Vertikaldetails
größer wird, muß mehr Information im "Anreicherungskanal"
übertragen werden, um das Differenzsignal
zu senden. Bei sehr detailreichen Bildern kann das Problem
einer Überlastung des Kanals auftreten.
Es wurde erkannt, daß eine progressiv abtastende Kamera
die Fähigkeit hat, zusätzliche Information (im Vergleich
zu einer im Zeilensprung abtastenden Kanal) zu liefern,
die ausreichen kann, bewegungsbedingte Aliase-Fehler in
einem progressiv abtastenden Bildwiedergabegerät zu eliminieren
und dennoch zu erlauben, daß bewegte Objekte
die volle Vertikalauflösung behalten, so als wären sie
unbewegt. Außerdem dürfte das in Progressivabtastung erscheinende
Signal in einer Weise verarbeitet werden können,
bei der das Problem der Kanalüberlastung im Falle
"besetzter" Bilder vermindert wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum einen ein
Codierer für Progressivabtastung, zu dem eine Signalquelle
zur Lieferung eines ersten Leuchtdichtesignals gehört,
das ein erstes Zeilenabtastformat aufweist und eine Zeilenfrequenz
hat, die größer ist als diejenige einer gegebenen
Rundfunk-Sendenorm. Mit dieser Signalquelle ist
eine Zeitfilteranordnung gekoppelt, um einander entsprechende
Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals
zu addieren und dadurch ein ausgangsseitiges
Summensignal zu erzeugen, und um die besagten entsprechenden
Zeilen der benachbarten Teilbilder zu subtrahieren
und dadurch ein Differenzsignal zu erzeugen. Mit der
Zeitfilteranordnung ist ein unterabtastender, zeitdehnender
Konverter gekoppelt, der jede zweite Zeile sowohl des
Summen- als auch des Differenzsignals auswählt und die
jeweils ausgewählten Zeilen des Summen- und des Differenzsignals
um einen gewählten Faktor dehnt, um ein verarbeitetes,
mit der gegebenen Rundfunk-Sendenorm kompatibles
Summen-Ausgangssignal und ein verarbeitetes Differenz-
Ausgangssignal zu erzeugen. Mit diesem Konverter ist eine
Sende- oder Übertragungseinrichtung gekoppelt, um die Ausgangssignale
zu übertragen.
Gegenstand der Erfindung ist zum anderen auch ein mit
Progressivabtastung arbeitender Empfänger, zu dem eine
Eingangseinrichtung gehört, um eine codierte Videoeingangssignal-
Darstellung zu empfangen und ein erstes Leuchtdichte-
Ausgangssignal zu liefern, das eine Summe einander
entsprechender Zeilen in benachbarten Teilbildern eines
progressiv abgetasteten Bildes darstellt, und ein zweites
Leuchtdichte-Ausgangssignal, das eine Differenz der
besagten entsprechenden Zeilen des progressiv abgetasteten
Bildes darstellt. Der Empfänger enthält eine Filtereinrichtung
zum Trennen des ersten Leuchtdichtesignals in
einen hochfrequenten Teil und einen niedrigfrequenten Teil.
Eine erste Beschleunigungsschaltung verdoppelt die Zeilenfrequenz
des hochfrequenten Teils durch zeitliche Komprimierung
und Verschachtelung von Zeilen augenblicklich empfangener
und vorangehender Teilbilder, um ein Leuchtdichte-
Ausgangssignal mit doppelter Zeilenfrequenz zu liefern.
Eine zweite Beschleunigungsschaltung erzeugt ein mit doppelter
Zeilenfrequenz auftretendes Anreicherungssignal
durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten
Teils des ersten Leuchtdichtesignals mit
dem zweiten Leuchtdichtesignal. Schließlich ist eine Einrichtung
vorgesehen, um die mit doppelter Zeilenfrequenz
auftretenden Leuchtdichte- und Anreicherungssignale zum
Anlegen an eine Bildwiedergabeeinrichtung zu vereinigen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zur Codierung eines in progressiver Abtastung
erscheinenden Signals mit einer Zeilenfrequenz, die größer
ist als die Zeilenfrequenz einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden für einander
entsprechende Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder
Summen- und Differenzsignale gebildet. Von diesen Summen-
und Differenzsignalen werden jeweils abwechselnde Zeilen
ausgewählt und zeitlich gedehnt, um ein mit der Rundfunk-
Sendenorm kompatibles Summensignal und ein entsprechendes
Differenzsignal zu bilden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
der Progressivabtastungs-Codierer eine Signalquelle zur
Lieferung eines ersten Leuchtdichtesignals im Progressivabtastungs-
Format auf, das eine doppelt so hohe Zeilenfrequenz
wie diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm
hat. Eine mit dieser Quelle gekoppelte Zeitfilteranordnung
addiert einander entsprechende Zeilen benachbarter
Teilbilder des Leuchtdichtesignals, um ein Summensignal
zu bilden, ferner subtrahiert sie entsprechende
Zeilen benachbartet Teilbilder, um ein Differenzsignal zu
bilden. Ein unterabtastender, zeitdehnender Konverter,
der mit der Zeitfilteranordnung gekoppelt ist, wählt jede
zweite Zeile sowohl des Summensignals als auch des
Differenzsignals aus und dehnt die ausgewählten Zeilen des
Summen- und des Differenzsignals zeitlich um den Faktor 2,
um verarbeitete Summen- und Differenz-Ausgangssignale zur
Übertragung zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthält ein progressiv abtastender Empfänger eine
Einrichtung zum Trennen des verarbeiteten Summensignals
in einen hochfrequenten Teil und einen niedrigfrequenten
Teil. Eine erste Beschleunigungsschaltung verdoppelt die
Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils und bewirkt eine
zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen
augenblicklich empfangener und vorangehender Teilbilder.
Eine zweite Beschleunigungsschaltung erzeugt ein mit doppelter
Zeilenfrequenz auftretendes Anreicherungssignal
durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten
Teils des Summensignals mit dem Differenzsignal.
Die mit doppelter Zeilenfrequenz auftretenden
Signale der beiden Beschleunigungseinrichtungen werden
kombiniert und an eine Bildwiedergabeeinrichtung gelegt.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche
Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen
sind:
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Fernsehsystems für Progressivabtastung;
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D sind Raum/Zeit-Diagramme
zur Veranschaulichung des Betriebs des Systems nach Fig. 1;
Fig. 3 ist ein ausführliches Blickschaltbild des codierenden
Teils des Systems nach Fig. 1;
Fig. 4A und 4B sind ausführliche Blockschaltbilder
von unterabtastenden (dezimierenden) Zeilensprungkonvertern
zur Verwendung in der codierenden Anordnung nach Fig. 3;
Fig. 4C und 4D sind Blockschaltbilder, welche die
Erzeugung der Umwandlungsfrequenz im System nach Fig. 1
veranschaulichen;
Fig. 5 bis 8 sind ausführliche Blockschaltbilder
von Teilen des codierenden Teils des Systems nach Fig. 1;
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das Modifikationen
des Systems nach Fig. 1 veranschaulicht.
Im System nach Fig. 1 erzeugt ein Codierer 10 für kompatible
Progressivabtastung ein "angereichertes", der
NTSO-Norm entsprechendes Videoausgangssignal S 1, das über
eine einkanalige Übertragungsstrecke 12 auf einen für
Progressivabtastung ausgelegten Empfänger 14 und auf einen
normalen, für Zeilensprung-Abtastung ausgelegten
(NTSC-) Empfänger 16 gekoppelt wird. Der Codierer 10 enthält
eine progressiv abtastende Kamera 20, die Videoausgangssignale
(Y 1, I 1 und Q 1) liefert, die nicht im Zeilensprung
verflochten sind sondern in fortlaufender Abtastung
erscheinen, und zwar mit 525 Zeilen pro Teilbild und 60
Teilbildern pro Sekunde (genau beträgt die Teilbildfrequenz
59,94 Hz). Die Kamera 20 kann, wie es in dem ausführlicheren
Codierer-Schaltbild der Fig. 3 dargestellt
ist, eine herkömmliche RGB-Kamera 22 enthalten, die von
einer Zeitsteuereinheit 25 Ablenksignale mit der normalen
NTSC-Teilbildfrequenz (Vertikalfrequenz FV) und mit
verdoppelter Zeilenfrequenz (doppelte Horizontalfrequenz
2FH) empfängt und die progressiv abgetasteten RGB-Signale
auf eine herkömmliche Matrixschaltung 26 gibt, worin
sie in das YIQ-Format gebracht werden. Das Abtastmuster
der Kamera 20 ist in Fig. 2A dargestellt. Während jedes
Teilbildes (A, B und C) werden 525 Zeilen progressiv
(d. h. in fortlaufender Reihenfolge und nicht im Zeilensprung)
in einer Zeit von 1/60 Sekunden abgetastet. Die
Abtastgeschwindigkeit ist also doppelt so hoch wie bei
der NTSC-Norm, und die Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder
sind nicht im Zeilensprung verschachtelt.
Die übrigen Elemente des Codierers 10 erfüllen die Aufgabe,
das Progressiv-Abtastmuster nach Fig. 2A in ein
kompatibles Zeilensprung-Format zu bringen, das ohne
Artefakte auf dem NTSC-Standardempfänger 16 wiedergegeben
werden kann und dennoch eine Form hat, die es erlaubt,
alle Zeilen der Fig. 2A in der Wiedergabeeinrichtung 18
des Progressiv-Abtastungs-Empfängers 14 zu rekonstruieren.
Ein erster Schritt dieses Codierungsprozesses besteht
darin, die Signale Y 1, I 1 und Q 1 einer Zeitfilterung zu
unterwerfen, was in einem Filter 30 geschieht. Dieses Filter
arbeitet so, daß für jedes der Signale Y 1, I 1 und Q 1
die einander entsprechenden Zeilen benachbarter Teilbilder
miteinander addiert werden, um drei Summen-Ausgangssignale
Y 2, I 2 und Q 2 zu erhalten. Ferner subtrahiert
das Filter 30 einander entsprechende Zeilen benachbarter
Teilbilder des Leuchtdichtesignals Y 1, um ein Differenzsignal
M 1 zu erhalten, das repräsentativ für Bewegungen
im Bild ist. Ausgedrückt durch die Signalbezeichnungen
der Fig. 2A setzt sich das Signal Y 2 zusammen aus den
Summen A 1 + B 1, A 2 + B 2, A 3 + B 3. . . usw. über das ganze Teilbild,
und das Signal M 1 besteht aus den Differenzen A 1 - B 1,
A 2 - B 2, A 3 - B 3 . . . usw. . Die Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform
des Filters 30. Die Signale Y 1, I 1 und Q 1
werden in zugehörigen Verzögerungselementen 31 bis 33 um
jeweils eine Teilbildperiode verzögert (525 Zeilen oder
1/60 Sekunden), und die so verzögerten Signale werden dann
in zugehörigen Addieren 34 bis 36 mit ihren unverzögerten
Versionen addiert, um die Summensignale Y 2, I 2 und Q 2 zu
bilden. Das Differenzsignal ("Bewegungssignal" M 1) wird
durch eine Subtrahierschaltung 37 erzeugt, die mit dem Eingang
und mit dem Ausgang des Verzögerungselementes 31 verbunden
ist.
Der nächste Schritt des Codierungsprozesses besteht darin,
jedes der vom Filter 30 gelieferten Summen- und Differenzsignale
einer Unterabtastung und Zeitdehnung zu unterwerfen,
um die in den Fig. 2B und 2C gezeigten Abtastmuster
für die Summen- und Differenzsignale zu erzeugen.
Diese Funktion übernimmt ein Konverter 40, der jede zweite
Zeile eines jeden der Summen- und Differenzsignale auswählt
und die jeweils gewählten Zeilen zeitlich um den
Faktor 2 dehnt, um die verarbeiteten Summen-Ausgangssignale
Y 3, I 3, Q 3 und das verarbeitete Differenz-Ausgangssignal
M 2 zu liefern.
Der Konverter 40 enthält vier getrennte (einander gleiche)
Konverter 41 bis 44 (Fig. 3), deren jeder so augebildet
sein kann, wie es in Fig. 4A oder 4B gezeigt ist. In der
Ausführungsform nach Fig. 4A wird das Eingangssignal (das
jeweils zugeordnete Exemplar der Signale Y 2, I 2, Q 2 und
M 1) vom Eingang 402 an den beweglichen Arm eines Vierpositionen-
Wählschalters 404 gelegt, der mit der Zeilenfrequenz
der Kamera 20 weitergeschaltet wird, also mit
dem Doppelten (2 FH) der NTSC-Zeilenfrequenz. Die Signale
am ersten und am dritten Pol der Schalters 404 werden
in jeweils einen zugeordneten Einzeilen-Speicher (1H-Speicher)
406 bzw. 408 eingespeichert, und zwar mit einer
Schreibtaktfrequenz, die z. B. das 8-fache des Farbhilfsträgers
des verwendeten Systems (also 8 F sc ) beträgt und
von einem Schreib/Lese-Taktgeber 410 geliefert wird. Da
zwei Pole des Schalters 404 nicht angeschlossen sind,
wird nur jede zweite Zeile der Summen- bzw. der Differenzsignale
gespeichert. Die gespeicherten Zeilen werden abwechselnd
über einen mit Zeilenfrequenz (FH) betriebenen
Schalter 412 ausgelesen. Jede gespeicherte Zeile wird
während der Auslesung um den Faktor 2 zeitlich gedehnt,
indem man eine Lesetaktfrequenz verwendet, die halb so
hoch wie die Schreibtaktfrequenz ist, im vorliegenden
Fall also gleich 4 F sc . Das Überspringen von Zeilen durch
den Schalter 404 bewirkt also das Zeilensprung-Format der
Signale (Fig. 2B und 2C), und der Unterschied der Lesetaktfrequenz
gegenüber der Schreibtaktfrequenz bewirkt die
zeitliche Dehnung der ausgewählten Zeilen (von 31,75 Mikrosekunden
in der Kamera 20 auf 63,5 Mikrosekunden gemäß
der NTSC-Norm). Die Anordnung nach Fig. 4B ist in funktioneller
Hinsicht gleich mit derjenigen nach Fig. 4A, sie
benutzt jedoch einen mit Zeilenfrequenz betätigten Zweipositionen-
Schalter 404 A und arbeitet mit Zweizeilen-Speicherung
(2H-Speicher). In diesem Fall werden jeweils zwei
Zeilen auf einmal mit dem 8-F sc -Schreibtakt gespeichert,
jedoch wird jeweils nur eine Zeile ausgelesen, weil die
Lesetaktfrequenz halb so hoch wie die Schreibtaktfrequenz
ist. Dadurch wird jede zweite Zeile fallengelassen, und
die wiedergewonnenen Zeilen erscheinen um den Faktor 2
zeitlich gedehnt.
Nach ihrer Verarbeitung im Konverter 40 haben die Signale
Y 3, I 3 und Q 3 Zeilensprung-Format und erscheinen mit den
Zeilen- und Teilbildfrequenzen der NTSC-Norm, so daß sie
voll kompatibel mit dem Empfänger 16 sind. Es kann vorteilhaft
sein, das Signal Y 3 einer Zeitfilterung im 1-3-
MHz-Bereich zu unterwerfen, um gegenseitige Störungen mit
dem Anreicherungssignal E minimal zu halten, das später
in diesen Bereich umgesetzt wird. Die genannten Signale
werden auf einen NTSC-Prozessor 50 gegeben, der ein NTSC-
Signalgemisch erzeugt, das in einem Addierer 55 mit dem
(noch zu beschreibenden) Anreicherungssignal E kombiniert
und dann auf einen herkömmlichen Sender 56 gegeben wird,
um es über die Strecke 12 an die Empfänger 14 und 16 zu
übertragen. Der Prozessor 50 kann, wie es in Fig. 3 gezeigt
ist, durch einen herkömmlichen Farbartmodulator
51 und einen Addierer 52 verzögert das NTSC-Signalgemisch um 525
Zeilen (ein Vollbild), um die Verarbeitungs-Laufzeiten
des Anreicherungssignals auszugleichen.
Das Anreicherungssignal E wird von einem Codierer 60 geliefert,
der das in Zeilensprung-Format gebrachte Bewegungssignal
M 2, das charakteristisch für Bildbewegungen
von Teilbild zu Teilbild ist, in einen mittleren Bereich
(1-3 MHz) des Leuchtdichte-Frequenzbandes derart umsetzt,
daß es sich mit dem Videosignalgemisch nicht stört. Einzelheiten
des Codierers 60 sind in Fig. 3 dargestellt.
Der Codierer enthält ein Tiefpaßfilter 61, das die Bandbreite
des Bewegungssignals M 2 auf 1 MHz begrenzt. Das
so gefilterte Signal erfährt dann eine Kammfilterung mittels
eines Vollbild-Verzögerungselementes (525 Zeilen Verzögerung)
62, eines Addierers 63 und einer Subtrahierschaltung
64. Die Ausgangssignale M 4 und M 5 des Addierers bzw.
der Subtrahierschaltung werden in Multiplizierschaltungen
65 und 66 mit jeweils einer zugeordneten Umwandlungsfrequenz
F 2 bzw. F 1 multipliziert, und die resultierenden
Produktsignale M 6 und M 7 werden in einem Addierer 67 kombiniert,
um das Anreicherungssignal E zu bilden.
Aus den Fig. 2B und 2C ist erkennbar, daß man die Signale
Y 3 und M 3 nicht einfach addieren kann, denn die Hälfte
der Terme würde sich dann auslöschen. Der Codierer 60
setzt das Signal M 2 in den 1-3-MHz-Bereich des Leuchtdichtebandes
um, was durch Quadratur-Amplitudenmodulationen
(QAM) unter Verwendung speziell ausgewählter Umwandlungsfrequenzen
F 1 und F 2 geschieht. Die Quadraturmodulation
wird gewählt, um das 1 MHz breite Signal M 4
und das 1 MHz breite Signal M 5 gleichzeitig in den 1-3-
MHz-Bereich umsetzen. Da die Signale M 4 und M 5 bei
nicht vorhandener Bildbewegung gleich Null sind und weil
das QAM-Signal eine Modulation mit unterdrücktem Träger
ist, besteht keine Gefahr einer Störung bei unbewegten
bildern. Die Tiefpaßfilterung des Signals M 2 auf 1 MHz
vor der Quadraturmodulation soll sicherstellen, daß die
Modulationsbandbreite nicht bis unter 1 MHz oder bis über
3 MHz reicht; hiermit wird die Möglichkeit eines störenden
Einflusses auf niedrigfrequente Leuchtdichtekomponenten
verhindert und die Störung von Farbartkomponenten minimal
gehalten. Wie noch erläutert werden wird, ist es
die Wahl der Umwandlungsfrequenzen, wodurch Störungen der
Leuchtdichte und Farbart im mittleren Bandbereich minimiert
werden.
Das tiefpaßgefilterte Bewegungssignal M 3 hat nicht die
geeignete Form, um es direkt einer Quadraturmodulation
zuführen zu können. Es ist notwendig, daß das Signal M 2
in zwei Komponenten zerteilt wird. Diese Funktion übernimmt
das Vollbild-Kammfilter, das aus den Elementen 62
bis 64 besteht und das tiefpaßgefilterte Bewegungssignal
in spektral verkämmte Tiefpaß- und Hochpaßkompontenten
M 4 und M 5 trennt. Mit den so erhaltenen beiden Komponenten
des Signals M 3 führen die Elemente 65 bis 67 die Quadraturmodulation
und die Vereinigung der Komponenten durch,
um das Anreicherungssignal E zu erhalten. Um Störungen
der Modulationsspektren zu vermeiden, wird dafür gesorgt,
daß die Phase der Umwandlungsfrequenz F 2 von Vollbild zu
Vollbild wechselt (d. h. mit der Frequenz FV/2).
Im einzelnen können die Umwandlungsfrequenzen F 1 und F 2
entweder ungeradzahlige oder geradzahlige Vielfache der
halben Zeilenfrequenz sein, sie müssen jedoch einen vollbildfrequenten
Offset aufweisen. Die Fig. 4C und 4D
zeigen spezielle Ausführungsbeispiele von Einrichtungen
zur Erzeugung der Umwandlungsfrequenz, einmal als geradzahliges
Vielfaches und einmal als ungeradzahliges Vielfaches
der halben Zeilenfrequenz. In der Fig. 4C multipliziert
eine phasensynchronisierte Schleife (PLL) 450,
welche die Elemente 451 bis 455 umfaßt, die Farbhilfsträgerfrequenz
F sc mit 3/5 und erzeugt damit eine Umwandlungsfrequenz
F 1′, die gleich einem ungeradzahligen Vielfachen
der halben Zeilenfrequenz ist (273 FH/2). Da die
I-Komponente des Farbartsignals Spektren hat, die sich in
den 2-3-Mhz-Bereich erstrecken und dort bei ungeradzahligen
Vielfachen von FH/2 liegen, wird ein mit FH/2 betätigter
Phaseninverter 456 verwendet, um die Phase von
F 1 in jeder zweiten Zeile umzukehren und dadurch eine
mögliche Störung der breitbandigen I-Farbartkomponente
zu vermeiden. Das Umwandlungssignal F 2 wird erhalten, indem
das Signal F 1 in einer Verzögerungseinheit 457 um
90° verzögert wird. Da ein FV/2-Offset notwendig ist, um
eine Störung der F 2-Spektren zu verhindern, ist ein Phaseninverter
458 vorgesehen, der die Phase des Signals F 2
mit Vollbildfrequenz (FV/2) umkehrt. Beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4D sind die Umwandlungssignale geradzahlige
Vielfache von FH/2, nämlich 260 FH/2. Eine aus den
Elementen 461 bis 465 gebildete phasensynchronisierte
Schleife 460 multipliziert den Farbhilfsträger F sc mit
4/7, um das Umwandlungssignal F 1 zu erzeugen. Da dies
kein ungeradzahliges Vielfaches von FH/2 ist, braucht der
Phaseninverter 456 hier nicht vorgesehen zu sein, um Störungen
des Farbartsignals (I) zu vermeiden. Das Signal F 2
wird wie im Falle der Fig. 4C erhalten, indem die Phase
des Signals F 1 verschoben und mit Vollbildfrequenz (FV/2)
gewechselt wird.
Der für Progressivabtastung ausgelegte Empfänger 14 (Fig. 1)
enthält eine Schaltungsanordnung zum Trennen des Anreicherungssignals
E vom kompatiblen Eingangssignal S 1
und zur Wiederherstellung geeigneten Form für die Darstellung
auf der Wiedergabeeinrichtung 18. Ein Tuner 70 setzt das
HF-Signal S 1 in dessen Basisband-Form S 2 um. Ein Filter
80 trennt die NTSC- und die Anreicherungskomponenten (E-
Komponente) voneinander. Ein Decoder 90 decodiert das E-
Signal, um das Bewegungssignal M 2 wiederzugewinnen. Die
NTSC-Komponente wird an eine Leuchtdichte Farbart-Trennschaltung
100 gelegt, welche die Farbartkomponente C auf
einen Demodulator 110 und die Leuchtdichtekomponente
(Y 3) auf zwei Filter gibt, nämlich ein Tiefpaßfilter 130
und ein Hochpaßfilter 140 mit jeweils der Grenzfrequenz
1 MHz. Der Demodulator 110 liefert die Farbartsignalkomponenten
I 3 und Q 3 an eine Beschleunigungsschaltung 140,
welche die Zeilenfrequenz dieser Komponenten verdoppelt,
indem sie jede Zeile wiederholt, um mit doppelter Zeilenfrequenz
auftretende Farbartkomponenten I 4 und Q 4 auf eine
Matrixschaltung 150 zu geben. (Statt der Zeilenwiederholung
kann auch eine Interpolation angewandt werden.) Das hochpaßgefilterte
Leuchtdichtesignal (Y 4) wird an eine Beschleunigungsschaltung
160 gelegt, die ein Leuchtdichtesignal
Y 6 doppelter Zeilenfrequenz erzeugt, indem sie Zeilen
augenblicklich erscheinender und Zeilen zuvor empfangener
Teilbilder des Signals Y 4 komprimiert und verschachtelt.
Das tiefpaßgefilterte Leuchtdichtesignal Y 5 (A + B)
wird gemeinsam mit dem decodierten Bewegungssignal M 2 (A - B)
an eine Matrix- und Beschleunigungsschaltung 170 gelegt,
die ein Anreicherungssignal Y 7 doppelter Zeilenfrequenz
erzeugt, indem sie den niedrigfrequenten Teil des Leuchtdichtesignals
Y 3 mit dem wiedergewonnenen Bewegungssignal
(Differenzsignal) M 2 matriziert und zeitlich komprimiert.
Ein Addierer 180 kombiniert die Leuchtdichtesignale
Y 6 und Y 7 und legt die Summe Y 8 an die Matrixschaltung
150, die dann ihrerseits RGB-Signale im Progressivabtastungs-
Format an die Wiedergabeeinrichtung 18 liefert.
Die Fig. 2D veranschaulicht den Betrieb der Matrix- und
Beschleunigungsschaltung 170 für die Wiederherstellung
z. B. des Teilbildes "B" des Kamerasignals. Die Zeile B 1
wird erzeugt durch zeitliche Komprimierung und Matrizierung
des niedrigfrequenten Teils des Leuchtdichtesignals
Y 5 und des Bewegungssignals M 2. Im einzelnen ist für die
Zeile 1 des Teilbildes B das Signal Y 7 gleich A 1 + B 1des
vorangehenden Teilbildes minus A 1 - B 1 des vorangegangenen
Teilbildes. Alle ungeradzahligen Zeilen werden auf diese
Weise wiedergewonnen (z. B. B 3 = (A 3 + B 3) - (A 3 - B 3), usw.),
Die geradzahligen Zeilen werden durch Addition von Zeilen
des augenblicklichen (laufenden) Teilbildes wiedergewonnen
(B 2 = (B 2 + C 2) + (B 2 -C 2), usw.). Auf diese Weise werden
alle Zeilen des Original-Teilbildes "B" wiedergewonnen.
Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Filters 80 und des Decoders
90. Das angereicherte Signal wird an der Klemme
502 zugeführt und von dort an ein 1-3-MHz-Bandpaßfilter
504 gelegt. Das Ausgangssignal dieses Filters wird in
einer Subtrahierschaltung 506 von seinem Eingangssignal
subtrahiert, um im Ausgangssignal der Subtrahierschaltung
einen unterdrückten Frequenzbereich ("Kerbe") von 1 bis
3 MHz herzustellen, wie in der Figur gezeigt. Ein auf
Vollbildbasis arbeitendes Kammfilter 508, 509, 510 trennt
die Signale Y 3 und E vom gefilterten Signal. Das kammgefilterte
Signal Y 3 wird in einem Addierer 511 mit dem
Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 506 addiert, um
das Leuchtdichte-Summensignal wiederherzustellen. Das
Subtraktions-Ausgangssignal (am Ausgang von 510) des
Vollbild-Kammfilters 508-510 wird im Decoder 90 demoduliert,
um das Bewegungssignal M 2 zu erhalten. Der Decoder
90 enthält einen Oszillator 92, der Umwandlungssignale
F 1 und F 2 erzeugt, wie sie weiter oben beschrieben
wurden. Das Signal E wird in Multiplizierschaltungen 94
und 96 mit F 1 bzw. F 2 multipliziert, und die resultierenden
Produktsignale werden in einer Addierschaltung 98 miteinander
addiert, um das Bewegungssignal M 2 wiederzugewinnen.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen Einzelheiten der Beschleunigungsschaltungen
140, 160 und 170. In der Schaltung
nach Fig. 6 werden die Signale I 3 und Q 3 mit Hilfe von
Schaltern 606-609 in zugeordnete Speicher (602-605) mit
einer Schreibtaktgeschwindigkeit von z. B. 4 F sc eingespeichert
und dann jeweils zweimal mit einer Lesetaktfrequenz
von 8 F sc wieder ausgelesen. So erfährt sowohl das I- als
auch das Q-Signal eine Verdoppelung der Zeilenfrequenz
durch Wiederholung jeder Zeile. In der Schaltung nach
Fig. 7 wird die Zeilenfrequenz des hochfrequenten Leuchtdichtesignals
Y 4 verdoppelt. Hierzu wird das Signal Y 4
in einer Einheit 702 um ein Teilbild verzögert. Ein Schalter
710 gibt das verzögerte und das unverzögerte Signal
Y 4 in jeweils einen Speicher 703 bzw. 704, während ein
Schalter 712 die vorher in den Speichern 705 und 706 gespeicherten
verzögerten und unverzögerten Zeilen nacheinander
mit dem Doppelten der Schreibtaktfrequenz ausliest.
So wird jede Zeile des Signals Q 4 zeitlich komprimiert
und mit Zeilen des vorangegangenen Teilbildes
verschachtelt. In der Schaltung nach Fig. 8 addiert ein
Addierer 802 das Leuchtdichtesignal Y 5 und das Bewegungssignal
M 2 miteinander, und eine Subtrahierschaltung 804
subtrahiert diese Signale voneinander. Das Differenzsignal
wird in einer Einheit 806 um eine Teilbildperiode verzögert.
Das um ein Teilbild verzögerte Differenzsignal
und das nicht-verzögerte Summensignal werden zeitlich
komprimiert und miteinander verschachtelt, indem ein
Schalter 808 diese Signale parallel in Speicher 810-813
leitet. Während ein Schalter 820 die gespeicherten Signale
sequentiell mit dem Doppelten der Schreibtaktfrequenz
ausliest.
Das System nach Fig. 1 kann in der in Fig. 9 gezeigten
Weise modifiziert werden, um das Anreicherungssignal E
und Zusatzdaten über eine gesonderte Übertragungsstrecke
12′ an den Empfänger 14 zu senden. Im modifizierten System
nach Fig. 9 sind der Decoder 60, der Addierer 55,
das Filter 80 und der Decoder 90 fortgelassen. Das kompatible
NTSC-Signal S 1 wird direkt auf einen Sender 56
gegeben, um es über einen ersten Weg 12 (Kanal 1) an den
Tuner 70 zu senden, der das kompatible Basisbandsignal
(Summensignal) wiedergewinnt, um es direkt an die Y/C-
Trennschaltung 100 zu legen. Das Anreicherungssignal E
enthält das Bewegungssignal M 2, das in einer Vereinigungsschaltung
902 mit Zusatzdaten aus einer Zusatzdatenquelle
904 kombiniert worden ist. Dieses Anreicherungssignal
E wird über einen zweiten Sender 56′ und die Übertragungsstrecke
12′( Kanal 2) an den Empfänger 14 gesendet. Die
Zusatzdaten können digitale Tonsignale, Videosignale für
die Randbereiche von Breitbildern oder andere geeignete
Daten umfassen. Im Empfänger ist ein zweiter Tuner 70′
vorgesehen, um das gesendete Anreicherungssignal in das
Basisband umzusetzen, und eine Zusatzdaten-Trennschaltung
930, welche die Bewegungskomponente M 2 und die Zusatzdaten
trennt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entfällt
durch die Verwendung getrennter Kanäle die Notwendigkeit,
das Bewegungssignal M 2 wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 zu codieren. Zwar sind zwei Kanäle erforderlich,
jedoch bringt der zweite Kanal auch Kapazität für Toninformation
und zusätzliche Erweiterungen des Videosignals
(z. B. für das Breitbild-Fernsehen). Das über den Kanal 1
gesendete Signal ist wie im Falle der Fig. 1 voll kompatibel
mit üblichen gegenwärtigen Empfängern.
Claims (11)
1. Codierer für ein progressiv abtastendes Fernsehsystem,
mit einer Signalquelle zur Lieferung eines ersten
Leuchtdichtesignals, das ein gegebenes Format der Zeilenabtastung
hat und eine Zeilenfrequenz aufweist, die
größer ist als diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm,
gekennzeichnet durch:
eine Zeitfilteranordnung (30), die mit der Signalquelle (20) gekoppelt ist, um einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals (Y 1) zur Bildung eines Summen-Ausgangssignals (Y 2) zu addieren und um die entsprechenden Zeilen der benachbarten Teilbilder zur Bildung eines Differenzsignals (M 1) zu subtrahieren;
einen unterabtastenden und zeitdehnenden Konverter (40), der mit der Filteranordnung (30) gekoppelt ist und jede zweite Zeile sowohl des Summensignals als auch des Differenzsignals auswählt und die ausgewählten Zeilen des Summensignals und des Differenzsignals zeitlich um einen gewählten Faktor dehnt, um ein verarbeitetes, mit der gegebenen Rundfunk-Sendenorm kompatibles Summen-Ausgangssignal (Y 3) und ein verarbeitetes Differenz- Ausgangssignal (M 2) zu bilden;
eine mit dem Konverter gekoppelte Übertragungseinrichtung (55, 56, 60) zur Übertragung der Ausgangssignale.
eine Zeitfilteranordnung (30), die mit der Signalquelle (20) gekoppelt ist, um einander entsprechende Zeilen benachbarter Teilbilder des Leuchtdichtesignals (Y 1) zur Bildung eines Summen-Ausgangssignals (Y 2) zu addieren und um die entsprechenden Zeilen der benachbarten Teilbilder zur Bildung eines Differenzsignals (M 1) zu subtrahieren;
einen unterabtastenden und zeitdehnenden Konverter (40), der mit der Filteranordnung (30) gekoppelt ist und jede zweite Zeile sowohl des Summensignals als auch des Differenzsignals auswählt und die ausgewählten Zeilen des Summensignals und des Differenzsignals zeitlich um einen gewählten Faktor dehnt, um ein verarbeitetes, mit der gegebenen Rundfunk-Sendenorm kompatibles Summen-Ausgangssignal (Y 3) und ein verarbeitetes Differenz- Ausgangssignal (M 2) zu bilden;
eine mit dem Konverter gekoppelte Übertragungseinrichtung (55, 56, 60) zur Übertragung der Ausgangssignale.
2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Übertragungseinrichtung folgendes aufweist:
eine Codiereinrichtung (60) zum Umsetzen des verarbeiteten Differenzsignals in einen mittleren Bereich des Bandes des verarbeiteten Summensignals;
eine Vereinigungsschaltung (55) zum Vereinigen des umgesetzten Differenzsignals mit dem verarbeiteten Summensignal;
eine Einrichtung (56) zum Übertragen der vereinigten Signale in einem gemeinsamen Kanal (12).
eine Codiereinrichtung (60) zum Umsetzen des verarbeiteten Differenzsignals in einen mittleren Bereich des Bandes des verarbeiteten Summensignals;
eine Vereinigungsschaltung (55) zum Vereinigen des umgesetzten Differenzsignals mit dem verarbeiteten Summensignal;
eine Einrichtung (56) zum Übertragen der vereinigten Signale in einem gemeinsamen Kanal (12).
3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Codiereinrichtung (60) eine Einrichtung enthält,
die das verarbeitete Differenzsignal einem Träger in
Quadraturmodulation aufmoduliert.
4. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Quadraturmodulationseinrichtung folgendes enthält:
eine erste Einrichtung (62, 63, 64) zum Aufteilen des verarbeiteten Differenzsignals in zwei Komponenten;
eine zweite Einrichtung (65, 66) zum Multiplizieren der beiden Komponenten mit jeweils einer von zwei Quadratur- Trägerfrequenzen, um zwei Produktsignale zu bilden;
eine dritte Einrichtung (67) zum Summieren der von der zweiten Einrichtung erzeugten Produktsignale.
eine erste Einrichtung (62, 63, 64) zum Aufteilen des verarbeiteten Differenzsignals in zwei Komponenten;
eine zweite Einrichtung (65, 66) zum Multiplizieren der beiden Komponenten mit jeweils einer von zwei Quadratur- Trägerfrequenzen, um zwei Produktsignale zu bilden;
eine dritte Einrichtung (67) zum Summieren der von der zweiten Einrichtung erzeugten Produktsignale.
5. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Übertragungseinrichtung getrennte Übertragungskanäle
für die Übertragung der Ausgangssignale aufweist.
6. Empfänger für ein progressiv abtastendes Fernsehsystem,
gekennzeichnet durch:
eine Eingangseinrichtung (70, 80) zum Empfang einer codierten Darstellung eines Videoeingangssignals und zur Erzeugung zweier Leuchtdichte-Ausgangssignale, deren erstes eine Summe einander entsprechender Zeilen benachbarter Teilbilder eines progressiv abgetasteten Bildes darstellt und deren zweites eine Differenz der besagten entsprechenden Zeilen des progressiv abgetasteten Bildes darstellt;
eine Filtereinrichtung (120, 130) zum Trennen des ersten Leuchtdichtesignals in einen hochfrequenten und einen niedrigfrequenten Teil;
eine erste Beschleunigungsschaltung (160) zur Verdoppelung der Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils durch zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen des jeweils augenblicklich empfangenen Teilbildes und eines jeweils vorangehenden Teilbildes, um ein Leuchtdichte-Ausgangssignal mit doppelter Zeilenfrequenz zu erzeugen;
eine zweite Beschleunigungsschaltung (170) zur Erzeugung eines Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten Teils des ersten Leuchtdichtesignals mit dem zweiten Leuchtdichtesignal;
eine Einrichtung (180) zum Vereinigen des Leuchtdichtesignals doppelter Zeilenfrequenz und des Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz für die Ansteuerung einer Bildwiedergabeeinrichtung.
eine Eingangseinrichtung (70, 80) zum Empfang einer codierten Darstellung eines Videoeingangssignals und zur Erzeugung zweier Leuchtdichte-Ausgangssignale, deren erstes eine Summe einander entsprechender Zeilen benachbarter Teilbilder eines progressiv abgetasteten Bildes darstellt und deren zweites eine Differenz der besagten entsprechenden Zeilen des progressiv abgetasteten Bildes darstellt;
eine Filtereinrichtung (120, 130) zum Trennen des ersten Leuchtdichtesignals in einen hochfrequenten und einen niedrigfrequenten Teil;
eine erste Beschleunigungsschaltung (160) zur Verdoppelung der Zeilenfrequenz des hochfrequenten Teils durch zeitliche Komprimierung und Verschachtelung von Zeilen des jeweils augenblicklich empfangenen Teilbildes und eines jeweils vorangehenden Teilbildes, um ein Leuchtdichte-Ausgangssignal mit doppelter Zeilenfrequenz zu erzeugen;
eine zweite Beschleunigungsschaltung (170) zur Erzeugung eines Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz durch Matrizierung und zeitliche Komprimierung des niedrigfrequenten Teils des ersten Leuchtdichtesignals mit dem zweiten Leuchtdichtesignal;
eine Einrichtung (180) zum Vereinigen des Leuchtdichtesignals doppelter Zeilenfrequenz und des Anreicherungssignals doppelter Zeilenfrequenz für die Ansteuerung einer Bildwiedergabeeinrichtung.
7. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Leuchtdichte-Ausgangssignal durch Quadratur-
Amplitudenmodulation als eine Komponente der Eingangssignal-
Darbstellung übertragen wird und daß die Eingangseinrichtung
eine Einrichtung (90) enthält, welche
die Quadratur-Amplitudenmodulationskomponente durch
Multiplikation mit zwei in Quadratur zueinander stehenden
Signalen demoduliert, von denen eines eine Komponente
mit einem vorbestimmten zeitlichen Offset hat.
8. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Eingangseinrichtung ein Filter (80) enthält, um
die erste Leuchtdichtekomponente aus der Eingangssignal-
Darstellung abzutrennen, und einen Quadratur-Demodulator
(90), um die zweite Leuchtdichtekomponente
aus der Eingangssignal-Darstellung abzutrennen.
9. Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Quadratur-Demodulator (90) eine erste und eine
zweite Quadratur-Umwandlungsfrequenz verwendet, von
denen eine einer Phasenumkehr mit Vollbildfrequenz unterworfen
wird.
10. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
er gesonderte Tuner (70, 70′) enthält, um das erste und
das zweite Leuchtdichtesignal aus der Videoeingangssignal-
Darstellung zu gewinnen.
11. Verfahren zur Codierung eines progressiv abgetasteten
Fernsehsignals mit einer Zeilenfrequenz, die größer
ist als diejenige einer gegebenen Rundfunk-Sendenorm,
dadurch gekennzeichnet, daß für
einander entsprechende Zeilen aufeinanderfolgender Teilbilder
jeweils ein Summen- und ein Differenzsignal gebildet
wird und daß abwechselnde Zeilen sowohl des Summen-
als auch des Differenzsignals ausgewählt und zeitlich
gedehnt werden, um ein mit der Rundfunk-Sendenorm
kompatibles Summensignal und ein entsprechendes Differenzsignal
zu erzeugen.
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