DE3786581T2

DE3786581T2 - Kodierung und dekodierung von digitalen videokomponentensignalen.

Info

Publication number: DE3786581T2
Application number: DE87302383T
Authority: DE
Inventors: James Hedley Yamate Wilkinson
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-03-20
Also published as: EP0240209A2; EP0240209A3; GB8608081D0; US4742386A; GB2188810B; GB2188810A; JPS62234481A; EP0240209B1; DE3786581D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Codierung und Decodierung von digitalen Videokomponentensignalen.
Es hat ein beträchtliches Interesse an Codierungssystemen für Videosignale bestanden, welche die Gesamtbandbreite eines übertragenen Videosignals komprimieren. Zum Beispiel wird bei dem 4:2:2 CCIR 601 Codierstandard eine Bandbreite von 13,5 MHz in 6,75 MHz für die Luminanzkamponente und 3,375 MHz für jede Farbkomponenten aufgeteilt. Um ein System mit einer halben Übertragungsrate zur Verfügung zu stellen, mit anderen Worten, eines mit der Hälfte der vorherigen Gesamtbandbreite, ist dieser Standard von 2:1:1 vorgeschlagen worden, welcher die verfügbaren Bandbreiten für die Luminanz-und Farbkomponenten halbiert. Obwohl Farbkomponenten mit einer derart verringerten Bandbreite eine annehmbare Qualität liefern konnen, ist die Bandbreite für die Luminanzkomponente unzureichend, da die Nyquist-Frequenz bei 3,375 MHz liegen wird, und es ist festgestellt worden, daß mindestens 5 MHz und vorzugsweise mehr für eine gute Wiedergabequalität notwendig sind. Es sind verschiedene andere Methoden zur Komprimierung des Videosignals in eine reduzierte Bandbreite vorgeschlagen worden, aber keine ist voll zufriedenstellend gewesen, da jede vorgeschlagene Methode einige nachteilige Effekte zur Folge hatte.
Bei den herkömmlichen PAL- und NTSC-Codiersystemen hat sich herausgestellt, daß, wenn der CCIR 601-Abtaststandard von 13,5 MHz für das Luminanzsignal angewendet wird, obwohl beide Systeme vollkommen in dem digitalen Bereich codiert und decodiert werden können, keines dieser Systeme optimiert ist, da das Verhältnis des Zwischenträgers zur Abtastfrequenz nicht einfach ist, und die Farbkomponenten nicht optimal innerhalb der 6,75 MHz-Nyquist Bandbreite angeordnet sind.
Ein weiterer Faktor, der in die Überlegung einzubeziehen ist, ist der, daß irgendeine Codiermethode zur Komprimierung von Videosignalen kompatibel mit existierenden zusätzlichen Hilfsausrüstungen sein soll, oder eine minimale Anpassung daran zur Folge haben soll. Zum Beispiel sollte es in einem digitalen Videobandrekorder (DVTR) möglich sein, die Trägerphase für Editiertätigkeiten und für Zeitlupe und zur Shuttle-Wiedergabe zu beeinflussen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Codierung eines digitalen Videokomponentensignals vorgesehen, welches ein Luminanzsignal und erste und zweite Farbkomponentensignale aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:
Periodisches Verändern der Phase des ersten Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz; periodisches Verändern der Phase des zweiten Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;
Ändern der Phasenbeziehung zwischen dem Phasenwechsel für die ersten und zweiten Farbkomponentensignale in jedem Feld, so daß die augenblicklichen Phasen beider Farbkomponentensignale in jedem zweiten Feld die gleichen sind und in jedem anderen Feld entgegengesetzt sind; und
Zusammenfassen der ersten und zweiten in der Phase abwechselnde Farbkomponentensignale mit dem Luminanzsignal durch Modulation der Farbkomponentensignale in dem tieferen Seitenband eines Trägers bei der Nyquist-Frequenz des Luminanzsignals, um das codierte digitale Videokomponentensignal bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Decodieren eines decodierten digitalen Videokomponentensignals des durch das Verfahren von Anspruch 1 erzeugten Typs vorgesehen, wobei das Decodierungsverfahren umfaßt:
Aufteilen der niedrigen und hohen Frequenzbereiche des codierten Videokomponentensignals, wobei der niedrige Frequenzbereich im wesentlichen nur das Luminanzsignal enthält;
Filtern des hohen Frequenzbereichs mit Luminanz-, ersten Farbkomponenten- und zweiten Farbkomponenten- Kammfiltern, um jeweils einen hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals und der ersten und zweiten in Phase abwechselnden Farbkomponentensignale zu erzeugen;
Zusammenfassen des niedrigen Frequenzbereichs des codierten Signals mit dem hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals, um das Luminanzsignal zurückzugewinnen; und
periodisches Verändern der Phase der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale bei einer vorgegebenen Frequenz, und dies derart, daß die Phasenwechselbeziehung jede Zeile und jedes Feld wechselt, um die ersten und zweiten Farbkomponentensignale zurückzugewinnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zur Codierung eines digitalen Videokomponentensignals vorgesehen, welches ein Luminanzsignal und erste und zweite Farbkomponentensignale aufweist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:
erste periodische Phasenveränderungsmittel zum periodischen Verändern der Phase des ersten Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;
zweite periodische Phasenveränderungsmittel zum periodischen Verändern der Phase des zweiten Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;
Phasenmodulationsmittel zum Ändern der Phasenbeziehung in jedem Feld zwischen den Farbkomponentensignalen, welche durch die ersten und zweiten periodischen Phasenveränderungsmittel entwickelt worden sind, so daß die augenblicklichen Phasen beider Farbkomponentensignale in jedem zweiten Feld gleich sind und in jedem anderen Feld entgegengesetzt sind; und
Zusammenfassungsmittel zum Zusammenfassen der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale mit dem Luminanzsignal durch Modulation der Farbkomponentensignale in dem tieferen Seitenband eines Trägers bei der Nyquist- Frequenz des Luminanzsignals, um das codierte digitale Videokomponentensignal bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zum Decodieren eines codierten digitalen Videokomponentensignals des durch die oben definierte Codiervorrichtung erzeugten Typs, wobei die Decodierungsvorrichtung umfaßt:
Frequenzaufteilungsmittel zum Aufteilen des codierten Videokomponentensignals in niedrige und hohe Frequenzbereiche, wobei der niedrige Frequenzbereich im wesentlichen nur das Luminanzsignal enthält;
Luminanz-, erste Farbkomponenten- und zweite Farbkomponenten- Kammfiltern, zum Kammfiltern des hohen Frequenzbereichs, um jeweils einen hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals und erste und zweite in Phase abwechselnde Farbkomponentensignale zu erzeugen;
Mittel zum Zusammenfassen des niedrigen Frequenzbereichs des codierten Signals mit dem hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals;
erste periodische Phasenveränderungsmittel zum periodischen Verändern des ersten in der Phase abwechselnde Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;
zweite periodische Phasenveränderungsmittel zum periodischen Verändern des zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignals Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz; und
Phasendemodulationsmittel zum Ändern der Phasenbeziehung in jedem Feld zwischen den Farbkomponentensignalen, welche durch die ersten und zweiten periodischen Phasenveränderungsmittel erzeugt worden sind, um die ersten und zweiten Farbkomponentensignale zurückzugewinnen.
Ausführungsformen der Erfindung können daher eine Codiermethode verwenden, bei welcher die Farbkomponentensignale nur in der Luminanzbandbreite komprimiert werden. Auf diese Weise können digitale 4:2:2 Videokomponentensignale wirksam in ein 4:0:0 Format komprimiert werden, was zu dem Ergebnis führt, daß die gesamte Bandbreite halbiert wird.
Bei einer bevorzugten Form des Codierungssystems werden die Farbkomponenten zwischen den Zeilenharmonischen des Luminanzsignals in ähnlicher Weise wie bei jener des NTSC-Standard verschachtelt. Jedoch werden die Farbkomponenten zusätzlich zu dem Pegel der Halbbildharmonischen verschachtelt, und dies erlaubt es, daß die Farbkomponenten einfach und wirksam in der Decodierungsstufe wiedergewonnen werden.
Die Art der Trägermodulation der Farbkomponenten ist außerdem günstig für DVTR-Editieren und Spezialeffekte, da bei jedem Vorgang, welcher eine Manipulation der Trägerpolarität erfordert, ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden kann, da jedes Trägerelement nur zwei Werte aufweist, nämlich Phasen-oder Polaritätsveränderungen, und jeder Wert in allen Richtungen von benachbarten Elementen entgegengesetzter Polarität umgeben ist. Folglich können die gegenwärtig benutzten Verfahren zur Verarbeitung zusammengesetzter Signale ohne weiteres angewendet werden.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1A und 1B Diagrame sind, welche die jeweiligen erforderlichen Bandbreiten fur die Luminanzkomponentensignale und die Farbkomponentensignale in einem Videokomponentensignal zeigen;
Fig. 2 ein Diagramm ist, welches die Art und Weise zeigt, in welcher die Luminanz- und Farbkomponentensignale der Fig. 1A und 1B zusammengefaßt werden können, um ein vollständiges Signal zu bilden, welches bei den Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden kann;
Fig. 3 ein Diagramm ist, welches die Art und Weise aufzeigt, in welcher die Farbkomponentensignale in dem vollständigen Signal von Fig. 2 enthalten sein können;
Fig. 4A ein Diagraimn ist, das in einer dreidimensional dargestellten Anordnung die Nyquist-Grenzwerte eines digitalen Videosignals zeigt;
Fig. 4B ein Diagranun ähnlich jenem der Fig. 4A ist, aber als amerikanische Darstellung der dreidimensionalen Darstellung der Nyquist-Grenzwerte;
Fig. 5 ein v-t- Diagrarnm der amerikanischen Projektion von Fig. 4B ist, welches in der Nähe der Nyquist-Frequenz die Lagen der Luminanz- und Farbkomponenten eines digitalen Videosignals des in Fig. 2 und 3 dargestellten Typs zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches die Modulationsphase des Trägers für jede der Farbkomponenten des digitalen Videosignals zeigt;
Fig. 7 eine Codierschaltung, welche eine Ausführungsform der Erfindung bildet, in Form eines Blockschaltbildes zeigt;
Fig. 8 eine Decodierschaltung, welche eine andere Ausführungsform der Erfindung bildet, in Form eines Blockschaltbildes zeigt;
Fig. 9 ein Diagramm ist, welches den verfugbaren Stichprobenraum auf den v-t-Achsen in ähnlicher Weise wie in Fig. 6 darstellt, und außerdem die Ansprechcharakteristiken der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Komponentenaufteilungsfilter zeigt;
Fig. 10 das Ansprechen der Frequenzen der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Komponentenaufteilungsfilter;
Fig. 11 ein Diagramm ist, welches die Komponentenamplituden für 100%-Balken bezüglich der Luminanz- und Farbkomponenten eines Videosignals zeigt, welche zum Versehen der Größe der Komponenten mit einer Skala benutzt werden; und
Fig. 12 ein Diagramm ist, welches die gesamte Farbbalkenwellenform, welche mit einer Skala versehen ist, eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung codierten Videosignals zeigt.
Bezugnehmend auf die Figuren 1A und 1B werden die jeweiligen Frequenzanforderungen für die Luminanzkomponente Y und die Farbkomponenten C gemäß dem CCR 601-Standard gezeigt. Aus Fig. 1A ist zu erkennen, daß die Luminanzkomponente Y eine Bandbreite mit einer Soll-Grenzfrequenz (bei -1 db) von 5,5 MHz und eine Nyquist-Frequenz von 6,75 MHz erfordert. Der Abstand zwischen der Soll-Grenzfrequenz und der Nyquist- Frequenz ist somit ungefähr 1,25 MHz. In Fig. 1B erfordern die Farbkomponenten C eine Bandbreite mit einer Soll-Grenzfrequenz bei 1 MHz (bei -3 db), aber mit einer Nyquist-Frequenz bei 3,375 MHz.
Fig. 2 zeigt, wie das Luminanz- und die Farbkomponentensignale der Fig. 1A und 1B mit der vorteilhaften Wirkung zusammengefaßt werden können, daß die Farbkomponenten bei einer so hohen Signalfrequenz wie möglich liegen. Der Abstand von 1,25 MHz zwischen der Soll-Grenzfrequenz und der Nyquist-Frequenz der Luminanzkomponente Y wird dazu verwendet, ein Seitenband von einer Farbkomponente C aufzunehmen. Wird angenommen, daß die zwei Farbkomponenten CB, CR auf einem Nyquist-Träger von annähernd 6,75 MHz moduliert sind, dann kann jede andere verbleibende Störung möglichst dadurch gering gehalten werden, daß sichergestellt ist, daß die Spektralkomponenten der Luminanz- und der modulierten Farbkomponenten verschachtelt sind, wie es im unteren Teil von Fig. 2 gezeigt ist, welcher ein vergrößertes Detail des oberen Teils der Zeichnung an dem gleichen Pegelschnittpunkt zwischen den Luminanz-und Farbkomponentenhüllkurven darstellt. Die Farbkomponenten C werden moduliert, um zwischen den Zeilenharmonischen der Luminanzkomponente Y für eine minimale Störung in dem Kreuzungsband verschachtelt zu werden. Die Verschachtelung ist ähnlich jener wie sie bei NTSC benutzt wird, mit anderen Worten es tritt eine Frequenzverschiebung bei den Farbkomponenten von einer halben Zeile auf. Die Luminanzkomponente Y liegt bei ganzzahligen Zahlen der Zeilenharmonischen nfH, (n+1)fH, (n+2)fH, ... usw. der Zeilenfrequenz fH, während die Farbsignale C bei Frequenzen (n+½)fH, (n+1½)fH, (n+2½)fH, ... usw. verschachtelt sind.
Ein grundlegender Unterschied zwischen der Codiermethode von Fig. 2 und Systemen, wie z.B. PAL und NTSC, besteht darin, daß der Farbkomponententräger außerhalb der Luminanzbandbreite liegt. Dies bedeutet, daß die Aufteilung der Luminanz- und Farbkomponenten leicht erreicht werden kann.
Da sowohl die Farbkomponente CB als auch CR Einseitenbänder sind, ist eine einfache Einstellung der Trägerphasen nicht ausreichend, um diese voneinander zu trennen. Für diesen Zweck wird ein weiterer Signalpegel der Frequenzmodulation verwendet. Fig. 3 zeigt die Zusammensetzung der Farbkomponenten CB und CR in einer der in Fig. 2 gezeigten Farbzeilenharmonischen. Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß jede Farbzeilenharmonische, wobei die Harmonische (n+½)fH gezeigt ist, einen Spektralinhalt besitzt, in welchem die Farbkomponenten CB und CR abwechseln, so daß ein Paar der Komponenten CB und CR zwischen Harmonischen der Rahmenfrequenz fv angeordnet sind, z.B. wie gezeigt ist, zwischen nfv und (n +1) fv. Auf diese Weise ist es möglich, die Farbkomponenten CB und CR in dem Zeitbereich auf eine ähnliche Weise wie bei der ½ - Zeilenfrequenzaufteilung bei PAL auf zuteilen.
Eine allgemeinere Art der Darstellung der Wechselbeziehung zwischen den drei Komponenten Y, CB und CR ist mit der Hilfe der dreidimensionalen Darstellung der Nyquist-Grenzwerte des digitalen Videosignals, wie in Fig. 4A gezeigt ist, und der in Fig. 4B gezeigten amerikanischen Projektion der Darstellung gegeben. Die drei Achsen liegen vertikal (v), horizontal (h) und zeitmäßig (t). Die gestrichelten Linien ±fC fallen annähernd mit der Lage des Farbträgers bei NTSC zusammen. Soweit wie die Videoccdiermethode der Fig. 2 und 3 betroffen ist, enthält jener Teil der Bandbreite zwischen -fC und fC nur die Luminanzkomponente Y. Die restlichen Teile der Bandbreite zwischen +fC und der horizontalen Nyquist-Frequenz von +fN (+ 432cph bei 625 Zeilen und + 429cph bei 525 Zeilen) und zwischen -fC und -fN sind zwischen den drei Komponenten aufgeteilt.
Fig. 5 zeigt die Lage der Luminanzkomponenten Y und der zwei Farbkomponenten CB und CR in der v-t-Projektion, wie sie in Fig. 4B gezeigt ist. Die Luminanzkomponente Y ist mit den Farbkomponente CB und CR um den Koordinatennullpunkt, zentriert an den folgenden Punkten, angeordnet:
Bei 625 Zeilen
CB: 156, 12,5; -156, -12,5
CR: 156, -12,5; -156, 12,5
jeweils für v und t;
Bei 525 Zeilen
CB: 131, 15; -131, -15
CR: 131, -15; -131, 15
jeweils für v und t.
Die zwei Farbpunkte für jede der in Fig. 5 gezeigten Farbkomponenten CB und CR sind repräsentativ für die zwei Punkte auf der positiven Seite der h-Achse. Es gibt ein äquivalentes spiegelbildliches Paar (das Spiegelbild befindet sich in beiden Ebenen) auf der negativen Seite der h-Achse. Auf diese Weise gibt es vier Farbpunkte für jede der Farbkomponente CB und CR. Es ist zu erkennen, daß diese Punkte eine Versetzung von einer halben Zeile aufweisen, wobei sie bei ± 12,5 Hz (oder ± 131cph und ± 15 Hz) angeordnet sind.
Die Frequenzaufteilung der Komponenten Y, CB und CR, wie in Fig. 5 gezeigt, bedeutet, daß in diesem Teil des Signalpektrum alle drei Komponenten durch die Verwendung von Kammfiltern vollständig getrennt werden können, wie es mit Bezug auf die Fig. 7 bis 11 beschrieben werden wird. Sowohl die Farbkomponenten CB als auch CR sind in jeder Hisicht an dem Nyquist-Grenzwert codiert, da jeder der Träger auf den Obergrenzen des Nyquist-Grenzwertes des Videosignal liegt. Auf diese Weise macht die Codiermethode einen sehr wirksamen Gebrauch der verfügbaren Bandbreite.
Der Modulationsträger für jede Farbkomponente ist einfach eine Subtraktion oder Addition der Farbdifferenzkomponente CB oder CR zur Luminanzkomponente Y.
Horizontal ergibt sich die Modulation einfach wie folgt: Y + C, Y - C, Y + C, Y - C, usw., abgekürzt zu: + - + - + - ...
Der Unterschied zwischen der Modulation für die Farbkomponente CB und CR wird ersichtlich aus Fig. 6, welche die vertikale zeitliche Modulationskomponente für jede Farbkomponente aufführt. Jeder Modulationsträger ist Zeile für Zeile und Teilbild für Teilbild dargestellt.
Die in Fig. 6 angegebenen Aufeinanderfolgen repräsentieren die Trägerphase für gerade horizontale Abtastproben. Für die ungeraden Abtastproben ist die Trägerphase invertiert.
Die Wirkung der beschriebenen Modulation der Farbkomponenten CB und CR besteht darin, daß in alternierenden Feldern die aufeinanderfolgende Addition und Subtraktion der Luminanzkomponenten und Farbkomponenten in Phase für jede Farbkomponente CB und CR fortläuft, mit anderen Worten, es gibt keinen Unterschied zwischen der CB- und der CR-Modulation. In jedem anderen Feld jedoch ist die aufeinanderfolgende Addition und Subtraktion der Luminanzkomponenten und Farbkomponenten für jede Farbkomponente CB und CR außerhalb der Phase. Dementsprechend hat jeder Wechsel des Feldes eine Umkehrung des Modulationsträgers zur Folge.
Fig. 7 zeigt eine Schaltung, die geeignet ist, ein Videokomponentensignal, wie vorher beschrieben, zu codieren. Mit einer Skala versehene Werte Y', CB', CR' der Luminanzkomponenten Y und der Farbkomponenten CB, CR werden jeweils an Tiefpaßfilter 12, 14, 16 angelegt. Die Ausgangssignale der Tiefpaßfilter 12, 14, 16 werden jeweils Summierschaltungen 18, 20, 22 und subtrahierenden Eingängen von Subtraktionsschaltungen 24, 26, 28 zugeführt, welche außerdem die mit Skalen versehenen Werte Y', CB', CR' als Eingangssignale erhalten. Die Ausgangssignale der Subtraktionsschaltungen 24, 26, 28 werden auf die jeweiligen Kammfilter 30, 32, 34 geführt, deren Ausgangssignale jeweils den Summierschaltungen 18, 20, 22 zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Summierschaltungen 20, 22 werden über jeweilige Multiplizierer 36, 38 auf Eingänge einer Summierschaltung 40 geführt, welche außerdem das Ausgangssignal der Summierschaltung 18 erhält. Eine Modulatorphaseneinstellungsschaltung 52 empfängt Synchronisationssignale und stellt den Multiplizierern 36, 38 Ausgangssignale mit einer vorbestimmten Frequenz zur Verfügung, welche gewöhnlich die Abtastfrequenz ist. Die Summierschaltung 40 stellt ein codiertes Videosignal zur Übertragung oder weiteren Bearbeitung zur Verfügung.
Während des Betriebes sind die mit einer Skala versehenen Werte Y', CB', CR' so ausgerichtet, daß sie bei der erforderlichen Frequenz, wie z.B. 13,5 MHz, liegen. Die mit einer Skala versehenen Farbkomponentensignale CB', CR' können bis 13,5 MHz eingefügt werden, entweder durch einen einfachen Prozeß, wie z.B. zweimalige Wiederholung jeder Abtastung, oder durch eine kompliziertere Einfügungsmethode, welche sich auf räumliche und/oder zeitlich verschobene Abtastungen verläßt. Die Tiefpaßfilter 12, 14, 16 und die Subtraktionsschaltungen 24, 26, 28 dienen zum Aufteilen der Komponentensignale in hohe und tiefe Frequenzbereiche. Die hohen Frequenzbereiche werden durch Kammfilter 30, 32, 34 kammgefiltert und mit den niedrigen Frequenzbereichen in den Summierungsschaltungen 18, 20, 22 aufsummiert.
Die Modulatorphaseneinstellungsschaltung 42 stellt den Multiplizierern 36, 38 geeignete Signale zur Verfügung, um zu bewirken, daß die Phase der geeigneten Farbkomponente früher der Addition zugeführt wird. Auf diese Weise wirken die Multiplizierer 36, 38 als Polaritätsänderungsschaltungen. Die Modulatorphaseneinstellungsschaltung 42 ist wirksam, um die Farbkomponentenphase abhängig von der Teilbildanzahl, der Zeilenposition und der Abtastposition zu verändern. Die Wirkung dieser Parameter besteht darin, daß die Polaritäten jeder der Farbkomponenten bei einer vorgegebenen Frequenz in identischer Weise für alternierende Teilbilder und in Gegenphase für jedes andere Teilbild verändert werden. Die Summierschaltung 40 addiert das Luminanzsignal zu den phaseneingestellten Farbkomponentensignalen und stellt das codierte Videosignal zur Übertragung zur Verfügung.
Die Kammfilter 30, 32, 34 sind in Anbetracht der umfassenden Frequenzaufteilung zwischen den Luminanzsignalen und den modulierten Farbkomponentensignalen nicht notwendig. In diesem Fall könnte die mit einer Skala versehene Luminanzkomponente Y' direkt der Summierschaltung 40 zugeführt werden, und die mit einer Skala versehenen Farbkomponentensignale CB', CR' der Summierschaltung 40 über die Multiplizierer 36, 38 zugeführt werden.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung, die zur Decodierung des Videokomponentensignals, wie es durch den Codierer von Fig. 7 erzeugt worden ist, geeignet ist. Das Videosignal wird dem Eingang eines Tiefpaßfilters 52 und einer Subtraktionsschaltung 54 zugeführt. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 52 wird auf den subtrahierenden Eingang der Subtraktionsschaltung 54 und zu einer Summierschaltung 56 geführt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 52 ist ein niedriger Bereich des Videosignals und das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 54 ist ein hoher Frequenzbereich. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 52 ist so eingestellt, daß sie ungefähr bei der niedrigsten Frequenz der Farbkomponentensignale liegt. Der hohe Frequenzbereich wird über ein Luminanzkammfilter 58 einem anderen Eingang der Summierschaltung 56 zugeführt. Der hohe Frequenzbereich wird außerdem über jeweilige Farbkomponentenkammfilter 60, 62 zu jeweiligen Multiplizierern 64, 66 geführt, welche außerdem Signale von einer Demodulatorphaseneinstellungsschaltung 68 als Reaktion auf Synchronisationssignale erhalten. Die Summierschaltung 56 stellt das mit einer Skala versehene Luminanzsignal Y' als ein Ausgangssignal zur Verfügung, und die Multiplizierer 64, 66 stellen jeweils die mit einer Skala versehenen Farbkomponentensignale CB', CR' als Ausgangssignale zur Verfügung.
Während des Betriebs teilt die Schaltung zuerst jenen Teil des Videosignals auf, welcher kein Kammfiltern erfordert, mit anderen Worten, den Bereich unterhalb des wirksamen Frequenzbereichs der Farbkomponentensignale. Das Tiefpaßfilter 52 kann so eingerichtet sein, daß es für diesen Zweck bei ungefähr 4 MHz abfällt, so daß die Wirksamkeit der Kammtätigkeit erst oberhlb jener Frequenz beginnt.
Der niedrige Frequenzbereich enthält nur das Luminanzsignal und daher wird dieses durch Summieren jenes niedrigen Frequenzbereiches mit dem hohen Frequenzbereich erhalten, welcher durch das Luminanzkammfilter 58 zum Zurückbehalten nur der Luminanzkomponentensignale über 4 MHz kammgefiltert wurde. Auf diese Weise wird die vollständige mit einer Skala versehene Luminanzkomponente Y' an dem Ausgang der Summierschaltung 56 zurückgewonnen.
Der hohe Frequenzbereich des Videosignals wird ebenfalls durch die CB- und CR-Kammfilter 60 und 62 für die jeweiligen Farbkomponentensignale kammgefiltert, und dann wird ihre Originalphase bei der vorbestimmten Frequenz, im allgemeinen die Abtastfrequenz, durch die Demodulatorphaseneinstellungsschaltung 68 die auf die Multiplizierer 64, 66 in einer umgekehrten Art und Weise wie jene der Modulatorphaseneinstellungsschaltung 42 in Fig. 7 einwirkt, wiedergewonnen.
Die Karnmfilter für die Luminanz- und Farbkomponentensignale können mittels Teilbildspeicher mit einfachen Koeffizienten, wie in Fig. 9 gezeigt, gebildet werden. Die linke Seite der Figur zeigt einen Abtastraum auf der v-t-Achse in ähnlicher Weise wie jener in Fig. 6 gezeigte, und die Teilbildspeicherkoeffizienten sind auf der rechten Seite der Figur für die Komponenten Y, CB und CR gezeigt. Ein Vergleich dieses Abtastraums und der Teilbildspeicherkoeffizienten mit den in Fig. 6 gezeigten Trägerkomponenten bestätigt die korrekte Ausscheidung der unerwünschten Komponenten durch jedes Kammfilter. Das Frequenzverhalten jedes der Auf teilungskammfilter für die Luminanz- und Farbkoniponenten ist in Fig. 10 gezeigt.
Wie bei anderen zusammengesetzten Codierverfahren wird die Addition von drei Signalen ein Gesamtanstieg im Größenordnungsbereich ergeben. Daher muß eine geeignete Skala übernommen werden, um den digitalen Signalbereich innerhalb des herkömmlichen 8-Bit-Bereich zu begrenzen, mit anderen Worten, auf 256 Teilpegel. Es ist jedoch klar, daß die Ausführungsform für einen Betrieb in anderen Bitbereichen modifiziert werden kann, z.B. für 9- oder 10-Bit-Systemen.
Der Modulationsträger ist von der Art, daß die Spitzensignale einfach die Worst-Case-Summierung aller Komponenten ist. Daher, wenn die Komponentenamplituden als 100%-Balken, wie in Fig. 11 gezeigt ist, vorgegeben sind, und bei Benutzung von PAL-Skalen Einstellwerte für die Komponenten Y, CB, CR von jeweils 1, 0,49, 0,87, würde der digitale Signalbereich ohne weitere Maßstabsänderung wie in Tabelle 1 definiert werden. Tabelle 1 Farbe Weiß Gelb Cyan Grün Magenta Rot Blau Schwarz Sum(+ve) Sum(-ve)
Der Spitzenbereich kann an die 256 Teilpegel angepaßt werden, wenn der Signalbereich mit dem Verhältnis 160/220 komprimiert wird und der Schwarzpegel auf 48 Teile gesetzt wird. Die sich daraus ergebenden Spitzenwerte sind dann so wie in Fig. 12, welche die sich ergebende 100-0-100% Farbbalkenwellenform zeigt.
Zusammenfassend schließt der Einstufungsvorgang zuerst das Einstufen der Farbkomponenten CB und CR jeweils mittel 0,49 bis 0,87 ein, dann das Anlegen eines Einstufungsfaktors von 160/220 an alle diese Komponenten, und schließlich das Verschieben nach oben um 48 Teilwerte. Dies läuft auf die Farbbalkenwellenform in der Fig. 12 hinaus.
Der Signalbereich von 12 bis 244 stellt eine Überlastgrenze von 2db dar und ist daher beinahe identisch mit dem Bereich der ursprünglichen CCIR 601-Überlastgrenze.
Im Gegensatz zu herkömmlichen analogen Signalen benötigen diese keine synchronisierte Wellenform, so wie diese als ein digitaler Leitcode verfügbar werden wird.
Schließlich bietet die Codiermethode, welche bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, eine attraktive und einfache Alternative zu anderen Methoden, und kann zufriedenstellend in allen Bereichen, welche eine Verringerung der Bandbreite erfordern, angewendet werden. Die Methode ist auch in hochdefinierten digitalen Systemen anwendbar, so lange wie derartige Systeme ein verschachteltes Abtastraster benutzen.
Wie oben erwähnt, können Editier- und Trickbetriebstechniken bei DVTR-Prozessen schwierige Verfahrenserfordernisse für herkömmliche Codierungsverfahren, wie z.B. NTSC, darstellen. Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Codierungstechnik leicht mit den ausgewählten Abtastfrequenzen sowohl beim 625- wie auch beim 525-Zeilenformat in Beziehung zu setzen. Bei der Betrachtung des Modulationsträgerphasendiadramm von Fig. 6 ist zu erkennen, daß bei jedem Vorgang, welcher eine Manipulation der Trägerpolarität erfordert, ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden kann, da jedes Trägerelement nur zwei Werte besitzt, und jeder Wert in allen Richtungen von benachbarten Elementen der entgegengesetzten Polarität umgeben ist.
Wenn eine Farbphasenumkehrung für irgendeine Zeile oder ein Teilbild erforderlich ist, kann dies praktisch erreicht werden durch Herausfiltern der hohen Bandkomponenten und einfaches Invertieren Signals und Hinzufügen zu dem Tiefpaßüberrest.
Bezüglich einer möglichen Wechselwirkung zwischen originalen PAL- und NTSC-Mischsignalen, wenn sie auf dieses neue Codierverfahren umgestellt werden, erscheint es unwahrscheinlich, daß sich ernsthafte Auswirkungen ergeben würden, da die Differenz zwischen dem Unterträgerfrequenzen unmöglich irgendeine niedrige Frequenzharmonische erzeugt. Die einzige Kombination, welche ein Problem verursachen könnte, ist eine Intermodulationsüberlagerung zwischen der zweiten Harmonischen des NTSC-Unterträgers mit der Abtastfrequenz bei annähernd 400 kHz. Jedoch würde eine solche Harmonische auch Überlagerungseffekte bei der Originalabtastung verursachen, und so eher ein mehr allgemeines Systemproblem darstellen als ein speziell auf diese Codierungstechnik bezogenes.
Wohingegen Teilbildspeicher in der Decodierungsvorrichtung vorgesehen werden müssen (und möglicherweise auch in der Codierungsvorrichtung, wenn erforderlich), um die Teilbildfrequenzverschachtelung der Farbkomponeneten bereitzustellen, erfordert das optimale Decodieren der PAL- und NTSC- Signale außerdem die Bereitstellung von Teilbildspeichern. Überdies ist die Einrichtung von derartigen Teilbildspeichern jetzt mit geringen Kosten möglich, und daher erscheint die Verwendung von Teilbildspeichern nur dann unvorteilhaft, wenn eine Anzahl von Codierern und Decodierern im Tandem betrieben werden, was möglicherweise den Verlust der Synchronisation mit dem Ton verursachen könnte.
Das Codierungssystem, wie es oben beschrieben worden ist, stellt eine Lösung des Problems des Entwurfs eines Codeformats mit der halben Übertragungsbandbreite ohne die Nachteile dar, die mit den früher vorgeschlagenen Lösungen verbunden sind.
Das beschriebene System kann für eine analoge Anwendung angepaßt werden, aber in diesem Fall wäre es nicht notwendig, die beiden Seitenbänder des Farbträgers zu übertragen.

Claims

1.Verfahren zur Codierung eines digitalen Videokomponentensignals, welches ein Luminanzsignal (Y') und erste und zweite Farbkomponentensignale (CB', CR') aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

periodisches Verändern der Phase des ersten Farbkomponenten- signals (CB') Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;

periodisches Verändern der Phase des zweiten Farbkomponenten- signals (CR') Zeile für Zeile und bei der vorgegebenen Frequenz;

Ändern der Phasenbeziehung zwischen dem Phasenwechsel für die ersten und zweiten Farbkomponentensignale (CB', CR') in jedem Feld, so daß die augenblicklichen Phasen beider Farbkomponentensignale (CB', CR') in jedem zweiten Feld die gleichen sind und in jedem anderen Feld entgegengesetzt sind; und

Zusammenfassen der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale (CB', CR') mit dem Luminanzsignal (Y') durch Modulation der Farbkomponentensignale (CB', CR') in dem unteren Seitenband eines Trägers bei der Nyquistfrequenz des Luminanzsignals, um das codierte digitale Videokomponentensignal bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Luminanz- und Farbkomponentensignale (Y', CB', CR') bei einer Abtastfrequenz abgetastet werden, und bei dem die vorgegebene Frequenz der Abtastfrequenz entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Luminanz- und Farbkomponentensignale (y', CB', CR') mit einer Skala versehenen Werte der Luminanz- und Farbkomponenten (Y, CB, CR) darstellen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem jedes der Luminanz- und ersten und zweiten Farbkomponentensignale (Y', CB', CR') in niedrige und hohe Frequenzbereiche aufgeteilt wird, und bei welchem die hohen Frequenzbereiche durch jeweilige Kammfilter (30, 32, 34) kammgefiltert werden.

5. Verfahren zum Decodieren eines codierten digitalen Videokomponentensignals des durch das Verfahren von Anspruch 1 erzeugten Typs, wobei das Decodierungsverfahren umfaßt:

Aufteilen der niedrigen und hohen Frequenzbereiche des codierten Videokomponentensignals, wobei der niedrige Frequenzbereich im wesentlichen nur das Luminanzsignal (Y') enthält;

Filtern des hohen Frequenzbereichs mit Luminanz-, ersten Farbkomponenten- und zweiten Farbkomponentenkammfiltern (58, 60, 62), um jeweils einen hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals (Y') und der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale (CB', CR') zu erzeugen;

Zusammenfassen des niedrigen Frequenzbereichs des codierten Signals mit dem hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals (Y'), um das Luminanzsignal (Y') zurückzugewinnen; und

periodisches Verändern der Phase der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale (CB', CR') bei einer vorgegebenen Frequenz, und dies derart, daß die Phasenwechselbeziehung jede Zeile und jedes Feld wechselt, um die ersten und zweiten Farbkomponentensignale (CB', CR') zurückzugewinnen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die vorgegebene Frequenz einer Abtastfrequenz während der Signalcodierung entspricht.

7. Vorrichtung zur Codierung eines digitalen Videokomponenten- signals, welches ein Luminanzsignal (Y') und erste und zweite Farbkomponentensignale (CB',CR') aufweist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

erste periodische Phasenveränderungsmittel (36) zum periodischen Verändern der Phase des ersten Farbkomponentensignals (CB') Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;

zweite periodische Phasenveränderungsmittel (38) zum periodischen Verändern der Phase des zweiten Farbkomponenten- signals (CR') Zeile für Zeile und bei der vorgegebenen Frequenz;

Phasenmodulationsmittel (42) zum Andern der Phasenbeziehung in jedem Feld zwischen den Farbkomponentensignalen (CB', CR'), welche durch die ersten und zweiten periodischen Phasen- veränderungsmittel (36, 38) entwickelt worden sind, so daß die augenblicklichen Phasen beider Farbkomponentensignale (CB', CR') in jedem zweiten Feld gleich sind und in jedem anderen Feld entgegengesetzt sind; und

Zusammenfassungsmittel (40) zum Zusammenfassen der ersten und zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignale (CB', CR') mit dein Luminanzsignal (Y') durch Modulation der Farbkomponentensignale (CB', CR') in dem unteren seitenband eines Trägers bei der Nyquistfrequenz des Luminanzsignals, um das codierte digitale Videokomponentensignal bereitzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Luminanz- und Farbkomponentensignale (Y', CB', CR') bei einer Abtastfrequenz abgetastet werden, und bei der die vorgegebene Frequenz der Abtastfrequenz entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, welche Mittel zum zum Versehen der Luminanz- und Farbkomponenten (Y, CB, CR) mit einer Skala aufweist, um die genannten Luminanz- und Farbkomponentensignale (Y', CB', CR') zu erzeugen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, welche Frequenzaufteilungsmittel (12, 14, 16) zum Aufteilen jeder der Luminanz- und ersten und zweiten Farbkomponentensignale (Y', CB', CR') in niedrige und hohe Frequenzbereiche, Kammfilter (30, 32, 34), zum Kammfiltern jedes der hohen Frequenz- bereiche, und Zusammenfassungsmittel (40) zum Zusammenfassen jeder der niedrigen Frequenz- und gekämmten hohen Frequenz- bereiche vor dem Phasenwechsel aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher jeder der Kammfilter (30, 32, 34) einen jeweiligen Feldspeicher aufweist.

12. Vorrichtung zum Decodieren eines codierten digitalen Videokomponentensignals des durch die Vorrichtung von Anspruch 7 erzeugten Typs, wobei die Decodierungsvorrichtung umfaßt:

Frequenzaufteilungsmittel (52) zum Aufteilen des codierten Videokomponentensignals in niedrige und hohe Frequenzbereiche, wobei der untere Frequenzbereich im wesentlichen nur das Luminanzsignal (Y') enthält:

Luminanz-, erste Farbkomponenten- und zweite Farbkomponentenkammfilter (58, 60, 62) zum Kammfiltern des hohen Frequenzbereichs, um jeweils einen hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals (Y') und erste und zweite in der Phase abwechselnde Farbkomponentensignale (CB', CR') zu erzeugen;

Mittel (56) zum Zusammenfassen des niedrigen Frequenzbereichs des codierten Signals mit dem hohen Frequenzbereich des Luminanzsignals (Y');

erste periodische Phasenveränderungsmittel (64) zum periodischen Verändern des ersten in der Phase veränderten Farbkomponentensignals (CB') Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz;

zweite periodische Phasenveränderungsmittel (66) zum periodischen Verändern des zweiten in der Phase abwechselnden Farbkomponentensignals (CR') Zeile für Zeile und bei einer vorgegebenen Frequenz; und

Phasendemodulationsmittel (68) zum Andern der Phasenbeziehung in jedem Feld zwischen den Farbkomponentensignalen (CB', CR'), welche durch die ersten und zweiten periodischen Phasen- veränderungsmittel (64, 66) erzeugt worden sind, um die ersten und zweiten Farbkoinponentensignale (CB', CR') zurück- zugewinnen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die vorgegebene Frequenz einer Abtastfrequenz während der Signalcodierung gleicht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der jedes der Kammfilter (58, 60, 62) einen jeweiligen Feldspeicher aufweist.