DE3852491T2

DE3852491T2 - Verfahren und anordnung zur erhöhung der vertikalen auflösung eines übertragenen fernsehsignals.

Info

Publication number: DE3852491T2
Application number: DE3852491T
Authority: DE
Inventors: Keith Lucas; Rassel William Van
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2008-08-19
Also published as: CA1332979C; EP0376978A1; DK52490D0; US4866519A; MX170169B; EP0376978B1; AU612704B1; WO1989002204A1; FI95185B; BR8807686A; FI901051A0; FI95185C; ATE115813T1; JPH05502557A; CN1016480B; AU2319688A; DE3852491D1; CN1034651A

Description

Allgeleiner stand der Technik

1. Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Übertragung hochauflösender Fernsehsignale und insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines übertragenen Fernsehsignals ohne Vergrößerung der Bandbreite.

2. Information zum Stand der Technik

Fernsehbilder sind eine Zusammensetzung von horizontalen Zeilen, wobei jede Zeile init einem Amplitudensignal moduliert ist, welches die Helligkeit- oder Farbkomponente des Bildes repräsentiert. Diese Zeilensignale werden sequentiell übertragen und zur Anzeige auf einer Katodenstrahlröhre empfangen, die das Originalbild herstellt. Zwei verschiedene Zeilenstandards sind vorherrschend. In Nordamerika und Japan basieren Fernsehübertragungen auf 525 horizontalen Zeilen pro Bild. In Europa, Afrika, Asien und Australien basieren Fernsehübertragungen auf 625 Zeilen pro Bild. Je höher die Zeilenzahl einer Abbildung desto größer ist die Klarheit oder die vertikale Auflösung. In jüngster Zeit ist eine Technologie zur Anzeige noch einmal so vieler Fernsehzeilen verfügbar geworden, die die Bildqualität ebenso verbessert wie sie das vertikale Auflösungsvermögen erhöht. Ebenso sind Einbauten verfügbar, die eine Erhöhung der Bandbreite der Zeilensignale erlauben, was die Bildqualität durch eine Erhöhung des horizontalen Auflösungsvermögens verbessert. Folglich existiert eine Technologie, die eine viel höhere Bildqualität erlaubt, als sie durch die existierenden Übertragungsstandards verfügbar ist. Diese Technologie ist bekannt als hochauflösendes Fernsehen (HDTV).
Insbesondere sind Verfahren vorgeschlagen worden, die auf der Anzeige von 1050 Zeilen, 1125 Zeilen und 1250 horizontalen Zeilen basieren. Das Hauptproblem mit diesen jüngsten Vorschlägen ist, daß kein ökonomischer Weg erkennbar ist, um solche Übertragungen einzuführen. Die Fernsehempfänger, die gegenwärtig in der ganzen Welt benutzt sind, werden nur 525- oder 625-Zeilen-Übertragungen empfangen und sind zur Anzeige von HDTV-Übertragungen ungeeignet. Die hauptsächlichen Kosten des Anbietens von Fernsehdienstleistungen sind die Kosten der Programmaufstellung, die gedeckt werden müssen, z.B. durch Werbung oder pay-TV. Solche Verfahren zur Finanzierung erfordern die Existenz einer großen Zuschauerzahl. Während einer Startphase zum Angebot der HDTV-Dienstleistung werden keine kompatiblen Empfänger bereitstehen, wodurch keine Möglichkeit der Rückführung der Programmkosten besteht. Ebenso sind die Kosten eines HDTV-Empfängers abschreckend hoch.
Ein Weg diese Schwierigkeit zu überwinden, ist das Konzept des Bestehens empfängerkompatibler HDTV-Übertragungen, die in ein Signal des konventionellen Formates unter Benutzung eines Konverters mit geringen Kosten konvertiert werden können. Solch ein preiswerter Konverter würde es erlauben, eine HDTV- Übertragung auf einen konventionellen Empfänger anzuzeigen, allerdings mit der konventionellen Bildqualität. Diese Annäherung unterstützt ein schnelleres Wachstum der Zuschauerzahl, da neue Teilnehmer an der Dienstleistung anfänglich keinen teuren HDTV-Empfänger zu kaufen hätten, aber einen preiswerteren Konverter für ihren vorhandenen Fernsehempfänger erwerben könnten. Nur diejenigen Nutzer, die die höhere Bildqualität, die durch das HDTV erreichbar ist, erreichen wollen, würden den teureren HDTV-Empfänger erwerben.
Verschiedene Lösungen zur Gestaltung eines kompatiblen HDTV- Signales sind vorgeschlagen worden, die alle auf einem HDTV- Zeilenstandard basierten, der ein einfaches Vielfaches des vorhandenen Zeilenstandards ist. Zum Beispiel in Nordamerika, wo der vorhandene Übertragungsstandard 525 Zeilen pro Bild beträgt, wird ein vorgeschlagener HDTV-Standard 1050 Zeilen (das Doppelte des konventionellen Standards) einsetzen. Gleichermaßen weist in Europa, wo der konventionelle Standard 625 Zeilen pro Bild beträgt, ein vorgeschlagener HDTV-Standard 1250 Zeilen auf. Diese einfache Beziehung zwischen dem konventionellen und dem HDTV-Anzeigestandard legt eine Anpassung zwischen den beiden Standards, zum Beispiel durch Ausschluß wechselseitiger Zeilen oder durch Einfügen fehlender Zeilen, nahe. Die vorliegende Erfindung und ihr Stand der Technik wird überall in der vorliegenden Erfindung in Bezug auf den vorgeschlagenen 1050/525-Zeilenstandard, der in Nordamerika anwendbar ist, diskutiert. Es versteht sich, daß die Erfindungsgedanken in gleicher Weise auf den 1250/625-Zeilenstandard, wie er in Europa vorgeschlagen ist, Anwendung finden. Geringe Veränderungen der angegebenen Zahlen sind möglich, wobei die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung erhalten bleiben, wo insbesondere abwechselnde Zeilen während der Umkodierung ausgeschlossen oder wieder eingefügt werden. Es sind verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten zur Einführung anderer Methoden vorgeschlagen worden.
Eine vorgeschlagene Lösung ist es, ein Standardfernsehsignal und ein Ergänzungssignal zu übertragen. Folglich ist eine Komponente des übertragenen Signals mit herkömmlichen Empfängern direkt kompatibel, und es besteht kein Erfordernis für irgendeinen Konverter. Das Ergänzungssignal kann auf einem separaten Kanal übertragen werden, oder es kann gleichzeitig mit dem ersten Signal gesendet werden, so daß vorhandene Einpfänger dadurch nicht beeinträchtigt werden. HDTV-Empfänger würden diese beiden Signale empfangen und sie verwenden, um ein hochauflösendes Bild herzustellen. In einen solchen Vorschlag besteht das Ergänzungssignal aus einem Analogsignal, welches eine Information bezüglich der Differenz zwischen den 525 standardmäßig übertragenen Zeilen und den dazwischenliegenden 525 Zeilen, die wiederhergestellt werden müssen, trägt. Die Addition der Differenzinformation zu den übertragenen kompatiblen Zeilen erzeugt die fehlenden Zeilen. Das Ergänzungssignal kann in einem zweiten Kanal oder auf einem Zwischenträger mit dem ersten Signal übertragen werden.
Das Problem mit diesen Techniken besteht darin, daß diese absolute Kompatibilität erfordern. Das heißt, das erste Signal muß im wesentlichen ein zusammengesetztes Signal nach dem Standard des National Television Subcomitee (NTSC) oder PAL/SECAM in Europa) sein. Diese Signalgemische verwenden einen Farbzwischenträger, der eine schlechte Farbauflösung gibt. Der Farbzwischenträger ist für eine erhöhte Farbauflösung schwer zu erhöhen, und er führt zu einer deutlichen Verzerrung des Helligkeitssignals. Mit dem NTSC-Standard ist es sehr schwer, Helligkeit und Farbe genügend zu trennen, um Signale hoher Qualität als Basis für hochaufgelöste Bilder zu erzeugen.
Andererseits ist eine absolute NTSC-Kompatibilität wahrscheinlich keine zwingende Forderung. Es ist voraussehbar, daß ein angewandter HDTV-Standard die Möglichkeit zu einem Empfang mit bedingungsabhängigem Zugriff (pay-TV) beinhalten wird. Verschlüsselte Fernsehsignale erfordern einen Transcoder für jeden Empfänger. Deshalb kann irgendein Übertragungsformat genutzt werden, vorausgesetzt, daß die Kosten für die Umsetzung in das konventionelle NTSC-Format in einem Teilnehmerdekoder nicht unzumutbar hoch sind. Das NTSC-Signal wurde ungefähr vor 40 Jahren standardisiert und ist nun durch die vorangeschrittene Technologie überholt. Seit 1980 sind neue Signalzusammensetzungen (basierend auf einer digitalen Verarbeitung) entwickelt worden, die eine bessere Bildqualität als das NTSC ermöglichen und die eine bessere Basis für das HDTV darstellen. Es gibt zum Beispiel Formate, die auf einer digitalen Zeitkompression zur gleichzeitigen Übertragung der Helligkeit und Farbkomponenten basieren, das heißt Signale mit multiplexten analogen Komponenten (oder MAC), auch bekannt als zeitmultiplexte Komponenten (TMC). Wenn solche Signale im 525-Zeilenformat übertragen werden (z. B. 525 Zeilen MAC), kann die Umwandlung in NTSC in einem Dekoder mit geringen Kosten ausgeführt werden.
MAC-Signale setzen keinen Zwischenträger zum Tragen der Farbinformation ein. Anstelle dessen wird eine Zeitkompression genutzt, um die Helligkeit und die Farbinformation innerhalb jeder übertragenen Fernsehzeile gleichzeitig zu übertragen. Diese Technik ist in Fig. 1 dargestellt. In dem Dekoder werden die Helligkeits- und Farbkomponenten gespeichert und getrennt dekompressiert, um ein Vollzeilenhelligkeits- und Farbsignal zu erzeugen, wie es zur Anzeige erforderlich ist. Das erlaubt die vollständige Trennung zwischen den Komponenten und vermeidet Effekte der Kreuzinterferenz wie sie mit dem NTSC-Farbzwischenträger verbunden sind. Aus diesem Grund basierten die meisten HDTV-Vorschläge auf einer Technik mit Zeitkompression.
Wenn das MAC-Signal eine 525-Zeilenstruktur verwendet, kann es einfach in ein herkömmliches NTSC-Signal in dem Dekoder umkodiert werden, um die Kompatibilität mit vorhandenen Empfängern aufrecht zu erhalten. Das kann durch die Verwendung von ein oder zwei anwenderspezifischen Schaltkreisen mit geringen Kosten erreicht werden.
Die für das HDTV günstigeren Vorschläge beginnen mit einem 525-Zeilen MAC/TMC-Signal, das in einem Teilnehmerdekoder einfach in NTSC oder am Ursprung der Übertragung in 1050 Zeilen-HDTV konvertiert werden kann. Die wichtigste technische Frage, die bleibt, betrifft die Technik, die verwendet wird, um die Auflösung, insbesondere in vertikaler Richtung, zu erhöhen, wobei die Möglichkeit der Dekodierung in NTSC mit niedrigen Kosten aufrecht erhalten wird.
Eine weitere Lösung für die Kompatibilität würde die Übertragung aller 1050 Zeilen darstellen. Einander abwechselnde Linien könnten dann in dem Teilnehmerdekoder durch Verwendung eines Zeilenspeichers für die verbleibenden Zeilen ausgeschlossen werden, wodurch ein 525-Zeilen-MAC-Signal zur Konvertierung in NTSC bereitgestellt würde. HDTV-Empfänger würden alle 1050 Zeilen anzeigen.
Das Problem mit dieser Lösung ist die unangemessene Bandbreite, die für die Übertragung eines solchen Signales erforderlich ist. Wird beispielsweise gefordert, die horizontale Bandbreite von 4 MHz (NTSC) auf 8 MHz (entsprechend) zu verdoppeln und zusätzlich die Anzahl der Zeilen von 525 auf 1050 zu verdoppeln, steigt die Übertragungsbandbreite um den Faktor 4.
Das ist keine ökonomische Lösung in Bezug auf die Übertragungskosten, die durch die übermäßige Inanspruchnahme des Funkwellenspektrums veranlaßt sind. Es ist eine Modifikation dieser Lösung vorgeschlagen worden, in der zwei getrennte 525- Zeilen-Signale übertragen werden. Ein erstes MAC-Signal ist für die direkte Umwandlung in NTSC verfügbar, wohingegen ein HDTV-Empfänger beide Signale dekodiert, um ein 1050-Zeilen- Resultat zu erzeugen. Während diese Lösung die Notwendigkeit von Speichern in dem NTSC-kompatiblen Dekoder ausschaltet (wobei diese Kosten auf den HDTV-Empf änger verlagert werden), löst sie die Frage der übermäßigen Inanspruchnahme des Funkwellenspektums nicht.
Eine andere Lösung, die ausführlich untersucht worden ist, ist die mögliche Erhöhung der verfügbaren vertikalen Auflösung durch die Nutzung des Zeilensprunges von einem vorher übertragenen Feld zur Einfügung fehlender Zeilen. Bezugnehmend auf Fig. 2 kann ein 525 Zeilen-Zeilensprungsignal in ein sequentielles 525-Zeilen-Signal (Verdoppelung der Anzahl der Zeilen) durch Nutzung der Zeilen eines vorhergehenden Feldes zur Einfügung fehlender Zeilen konvertiert werden. Diese Technik hat die Möglichkeit, die scheinbare vertikale Auflösung um schätzungsweise 50 % zu erhöhen. Mit geeigneten Musterstrukturen bietet die Benutzung der Information von vorangegangenen Feldern die Möglichkeit der Erhöhung der Auflösung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung.
Mit dieser Lösung gibt es zwei Probleme, die sich auf alle Techniken beziehen, die Informationen von vorhergehenden Feldern verwenden. Das erste ist die Überlegung, daß der HDTV- Empfänger die Verwendung eines Feldspeichers (vielleicht mehr als einen) zur Rekonstruktion des gesamten HDTV-Bildes benötigen. Wenn auch Feldspeicher noch nicht zu vernünftigen Kosten verfügbar sind, ist vorauszusehen, daß die Herstellung in großem Umfange dieses Problem in der absehbaren Zukunft lösen wird. Das zweite Bedenken ist ernster. Die Interpolation von fehlenden Zeilen unter Benutzung der Information von vorhergehenden übermittelten Feldern ist nur für statische Bildelemente effektiv. Dazu ist es notwendig, komplexere Techniken für bewegte Bilder anzuwenden.
Zwei Anwendungen werden experimentell genutzt, um dieses Problem zu lösen:
(i) Feststellung bewegter Elemente der Szene und (in den Bereichen der Bewegung) Anwendung einer Interpolation innerhalb des Feldes (von umgebenden Zeilen desselben Feldes).
(ii) Feststellung nicht nur der Tatsache der Bewegung sondern auch der Größe und der Richtung, Anwendung einer Interpolation von den geeigneten Teilen der umgebenden Felder.
Keine dieser Lösungen hat schon eine überzeugende Vorführung geliefert, daß eine hinreichende Wiedergabe bewegter Bilder in einem Dekoder erreicht werden kann, den ein HDTV-Teilnehmer sich in absehbarer Zukunft leisten könnte.
Eine Entwicklung der obigen Technik (i) schließt das Notwendigwerden einer Bewegungsfeststellung in dem Nutzerdekoder aus Diese Methode nutzt eine anspruchsvolle Ausstattung an den Überträger, um die Bewegung in Abschnitten des Szene festzustellen und diese Information an alle Dekoder zu geben, wozu ein separater digitaler Kanal benutzt wird (digital unterstütztes Fernsehen). Diese Arbeit ist gegenwärtig noch in einer frühen Stufe. Aber dennoch legen erste Resultate nahe, daß eine bemerkenswerte Datenkapazität erforderlich ist. Um wirtschaftlich zu sein, müssen die Datenanforderungen, die mit dieser Lösung verbunden sind, ohne Ansteigen der Kosten und der Komplexität von HDTV-Dekodern auf ein annehmbares Niveau reduziert werden. Folglich ist es klar, daß eine Forderung nach einer wirtschaftlich alternativen Lösung des Problems besteht, wobei die Bandbreite erhalten bleiben sollte und trotzdem der HDTV-Teilnehmer entweder mit einem herkömmlichen Fernsehempfänger oder einem neuen HDTV-Terminal kostengünstig bedient werden kann.
In einem Artikel mit dem Titel "Breit- und schmalbandige kompatible einkanalige HDTV-Übertragung" auf den Seiten 23 bis 32 der Fernseh- und Kinotechnik, Ausgabe 41, Nummern 1/2, Januar/Februar 1987, stellt H. Sauerburger Techniken zur Konvertierung eines HDTV-Signals für eine Kompatibilität mit herkömmlichen Fernsehstandards geringer Auflösung vor. Ein beschriebenes Verfahren beinhaltet die Schritte der Abtastung des zu übertragenden Fernsehsignales, der Verringerung der Bildpunkte von dem Abtast-Fernsehsignal zur Bildung eines mehrdimensionalen Abtastmusters und Halbierung der vorausberechneten Zahl von Zeilen bei einer vorausgehenden Verdoppelung der Zahl der Bildpunkte in jeder Zeile und einem anschließenden Fallenlassen aufeinanderfolgender Zeilen. Nach Empfang des Signales werden die verlorenen Bildpunkte interpoliert.
Nach einer ersten Form dieser Erfindung weist ein Verfahren zur Ermöglichung der Erhöhung der vertikalen Auflösung eines Fernsehsignales mit einer vorausberechneten Zeilenzahl, das als ein Fernsehsignal mit einer reduzierten Zeilenzahl übertragen ist, die Schritte auf:
Abtasten des Fernsehsignales, das übertragen werden soll, Verringerung der Bildpunkte des abgetasteten Fernsehsignales unter Bildung eines Abtastmusters in der Form einer Fünf auf einem Würfel (Quincunx-Abtastmuster), Halbieren der vorbestimmten Zeilenzahl durch ein erstes Verdoppeln der Anzahl der Bildpunkte in jeder Zeile und einem anschließenden Fallenlassen der aufeinanderfolgenden Zeilen und Interpolieren der fehlenden Bildpunkte nach dem Empfang des Fernsehsignales. Das Verfahren, das ein digitales Fernsehsignal mit der Hälfte der vorbestimmten Zeilenzahl für die Übertragung bereitstellt, ist dadurch gekennzeichnet, daß:
Der Abtastschritt mit der Nyquist-Frequenz vollzogen wird und der Schritt der Verringerung der aufeinanderfolgenden Zeilen die Schritte der diagonalen Filterung der Zeilenmuster räumlich in horizontaler und vertikaler Ausdehnung, der Verarbeitung des gefilterten Signales zum Entfernen der aufeinanderfolgenden Bildpunkte jeder Zeile zur Bildung eines Quincunx- Abtastmusters, Speicherung einer Zeile von aufeinanderfolgenden Fernsehsignalabtastungen in einem ersten Zeilenspeicher und einer nächstfolgenden Zeile der aufeinanderfolgenden Fernsehsignalabtastungen in einem zweiten Zeilenspeicher, kopieren der Bildpunkte von einer Zeile in eine unmittelbar benachbarte Zeile zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile und ein räumliches Fallenlassen einander abwechselnder vollständiger Zeilen einschließt. Vorzugsweise wird das Fallenlassen von aufeinanderfolgenden Zeilen durch einen anderen Abtastschritt gefolgt, in dem das Fernsehsignal durch eine Umwandlung des Signals der Hälfte der vorbestimmten Zeilenzahl zu einem analogen Signal für die Übertragung abgetastet wird, gefolgt durch ein Filtern des analogen Signals über eine Frequenz, die gleich der Hälfte der Nyquist-Abtastfrequenz liegt. Die Interpolation der fehlenden Bildpunkte kann durch eine Abtastung des empfangenen Fernsehsignals und durch eine Interpolation der fehlenden Bildpunkte diagonal in zwei Ausdehnungen ausgeführt werden, wobei die nicht übertragenen aufeinanderfolgenden Zeilen durch die Bereitstellung eines digitalen Fernsehsignals der vorbestimmten Zahl horizontaler Zeilen wiedergewonnen werden.
Nach einer anderen Form dieser Erfindung enthält eine Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines Fernsehsignales mit einer vorbestimmten Zeilenzahl, wobei das Fernsehsignal mit einer reduzierten Zeilenzahl übertragen wird:
Einen Kodierer für die Abtastung des Fernsehsignales, das übertragen werden soll, für die digitale Filterung der Fernsehsignalabtastungen räumlich in horizontaler und vertikaler Erstreckung, für die Verringerung der Bildpunkte von dem abgetasteten Fernsehsignal unter Bildung eines mehrdimensionalen Abtastmusters und zur Halbierung der vorbestimmten Zeilenzahl durch ein erstes Verdoppeln der Anzahl der Bildpunkte in jeder Zeile und durch Fallenlassen der aufeinanderfolgenden Zeilen. Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dar ein horizontaler Zeilenspeicher zum Speichern zweier aufeinanderfolgender Zeilen von Bildpunkten, einen Schalter zum Schalten der Bildpunkte und der Zeilen, die in dem Horizontal- Zeilenspeicher zum Ablegen der aufeinanderfolgenden Bildpunkte jeder Linie gespeichert sind, wobei sie das Quincunx-Abtastmuster bilden, zum Kopieren der Bildpunkte von einer Zeile in eine andere unmittelbar benachbarte Zeile zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile und zum Ablegen der abwechselnden vollständigen Zeilen- und einen Tiefpaß-Ausgangsfilter, der über die Hälfte der Frequenz der Abtastung des Fernsehsignals asymmetrisch ist. Am Ausgang der Anordnung liegt ein Signal an, das die Hälfte der vorbestimmten Anzahl der horizontalen Linien enthält, wie das Fernsehsignal, das übertragen werden soll.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines Fernsehsignales mit einer vorbestimmten Zeilenzahl bei einer Übertragung des Fernsehsignals mit einer verminderten Zeilenzahl, die enthält:
einen Kodierer zum Kodieren eines Fernsehsignals zur Übertragung in der das Signal abgetastet, gefiltert und durch eine Verringerung der Bildpunkte unter Bildung eines Quincunx-Abtastmusters bearbeitet ist, der die vorbestimmte Zeilenzahl zuerst durch Verdoppelung der Zahl der Bildpunkte in jeder Zeile und dann durch Fallenlassen der aufeinander folgenden Zeilen, halbiert und einen Dekoder zum Dekodieren des empfangenen Fernsehsignals, in dem das empfangene Signal interpoliert wird, um die fehlenden Bildpunkte wieder herzustellen und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die vorbestimmte Zahl von horizontalen Zeilen aufweist und das zur Anzeige auf einem hochauflösenden Fernsehempfänger bearbeitet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß:
der Kodierer einen horizontalen Zeilenspeicher zum Speichern zweier aufeinanderfolgender, horizontaler Zeilen von aufeinanderfolgenden Fersehsignalabtastungen, einen Schalter zum Schalten der Bildpunkte und Zeilen, die in dem horizontalen Zeilenspeicher zum Ablegen der abwechselnden Bildpunkte jeder Zeile unter Bildung eines Quincunx-Abtastmusters, gespeichert sind, zum Kopieren von Bildpunkten von einer Zeile in eine unmittelbar benachbarte andere Zeile, zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile, und zum Ablegen der abwechselnden, vollständigen Zeilen, so daß das übertragene Signal die Hälfte der vorbestimmten Zahl der horizontalen Zeilen aufweist, und einen Tiefpaßausgangsfilter enthält, der über die Hälfte der Frequenz der Abtastung des Fernsehsignals an dem Ausgang des Kodierers ist, und
der Dekoder einen Abtastschaltkreis zum Abtasten des empfangenen Fernsehsignales, Schaltermittel zum Schalten der Fernsehsignalabtastung zum räumlichen Bilden benachbarter Zeilen von miteinander abwechselnden Bildpunkten für jede Zeile der Abtastung, die empfangen ist, wobei ein Quincunx-Abtastmuster gebildet wird, und einen Interpolator, der ein zweidimensionales Diagonalfilter enthält zur Interpolation und zum Einsetzen von fehlenden Bildpunkten aus dem Quincunx-Bildmuster, das die aufeinanderfolgenden fehlenden Bildpunkte hat, beinhaltet, einschließt.
In dieser Weise können diese oder ähnliche Probleme der Verbesserung der HDTV-Übertragung und des -empfangs durch Steigerung der vertikalen Auflösung eines MAC-Signals durch die Verarbeitung in einem einfachen Feld gelöst werden.
Bei einem Verfahren und einer Anordnung, wie sie der vorliegenden Beschreibung dargestellt ist, ist ein kompatibles 525- Zeilen-MAC-Signal vorgesehen, in dem die übertragenen Zeilen die Informationen über die zusätzlichen Zeilen, die nicht übertragen werden, tragen. Diese Zusatzinformation wird auf einer hohen Videofrequenz getragen und wird nicht durch einen billigen Konverter für einen 525-Zeilen kompatiblen Empfänger verarbeitet. Die Gestaltung eines NTSC- kompatiblen, billigen Dekoders, der dieselbe Übertragung empfängt, schließt einfach die Einrichtung eines einfachen Tiefpaßfilters zur Rückgewinnung des 525-Zeilensignals einer herkömmlichen Auflösung ein, die zum NTSC mit geringen Kosten zur Anzeige auf einem herkömmlichen Empfänger konvertiert werden kann. Umgekehrt verarbeitet der Konverter, verbunden mit einem HDTV-Empfänger, die zugefügte Hochfrequenzinformation um eine erhöhte Vertikalauflösung für eine 1050-Zeilenanzeige zu erzielen.
Das Verarbeitungsverfahren, das zu beschreiben ist, verwendet ein Primärquellensignal von 1050 Zeilen im MAC-Format. Es kann auf die Helligkeitskomponente oder getrennt auf beide, die Helligkeits- und die Farbkomponente, angewendet werden und beinhaltet die folgenden Schritte:
Schritt 1. Abtasten des 1050-Zeilenquellensignals unter Benutzung eines rechteckigen Abtastmusters (Figur 3). Anwendung der diagonalen Filterung.
Schritt 2. Fallenlassen der wechselweisen Bildpunkte zum Hinterlassen eines nicht rechteckigen 1050-Zeilen umfassenden, Quincunx-Abtastmuster. Dieses Abtastmuster trägt die volle vertikale und horizontale Auflösung, sofern die diagonale Auflösung in Schritt 1 eingeschränkt worden ist.
Schritt 3. Zusammenfassen jeder Zeile mit einer angrenzenden Zeile, entweder über oder unter ihr, wirkungsvolles Multiplexen der Abtastungen zur Wiederherstellung einer rechtwinklichen Abtaststruktur mit der Abtastfrequenz fs.
Schritt 4. Ablegen der vollständigen, wechselweisen Zeilen unter Zurücklassen eines 525-Zeilensignals.
Die ersten vier Schritte werden an dem oder in der Nähe des Originals der Übertragung ausgeführt, so daß ein abgetastetes 525-Zeilensignal für die Übertragung bleibt, das praktisch frei von Alias ist, wenn es in einer zweidimensionalen Frequenzebene betrachtet wird. Mit anderen Worten bestehen Wiederholungsspektren, die mit Komponenten der Trägerfrequenz mosaikartig zusammengesetzt sind, so daß die fehlenden Zeilendaten von dem Hochfrequenzwiederholungsspektrum zurückinterpoliert werden können. Die diagonale Hochfrequenzinformation in dem Signal des Wiederholungsspektrums trägt gefaltete Energie, die die vertikale Hochfrequenzinformation repräsentiert, die in dem originalen 1050-Zeilensignal besteht. Tatsächlich ist die diagonale Auflösung durch eine Hochfrequenzvertikalinformation ersetzt worden.
Die Bildpunkte des 525-Zeilensignalausganges des zweidimensionalen Dialgonalfilters können in eine analoge Form unter Nutzung eines Digital/Analog(D/A)-Wandlers zurückkonvertiert werden. In dem digitalen Bereich vor der D/A-Wandlung oder in dem analogen Bereich nach der D/A-Wandlung führt ein Tiefpaßfilter eine Kennlinie aus, die über fs/2 (wobei fs die Abtastfrequenz ist) asymmetrisch ist.
Schritt 5. Anwendung des asymmetrischen Sub-Nyquist-filters.
Die asymmetrische Filterung bewahrt die Übertragungsbandbreite und erlaubt die Zurückinterpolation. Das Analoge 525-Zeilensignal, das sich ergibt, kann übertragen werden und ist mit einem Dekoder kompatibel, der zum Empfang eines 525-Zeilensignales desselben Formates ausgestaltet ist. Nach einem Empfang wird die gefaltete Energie der Hochfrequenz durch Nutzung eines Tiefpaßfilters zur Anschauung auf einem herkömmlichen Fernsehgerät einfach entfernt.
Für Nutzer, denen ein HDTV-Empfänger gehört, regeneriert ein HDTV-Dekoder 1050 Zeilen zur Anzeige, wobei die folgenden zusätzlichen Schritte genutzt werden:
Schritt 6. Anwendung eines asymmetrischen Vorabtastfilters vor oder nach einer A/D-Umwandlung oder einer Abtastung. (Beachte, daß die Kennlinie dieses Filters zu der asymmetrischen Kennlinie nach Schritt 5 beitragen kann oder nicht kann.
Schritt 7. Abtasten des Signals mit der Frequenz fs/2 entweder vor oder nach dem Schritt 6.
Schritt 8. Entflechten [Demultiplexen] der wechselweisen Bildpunkte zur Erzeugung von zwei Zeilen aus jeder empfangenen Zeile, d. h. wechselweise Bildpunkte werden vertikal versetzt um die fehlende Zeile zu erzeugen.
Schritt 9. Anwenden einer zweidimensionalen Interpolation zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte und zum Wiedergewinnen eines rechtwinklichen Abtastmusters. Dieser Interpolator weist eine diagonale Filtercharakteristik auf. Am Ende von Schritt 9 ist das Ergebnis ein Signal mit 1050 Zeilen mit einer erhöhten vertikalen Auflösung, das zur Anzeige bereit ist.
Die zugehörige Anordnung der vorliegenden Erfindung enthält einfach in Kombination eine Phasensperrschleife, einen Synchronisationsimpulsabschneider und einen Taktgenerator zum Belegen von Synchronisier- und Takteingängen an verschiedenen Punkten in der Schaltung, ein Tiefpaßfilter, einen A/D- und einen D/A-Wandler, ein zweidimensionales Diagonalfilter, eine Schalt- und Steuerlogik und ein asymmetrisches Tiefpaßfilter entweder zum Kodieren oder zum Dekodieren. Für eine Übertragung in Rundfunkqualität, dem Empfang oder für die Vorraussetzungen an das Zwischenband wird ein Siebenzeilendiagonalfilter vorgeschlagen, wobei ein kostengünstiges Drei- oder Fünfzeilendiagonalfilter für den Einsatz in einem HDTV-Empfänger geeignet ist. Es sind weder Vollfeldspeicher erforderlich noch ist das Verfahren oder die Anordnung in irgendeiner Weise sichtlich der Zeitvorgabe für die Interpolation nur statischer Bilder beschränkt.
Die Erfindung soll nunmehr durch ein Beispiel beschrieben werden, das Bezug nimmt, auf die Zeichnungen, in denen
Figur 1 eine graphische Darstellung eines bekannten Demultiplexers analoger Fernsehsignalkomponenten (BMAC) zeigt,
Figur 2 eine graphische Darstellung eines vertikalen Signals über eine Zeit darstellt, wobei die Zeilenvernetzungstechnik nach dem bekannten Stand der Technik gezeigt wird,
Figur 3 ein Flußdiagramm und eine bildliche Darstellung einer fernsehsignalverarbeitenden Methode nach der vorliegenden Erfindung zeigt, wie sie auf das Original der Übertragung angewandt wird,
Figur 4 ein Flußdiagramm und eine bildliche Darstellung eines Verarbeitungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt, wie es nach dem Empfang eines HDTV-Signales angewandt wird,
Figur 5 ein schematisches Blockdiagramm eines Dekoders nach der vorliegenden Erfindung darstellt,
Figur 6 ein schematisches Blockdiagramm eines Teiles einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, der einen Dekoder bildet,
Figur 7 ein schematisches Blockdiagramm eines Siebenzeilendiagonalfilters in der 15. Ordnung zeigt.
Figur 8a und 8b dreidimensionale graphische Darstellungen eines zweidimensionalen Frequenzganges des Filters nach Figur 7, wobei Figur 8a die Trägerfrequenzkennlinie und Figur 8b die Frequenzkennlinie zeigt, die das Hochfrequenzwiederholungsspektrum einschließt, aus dem das 1050-Zeilen-HDTV-Signal interpoliert wird,
Figur 9a und 9b zeigen eine erste Photographie eines Bildes mit 525 Zeilen und eine zweite Photographie eines Bildes nach einer Bearbeitung gemäß der Erfindung.
Kurz Bezug nehmend auf Figur 1, ist darin eine graphische Darstellung eines B-MAC-Videosignales dargestellt, das Daten enthält, wobei die Farb- und Helligkeitssignale durch ein Übergangsintervall getrennt sind. Es ist das B-MAC-Videohelligkeitssignal gezeigt, das in Einstimmung mit der Erfindung durch ein Beispiel gezeigt ist, wobei das B-MAC-Signal für den HDTV-Dienst zu Gunsten des nach NTSC zusammengesetzten Videosignals bevorzugt ist. Das Farb- oder ein anderes Videosignal kann ähnlich bearbeitet werden.
Es ist ein 1050-Zeilen B-MAC y-Eingangssignal gezeigt, das als Eingang der Anordnung nach Figur 5 und 6 vorgesehen ist und das entsprechend dem Verfahren, das in dem Flußdiagramm gemäß der Figuren 3 und 4 bearbeitet wurde. Die Figuren 3 und 5 stellen das Verfahren und die Anordnung bezüglich der Anwendung für eine Kodierung des analogen 1050-Zeilen B-MAC-Signals dar, die in einer solchen Weise geschieht, daß ein 525-Zeilenkodierter Ausgang mit einer Information eines gefalteten Hochfrequenzwiederholungsspektrums mit einer herkömmlichen Bandbreite auf einen Empfänger übertragen werden kann. In den Zeichnungen nicht dargestellt ist ein einfaches Tiefpaßfilter eines einfachen HDTV-Konverters über die Trägerfrequenz zur Ausschaltung der Hochfrequenzkomponenten, so daß ein standardmäßiges 525-Zeilen NTSC-Videosignal an einen herkömmlichen Empfänger zur Anzeige bereitgestellt werden kann.
Unter genauerem Bezug auf Figur 3 ist darin ein Flußdiagramm dargestellt das 5 Schritte des genannten Verfahrens herausstellt, das typischerweise am Original der Sendung angewandt wird. In Box 301 ist eine bildliche Darstellung des Schrittes 1, der digitalen Abtastung des analogen B-MAC-Videosignaleinganges, gezeigt. Die wechselweisen Zeilenbildpunkte XXXX und 0000, die alle zusammen ein abgetastetes 1050-Zeilen oder ein anderes hochauflösendes HDTV-Videosignal zusammensetzen, gezeigt. Die Abtastung wird durch die Nyquistfrequenz, zum Beispiel ungefähr 28 MHz geleitet, insbesondere mit 28, 336, 360 Hz.
Unter kurzer Bezugnahme auf Figur 5 ist dieser erste Schritt in Form einer Schaltungsstruktur dargestellt, die ein Tiefpaßfilter 501 am Zwischenfrequenzband enthält und ein gefiltertes analoges Eingangssignal für einen Analog/Digitalwandler 502, der mit 28 MHz getaktet ist, bereitstellt. Der Takteingang wird durch ein Durchschleifen des hereinkommenden Signals durch den Synchronisationsgenerator 506 in bekannter Art und Weise gewonnen. Der Horizontalsynchronisationsausgang eines Synchronisationsgenerators 50 mit einer Frequenz von ungefähr 32 kHz wird durch eine Phasenverriegelungsschleife 504 bereitgestellt. Die Phasenverriegelungsschleife 504 wird wiederum durch einen Quarzoszillator 505 gesteuert, der in der Nyquistfrequenz von ungefähr 28 MHz arbeitet. Der verriegelte Hochfrequenzausgang der Phasenverriegelungsschleife 505 wird dann direkt verwendet, um zum Beispiel den A/D-Wandler 502 zu takten. Er wird auch durch eine 1:2 Teilerschaltung heruntergeteilt, um mit der halben Nyquistfrequenz zu takten. Er wird weiterhin an dem Teiler 507 durch 455 zum Schließen mit hereinkommenden horizontalen Synchronisationssignal heruntergeteilt.
Unter kurzer Bezugnahme auf Figur 3 ist an Box 306 die Anwendung eines zweidimensionalen Diagonalfilters bildlich dargestellt. In Figur 5 ist das Diagonalfilter 508 mit dem Ausgang eines A/D-Wandlers 502 verbunden gezeigt. An dem Ausgang des Filters ist ein diagonal gefiltertes Signal, welches zu einem ersten temporären Speicher 509 oder zu einem zweiten Zeilenspeicher 510 entsprechend dem Schalter 511 geführt wird, der durch das exklusive ODER-Gatter 512 angeregt wird. Die wechselnden Bildpunkte der wechselnden Zeilen stellen die Figur einer Fünfer- oder Quincunxsstruktur her, wie sie in Figur 3 an Box 305 gezeigt ist.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf Figur 5 enthält der zweite Zeilenspeicher 510 zu einem Zeitpunkt eine einzelne Zeile von wechselnden Bildpunkten, worin die fehlenden Bildpunkte abgelegt sind. Zu einem anderem Zeitpunkt ist der erste Zeilenspeicher 509 geschaltet verbunden mit einem zweitem Zeilenspeicher 510, so daß die fehlenden Stellen durch eine benachbarte einzelne Zeile von wechselnden Bildpunkten aus dem ersten Zeilenspeicher 509 aufgefüllt werden können. Der Vorgang ist mit einer Diskussion von Figur 3 leichter verständlich.
Box 303 zeigt das 550-Zeilensignal, nach dem es abgetastet aber bevor es diagonal gefiltert ist. In dem diagonalen Filtervorgang werden abwechselnde Bildpunkte aubwechselnden Zeilen abgelegt, wie es durch Box 304 gezeigt ist, wobei die 1050-Zeilenverbindungsstruktur, wie sie in Box 305 dargestellt ist, zurückgelassen wird. Während beispielsweise die Zeile, die die Bildpunkte 02 und U2 enthält, zu dem ersten Zeilenspeicher 509 übergehen würde, sind die Bildpunkte X1X1, die die wechselnde Zeile beinhaltet, für den zweiten Zeilenspeicher 510 vorgesehen. Wenn der erste und er zweite Zeilenspeicher 509 und 510 in dieser Reihenfolge mit Bildpunkten gefüllt sind, folgt eine Abtastung des ersten Zeilenspeichers 509, um seine Bildpunkte Zum schließen der Lücken in der benachbarten Zeile, die in dem zweiten Zeilenspeicher gespeichert ist, wirkungsvoll hinzuzufügen.
In Box 306 aus Figur 3 wird dieser Austastungsvorgang gezeigt. Das Ergebnis ist ein 1050-Zeilensignal, wie in Box 307 gezeigt, das zeitweilig in dem zweiten Zeilenspeicher 510 gespeichert ist. Eine Zeile von Punkten, zum Beispiel X3O2 enthält eine redundante Information für die wechselweise benachbarte Zeile der Bildpunkte X3O4X3O4, nämlich den wechselnden Bildpunktwert X3.
Der nächste Schritt in dem Prozeß ist die Ausschaltung von wechselnden Zeilen und folglich der redundanten Bildpunktdaten, wie es in Box 308 von Figur 3 gezeigt ist. Was in Box 309 übrig bleibt, ist ein 525-Zeilensignal, das die gefaltete Information über die fehlende Zeile enthält. Zum Beispiel sind die Bildpunkte 02 und 04 in ein Signal von 525 Zeilen gefaltet, das aber die Bildpunkte der wechselnden Zeilensignale, wie in Box 305 gezeigt, liefert.
Bezüglich Figur 5 ist diese Ablage von wechselnden Zeilen vervollständigt durch die Abtastung nur jeder anderen Zeile aus dem zweiten Zeilenspeicher 510. Das Eingangssignal "Bildpunkt ungerade/gerade" wird an das exklusive ODER-Gatter 512 geliefert. Ebenso wird das Eingangssignal "Zeile ungerade/gerade" sowohl an das exklusive ODER-Gatter 512 als auch an das UND-Gatter 513 geliefert, deren anderer Eingang an einem 28 MHz Taktsignal anliegt. Der Ausgang des Endgatters 513 trägt die Austastung der Zeilenbildpunktdaten in den zweiten Zeilenspeicher 510, wobei die Austastung zu dem D/A-Wandler mit der Hälfte der anfänglichen Abtastgeschwindigkeit oder fs/2 getaktet ist. Mit anderen Worten eine erste vollständige Zeile von Bildpunkten, zum Beispiel X3O2X3O2 einfach durch eine zweite Zeile von Abtastpunkten X3O4X3O4 in dem zweiten Zeilenspeicher 510 überschrieben. Diese Zeile X3O4X3O4 ist die Zeile, die, wie in Box 309 gezeigt, als Ausgang zu dem D/A-Wandler 417 zugelassen ist, wie es ebenfalls in Figur 3 als Box 310 gezeigt ist. Der D/A-Wandler 514 arbeitet mit der Frequenz fs/2 oder ungefähr mit 14 MHz, wobei fs die Nyquistabtastfrequenz ist.
Der letzte Schritt des Kodiervorganges für die Übertragung kann entweder vor oder nach dem Schritt der D/A-Wandlung an Box 310 geschehen. Der letzte Schritt ist die Anwendung eines asymmetrischen Tiefpaßfilters, welche eine Durchlaßfrequenz von fs/2 hat, wie es in Box 311 gezeigt ist. Wenn das Filter, wie dargestellt, für den analogen Bereich vorgesehen ist, reduziert sich seine Gestaltung auf ein einfaches RC- oder LC- Tiefpaßfilter. Es ist gut bekannt, daß ein ideales analoges Tiefpaßfilter nicht möglich ist, aber es ist praktisch in dem digitalen Bereich erreichbar. Folglich wird für eine Sendequalität ein digitales asymmetrisches Tiefpaßfilter vorgeschlagen. Mit einem digitalen Heruntertasten und Zurücktasten kann eine Filterung ohne eine zusätzliche Verschlechterung des übertragenen oder empfangenen Videosignals in Kaskaden erfolgen. Wie dem auch sei, ist die digitale Filterung teurer und folglich ist ein analoges Tiefpaßfilter für eine praktische Einführung geeigneter.
In der Anordnung, wie sie in Figur 5 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 514 einem Wellenkorrekturglied 515 zum Glätten eines abgetasteten und erhaltenen analogen Ausgangssignals des D/A-Wandlers in Übereinstimmung mit einer Sinus x/x -Korrektur bereitgestellt. Der geglättete analoge Ausgang ist dann an den asymmetrischen Tiefpaßfilter 515 angeschlossen, der zum Beispiel eine 6 dB-Verlustkennlinie bei 7 kHz aufweist. Sein Ausgang ist 525 Zeilen kodierter Ausgang, wie auch der Ausgang von Box 311 gemäß Figur 3. Der Ausgang ist dann vorbereitet für eine Satelliten-, Glasfaser-, Mikrowellen-, Rundfunkfrequenz- oder eine andere Übertragung zu einem entfernten Ende und zu einen eventuellen Empfang an einem herkömmlichen oder einem HDTV-Empfänger durch Modulation und Multiplextechniken in bekannter Art und Weise, vorbereitet.
Die Dekodierung wird nunmehr unter Bezug auf die Figuren 5 und 6 unter der Annahme beschrieben, daß der Prozeßeingang, ein 525-zeilenkodiertes Eingangssignal bereits demultiplext und/oder moduliert worden ist, wenn es geeignet erscheint. Eine solche Dekodierung bereitet das empfangene Signal durch ein Zurückinterpolieren und einem erneuten Einsetzen der fehlenden Zeilen für einen Empfang auf einem speziellen 1050-Zeilen HDTV-Empfänger vor.
Bezugnehmend auf Figur 6 wird das empfangene Analogsignal durch einen Tiefpaß, typischerweise in dem analogen Bereich durch ein asymmetrisches Tiefpaßfilter 601 gefiltert, bevor es von dem A/D-Wandler 602 abgetastet wird. Nach Figur 5 wird die Synchronisation aus dem hereinkommenden Signal an dem Synchronisationstrennglied 603 gewonnen. Das horizontale Synchronistationssignal einer Frequenz von ungefähr 16 kHz wird an der Phasensperrschleife 604, die durch einen quarzgesteuerten Oszillator 605 geführt wird, gesperrt. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators 605 mit 28 MHz wird heruntergeteilt. An dem Ausgang des 1:2 Teilers 606 liegt ein fs/2-Signal von ungefähr 14 MHz zum Betrieb zum Beispiel des A/D-Wandlers 602. An dem Ausgang des 1:910 Teilers 607 liegt das horizontale Synchronisationssignal von ungefähr 16 kHz. Der horizontale und vertikale Synchronisationssignalausgang des Sychronisationstrenngliedes 603 werden zu dem Taktimpulsgenerator 617 geführt, der mit 28 MHz zur Erzeugung der Impulse für verschiedene Teile der Dekoderschaltung getaktet ist.
Bezugnehmend auf das Flußdiagramm Figur 4 wird das vor der Abtastung liegende asymmetrische Filter 601 durch die Box 401 dargestellt. Wegen der Anwendung eines analogen nicht idealen Filters 601 in dem Wandler eines HDTV-Nutzers können einige Verschlechterungen in dem empfangenen analogen Ausganssignal auftreten. In naher Zukunft sinken die Kosten der Fertigung von Digitalfiltern, so daß Digitalfilter für Wandler von HDTV- Nutzern voraussehbar sind. Folglich kann im Schritt 6 Schritt 7 oder Box 402 folgen.
Unabhängig von den Stellungen der digitalen Filter 601 und 609 wird ein Muster von einander wechselnden leeren Zeilen mit den Zeilenbildpunkten der Figur 6 ausgebildet, wie es in Box 403 von Figur 4 gezeigt ist. Box 403 wird gefolgt von 404, worin die wechselnden Bildpunkte in entsprechende Stellungen in den leeren Zeilen bewegt werden. Zuerst sammelt eine ungerade /gerade Abtastung am Schalter 611 die ungeraden und die geraden Bildpunkte zusammen in einer Zeile, wie in Box 403 dargestellt. Am Schalter 609 werden die geraden und ungeraden Bildpunkte in ungerade und gerade Zeilen zur Formung einer Quincunx- oder einer Figur eines Fünfermusters von nichtredundanten Bildpunktinformationen angeordnet, wie es in Box 404 gezeigt ist.
Der Ausgang des Digitalschalters 609 ist als ein Eingang auf ein zweidimensionales Diagonalfilter 608 zur Zurückinterpolierung und zum Wiedereinsetzen fehlender Bildpunkte ausgestaltet. Das ist in Figur 4 an Box 405 gezeigt und die zurückinterpolierten Bildpunkte XXXX, 0000 sind in Box 406 dargestellt. Nunmehr ist das 1050-Zeilensignal zurückkonvertiert in eine analoge Form zur Anzeige an einem D/A-Wandler 614. Der Umwandlungsprozeß ist im dem Flußdiagramm Figur 4 als Box 407 gezeigt. Das Korrekturglied 615 wird auf den Analogausgang des D/A-Wandlers 614 in Übereinstimmung mit einem Sinus (x)/x Korrekturalgoritmus angewandt. Der Ausgang des Korrekturgliedes 615 wird gefiltert, um die Bandbreite eines 1050-Zeilen B-MAC- Signals an einem Tiefpaßfilter 616 durchzulassen, bevor es zur Anzeige auf einem HDTV-Empfänger konvertiert wird. Der Dekoder, der in Figur 6 gezeigt ist, ist am vorteilhaftesten in einem nicht näher dargestellten HDTV-Empfänger integriert oder er kann eine separate Einheit darstellen, abhängig davon, wie die HDTV-Dienstleistung anfänglich ausgeführt wurde.
Figur 7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines zweidimensionalen Diagonalfilters für 7 Zeilen der 15. Ordnung. Solch ein Filter wird für den Aufbau einer Anordnung entsprechend Figur 5 vorgeschlagen, wenn es am Original der HDTV-Sendedienstleistung oder an einem zwischenliegenden Punkt zur Vera fügung gestellt wird, um HDTV-Sendequalität zu erreichen. Ein Drei- oder Fünfzeilenfilter ist von ausreichender Qualität für die Ausführung in einem Benutzerkonverter der die Schaltung nach Figur 6 enthalten könnte.
Die Abtastung von Fersehbildern ist beschrieben in G. J. Tonge's Schrift "Die Abtastung von Fernsehbildern", ein Experimental- und Entwicklungsreport (12/81) der British Independent Broadcasting Authority.Darin sind in den Figuren 12 bis 17 ökonomisch günstiger verfügbare Drei- und Fünfzeilenfilter für ausreichende Gestaltung für einen Nutzerkonverter, als sie die Siebenzeilenfilter nach Figur 7 sind.
Solche Filter sind aus einzelnen Zeilenverschiebeelementen, einzelnen Bildpunktverschiebeelementen, Addieren und Multiplizieren zum Multiplizieren einzelner verschobener Bildpunkte durch einzelne Koeffizienten in Kombination, abhängig von der geforderten Komplexität des Filters. Die Koeffizienten werden von Angleichungen gewonnen, die von einer allgemeinen Angleichung eines Heruntertastenfilters, gegeben durch die diskrete Fouriertransformation hergeleitet:
worin -N&sub1; < n < N&sub2; den Bereich der Abtastpositionen, h(n) die Inpulsantwort und R die Zeitdauer, die durch die ganze Zahl n definiert ist, darstellt. Für die asymmetrische Filtergestaltung, wie sie auf die Filter 516 und 601 über die Frequenz π/2R angewandt wird,
H(π/R - ω) = 1-H(ω)
Die zweidimensionale diskrete Fouriertransformation für die Gestaltung der Diagonalfilter 508 und 608 ist gegeben durch:
Die verschiedenen Koeffizienten für ein Sieben-Zeilen-Filter 15. Ordnung werden durch folgende Tabelle 1 gegeben und werden bei den Teilern, wie in Fig. 7 gezeigt, angewandt. Tabelle 1 Koeffizientenverteilung
Die Werte jeder dieser Koeffizienten sind durch die folgende Tabelle 2 gegeben Tabelle 2
Die Koeffizienten für Drei- und Fünfzeilenfilter sind in Tonge dargestellt und werden der Einfachheit halber hier noch einmal wiedergegeben. Die Tabelle 3 enthält Koeffizienten für ein Dreizeilenfilter und Tabelle 4 für ein Fünfzeilenfilter. Tabelle 3 Tabelle 4
Fig. 7 zeigt a detailliertes schematisches Blockdiagramm eines 7-Zeilen-Filters fünfzehnter Ordnung, das eine Koeffizienteneinstellung und Werte aufweist, wie sie in den Tabellen 1 bzw. 2 gezeigt sind. Während das vorliegende 7-Zeilen-Filter sechs getrennte Zeilenverzögerungselemente 701-706 erfordert, benötigt ein Dreizeilenfilter nur zwei und ein Fünfzeilenfilter vier. Ebenso, während ein Anfangs-Dreizeilenadder 707-709 in einer 7-Zeilen-Ausführung erforderlich ist, werden in einer Fünfzeilenausführung nur zwei bzw. eins in einer Dreizeilenausführung gefordert.
Die erste und die letzte verzögerte Zeile werden in dem Adder 707 zusammengefügt, die zweite und die vorletzte in dem Adder 708 usw., bis die mittlere Zeile doppelt verarbeitet wurde. Vier der Verarbeitungsleitungen umfassen einfache Bildpunktverzögerungselemente 710-722, 723-736, 737-749 bzw. 750-763. Die Anordnung von zwei einfachen Bildpunkt-Verzögerungselementen zusammen in Reihe in einer einzelnen Linie ist der Multiplikation durch einen Koeffizienten mit dem Wert, wie er in Tabelle 1, 3 oder 4 dargestellt ist, äquivalent. Die entsprechenden Bildpunkte, verzögert, wie gezeigt, werden in Paralleladdern 764-776 zusammengefügt und in den Multiplizierern 778-794 mit den Koeffizienten c(0,0) - c(7,2) multipliziert.
Die Elemente zur diskreten Fouriertransformation an den Ausgängen der fünf Verarbeitungsleitungen werden in fünf Adderstufen, die die Adder 795-810 enthalten, zusammengefaßt. Es werden nur zwei Kombinationen von zwei Adderelementen gezeigt, da anzunehmen ist, daß derart einfach aufgebaute Blöcke in Übereinstimmung mit der Schaltkreisherstellungstechniken mit einer Integration sehr hohen Grades (VLSI) sehr leicht aufgebaut werden können. Tatsächlich wurde das vorliegende 7-Zeilen-Filter fünf zehnter Ordnung durch vier solcher VLSI-Schaltkreise hergestellt.
Beispielsweise wurden ein Kodierer und ein Dekoder zur Anwendung des oben dargestellten Verfahrens auf ein 525-Zeilen B- MAC-Signal hergestellt. An dem Ausgang des beispielhaften Kodierers wurde ein 262-½-Zeilen-Signal, das die gefaltete Information in dem Hochfrequenz-Wiederholungsspektrum zur Zurückinterpolation der fehlenden 262-½-Zeilen aufweist, bereitgestellt. Fig. 9a ist eine Fotografie eines Quellenbildes mit 525 Zeilen. Fig. 9b ist eine Fotografie eines Bildes mit 525 Zeilen, das von einem 262-½-Zeilen-Signal in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren zurückinterpoliert wurde.
Das vorliegende Verfahren und die Anordnung können ihre Anwendung in der Bereitstellung von Dienstleistungen finden, wo das Übertragungsmedium von unbegrenzter Kapazität ist, aber eine hohe Auflösung gefordert wird, z.B. Bildtelefondienste oder hochauflösender Videotextdienst über Telefonleitungen.
Dementsprechend ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines übertragenen Fernsehsignales derart, daß das Signal mit einer geringen Bandbreite übertragen werden kann und auch nach einem Empfang eine Bildqualität erzielt werden kann, die die doppelte Vertikalauflösung ohne eine Bildverschlechterung hat, gezeigt und beschrieben worden. Das vorliegende Verfahren und die Anordnung verkörpern eine Ausgestaltung und zeigen ein Beispiel einer Anwendung auf dem HDTV-Gebiet und dem Gebiet der konventionellen Rundfunkübertragung, obgleich andere Ausgestaltungen und Anwendungen mit noch anderen Standardvideosignalen durch einen Durchschnittsfachmann leicht angepaßt werden können, ohne von den folgenden Ansprüchen abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines Fernsehsignales mit einer vorbestimmten Anzahl von Zeilen bei Übertragung als ein Fernsehsignal mit einer verringerten Zeilenzahl, das die Schritte

- Abtasten (301) des Fernsehsignales, das übertragen werden soll,

- Verringerung der Bildpunkte (304) des abgestasteten Fernsehsignales (303), wobei ein Qunincunx-Abtastmuster (Abtastmuster in Form einer Fünf auf einem Würfel) geformt wird,

- Halbierung der vorbestimmten Zahl von Zeilen durch ein erstes Verdoppeln der Zahl der Bildpunkte in jeder Zeile (306) und einem Fallenlassen abwechselnder Zeilen (308) und

- Interpolation der fallengelassenen Bildpunkte (405) nach einem Empfang des Fernsehsignales,

enthält und ein digitales Fernsehsignal (309) mit der Hälfte der vorbestimmten Zeilenzahl für die Übertragung bereitstellt, ist dadurch gekennzeichnet, daß

- der Abtastschritt (301) mit der Nyquist-Frequenz durchgeführt wird,

- der Schritt zur Verringerung der abwechselnden Zeilen die Schritte der diagonalen Filterung (302) der Zeilenpunkte räumlich in horizontaler und vertikaler Ausdehnung, die Verarbeitung (304) des gefilterten Signales zur Entfernung abwechselnder Bildpunkte aus jeder Zeile zur Erzeugung eines Quincunx-Abtastmusters (305), Speichern (306) einer Zeile von aufeinanderfolgenden Fernsehsignal- Abtastungen in einem ersten Zeilenspeicher (509) und einer nächsten abwechselnden Zeile von aufeinanderfolgenden Fernsehsignal-Abtastungen in einem zweiten Zeilenspeicher (510), Kopieren (306) der Bildpunkte von einer Zeile in die andere unmittelbar benachbarte Zeile zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile und ein räumliches Fallenlassen (308) abwechselnder vollständiger Zeilen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Fallenlassens (308) abwechselnder Zeilen gefolgt wird durch einen anderen Schritt des Abtastens des Fernsehsignales, der die Schritte der Konvertierung des Signales der halben vorbestimmten Zeilenzahl in ein analoges Signal für die Übertragung und die Filterung (311) des analogen Signales über die Frequenz, die gleich der halben Nyquist-Abtastfrequenz ist, enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolation der fallengelassenen Bildpunkte durch eine Abtastung (401, 402) des empfangenen Fernsehsignales und eine Interpolation (405) der fehlenden Bildpunkte diagonal in zwei Ausdehnungen ausgeführt wird, wobei die nichtübertragenen abwechselnden Zeilen unter Bereitstellung eines digitalen Fernsehsignales mit der vorbestimmten Anzahl horizontaler Zeilen zurückgewonnen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diagonale Interpolation fehlender Bildpunkte in zwei Ausdehnungen die Schritte

- der Entkopplung der abwechselnden Bildpunkte von jeder Zeile (404) derart, daß zwei Bildpunktzeilen von abwechselnden Bildpunkten, die ein Quincunx-Muster aus abwechselnden Zeilenbildpunkten (404) herstellen, gewonnen werden, und

- des Ersetzens fehlender abwechselnder Bildpunkte von jeder abgetasteten Zeile durch eine zweidimensionale Interpolation (405)

enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten des empfangenen Fernsehsignales die Schritte

- der Filterung (401) des empfangenen Fernsehsignales durch ein über die Frequenz, die gleich der Hälfte der Nyquist-Abtastfrequenz ist, asymmetrisches Filter und

- Konvertierung (402) des empfangenen Signales in ein digitales Signal (403) mit der Hälfte der vorbestimmten Zahl horizontaler Zeilen

enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Filterung (401) des empfangenen Fernsehsignales zur Entfernung der Hochfrequenzkomponenten, zur Anzeige des gefilterten Fernsehsignales mit der Hälfte der vorbestimmten Zeilenzahl auf einem herkömmlichen Fernsehempfänger.

7. Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines übertragenen Fernsehsignales von einer vorbestimmten Zeilenzahl, wenn dieses als ein Fernsehsignal mit einer verringerten Zeilenzahl übertragen wird, die enthält,

- einen Kodierer zum Abtasten des zu übertragenden Fernsehsignales, zur digitalen Filterung der Fernsehsignalbildpunkte räumlich in horizontaler und vertikaler Ausdehnung, zur verringerung der Bildpunkte von dem abgetasteten Fernsehsignal unter Formung eines Quincunx-Abtastmusters und zum Halbieren der vorbestiinmten Zeilenzahl durch eine erste Verdopplung der Bildpunktzahl in jeder Zeile und dann durch ein Fallenlassen abwechselnder Zeilen, ist gekennzeichnet durch

- einen horizontalen Zeilenspeicher (509, 510) zum Speichern zweier aufeinanderfolgender horizontaler Bildpunktzeilen,

- einen Schalter (511) zum Schalten der Bildpunkte und Zeilen, die in dem horizontalen Zeilenspeicher (509, 510) gespeichert sind zum Ablegen der abwechselnden Bildpunkte von jeder Zeile, wobei das Quincunx-Abtastmuster geformt wird, Kopieren der Bildpunkte von einer Zeile in eine unmittelbar benachbarte Zeile, zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile, und Ablegen der abwechselnden vollständigen Zeilen und

- einen Tiefpaßfilterausgang (516) der über die Hälfte der Abtastfrequenz des Fernsehsignales asymmetrisch ist,

wobei der Ausgang der Anordnung ein Signal aufweist, das die Hälfte der vorbestimmten Zeilenzahl wie das zu übertragende Fernsehsignal aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Zeilenspeicher zwei horizontale Zeilenspeicherelemente (509, 510) aufweist, wobei ein erstes Speicherelement (509) zum Speichern einer Zeile aufeinanderfolgender Fernsehsignalbildpunkte und ein zweites der Speicherelemente (510) zum Speichern einer nächsten Zeile von aufeinanderfolgenden Fernsehsignalabtastungen vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Speicherelement (509) durch das Mittel (512) eines logischen Schaltkreises zum Austasten einer Zeile von Fernsehsignalabtastungen an das zweite Speicherelement (510) gesteuert wird.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch mindestens einen Taktgeber zum Takten des zweiten Speicherelementes (510) mit der halben Abtastfrequenz.

11. Anordnung zur Erhöhung der vertikalen Auflösung eines übertragenen Fernsehsignales von einer vorbestimmten Zeilenzahl, wenn dieses als ein Fernsehsignal mit einer verringerten Zeilenzahl übertragen wird, die enthält,

- einen Kodierer zum Kodieren eines Videosignales für die Übertragung, in dem das Signal abgetastet, gefiltert und durch Verringerung der Bildpunkte von dem abgetasteten Signal unter Formung eines Quincunx-Abtastmusters wobei die vorbestimmte Zeilenzahl durch ein erstes Verdoppeln der Bildpunktzahl in jeder Zeile und dann einem Fallenlassen der abwechselnden Zeilen, halbiert wird, verarbeitet wird, und

- einen Dekoder zum Dekodieren eines empfangenen Videosignales, in dem das empfangene Signal interpoliert wird, um die fehlenden Bildpunkte zu ersetzen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die vorbestimmte Anzahl horizontaler Zeilen aufweist und das zur Anzeige auf einem HDTV-Empfänger bearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kcdierer einen horizontalen Zeilenspeicher (509, 510) zum Speichern zweier aufeinanderfolgender horizontaler Zeilen von aufeinanderfolgenden Fernsehsignalabtastungen, einen Schalter (511) zum Schalten der Bildpunkte und Zeilen, die in dem horizontalen Zeilenspeicher zum Ablegen abwechselnder Bildpunkte von jeder Zeile unter Formung eines Quincunx-Abtastmusters, Kopieren von Bildpunkten von einer Zeile in eine andere unmittelbar benachbarte Zeile zum Ersetzen der fehlenden Bildpunkte in jeder Zeile kopiert werden und Ablage abwechselnder vollständiger Zeilen so, daß das übertragene Signal die Hälfte der vorbestimmten Anzahl horizontaler Zeilen aufweist, gespeichert werden, und einen Tiefpaßfilterausgang (516), der über die Hälfte der Frequenz der Abtastung des Fernsignales am Ausgang des Kodiers asymmetrisch ist, beinhaltet, und

- der Dekoder eine Abtastschaltung (602) zum Abtasten des empfangenen Videosignales, Schaltermittel (609, 611) zum Schalten der Videosignalabtastungen zum räumlichen Formen benachbarter Zeilen von abwechselnden Bildpunkten für jede Zeile, die unter Formung eines Quincunx-Abtastmusters empfangen sind, und einen Interpolator, der ein zweidimensionales Diagonalfilter (608) zur Interpolation und zum Einsetzen von Bildpunkten, aus dem Quincunx-Abtastmuster, das abwechselnd fehlende Bildpunkte aufweist, einschließt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Zeilenspeicher zwei horizontale Zeilenspeicherelemente (509, 510), wobei ein erstes der Speicherelemente (509) zum Speichern einer Zeile aufeinanderfolgender Fernsehsignalabtastungen und ein zweites der Speicherelemente (510) zum Speichern einer nächsten Zeile von aufeinanderfolgenden Fernsehsignalabtastungen vorgesehen ist, beinhaltet

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet daß das Schaltmittel des Dekoders einen ersten Schalter (611) zum Schalten abwechselnder Bildpunkte und einen zweiten Schalter (609) zum Schalten abwechselnder Zeilen umfaßt.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurchgekennzeichnet, daß der Dekoder einen Signalprozessor einschließt, der einen Wellenkorrekturkonverter (615) und ein Tiefpaßfilter (616) beinhalten.