DE3888169T2

DE3888169T2 - Datenübertragung in aktiver bildperiode.

Info

Publication number: DE3888169T2
Application number: DE3888169T
Authority: DE
Inventors: Ian Pullen; Charles Sandbank
Original assignee: British Broadcasting Corp
Current assignee: British Broadcasting Corp
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2008-12-06
Also published as: EP0345326A1; WO1989005555A1; EP0345326B1; JPH02502508A; US5075773A; DE3888169D1

Description

Die Erfindung betrifft die Übertragung von Zusatzdaten in der aktiven Bildperiode von Videoübertragungen, beispielsweise einer Rundfunk-Fernsehübertragung.
Es wurde das digital gestützte Fernsehen (DATV) vorgeschlagen, welches Zusatzdaten benutzt, die mit einem Videosignal übertragen werden, um die Darstellung am Empfänger zu verbessern und hierdurch beispielsweise ein Hochauflösungsfernseh-(HDTV)-Bild oder irgendeine andere verbesserte Darstellung zu erzeugen.
Es wird vorgeschlagen, daß HDTV-Empfänger typischerweise mit einem größeren Bildformat bzw. Bildseitenverhältnis arbeiten werden, nämlich dem Verhältnis der Bildbreite zur Bildhöhe, als sie bei konventionellen Empfängern verwendet wird, die beispielsweise auf 625 Zeilenbasis arbeiten. Da konventionelle Empfänger nicht mit einem HDTV-Signal voller Bandbreite kompatibel sind, besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Übertragen von Signalen, das auf beiden Empfängerarten empfangbar ist.
Ein System, das sowohl für den Einsatz in HDTV-Empfängern als auch konventionellen Empfängern vorgesehen ist, ist in der US-A-4 613903 beschrieben. Dieses verwendet eine Hochauflösungs-TV-Kamera, um zwei Ubertragungssignale zu liefern. Das erste dieser ist mit einem konventionellen Empfänger kompatibel. Das Signal umfaßt das Summenmittel zweier HDTV-Teilbilder in einem ersten Teilbild und dem verbleibenden HDTV- Teilbild in einem zweiten Teilbild. Das zweite Signal enthält die verbleibende HDTV-Information. Ein HDTV-Empfänger benutzt beide übertragenen Signale zur Rekonstruktion eines HDTV-Signals.
Die US-A-4 672 425 schlägt vor, Daten in einer aktiven Bildperiode einer konventionellen Übertragung zu übertragen und diese Daten dazu zu verwenden, ein Bild mit einem erweiterten Bildformat auf einem nicht konventionellen Empfänger zu erzeugen. Die Daten liegen auf einem Pegel, der sichtbar wäre, wenn er auf einem konventionellen Empfänger betrachtet wurde. Um eine visuelle Störung zu eliminieren, sind konventionelle Empfänger mit einer Schaltung modifiziert, die die Darstellung auf konstante Pegel von Leuchtdichte, von Chrominanz in Bildbereichen schaltet, die Zusatzdaten enthalten.
Ein weiteres System ist in der EP-A-0113 953 beschrieben. In dieser wird in einem HDTV-Signal ein über die andere Zeile beseitigt, wodurch ein konventionelles TV-Signal erzeugt wird. Die beseitigten bzw. herausgenommenen Zeilen werden als separate Übertragung gesendet, und die HDTV-Empfänger müssen beide Signale empfangen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Bildern mit erweitertem Bildformat bzw. Bildseitenverhältnis in einem Videosignal angegeben, aufweisend die Schritte des Vorsehens eines Videosignals, in dem Bildinformation eine geringere Anzahl von Zeilen belegt als die Anzahl, die zur Füllung des sichtbaren Bereichs eines konventionellen Empfängers erforderlich ist, Einfügen von Zusatzdaten in zumindest einige der nicht für Bildinformation verwendeten Zeilen, wobei die Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu sein, vorgesehen sind, und Übertragen der Bildinformation und Daten als ein konventionelles Videosignal.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung von Zusatzdaten in einem Videosignal angegeben, aufweisend die Schritte des Vorsehens eines Videosignals, in dem Bildinformation weniger als den gesamten sichtbaren Bereich eines konventionellen Empfängers belegt, Einfügens von Zusatzdaten in zumindest den nicht für Bildinfomation benötigten bzw. benutzten sichtbaren Bereich, wobei die Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu sein, vorgesehen sind und die Bildinformation und Daten als ein konventionelles Videosignal übertragen werden.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Gerät zum Übertragen von Zusatzdaten in einem Videosignal vor, aufweisend eine Einrichtung, die ein erstes Videosignal mit einer ersten Anzahl von Zeilen liefert, eine Einrichtung, die das Signal auf ein zweites Videosignal auf einer reduzierten Anzahl von Zeilen zusammen mit auf die Differenz zwischen den beiden Signalen bezogenen Daten umsetzt, eine erste Speichereinrichtung, die mit einem zweiten Videosignalausgang der Umsetzungseinrichtung verbunden ist, eine zweite Speichereinrichtung, die mit einem Datenausgang der Umsetzungseinrichtung verbunden ist, eine Kombinationseinrichtung, die mit den Ausgängen der ersten und zweiten Speichereinrichtung verbunden ist und mit einem Ausgang, der mit dem Eingang einer Übertragungseinrichtung verbunden ist, zur Kombination des gespeicherten Videosignals und der gespeicherten Daten, wobei die Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger nicht sichtbar zu sein, liegen, und eine Steuereinrichtung, die mit der ersten und zweiten Speichereinrichtung verbunden ist und einen Zeitsteuerinfomationseingang aufweist, um zu ermitteln, ob die Videosignalinformation von der ersten Speichereinrichtung oder die Daten von der zweiten Speichereinrichtung an den Kombinationseinrichtungseingängen zur Verfügung steht bzw. stehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Gerät zum Empfang eines Videosignals vor, das Zusatzdaten innerhalb des aktiven Bildbereichs enthält, wobei die Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel liegen, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu ein, wobei das Gerät eine Eingabeeinrichtung zum Empfang des Videosignals aufweist, eine Schalteinrichtung, die auf das empfangene Signal zum Umschalten zwischen einem Bildausgang und einem Datenausgang anspricht, eine Speichereinrichtung zum Speichern empfangener Bildinformation unter der Steuerung von Zeitsteuerinformation innerhalb der Bildinformation, eine Umsetzungseinrichtung, die mit einem Ausgang der Speichereinrichtung und dem Datenausgang der Schalteinrichtung verbunden ist, um Bildinformation von der Speichereinrichtung zu empfangen und diese Bildinformation durch Erzeugen von zusätzlichen Videosignalzeilen bezogen auf die empfangenen Zusatzdaten zu steigern bzw. zu verbessern, und eine Darstellungseinrichtung zur Darstellung des verbesserten Bildes.
Die vorliegende Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert, auf die nun Bezug zu nehmen ist.
Die Erfindung wird nun detaillierter und beispielhalber unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen:
FIG. 1 ein auf einem konventionellen Bildschirm dargestelltes Bild mit erweitertem Bildseitenverhältnis zeigt;
FIG. 2 konventionelle Teletextdaten und das die Erfindung innerhalb einer Bildzeile verkörpernde DATV-Datenvorschlagsformat zeigt;
FIG. 3 die vorgeschlagenen DATV-Datenzeitabläufe in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
FIG. 4 einen experimentellen Aufbau zum Testen des Systems zeigt;
FIG. 5 ein Blockschaltbild einer die Erfindung verkörpernden Übertragungseinrichtung zeigt; und
FIG. 6 ein Blockschaltbild einer die Erfindung verkörpernden Empfangseinrichtung zeigt.
Wenn ein weites Bildseitenverhältnis übertragen wird, muß ein konventioneller Empfänger selbstverständlich irgendeine Darstellung von diesem Bild zeigen. Eine Möglichkeit, dies zu erzielen, ist in FIG. 1 dargestellt. Die Bereiche am oberen 2 und unteren 4 Ende des Bildschirms werden nicht ausgenutzt und erscheinen schwarz, und das Bild belegt den mittleren Bereich 6.
Die Zeilen in den Leerbereichen 2 und 4 wären nun frei, andere Daten wie DATV-Daten zu führen. Jedoch befinden sich die freien Zeilen im sichtbaren Bildbereich eines konventionellen Empfängers. Uns ist aufgefallen, daß es außerordentlich vorteilhaft wäre, imstande zu sein, die DATV-Daten in einem Format zu übertragen, das auf einem konventionellen Empfänger nicht einfach sichtbar ist und das auch den Betrieb des Empfängers nicht stört. Beispielsweise könnte das für Teletextinformation benutzte Format in Betracht gezogen werden. Die Teletextdatenpegel bezüglich dem Schwarzpegel sind in FIG. 2(a) gezeigt. Mit einem Videostandard von 1 V liegen die logischen für Teletext benutzten Pegel bei 0 V und 0,46 V bezüglich des Schwarzpegels. So wird, falls dieses Format zur Übertragung von Daten in den leeren Bereichen 2und 4 eines konventionellen Schirms benutzt wird, eine nicht akzeptable Musterung auftreten. Die Erfindung zielt daher darauf ab, Datenformate anzugeben, die auf einem konventionellen Empfänger schwarz erscheinen würden.
Wir fanden heraus, daß, falls niedrigere logische Pegel verwendet werden, Daten tatsächlich im aktiven Bildbereich ohne "rauschartige" Effekte, die auf dem Display erscheinen, übertragen werden können. Die Pegel sollten vorzugsweise größtenteils auf oder unter dem Schwarzpegel liegen. Die Signale sollten auch nicht störend in die Empfängersynchronisierschaltungen eingreifen. Ein Verfahren, dies sicherzustellen, besteht darin, zu gewährleisten, daß die Sync.Schaltungen die Daten als eine Schwarzzeile sehen. Dies erfolgt, indem die Datenpegel über und unterhalb von schwarz so positioniert werden, daß der mittlere Pegel schwarz ist. Dies bedeutet jedoch, daß der Pegel zeitweise über den Schwarzpegel hinausgehen wird. Die Gamma-Charakteristik der Fernsehröhre wird jedoch sicherstellen, daß keine exzessive Sichtbarkeit der Daten auftritt, vorausgesetzt, daß die Datenamplitude nicht zu groß wird.
Die logischen Pegel V1 und V0 können infolgedessen beschrieben werden als:
V1 = 0 + v
V0 = 0 - v,
wobei 0 = Schwarzpegel = Mittlerer Pegel vom digitalen Signal
und 2v = Gesamtspitze-zu-Spitze-Amplitude der Daten-Wellenform.
FIG. 2(b) zeigt den insgesamt zur Verfügung stehenden Spannungshub von 0,6 V, der für DATV-Daten verfügbar ist; soll jedoch das Signal unsichtbar bleiben, kann der gesamte Hub nicht ausgenutzt werden.
Die benutzte Bitrate legt die Datenkapazität, die von jeder Fernsehzeile vorgesehen wird, sowie die erforderliche Kanalfilterung und das erforderliche Signal/Rauschverhältnis fest. Vor Spezifizieren der Bitrate ist es daher idealerweise erforderlich, die geforderte Datenkapazität sowie den Versorgungsbereich und die Anzahl von für die Datenübertragung zur Verfügung stehenden Zeilen zu kennen. Letzteres wird selbstverständlich durch das Seitenverhältnis des Bildes festgesetzt. Ferner wird die präzise Beziehung zwischen Bitrate und Zeilenfrequenz eine signifikante Tragweite bezüglich des Erscheinens der Daten, falls diese sichtbar sein sollten, aufweisen. Für den Zweck dieses Ausführungsbeispiels wird eine Bitrate von etwa 5,5 MBit/s für NRZ-(von Non Return to Zero = ohne Rückkehr auf Null) Übertragung benutzt, da diese sich mit 100% Kosinusfilterung in geeigneter Weise in die sichtbare Bandbreite von 5,5 MHz einpaßt. Eine gewisse "Feinabstimung" ist vorgenommen worden, um die Sichtbarkeit der Daten auf dem Schirm zu minimieren. Dies führte zu einem Wert von 5,50104 MBit/s, wobei dies eine rauschähnliche Erscheinung mit wenig sichtbarer Musterung ergibt. Die Bitrate für Zweiphasenübertragung ist halb so groß wie dieser Wert (2,7502 MBit/s). Die Zweiphasenübertragung beinhaltet zwei Übertragungsbits zum Übertragen jedes Datenbits, stellt jedoch sicher, daß das Mittel der Übertragungsbits automatisch Null ist.
Das Spektrum des Datensignals hat eine Auswirkung auf seine Sichtbarkeit. Darüber hinaus können niederfrequente Komponenten um die Zeilenfrequenz eine Verschiebung des Gleichspannungspegels über eine Zeile zwischen Klemmimpulsen (Nulltastimpulsen) hinweg bewirken. Dies könnte zu einem sichtbaren Streifen- oder Fahneneffekt sowie einer Reduktion der Augenhöhe führen und möglicherweise zu Synchronisationsproblemen. Aus diesem Grund sind verschiedene Arten von Datenspektren getestet worden:
a) 32767 Pseudozufalls-Bitsequenz NRZ
b) 32767 Pseudozufalls-Bitsequenz zweiphasig
c) 127 Pseudozufalls-Bitsequenz NRZ
d) 127 Pseudozufalls-Bitsequenz zweiphasig.
Sämtliche vier Datensignale sind bei verschiedenen Werten der Spitze zu Spitze-Amplitude in einer experimentellen Anordnung eingefügt worden. Der mittlere Gleichspannungspegel des Signals wurde auf den Schwarzpegel gesetzt, und es wurden Tests bei anderen Gleichspannungspegeln ausgeführt, um ein Setzen der Amplitude des Signals auf höhere Werte zu ermöglichen.
Die Daten in den Tests wurden in den folgenden Zeilen am oberen und unteren Ende des Schirms eingefügt:
Zeilen 23 - 75 oben Teilbild 1
267 - 310 unten Teilbild 1
336 - 388 oben Teilbild 2
580 - 623 unten Teilbild 2.
Die Bildinformation in den Zeilen im Zentrum des Schirms besteht für den experimentellen Aufbau aus Farbbalken.
Es ist erforderlich, die Farbbursts in den Datenzeilen zu lassen, um eine nicht korrekte Operation zu vermeiden, die am oberen Ende des aktiven Bilds zu einem Farbflimmereffekt führt. Um dies zu gewährleisten, werden die Daten während der Zeilenaustastperiode ausgeschaltet bzw. disabled und erstrecken sich von 10,35 us nach der vorauseilenden Flanke des Sync.Impulses bis zu 1,7 s vor dem nächsten Sync.Impuls, wie in FIG. 3 gezeigt ist.
Die obigen Figuren betreffen ein konventionelles 625/50 PAL-Signal, wie es in Großbritannien durch Rundfunk übertragen wird und eine Zeilenperiode von 64 us aufweist.
Die FIG. 4 zeigt einen experimentellen verwendeten Aufbau. Ein Videoschalter 12 wird mit einer Videoquelle 8 und dem geeigneten Datensignal 10 beaufschlagt. Eine Schaltsteuereinheit 14 erzeugt geeignete Schaltsignale, so daß die Daten gemäß Anforderung in die Videokurvenform geschaltet werden. Die Daten werden in einer Generatorschaltung 16 für eine Pseudozufallsbinärsequenz erzeugt, der bin Rechteckschwingungs-"Boxcar"- Ausgangssignal nach Mindurchführung durch Dämpfungsglieder 15 erzeugt. Dieses wird in geeigneter Weise mittels eines 5,5 MHz guppenlaufzeitkorrigierten Filters 18 einer Tiefpaßfilterung unterzogen. Zum Zwecke dieser Untersuchung folgt der Datenverlauf nicht einer präzisen Kosinusgesetzmäßigkeit. Eine geeignete Formgebung wird unter Verwendung eines einfachen transversalen Filters 20 mit einer Verzögerung erzielt, die experimentell so ausgewählt ist, daß sie eine optimale Darstellung fürs Auge hervorruft, wenn diese auf einem Oszilloskop betrachtet wird.
Der Kompositvideo/Datenfunktionsverlauf wird durch einen Verstärker 21 zu einem Fernsehmodulator 22 geführt und moduliert einem Kanal E64 zugeführt und dann durch ein Dämpfungsglied 26 geschwächt, dessen Ausgang daraufhin einem UHF-Eingang eines Ferguson TX10-Empfängers auf einem Pegel von -42 dBm zugeführt wird. Es werden in den Modulator auch Tonsignale 24 eingespeist, so daß jedwede Verschlechterung oder Beeinträchtigung des Tons vom Empfänger beurteilt werden kann.
Eine Anzahl von Einstellungen gestattet, daß die experimentellen Bedingungen wie zweckmäßig geändert werden können. Die Positionen auf dem Bildschirm für die Übergänge zwischen Daten und Bild sind mittels Steuereinrichtungen 28 und 30 für "Bildoberseite" und "Bildunterseite" auf der Schaltsteuereinheit einstellbar. In ähnlicher Weise sieht der PRBS- Generator Steuereinrichtungen 32, 34 und 36 für die Datemamplitude, Sequenzlänge bzw. Datenart (NRZ oder zweiphasig) vor. Eine Einrichtung 38 für einen variablen Gleichspannungsoffset 38 ist vorgesehen, um zu ermöglichen, daß der mittlere Gleichspannungspegel der Daten nach Durchleiten durch einen Differenzverstärker 40 variierbar ist.
Auf dem Schwarzpegel zentrierte Datenfunktionsverläufe oder -schwingungsverläufe erscheinen als meist geeignet zur Einfügung in Leerzeilen. Es sind vier Spitze-zu-Spitze-Datenamplitudenwerte ausprobiert worden:
a) 0,3 V (Farbburst-Amplitude)
b) 0,4 V
c) 0,5 V
d) 0,6 V.
Die UHF-Signale sind an einem TX10-Empfänger zugeführt worden, dessen Steuereinrichtungen auf Positionen für normale Betrachtung eingestellt waren. Das resultierende Bild wurde in einem abgedunkelten Raum mit einer Distanz von etwa 1 m betrachtet. Für alle ausprobierten Testfälle erfolgte eine Beurteilung von:
a) der Sichtbarkeit der Datenfunktionsform oder -kurvenform auf dem ausgetasteten oder ausgeblendeten Teil des Schirms, ausgedrückt als ein approximierter Grad auf einer CCIR 5-Punkt-Beeinträchtigungs- oder Güteabfallskala (vgl. Anhang).
b) dem Ausmaß jedweden Synchronisationsproblems und ferner dahingehend, ob Daten in die Teilbildaustastung eingefügt werden können oder nicht.
c) jedweder Beeinträchtigungen des aktiven Bildbereichs.
d) jedweder Beeinträchtigungen des Tons.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 dargelegt. Tabelle 1 Spitze-zu-Spitze-Datenamplitude (V) 32767-Bitsequenz NRZ 32767-Bitsequenz zweiphasig 127-Bitsequenz NRZ 127-Bitsequenz zweiphasig Datensichtbarkeit Synchronisationsstabilität
Für keinen der Testfälle wurde irgendeine Verschlechterung des Klangs oder aktiven Bildes wahrgenommen.
Es können daher NRZ- oder Zweiphasendaten in Fernsehzeilen mit einer Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 0,3 V ohne Beeinträchtigung auf den vorhandenen Ton oder das Bild eingefügt werden, obgleich sie leicht sichtbar sind. Die obigen Tests wurden jedoch in einem verdunkelten Raum durchgeführt. Bei normalen Beleuchtungsbedingungen ist die 0,3-V- Datenschwingungsform scheinbar unsichtbar, und die Zweiphasendaten sind noch bei 0,4 V Spitze-zu-Spitze unsichtbar.
Ein weiterer Test wurde unter Einbeziehung der Einstellung der Datenamplitude auf Null und der Erhöhung der Amplitude, bis sie sichtbar wurde, ausgeführt. Wie zuvor wurde das Experiment in einem abgedunkelten Raum durchgeführt. Es stellte sich heraus, daß auf dem TX10-Empfänger die Datenamplitude, um vollständig unsichtbar zu sein, nicht größer als 0,16 V (0,08 V oberhalb und unterhalb des Schwarzpegels) sein darf. Dasselbe Ergebnis wurde für beide Pseudozufallssequenzen NRZ und zweiphasig gewonnen. Ferner muß die Amplitude auf einem portablen JVC-Monitorempfänger 0,1 V (0,05 V oberhalb und unterhalb des Schwarzpegels) betragen.
Aus Obigem ergibt sich scheinbar, daß, obgleich bei normalen Betrachtungsbedingungen eine vernünftige Datenamplitude verwendet werden kann, in einem abgedunkelten Raum die Amplitude auf 0,1 V zu reduzieren ist, wenn sie auf den beiden bei auf dem Schwarzpegel zentrierten Daten untersuchten Empfängern vollständig unsichtbar sein soll.
Der Einsatz von Datenschwingungsformen mit einem mittleren Gleichspannungspegel unterhalb des Schwarzpegels ist mit drei Empfängern für den Heimgebrauch getestet worden:
a) Ferguson TX10
b) Portabler JVC-Empfänger/Monitor Modell CX6 10 GB
c) Decca-Empfänger/Monitor-Modell CS2645/AL.
Bei allen drei Empfängern ergab sich, daß:
i) die obere Grenze der Schwingungsformauslenkungen durch den Grad an Sichtbarkeit begrenzt ist,
ii) die untere Grenze der Schwingungsformauslenkungen durch das Versagen oder Fehlverhalten der Empfangssynchronisationsschaltungen begrenzt ist.
Um die absolute maximale Datenamplitude, die eingefügt werden kann, zu ermitteln, wurden die oberen und unteren Auslenkungen oder Ausweitungen der Daten unabhängig variiert, bis gerade die erwarteten Beeinträchtigungen zu erscheinen begannen. Diese Prozedur wurde für die kurzen und langen Pseudozufallssequenzen mit NRZ und Zweiphasen bei jedem der Fernsehempfänger wiederholt. Zum Zwecke der Vollständigkeit wurden die Tests mit Signalen, die auf einen UHF-Träger moduliert waren und dem Antenneneingang zugeführt wurden, und unter Verwendung von Basisband (nichtmodulierten)-Videosignalen ausgeführt, die den Basisbandeingängen zugeführt wurden. Es sind selbstverständlich die UMF-Ergebnisse, die meist signifikant sind. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 TX10 Empfänger Modus Sequenz Daten Obere Grenze (Sichtbarkeit) Untere Grenze (Syncs) UHF Basisband NRZ zweiphasig JVC-Empfänger Decca Empfänger/Monitor
Hieraus ergibt sich, daß für die getesteten Probe-Empfänger die maximalen Datensignale, die eingefügt werden können, sind:
NRZ lange Sequenz -0,19 bis 0,08 V (Spitze-Spitze=0,27 V)
NRZ kurze Sequenz -0,19 bis 0,07 V(Spitze-Spitze=0,26 V) zweiphasig
lange Sequenz -0,26 bis 0,08 V (Spitze-Spitze=0,34 V) zweiphasig
kurze Sequenz -0,26 Bis 0,07 V (Spitze-Spitze=0,33 v).
Im Hinblick auf die Synchronisationsstabilität erbringen alle drei Empfänger im wesentlichen dieselbe Leistung. Selbst der Decca-Empfänger, der einer recht alten Auslegung entspricht, ist nicht signifikant weniger tolerant gegenüber Datensignalen wie die beiden moderneren Ausrüstungen. Im Fall der Sichtbarkeit von Daten über dem Schwarzpegel beginnt der TX10, Signale bei nur 0,07 V zu zeigen, wohingegen der Decca-Empfänger NRZ-Daten bis zu o,22 V, ohne sie aufzudecken bzw. aufzuzeigen, nehmen kann. Dies kann durch die höhere Helligkeit der modernen PIL-Röhre im TX10 im Vergleich zu der der alten Delta-Röhre im Decca-Empfänger erklärt werden.
Die Synchronisationsstabilität erscheint generell bei UHF-Signalen schlecht zu sein. Die Sichtbarkeit ist generell besser bei uhf-Signalen.
Die optimale Form der Daten, die im Bildbereich übertragen werden, hängt von den Erfordernissen des Übertragungssystems ab, in dem sie benutzt werden sollen. Falls man den mittleren Gleichspannungspegel des Signals nicht auf den Schwarzpegel zurückfallen läßt, wie es in einer normalen TV- Zeile der Fall sein würde, wird eine Spitze zu Spitze-Datenamplitude von 0,1 V empfohlen. Falls die Rauschimmunität derartiger Signale sich als unzureichend herausstellt, könnte die Amplitude des Signals erhöht werden, obgleich dies dazu führen würde, daß sie auf einigen Empfängern sichtbar wäre. Eine Amplitude um 0,3 V ist etwa das Maximum, bevor die Datensignale bei normalen Betrachtungsbedingungen störend werden. NRZ-Daten können in diesem Fall verwendet werden, wobei kein Vorteil bei der Verwendung von Zweiphasendaten besteht.
Sämtliche getesteten Empfänger tolerieren hingegen einen mittleren Gleichspannungspegel unterhalb des Schwarzpegels. Falls dies aus dem Blickwinkel des Übertragungssystems zulässig ist, sollte ein NRZ-Signal zwischen -0,19V und 0,07 V möglich sein, wobei eine Amplitude von 0,26 V bereitsteht. Es wird jedoch empfohlen, daß wenn möglich, eine Zweiphasencodierung verwendet wird. Dies erweist sich nicht als störend für die Empfangssynchronisationsschaltungen und ermöglicht, daß der untere Pegel auf -0,26 V gesetzt wird, wodurch eine Amplitude von 0,33 V bereitgestellt wird. Dies hängt jedoch davon ab, ob das vorgeschlagene Bildseitenverhältnis ausreichende Datenzeilen ermöglicht, um die resultierende Reduktion der Bitrate hinnehmen zu können.
Die obigen Datenamplituden sind niedriger als die 0,46 V Amplitude des Teletextsystems. Obwohl sich die Datenrate von der für diese Tests unterscheidet, zeigten frühe Arbeiten am Teletext eine sehr geringe Variation der Rauschleistung über den Bereich von 4,5 MBit/s bis zu 6,875 MBit/s. Demgemäß können für Teletext gewonnene Ergebnisse gegenwärtig benutzt werden, um die erwarteten Rauschabstände für das neue DATV-Signal abzuschätzen. Feldversuche vom Teletext legen nahe, daß Fehler auftreten, wenn das Verhältnis vom Bild zum EMS-Rauschen um 23 dB beträgt. Hieraus könnte abgeleitet werden, daß die vorgeschlagenen DATV-Daten bei etwa 28 dB versagen. Für ein akzeptables Fernsehbild ist es erforderlich, ein Signal/Rausch-Verhältnis von weniger als 30 dB zu erzielen, so daß aus dieser Sicht die 0,26 V Amplitude ausreichend sein sollte. Ferner sollte die Grenze des Versorgungsbereichskriteriums von 64 dB (uV/m) für Band 4 und 70 dB (uV/m) für Band 5 ein Bild/Rauschverhältnis von zumindest 34 dB abhängig vom Empfänger liefern. Dies impliziert dann einen Abstand von etwa 6 dB zugunsten des DATV-Signals.
In einer realen Übertragungseinrichtung könnte eine ähnliche Anordnung wie die der FIG. 4 benutzt werden. Anstelle eines Generators 16 für eine Pseudozufallsbinärsequenz würde eine Quelle realer Daten verwendet werden, wobei im Fall einer DATV-Übertragung diese zu Anfang aus der Bildinformation extrahiert würden. Der PAL-Farbbalken-Generator 8 würde durch ein Videosignal ersetzt, und die Übertragungseinrichtung würde durch den Videoschalter 12 und durch Steuerung der Schaltsteuereinheit 14 zwischen Video und Daten geschaltet.
Das von einer solchen Übertragungseinrichtung verwendete Videosignal sollte idealerweise aus einem HDTV-Videosignal erzeugt werden. Es sollte dann zur Reduktion der Anzahl aktiver Zeilen auf weniger als 576 aktive Zeilen eines konventionellen 625-Zeilen-Videosignals beispielsweise auf 450 aktive Zeilen konvertiert werden.
In FIG. 5 ist ein Blockschaltbild einer vorgeschlagenen Übertragungseinrichtung , die die Erfindung verkörpert, gezeigt. Eine HDTV-Kamera 42 erzeugt ein HDTV-Signal, das das Eingangssignal eines Standardabwärtswandler-Prozessors 44 darstellt. Dieser Prozessor hat zwei Ausgänge. Der erste Ausgang erzeugt Bildinformation auf einer reduzierten Anzahl von Zeilen (z.B. weniger als 576 aktiven Bildzeilen bei einem Empfang auf einem konventionellen 625-Zeilen-Empfänger), und diese bildet das Eingangssignal in einen Bildspeicher 46. Der zweite Ausgang erzeugt digitale Hilfsdaten zur Verwendung durch die HDTV-Empfänger zum Erzeugen des HDTV-Signals. Diese Daten werden in einen digitalen Puffer 48 eingelesen.
TV-Zeitsteuer- und Synchronisierfunktionsverläufe bilden das Eingangssignal für eine Steuereinrichtung 50 für die Übertragungseinrichtung. Die Taktausgangssignale der Steuereinrichtung schalten den Puffer 48 durch Enable- und Disable- Vorgänge ein und aus. Die Ausgangsdaten des digitalen Puffers werden durch einen Codierer 52 codiert, der sie auf eine zur Übertragung in der aktiven Bildperiode geeignete Form umsetzt. Diese Daten und die Bilddaten, die vom Bildspeicher ausgegeben werden, werden dann in einem Addierer 54 kombiniert, wobei die Kombination entweder in der Ausgabe von Bilddaten oder in der Ausgabe von codierten digitalen Hilfsdaten resultiert. Dies wird durch die Einschaltung und Ausschaltung des Ausgangs vom Bildspeicher 46 und digitalen Puffer 48 durch den Takt der Steuereinrichtung 50 festgelegt. Das Ausgangssignal wird dann einer Übertragungseinrichtung 53 zugeführt.
Die Zeitsteuerinformation, die der Steuereinrichtung 50 zugeführt wird, ist eine konventionelle 625-Zeilen Zeitsteuerinformation. Die Steuereinrichtung schaltet die Ausgänge des Bildspeichers 46 und des digitalen Puffers 48 vorzugsweise so ein und aus, daß ein Bild zum Empfang auf einem konventionellen Empfänger im in FIG. 1 gezeigten briefkastenartigen Format übertragen wird und die DATV-Daten in unsichtbarer Weise die Leerbereiche des Schirms belegen.
Ein HDTV-Empfänger, der mit einem durch das System der FIG. 5 übertragenen Signal kompatibel ist, ist in FIG. 6 gezeigt. Der Empfänger weist eine konventionelle Vorfeld- oder Eingangsschaltung 54, die das Signal empfängt, auf. Das Ausgangssignal dieser Schaltung bildet die Eingangssignale eines Daten/Video-Schalters 56 unter der Steuerung eines Daten/Video-Detektors 58, der auch mit dem Ausgang der Eingangsschaltungsstufe verbunden ist.
Wenn ein Signal empfangen wird, schaltet der Daten/Video-Schalter automatisch zwischen den Daten- und Videoausgängen um, sowie entweder Daten oder Video jeweils im einlaufenden Signal durch den Daten/Video-Detektor 58 detektiert werden.
Die Bildausgabe des Daten/Video-Schalters 56 bildet das Eingangssignal für einen Bildspeicher 60 und führt auch Zeitsteuerinformation zu einer Einschreibe-Steuereinrichtung 62, deren Ausgangssignal die Speicherung von Bildzeilen im Frame- bzw.Bildspeicher 60 steuert.Die Datenausgabe des Daten/Video- Schalters bildet eines der Eingangssignale zu einem Standard- Aufwärtswandler 64, wobei das andere Eingangssignal das Ausgangssignal des Bildspeichers 60 ist. Ein Taktausgangssignal vom Standard-Aufwärtswandler 64 wird dazu verwendet, das Ausgangssignal des Bildspeichers einzuschalten oder zu aktivieren, um Bildinformation zur Aufwärtsumwandlung auf ein HDTV-Signal mit den DATV-Daten freizugeben. Dieses HDTV- Signal kann dann auf einem HDTV-Display 66 betrachtet werden.
Das obige Verfahren zum Übertragen und Empfangen von Zusatzdaten mit Empfängern mit erweitertem oder vergrößertem Bildseitenverhältnis ist für die Verwendung mit jedwedem Übertragungsstandard gedacht. Der Hauptvorteil besteht darin, daß Bilder über dieselben Übertragungskanäle übertragen werden können, wie sie gegenwärtig im Einsatz sind, und dabei noch auf konventionellen Empfängern empfangen werden können.

Anhang

CCIR 5-Punkt Beeinträchtigungsskala

5. Nicht wahrnehmbar
4. Wahrnehmbar, jedoch nicht störend
3. Leicht störend
2. Störend
1. Sehr störend

Claims

1. Verfahren zum übertragen von Zusatzdaten in einem Videosignal, aufweisend die Schritte des Vorsehens eines Videosignals, in dem Bildinformation weniger als den gesamten sichtbaren Bereich eines konventionellen Empfängers belegt, Vorsehens von Zusatzdaten, Einfügens der Zusatzdaten in zu mindest einen Teil des nicht für Bildinformation benutzten sichtbaren Bereichs, Übertragens der Bildinformation und Daten als ein konventionelles Videosignal, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu sein, vorgesehen und in den sichtbaren Bereich eingefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdaten zwischen aufeinander folgenden Zeilenaustastperioden eingefügt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Gleichspannungspegel der Zusatzdaten im wesentlichen auf dem Schwarzpegel liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Spitze-zu-Spitzeamplituden der Zusatzdaten zum Videosignal nicht größer als 0,3:1 ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Gleichspannungspegel der Zusatzdaten unter dem Schwarzpegel liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdaten von der Art ohne Rückkehr auf Null ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdaten vom Zweiphasentyp sind.

8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdaten digitale Daten sind.

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenneichnet, daß die Zusatzdaten Daten zur Steigerung der Wiedergabequalität auf HDTV-Empfängern sind.

10. Gerät zur Übertragung von Zusatzdaten in einem Videosignal, aufweisend eine Einrichtung (42), die ein erstes Videosignal mit einer ersten Anzahl von Zeilen liefert, eine Einrichtung (44), die das Signal auf ein weites Videosignal auf einer reduzierten Anzahl von Zeilen zusammen mit auf die Differenz zwischen den beiden Signalen bezogenen Daten umsetzt, eine erste Speichereinrichtung (46), die mit einem Videosignalausgang der Umsetzungseinrichtung verbunden ist, eine zweite Speichereinrichtung (48, 52), die mit einem Datenausgang der Umsetzungseinrichtung verbunden ist, eine Kombinationseinrichtung (54), die mit den Ausgängen der ersten und zweiten Speichereinrichtung verbunden ist und mit einem Ausgang, der mit dem Eingang einer Übertragungseinrichtung (53) verbunden ist, zur Kombination des gespeicherten Videosignals und der gespeicherten Daten, und eine Steuereinrichtung (50), die mit der ersten und zweiten Speichereinrichtung verbunden ist und einen Zeitsteuerinformationseingang aufweist, um zu ermitteln, ob die Videosignalinformation aus der ersten Speichereinrichtung oder Daten aus der zweiten Speichereinrichtung an den Kombinationseinrichtungseingängen zur Verfügung steht bzw. stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten mit dem Videosignal auf einem ausreichend niedrigen Pegel, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu sein, kombiniert sind.

11. Gerät nach Anspruch 10, in welchem das erste Videosignal ein Hochauflösungs-(HDTV) Signal ist.

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, in welchem die auf die Differenz zwischen den beiden Signalen bezogenen Daten digitale Hilfsdaten sind.

13. Gerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, in welchem das übertragene Signal ein 625-zeiliges Videosignal ist.

14. Gerät zum Empfangen eines konventionellen Videosignals, das Zusatzdaten innerhalb des aktiven Bildbereichs enthält, wobei das Gerät eine Eingabeeinrichtung (54) zum Empfang des Videosignals aufweist, eine Schalteinrichtung (56), die in Abhängigkeit vom empfangenen Signal zwischen einer Bildausgabe auf eine Datenausgabe umschaltet, eine Speichereinrichtung (60) die die empfangene Bildinformation unter der Steuerung von Zeitsteuerinformation mit der Bildinformation speichert, eine Umsetzungseinrichtung (64), die mit einem Ausgang der Speichereinrichtung verbunden ist und mit dem Datenausgang der Schalteinrichtung, um Bildinformation von der Speichereinrichtung zu empfangen und diese Bildinformation durch Erzeugen von Videosignalzusatzzeilen bezogen auf die empfangenen Zusatzdaten zu verbessern, und eine Anzeigeeinrichtung (66) zur Darstellung des verbesserten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Daten auf einem ausreichend niedrigen Pegel liegen, um bei Betrachtung auf einem konventionellen Empfänger im wesentlichen nicht sichtbar zu sein, und daß die Schalteinrichtung auf Daten auf einem solchen Pegel anspricht.