DE3912470A1 - Fernsehuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernsehübertragungssystem.

Bekannte Farbfernsehübertragungssysteme, z.B. D2-MAC, weisen eine Bildabtastung im Zeilensprungverfahren auf. Dabei wird ein Signal von z.B. fünfzig zeilenversetzten Halbbildern pro Sekunde erzeugt. Durch das Zeilensprungverfahren im Zusammenhang mit der niedrigen Bildfolgefrequenz treten störende Effekte wie das Zwischenzeilenflimmern, Kantenflackern und eine reduzierte Vertikalauflösung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompatible Verbesserung der Qualität eines Bildsignals zu erzielen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkma­ le gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Für die kompatible Verbesserung eines Fernsehbildes wird die bei den üblichen Fernsehnormen vorhandene vertikale Austast­ lücke zur Übertragung eines Zusatzsignales verwendet. Das den heute üblichen Fernsehnormen entsprechende Bildsignal im Zeilensprungverfahren wird aus einem kameraseitig progressiv abgetasteten Signal durch Filterung und Abtastung erzeugt. Zur kompatiblen Verbesserung eines solchen Fernsehsignals wird ein Zusatzsignal erzeugt, indem für jede fehlende Zeile beider Halbbilder des Bildes mit Zeilensprung ein Prädiktionssignal ermittelt wird. Die Differenz des gefilterten Originalsignals und des Prädiktionssignals ergibt das Zusatzsignal. Dieses wird bandbegrenzt, zeitkomprimiert und amplitudenexpandiert und in der vertikalen Austastlücke übertragen und empfängerseitig nach Amplitudenkompression und Zeitenexpandierung dem dort aus den empfangenen Zeilen der Halbbilder gebildeten Prädiktionssignal aufaddiert.

Als Sender kann z.B. ein progressiver Camcorder fungieren. Die Signalverarbeitung kann analog wie digital erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1 zweidimensionale Darstellung der zeitlichen Aufteilung eines D2-MAC-Signals.

Fig. 2 Wiederholspektren des progressiven Eingangssignals und des Signals mit Zeilensprung, sowie Frequenzgang des Filters vor der Zeilensprungabtastung.

Fig. 3 Grenzen der horizontal/vertikalen Auflösung im Standbild.

Fig. 4 ein Farbfernsehübertragungssystem.

Fig. 1 zeigt eine zweidimensionale Darstellung der zeitli­ chen Aufteilung eines D2-MAC-Signals. In der horizontalen Austastlücke werden Audiosignale und weitere Daten (AD) übertragen. Von den 625 Zeilenperioden eines Vollbildes des D2-MAC-Signals tragen nur 575 Zeilen Bildinformation, und zwar alternierend U und Y bzw. V und Y. 46 der restlichen Zeilen entsprechen den vertikalen Austastlücken VBL. Digital betrachtet entsprechen der vorhandenen Bandbreite des Luminanzsignals Y bzw. der Farbdifferenzsignale U,V 697 bzw. 349 aktive Bildpunkte pro Zeile.

Für die Übertragung des Zusatzsignals in der vertikalen Aus­ tastlücke VBL steht damit eine Bandbreite zur Verfügung, die etwa 1046 Bildpunkten mal 46 Zeilen/Vollbild, d.h. 48116 Bildpunkten/Vollbild entspricht. Wird für jede der durch die Umwandlung des progressiven Kamerasignals in das D2-MAC-Signal fortgelassene Zeile Zusatzinformation übertra­ gen, so bedeutet das 83 Bildpunkte/Zeile für das Zusatzsi­ gnal. Dessen Bandbreite ist somit gegenüber der Luminanzband­ breite um 697/83 = 8,4, also um etwa den Faktor 8 kleiner.

Die Umwandlung des progressiven Kamerasignals in das zeilenversetzte D2-MAC-Bildsignal geschieht durch vertikal-zeitliche Tiefpaßfilterung und anschließende halbbildweise versetzte vertikale Abtastung. Bei der vertikal-zeitlichen Vorfilterung zur Vermeidung der Überlappung der Wiederholspektren des Bildsignals mit Zeilensprung wird erfindungsgemäß eine rautenartige Filtercharakteristik verwendet, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Es kann z.B. ein einfach zu realisierendes FIR-Filter mit den Koeffizienten

verwendet werden.

Zur Erzeugung des Zusatzsignals werden zunächst die Bildpunkte der dem Bild mit Zeilensprung fehlenden Zeilen aus den vorhandenen Zeilen durch vertikale Mittelung oder mittels eines vertikalen FIR-Filters höherer Ordnung interpoliert. Diese Operation führt auch ein entsprechend ausgerüsteter Empfänger durch. Die interpolierten Werte werden als Prädiktionswerte für die Bildpunkte der fehlenden Zeilen verwendet. Die Differenz zwischen den durch die vertikale Abtastung eliminierten Bildpunkten des gefilterten progressiven Signals und deren Prädiktionswerten wird als Zusatzsignal übertragen.

Dieses Zusatzsignal wird nun einer Bandbegrenzung und Zeitkompression um den Faktor 8 oder 9 unterzogen, um die Horizontalauflösung des Zusatzsignals auf den verfügbaren Wert, ein Achtel oder ein Neuntel der Luminanzbandbreite, zu begrenzen.

Nach der Zeitkompression ist das Zusatzsignal empfindlich gegenüber Rauschen auf dem Übertragungsweg. Als ein Differenz- bzw. Prädiktionsfehlersignal weist es aber eine sehr spitze Verteilung auf, so daß eine Amplitudenexpandierung durchgeführt werden kann, die die Rauschempfindlichkeit reduziert. Zur Durchführung der Amplitudenexpandierung werden die Signalwerte mit einem Faktor von z.B. vier multipliziert.

Um aus dem empfangenen Bildsignal mit Zeilensprung und dem Zusatzsignal ein progressives Ausgangssignal zu erzeugen, wird im entsprechend ausgerüsteten Empfänger das Zusatzsignal zunächst amplitudenkomprimiert und um den Faktor 8 bzw. 9 auf die Zeilendauer der Luminanzkomponente zeitexpandiert.

Das empfangene Bildsignal mit Zeilensprung wird wie im Sender vertikal interpoliert, um den Prädiktionswert der fehlenden Bildpunkte zu erhalten. Auf die Prädiktionswerte wird anschließend das wie oben aufbereitete Zusatzsignal aufaddiert. Das Ergebnis ist ein auf einem 625/50/1 : 1-Monitor darstellbares progressives Bildsignal mit erhöhter vertikal-zeitlicher Luminanzauflösung.

Erfindungsgemäß wird das Zusatzsignal aus den Luminanzsignalanteilen erzeugt.

Durch Ausnutzung des Zusatzsignals wird eine höhere vertikale Auflösung im Bereich tiefer horizontaler Frequenzen erzielt, wie dies aus Bild 3 zu entnehmen ist. Dadurch wird das Zwischenzeilenflimmern, besonders an dünnen horizontalen Linien und an horizontalen Kanten, deutlich reduziert, und es werden zudem schärfere horizontale Kanten erreicht.

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Farbfernsehübertragungssystem. Eine Kamera 1 liefert ein progressiv abgetastetes Kamerasignal mit den Farbkomponenten R, G, B. Die Farbsignale R, G, B werden in einem Analog/Digital-Wandler 2 in ein digitales Signal umgewandelt. Eine Matrixschaltung 3 erzeugt das Luminanzsignal Y sowie die Farbdifferenzsignale U, V. Zur Umwandlung des progressiven Kamerasignals in das zeilenversetzte Bildsignal werden die Ausgangssignale der Matrixschaltung 3 einer Tiefpaßfilterschaltung 4 zur vertikal-zeitlichen Tiefpaßfilterung zugeführt. Die Ausgangssignale der Tiefpaßfilterschaltung 4 werden einer Halbbildabtastungsschaltung 5 zugeführt. Das Ausgangssignal der Halbbildabtastungsschaltung 5 stellt ein Bildsignal mit fünfzig zeilenversetzten Halbbildern pro Sekunde dar. Die Chrominanzkomponenten U, V des Bildsignals mit Zeilensprung werden einem Chrominanzvorfilter 6 sowie anschließend einer Vertikalabtast- und Multiplexerschaltung 7 zugeführt. Das Luminanzsignal Y des Bildsignals mit Zeilensprung wird einerseits einem Interpolator 12 und andererseits einer Zeitkompressions- und Multiplexerschaltung 8 zugeführt. Das Ausgangsignal der vertikalen Abtast- und Multiplexerschaltung 7 wird ebenfalls der Zeitkompressions- und Multiplexerschaltung 8 zugeführt. Das Luminanz-Ausgangssignal Y des vertikal-zeitlichen Vorfilters 4 wird ebenso wie das Ausgangssignal des Interpolators 12 einem Subtrahierer 11 zugeführt. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 11 wird über einen Tiefpaß 10 und eine Amplitudenexpansionsschaltung 9 der Zeitkompressions- und Multiplexerschaltung 8 zugeführt. Zur Erzeugung eines vollständigen Fernsehsignals werden der Zeitkompressions- und Multiplexerschaltung 8 die Tondaten sowie Kontroll- und Synchronisationsdaten des Fernsehsignals zugeführt. Diese Schaltungselemente, die im Block 30 zusammengefaßt sind, können z.B. Bestandteile eines (progressiven) Camcorders sein. Das Ausgangssignal der Zeitkompressions- und Multiplexerschaltung 8 wird über eine Übertragungsstrecke einem Empfänger 31 zugeführt. Der Empfänger 31 enthält als Eingangsschaltung eine Demultiplexer- und Zeitexpansionsschaltung 13, die einerseits das Luminanzsignal Y auf eine Zeilen-Multiplexerschaltung 16, die Chrominanzdifferenz-Signalanteile auf einen Chrominanz-Demultiplexer und Interpolator 14, die in der vertikalen Austastlücke vorhandenen Zusatzsignale auf eine Amplitudenkompressionsschaltung 19 sowie die im Fernsehsignal enthaltenen Audiodaten, Kontroll- und Synch-Wörter an nicht gezeichnete Verarbeitungsschaltungen geben. Die im Chroma-Demultiplexer und Interpolator 14 getrennten Chrominanzdifferenz-Signalanteile U, V werden einem Konverter 15 zugeführt, der aus dem Signal mit Zeilensprung ein progressives Signal erzeugt. Am Ausgang des Konverters 15 liegen die Chrominanzsignalanteile U, V in progressiver Form vor. Das in der Amplitude komprimierte Zusatzsignal am Ausgang des Amplitudenkompressors 19 wird einem Addierer 20 zugeführt. Das Luminanzsignal Y der Demultiplexer- und Zeitexpansionsschaltung 13 wird über einen Interpolator 21 ebenfalls dem Addierer 20 zugeführt. Das Additionsergebnis des Addierers 20 wird dem Zeilenmultiplexer 16 zugeführt. Am Ausgang des Zeilenmultiplexers 16 liegt das Luminanzsignal in progressiver Form vor. Die in progressiver Form vorliegenden Signalanteile Y, U, V werden einer Dematrixschaltung 17 zugeführt, deren Ausgangsignale R, G, B einem Digital/Analog-Wandler 18 zugeführt werden, dessen Ausgangssignal auf einem Bildschirm 22 darstellbar ist.

Claims (9)

1. Farbfernsehübertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite ein Aufnahmebild progressiv abgetastet wird, daß das Aufnahmebild durch Filterung und Abtastung in ein Bild mit Zeilensprung umgewandelt wird, daß für die fehlenden Zeilen beider Halbbilder des Bildes mit Zeilensprung ein Prädiktionssignal ermittelt wird, daß eine Differenz aus dem gefilterten Originalsignal und zugehörigem Prädiktionssignal gebildet wird, daß das Differenzsignal in der vertikalen Austastlücke übertragen wird, daß im Empfänger die fehlenden Zeilen aus den vorhandenen Zeilen prädiziert werden, und daß dem so ermittelten Bildsignal das entsprechende Differenzsignal aufaddiert wird.

2. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal bandbegrenzt wird.

3. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal vor der Übertragung zeitkomprimiert wird.

4. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkomprimierung um einem Faktor 8 oder 9 durchgeführt wird.

5. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffenzsignal amplitudenexpandiert wird.

6. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur für die Luminanzkomponente (Y) ein Differenzsignal ermittelt wird.

7. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfängerseite das Diffenzsignal amplitudenkomprimiert wird.

8. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffenzsignal zeitexpandiert wird.

9. Farbfernsehübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitexpandierung um den Faktor 8 oder 9 durchgeführt wird.