DE69028772T2

DE69028772T2 - Vorrichtung zur Ableitung eines kompatiblen Zeilensprungfernsehsignals mit geringer Auflösung und anderen Komponenten eines hochauflösenden Zeilensprungfernsehsignals sowie Vorrichtung zur Wiederherstellung des Originalsignals

Info

Publication number: DE69028772T2
Application number: DE69028772T
Authority: DE
Inventors: Marcel Breeuwer; With Peter Hendrik Nelis De
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: EP0465732A1; KR100232778B1; EP0465732B1; JP3292486B2; DE69028772D1; KR920003774A; US5182645A; JPH06343162A; ATE143758T1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum digitalen Verarbeiten eines Hochauflösungs-Fernsehsignals zur digitalen Aufzeichnung oder zwecks einer anderen Signalübertragung, mit:
Filtermitteln mit einem horizontalen Filtermittel und einem vertikalen Filtermittel zum horizontalen und vertikalen Filtern des genannten Fernsehsignals zum Schaffen eines ersten, zweiten, dritten und vierten Hilfssignals, die je einen betreffenden teil des horizontalen bzw. vertikalen Bereichs bedecken, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Teil zusammen den Frequenzbereich des genannten Hochauflösungs-Fernsehsignals bilden, und
Unterabtastmitteln zum Unterabtasten jedes der Hilfssignale, so daß die Summe der Abtastwerte je Teilbild aller Hilfssignale die Anzahl Abtastwerte je Teilbild des Hochauflösungs-Fernsehsignals nicht überschreitet.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anordnung zum Wiederherstellen einer Hochauflösungs-Fernsehsignals aus den genannten Hilfssignalen.

Hintergrund der Erfindung

Ein bekanntes System und Verfahren zum Aufteilen eines Hochauflösungs- Fernsehsignals in zwei oder mehr Teile ist in US-A-4 829 378 beschrieben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf digitale Verarbeitung eines Zeilensprung- Hochauflösungs-Fernsehsignals hauptsächlich für Aufzeichnungszwecke, obschon sie auch für andere Arten von Übertragung, wie Ausstrahlung über Sender nicht ausgeschlossen ist. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, werden Artefakte eingeführt, wenn das bekannte Verarbeitungsverfahren bei Zeilensprungsignalen angewandt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen zum Aufteilen eines Zeilensprung-Hochauflösungs-Fernsehsignals in Teile mit einem Zeilensprung-Fernsehsignal mit niedriger Auflösung, das den heutigen Normen entspricht und wenigstens einem Hilfssignal, um nachher das Hochauflösungs-Fernsehsignal wiederherstellen zu können, ohne an Artefakten zu leiden.
Es weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die obengenannte Aufgabe zu erfüllen ohne daß dabei die Anzahl aufzuzeichnender Bits in bezug auf die Anzahl Bits in dem ursprünglichen Hochauflösungs-Fernsehsignal zu erhöhen. Die Anzahl kompatibler Fernseh-Abtastwerte soll, wenn hinzugefügt zu der Anzahl Abtastwerte aller Hilfsanteile, die Anzahl Abtastwerte in dem ursprünglichen Hochauflösungs-Fernsehsignal nicht überschreiten. Das Codieren des kompatiblen Signals und der Hilfssignale zur verringerung der Anzahl Abtastwerte ist kein Gegenstand der Erfindung. Es sind viele derartige Verfahren bekannt. So könnte beispielsweise das Codieren in EP-A-0 341 780 angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daß das digitale Signal ein Zeilensprung-Hochauflösungs-Fernsehsignal ist mit einer Anzahl Bildern mit je einem ersten und einem zweiten Teilbild, und daß die genannten Vertikal- Filtermittel eine geradzahlige Länge zum Filtern des ersten Teilbildes und eine ungeradzahlige Länge zum Filtern des zweiten Teilbildes haben.
Insbesondere sind die Filter Quadraturspiegelfilter.
Zusätzliche Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Basisplan der Teilbandfilterung zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemäße Anordnung zum Aufteilen eines Hochauflösungs-Fernsehteilbildes darstellt,
Fig. 3 zeigt die räumliche Frequenzebene des ursprünglichen und des aufgeteilten Hochauflösungs-Fernsehteilbildes nach der Erfindung,
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das die Horizontal-Aufteilungs- und Unterabtastungseinheit nach Fig. 2 detailliert darstellt,
Fig. 5 ein Schaltbild, das in Fig. 5a die erforderliche Umwandlung von Hochauflösungs-Fernsehen zu kompatiblem Fernsehen zeigt und in Fig. 5b das Umwandlungsergebnis mit geradzahliger Quadraturspiegelfilterung darstellt;
Fig. 6 ein Schaltbild, das den Filterplan für das Hochauflösungs-Fernsehbild darstellt, was das Zeilensprung-Teilsignal erzeugt;
Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild der Vertikal-Filter- und Unterabtastungseinheit nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 ein Blockschaltbild, das die ungeradzahlige QMF-Aufteilungs- und Wiederherstellungseinheit darstellt,
Fig. 9 ein Blockschaltbild der Wiederherstellungsanordnung nach der Erfindung,
Fig. 10 ein detailliertes Blockschaltbild der Vertikal-Wiederherstellungs- und Aufwärtsabtasteinheit nach Fig. 9,
Fig. 11 ein detailliertes Blockschaltbild der Horizontal-Wiederherstellungs- und Aufwärtsabtasteinheit nach Fig. 9;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Tiefpaßfilterung beim Ende einer Zeile bei geradzahliger Länge-QMF;
Fig. 13 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems mit Zeilenerweiterung; und
Fig. 14 ein Zeitdiagramm mit Tiefpaßfilterung am Ende einer ungeradzahliger Länge-QMF.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Obschon ein großes Gebiet von Abtastfrequenzen, Seitenverhältnissen usw. für die vorliegende Erfindung empfohlen werden kann, wird vorausgesetzt, daß das digitale Hochauflösungs-Fernsehsignal für die hier dargestellte Ausführungsform das nachfolgende Format hat. Es besteht aus einem Leuchtdichte-Anteil (Y) und zwei Farbdifferenzanteilen (U und V). Der Y-Anteil wird mit 54 MHz abgetastet, der U- und V-Anteil beide mit 27 MHz. Das Seitenverhältnis ist 16:9. Das Signal hat eine Bildfrequenz von 25 Hz, jedes Bild besteht aus zeilenversprungenen Teilbildern und jedes Teilbild weist 576 aktive Zeilen mit 1440 aktiven Y-Abtastwerten auf, 720 U- und 720 V-Abtastwerten. Jeder Abtastwert wird durch 8 Bits dargestellt. Es sind also 664 Mbit/s erforderlich zum Darstellen des ganzen Hochauflösungs-Fernsehbildes.
Das Zeilensprung-Hochauflösungs-Fernsehsignal muß in ein Zeilensprung- Fernsehsignal und einige Hilfssignale aufgeteilt werden. Das Zeilensprung-Fernsehsignal soll die halbe Zeilenzahl und die halbe Anzahl Abtastwerte je Zeile des entsprechenden Hochauflösungs-Fernsehsignalwerte haben und soll genügend hohe Bildqualität aufweisen. Weiterhin soll es möglich sein, das Hochauflösungs-Fernsehsignal mit der ursprünglichen Qualität aus dem Zeilensprung-Fernsehsignal und aus den Hilfssignalen wiederherzustellen.
Die Technik der Teilbandfilterung, wie beispielsweise in Ronald E. Crochiere und Lawrence Rabiner:"Multirate Digital Processing" Seiten 376-386, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey eignet sich insbesondere zum Aufteilen eines Hochauflösungs-Fernsehsignals in eine Niederauflösungsversion und in Hilfsinformation. Fig. 1 zeigt den Basisplan eines Teilbandfilters. Das Eingangssignal x(n) wird in ein tiefpaß- und ein hochpaßgefiltertes Signal aufgeteilt, mit je einer halben Bandbreite des Eingangssignal, durch ein Tiefpaßfilter 10 bzw. ein Hochpaßfilter 12. Danach wird jedes dieser Signale um einen Faktor 2 durch die Unterabtaststufen 14 und 16 unterabgetastet. Die resultierenden Anteilsignale werden aufgezeichnet und/oder durch andere Techniken übertragen, wie durch Sender ausgestrahlt. Eine Wiederherstellung X(n) wird erhalten durch Aufwärtsabtastung und anschließende Filterung der Anteilsignale in der Tiefpaßstufe 18 und der Hochpaßstufe 20, wobei die resultierenden Signale in einem Addierer 22 addiert werden. Das Signal am Ausgang des Addierers 22 ist das wiederhergestellte Signal, das mit geeignet gewählten Filtern eine fast genaue Replik des Eingangssignals ist.
Das Hochauflösungs-Fernsehbild wird in ein Niederauflösungs-Zeilensprung-Fernsehsignal (kompatibles Signal) und drei Hilfsanteilsignale, indem der Filterplan nach Fig. 1 horizontal sowie vertikal angewandt wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Teilbilder des Hochauflösungs-Fernsehbildes unter Ansteuerung eines Schalters 15a in Speichern 11 bzw. 13 gespeichert. Es wird vorausgesetzt, daß die Verwendung von Teilbildspeichern nur deutlichkeitshalber geschieht. Der Schalter 15a und der Schalter 15b, der das Auslesen der Speicher steuert, erhalten beide Steuersignale, d.h. Vertikal-Synchronsignale von einem ungeradzahligen/geradzahligen Teilbilddetektor 15, dem das Hochauflösungs-Fernsehsignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Schalters 15b wird einer Horizontal-Filter-und-Unterabtaststufe 17 zugeführt. Das NF-Ausgangssignal der Stufe 17 wird über einen Speicher 19 einer Vertikal-Filter-und- Unterabtaststufe 21 zugeführt. Das NF-Ausgangssignal der Stufe 21 ist das Zeilensprung-Fernsehsignal. Dieses Signal wird in einem Speicher 23 gespeichert. Das HF- Ausgangssignal der Stufe 21 ist das erste Hilfssignal und wird in einem Speicher 24 gespeichert.
Das HF-Anteilausgangssignal der Stufe 17 wird über einen Speicher 26 einer Vertikal-Filter-und-Abwärtsabtaststufe 28 zugeführt. Das NF-Anteilausgangssignal der Stufe 28 bildet das zweite Hilfssignal und wird in einem Speicher 30 gespeichert. Das HF-Anteilausgangssignal der Stufe 28 wird in einem Speicher 32 gespeichert und bildet das dritte Hilfssignal.
Fig. 3 zeigt das oben beschriebene Verfahren in der Frequenzdomäne. Das Hochauflösungs-Fernsehsignalspektrum ist auf der linken Seite in Fig. 3 dargestellt, wobei θh die horizontale räumliche Frequenz ist, während θv die vertikale räumliche Frequenz ist. Die räumlichen Frequenzbereiche, die jedem der nach Fig 2 abgeleiteten Anteile zugeordnet sind, sind auf der rechten Seite in Fig. 3 dargestellt. Es sei bemerkt, daß das kompatible Bild in der horizontalen sowie vertikalen Richtung in dem NF- Bereich ist, d.h. Quadrat 1. Die Quadrate 2, 3 und 4 stellen die Frequenzbereiche des ersten, zweiten bzw. dritten Hilfssignal dar.
Die Horizontal-Aufteilungs-und-Unterabtastungseinheit 17 ist detailliert in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht aus einer Tiefpaßfilterstufe 42, mit nachfolgender Unterabtaststufe 44. Diese letztere tastet mit einem Faktor 2 herab. Auf gleiche Weise folgt der Hochpaßfilterstufe 46 eine Unterabtaststufe 48. Diese tastet ebenfalls um einen Faktor 2 herab.
Eine Bedingung zum Erhalten eines kompatiblen Hochqualitätsbildes ist, daß das Tiefpaßfilter in der Aufteilungseinheit eine lineare Phasenkennlinie aufweisen soll. Dies läßt sich durch verwendung eines FIR-Filters verwirklichen. Eine Teilbandfiltertechnik, die symmetrische FIR-Tiefpaßfilter benutzt, ist die der QMF. Diese Technik ist durchaus bekannt und beispielsweise in dem obengenannten Bezugsmaterial beschrieben. Ein Beispiel eines spezifischen Filters für horizontale Filterung und Unterabtastung wird unten näher beschrieben.
In demselben Bezugsmaterial ist mathematisch bewiesen, daß geradzahlige-Länge-FIR-Filter erforderlich sind für eine genaue Wiederherstellung des Hochauflösungs-Fernsehbildes aus den Signalanteilen.
Aber es entsteht ein Problem mit dem kompatiblen Zeilensprungbild, wenn geradzahlige-Länge-Filter zur Vertikalfilterung für beide Teilbilder des Hochauflösungs-Fernsehsignals verwendet werden. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.
In Fig. 5a stellt jeder Punkt eine Zeile in dem Zeilensprung-Hochauflösungs-Fernsehbild dar. Die Zeilen des Teilbildes 1 befinden sich auf der linken Seite, die des Teilbildes 2 auf der rechten Seite. Der vertikale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zeilen jedes Teilbildes beträgt 2d, wobei die Zeilen des Teilbildes 2 vertikal mit Zwischenräumen d von den entsprechenden Zeilen in dem Teilbild 1 entfernt liegen. Das kompatible Signal muß andererseits einen Raum von 4d zwischen benachbarten Zeilen haben. Auch das Abtastsystem des Norm-Fernsehens, das das kompatible Signal empfangen wird, wird die Zeilen des Teilbildes 2 halbwegs zwischen entsprechenden Zeilen des teilbildes 1 legen. Dies ist die erforderliche Umwandlung, dargestellt in Fig. 5a.
Aber, Zuführung der Signale beider Teilbilder zu geradzahlige-Längefiltern und Unterabtastung um einen Faktor 2 wird das Muster auf der echten Seite in Fig. 5 erzeugen, und zwar werden die Zeilen des Teilbildes 2 nicht halbwegs zwischen den entsprechenden Zeilen des Teilbildes 1 liegen. Das Standard-Fernsehabtastsystem wird auf diese Weise Pixelwerte verwenden für die Zeilen des Teilbildes 2, die der Ist- Abtaststelle auf dem kompatiblen Bild nicht entsprechen. Dies führt Artefakte herbei, die unzulässig sind.
Diese Artefakte lassen sich dadurch eliminieren, wie in Fig. 6 dargestellt, daß ein ungeradzahlige-Längefilter für das teilbild 1 und ein geradzahlige-Längefilter für das Teilbild 2 genommen wird, unabhängig davon, ob das Teilbild 1 das geradzahlige oder das ungeradzahlige Teilbild ist. Es sei bemerkt, daß die gewichteten Mittelwerte, die durch das ungeradzahlige-Länge-Filter und das geradzahlige-Länge-Filter erzeugt werden, immer die Werte sein werden an der einwandfreien Stelle für das Zeilensprungverfahren, wenn die einwandfreie Phasenbeziehung zwischen den beiden Filtern beibehalten wird. In Fig. 6 wird also, wenn das Filter der Länge 3 Zeilen 3, 5, 7; 7, 9, 11; usw. erzeugt. Das Filter der Länge 4, welches das Teilbild 2 verarbeitet, muß die Zeilen 4, 6, 8, 10; 8, 10, 12, 14; usw. verarbeiten, d.h. die Symmetrieachse jedes der beiden Filter bewegt sich über einen Abstand 4d in der vertikalen Richtung mit jeder Filterstufe.
Die Vertikal-Filter-und-Unterabtasteinheiten nach Fig. 2 sind in Fig. 7 detailliert dargestellt, einschließlich der Filter, welche die oben beschriebenen Prozesse implementieren. Da die zwei Einheiten identisch sind, ist nur eine Einheit dargestellt und beschrieben. Es sei bemerkt, daß ein Unterschied zwischen den Schaltungen nach Fig. 4 (horizontales Filter) und denen nach Fig. 7 ist, daß in der Vertikal-Filteranordnung das Tiefpaßfilter und das Hochpaßfilter je in zwei Abschnitte aufgeteilt sind, wobei ein Abschnitt ein QMF-Filter geradzahlige Länge aufweist, das andere ein QMF ungeradzahliger Länge. Auf diese Weise enthält ein Tiefpaßabschnitt 52a ein geradzahlige-Länge-Filter, während der Tiefpaßabschnitt 52b das ungeradzahlige-Länge-Filter enthält. Auf gleiche Weise besteht das Hochpaßfilter aus einem geradzahlige-Länge- Filterteil 54a und einem ungeradzahlige-Länge-Filterteil 54b. Die Ausgangssignale der Filter 52a und 52b werden durch einen Schalter 50a nach Unterabtastung in den Stufen 56a bzw. 56b kombiniert, die der Filter 54a und 54b durch einen Schalter 50b nach Unterabtastung in den Stufen 55a bzw. 55b.
Der Eingang des Filters 52a und der von 52b werden verbunden mit dem Ausgang des Speichers 19 (Fig. 2) während der betreffenden Teilbilder, die ein Bild formen über den Schalter 50c. Auf gleiche Weise wird der Ausgang des Speichers 19 (Fig. 2) wechselweise mit dem geradzahlige-Länge-Filter QMF 54a und dem ungeradzahlige-Länge-Filter 54b durch einen Schalter 50d. Alle Schalter 50 arbeiten unter Ansteuerung der Vertikal-Synchronsignale am Ausgang des geradzahligen/ungeradzahligen Teilbilddetektors 15 (Fig. 2).
Ein anderer Unterschied zwischen den Filter-und-Unterabtasteinheiten nach Fig. 7 und denen der Fig. 4 ist das Vorhandensein einer Verzögerung 60 vor dem Hochpaßfilter 54b, und zwar dem ungeradzahlige-Länge-Hochpaßfilter. Der Grund dieser Verzögerung, die einer Zeit zwischen entsprechenden Punkten auf zwei aufeinanderfolgenden Zeilen eines Teilbildes entspricht, d.h. eine Verzögerung gleich einem Abtastwert, wird anhand der Fig. 8 näher erläutert. In Fig. 8 ist der Filter-und- Unterabtastplan an dem Signalursprungsende, sowie der Aufwärtsabtast-und-Unterabtastplan während der oben in Fig. 1 dargestellten Wiederherstellung, wiederholt. Während jedoch Fig. 1 die Verwendung von geradzahlige-Länge-Filtern an dem Aufteilungs- sowie dem Wiederherstellungsende darstellt, sind in Fig. 8 alle Filter ungeradzahlige- Länge-Filter. Wie mathematisch dargelegt in "New Quadrature Mirror Filter Structures" von C. Galand und H. Nussbaumer, "IEEE Transactions on Acoustics"; "Speech, and Signal Processing", Heft 32 Nr. 3, Juni 1984, zwecks einer einwandfreien Wiederherstellung unter Verwendung eines ungeradzahlige-Länge-Filters, ist es notwendig eine Verzögerung auf der HF-Seite in dem Aufteilungsvorgang einzufügen, und dieselbe Verzögerung an der NF-Seite bei der Wiederherstellung durchzuführen. Auf diese Weise ist die Verzögerung 60 in Fig. 7 eine Verzögerung entsprechend einem Abtastwert vor dem Hochpaß-ungeradzahlige-Länge-Filter an der Signalaufteilungsseite. Ein entsprechendes Filter mit derselben verzögerung wird auf der Wiederherstellungsseite eingeführt, wie untenstehend anhand der Fig. 10 noch näher beschrieben wird. Es sei bemerkt, daß keine Verzögerung eingeführt wird in der Signalstrecke, die durch den Schalter 50a geschaltet wird, dessen Ausgangssignal das Zeilensprung-Fernsehsignal mit niedriger Auflösung bildet. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Schalters 50a in dem Speicher 23 (Fig. 2) gespeichert, während das Ausgangssignal des Schalters 50b in dem Speicher 24 gespeichert wird. Das Ausgangssignal ähnlicher Schalter an dem Ausgang der Vertikal-Filter-und-Unterabtaststufe 28 (Fig. 2) wird in den Speichern 30 und 32 gespeichert.
Fig. 9 zeigt die Basisblöcke zur Wiederherstellung. Elemente, die denen in anderen Figuren entsprechen, sind mit demselben Bezugszeichen angegeben. Auf diese Weise liefern die Speicher 23 und 24 Information zu einer Vertikal-Wiederherstellungs-und-Aufwärts-Abtasteinhet 70, deren Ausgangssignal wieder in einem Speicher 72 gespeichert wird. Auf gleiche Weise liefern die Speicher 30 und 32 die Information für die Vertikal-Wiederherstellung-und-Aufwärts-Abtasteinheit 74, deren Ausgangssignal in einem Speicher 76 gespeichert wird. Der Inhalt der Speicher 72 und 76 wird durch eine Horizontal-Wiederherstellung-und-Aufwärts-Abtasteinheit 78 ausgelesen. Das Ausgangssignal der Einheit 78 wird über einen Schalter 80 den Speichern 82 bzw. 84 zugeführt. Diese letzteren Speicher speichern das ungeradzahlige bzw. das geradzahlige Teilbild des wiederhergestellten Hochauflösungs-Fernsehsignals, verfügbar an dem Ausgang eines Schalters 86. Die Gesamtzeitgabe wird durch geradzahlige/ungeradzahlige Synchronimpulse gesteuert. Es sei ebenfalls bemerkt, daß Wiederherstellung in umgekehrter Reihenfolge zu dem Aufteilungsvorgang erfolgt, d.h. Vertikal-Wiederherstellung und Aufwärtsabtastung geht der horizontalen Wiederherstellung und Aufwärtsabtastung vorher.
Die Vertikal-Wiederherstellung-und-Aufwärts-Abtasteinheit ist in Fig. 10 detailliert dargestellt. Ein Schalter 90 liefert in dem Speicher 23 gespeicherte Daten während der Zeit, in der der Schalter 50a sich in der Aufwärtslage befand, d.h. mit dem Ausgang eines geradzahlige-Länge-Filters verbunden, zu einer Aufwärts-Abtaststufe 92 mit nachfolgendem geradzahlige-Länge-Tiefpaßfilter 94. Daten, die eingegeben wurden, während der Schalter 50a sich in der unteren Lage befand, d.h. wenn das Ausgangssignal eines Tiefpaßfilters mit einer ungeradzahligen Länge dem Speicher 23 zugeführt wurde, werden einer Aufwärts-Abtaststufe 96 mit nachfolgendem ungeradzahlige-Länge-Tiefpaßfilter 98 zugeführt, wenn der Schalter 90 sich in der (nicht dargestellten) unteren Lage befindet. Eine Verzögerungsschaltung 100 gleich einem Abtastwert ist mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 98 verbunden. Ein Schalter 103 verbindet wechselweise den Ausgang des Tiefpaßfilters 94 und den der Verzögerungsschaltung 100 mit einem Eingang einer Summierschaltung 104.
Ein Schalter 106 arbeitet synchron zu dem Schalter 90 zum Zuführen von Information zu einer Aufwärtsabtaststufe 108. Der Aufwärtsabtaststufe 108 ist ein geradzahlige-Länge-Hochpaßfilter 110 nachgeschaltet. Wenn der Schalter 106 sich in der unteren Lage befindet, wird Information, die in dem Speicher 24 gespeichert wurde, wenn der Schalter 50b sich in der unteren Lage befand (d.h. Abtastwerte, die in der horizontalen Richtung tiefpaßgefiltert wurden und in der vertikalen Richtung hochpaßgefiltert wurden) einer Aufwärtsabtaststufe 112 zugeführt, deren Ausgang mit einem ungeradzahlige-Länge-Hochpaßfilter 114 verbunden ist. Diese Abtastwerte haben eine durch die Verzögerungsstufe 60 (Fig. 7) herbeigehführte Verzögerung gleich einem Abtastwert, die beim Auslesen beibehalten werden muß.
Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 110 und das des Hochpaßfilters 114 werden wechselweise dem zweiten Eingang der Summierschaltung 104 zugeführt durch die Aktion eines Schalters 116. Die Schalter 90, 106, 102 und 116 arbeiten ebenfalls unter Ansteuerung der Vertikal-Synchronsignale und der ungeradzahlige/- geradzahlige Teilbildinformation entsprechend der an dem Aufteilungsende. Es sei bemerkt, daß die der Summierstufe 104 zugeführten Signale, wenn die Schalter 102 und 116 sich in der unteren Lage befinden, die richtige Phase gegenüber einander haben, da die Verzögerung der Einheit 100 durch die Verzögerung der Einheit 60 nach Fig. 7 ausgewuchtet ist. Die Verzögerung der aus den Filtern 98 und 114 ausgelesenen Abtastwerte gegenüber denen, die aus den Filtern 94 und 110 ausgelesen wurden, wird entweder durch eine zusätzliche Verzögerungsschaltung mit einer Verzögerung gleich einem Abtastwert, die zwischen den Filtern 94 und 110 einerseits und den Schaltern 102 und 116 andererseits vorgesehen ist, oder durch Einstellung der Zeitgabe des Auslesens aus den jeweiligen Teilen des Speichers 72, in den das Ausgangssignal der Summierschaltung 104 eingegeben war.
Wie oben erwähnt, entspricht die Struktur und die Wirkungsweise der Vertikal-Wiederherstellungs-und-Aufwärtsabtasteinheit 74 denen aus Fig. 10 für die Aufwärtsabtasteinheit 70 und wird daher nicht näher dargestellt und erläutert. Das Ausgangssignal des Speichers 72, das aus Abtastwerten besteht, die vertikal wiederhergestellt worden sind, die aber dennoch aus vorhergehender Tiefpaßfilterung horizontal wiederhergestellt werden müssen, sowie aus Abtastwerten aus dem Speicher 76, die ebenfalls vertikal wiederhergestellt worden sind, die aber eine Hochpaß-Horizontal- Wiederherstellung erfordern, werden beide der Horizontal-Wiederherstellungseinheit 78 zugeführt, die in Fig. 11 detailliert dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Speichers 72 wird einer Aufwärtsabtaststufe 120 zugeführt, der ein Tiefpaßfilter 122 nachgeschaltet ist. Auf gleiche Weise wird das Ausgangssignal des Speichers 76 einer Aufwärtsabtaststufe 124 zugeführt, deren Ausgangssignal dem Hochpaßfilter 126 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der Filter 122 und 126 werden einem ersten bzw. einem zweiten Eingang der Summierstufe 128zugeführt. Das Ausgangssignal der Summierstufe 128 wird wechselweise einem Teilbildspeicher 82 und einem Teilbildspeicher 84 zugeführt (Fig. 9). Diese zwei Teilbildspeicher speichern die Teilbilder des wiederhergestellten Hochauflösungs-Fernsehsignals.
Es sei wieder bemerkt, daß die angegebenen Speicher unbedingt volle Teilbildspeicher sein müssen und in manchen Fällen könnten sie kleiner sein. Die Speicher 11 und 13 könnten also durchaus als 2-Zeilen-Speicher ausgebildet sein. Die Speicher 19 und 26 müssen je höchstens imstande sein, ein halbes Teilbild zu speichern. Die minimale Anzahl Zeilen, die sie speichern müßten, würde von dem speziellen Vertikal-Aufteilungsplan abhängig sein, was nachher noch beschrieben wird. Die Speicher 23, 24, 30 und 32 müßten höchstens imstande sein ein Vierten der Abtastwerte eines Teilbildes zu speichern. Die genaue erforderliche Größe der Speicher ist abhängig von der Komplexität der Zeitgabe des Einschreibens in die Speicher und des Auslesens aus denselben. Der Entwurf solcher Schaltungsanordnungen ist dem Fachmann durchaus bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
Für diesen speziellen Filterentwurf sind die Hauptanforderungen selbstverständlich diejenigen, daß das wiederhergestellte Hochauflösungs-Fernsehsignal visuell das Gleiche des ursprünglichen Hochauflösungs-Fernsehsignals sein soll und daß das Zeilensprungfernsehsignal, d.h. das von dem Hochauflösungs-Fernsehsignal abgeleitete Signal mit einer verringerten Auflösung, von ausreichend hoher Qualität ist, was zu akzeptierbaren Bildern führt, wenn sie mit heutigen Fernsehmonitoren wiedergegeben werden.
Um diese Anforderungen zu erfüllen ist es wichtig, daß das Tiefpaßfilter in der Aufteilungseinheit eine lineare Phase hat. Dies erfordert ein symmetrisches FIR- Filter oder, für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein QMF- Filter geradzahliger Länge. In den Fällen, wo ein ungeradzahlige-Länge-Filter aus den obengenannten Gründen in bezug auf das Zeilensprungverfahren erforderlich ist, sollen die geradzahlige-Länge-Filter und die ungeradzahlige-Länge-Filter im wesentlichen denselben Frequenzgang haben.
Da es bekannt ist, daß Filter mit einer großen Überschwingung Fernsehsignale mit geringer Qualität liefern, ist es wichtig die Filter derart zu entwerfen, daß ihr Sprungverhalten keine große Überschwingung aufweist.
Zur Echtzeitimplementierung von FIR-Filtern ist es wichtig, die Komplexität in Termen von Multiplizierern und Präzisionsberechnungen zu beschränken. Jeder Ausgangsabtastwert eines Filters besteht aus der Summierung einer Gruppe von Eingangsabtastwerten, die je mit einem Koeffizienten multipliziert sind. Deswegen erfordert jeder abweichende Filterkoeffizientwert einen zusätzlichen Multiplizierer in einer Hochgeschwindigkeitsimplementierung. Zum Schluß wird jeder Ausgangsabtastwert des Filters zu dem bereich des Eingangssignals normiert. Dies erfordert eine zusätzliche Multiplikation. Der Gebrauch von Multiplizierern läßt sich durch den Gebrauch von Koeffizienten gleich einer Zweierpotenz minimieren. Dies ermöglicht Verschiebung zum Ersetzen des Multiplikationsprozesses.
Filter, die durch Computersimulierung auf Basis der obenstehenden Anforderungen gefunden wurden und die besten Resultate ergaben sind:
Eine andere Schwierigkeit, die bei der Aufteilung und Wiederherstellung des Hochauflösungs-Fernsehbildes auftritt, ist, daß die Zeilen oder Spalten in dem Bild schroff anfangen und enden. Dies erzeugt eine Artefakt an den Rändern bei den wiederhergestellten Bildern wenn keine Maßnahmen getroffen werden und die Zeilen und Spalten "zu erweitern". Das Problem ist in Fig. 12 dargestellt. Die obere Zeile in Fig. 12 zeigt die Abtastwerte am Anfang der Zeile. Sie fangen an mit einer Zeit t=0. Unter diesen Abtastwerten ist die Stoßantwort eines symmetrischen Tiefpaßfilters mit Länge 6 dargestellt. Zum Berechnen des Filterausgangssignal, wie in der letzten Zeile der Fig. 12 dargestellt, brauch das Filter zwei zusätzliche Abtastwerte, und zwar Zeilenabtastwerte durch ? in der oberen Zeile nach Fig. 12 und signifikante Abtastwerte, die vor dem Anfang der Zeile auftreten, die vor dem eigentlichen Start der Filterung berechnet werden müssen. Die Situation mit ungeradzahlige-Länge-QMF-Filtern ist dieselbe, wie anhand der Fig. 14 ersichtlich ist. Hier hat das Filter eine Länge 5 und es werden wieder zwei Abtastwerte vor dem Start der Zeile gebraucht, um die richtige Fiterstoßantwort am Rand zu liefern. Filterlängen von 5 oder 6 werden nur für Erläuterungszwecke gebraucht. In der Praxis werden längere Filter verwendet, wie oben beschrieben.
Ein ähnliches Problem tritt bei der Wiederherstellungseinheit und für die HF-Signale auf. Vor der Abwärtsabtastung und Aufwärtsabtastung müssen die Signale in der Zeilenrichtung und in der Spaltenrichtung an den rändern erweitert werden.
Das erforderliche Gesamtsystem ist auf diese Weise in Fig. 13 dargestellt. Die Zeilen und Spalten des eintreffenden digitalisierten Hochauflösungs-Fernsehsignals werden in einer Stufe 130 vor der Quadraturspiegelfilterung und Unterabtastung in der Stufe 132 erweitert. Auf der Wiederherstellungsseite werden die NF- und HF-anteile des ursprünglichen Signals je wieder in der Spaltenrichtung und in der Zeilenrichtung in den betreffenden Stufe 134 und 136 erweitert. Auch hier erfolgt die Erweiterung vor der QMF-Wiederherstellung in der Stufe 138.
Die optimale Erweiterung für das ursprüngliche Signal ist eine, bei der die fehlenden Abtastwerte der Ränder des Signals unzweideutig von den verfügbaren Abtastwerten innerhalb der Ränder abgeleitet werden können. Dies gilt, ob das Filter das HF-Filter ist oder das NF-Filter. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, werden keine Artefakte in das wiederhergestellte Signal eingefügt. Es sind andere Verfahren zur Zeilenerweiterung bekannt und bilden an sich nicht einen gegenstand dieser Erfindung.
Obschon das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand einer spezifischen Ausführungsform beschrieben worden ist, sind Abwandlungen für den Fachmann durchaus möglich.

Claims

1. Anordnung zum digitalen Verarbeiten eines Hochauflösungs-Fernsehsignals zur digitalen Aufzeichnung oder zwecks einer anderen Signalübertragung, mit:

Filtermitteln mit horizontalen Filtermitteln (17) und vertikalen Filtermitteln (21,28) zum horizontalen und vertikalen Filtern des genannten Fernsehsignals zum Schaffen eines ersten, zweiten, dritten und vierten Hilfssignals, die je einen betreffenden Teil des horizontalen bzw. vertikalen Bereichs bedecken, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Teil zusammen den Frequenzbereich des genannten Hochauflösungs-Fernsehsignals bilden, und

Unterabtastmitteln (44, 48, 56a, 56b, 58a, 58b) zum Unterabtasten jedes der Hilfssignale, so daß die Summe der Abtastwerte je Teilbild aller Hilfssignale die Anzahl Abtastwerte je Teilbild des Hochauflösungs-Fernsehsignals nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Signal ein Zeilensprung-Hochauflösungs-Fernsehsignal ist mit einer Anzahl Bildern mit je einem ersten und einem zweiten Teilbild, und daß die genannten Vertikal-Filtermittel eine geradzahlige Länge zum Filtern des ersten Teilbildes und eine ungeradzahlige Länge zum Filtern des zweiten Teilbildes haben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Filtermittel Quadraturspiegelfilter sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Quadraturspiegelfilter Filter mit endlicher Impulsstoßantwort sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Verzögerungselement (60) vor dem vertikalen ungeradzahlige-Länge-Filter (54b), was einen Hochpaß- Vertikalfrequenzbereich ergibt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Vertikal-Filtermittel (21,28) die nachfolgenden Elemente aufweist:

ein erstes (54a) und ein zweites (54b) Hochpaßfilter mit einer geradzahligen Länge bzw. einer ungeradzahligen Länge,

Schaltmittel (50c, 50d) zum gleichzeitigen Verbinden des ersten Tiefpaßfilters und des ersten Hochpaßfilters mit dem Horizontalfilter (17) während des ersten Teilbildes und des zweiten Tiefpaßfilters und des zweiten Hochpaßfilters mit dem Horizontalfilter während des zweiten Teilbildes,

wobei das Unterabtastmittel (56a, 56b, 58a, 58b) eine erste, zweite, dritte und vierte Unterabtastschaltung aufweist, die mit dem Ausgang des genannten ersten Tiefpaßfilters, des genannten zweiten Tiefpaßfilters, des genannten ersten Hochpaßfilters bzw. des genannten zweiten Hochpaßfilters gekoppelt ist, wobei jede der genannten Unterabtastschaltungen einen Unterabtastfaktor 2 liefert.

6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Hilfssignal einen Frequenzbereich aufweist, der den NF-Bereich in der horizontalen und vertikalen Richtung bedeckt, wobei das erste Hilfssignal ein Zeilensprung-Fernsehsignal mit einer gegenüber dem Hochauflösungs-Fernsehsignal verringerten Auflösung bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Hochauflösungs-Fernsehsignal eine Anzahl zeilen- und spaltenweise gegliederter Signalabtastwerte aufweist; weiterhin Mittel aufweist zum Berechnen zusätzlicher Zeilenabtastwerte und zusätzlicher Spaltenabtastwerte aus den Signalabtastwerten an wenigstens einem Ende jeder der Zeilen und Spalten.

8. Anordnung zur Wiederherstellung eines Hochauflösungs-Fernsehsignals aus ersten, zweiten, dritten und vierten Hilfssignalen, die je einen betreffenden Teil des horizontalen sowie vertikalen Frequenzbereichs des genannten Hochauflösungs-Fernsehsignals bedecken und zusammen den Frequenzbereich des genannten Hochauflösungs- Fernsehsignals bilden, wobei die genannte Anordnung die nachfolgenden Elemente aufweist:

Vertikal-Filter und Vertikal-Aufwärtsabtastmittel (70, 74);

Horizontal-Filter und Horizontal-Aufwärtsabtastmittel (78); und

Mittel zum Verbinden der Vertikal-Filter und der Vertikal-Aufwärtsabtastmittel in Kaskade mit den Horizontal-Filter und Horizontal-Aufwärtsabtastmitteln, wodurch eine Kaskadenschaltung gebildet wird, die einen Eingang aufweist zum Empfangen des ersten, zweiten, dritten und vierten Hilfssignals und einen Ausgang, der das Hochauflösungs-Fernsehsignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochauflösungs-Fernsehsignal ein Zeilensprungsignal ist mit einer Anzahl Bildern mit je einem ersten und einem zweiten Teilbild, und daß die Vertikal-Filtermittel eine geradzahlige Länge zum Filtern des ersten Teilbildes und eine ungeradzahlige Länge zum Filtern des zweiten Teilbildes haben.

9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Filter Quadraturspiegelfilter sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, weiterhin mit einer Verzögerungsschaltung (100) zur Größe von einem Abtastwert, in Reihe mit dem ungeradzahlige-Länge- Tiefpaßfilter in den Vertikal-Filtermitteln.

11. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Vertikal-Filter und die Vertikal- Aufwärtsabtastmittel vor dem Horizontal-Filter und den Horizontal-Aufwärtsabtastmitteln in der Richtung der Signalverarbeitung vorgesehen sind.

12. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Hilfssignal je in Reihen und Spalten gegliederte Signalabtastwerte aufweisen; weiterhin mit Mitteln zum Berechnen zusätzlicher Zeilen- und zusätzlicher Spaltenabtastwerte aus den Signalabtastwerten an wenigstens einem Ende jeder der Zeilen und Spalten.