DE3427668C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Kompandierung (d. h.
Dynamikpressung und -dehnung) von Signalen, insbesondere
von Fernsehsignalen.
In jüngster Zeit besteht Interesse daran, die Komponenten von
Farbfernsehsignalen nicht in der herkömmlichen Form eines
Signalgemisches, sondern als Analogsignale im Zeitmultiplex
zu übertragen.
Aus z. B. der DE-PS 26 60 488 ist eine zeitmultiplexe
Übertragung der Leuchtdichte-Signalkomponente und
der zeitkomprimierten Farbart-Signalkomponenten in analoger
Form bekannt. Diese Übertragung erfolgt typischerweise über
Frequenzmodulation in einem Übertragungskanal. Der Kanal kann
eine Satellitenfunkstrecke mit einem Satelliten und einem
Sender sein oder ein Kanal, der einen Videobandrekorder enthält
und worin aufgezeichnete Information auf Videobändern
weitergeleitet ("übertragen") wird. Solche Kanäle unterliegen
jedoch Rauscheinflüssen, wodurch die Qualität des am Ende
wiedergegebenen Bildes verschlechtert wird. Eine Möglichkeit
zur Verbesserung der Qualität des Bildes, das aus einem solchen
rauschbehafteten Kanal gewonnen wird, ist die sogenannte
Kompandierung, bei der der Dynamikbereich von Signalen
komprimiert wird.
In der US-PS 41 68 508 wird ein Audio-Video-Wandler/Modulator
beschrieben, bei dem eine Kompression von Audiosignalen vorgesehen
ist, eine Kompression des Dynamikbereichs der Signale
jedoch nicht durchgeführt wird.
Bei einer Kompandierung wird durch die Kompression z. B. eines
Videosignals das Verhältnis von Mittelwert zu Spitzenwert des
Signals vergrößert und damit dessen Empfindlichkeit gegenüber
Rauscheinflüssen vermindert. Im Empfänger bzw. im Abspielgerät
wird der
Dynamikbereich des Signals wieder gedehnt (expandiert),
und zwar gemäß einer zur erfolgten Pressung komplementären
Funktion, so daß die ursprüngliche Amplitudenverteilung des
Signals wieder hergestellt wird, um das richtige Signal zur
Wiedergabe zu erhalten. Da jedoch die Leuchtdichte- und Farbartkomponenten
verschiedene Amplitudenverteilungen haben,
bringt ein einziges Kompandierungsgesetz keine optimale
Rauschverminderung für beide Komponenten, und zwar weder
im Falle der herkömmlichen Gemischform noch im Falle der
oben erwähnten Multiplexform des Fernsehsignals.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optimale
Kompandierung sowohl der Leuchtdichte- als auch der Farbartkomponente
eines Fernsehsignals zu erreichen. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst,
wie sie im Patentanspruch 1 oder 6 beschrieben ist. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem jeweiligen
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von
Leuchtdichte- und Farbartkomponenten eines Farbfernsehsignals
enthält eine Einrichtung zur Pressung des Dynamikbereichs
der Komponenten unter Verwendung unterschiedlicher
Kompressionsgesetze für die Leuchtdichtekomponente und die
Farbartkomponente.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Senders;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgestatteten
Empfängers.
Der in Fig. 1 dargestellte Sender hat einen Eingang 10 zum
Empfang eines Leuchtdichtesignals Y, einen Eingang 12 zum
Empfang eines Farbdifferenzsignals R-Y und einen Eingang
14 zum Empfang eines Farbdifferenzsignals B-Y. Diese empfangenen
Videosignale seien 8-Bit-Digitalsignale und kommen
z. B. von einer Kamera mit nachgeschaltetem 8-Bit-Digitalumsetzer.
Im Falle einer Satellitenfunkstrecke kann das
Y-Signal typischerweise mit einer Abfragefrequenz 3fsc gleich
dem Dreifachen der Farbhilfsträgerfrequenz erscheinen (also
mit 10,74 MHz beim NTSC-Fernsehen), während die Signale R-Y
und B-Y mit der Farbhilfsträgerfrequenz fsc digitalisiert
sein können (3,58 MHz). Im Falle eines Videobandrecorders
können die Abfragefrequenzen der Digitalsignale typischerweise
gleich 13,5 MHz für das Y-Signal und 6,7 MHz für die
Signale R-Y und B-Y sein.
Die Signale Y, R-Y und B-Y werden jeweils einer gesonderten
Einrichtung 16 bzw. 18 bzw. 20 zur Zeitkompression angelegt.
Wie an sich bekannt, kann jede dieser Kompressionseinrichtungen
16, 18 und 20 eine Eingangs- und eine Ausgangs-Umschalteinrichtung
enthalten sowie zwei Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (Randomspeicher), die so betrieben werden,
daß während einer Fernsehzeile Information in den ersten
Speicher eingeschrieben und Information aus dem zweiten
Speicher ausgelesen wird. Während der nächsten Zeile ist
der erste Speicher im Lesebetrieb, während der zweite Speicher
im Schreibbetrieb ist, usw. Die benötigten Lese- und
Schreib-Taktsignale kommen aus entsprechenden Taktsignalquellen
(nicht gezeigt). Die Schreibtaktfrequenzen sind
gleich der Abfrage- oder Digitalisierungsfrequenz des jeweiligen
Eingangssignals, während die Lesetaktfrequenzen
höher als die jeweiligen Schreibtaktfrequenzen sind, um die
erwähnte Zeitkompression zu bewirken. Im Falle einer Satellitenübertragung
kann die Lesetaktfrequenz typischerweise gleich
4fsc (14,32 MHz) für alle Zeitkompressionseinrichtungen sein.
Dies führt zu einer Zeitkompression von 4 : 3 (14,32 : 10,74) für
das Signal Y und von 4 : 1 (14,32 : 3,58) für die Signale R-Y
und B-Y. Im Falle eines Videobandrecorders kann die Lesetaktfrequenz
typischerweise gleich 27 MHz sein, womit sich
eine Zeitkompression von 2 : 1 (27 : 13,5) für das Signal Y
und von 4 : 1 (27 : 6,75) für die Signale R-Y und B-Y ergibt.
Die Lesetaktsignale werden während einer Zeile so synchronisiert,
daß sich die Ausgangssignale von den Kompressionseinrichtungen
16, 18 und 20 nicht zeitlich überlappen.
Die Signale Y, R-Y und B-Y werden auf einen Multiplexer
(abgekürzt: MUX) 22 gegeben, der durch ein Steuergerät 24
gesteuert wird. Wie an sich bekannt, kann das Steuergerät
24 einen Zähler enthalten, der die 27-MHz- oder 13,5-MHz-Taktimpulse
zählt und durch den Horizontalsynchronimpuls
zurückgestellt wird. Mit diesem Zähler kann ein Decoder
gekoppelt sein, um ausgewählte Teile der Horizontalzeilenperiode
zu identifizieren und den Multiplexer 22 zeitlich
so zu steuern, daß jeder Randomspeicher jeweils während
desjenigen Intervalls mit den nachfolgenden Stufen gekoppelt
wird, in welchem der Speicher Signale ausgibt. Diese
Signale können auch das zeitliche Erscheinen der an die
Zeitkompressionseinrichtungen 16, 18 und 20 gelegten Lesesignale
steuern.
Das im Zeitmultiplex kombinierte 8-Bit-Signal vom Multiplexer
22 wird auf einen Dynamikpresser 26 gegeben, der
einen (1 K × 8)-Randomspeicher oder -Festwertspeicher aufweisen
kann, dessen Adresseneingänge als Signaleingänge
benutzt werden. Die zur Dynamikpressung führende nichtlineare
Funktion ist im Randomspeicher gespeichert, wie
es in der Deutschen Patentanmeldung DE 32 27 473 A1 beschrieben
ist.
Es hat sich gezeigt, daß speziell das in der Telephonie
verwendete µ-Gesetz geeignet ist, den Signalabstand (Nutzsignal/Rauschsignal-Verhältnis)
von Videosignalen zu verbessern.
Ein mögliches µ-Gesetz für die Signale R-Y und
B-Y ist durch folgende Funktion gegeben:
wobei
sich als geeignet erwiesen hat. F(x) ist das Ausgangssignal
in IRE-Einheiten, wobei das positive Vorzeichen für
Eingangswerte gleich mindestens 50 Einheiten verwendet wird
und das negative Vorzeichen für Eingangswerte benutzt wird,
die kleiner sind als 50 IRE-Einheiten. Das Absolutwertzeichen
(Betragszeichen) ist notwendig, weil die Farbartsignale
normalerweise einem Sockelwert von 50 IRE-Einheiten
überlagert sind. Für die Y-Signale kann das Gesetz folgendermaßen
geschrieben werden:
wobei µ gleich etwa 3 ist und
Das Steuergerät 24 liefert ein 2-Bit-"Seiten"-Steuersignal
an den Dynamikpresser 26, um eine von vier Umwandlungstabellen
oder "Seiten" auswählen zu können, deren jede einem
anderen Kompressionsgesetz für den Dynamikbereich entspricht.
Die vier "Seiten" erlauben es, auch für die Signale R-Y und
B-Y unterschiedliche Kompressionsgesetze zu verwenden, falls
dies wegen Unterschieden in der Amplitudenverteilung zwischen
diesen beiden Signalen erwünscht ist. Die vierte "Seite"
kann für eine Dynamikpressung des Tonsignals verwendet werden,
(falls dieses digitalisiert ist) oder zur Dynamikpressung eines
digitalcodierten Signals. Die vierte "Seite" kann auch
eine lineare Übertragungsfunktion bewirken, falls dies für
ein bestimmtes Signal wie z. B. ein bereits in seiner Analogform
gepreßtes Tonsignal erwünscht ist. Hierzu müßte der
Multiplexer 22 einen zusätzlichen Eingang haben. Soll die
Pressung der Signale R-Y und B-Y nach genau demselben Kompressionsgesetz
erfolgen und soll keine Dynamikpressung eines
Tonsignals oder eines Codesignals stattfinden, dann
benötigt man nur ein 1-Bit-Seitensteuersignal, um zwischen
den beiden "Seiten" für die Dynamikpressung der beiden Signaltypen
(Leuchtdichtesignal und Farbdifferenzsignal) auszuwählen.
Das 8-Bit-Ausgangssignal vom Dynamikpresser 26 wird einem
Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 28 zugeführt. Das resultierende
Analogsignal wird einer Einfügungsschaltung
30 angelegt, worin Horizontal- und Vertikalsynchronsignale
hinzugefügt werden sowie ein Taktburstsignal, z. B. ein Signal
mit einer Frequenz, die in einer ganzzahligen Relation
zur Datenabfragefrequenz von 14,32 MHz oder 27 MHz steht
und z. B. 3,5 Hz oder 4,5 MHz betragen kann. Das Ausgangssignal
der Schaltung 30 wird auf einen Übertragungskanal
32 gegeben, z. B. auf eine Satellitenfunkstrecke oder auf
einen Videobandrecorder mit FM-Modulator (nicht dargestellt).
Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Empfängers, der
in Verbindung mit dem Sender nach Fig. 1 verwendet werden
kann. Eine Eingangsklemme 40 empfängt vom Kanal 32 ein analoges
Videosignal, das durch einen FM-Demodulator (nicht
dargestellt) demoduliert worden ist. Dieses Basisbandsignal
wird einem Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 42 und einer
Separatorschaltung 44 zugeführt. Das Ausgangssignal des
A/D-Wandlers 42 ist ein im Zeitmultiplex zusammengesetztes
Videosignal in 8-Bit-Digitalform mit einer Abfragefrequenz
von z. B. 14,32 MHz (im Falle einer Satellitenstrecke) oder
27 MHz (im Falle eines Videobandrecorders). Dieses Signal
wird auf die Adresseneingänge eines Randomspeichers gegeben,
der einen Dynamikdehner 46 bildet.
Die Horizontal- und Vertikalsynchronsignale und die Taktburstsignale
werden von der Separatorschaltung 44 auf ein
Steuergerät 48 gegeben, das ähnlich aufgebaut ist wie das
Steuergerät 24 nach Fig. 1. Das Taktsignal kann durch einen
mit spannungsgesteuertem Oszillator arbeitenden Frequenzvervielfacher
(nicht dargestellt) innerhalb des Steuergerätes
48 gewonnen werden, und zwar durch Frequenzvergleich
des Taktburstsignals mit dem Ausgangssignal des Oszillators,
das eine Frequenzteilung erfahren hat. Dem Dynamikdehner 46
wird ein 2-Bit-Seitenwählsignal angelegt, um jeweils diejenige
Dehnungsfunktion auszuwählen, die komplementär zur
Kompressionsfunktion ist, welche für das betreffende Signal
verwendet wurde. Die Dehnungsfunktionen können z. B.
dem inversen µ-Gesetz mit dem jeweils passenden Wert von
µ entsprechen.
Die in ihrem Dynamikbereich gedehnten Digitalsignale vom
Dynamikdehner 46 werden anschließend einem Demultiplexer
50 zugeführt, der durch das Steuergerät 48 gesteuert wird.
Die hierdurch voneinander getrennten Signale Y, R-Y und
B-Y werden gesonderten Zeitdehnern 52, 54 und 56 zugeführt,
die genauso aufgebaut sein können wie die Zeitkompressionseinrichtungen
16, 18 und 20, indem sie beispielsweise jeweils
zwei geschaltete Randomspeicher enthalten, von denen
während einer Zeile der eine im Schreibbetrieb und der andere
im Lesebetrieb arbeitet und deren Betriebsart während
der nächsten Zeile vertauscht wird.
Die Schreibtaktfrequenzen für alle Zeitdehner 52, 54 und 56
der Abfragefrequenz der Videosignale (z. B. 14,32 MHz für
eine Satellitenfunkstrecke oder 27 MHz für einen Videobandrecorder.
Die Lesetaktfrequenzen sind niedriger gewählt,
um eine derartige Zeitdehnung zu bewirken, daß alle Signale
jeweils eine ganze aktive Bildzeile belegen. Für das Y-Signal
kann eine Lesetaktfrequenz von 10,74 MHz (im Falle einer
Satellitenfunkstrecke) oder von 13,5 MHz (im Falle eines
Videobandrecorders) verwendet werden. Für die Signale R-Y
und B-Y kann die Lesetaktfrequenz 3,5 MHz (im Falle einer
Satellitenfunkstrecke) oder 6,75 MHz (im Falle eines Videobandrecorders)
sein.
Die 8-Bit-Ausgangssignale von den Zeitdehnern 52, 54 und
56 werden jeweils einem gesonderten D/A-Wandler 58 bzw.
60 bzw. 62 zugeführt, worin analoge Ausgangssignale zur
weiteren Verarbeitung wie z. B. zur Matrizierung oder zur
Bildwiedergabe gebildet werden.
Claims (10)
1. Anordnung zur Abgabe von Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten
eines Farbfernsehsignals auf einen Übertragungsweg,
gekennzeichnet durch eine Dynamikpreßeinrichtung
(26) zur Pressung des Dynamikbereichs der Signalkomponenten,
worin die Dynamikpressung der Leuchtdichte-Signalkomponente
(Y) einerseits und der Farbart-Signalkomponenten
(R-Y, B-Y) andererseits gemäß unterschiedlichen
Kompressionsgesetzen erfolgt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dynamikpreßeinrichtung (26) für jede der Farbart-Signalkomponenten
(R-Y und B-Y) ein jeweils anderes Kompressionsgesetz
verwendet.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Eingang der Dynamikpreßeinrichtung (26) eine
Zeitkompressionseinrichtung (16, 18, 20) gekoppelt
ist, um die Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten
zeitlich zu komprimieren.
4. Anordnung nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2,
gekennzeichnet durch eine Multiplexerschaltung (22) zur
Verschachtelung der zeitlich komprimierten Leuchtdichte-
und Farbart-Signalkomponenten im Zeitmultiplex in einer
vorbestimmten zeitlichen Folge und eine Steuereinrichtung
(24), welche die Dynamikpreßeinrichtung (26) entsprechend
dieser zeitlichen Folge steuert, um die verschiedenen Signalkomponenten
gemäß den unterschiedlichen Kompressionsgesetzen
zu pressen.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dynamikpreßeinrichtung
(26) einen Festwertspeicher aufweist, in welchem die Kompressionsgesetze
gespeichert sind.
6. Anordnung zum Empfang der in ihrem Dynamikbereich gepreßten
Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten eines Fernsehsignals,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum
Empfang von Leuchtdichte- und Farbart-Signalkomponenten
ausgelegt ist, deren Dynamikbereiche nach unterschiedlichen
Kompressionsgesetzen gepreßt sind, und daß die Anordnung
eine Dynamikdehnungseinrichtung (46) aufweist, um die
Dynamikbereiche der Signalkomponenten nach unterschiedlichen
Dehnungsgesetzen zu dehnen, die invers zu den jeweiligen
Kompressionsgesetzen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sie zum Empfang von Signalkomponenten ausgelegt ist, die
außerdem zeitlich komprimiert sind, und daß die Anordnung
ferner eine mit dem Ausgang der Dynamikdehnungseinrichtung
(46) gekoppelte Einrichtung (52, 54, 56) enthält, um die
Signalkomponenten zeitlich zu dehnen.
8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zum Empfang von Farbart-Signalkomponenten ausgelegt
ist, deren Dynamikbereiche nach unterschiedlichen
Kompressionsgesetzen gepreßt sind, und daß die Dynamikdehnungseinrichtung
(46) den Dynamikbereich jeder der
Farbart-Signalkomponenten nach einem jeweils anderen Dehnungsgesetz
dehnt.
9. Anordnung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Empfang von zeitlich
komprimierten und in ihren Dynamikbereichen gepreßten
Signalkomponenten ausgelegt ist, die in einer vorbestimmten
Folge erscheinen, und daß die Anordnung eine Einrichtung
(48) enthält, um die Dynamikdehnungseinrichtung (46)
entsprechend dieser Folge zu steuern, um die verschiedenen
Signalkomponenten nach den unterschiedlichen Dehnungsgesetzen
zu dehnen.
10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dynamikdehnungseinrichtung (46) einen Festwertspeicher
aufweist, in welchem die Dehnungsgesetze gespeichert
sind.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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