METHOD OF TRANSMITTING DIGITAL COLOUR IMAGE SIGNALS

Abstract: 1. Method of transmitting digital colour image signals, in which the analog colour image signal is sampled on the transmitting side, converted into a digital signal and transmitted and, on the receiving side, converted back into the original analog colour image signal, characterized in that, on the transmitting side, the basic sampling rate (fA ) is increased by an integral multiple n (n = 2, 3, 4...), in that the samples are digitized, in that interference between the useful spectra of the digitized colour image signal is filtered out by a digital filter (4) and in that only every n-th sample is transmitted.

Description: Verfahren zur Obertragung von digitalen Farbbildsignalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von digitalen Farbbildsignalen, bei dem das analoge Farbbildsignal senderseitig abgetastet, in ein digitales Signal umgesetzt und übertragen wird und empfangsseitig in das ursprüngliche analoge Farbbildsignal zurück umgesetzt wird. Aus der Zeitschrift Electronics Letters, 8th Jan. 1970, Vol. 6,wo. 1 sind Störungen des Fernsehbildes bei der digitalen übertragung von Farbfernsehsignalen beschrieben. Ursache dieser Störungen ist das Quantisierungsgeräusch, das bei der Analog/Digital-Umsetzung auftritt. Diese Störungen werden praktisch unsichtbar, wenn sie stets an derselben Stelle des Bildschirmes erscheinen. Hierzu sind aufwendige Synchronisiereinrichtungen erforderlich. Zudem sind wegen der unterschiedlichen Fernsehnormen Umschalteinrichtungen erforderlich. Da zudem meist auch noch die Übertragungsgeschwindigkeit vorgegeben ist, muss zusätzlich ein Stopfverfahren angewendet werden. In der europäischen Patentanmeldung 0025364 ist ein Übertragungsverfahren für Farbfernsehsignale mit Synchronisiereinrichtung beschrieben, das jedoch wegen der bereits geschilderten Nachteile für ein transparentes Übertragungsverfahren nicht in Frage kommt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein für unterschiedliche Farbfernsehsysteme geeignetes Übertragungsverfahren anzugeben. Die Erfindung wird dadurch gelöst, dass sendeseitig die Grundabtastfrequenz um ein ganzzahliges Vielfaches erhöht wird, dass die Abtastwerte digitalisiert werden, dass Störungen zwischen den Neztspektren des digitalisierten Farbbildsignals durch ein digitales Filter ausgesiebt werden und dass nur jeder n-te Abtastwert übertragen wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Quantisierungsrauschen als Störung dann durch Filter beseitigt werden kann, wenn die Abtastfrequenz ausreichend erhöht wird. Das Quantisierungsrauschen, das als Oberwellen in Erscheinung tritt, wird durch ein digitales Filter beseitigt. Anschliessend wird durch einen Dividierer die Über- tragungsrate wieder reduziert. Das Prinzip der Erhöhung der Rate der Abtastwerte und des Herausfilterns von Störungen, die zwischen den Nutzspektren liegen, kann auch auf der Empfangsseite angewendet werden. Es ist zweckmässig, dass empfangsseitig die Rate der digitalen Abtastwerte um einen ganzzahligen Faktor m durch Einfügen von Konstanten erhöht wird, dass durch ein digitales Filter Lücken zwischen den Nutzfrequenzbändern im periodischen Spektrum des empfangenen Farbbildsignals erzeugt werden und dass dieses so erzeugte Digitalsignal in ein analoges bandbegrenztes Signal umgesetzt wird. Diese Massnahme ist bei nicht ausreichend linearen D/A-Umsetzern angebracht. Durch das digitale Filter wird ein lückenhaftes Spektrum erzielt, wobei die Oberwellen niedriger Ordnung in die Lücken fallen und durch ein Filter, das ohnehin dem D/A-Umsetzer nachgeschaltet ist, herausgesiebt werden. Die sendeseitigen und die empfangsseitigen Massnahmen können zur Erzielung einer qualitativ optimalen Übertragung kombiniert werden. Es ist zweckmässig, dass sendeseitig dem analogen Farbbiidsignal ein Dithersignal hinzuaddiert wird. Durch ein Dithersignal (hier kann es sich um eine Einzelfrequenz handeln, die ausserhalb des Nutzbandes liegt oder auch um ein breitbandiges Signal wie Rauschen)wird die Spektralverteilung des Quantisierungsfehlers ver ändert und damit eine weitere Verringerung der Farb Störungen erreicht. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 7 naher erlautert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der prinzipiellen Obertragungs- anordnung, Fig. 2 ein erweitertes Prinzipschaltbild, Fig. 3 eine Spektralfunktion nach der Abtastung, Fig. 4 eine Spektralfunktion nach der Abtastung mit einer höheren Abtastfrequenz, Fig. 5 die Spektralfunktion eines Farbfernsehsignals, Fig. 6 den schematischen Aufbau eines geeigneten Digital filters und Fig. 7 die Dämpfungskurve dieses Digitalfilters. Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung zur Durchführung des übertragungsverfahrens. Sendeseitig liegt an einem Eingang El das Farbfernsehsignal an. Es wird durch einen analogen Tiefpass 1 frequenzmassig begrenzt. An den Ausgang des analogen Tiefpasses 1 ist eine Abtastschaltung 2 angeschlossen, deren Ausgang mit dem Eingang eines A/D-Umsetzers 3 verbunden ist. Diesem ist ein digitales Filter 4 nachgeschaltet, dessen Ausgang über einen Dividierer 5 mit dem Eingang einer sendeseitigen Übertragungseinrich- tung 6 verbunden ist. Über den Ausgang Al dieser über- tragungseinrichtung wird das Farbfernsehsignal ausgesendet. Auf der Empfangsseite wird das Farbfernsehsignal einer empfängerseitigen Ubertragungseinrichtung 10 mit dem Eingang E2 zugeführt. An deren Ausgang ist ein D/A-Umsetzer 11 angeschaltet, dem ein analoger Tiefpass 12 nachgeschaltet ist. An dem Ausgang A2 dieses Tiefpasses liegt das analoge Farbfernsehsignal wieder vor. Die minimal mögliche Abtastfrequenz muss der doppelten höchsten Frequenz des abzutastenden Analogsignals entsprechen, bei der PAL-Fernsehnorm als ca. 12 MHz. Da zudem die Bitrate auf der Übertragungsstrecke im allgemeinen fest vorgegeben ist, kann unter Berücksichtigung der Wortlänge eines digitalisierten Abtastwertes und eventuell zusätzlich zu Übertragender Daten, wie beispielsweise eines Tonsignals, über die Wahl einer geeigneten Abtastfrequenz eine Geschwindigkeitsanpassung erfolgen. Die so ausgewählte Abtastfrequenz, die im allgemeinen nur wenig höher als die minimale Abtastfrequenz ist, wird im folgenden als Grundabtastfrequenz fA bezeichnet. Bei der Abtastung mit der minimalen Grundabtastfrequenz A ergibt sich ein in Fig. 3 prinzipiell dargestelltes Spektrum. Wird nun die Abtastfrequenz auf den Wert 2A verdoppelt, so ergibt sich das in Fig. 4 dargestellte Spektrum, das Lücken zwischen den Nutzspektren aufweist. Diese Lücken enthalten die störenden Spektralanteile, die durch den Quantisierungsvorgang entstehen und Oberwellen entsprechen. Wird eine noch höhere Abtastfrequenr gewählt, können auch Oberwellen höherer Ordnung herausgefiltert werden. Die Wahl der Abtastfrequenz ist jedoch durch die Technologie beschränkt. Zur Zeit sind Faktoren von ca. nt6 ohne grösseren Aufwand realisierbar. Durch den Dividierer 5 wird die Ubertragungsrate reduziert, indem nur jeder n-te Wert übertragen wird. Damit wird wieder das ursprüngliche Nutzspektrum erzielt,bei dem jedoch die Störungen reduziert sind. Auf der Empfangsseite wird das digitale Signal von der empfangsseitigen übertragungseinrichtung 10 dem D/A-Umsetzer 11 zugeführt. Ist dieser ausreichend linear, so kann dieses Signal mit der auch für die übertragung ver wendeten Grundabtastfrequenz fA decodiert werden. Das Tiefpassfilter 12 sorgt wiederum für eine Begrenzung auf das Nutzspektrum. Weist der D/A-Umsetzer jedoch eine nicht ausreichende Linearität auf, so wird entsprechend zur Sendeseite die Datenrate um einen Faktor m (m=2,3,4...) durch Einfügen von konstanten Werten vervielfacht. Dies geschieht nach Fig. 2 durch einen Multiplizierer 13, der dem Ausgang der emptangsseitigen Übertragungseinrichtung 10 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Multiplizierers 13 ist mit dem Eingang eines digitalen Filters 14 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang des D/A-Umsetzers 11 verbunden ist. Durch das digitale Filter 14 wird wieder ein Spektrum erzeugt, das, wie in Fig. 4, Lücken aufweist. Die Faktoren n und m können unterschiedlich sein. Die bei der D/A-Umsetzung erzeugten Oberwellen werden durch den Tiefpass 12 beseitigt. In Fig. 2 wurde auch die Sendeseite leicht modifziert. Es wurde ein einfaches digitales Filter 4 verwendet, das jedoch unzulässige Verzerrungen aufweist. Diese werden durch einen analogen Entzerrer 7 kompensiert, der dem A/D-Umsetzer 3 bzw. der Abtastschaltung 2 vorgeschaltet ist. Auf der Empfangsseite muss bei der Verwendung des gleichen einfachen digitalen Filters 14 ein analoger Entzerrer dem D/A-Umsetzer 11 nachgeschaltet werden. Ein Dithergenerator 8 ist über einen symbolisch dargestellten Summationspunkt mit dem Ausgang des Tiefpasses 1 zusammengeschaltet. Zu dem Farbfernsehsignal wird ein Dlthersignal hinzuaddiert, das zu einer weiteren Verringerung der Farbstorungen führt. Bei der Verwendung sog. Flash-Codierer als A/D-Umsetzer 3 kann die Abtastschaltung 2 entfallen. Ein Flash-Codierer weist eine der Anzahl möglicher Digitalwerte entsprechende Anzahl von Amplitudenstufen auf und codiert den anliegenden Amplitudenwert schlagartig. In Fig. 5 ist der prinzipielle Spektralverlauf eines Farbfernsehsignals dargestellt. Im niederfrequenteren Bereich wird das Helligkeitssignal L übertragen, während das Farbsignal ein höherfrequentes Spektrum C um den Farbträaer - Grund- Fc erzeugt. Die abtastfrequenz fA und der Faktor n werden so gewählt, dass Oberwellen und Mischprodukte nicht in die Nähe des Farbträgers FC fallen. Im Helligkeitsbereich wirken sich Störungen für das Auge dagegen weniger aus. Bei der Übertragung von Farbfernsehsignalen mit unterschiedlichen Normen bleibt die Grundabtastfrequenz f und damit die Übertragungsgeschwindigkeit konstant. In Fig. 6 ist ein einfaches digitales Filter dargestellt. Es enthält sechs in Serie geschaltete Laufzeitglieder T1 bis T6, die durch bistabile Speicherelemente realisiert werden. Fünf Multiplikatoren M1 bis M5 sind an den Eingang E des Filters, an den Ausgang des zweiten Laufzeitgliedes T2, an den Ausgang des dritten Laufzeitgliedes T4 und an den Ausgang des sechsten Laufzeitgliedes T6 angeschaltet. Ihre Ausgänge sind über Addierer Al bis A4 mit jeweils zwei Eingängen zusammengesetzt. Sinnvolle Faktoren für die Multiplikatoren M1 bis M5 sind -5/64, 5/16, 1/2, 5/16, -5/64. Der Ausgang des vierten Addierers A4 stellt gleichzeitig den Ausgang A des Filters dar. Die Laufzeiten der Laufzeitglieder Tl bis T6 sind der verwendeten Abtastfrequenz anzupassen bzw. es wird die Anzahl der digitalen Speicher den Abtastfrequenzpn entsprechend ver ändert. In Fig. 7 ist der prinzipielle Dämpfungsverlauf D in -d8- des einfachen digitalen Filters nach Fig. 6 für n=2 dargestellt. ii Patentansprüche 7 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Übertragung von digitalen Farbbildsignalen, bei dem das analoge Farbbildsignal sendeseitig abgetastet, in ein digitales Signal umgesetzt und übertragen wird und empfangsseitig in das ursprüngliche analoge Farb bildsignal zurück umgesetzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass sendeseitig die Grundabtastfrequenz (fA) um ein gant- zahliges Vielfaches n (n=2,3,4. -.) erhöht wird, dass die Abtastwerte digitalisiert werden, dass Störungen zwischen den Nutzspektren des digitalisierten Farbbildsignales durch ein digitales Filter (4) ausgesiebt werden und dass nur jeder n-te Abtastwert übertragen wird. 2. Verfahren zur Übertragung von digitalen Farbbildsignalen, bei dem das analoge Farbbildsignal sendeseitig abgetastet, in ein digitales Signal umgesetzt und übertragen wird und empfangsseitig in das ursprüngliche analoge Farbbildsignal zurück umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass empfangsseitig die Rate der digitalen Abtastwerte um einen ganzzahligen Faktor m (m=2,3,4..,) durch Einfügen von Konstanten erhöht wird, dass durch ein digitales Filter (14) Lücken zwischen den Nutzfrequenzbändern im periodischen Spektrum des empfangenen Farbbildsignals erzeugt werden und dass dieses so erzeugte Digitalsignal in ein analoges bandbegrenztes Signal umgesetzt wird. 3. Verfahren zur Obertragung von digitalen Farbbildsignalen, bei dem das analoge Farbbildsignal sendeseitig abgetastet, in ein digitales Signal umgesetzt und übertragen wird und empfangsseitig in das ursprüngliche analoge Farbbildsignal zurück umgesetzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass sendeseitig die Grundabtastfrequenz (fA) um ein ganz- zahliges Vielfaches n (n=2,3,4.. .) erhöht wird, dass die Abtastwerte digitalisiert werden, dass Störungen zwischen den Nutzspektren des digitalisierten Farbbildsignals durch ein digitales Filter (4) ausgesiebt werden, dass nur jeder n-te Abtastwert übertragen wird, dass empfangsseitig die Rate der digitalen Abtastwerte um einen ganzzahligen Faktor m (m=2,3,4...) durch Einfügen von Konstanten erhöht wird, dass durch ein digitales Filter (14) Lücken zwischen den Nutzfrequenzbildern im periodischen Spektrum des empfangenen Farbbildsignals erzeugt werden und dass dieses so erzeugte Digitalsignal in ein analoges bandbegrenz tes Signal umgesetzt wird. 4. Verfahren nach Anspruch oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sendeseitig dem analogen Farbbildsignal ein Dithersignal hinzuaddiert wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet > dass ein breitbandiges Dithersignal verwendet wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundabtastfrequenz (fA) so gewählt wird, dass Oberwellen und Mischprodukte nicht in der Nähe des Farb- trägers (Fc) des Farbbildspektrums liegen. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Grundabtastfrequenz (fA) bei verschiedenen Fernsehnormen verwendet wird, so dass die übertragungsgeschwindigkeit konstant bleibt. 8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1,3 bis 7, die senderseitig eine Reihenschaltung eines analogen Tiefpasses (1), einer Abtastschaltung (2), eines A/D-Umsetzers (3) und einer Übertragungseinrichtung (6) aufweist, dadurch gekennteichnet, dass zwischen dem A/D-Umsetzer (3) und der Übertragungs einrichtung (6) ein digitales Filter (4) mit nachgeschaltetem Dividierer (5) eingeschaltet ist. 9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit einer Reihenschaltung einer empfangsseitigen Übertragungseinrichtung (10), eines Digital/Analog-Umsetzers (11) und eines analogen Tiefpasses (12), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass zwischen der empfangsseitigen Übertragungseinrichtung (10) und dem Digltal/Analog-Umsetzer (11) ein Multipli zierer (13) und ein digitales Filter (14) eingeschaltet ist. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein einfacheres digitales Filter (4,14) verwendet wird und ein analoger Entzerrer (7,15) zur Kampensation der Filterverzerrungen vorgesehen Ist 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein digitales Filter mit einer Reihenschaltung von sechs Laufzeitgliedern (T1 bis T6) vorgesehen ist, dass dieses Filter fünf Multiplikatoren (M1 bis M5) aufweist, von denen jeweils einer an den Eingang (E) des Filters, den Ausgang des zweiten Laufzeitgliedes (T2), den Ausgang des dritten Laufzeitgliedes (T3), den Ausgang des vierten Laufzeltgliedes (T4) und den Ausgang des sechsten Laufzeitgliedes (T6) angeschaltet sind und deren Ausgänge über Addierer (Al bis A4) zusammengefasst sind.

Inventors: PEXA, GUNTHER, Pexa, Günther
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H04N11
IPC codes: H04N11