DE3435265A1 - Verfahren zur aufloesungserhoehung fuer ein kompatibles fernsehsystem - Google Patents

Description

- 3 - BK 84/87

Verfahren zur Auflösungserhöhung für ein kompatibles

Fernsehsystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auflösungserhöhung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist beispielsweise bekannt aus EP 57 826 A2.

Der Einsatz digitaler Signalverarbeitseinrichtungen (Digitalfilter, digitale Echtzeitspeicher) bietet in Verbindung mit der Offsetübertragung die Möglichkeit, ein Fernsehbildsignal mit erheblich verbesserter Horizontalauflösung zu übertragen und ohne Kantenflackereffekte mit nun gleicher Auflösung in Richtung horizontaler und vertikaler Ortsfrequenzen wiederzugeben.

In den Veröffentlichungen "SMPTE₅ Winter Conference, 6-7 Februar 1981, TV Technology in the 80's, Seiten 151-165, Scarsdale/New York", ¹¹NTZ Archiv Band 4, 1982, Nr. 10, Seiten 293-301" und NTZ Archiv, Band 4, 1982, Nr. 10, Seiten 303-312" sind Maßnahmen zur Bildabtastung in Verbindung mit geeigneter Filterung aufgezeigt, die eine verbesserte Horizontalauflösung unter weitestgehender Gewährleistung der Kompatibilität zu bestehenden Normen gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, welches eine geeignete aufwandsgünstige digitale Signalverarbeitung gestattet bei Aufrechterhaltung der Kompatibilität zu bestehenden Übertragungssystemen. Außerdem soll eine Anwendungsmöglichkeit dieses Verfahrens aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst und bezüglich der Anwendung durch die Merkmale des Patentanspruchs 4. Die Patentansprüche 2 und 3 geben vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung an.

- 4 - BK 84/87

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß das Verfahren unab- hängig davon, ob das optische Bild im Zeilensprungverfahren oder progressiv abgetastet wird, anwendbar ist. Somit ist das Verfahren nach der Erfindung sowohl für die standardisierte Filmabtastung als auch Fernsehbildabtastung brauchbar. Außerdem ist der digitale Verarbeitungsaufwand gering. Wie nachfolgend gezeigt wird, läßt sich die zweidimensional Filterung in den Diagonalrichtungen bereits mit einem 625-Zeilen Signal am Filtereingang, z.B. ein Halbbild einer Hochzeilen-Zeilensprung-Kamera, durchführen, was den Verarbeitungs· aufwand erheblich reduziert.

Anhand d&r Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild für die sende- und empfangsseitige digitale Signalverarbeitung,

Fig. 2 das Ortsfrequenzspektrum eines 625-zeiligen Halbbildes einer Hochzeilenkamera mit horizontaler Bandbegrenzung auf f*.

Fig. 3 das Ortsfrequenzspektrum gemäß Fig. 2 nach der Horizontalabtastung mit f* = 2f*

Fig. 4 das Ortsfrequenzspektrum nach der senderseitigen ersten Diagonalfilterung,

Fig. 5 das Ortsfrequenzspektrum nach der senderseitigen zweiten Diagonalfilterung,

Fig. 6 das Ortsfrequenzspektrum vor der digitalen Offsetmodulation,

Fig. 7 das Ortsfrequenzspektrum nach der digitalen Offsetmodulation und horizontalen Bandbegrenzung,

Fig. 8 das Ortsfrequenzspektrum nach Nyquistfilterung und horizontaler Abtastung mit f*,

- 5 - BK 84/87

Fig. 9 das Ortsfrequenzspektrum nach der Offsetdemodulation,

Fig. 10 die empfängerseitige planare Filterung mit Berechnung des Eingangsrasters (oberer Bereich) und des Zwischenrasters (unterer Bereich),

Fig. 11 das Ortsfrequenzspektrum nach der ersten empfangsseitigen Diagonalfilterung (Sperrbereiche des Diagonalfilters schraffiert),

Fig. 12 das Ortsfrequenzspektrum am Ausgang des ersten empfangsseitigen Diagonalfilters nach erfolgter Offsetdemodulation,

Fig. 13 das Ortsfrequenzspektrum am Ausgang des empfangsseitigen zweiten Diagonalfilters,

Fig. 14 ein Blockschaltbild der senderseitigen Signalverarbeitung mit bewegungsadaptiver Auflösungssteuerung und Offsetübertragung,

Fig. 15 ein Blockschaltbild der empfangsseitigen Signalverarbeitung mit bewegungsadaptiver Auflösungssteuerung und Offsetübertragung,

Fig. 16 ein detaillierteres Blockschaltbild der empfängerseitigen Signalverarbeitung,

Fig. 17 ein Schaltbild des Vertikalfilters mit Umsteuerstufe zur empfängerseitigen bewegungsadaptiven HalbbiId Interpol ation,

Fig. 18 ein vereinfachtes Schaltbild des ersten Diagonalfilters zur empfängerseitigen digitalen planaren Bandbegrenzung und

Fig. 19 ein vereinfachtes Schaltbild des zweiten Diagonalfilters zur empfängerseitigen digitalen planaren Bandbegrenzung.

- 6 - BK 84/87

Für die nachfolgenden Betrachtungen wird von einem 625-Zeilenübertragungssystem ausgegangen und von einer Abtastung des optischen Bildes mit einer 1250 Zeilen aufweisenden Hochzeilen-Kamera. Prinzipiell sind alle nachfolgenden Ausführungen auch für andere Übertragungssysteme anwendbar, wie z.B. für das amerikanische 525-Zeilen-übertragungssystem mit einer entsprechenden 1150-zeiligen Hochzeilen-Aufnahmekamera.

In Fig. 1 wird ein optisches Bild s(x,y) mit χ und y als Ortskoordinaten von einer Kamera K mit der zweidimensionalen Impulsantwort h_k(x,y) vertikal abgetastet und durch einen Tiefpaß TP1 mit der horizontalen Impulsantwort im Ortsbereich h-T-n (x) horizontal bandbegrenzt; Die horizontale Bandbegrenzung erfolgt bei der horizontalen Ortsfrequenz f^x = f_c ^xÄM6 MHz. Das 625-Zei len-Bi ldsignal nach der horizontalen Bandbegrenzung kann dann im Ortsbereich wie folgt dargestellt werden:

b _s(x,y) = (six,y) ** h_k** h_tpx(x)<f{y)) · M _y (y), (la)

wobei ML (y) den Dirac-Kamm für ein n-zeiliges System

^ys
darstellt mit dem Zeilenabstand y_g. Für dieses Bildsignal gilt dann im Frequenzbereich folgende Beziehung:

B_ls(f\f^y) = (S(f\f^y) . H_k(f^x,f^y) ♦ H_Tpx(f^x))

In Richtung vertikaler Ortsfrequenzen ergibt sich also eine periodische Wiederholung des durch die Kameraübertragungsfunktion H_k(f^x,f^y) gefilterten, horizontal bandbegrenzten Bildsignals bei Vielfachen der vertikalen Abtastfrequenz

- 7 - BK 84/87

des 625-Zeilen-Systems f^ (Fig. 2). Der wegen der Überlappung der periodischen Spektren im Signal enthaltene Vertikalalias kann natürlich auch durch eine nachfolgende Filterung nicht mehr beseitigt werden.

An den Tiefpaß TP1 schließt sich, wie die Fig. 1 zeigt, ein Analog-Digitalwandler AD1 an, der das tiefpaßgefilterte Bildsignal b, (x,y) für die weitere digitale Verarbeitung zusätzlich in horizontaler Richtung abtastet. Die Abtastfrequenz f* = 2f* des Digitalwandlers AD1 beträgt etwa 32 MHz, sodaß der horizontale Abstand χ der Abtastorte dem vertikalen Zeilenabstand y_s eines 625-Zeilensignals entspricht. Der horizontalen Abtastung im Ortsbereich entspricht die nun auch in Richtung horizontaler Ortsfrequenzen periodische Wiederholung des Bildsignalspektrums (Fig. 3). Für die anschließende zweidimensional Diagonalfilterung werden zwei hintereinandergeschaltete in orthogonalen Richtungen arbeitende, jeweils eindimensionale Filter Dp₁ und Dpg verwendet. Fig. 3 zeigt die Durchlaßbereiche nach der ersten Diagonalfilterung mittels Filter Dp₁ und schraffiert die Sperrbereiche. Die Übertragungsfunktion des Diagonalfilters Dp₁ ergibt sich durch die in Richtung vertikaler Ortsfrequenzen f^ periodische Wiederholung des Basisstreifens

Für die übertragungsfunktion gilt dann:

und im Ortsbereich:

■_1TPdl^,y) = h_Tpdl(x,y) . UL (y)

h_TPdl(x,y) = ⁿ _Tpd(^x) · *U-y) (2b)

Die Abtastwerte h -rpdi(^x»y) liegen also auf der Diagonalen x=y im Ortsbereich.

NACHGgRg)CHTJ

Für die Übertragungsfunktion des zweiten Diagonalfilters ergibt sich entsprechend

- ^HTPd2^(fX'^fY) **^(f^X)fS^fy(f^y) (3a)

h _Tpd2(^x»^y^ ^{= h}TPd2^^x'^y^ * -^ _y (y) ^mit

h_Tp_d2(x,y) = h_Tpd(x) .. /(x+y) (3b)

(f\f^y) = 2f*f^y . (l/i_fx(f^x) .

₊ Jü x(fX.fX).Ü/ y(f^y.f^y)) (4a)

o ^{b T}o ^b

Das Signalspektrum nach dieser zweiten Filterung zeigt Fig. Das wie gewünscht diagonal bandbegrenzte Basisspektrum erscheint periodisch wiederholt, wobei die Wiederholungspunkte ein Offsetraster bilden. Das zugehörige Abtastraster im Ortsbereich ist ein hochzeiliges Offsetraster,

d (x,y) = IU (χ). Ul (y) + IU (_x-_x ). JU (_y-_y ) (₄b) xo x_s y_s x_s ο y_s s

das als Summe zweier gegeneinander versetzter 625-zeiliger Orthogonalraster dargestellt werden kann. Für die weitere Verarbeitung werden nur die Abtastwerte des ersten der beiden Raster verwendet. Das hieraus resultierende Ortsfrequenzspektrum zeigt Fig. 6. Das Basisspektrum erscheint jetzt periodisch wiederholt bei Vielfachen der horizontalen bzw. vertikalen Abtastfrequenz f₅ bzw. f^y. Es ergeben sich somit zwar dieselben Wiederholungspunkte wie für.das Spektrum des Bildsignal vor der Filterung, in diagonaler Richtung sind jetzt allerdings die Teilspektren durch gleichgroße signalfreie Bereiche getrennt.

Das 625-zeilige Orthogonalraster im Ortsbereich di_s(x»y)

- 9 - BK 84/87

kann als Summe von zwei gegeneinander versetzten Offsetrastern dargestellt werden.

d,.(x,y) = JU_x (χ). J1L_V (y)
xs ^xs ^ys

= JIl_x (χ). JJL_V (y) + IU. (x-x.).i/i_v (y-yj ^xc ^yc ^xc ^{s y}c ^s

_y (χ). m_v (y-yj +i"_x (x-xj. JU _v (y) (5a) ^xc ^yc ⁵ c ^{b y}c

Im Frequenzbereich ergibt sich:

f _{f f}

m _fy(

= 2f^xf^y

₊2f^xf^y.(i//_fx(f^x)JXi_fy(f^y) +

- Jü_fx(f^x-f^x)ü/_fy(f^y-f^y)) (5b)

Verwendet man nur die Abtastwerte des ersten der beiden Offsetraster aus Gleichung 5a, so ergibt sich ein nun dicht gefülltes Ortsfrequenzspektrum in dem die einzelnen Teilspektren überlappungsfrei aneinanderstoßen.

Die nach der horizontalen Bandbegrenzung für die übertragung im Signal enthaltenen Spektren bei -f^x können allerdings die Bildqualität für den kompatiblen Empfänger erheblich beeinträchtigen (zusätzliche Flackerstörungen, Cross-Colour). Diese beim kompatiblen Empfänger zu Störungen führenden Signalanteile werden nun dadurch reduziert, daß man ihre Spektren amplitudenmäßig mit Hilfe der Offsetmodulation unter Verwendung eines Offsetmodulationsbausteins OMB reduziert. Ein solcher Offsetmodulationsbaustein OMB ist in der

- 10 - BK 84/87 ^:

DE P 33 44 254.9 beschrieben. Gleichung 5b zeigt nun die Möglichkeit, eine solche Absenkung durch unterschiedliehe Gewichtung der Offsetraster nach Gleichung 5a zu erreichen. Die nach der DE P 33 44 254.9 erforderliche Absenkung auf 1/3 der Amplitude des Basissignals ergibt sich z.B. bei Gewichtung der Abtastwerte des ersten Rasters mit 2/3 und der des zweiten Rasters mit 1/3. Die Teilspektren bei f^x = 0 haben dieselbe Amplitude wie bei der alleinigen Verwendung des ersten Rasters aus Gleichung 5a, die Amplitude der Teilspektren bei if* beträgt aber nur 2/3 - 1/3 = 1/3.

Das Ortsfrequenzspektrum nach dieser digitalen Offsetmodulation und nach horizontaler Bandbegrenzung auf die Bandbreite des Übertragungskanals ist in Fig. 7 dargestellt, wobei die Anteile der in der Amplitude reduzierten Teilspektren schraffiert sind. Die Übertragung dieses Vollbildes erfolgt im synthetischen Zeilensprung in zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern des 625-Zeilensprungsystems. Da das Bildsignal am Ausgang des Offsetmodulationsbausteins OMB digital vorliegt und der angenommene Übertragungskanal ein Analogkanal des 625-Zeilen Standard-Fernsehsystems ist, muß nach der Offsetmodulation eine D/A-Wandlung mittels D/A-Wandler DA2 vorgenommen werden. An diesen D/A-Wandler 0A2 schließt sich ein Tiefpaßfilter TP₂ an, das das offsetmodulierte und nun in analoger Form vorliegende Bildsignal auf die Bandbreite des Übertragungskanals ÜK, z.B. 5,5 MHz, begrenzt. Im Empfänger wird das ankommende Signal mit Hilfe eines Nyquistfliters Nq mit f^x ₆₍jß = f£/2 bandbegrenzt. Damit ist das fehlerfreie Aneinandersetzen der Teilspektren bei der Demodulation des Offsetsignals möglich. Die für eine digitale Verarbeitung dieses Signals erforderliche Abtastung erfolgt mittels A/D-Wandler AD3 wie beim Sender in einem 0rthogona4raster, wobei der Abstand der Abtastorte in horizontaler Richtung χ ebenfalls dem Abstand y der Zeilen des 625-Zeilen-Systems entspricht. Mit Hilfe eines Bildspeichers Bsp werden jeweils zwei aufeinander folgende

- 11 - BK 84/87

Halbbilder zu einem Vollbild zusammengefaßt. Das Spektrum dieses Vollbildsignals zeigt Fig. 8. Der horizontal durch das Nyquistfilter Nq im Eingang bandbegrenzte Basisstreifen erscheint periodisch wiederholt bei Vielfachen der horizontalen Abtastfrequenz f*. Die Offsetdemodulation erfolgt nun wie die Offsetmodulation auf der Senderseite durch entsprechende Gewichtung der Offsetteilraster, in die das orthogonale Abtastraster entsprechend den Gleichungen 5a und 5b zerlegt werden kann. Mit Gewichtungsfaktoren von 2 für das erste und -1 für das zweite der beiden Offsetraster ergibt sich das in Fig. 9 dargestellte Ortsfrequenzspektrum. Die Amplitude der Signalspektren bei Vielfachen von f* bleibt unverändert (2 + (-1) = 1) während bei f* - n.f* das Eingangssignalspektrum vertikal um f* ver-

CS C

setzt mit dem Faktor 2 - (-1) = 3 bewertet wird. Offsetzusatzspektrum und Basisbandsignal sind nun mit gleicher Amplitude 1 wieder zusammengefügt worden.

Die planare Rekonstruktionsfilterung erfolgt wie die Bandbegrenzung auf der Senderseite durch zwei hintereinandergeschaltete eindimensionale Diagonalfilter Dpg und Dp^. Wegen der durch die Offsetdemodulation überhöhten Amplitude der zu unterdrückenden Signalspektren werden allerdings erhöhte Anforderungen an die Sperrdämpfung der Filter gestellt. Die Abtastwerte der Impulsantworten der beiden Diagonalfilter Dp₃ und Dp₄ liegen im Ortsbereich auf den Diagonalen χ = y bzw. χ = -y. Somit werden bei der ersten Diagonalfilterung für die Berechnung eines Bildpunktes nur Abtastwerte aus einem der beiden Offsetraster von Gleichung 5a herangezogen (Fig. 10). Dies bietet die Möglichkeit, die Offsetdemodulation, wie Fig. 1 zeigt, erst nach dieser ersten Filterung durchzuführen. Bei der Berechnung der Ausgangsdaten des zweiten Diagonalfilters Dp. werden jetzt allerdings Bilddaten aus beiden Rastern verwendet. Summiert man jedoch die mit den geraden Filterkoeffizienten Cq, c+£, ... des zweiten Diagonalfilters Dp₄

- 12 - BK 84/87.

und die mit den ungeraden Koeffizienten Cj^₁, C^₃, ge-

wichteten Bildpunktdaten getrennt, so kann die Offsetdemodulation sogar bis zur letzten Addition im zweiten Filter hinausgeschoben werden. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Offsetdemodulationsbaustein ODB Bestandteil des Digonalfilters

Fig. 11 zeigt die Ortsfrequenzspektren nach der ersten Diagonalfilterung, Fig. 12 nach der anschließenden Offsetdemodulation und Fig. 13 nach der zweiten Diagonalfilterung. Das Ausgangssignal des zweiten Filters Dp₄ ist ein hochzeiliges Offsetsignal, dessen Basisspektrum gleiche Auflösung in Richtung horizontaler und vertikaler Ortsfrequenzen zeigt. Nach einer D/A-Wandlung mittels Digital-Analogwandler DA4, nach horizontaler Bandbegrenzung mittels Tiefpaß TP3 und schließlich auch vertikaler Filterung durch die übertragungsfunktion des wiedergebenden Monitors M sind die periodischen Spektren so stark reduziert, daß der Betrachter den Eindruck einer zeilenfreien Wiedergabe mit gegenüber dem herkömmlichen übertragungsverfahren deutlich verbesserter Horizontalauflösung hat.

Für die bisherigen Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die sendeseitige Abtastung des optischen Bildes mit der Hochzeilenkamera progressiv erfolgt, also ohne Zeilensprung, mit 625-Zeilen 1:1. Innerhalb von 40 msec wird dann ein Bild ohne Zeilenversatz zweimal abgetastet. Von diesen beiden gleichen Bildern wird nur das erste weiterverarbeitet. Erfolgt die Abtastung des optischen Bildes mit der Hochzeilen-Kamera jedoch im Zeilensprungverfahren mit zwei zeilenversetzten Halbbildern pro 40 msec, so ist eine zusätzliche Normkonvertierung nötig, die im Ausführungsböispiel nach Fig. 1 hinter den A/D-Wandler AD1 einzufügen ist. Aus dem 1249-zeiligen Signal der Hochzeilenkamera wird ein aus zwei Halbbildern bestehendes 1250 Zeilen 2:1 Signal erzeugt mit genau gleich langen Halbbildern.

- 13 - BK 84/87

Im folgenden wird eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens nach der Erfindung aufgezeigt und zwar für ein Fernsehübertragungssystem mit bewegungsadaptiver Bildsteuerung.

Der Vorteil der Vollbildübertragung, die Verbesserung der Wiedergabe hoher vertikaler Ortsfrequenzen und in Verbindung mit der Offsetübertragung die Erweiterung des übertragbaren Bereiches horizontaler Ortsfrequenzen, beschränkt allerdings die Bewegungsauflösung auf die übertragung von 25 Bewegungsphasen/Sekunde. Schnellere Bewegungen, insbesondere kontrastreicher Bildbereiche erscheinen ruckhaft. In der Veröffentlichung "High Quality Television by Signal Processing, 2nd International Conference on New Systems and Services in Telecommunication, Lie"ge, November 1983" ist ein Fernsehübertragungssystem beschrieben, bei welchem diese Störung durch Umsteuerung auf eine übertragung von 50 Bewegungsphasen/Sekunde in Bildbereichen mit starker Bewegung vermieden wird. Bei diesem Übertragungsmode können nun allerdings aufeinanderfolgende Halbbilder nicht mehr zu einem Vollbild zusammengefaßt werden, sodaß die übertragbare Auflösung für vertikale Ortsfrequenzen auf die halbe Zeilenzahl eines Halbbildes und die übertragbare Horizontalauflösung wegen des Wegfalls der Offsetübertragung auf die Bandbreite des Übertragungskanals beschränkt wird. Ähnliches gilt für das in der DE 32 33 882 A1 beschriebene System mit bewegungsadaptiver Bildsteuerung.

Zur Vermeidung von Halbbildaliasfehlern, deren Störwirkung durch die höhere Vertikalauflösung der aufnehmenden Hochzeilenkamera noch verstärkt wird, ist senderseitig für diesen Übertragungsmode eine zusätzliche vertikale Bandbegrenzung unerläßlich. Das Blockschaltbild der senderseitigen Verarbeitung mit bewegungsadaptiver Auflösungssteuerung ist in Fig. 14 wiedergegeben.

- 14 - BK 84/87

Das von der Hochzeilenkamera aufgenommene Bildsignal, 1249Z,2:1, wird zunächst wie beschrieben halbbildweise diagonal bandbegrenzt. Das Ausgangssignal des digitalen Planarfilters - Diagonalfilter D_R1 und D_p2 - 625Z.1:1, wird in 2 Vollbildspeichern BS1 und BS2 verzögert, über die auch die Bewegungsdetektion mittels Bewegungsdetektor BWD1 durchgeführt wird. Signalanteile außerhalb des maximal übertragbaren Ortsfrequenzbereiches können somit die Bewegungsdetektion nicht beeinträchtigen. Mit Hilfe des zweiten Vollbildspeichers BS2 wird das synthetische Zeilensprungsignal für die Vollbildübertragung erzeugt und anschließend offsetmoduliert mittels Offsetmodulator OM. Das Vertikalfilter VF1 übernimmt die zusätzliche vertikale Bandbegrenzung des bereits diagonal vorgefilterten Bildsignals auf die halbe Abtastfrequenz eines Halbbildes des 625-Zeilen-Systems, wobei nur das jeweils zu übertragende Halbbildraster berechnet wird. Gesteuert vom Bewegungsdetektor BWD1 wird zwischen dem offsetmodulierten Vollbildsignal mit synthetischem Zeilensprung und dem vertikal bandbegrenzten Zeilensprungsignal umgeblendet. Dazu ist eine Umblendschaltung UBS1 vorgesehen. Die Bildabtastung des Signals in Fig. 14 und die digitale Aufbereitung wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 realisiert.

Das Prinzipschaltbild des verbesserten Empfängers zeigt Fig. 15. Das empfangene, mittels des Nyquistfilters Nq horizontal bandbegrenzte Bildsignal wird zunächst in einem Bildspeicher BS3 verzögert. Über diesen Bildspeicher erfolgt einerseits die Bewegungserkennung, andererseits ermöglicht er den gleichzeitigen Zugriff auf zwei aufeinanderfolgende Halbbilder. Gesteuert vom Bewegungsdetektor BWD2 wird im Empfänger zwischen dem Ausgangs-VollbiIdsignal des Bildspeichers BS3 und dem durch das Vertikalfilter VF2 aus dem jeweils aktuellen Halbbild durch Tiefpaßfilterung errechneten Vollbild mittels der Umbiendeinrichtung

- 15 - BK 84/87

UBS2 umgeblendet. Das Vollbildsignal am Ausgang des Vertikalfilters VF2 ist auf lf^yl £ f^v _Q bandbegrenzt. Eine nachfolgende Offsetdemodulation in Verbindung mit der planaren diagonalen Bandbegrenzung mittels der Diagonalfilter Dpg und Dp. mit Offsetdemodulationsbaustein ODB bleibt auf dieses Signal ohne Einfluß. Damit ist eine zusätzliche bewegungsadaptive Steuerung der empfängerseitigen Diagonalfilter bzw. der Offsetdemodulation nicht erforderlich. Die Digitalabtastung des analog übertragenen Bildsignals mit Vor- und Nachfilterung wird im Zusammenhang mit Fig. 16 besprochen.

Im folgenden wird nun die schaltungstechnische Realisierung des Fernsehsystems mit bewegungsadaptiver Auflösungssteuerung beschrieben. Da die Funktionsblöcke von Sender und Empfänger für das beschriebene Fernsehsystem gleich aufgebaut sind, wird nur auf die schaltungstechnische Realisierung des Empfängers eingegangen.

Das Blockschaltbild der Empfängerschaltung ist in Fig. 16

6dB ⁼

dargestellt. Nach analoger Nyquistfilterung mit f^x f*/2 ss 4 MHz mittels Nyquistfilter Nq wird das ankommende Bildsignal im AD-Wandler AD3 analog-digital gewandelt. Die Abtastfrequenz beträgt 16 MHz £f*. Die Phase dieses 16 MHz-Abtasttaktes wird während der Übertragung der Referenzzeile mittels einer PLL-Schaltung so geregelt, daß Senderund Empfänger-Abtastraster übereinstimmen. Zu dieser Synchronisation kann eine aus der DE P 34 14 271 bekannte Schaltung verwendet werden. Das digitalisierte Bildsignal wird anschließend in den Bildspeicher BS3 eingelesen, an dessen Ausgang auf jeweils zwei aufeinanderfolgende Halbbilder gleichzeitig zugegriffen werden kann. Die Bewegungsdetektion mittels Bewegungsdetektor BWD2 erfolgt wie beispielsweise in NTZ Archiv, Band 4 (1982), Heft 10, Seiten 313 bis 321, beschrieben, über diesen Bildspeicher durch die Auswertung der Differenz aufeinanderfolgender Vollbilder.

- 16 - BK 84/87

Das am Ausgang des Bildspeichers BS3 folgende Vertikalfilter VF ist als Transversalfilter aufgebaut. Im halbbildweisen Wechsel errechnet dieses Filter ein Vollbild aus den Zeilen des ersten bzw. zweiten Halbbildrasters an seinem Eingang. Durch den Abgriff des unverarbeiteten Signals an der Zeilenlauf zeitkette des Vertikalfilters bleibt der Aufwand, für den Laufzeitausgleich zwischen vertikal gefiltertem und unverarbeitetem Signal gering. In Abhängigkeit vom Steuersignal des Bewegungsdetektors BWD2 wird zwischen diesen beiden Signalen umgeblendet.

Die Offsetdemodulation erfolgt, wie bereits erwähnt, erst inneralb des zweiten Diagonalfilters Dp₄. Die Demodulation erfolgt dabei durch unterschiedliche Gewichtung der Abtastwerte der beiden Offsetraster aus Gleichung 5a. Die Gewichtung der Teilraster kann den zu verarbeitenden Signalwertebereich drastisch erweitern, wie das angegebene Beispiel für eine Anhebung des Zusatzspektrums um den Faktor zeigt. Eine Offsetdemodulation am Eingang des ersten Diagonalfilters Dpo erzwingt die Erweiterung der Datenwortbreite von 8 auf 10 bit. Der Mehraufwand für die folgenden Diagonalfilter wäre beträchtlich. Durch die Verschiebung der Offsetdemodulation bis zur letzten Summation im zweiten Diagonalfilter bleibt die erforderliche Erweiterung der Wortbreite praktisch ohne Auswirkungen.

Hinter dem Ausgang des zweiten Diagonalfilters D_F4 erfolgt eine Normkonversion von 1250 Zeilen 2:1 auf 1249 Zeilen 2:1 in einem Normkonverter NK und eine Digital-Analogwandlung mittels DA-Wandler DA4. Die analog zu Fig. 1 notwendige Filterung und die Wiedergabe durch den Monitor ist in Fig. nicht dargestellt.

Der prinzipielle Aufbau des Vertikalfilters VF mit der bewegungsdetektorgesteuerten Umblendschaltung ist in Fig. 17 dargestellt. Darin bedeutend. Elementarverzögerungsglieder, d.h. Verzögerung um einen Bildpunkt»^"ιq24 ^Verz°gerungsgli^e~ der mit einer Verzögerung um 1024 Bildpunkte, d.h. 1 Zeile,

und ^^026 ^Verzö9^erun9^s9lleder mit einer Verzögerung von 1026 Bildpunkten, d.h. 1 Zeile + 2 Bildpunkte.

- 17 - BK 84/87

An den Eingang des Vertikalfilters VF werden vom Bildspeicher BS3 gleichzeitig eine Zeile des ersten Halbbildes I und die örtlich darunterliegende Zeile des zugehörigen zweiten Halbbildes II des ankommenden Bildsignals ausgegeben. In der gezeichneten Stellung der Umschalter IM, U2 und U3 wird das am Eingang I liegende Signal in der Laufzeitkette des Filters verzögert, gelangt aber sonst unverändert an den Ausgang I. Mit Hilfe der Multiplizierer kann nun umgeblendet werden zwischen der Ausgabe von aus den Zeilen des ersten Halbbildes vertikal erfilterten Zeilen [ca = 1) und den Originalzeilen des zweiten Halbbildes (<#= 0) am Ausgang II des Vertikalfilters.

Der Aufbau der beiden Diagonalfilter mit jeweils 15 Koeffizienten zeigen Fig. 18 und Fig. 19. Durch die Elementarverzögerung , um einen Bildpunkt am Eingang II liegen jetzt nicht die Daten zweier vertikal benachbarter Bildpunkte, sondern die von zwei diagonal benachbarten gleichzeitig am Filtereingang. Die Verzögerung der Laufzeitglieder Τ₁₀₂2 dieses ersten Diagonalfilters beträgt 1 Zeile - 2 Bildpunkte, sodaß an den Anzapfungen der Laufzeitkette die in Richtung der ansteigenden Diagonalen benachbarten Bildpunktdaten gleichzeitig zur Verfugung stehen. Da das erste Diagonalfilter parallel die Bilddaten von zwei Zeilen eines 625-zeiligen Vollbildes erhält, ist die gleichzeitige Berechnung von vier örtlich benachbarten Zeilen des Hochzeilenbildes am Filterausgang erforderlich. Für die Berechnung eines Bildpunktes werden allerdings nur entweder die geraden Koeffizienten c_Q, c+^, , der errechnete Bildpunkt liegt im Eingangsabtastraster, oder die ungeraden Koeffizienten c+., c+o» für das Zwischenraster benötigt.

Die Abtastorte der vom ersten Filter gleichzeitig ausgegebenen vier Bildpunktdaten des hochzeiligen Zwischenbildes liegen im Ortsbereich in Richtung der ansteigenden Diagonalen.

- 18 - BK 84/87

Die Bildpunktverzögerungen ^ZT₁ bzw. Zei lenverzögerungen ⁴CT₁₀₂₆ vor dem 2. Diagonalfilter sorgen dafür, daß die Abtastorte der Bildpunkte am Eingang dieses Filters in Richtung der fallenden Diagonalen liegen. Die Elementarverzögerungen der vier Laufzeitketten des 2. Filters betragen 1 Zeile + 2 Bildpunkte. Das Bildsignal am Filterausgang ist ein 625-Zeilen-Signal, wobei für die hochzeilige Zeilensprungwiedergabe durch die halbbildweise Umschaltung der Signale am Eingang des 2. Filters abwechselnd ein 1. Halbbild im eingangsseitigen 625-Zeilen-Abtastraster und ein 2. Halbbild im horizontal und vertikal versetzten Zwischenraster errechnet wird. Verbleiben die Umschalter U für beide Halbbilder in der gezeichneten Stellung, so berechnet das zweite Diagonalfilter nur jeweils die Bilddaten im Originalraster des 625-Zeilen-Eingangssignals für eine Vollbildwiedergabe 625 Z, 1:1, 20 ms.

Nach zeilenweiser Parallel-Serien-Wandlung, die Taktfrequenz verdoppelt sich hierdurch auf 32 MHz, und anschließender Scan-Konversion (Normwandlung) mittels der Einrichtung NK von 1250 auf 1249 Zeilen 2:1 liegt am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DA4 ein normgerechtes hochzeiliges Zeilensprungsignal.

Für die beschriebenen Transversalfilter werden identische, mit Schreib-Lese-Speichern aufgebaute, Verzögerungseinheiten eingesetzt, die bei der Taktfrequenz von 16 MHz bis zu 1024 Bildpunkte speichern können. Die für die verschiedenen Filterrichtungen jeweils erforderliche Elementarverzögerung wird durch eine je nach Filterrichtung von Zeile zu Zeile verschobene Adressierung der Speicher erreicht.

Die Bewertung der Bildpunktdaten an den Abgriffen der Laufzeitketten erfolgt durch Abrufen der Multiplikationsergebnisse aus in programmierbaren Festwertspeichern abgelegten Ergebnistabellen. Um für die Offsetdemodulation innerhalb des zweiten

- 19 - BK 84/87

Diagonalfilters auch von ganzen Zahlen abweichende Gewichtungsfaktoren ohne zusätzlichen Hardwareaufwand realisieren zu können, wird die Gewichtung gleichzeitig mit der Koeffizientenbewertung durchgeführt. Die filterinterne Verarbeitungswortlänge von 16 bit bietet genügend Reserve, sodaß eine darüber hinausgehende Erweiterung der Wortbreite nicht erforderlich ist.

Die Erfindung wurde zum einfacheren Verständnis ohne Berücksichtigung der Farbfernsehübertragung beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei Farbfernsehsystemen angewandt werden, wobei das aufbereitete Luminanzsignal mit den getrennt verarbeiteten Farbanteilen zu einem kompatiblen FBAS-Signal zusammengesetzt wird.

- Leerseite

Claims (5)

1. ANT Nachrichtentechnik GmbH E7/Spe/ht

   Gerberstraße 33 BK 84/87

   D-7150 Backnang

   Patentansprüche:

   Verfahren zur Auflösungserhöhung für ein kompatibles Fernsehsystem, wobei eine Vertikalabtastung des optischen Bildes mit einer Hochzeilenkamera erfolgt und eine horizontale Frequenz-Bandbegrenzung dieses vertikal abgetasteten Bildsignals vorgenommen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   - das horizontal frequenzbandbegrenzte Bildsignal wird zusätzlich in Richtung horizontaler Ortsfrequenzen abgetastet, wobei der horizontale Abstand (x_s) der Abtastorte dem vertikalen Zeilenabstand (y_s) des zu übertragenden Bildsignals entspricht,

   - das zusätzlich horizontal abgetastete Bildsignal wird zweidimensional in den Diagonalrichtungen gefiltert,

   - die in den Diagonalrichtungen gefilterten Bildsignale werden offsetmoduliert und auf die Kanalbreite des Übertragungskanals bandbegrenzt, wobei jene Signalanteile, die beim kompatiblen Empfänger zu Störungen führen würden, in der Amplitude abgesenkt bzw. weniger stark gewichtet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Übertragungskanal übertragenen Bildsignale in Richtung horizontaler Ortsfrequenzen mittels eines Nyquistfilters bandbegrenzt werden und anschließend in einem Orthogonalraster abgetastet werden, wobei der Abstand der Abtastorte in horizontaler Richtung (x_s) ebenfalls dem Abstand (y ) der übertragenen Zeilen entspricht, daß die jeweils zwei aufeinanderfolgend übertragenen Halbbilder zu einem Vollbild zusammengefaßt werden, daß die zu einem Vollbild zusammengefaßten Bildsignale offsetdemoduliert werden, wobei die sendeseitig in der Amplitude abgesenkten, bzw. weniger stark gewichteten Signalanteile, entsprechend wiederangehoben werden, daß die offsetdemodulierten Bildsignale zweidimensional in den Diagonalrichtungen gefiltert werden und vor der Wiedergabe durch einen Monitor bandbegrenzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige und empfangsseitige zweidimensionale Filterung in den Diagonalrichtungen mittels zweier hintereinandergeschalteter eindimensionaler Filter vorgenommen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangsseitige Offsetdemodulation erst innerhalb des zweiten der hintereinandergeschalteten eindimensionalen Filter erfolgt.
5. 5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für ein Fernsehübertragungssystem mit bewegungsadaptiver Bildsteuerung, wobei die Offsetmodulation nur für solche Bildbereiche angewendet wird, die stationär oder nur schwach bewegt sind, und für stärker bewegte Bildbereiche eine Bildübertragung mit reduzierter Auflösung in Richtung vertikaler und horizontaler Ortsfrequenzen jedoch erhöhter zeitlicher Auflösung erfolgt.