DE3240210C2

DE3240210C2 - Verfahren und Anordnung zur Übertragung digitaler Datenwörter mit reduzierter Datenfolgerate

Info

Publication number: DE3240210C2
Application number: DE3240210A
Authority: DE
Inventors: Charles H. Redwood City Calif. Coleman jun.
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1982-10-29
Publication date: 1985-03-14
Also published as: CH663503A5; GB2113946B; DE3240210A1; NL8204200A; US4468708A; FR2526621A1; GB2113946A; JPS58129850A; FR2526621B1; JPH0472422B2

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Reduzierung der Datenfolgefrequenz einer Datenfolge zur Übertragung über einen Übertragungskanal oder zur Aufzeichnung und zur nachfolgenden Rückbildung der ursprünglichen Datenfolge mit Empfang oder Wiedergabe unter Ausnutzung einer Kombination zweier Prozesse, wobei in einem Prozeß digitale Tastwerte aus der Datenfolge unterdrückt werden, um die Datenfolgefrequenz zu reduzieren, und wobei nachfolgend die ursprüngliche Datenfolge unter Ausnutzung der ungeänderten und wiedergewonnenen digitalen Tastwerte zur Erzeugung eines interpolierten Wertes für jeden der unterdrückten Tastwerte rückgebildet wird. In einem zweiten Prozeß erfolgt eine differentielle Pulscodemodulation zur Reduzierung der Anzahl von Datenbits pro Tastwert, bevor die Datenfolge durch den Übertragungskanal übertragen und die Daten später in ihrer ursprünglichen Mehr-Bit-Form rückgewonnen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Übertragung einer Folge digitaler Datenwörter mit reduzierter Datenfolgerate über einen Übertragungskanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Bei der Video-Aufzeichnung und speziell bei der magnetischen Video-Aufzeichnung sind große Forschungs- und Entwicklungsans'.rengungcn unternommen worden, um Videosignale in digitaler Form anstelle von analogen Video-Informationssignalen aufzuzeichnen und wiederzugeben. Digitale Videosignale können einerseits direKt durch eine Videokamera erzeugt werden, wobei sich ein zusammengesetztes Videosignal oder Komponenten des Videosignals ergeben. Andererseits kann ein konventionelles analoges Informationssignal zur Erzeugung der digitalen Signale getastet werden, die danach aufgezeichnet und wiedergegeben werden. Ist es notwendig, daß Analogsignal in ein Digitalsignal zu überführen, so erfolgt die Digilalisicrung typischcrwcisc durch Tastung des Amilogsignals mit einer endlichen Tastfolgcfrcqucnz, welche eine vorgegebene minimale Tastfolgefrcqucn/. übersteigen muß, damit das Analogsignal später ohne unannehmbare Verzerrung der Signalqualität rückgcbildcl werden kann.

Die minimale Taslfolgcfrcqucnz muß generell das sog. Nyquist-Kritcrium erfüllen, wonach es erforderlich ist, daß die Tastfolgcfrcqucnz, mit der die Tastwcrle

gewonnen werden, wenigstens gleich der doppelten Bandbreite des interessierenden Signals ist. Für ein Farbsignal im NTSC-Format ist die minimale annehmbare Bandbreite etwa gleich 4,2 MHz, wozu eine Tastfolgefrequenz von über 8,4 M Hz erforderlich ist. Für ein Farbsignal im PAL-Formai ist eine Bandbreite von 5,5 MHz erforderlich, wozu eine Tastfrequenz von über etwa 11 MHz erforderlich ist. Übersteigen die Tastfolgcfrcquenzen diese minimalen Werte, so kann die Überführung von Djwtalsignalen in Analogsignale ohne ins Gewicht fallende Verzerrung durchgeführt werden.

Bei Aufzeichnung eines Videosignals auf einem Magnetband ist es auch aus ökonomischen Gründen wünschenswert, die geringstmögliche Bandmenge zu verwenden. Es ist daher zweckmäßig, die Tastfolgefrequenzen nicht wesentlich über das Minimum der Nyquist-Anforderungen ansteigen zu lassen. Liegt das aufzuzeichnende Videosignal bereits in digitaler Form vor, so ist es aus den gleichen Gründen entsprechend wünschenswert, weniger Digitalwörter und auch Digitalwörter mit weniger Bits aufzuzeichnen. Ist es jedoch erforderlich, das analoge Videoinformationssigna! zu tasten, so ist es aus Betriebsgründen sowohl für .'-in Signal im NTSC- als auch im PAL-Format wünschenswert, die Tastung mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des unmodulierten Farbhilfsträgers durchzuführen, die im folgenden mit F*· bezeichnet wird. Eine Tastfolgefrequenz, welche gleich der dreifachen Farbhilfsträgerfrequenz (3 F_Ä-) ist, hat sich als zweckmäßig erwiesen, da es sich dabei um das kleinste ganvzahlige Vielfache der Farbhilfsträgerirequenz handelt, die über dem Nyquist-Kriterium liegt. Eine Tastfolgefrequenz des Wertes 3 F_x besitzt jedoch bestimmte Nachteile für den Aufzeichnungs- und Wiedergabeprozeß, generell bei der Farbverarbeitung, der Farbdecodierung und anderen Signalverarbeitungsoperationen, die nicht direkt mit der Verzerrung zusammenhängen, die sich als direktes Ergebnis der Wahl einer Tastfrequenz ergeben kann, die ein ungcradzahliges Vielfaches der Farbhilfsträgerfrequcnz ist.

Aufgrund dieser Bctricbsüberlegung ist es wünschenswert, daß die Taslfolgefrequenz gleich der vierfachen unmodulierten Farbhilfsträgerfrequen/. (4F₁₁) ist, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß dies zu einer größeren Anzahl von Tastwerten führt, als es zur Erfüllung des Nyquist-Kritcriums für eine zufriedenstellende Datenübertragung und eine unverzarrte Rückgewinnung des Analogsignals erforderlich ist. Hinsichtlich der erforderlichen Übertragungs- und Kanalbandbreite sowie der Ausnutzung des Aufzeichnungsmediums ergibt sich daher ein gewisser schlechter Wirkungsgrad.

Zur Reduzierung der Anzahl von Tastwenen, die talsächlich ausgezeichnet und wiedergegeben werden, ist vorgeschlagen worden, das analoge Informationssignal mit einer Taslfolgefrequenz von 4F₁₁- zu tasten und die dabei gewonnenen Tastwerte in eine kleinere Folgefrequenz von 3Fu- für eine Aufzeichnung zu überführen und sie bei Wiedergabe erneut von der Frequenz 3F„-auf die Frequenz 4F„- zu überführen. Es ist weiterhin in Betracht gezogen worden, die Überführung von der Frequenz 4F_%1-auf die Frequenz 3F„· dadurch zu realisieren, daß eine Vervielfachung um drei auf die Frequenz I2F>, und danach eine Teilung zur Realisierung der resultierenden Frequenz 3F₁₁ durchgeführt wird. Diese Überführung kann in einzelnen Schritten durchgeführt werden, wobei in jedem Fall grundsätzlich ein Filtcrungs- und Interpolationsprozess erforderlich ist, bei dem im ersten Überführjngsschritt eine Interpolation von wenigstens zwei Tastwerten pro Hilfstragerperiode (eine Tastfolgefrequenz von 4F*· besitzt vier Tastwerte pro Hilfstragerperiode) und im nachfolgenden Überführungsproze3 von der Frequenz 3F_t· auf 4F«- eine Interpolation von wenigstens drei Tastwerten notwendig ist. Eine digitale Anordnung zur Durchführung dieser Umwandlung ist aufwendig und teuer, wobei sich weiterhin der Nachteil ergibt, daß die interpolierten TaM-werte (welche Filterfehler und Quantisierungsfehler

to enthalten) notwendigerweise als Basis zur Interpolation weiterer Tastwerte verwendet werden müssen, wenn der Prozeß bei einer Mehrfachaufzeichnung wiederholt werden muß. Daher setzen sich diese Fehler fort, vergrößern sich und führen ggf. zu unkorrigierbaren Fehls lern, welche den grundsätzlichen Vorteil von digitalen Operationen zunichte machen.

Aus der US-PS 37 95 763 ist ein digitales Farbfernseh-Übertragungssystem bekannt, bei dem das analoge Farbfernsehsignal in seine Leuchtdichtekomponente und seine I-Q-Farbartkomponenten aufgetrennt und jede dieser Komponenten gesondert abgetastet wird. Die Digitalisierung der Leuchtdichtekoriiivonente und der Farbartkomponenten erfolgt mit unterschiedlicher Bitrate. Die Anzahl der Bits pro Datenwort wird für die Übertragung durch differentielle Pulscodemodulation reduziert. Darüber hinaus wird die Bitfolgefrequenz reduziert, indem jedes zweite Paar der I-Q-Zeilen der Farbartinformation vollständig eliminiert wird. Die eliminierten Zeilen werden nach Übertragung dem Emp-

jo fänger aus einander benachbarten Farbartzeilen rückgebildet. Die Signale werden jedoch nicht nach den Prinzipien der Interpolationstherorie rückgebildet. Bei der Rückbildung fehlender Zeilen geht daher die Vertikalauflösung des Farbartsignals auf Dauer verloren, wodurch die Signalqualität nachteilig beeinflußt wird.

Aus der EP-OS 33 607 ist ein Verfahren zur Dekodierung eines zusammengesetzten digitalen Fernsehsignals zum Zwecke der Aufzeichnung und nachfolgenden Neukodierung des wiedergegebenen Signals bekannt.

Das zusammengesetzte Fernsehsignal wird durch Filterung und Demodulation in seine Leuchtdichtekompo- nen'z und seine Farbartkomponenten U und V aufgeteilt. Die Tastfolgefrequenz, mit der die U- und V-Komponenten abgetastet werden, wird durch Unterdrükkung von Tastungen vor der Aufzeichnung reduziert. Mittels Interpolatoren werden die unterdrückten Tastungen der U- und V-Komponenten entsprechend der ursprünglichen Folgefrequenz rückgebildet. Die rückgebildeten Komponenten U und V werden moduliert

so sowie addiert und die addierten Komponenten von der Leuchtdichtekomponente subtrahiert. Diese Differenzkomponente wird Zusätzlich zu den U- und V-Komponenten aufgezeichnet. Bei der Wiedergabe wird die aufgezeichnete Differenzkomponente mit der ursprünglichen Tastfolgefrcquenz wiedergegeben. Die wiedergegebenen U- und V-Komponenten, v/elche di? reduzierte Tastfolgefrequenz haben, werden durch Interpolatoren erneut in die ursprüngliche Folgefrequenz rückgebildet. Die Modulation der U- und V-Komponenten sowie die Addition der modulierten Komponenten wird wiederholt und die resultierende, zurückgebildete Farbartkomponente der wiedergegebenen Differenzkomponente hinzuaddiert, wodurch sich die ri'ckgebildeten Farbartkomponenten auslöschen und die rückgebildete Leuchtdichtekomponente erhalten wird. Eine Anordnung dieser Art ist vergleichsweise komplex, da zusammen mit der nicht tastwertreduzierten Leuchtdich'ekomponente eine Information für den durch die Tastfol-

gereduzierung der Farbartkomponenten eingeführten Fehler mit übertragen wird.

Aus Elektrisches Nachrichtenwesen, lieft 2, 1976,Seiten 124 bis 130 ist es bekannt, die Bitrate von Farbfcrnsehsignalen durch Differenzpulscode-Modulationcn zu reduzieren, die jeweils getrennt auf die Verarbeitung des Leuchtdichtesignals und der beiden Farbdifferenzsignale angewendet wird; um möglichst genaue Vorhersagewerte für den als nächsten zu verarbeitenden Bildpunkt zu gewinnen, werden Bildpunkte der vorangegangenen Zeile verarbeitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie bei der Übertragung digitaler Farbvideodaten mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand die Datenfolgerate weitgehend verringert werden kann, ohne daß es zu einer merkbaren Verschlechterung des visuellen Fernsehbilds kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 4 angegebeneu Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung werden digitale Datenwörter, von denen jedes einen Tastwert repräsentiert, vor der Übertragung bzw. Aufzeichnung getilgt. Nach der Übertragung bzw. bei Wiedergabe wird mittels eines digitalen Filters das zuvor getilgte Datenwort durch Interpolation erneut erzeugt. Die DPCM-Modulation und -Demodulation, der die Folge von Datenwörtern zusätzlich unterworfen wird, sorgt für eine weitere Reduzierung der zu übertragenden Bits. Beide Rcduzicrungsprozesse wirken gleichzeitig ohne wesentliche wechselseitige Interferenz .juf die gleichen Daten. Die ursprüngliche Datenfolge läßt sich damit auch nach Übertragung ohne wesentliche Beeinträchtigung rückbilden. Die Kombination der beiden Reduzierungsprozesse führt zu einer Gesamtreduzierung der Datenfolgefrequenz um einen Prozentsatz gleich dem Produkt der Einzelprozentsätze.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten erfindungsgemäßen Anordnung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Teils der Anordnung nach Fig. 1. aus dem speziell ein diffcrentiellcr Pulscode-Modulationscodierer und ein Pulscodemodulations-Decodierer ersichtlich sind;

Fig. 3 ein Schaltbild eines einen weiteren Teil der Anordnung nach F i g. 1 bildenden digitalen Filters mit dreiTermen;

F i g. 4a bis 4e jeweils ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Funktion von Teilen der Anordnung nach F i g. 1;

F i g. 5 ein Diagramm der Quantisierungscharakteristik einer im Blockschaltbild nach Fig. 2 dargestellten nicht-linearen Quantisierungsschaltung:

Fig. 6 eine weitere Quantisierungscharakierislik in Form einer Bostelmann-Charakteristik der im Blockschaltbild nach Fig. 2 dargestellten nicht-linearen Quantisierungsschaltung;

Fig. 7 ein Schaltbild einer im Blockschallbild nach Fig. 1 dargestellten Tastwert-Unterdrückungsscha!- tung:

Fig. 8a bis 8c jeweils ein Zeittaktdiagramm einer Tastwert-Wiederholschaltung gemäß Fig. 1; und

Fig. 9a bis 9d jeweils ein Zeittaktdiagramm für die Tastwert-Unterdrückungsschaitung nach F i g. 7.

Generell gesprochen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zur Reduzierung der Datenfolgcfrcquun/ einer digitalen Datcnfolge zum Zwecke der Aufzeichnung oiler Übertragung einer reduzierten Datenfolgcfrcquenz sowie zur späteren Rückbildung der ursprünglichen Datenfolge mit der ursprünglichen Datenfolgcfrequcnz beim Empfang bzw. bei Wiedergabe der Daten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Reduzierung der Datenfolgefrequcnz durch

ίο Kombination zweier unterschiedlicher Reduzierungsprozesse in der Weise, daß die durch jeden Prozeß erreichte Reduzierung die durch den jeweils anderen Prozeß erreichte Reduzierung nicht nachteilig beeinflußt, wobei die Gesamtreduzierung der Datenfolgcfrequcnz

r> das Produkt der Reduzierungen aus dem jeweiligen Prozeß ist. Wie im folgenden noch erläutert wird, führen einzelne Reduzierungen von 25% zu einem Endrcduzicrungsbctrag. der gleich 56,25% der ursprünglichen aufgezeichneten oder über einen Übcrtragungskanal übertragcnen Daten ist.

Beim ersten Prozeß erfolgt eine Überführung der Digitaldatenfolgc mit einer Dalenfolgefrcquenz in eine zweite kleinere Datenfolgefrequenz, was in einfacher Weise dadurch geschieht, daß Datentastwcrtc bzw. Dalenwörlcr in vorgegebenen und konstanten Intervallen in der Datcnfolge unterdrückt werden. Die verbleibenden ungeändcrten Dalenworterder Datenfolgc werden sodann dem zweiten Prozeß unterworfen, welcher im folgenden erläutert wird. Nach der Aufzeichnung und

jo Wiedergabe bzw. der Übertragung der Daten durch einen Übertragungskanal wird die Dater.folge mit kleinerer Datenfolgefrequenz dadurch in ihre ursprüngliche Form rücküberführt, daß ein interpolierter Wert für jedes der unterdrückten Datenwörter in die Datenfolge eingesetzt wird. Dies erfolgt durch ein Digitalfilter, das die ungeändcrten Tastwerte zur Erzeugung von interpolierten Werten verarbeitet. Die interpolierten Werte werden in die Dätenfoige an Stellen ciiigcseizt, a" de nen die Tastwerte vorher unterdrückt wurden.

Der Prozeß ist speziell für digitalisierte Farbfernsehsignal zum Zwecke von deren Aufzeichnung auf magnetischen Medien geeignet. Bei einer späteren Wiedergabe kann das ursprüngliche digitalisierte Farbfcrnsehinformations-Signal unter Ausnützung der ungeändcrten aufgezeichneten Dalentastwerte und Erzeugung eines interpolierten Wertes für jeden der Tastwerte, der vor der Aufzeichnung unterdrückt wurde, rückgebiidet werden. Von speziellem Vorteil ist die Tatsache, daß die aufzuzeichnenden digitalisierte Datenfolge immer aus ungeänderten Datenwörtern besteht, wenn die Datenwörter, welche unterdrückt werden, sich immer an den gleichen Stellen befinden, wenn der Prozeß wiederholt wird.

Wenn eine digitale Datcnfolge von Datenwörtern Tastwerte aufweist, die bei einer Datenfolgefrequenz von 4/v gewonnen wurden, und die Tastwerte durch Unterdrückung jedes vierten Tastwertes in eine Datenfolgefrequenz von 3/v überführt werden, so bleiben somit die drei verbleibenden Tastwerte von jeweils vier Tastwertcn ungeändert bzw. nicht interpoliert. Diese Datenwörter können aufgezeichnet und später wiedergegeben werden und sodann ausgenutzt werden, um einen interpolierten Wert zu erzeugen, der zur Rückbildung der digitalen Datenfolge zwischen die ungcänderten Tastwerte eingefügt wird. Wird der interpolierte Wert später während einer nachfolgenden Aufzeichnung, d. h„ bei einer Mehrfachaufzeichnung unterdrückt, so ergibt sich keine Fehlervergrößerung, da die

Dalentastwcrte, die für cine spätere Aufzeichnung und Wiedergabe verbleiben, immer unverändert bleiben und daher ohne Verzerrung zur Erzeugung des interpolierten Wertes für den ursprünglich unterdrückten Tastwert bei der Rückbildung der digitalen Daicnfolgc mit der ursprünglichen Datenfolgefrequenz von 4F„. zur Verfügung stehen. Wird das Videosignal ursprünglich mil einer Datenfolgefrequenz von 4F„ getastet und jeder > iertc Tastwert unterdrückt, um damit die Datenfolge in einer Datenfolgcfrequenz von 3F₁₁-zu überführen, so beträgt die Reduzierung der Datenfolgefrequenz durch Ausnutzung dieses Prozesses 25%. Mit anderen Worten ausgedrückt, führt dies zu einer Datenfolgefrequenz, welche gleich 75% der ursprünglichen Datenfolgefrequenz ist.

Der weitere Prozeß, durch den die Datenfolgefrequenz reduziert wird, erfolgt über eine differentielle Pulscodemodulation nach der Unterdrückung von Tastwerten im ersten Prozeß jedoch vor der Aufzeichnung oder Übertragung über einen Informationskanai. Durch den Prozeß der interpolierte Wert an den Stellen erzeugt wird, an denen die Tastwerte vorher unterdrückt wurden. Da die digitalen Datenwörtcr oder Tastwerte in einem System mit Senderqualität normalerweise Datenwörter mit acht Bit sind, wird die Anzahl von Bits pro Datenwort durch Ausnutzung der differentiellen Pulscodemodulation von acht Bit im Datenwort auf sechs Bit im Datenwort für die Aufzeichnung oder Übertragung durch einen Informationskanal reduziert. Durch Ausnutzung der Umkehrung des Prozesses, d. h., durch Decodierung, können die Datenwörtcr mit sechs Bit zur Rückbildung von Datenwörtern mit acht Bit ausgenutzt werden, was wiederum durch die digitale Filterung im ersten Prozeß erfolgen kann, um die durch Datenwörtcr mit acht Bit gebildete ursprüngliche Datenfolge zu realisieren. Durch effektive Reduzierung von Wörtern mit acht Bit auf Wörter mit sechs Bit im zweiten Prozeß der diffcrciiiieilen Pulscodemodulation wird die effektive Datenfolgefrequenz ebenfalls um 25% reduziert.

Durch die Kombination der beiden Prozesse, welche jeweils zu einer Datenfolgefrequenz von 75% der ursprünglichen Datenfolgefrequenz führen, ist die resultierende Datenfolgefrequenz, welche aufgezeichnet oder übertragen wird, das Produkt der Reduzierungen des jeweiligen Prozesses, d. h., das Produkt von jeweils 75% führt zu einer endgültigen Reduzierung von 56,25% der ursprünglichen Daten, die durch die Anordnung aufgezeichnet oder übertragen werden. Die beiden Prozesse können ohne wesentliche wechselseitige Beeinflussung auf das gleiche Datensignal angewendet werden, da diejenigen Tastwerte, die unterdrückt worden sind, nicht über den Übertragungskanal übertragen oder aufgezeicnnet und daher auch nicht vorhersagbar sein müssen. Diejenigen Tastwerte, die übertragen werden müssen, können unter Ausnutzung ihrer entsprechend zeitlich getakteten und daher nicht unterdrückten vorhergehenden Tastwerte vorhergesagt werden.

Die einzige Beschränkung für die gleichzeitige Ausnutzung der beiden Prozesse ergibt sich für einen getastetes Videosignal im NTSC-Format daraus, daß die Tastfolgefrequenz der Eingangsdaten ein bestimmtes ganzzahliges Vielfaches der Hilfsträgerfrequenz, d. h, das yV-fache der Frequenz F₄, sein muß. Bei der differentiellen Pulscodemodulation müssen zum Zwecke der Voraussage diejenigen Tastwerte ausgenutzt werden, die ganzzahiige Vielfache von /V sind. Beispielsweise für eine Tastung mit der vierfachen Frequenz der Hilfsträgerfrequenz sind lediglich Tastwerte, welche um vier oder um ganzzahlige Vierfache von vier Tastwerten vor dem vorhergesagten Tastwert liegen, zur Verwendung bei der differentiellen Pulscodemodulation geeignet. Diese Regel gilt selbst dann, wenn einige der Vorhersa-

■; gepunktc in vorhergehenden Fernseh-Horizontalzeilen liegen, obwohl eine Ausnahme im Falle eines Videosignals mit PAL-Format gilt, was im folgenden noch genauer erläutert wird, Die einzige virtuelle Möglichkeit der Beeinflussung eines Prozesses durch den anderen

in tritt auf, wenn ein Fehler in der differentiellen Pulscodemodulation vorhanden ist, da ein derartiger Fehler auch auf das digitale Filter übertragen wird, das die decodierten Tastwerte aus der differentiellen Pulscodemodulation ausnutzt, um einen interpolierten Wert an den Stelle len der vorher unterdrückten Tastwerte zu erzeugen. Wenn dies jedoch der Fall ist, so wird der einzige Tastquantisierungsfehler zeitlich etwas gedehnt und tritt daher im Digitalfilter mit wesentlich reduzierterer Amplitude auf.

Das Blockschaltbild nach Fig. i zeigt eine eriindungsgemäße Anordnung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist. Ein Analogsignal kann an einem Eingang 10 in einen Analog-Digital-Wandler 12 eingespeist werden, welcher digilale Tastwerte des Analogsignals mit einer Tastfrequenz liefert, die vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Hilfsträgerfrequenz des Farbvideoinformationssignals ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Analog-Digital-Wandler 12 in der Anordnung nicht unbedingt erforderlich ist, da es möglich ist, ein digitales Analogon eines Videoinformationssignals direkt in die Anordnung einzuspeisen. Ein auf einer Leitung 14 zur Verfügung stehendes Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers liegt in Form einer Datenfolge von Daten-

J5 Wörtern vor, in der jedes Wort den Tastwert des analogen Videosignals repräsentiert, wobei die Tastung mit einer Folgefrequenz erfolgte, welche vorzugsweise _i_:„u j„_ ..:„.f..„u„„ c„_ku:ir„.„^„.,_r„„„..„„, A_nr i„r„_

gn.».ll UkI r IVl IUVIIVII 1 Ul VIIIIIOiI UgVI Il VVJUVI1*. VJVO llllOl -mationssignals ist. Für den Fall, daß eine andere Anordnung die digitale Darstellung einer Szene liefert, kann die Leitung 14 als Eingang der erfindungsgemäßen Anordnung betrachtet werden. Es ist weiterhin festzuhalten, daß kommerzielle Senderanlagen digitale Tastwerte bzw. Datenwörter mit wenigstens acht Bit benötigen, wobei die acht Bits 256 unterschiedliche Werte repräsentieren, welche im resultierenden Signal auftreten können. Die Datenwörter mit acht Bit und einer Folgefrequenz von 4F_x auf der Leitung 14 werden in eine Tastwert-Unterdrückungsschaltung 16 eingespeist, welehe jeden vierten Tastwert bzw. jedes vierte Datenwort in der Datenfolge unterdrückt, so daß auf einer Ausgnngsleitung 18 ein Ausgangssignal mit acht Bit entsteht, das jedoch auf eine Datenfolge mit einer Datenfoigefrequenz von 3Fk- reduziert ist.

Die Funktion der die Datenfolge mit einer Datenfolgefrequenz von 3F_Ä· erzeugenden Tastwert-Unterdrükkungsschaltung 16 wird anhand der Signaldiagramme nach den Fig.4a bis 4e erläutert. Wird ein analoges Eingangssignal gemäß F i g. 4a mit einer Datenfolgefre-

bo quenz von 4F_x getastet, so sind für jede Hilfsträgerperiode vier Tastwerte vorhanden, wie dies aus F i g. 4b ersichtlich ist, wobei nach Durchlauf der Datenfolge durch die Tastwert-Unterdrückungsschaltung gemäß F i g. 4c jeder vierte Tastwert, d. h., ein Tastwert 54 und 5s fehlen.

Vorzugsweise werden die verbleibenden Tastwerte in gleichförmiger Weise neu getaktet bzw. neu geordnet, was mit einer Folgefrequenz entsprechend drei Tast-

ΟΔ

werten pro Hilfsträgerperiode erfolgt, so daß eine gleichförmige Datenfolgefrequenz entstehl und keine Zwischenräume an den Stellen vorhanden sind, an denen Tastwerte vorher vorhanden waren. Aus den in F i g. 4c dargestellten Tastwerten ist ersichtlich, daß die Zwischenräume zwischen den Tastwerten Si und S₂ bzw. S₂ und S] beispielsweise eine Taslfolgefrcqucnz von 4F„ repräsentieren, welche beträchtlich über dem NyquistKriteriijni liegt. Der Zwischenraum zwischen den Tastwerten Si und S2 repräsentiert jedoch bei Wiederholung auf einer gleichförmigen Basis eine Folgefrequenz von 2F_M, welche unter dem Nyquist-Minimum liegt. Für jede Periode des Hilfsträger sind jedoch drei Tastwerte vorhanden, so daß sich eine mittlere Tastfrequenz von 3F_st. ergibt, welche noch über dem Nyquist-Minimum liegt.

Die Daten auf der Leitung 18 werden sodann in einen differentiellen Pulscodemodulations-Codierer 20 eingegeben, welcher in an sich bekannter Weise für jedes ZlU

"\.» »η«·.>^>Μ* »ΐ* nnVt* Qi* r»rt fr*'tr\n, C r\ tin " r» FVl lon

wort mit sechs Bit an seinem Ausgang liefert, so daß die resultierende Reduzierung von zwei Bit pro Wort eine 25%ige Reduzierung der Gesamtanzahl von Bits repräsentiert, die über eine Leitung 22 aufgezeichnet oder über einen Informationskanal übertragen werden. Bei Wiedergabe oder Empfang des übertragenen Signals wird die Datenwortfolge mit sechs Bit sodann durch einen differentiellen Pulscodemodulations-Decodierer 24 decodiert, so daß Datenwörter mit acht Bit und einer Folgefrequenz von 3F₁₁ auf einer Leitung 26 entstehen. Diese werden in eine Tastwert-Wiederholschaltung 28 eingespeist, welche im Sinne einer Wiederholung jedes dritten Tastwertes arbeitet, so daß auf einer Leitung 30 eine Datenfolge mit acht Bit und einer Folgefrequenz von 4F„· entsteht, die in ein digitales Filter 32 eingespeist wird. Dieses Filter arbeitet im Sinne der Erzeugung eines interpolierten Wertes für den reduzierten Tastwert und bildet daher die Datenfolge mit Datenwörtern von acht Bit und einer Folgefrequenz von 4/v auf einer Leitung 34 zurück, wobei diese Datenfolge, falls keine Fehler vorhanden sind, identisch mit derjenigen ist, die vorher auf der Leitung 14 als Eingangssignal in die Tastwert-UnterdrückungsscruHung 16 eingespeist wurde. Die Datenfolge auf der Leitung 34 kann im Bedarfsfall schließlich in einen Digital-Analog-Wandicr 36 eingespeist werden, der ein analoges Videosignal auf einer Leitung 38 erzeugt.

Ein Teil der Anordnung, durch den die Tastwert-Wiederholungsfunktion im Block 28 sowie die Tastwert-Unterdrückungsfunktion im Block 16 erfolgt, wird im folgenden anhand der F i g. 7,8 und 9 erläutert.

In der mit einer Tastfolgefrequenz von 4 F«-getasteten Datenfolge ist jeder vierte Tastwert unterdrückt, so daß sich eine Datenfolge mit einer Folgefrequenz von 3F„-ergibt, welche entweder aufgezeichnet oder über einen Informationskanal übertragen werden kann. Wird die Datenfoige im Falle der Aufzeichnung der Information bei Wiedergabe empfangen oder bei Übertragung über einen Informationskanal lediglich empfangen, so wird die Datenfolge mit der Datenfolgefrequenz von 3F„-vorzugsweise in eine Datenfolgefrequenz von 4F„- überführt, wobei in die Datenfolge an jeder Stelle, an der vorher ein Tastwert unterdrückt wurde, ein Zwischenraum Tasiwert bzw. ein künstlicher Tasiwert erzeug! wird, so daß das digitale Filler 32, wie es beispielsweise in F i g. 3 dargestellt ist, richtig arbeiten kann. Aus praktischen Gründen ist es einfacher, einen vorhergehenden Tastwert an der Stelle zu wiederholen, an der derTastweri unterdrückt wurde, stall einen Zwischcnraum-Tastwcrt zu erzeugen. Ks ist jedoch beides möglich, da der Wert des wiederholten Tastwerles oder des Zwischcnraum-Tastwcrtcs in jedem Fall unterdrückt wird

r> und das Ausgang;.signal des digitalen Filters 32 benutzt wird, inn den interpolierten Tastwert aus benachbarten unveränderten Taslwsrlen einzufügen. Eine Schaltung, welche die Neulaktung der Daten zur Erzeugung einer Datenfoige mit einer Datenfolgefrequenz von 4F„ und mit einem an jeder Stelle, an der ein Tastwert vorher unterdrückt wurde, wiederholten Tastwert durchführt, ist in F i g. 7 dargestellt, die in Verbindung mit den Zeittaktdiagrammen nach Fig. 8 erläutert wird. Aus den folgenden Erläuterungen folgt ebenfalls, daß die Schallung nach Fig. 7 bei einer im folgenden noch zu beschreibenden Modifizierung jeden vierten Taktwert unterdrückt und die Datenfolge mit einer Folgefrequenz von 4F„ auf eine Datenfolge mit einer Folgefrequenz von 3F₁₁- ohne Zwischenräume oder Abstände neu lak-

2v !el. Die Ar!, wie ein Tasi.wrri wirrlerholt und die Datenfoige neu getastet wird, ergibt sich aus den Zeittaktdiagrammen nach F i g. 8, während die Art und Weise, wie ein Tastwert unterdrückt und die Datenfoige von einer Folgcfrequen/. von 4F„- auf 3F₁,- neu getaktet wird, aus den Zeittaktdiagrammen nach F i g. 9 ersichtlich ist.

In den Tastwert-Unterdrückungs-Zeittaktdiagrammen nach F i g. 9 zeigt F i g. 9a die der Schaltung z.ugeführten Daten der Datenfoige. Die Tastwerte pro Hilfslrägerpcriode sind als Datenwörter A. B, C und Ddar-

jo gcslellt. Wenn ein Eingangspuffer getaktet wird, so werden die Daten mit einerTaklzeit gemäß Fig. 9bgepuffert. Das Ausgangssignal des Eingangspuffers wird in einen zweiten Ausgangspuffer eingegeben und mil einer anderen Taktfolgefrequenz, welche gleich der Folgefre-

J5 quenz 3F_M- ist getaktet, wobei der Zeittakt so synchronisiert ist, daß der Ausgangspuffer gemäß F i g. 9c, d. h. bei jeder positiven Flanke getaktet wird. Bei der Pufferung erscheinen die Daten, die dem Puffer angeboten werden, an seinem Ausgang, was zu einer Folgefrequenz von 3F«- führt, wobei während jeder Hilfsträgerperiode ein Tastwert unterdrückt wird. Somit wird aus vier Datenwörtern jeweils ein Datenwort unterdrück, wobei es sich gemäß Fig.9 um den Tastwert Chandelt. Das erzeugte Ausgangssignal enthält Datenwörtcr A. B und D, die wie dargestellt mit einer Folgefrequenz von 3F„ auftreten.

Gemäß den Zeittaktdiagrammen nach Fig.8 für die Tastwert-Wiederholschaltung wird die Datenfolge mit der Datenfolgefrequenz 3F_M- in die Schaltung nach Fi g. 7 eingespeist. Diese Datenfolge enthält die Datenwörler A ßund D, wobei ein Takt mit der Frequenz 4F_U-verwcndei wird, um die Eingangsdaten in einen Eingangspuffer zu puffern (Fig.8b). Die positive Flanke des Taktes mit der Frequenz 4F_K. taktet den Puffer, wodurch Daten übernommen werden, welche im Zeitpunkt der Flanke vorhanden sind. Gemäß F i g. 8c sind zwei positive Flanken des Taktes vorhanden, wenn das Wort B am Eingangspuffer vorhanden ist. Dies führt zu einer Wiederholung des Datenwortes B, worauf eine einzige Pufferung des Datenwortes D und A erfolgt. Dies führt dazu, daß eine Datenfolge mit einer Datenfolgefrequenz 4F₁₁. in das digitale Filter eingespeist wird. Das zweite Auftreten des Wortes B wird ignoricrl und das Ausgangssignal des digitalen Fillers stell! das rückgebildeic

(i5 Datcnworl C dar, das durch die oben anhand der Zeit- *aktdiagramme nach F i g. 9 beschriebene Tastwerl-Unterdrüekungsschaltung unterdrückt wurde.
In der speziellen, zur Durchführung der Ta.stwiedcr-

holiing:siimktion gemäß I·' i g. H vorgesehenen Si/halluiig siehl die Dalcnfolgc mil der lOlg'.'fieqiieu/. 3/'„ auf der li'iigangsleilung 26, welche tatsächlich durch acht Leitungen gebüdcl wird, von denen jeweils eine ein Bit dc-s Wortes mit acht Bit der Dalenfolge führt. Die Leitung 2b isi an Eingänge von Puffern 40 angekoppelt, welche durch ein Taktsignal auf einer Leitung 42 getaktet werden, das mit einer Taktfolgefrequenz von 3F„, d. h., mit der Folgefrequenz der Eingangsdaten auf der Leitung 26 auftritt. Der Takt auf der Leitung 42 ist zeitlich ο beschaffen, daß die Daten am Eingang der Puffer 40 stabil vorhanden sind, bevor sie in diese Puffer eingetaklel werden. Die in die Puffer eingctakteten Daten erscheinen auf einer Ausgangsleitung 44 mit der Datcnfolgefrequcn/. 3F₁₁₁ Die Leitung 44 ist an den Eingang eines weiteren Satzes von Ausgangspuffern 46 angekoppelt, welche durch ein Taktsignal auf einer Leitung 48 mit der Taktfolgefrequenz4F₁₁-gemäß Fi g. 8b getaktet werden, so daß auf der Ausgangsleitung 30 der Puffer 46 Daten gemäß F i g. 8c erscheinen D:is Tnkisignal auf der Leitung 48 besitzt eine Folgefrequenz von 4F₁₁ und liegt zeitlich zu el, ^i Daten auf der Leitung 44 im gleichen Zcitiaktzusammenhang, wie dies in den F i g. 8a und 8b dargestellt ist. Das Ausgangssignal auf der Leitung 30 ist daher eine Datenfolge mit einer Datcnfolgefrcqucnz von 4Fa- und einem wiederholten Tastwert, wobei der wiederholte Tastwert ein künstlicher Tastwerl ist, der später ignoriert und durch das Ausgangssignal des digitalen Filters im vorbeschriebenen Sinne ersetzt wird.

Der Rest der Schaltung nach F i g. 7 liefert die Taktsignalc auf den Leitungen 42 und 48 in den geeigneten Zeitpunkten, um die vorstehend beschriebene Funktion richtig zu realisieren. Ein einziges Hilfsträgerfrcquenz-Signal wird in ein Exclusiv-ODER-Gattcr 50 eingespeist, durch den Puffer 40 getaktet und über eine Leitung 52 in einen monoslabilen Multivibrator 54 eingespeist, der auf einer Leitung 56 einen schmalen Impuls zur Rücksetzung eines b : !-Zählers bzw. Teilers 58 in jeder Hilfsträgerperiode liefert. Ein Oszillator 60 erzeugt ein Taktsignal mit einer Frequenz von 86 MHz auf einer Leitung 62 zur Taktung des 6 :1-Zählers bzw. Teilers 58 sowie eines durch zwei teilenden Teilers 64 und eines Puffers 66. Der durch zwei teilende Teiler 64 taktet über eine Ausgangsleitung 68 einen durch vier teilenden Teiler 70 mit einer an einen D-Eingang des Puffers 66 angekoppelten Ausgangslcitung 72. Die Ausgangsleitung 42 führt ein Signal mit einer Frequenz von 86 M Hz dividiert durch 8 bzw.3F„.(lm NTSC-Videoformat), wobei es sich um das Taktsignal zur Taktung der Puffer 40 handelt. Die Leitung 42 ist weiterhin auf einen Eingang eines Phasendetektors 74 geführt, dessen anderer Eingang über eine Leitung 76 gespeist wird, die den Ausgang eines Exclusiv-ODKR-Gatters 78 bildet. Eine Eingangsleilung 80 dieses Galters 78 führt eine Komponente der Datenfolge mit der Folgefrequenz 3F,,·. Der Phasendetektor 74 vergleicht die Phase der Datenfolge auf der Leitung 80 mit dem gepufferten Ausgangssigna! des Oszillators 60 und liefert ein Ausgangssignal auf Leitungen 82, das durch einen Inverter 84 invertiert und in einen Operationsverstärker 86 eingespeist wird, dessen Ausgangsleitung 88 die Phase des Oszillators steuert. Der Phasendetektor und die zugehörige Schaltung dienen zur richtigen Einstellung des auf der Leitung 42 erzeugten Taktsignals in bezug auf die über die Leitung 80 eingespeiste Datenfolge, so daß die Daten im richtigen Zeitpunkt in die Eingangspuffer 40 getaktet werden. Das auf der Leitung 48 vorhandene Ausgangssignal des 6 :1-Teilers bzw. Zählers 58 stellt das Taktsignal dar, das zur I iiklun^ ilri Dati'ii in die Pnfffr 4h n:. oben beschriebenen Sinne dient.

Wie bereits ausgeführt, entspricht die zur Tastwert-Unterdrückung dienende Schaltung im wesentlichen derjenigen nach F i g. 7, wobei jedoch eine derartige Abänderung vorgenommen ist, daß die Taktfrequenz auf der Leitung 42 4F„ und die Taktfrequenz auf der Leitung 48 3F₁₁ ist, wobei die zeitliche Lage der Taktsignalc so gesteuert wird, daß die Schaltung im Sinne des in Zeittaktdiagramms nach F i g. 9 arbeitet. Zur Erzeugung der anderen Frequenzen auf den Leitungen 42 und 48 ist es lediglich notwendig, daß der Teiler 70 dahingehend modifiziert wird, daß er statt eines 4 : 1-Teilers ein 3 : 1-Teiler ist, während der Zähler 48 so modifiziert Ii wird, daß er nicht als 6: !-Zähler sondern eines 8 ■ !-Zähler arbeitet. Im übrigen sind alle Schaltungskomponenten und deren Funktion die gleichen, wie dies anhand der Tastwert-Wiederholschaltung beschrieben wurde.

Die diffcrentielle Pulscodemodulation erfolgt durch den Codierer 20 bzw. den Decodierer 24 gemäß dem Blockschaltbild nach Fig.2, welche konventionell ausgebildet sind. Die in den Codierer 20 über die Leitung 18 eingespeisten digitalen Tastwerte stellen die mit einer ?^r) Folgefrequenz von 4F«· gewonnenen Tastwerte dar, wobei jedoch ein Tastwert pro Hilfsträgerperiode unterdrückt ist und jeder dritte Tastwert den Tastwerten äquivalent ist, die tatsächlich einen Abstand von vier Tastwerten voneinander besitzen. Mit anderen Worten ausgedrückt, repräsentiert jeder dritte Tastwert einen Wert, der an der gleichen Stelle in jeder Hilfsträgerperiode gewonnen wurde. Die Wörter mit sechs Bit. die durch den Informationskanal übertragen oder durch ein geeignetes Gerät aufgezeichnet und wiedergegeben werden, repräsentieren ein digitales Codewort, das die Differenz zwischen dem Tastwert und einer Vorhersage eines Tastwertes darstellt, die aus vorher übertragenen Tastwerten gewonnen wird. Jedes Datenwort mit sechs Bit repräsentiert daher die Differenz in der Größe zwisehen einem Tastwert und einer Vorhersage dieses Tastwertes, wobei unter der Annahme eines wirksamen Vorhersagesystems kleine Differenzen wahrscheinlicher als große Differenzen sind. 1st die Anzahl von Differenzwerten, welche übertragen werden können, fest, so ist der durch den Codierer 20 eingeführte Vv\_rt des Quantisierungsfehlers unter Berücksichtigung eines nicht-linearen Quantisierungsgesetzes, nachdem kleine Differenzen genauer als große Differenzen codiert werden, minimal. Durch Auslegung des Codierers und des Decodierers in dem Sinne, daß beide die gleiche Vorhersage jedes Tastwertes liefern, kann jeder Signaltastwert durch den Decodierer 24 dadurch zurückgewonnen werden, daß die geeignete übertragene Differenz dem vorhergesagten Tastwert hinzuaddiert wird. Die Datenwörter A mit acht Bit auf der Leitung 18 werden in eine Subtraktionsstufe 94 eingegeben, in die über eine Eingangsleitung 96 auch der vorhergesagte Wert 8 der Tastung eingegeben wird, so daß das Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 94 auf einer Leitung bo 98 die Differenz A—B zwischen dem tatsächlichen und dem vorhergesagten Wert darstellt. Diese Differenz wird in eine nicht-lineare Quantisierungsschaltung 100 mit einer Charakteristik eingespeist, die eine von mehreren möglichen konventionellen Quantisierungsoperab5 tionen gemäß der an sich bekannten differentiellen Pulscodemodulation ausführt. Ein nicht-lineares Quantisierungsschema ist graphisch in F i g. 5 dargestellt, das jedem Quantisierungspegei ein Codewort mit fünf Bit puls

einem Vorzeichenbit zuteilt Zwar ist das spezielle nichtlineare Quantisierungsschema im Rahmen der Erfindung nicht kritisch; es ist jedoch zweckmäßig, daß die Quantisierungsschaltung eine Bostelmann-Schaltung mit der Quantisieningscharakteristik gemäß F i g. 6 ist Das Bostelmann-Schema ist zweckmäßig, da es die Vorteile der Symmetrie ausnutzt und kein dem Vorzeichen zugeordnetes Bit erfordert Die Quantisierungsschaltung 100 ist tatsächlich ein programmierbarer Festwertspeicher mit einem Ausgangssignal (entsprechend Fig.5 oder 6) A—B + Fauf einer Leitung 102, das in einen von 8 auf 6 Bit umwandelnden Wandler 104 sowie in eine Additionsstufe 106.eingespeist wird. Eine Ausgangsleitung 108 der Additionsstufe 106 ist auf eine um drei Tastwerte verzögernde Verzögerungsstufe 110 mit einer Ausgangsleitung 96 geführt die den vorhergesagten Wert .3 auf die Subtraktionsstufe 94 und die Additionsstufe 106 führt Die Verzögerungsstufe 110 legt über ihren Ausgang die Vorhersagecharakteristik fest mittels der der Wert des Eingangssignals auf der Basis der Werte der vorhergehenden Tastv/erte vorhsrgesagt wird. Die Verzögerung um drei Stellen der Hilfsträgerperiode um eine Hnfsträgerperiode vorher aus, Vras im oben beschriebenen Sinne notwendig ist Der Wandler 104 wandelt das Ausgangssignal A—B+ E auf der Leilung 1OZ das die Differenz zwischen den tatsächlichen und vorhergesagten Werten plus einem Quantisierungsfehler £ repräsentiert in einen durch sechs Bits gebildete» geeigneten Übertragungscode um.

Das auf einer Leitung 112 stehende Ausgangssignal des von 8 auf 6 Bit urnwandelnden Wandlers wird entweder vor Aufzeichnung oder Übertragung über einen durch die Leitung 22 gebildeten Kanal in einen Puffer 114 eingespeist Bei Wiedergabe oder Empfang der Daten in einem entsprechenden Puffer 116 wird das Signal übet eine Leitung 118 in einen von 6 auf 8 Bit umwandelnden Wandler 120 eingespeist, der den inversen Prozeß durchführt um den gleichen Wert A — B+E des Signals rückzugewinncn. das vorher über die Leitung 102 eingegeben wurde. Dieser gleiche Wert erscheint dann auf einer Leitung 122, die auf eine Additionsstufc 124 mit einer weiteren, den vorhergesagten Wert B führenden Eingangsleitung 126 geführt ist. Das Ausgangssignal der Additionsstufe 124 in Form eines Signals A + E erscheint auf einer Leitung 26 und repräsentiert das ursprüngliche Signal mit vollen acht Bit, das über die Leitung 18 in den Eingang eingegeben wurde. Die Leitung 26 ist weiterhin auf eine Verzcgerungsstufc 128 mit einer einen Eingang der Additionsstufe speisenden Ausgangsleitung 126 geführt. Damit wird das vorhergehende Signal, d. h, der vorhergesagte Wert ßdcr Differenz A-B+ EaufderLeitungl22 hinzuaddiert, so daß sich auf der Leitung 26 der ursprüngliche Wert A + E ergibt

Nachdem die Daten durch das differentielle Pulscodemodulations-Untersystem in die Form von Datenwörtern mit acht Bit rückgebildet sind, arbeitet der erste Prozeß, d. h„ das Untersystem zurTastwcrt-Unierdrükkung in normaler Form auf die Datenfolge auf der Leitung 26, wodurch das Gegenstück der Schaltung nach mi F i g. 7 ausgenutzt wird, um jeden dritten Tastwert zu wiederholen, wodurch die Datenfolge mil acht Bit und einer Folgefrequenz von 4F₁₁ auf der Leitung 30 erzeugt und sodann zum Zweck der Rückbildung der vorher unterdrückten Tastwerte in das interpolierende Digital- w filter 32 eingespeist wird. Bei Verwendung des in F i g. 3 dargestellten speziellen digitalen Filters wird der Tastwert St unter Ausnutzung der Tastwertc 6Ί bis Sj und S-, bis S? rückgebildet Entsprechend wird der Taxwert Ss unter Ausnutzung der Tastwerte S₅ bis Sr und S₉ bis Sn rückgebifdet Weitere folgende Tastwerte werden unter Ausnutzung der benachbarten unveränderten Tastwerte in entsprechender Weise rückgebildet Wird ein sich vom Filter gemäß F i g. 3 unterscheidendes digitales Filter verwendet, so können zur Rückbildung des unterdrückten Tastwertes andere Kombinationen benachbarter Tastwerte verwendet werden. Mit den interpolierten. in die Datenfolge eingefügten Tastwerten Si, Ss, Sn usw. wird die ursprüngliche ungeänderte Datenfolge wie in Fig.4e dargestellt, rückgebildet wobei lediglich jeder vierte Tastwert einen interpolierten Wert darstellt Werden die in Fig.4e dargestellten Tastwerte wiederum zur Aufzeichnung oder Übertragung über einen Übertragungskanal in entsprechender Weise verarbeitet, so werden Fehler durch dasTastwert-Unlerdrükkungs-Unlersystem nicht weitergeleitet oder verstärkt wenn die rückgebildeten Tastwerte, d. h, die Tastwerte Sa, Ss, 5i2 usw. bei der dargestellten Ausführungsform unterdrückt werden.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung erfolgt die Interpolation des Wertes des rückgebildeten Tastwertes durch ein digitales Interpolationsfilter unüblicher Form, das zur Klasse der Filter mit endlicher Impulsantwort (Finite Impulse Response) gehört Das Filter kann zwei oder mehr von Null verschiedene Terme besitzen, wobei eine zunehmende Anzahl von Termen zu einem genaueren Fn;quen2:bereich für die interessierenden Frequenzen führt Der Begriff »Term« bezeichnet hier ein Paar von identischen Koeffizienten für die Filterauslegung. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine größere Anzahl von Termen den Aufwand und die Kosten für das digitale Filter erhöht. Dies wird dadurch noch verschärft, daß für Anwendungen im Bereich von Fernsehsignalcn mit kommerzieller Scnderqualität beispielsweise jedes Tastwort acht digitale Informationsbits besitzt, was bedeutet, daß jede einzelne Tastwcrt-Unterdrückungs-. Interpolations- und Interpolations-Tastwcrtcinfügungs-Schaltungskomponcntc für jedes der acht Bits des Taslwortes vorgesehen werden muß. In dieser Minsicht hat sich gezeigt daß ein digitales Filter mit drei Termen einen geeigneten Frequenzbereich bei den interessierenden Frequenzen für ein Farbfernschsignal besitzt Das digitale Filter wirkt vorzugsweise so, daß die Tastwerte kontinuierlich cingelcsen werden und das Filterausgangssignal lediglich in Zeitpunkten ausgenutzt wird, wenn ein unterdrückter Tastwert an eine Mittenabgriffsstelle gebracht wird. Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig.3 ist die Eingangsleitung 30 (die tatsächlich durch acht Leitungen für parallele Daten gebildet wird) auf ein Schieberegister 130 geführt, in das die Tastwcrte kontinuierlich eingespeist werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl von Stufen 132, 134,136,138, 140 und 142 vorhanden, durch welche die Taslwertc in generell kontinuierlicher Weise geschoben werden. Es werden sieben Tastwcrte, von denen einer ein unterdrückter Tastwert ist, in das digitale Filier eingespeist. Der unterdrückte Taslwcrt ist lalsächlich unbedeutend, da er ursprünglich gelöscht wurde. Im Filier kann sein zeitlicher Bereich in der Daienfolgc durch alle möglichen anderen Werte besetzt sein, da dieser seitliche Bereich ignoriert wird. Der künstliche Wert kann Null oder zweckmäßigerweise die Wicderholung des unmittelbar vorhergehenden Tastwertes sein. Der Tastwert S\ erscheint somit am Ausgang der Stufe 142, wenn der Tastwerl & am Ausgang der Slufc 104 erscheint. Die anderen Tastwertc sind generell an

den dargestellten Stellen entsprechend vorhanden. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß im Blockschaltbild nach F i g. 1 lediglich eine einzige Leitung dargestellt ist, wobei die Taslwert-Ausgangssignale tatsächlich jedoch durch ein binäres Wort mit acht Bit gebildet werden, wobei jedes Bit durch die Stufen des digitalen !•"liters getaklet wird.

Die Ausgangssignale jeder Stufe dienen zur Erzeugung des interpolierten Wertes des unterdrückten Tastwertes. Speziell ist die auf die Stufe 132 geführte Eingangslcitung 30 auch auf einen Vervielfacher 144 geführt, der einen Vervielfachungskoeffizienten h, besitzt, um auf einer auf eine Summationsstufe 148 geführten Leitung 146 ein Ausgangssignal zu erzeugen. Entsprechend wird das auf einer Leitung 150 erseheinende Ausgangssignal der Stufe 132 in die Stufe 134 sowie in einen Vervielfacher 152 mit einem Vervielfachungskoeffizienlen H; eingespeist, der ein Ausgangssignal auf einer auf die Summalionsstufc 148 geführten Leitung 154 liefert. In entsprechender Weise erscheint das Ausgangssignal der Stufe 134 auf einer Leitung 156, die auf die Stufe 136 sowie einen Vervielfacher 158 mit einem Vervicifachungskoeffizienten h\ geführt ist, um auf einer auf die Summalionsstufe 148 führenden Leitung 160 ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die Ausgangssignalc der Stufen 138, 140 und 142 erscheinen auf entsprechenden Leitungen 162,164 und 166, die auf zugehörige Vervielfacher 168,170 und 172 mit den dargestellten Verviclfachcrkocffizienien geführt sind, wodurch Ausgangssignale auf entsprechenden Leitungen 174, 176 und 178 cr/cugt werden, die ebenfalls auf die Summalionsstiife 148 geführt sind. Das Ausgangssignal der Stufe 136 steht jedoch auf einer Leitung 180, die auf die Stufe 138 und einer- Schalter 182 geführt ist, welcher zwischen der Leitung 180 und dem durch eine Leitung 184 gebildeten Ausgang der Summalionsstufe umschaltet.

Das Ausgangssignal der Summationssiufc 148. das die arithmetische .Summe aller F.ingangssignale ist und auf der Leitung 184 abgegeben wird, bildet den interpolierten Wert für den unterdrückten Taslwerl. Wenn die durch das Schieberegister getaklelcn ungeündcrtcn Tastwcflc mit Ausnahme der Slcllc, an der ein unterdrückter Taslwerl vorher vorhanden war, verwende! werden, so schaltet der Schalter 182, wenn der Taslwerl einzusetzen ist, den Ausgang des digitalen Filters (Leitung 184), so daß der interpolierte Wert an der Stelle in die Datcnfolgc eingeführt wird, an der ein künstlicher bzw. ein wiederholter Tasiwert vorhanden war, dessen Wen vollständig irrelevant und unrichtig war. Es ist zu bemerken, daß der interpolierte Wert vom digitalen Filier abgenommen werden muß, wenn sich die unterdrückte Tastwcrtstclle in der Mittcnslellung bcfindci, d. h.. wo der Tastwcrt S₄ auf der Leitung 180. also am Ausgang der Stufe 13β, vorhanden war.

I iir die optimale Funktion ties digitalen Fillers sind bestimmte Bedingungen erforderlich. Für den Fall, daß Daten mit einer üalciifolgefrequenz von 4/\, in eine gleichförmige Folgefrequenz von 3/„ überführt und spüler in eine Datenfolgefrequen/. von 4/\, rückgebildct werden, sind zusätzliche Maßnahmen für das Filter er-Fiirdcrlich. chi ulic Vcrviclfachungskonsuinicn h/.w. -koeffi/.ienlen entsprechend den Abgriffen bzw. Taslstellcn einsprechend der Mitlen- bzw. Nullslclle sowie die Stellen, die ein ganz/.ahligcs Vielfaches von vier von der NuIlMeIIe. d. h.. Stellen -8. -4. 0. 4. 8. usw. Werte von Null besitzen. Da eine lineare Phascncharaktcristik erwünscht ist. haben die anderen Koeffizienten endliche in gleiche Paare gruppierte Wcrle, wobei jeder Abgriff bzw. jede Taststelle eines Paars den gleichen Abstand von der Mittensiclle besitzen. Das bedeutet, daß der Verviclfachungskoeffizient auf jeder Seite der Mittenstelle des digitalen Filters für jede von der Mittenstellung entfernte Stelle der gleiche ist.

Abgesehen von Quantisierungseffekten föhn das Filter eine genaue Voraussage durch und ersetzt daher den fehlenden Tastwert, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Die erste Bedingung besteht darin, daß alle Tastwerte wahre lineare Darstellungen des in der Bandbreite begrenzten Eingangssignals sind, wenn sie mit der ursprünglichen Folgefrequenz von 4F^-getastet werden. Somit soll beispielsweise der Analog-Digital-Wandler, welcher die Tastwerte mit einer Tastfolgefrequenz von 4/v liefert, immer in seinem Wandlungsbereich arbeilen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß das Digitalsignal keine wahre Darstellung des Analogsignals ist. wenn das analoge Eingangssignal de." Bereich des Analog-Digital-Wandlers übersteigt, d. h, der Analog-Digital-Wandler hat dieses Signal begrenzt. In einem solchen Fall ist das digitale Signal unrichtig und bcciniluüt daher die Funktion des Filters nachteilig, was zu einem unrichtigen interpolierten Wert führt. Mit anderen Worten müssen die Funktion des Eingangssignals und des Analog-Digital-Wandlers so beschaffen sein, daß die resultierenden Tastwerte das digitale Äquivalent eines linearen Prozesses sind. Die zweite Bedingung besteht darin, daß das Filter bei linearer Messung, d. h„ wenn alle Tastwerte im Meßsignal vorhanden sind, bei

jo allen Frequenzen, bei denen das getastete Analogsignal Energie aufweist, eine Charakteristik von Eins besitzen muß. Da ein Farbvideo-Informationssignal in zwei bestimmten Bereichen, d. h., im Niederfrequenzbereich und speziell im Gleichspannungspegel sowie bei der

j5 Hilfsträgerfrequenz eine größere Energiekonzentration besitzt, soll das Filter bei diesen Frequenzen einen Frequenzgang von Eins besitzen. Die Koeffizienten für ein Filter können so gewählt werden, daß bei diesen interessierenden Frequenzen sowie bei anderen Frequenzen in Abhängigkeit von der Anzahl der Terme exakt ein Frequenzgang von Eins vorhanden ist. Es ist wichtig, daß der Frequenzgang bei der Hilfslrägerfrequcnz und ebenso bei der Frequenz Null Eins ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Koeffizienten im Sinne dieser

ν· Ansprechchurakteristik festgelegt werden.

Generell ist die Bandbreite und der Geradeverlauf der Frequenzcharakteristik eines digitalen Filters eine Funktion der Anzahl der verwendeten Koeffizienten und daher des Aufwandes für das Filter. Beispielsweise besitzt ein Filter mit fünf Termen generc'j eine geradere Charakteristik im gesamten Frequenzbereich von Null bis /.jr Hilfsträgerfrequenz. wobei die Bandbreite geringfügig breiter s!s die eines Filters mit drei Termen ist. Für die Anwendung eines digitalen Filters zur Rückbil-

"55 dung von unterdrückten Tastwerten, wobei die Tastwertc Werie eines Farbvideo-Informationssignals sind, arbeitet ein Filter mit drei Termen angemessen, wobei irgendwo im Durchlaßband auftretende Fehler der Charakterisiik in annehmbaren Grenzen liegen. Stammen

w) die Tiistwerlc von einem Informationssignal. bei dem die Abweichung des Frequenzgangs vom Wert Eins im Durchlaßband auf kleineren Beirägen gehalten werden müssen, kann ein komplexeres und damit aufwendigeres digitales Filier erforderlich sein, um eine Anpassung an

M die Funktionsei iordcrnissc zu gewährleisten. In der Praxis haben sich für ein Filter mil drei Termen. das zur Erzeugung eines interpolierten Wertes eines unterdrückten Tiisiwertcs für ein Informationssignal in Form

eines Farbvideo-Informationssignals verwendet wird, Koeffizienten mit Λ, 27/32, h₂ = 1/2 und Λ, = 5/32 Tür die meisten Zwecke als zufriedenstellend erwiesen. Diese Koeffizienten gewährleisten den Frequenzgang von Eins bei der Hilfsträgerfrequenz und bei der Frequenz Null. Die Art der Festlegung dieser Koeffizienten ist für die Auslegung digitaler Filter an sich bekannt

Gemäß F i g. 3 wird der auf der Eingangsleitung 30 stehende Tastwert Si ebenso wiederTastwcrt S\ auf der Leitung 166 mit dem Koeffizienten hi von 5/32 vervielfacht, wobei ein kleinerer Tastwert erzeugt wird, der vom Ausgang der Vervielfacher 144 und 172 in die Summationsstufe 148 eingespeist wird. Entsprechend werden der Tastwert S^ auf der Leitung 150 und der Tastwert Si auf der Leitung 164 mit dem Koeffizienten hi is von —1/2 über die entsprechenden Vervielfacher 152 und 170 vervielfacht, um negative kleinere Tastwerte in die Summationsstufe 158 einzuspeisen. Schließlich werden die Tastwerte Ss und S_} auf der Leitung 156 bzw. 162 mit dem KoefJ:7ienten Ai von 27/32 über die entsprechenden VervitJ/acher 158 und 168 vervielfacht, wobei die resultierenden vervielfachten Tastwerte über die Leitungen 160 und 174 ebenfalls in die Summationsstufe 158 eingespeist werden.

Das digitale Filter gemäß F i g. 3 kann in äquivalenter 2^r> Weise auch weniger komplex aufgebaut werden, wie dies in der Praxis oft der Fall ist. Der Digital-Analog-Wandler 36 kann konventionell ausgebildet sein, um im Bedarfsfall das analoge Videosignal auf der Leitung 38 zu erzeugen. so

Die vorstehend beschriebenen Ausfi'ihrungsfornien sind zwar speziell zur Verwendung in Verbindung mit Videoinformationssignaieti im N'iSC-Format geeignet. Die Anordnung und das Verfahren können jedoch auch mit einer Abwandlung für Videoinfv-rmationssignalc im PAL-Format verwendet werden. Wird eine zwcidimensionale differentiellc Pulscodemodulation-Vorhersagc in Verbindung mit einem PAL-Signal verwendet, so muß die ursprüngliche Tastung so erfolgen, daß ein Tastwert exakt auf der tZ-Farbachse (die nicht gcändcrte Achse) liegt, wenn V'-Achseninformation enthaltende Voraussage-Tastwerle aus der vorhergehenden Zeile in Paaren ausgetauscht werden. Mit einer Tastfrequenz von 4F_H- und mit in + U, + K — U und — V liegenden Tastwerten sind lediglich — V-Tastwcrtc aus der vor- v, hergehenden Zeile für die Vorhersage von + V-Tastwerten in der laufenden Zeile geeignet, was auch umgekehrt gilt. LZ-Achsen-Tastwerte werden nicht geändert. Eine zusätzliche Maßnahme für Signale im PAL-Format bei der kombinierten Verwendung des diffcrcnlicllcn ^r> <> Pulscodemodulations-Prozesses und des unterdrückten Tastwertes besieht daher darin, daß bei Verwendung einer zweidimcnsionalcn Voraussage der unterdrückte Tastwert ein LZ-Achscn-Tastwert sein muß. wodurch der Austausch der V-Tastwerte möglich wird. Zur weiteren v> Erläuterung dieses Sachverhaltes wird auf British Broadcasting Corporation research department report »BBC RD 1975/20' sowie auf »NACHRICHTEN-TECHN. Ζ.«, 27 (1974), Heft 3, S. 115 bis 117 hingewiesen. M)

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die erfindungsgcmäße kombinierte Verwendung von zwei Datenfolgcfrcquenz-Redu/icrungssysteinen vorteilhaft in Verbindung mit der Aufzeichnung oder Übertragung einer Vidcoinformations-Datcnfolgc zur An- ^ Wendung kommen kann. Die Gcsamtrcduzicrung der Datenfolgefrequenz ist das Produkt zweier definierter Prozesse mit Reduzierungen von 75% der ursprünglichen Datenfolgefrequcnz für jeden Prozeß, woraus sich eine resultierende Gcsamlreduzierung von 9/16 oder 56,25% der ursprünglichen Dalcnfolgcfrequcnz ergibt. Dies ist eine so bedeutende Reduzierung, daß es möglich wird, ein Videosignal ohne merkbare Beeinflussung des resultierenden Signals statt in zwei getrennten Kanälen in einem einz.igen Kanal aufzuzeichnen oder zu übertragen

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung einer Folge digitaler Datenwörter, welche periodische Tastwerte einer Farbvideoinformation repräsentieren, mit reduzierter Datenfolgerate über einen Übertragungskanal, insbesondere einen Aufzeichnungs- und Wiedergabekanal, wobei vor der Übertragung periodisch ein Teil der Datenwörter der Folge unterdrückt und die Bitzahl der Datenwörter durch Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) verringert wird und wobei nach der Übertragung die verringerte Bitzahl der übertragenen Datenwörter durch DPMC-Demodulation wieder erhöht wird, aus übertragenen Datenwertern mit wieder erhöhter Bitzahl rekonstruierte Datenwörter erzeugt werden und die rekonstruierten Datenwörter an den Stellen der vor der Übertragung unterdrückten Datenwörter in die Folge eingefügt werden, dadurch gekennzeichnet. daß in jeder T-arbhiifsträgerperiode wenigstens ein Datenwort periodisch getilgt wird, bevor die verbleibende Folge von Datenwörtern DPCM moduliert und übertragen wird, daß die Folge der auf die ursprüngliche Bitzahl erhöhten, übertragenden Datenwörter an den Stellen der unterdrückten Datenwörter durch willkürliche Datenv.örier ergänzt wird und daß die rekonstruierten Datenwörter mittels eines Digitalfilters mit endlicher Impulsantwort jeweils durch gewichtete Summenbildung aus den jo dem willkürlichen Datenwort jeweils vorangehenden und nachfolgenden, übetragenden Datenwörtern der ergänzten Folg.-: von Ditenwörtern interpoliert und anstelle der wilJkürlichen Datenwörter in die Folge eingefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die digitalen Datenwörter repräsentierten Tastwerte mit einer Tastfolgefrequenz gewonnen werden, die gleich einem vorbestimmten ganzzahligen Vielfachen der Farbhilfsträgerfrequenz der Farbvideoinformation ist, und daß bei der DPCM-Modulation der Wert jedes Datenworts unter Verwendung früherer vorhergesagter Datenworte vorausgesagt wird und die Differenz zwischen vorhergesagtem Wert und aktuellen Werten gebildet und übertragen wird, wobei die zur Voraussage benutzten früheren vorausgesagten Werte einen Abstand gleich dem vorbestimmten ganzzahligen Vielfachen einer Farbhilfslrägcrpcriode von dem vorhergesagten Datenwort haben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der DPCM-Demodulation der Differenzwert zur Voraussage des Werts jedes Datenworts ausgenutzt und der übertragene Differenzwert dem vorausgesagten Wert des Datenworts hinzu.iddiert wird.

4. Anordnung zur Übertragung einer Folge digitaler Datenwörter, welche periodische Taslwcrte einer Farbvideoinformation repräsentieren, mit reduzierter Datenfolgerate über einen Überiragungska- M) nal. insbesondere einen Aufzeichnungs- und Wiedergabekanal, mit einer Tastwert-Untcrdriiekungsschaltung (16) zur Unterdrückung jedes η-ten Datenworts der Folge, einem die Bitzahl der verbleibenden Datenworifolge durch Differenz-Pulskode- b^r> modulation (DPCM) Für die Übertragung über den Übertraglingskanal der übertragenden Datenwörter wieder erhöhenden DPCM-Dckodicrcr (24) und einer Datenrückbildungsschallung (28,32), die aus den vom DPCM-Dekociercr (24) abgegebenen Datenwörtern Datenwörler rückbildct und an den Stellen der vondcrTastwcrt-Unlcrdrückungsschallung(16) unterdrückten Dalcnwörtcr in die Datenwortfolgc einfügt, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastwert-Untcrdrückungsschallung (16) wenigstens ein Datenwort in jeder Farbhilfsträgerperiodc tilgt und dem DPCM-Kodierer vorgeschaltet ist unci daß die Datenrückbildungsschallung (28, 32) eine Datenwort-Einfügeschaltung (28), die die Datenwortfolge an den Stellen der getilgten Datenwörter durch willkürliche Datenwörler ergänzt und ein Digitalfilter (32) mit endlicher Impulsanlwort aufweist, welches durch gewichtete Summcnbildung aus den dem willkürlichen Dalenworl jeweils vorangehenden und nachfolgenden übertragenen Datenwörtern der ergänzten Datenwortfolge Datenwörter interpoliert und anstelle der willkürlichen Datenwörter in die Daienwortfolge einfügt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalfilter (32) mit endlicher impulsantwort mehrere Zustandsspeicher (132—142) aufweist, in welche die ergänzte Datenwortfolge fortlaufend zur Erzeugung einer kontinuierlichen Folge von mit derTasifolgcfrequenz aufeinanderfolgender, interpolierter Datenwörter eintchrcibbar ist und daß an das Digitalfilter eine Einfügcstufe (182) angeschlossen ist, die anstelle der willkürlichen Datenwörter jeweils ein Datenwort der Folge interpolierter Datenwörtsr in die ergänzte Datenwortfolge einfügt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter eine Übertragungsfunktion mit wenigstens drei Termen und einem Frequenzgang von etwa Eins wenigstens bei der Frequenz Null und der Farbhilfsträgerfrequenz hat.