DE3248687A1

DE3248687A1 - Umschaltbarer farbfernsehsignal-codierer-decodierer

Info

Publication number: DE3248687A1
Application number: DE19823248687
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.-Ing. 8038 Gröbenzell Grallert
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-12-30
Filing date: 1982-12-30
Publication date: 1984-07-05

Description

Umschaltbarer Farbfernsehsinal-Codierer-Decodierer
Die Erfindung betrifft einen Farbfernsehsignal-Codierer mit drei Codiereinrichtungen für das Luminanzsignal und die Chrominanzsignale, dessen Codiereinrichtungen Jeweils die Reihenschaltung eines analogen Tiefpasses, einer Abtasteinrichtung einschließlich AjD-Wandler und eines digitalen Tiefpasses enthalten, mit einer Zeilenmultiplexeinrichtung für die Chrominanzsignale, mit einem daran angeschalteten Halbbild-Interpolationsspeicher und mit einem Multiplexer zum Zusammenfassen der von den Codiereinrichtungen abgegebenen Signale Fur die digitale Ubertragung von Farbfernsehsignalen gibt es noch keine Normen. Als übertragungsbitraten kristallisieren sich 140 Mbit/s, 70 Mbit/s und 34 Mbit/s heraus.
Für diese Ubertragungsbitraten sind verschiedene Codierungsmöglichkeiten der Farbfernsehsignale möglich.
In der Zeitschrift NTZ Band 35 (1982) Heft 4, Seiten 230 bis 233 sind unterschiedliche Codierungsmöglichkeiten für die verschiedenen Ubertragungsbitraten beschrieben.
Bisher wurden jeweils an eine bestimmte Ubertragungsbitrate angepaßte Codierer/Decodierer entwickelt. Da außerdem noch verschiedene Codierungsmöglichkeiten von Farbfernsehsignalen bestehen, z.B. unterschiedliche Abtastraten und beispielsweise die geschlossene Codierung von Farbfernsehsignalen und die getrennte Codierung des Luminanzsignals und der Farbdifferenzsignale, war eine große Anzahl verschiedener Versionen von Codierern/Decodierern erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Codierer/Decodierer anzugeben. der an die üblichen Ubertragungsbitraten anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Steuerung zur Umschaltung der Abtastraten für das Luminanzsignal und die Chrominanzsignale und zur Anpassung der Bandbreiten der digitalen Tiefpässe an die Abtastraten vorgesehen ist, daß eine erste Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die wahlweise die Ausgänge der Codiereinrichtungen für die Chrominanzsignale, den Ausgang der Zeilenmultiplexeinrichtung oder den Ausgang des Halbbildinterpolationsspeicher an den gesteuerten Multiplexer anschaltet, und daß für jede Codiereinrichtung jeweils eine weitere Umschalteinrichtung vorgesehen ist, mit der jeweils ein DPCM-Codierer zwischen dem Ausgang der Codiereinrichtung und dem Multiplexer einschaltbar ist.
Durch die Steuerung wird bei einer bestimmten Ubertragungsbitrate eine geeignete Abtastrate für das Farbfernsehsignal und eine geeignete Codierungsform, beispielsweise die DPCM-Codierung (Differenz-Puls-Code-Modulation) gewählt. Bei niedrigeren Übertragungsbitraten ist eine zeilensequentielle Ubertragung der Chrominanzsignale (Farbdifferenzsignale) vorgesehen. Zur weiteren Reduktion der Datenrate kann eine Halbbildinterpolation erfolgen.
Bei einem vorhandenen Ubertragungskanal von 140 Mbit/s Bandbreite ist es vorteilhaft, daß a) die Abtastrate von 11,25 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 5,625 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß ein achtstelliger PCM-Code für die Codierung der Abtastwerte gewählt wird und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird oder b) die Abtastrate von 11,25 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 5,625 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß eine DPCM-Codierung der Chrominanzsignale und/oder des Luminanzsignals gewählt wird und daß eine zeilenkontinuierliche Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird oder c) die Abtastrate von 13,5 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 6,75 MHz für die Chrominanzsignale gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und die Chrominanzsignale vorgesehen ist und daß eine zeilenkontinuierliche Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird.
Bei einem Ubertragungskanal von 70 Mbit/s ist es zweckmäßig, daß a) die Abtastrate von 10,125 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 5,0625 für Jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und für die Chrominanzsignale gewählt wird und daß eineozeilenkontinuierliche Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird oder b) die Abtastrate von 10,125 z fUr das Luminanzsignal und die Abtastraten von 5,0625 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und für die Chrominanzsignale gewählt wird, daß für die DPCM-codierten Abtastwerte für das Luminanzsignal mindestens 6 Bits/Abtastwert gewählt werden und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird oder c) die Abtastrate von 11,25 MHz für das tauminanzsignal und die Abtastrate von 5,625 MHz für Jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und die Chrominanzsignale gewählt wird und daß die Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen zeilenkontinuierlich oder zeilensequentiell erfolgt.
Für einen Ubertragungskanal von 34 Mbit/s ist es vorteilhaft, daß a) die Abtastrate von 9 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 2,25 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und die Chrominanzsignale vorgesehen ist, und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung des Luminanzsignals mit den Chrominanzsignalen gewählt wird oder b) die Abtastrate von 9 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 2,25 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und für die Chrominanzsignale gewählt wird und daß eine zeilensequentielle und halbbildsequentielle Multiplexbildung oder Chrominanzsignale mit dem Luminanzsignal gewählt wird oder c) die Abtastrate von 10,125 MHz für das Luminanzsignal und die Abtastrate von 2,53125 MHz für jedes Chrominanzsignal gewählt werden, daß DPCM-Codierung für das Luminanzsignal und für die Chrominanzsignale gewählt wird und daß eine zeilen- und halbbildsequentielle Multiplexbildung der Chrominanzsignale mit dem Luminanzsignal gewählt wird.
Für die verschiedenen Ubertragungskanäle wurden jeweils die günstigsten und zweckmäßigsten Codierungsformen gewählt. Hiermit wird der Codierer universell einsetzbar.
Es ist vorteilhaft, daß das Luminanzsignal mit einer gegenüber den Chrominanzsignalen erhöhten Genauigkeit ausgesendet wird.
Das Auge ist wesentlich empfindlicher bei Fehlern des Luminanzsignals als bei Fehlern der Chrominanzsignale.
Eine genauere Codierung des Luminanzsignals entspricht dieser Gegebenheit.
Es ist zweckmäßig, daß ein Laufzeitglied in den Signalweg des Luminanzsignals eingeschaltet ist.
Durch die verschiedenen Abtastraten des Luminanzsignals und der Chrominanzsignale, durch die unterschiedlichen Laufzeiten der daran angepaßten digitalen Filter und ferner durch den Halbbildinterpolationsspeicher sind die Signallaufzeiten in den drei Codierern unterschiedlich lang. Es ist daher zweckmäßig, einen Laufzeitausgleich bereits beim Codierer durchzuführen, da alle zusammengehörigen Signale beim Empfänger wieder zeitlich richtig zugeordnet vorliegen müssen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand des Prinzipschaltbildes eines Codierers erläutert.
Die Beschreibung beschränkt sich auf den Codierer. Der dazugehörige Decodierer ist dem Codierer entsprechend aufgebaut. Wird der Codierer und der Decodierer in einem einzigen Baustein untergebracht, so wird im allgemeinen nur eine Steuerung benötigt.
Der in der Figur dargestellte Farbfernsehsignal-Codierer enthält drei Codiereinrichtungen Cl, C2 und C3. Der Eingang 1 der ersten Codiereinrichtung ist mit einem analogen Tiefpaß 11 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang einer Abtastvorrichtung 12 geführt ist. Diese Abtastvorrichtung enthält einen Analog-Digital-Wandler. Der Abtastvorrichtung ist ein digitaler Tiefpaß 13 nachgeschaltet.
Die Codierer C2 und C3 mit den Eingängen 2 bzw. 3 sind dem Codierer Cl entsprechend aufgebaut. Der analoge Tiefpaß,die Abtastvorrichtung und das digitale Filter sind mit 21, 22 und 23 bzw. 31, 32 und 33 bezeichnet. Der Ausgang des ersten Codierers C1 ist über ein Laufzeitglied 7 mit einem DPCM-Codierer 14 verbunden.
Der Ausgang des zweiten Codyers C2 ist direkt mit einem zweiten DPCM-Codierer verbunden. Der Ausgang des dritten Codierers C3 ist über eine erste Umschalteinrichtung 9 mit einem dritten DPCM Codierer 34 verbunden.
Außerdem sind die Ausgänge des zweiten-und des dritten Codierers mit den Eingängen einer Zeilenmultiplexeinrichtung 4 verbunden, deren Ausgang ebenfalls mit der ersten Umschalteinrichtung 9 verbunden ist. Außerdem ist der Ausgang der Zeilenmultiplexeinrichtung 4 mit einem Halbbild-Interpolationsspeicher 5 verbunden, dessen Ausgang ebenfalls der ersten Umschalteinrichtung 9 zugeführt ist.
Uber die Umschalteinrichtung 9 kann somit der Ausgang des dritten Codierers C3, der Ausgang der Multiplexeinrichtung 4 oder der Ausgang des Halbbildinterpolationsspeichers 5 mit dem Eingang des dritten DPCM-Codierers 34 verbunden werden. Weitere Umschalteinrichtungen 19, 29, 39 sind vorhanden, um jeweils den Ausgang oder den Eingang eines DPCM-Codierers an die Ausgänge Ol bis 0, durchzuschalten, die wiederum mit den Eingängen eines steuerbaren Multiplexers 6 verbunden sind. Der Ausgang des steuerbaren Multiplexers 6 ist mit 0 bezeichnet. An diesem Ausgang wird das komplette codierte Farbfernsehsignal abgegeben.
Mit Hilfe einer Steuerung 8 erfolgt die Umschaltung auf die verschiedenen Betriebsarten. Die Steuerung liefert den Abtasttakt für die Abtasteinrichtungen, sie sorgt für die automatische Anpassung des Durchlassbereichs der digitalen Filter an die Abtastfrequenz, sie bestimmt die zeilenkontinuierliche oder die zeilensequentielle Aussendung der von den Codierern C2 und C3 abgegebenen Chrominanzsignale und sie bestimmt ebenfalls die Aussendung der Chrominanzsignale aus dem Halbbildspeicher.
Von ihr wird ebenfalls die Auswahl PCM-Signal oder DPCM-Signal mit Hilfe der weiteren Umschalteinrichtungen 19, 29, 39 getroffen. Sie muß ebenfalls in den steuerbaren Multiplexer 6 eingreifen. Dieser faßt seine Ein- gangssignale - entsprechend der Häufigkeit ihres Vorkommens - zusammen. Hier wird für die Chrominanzsignale die halbe Abtastrate wie für das Luminanzsignal angenommen. Die Zusammenfassung erfolgt bei der zeilenkontinuierlichen Multiplexbildung dadurch, daß einem Luminanzsignal Y abwechselnd ein Chrominanzsignal U und ein Chrominanzsignal V folgen. Hierdurch ergibt sich somit die Folge von Codewörtern YU YV YU YV Y...
Bei der zeilensequentiellen Aussendung der Chrominanzsignale erfolgt in einer Zeile die Aussendung des Chrominanzsignals U z.B. jeweils nach zwei Luminanzwerten Y, somit°YYU YYU Y...
In der nächsten Zeile wird das zweite Chrominanzsignal V ausgesendet, somit YYV YYV Y...
Beträgt die Abtastrate für die Chrominanzsignale jeweils ein Viertel der Abtastrate des Luminanzsignals, so werden bei der zeilen- und halbbildsequentiellen Aussendung Luminanz- und Chrominanzsignale z.B. in folgender Weise zusammengefaßt: 1. Zeile: YYYYYYYYU Y...
2. Zeile: YYYrrTYYV Y...
Ueber die Steuerung ist gewährleistet, daß bei einer gewählten Betriebsart alle notwendigen Umschaitmaßnahmen vorgenommen werden. Die Eingabe der Betriebsart kann durch die Eingabe binärer Kombinationen an Steuereingängen erfolgen, ebenso ist die Eingabe einer bestimmten Betriebsart durch Programmierung der Steuerung möglich, z.B. mit Hilfe eines SPROMtS Die Funktion der Codiereinrichtungen Cl, C2, C3 geht bereits aus ihren Blockschaltbildern hervor. Die analogen Tiefpässe sorgen für eine Bandbegrenzung der Eingangssignale. In den Abtastvorrichtungen werden die analogen Signale abgetastet und in binäre Codewörter umgewandelt.
Die digitalen Filter sind der Abtastfrequenz angepaßt.
Uber die DPCN-Codierer wird die Datenrate des Luminanzsignals Y und der Chrominanzsignale U, V reduziert Im allgemeinen werden Farbfernsehsignale verarbeitet, die bereits in ein Luminanzsignal Y und die Chrominanzsignale U und V zerlegt sind. Das Luminanzsignal liegt hierbei am Eingang 1 des ersten Codierers C1 an, während die Chrominanzsignale den Codierern C2 und C3 zugeführt sind.. Daneben ist jedoch auch die sogenannte geschlossene Codierung von drei Farbfernsehsignalen möglich. Hierbei wird jedem Codierer ein komplettes Farbfernsehsignal zugeführt. An den Ausgängen 01, 02 und 03 wird dann Jeweils ein komplettes, digitalisiertes Farbfernsehsignal abgegeben.
Wie bereits erwähnt, ist der Farbfernsehsignal-Decodierer entsprechend dem Codierer aufgebaut. Anstelle eines Multiplexers tritt hier ein Demultiplexer und anstelle der Abtasteinrichtung ein Digital-Analog-Umsetzer 11 Ansprüche 1 Figur

Claims

FatentansprUche Öl I Farbfernsehsignal-Codierer mit drei Codiereinrichtungen (cl, C2, C3) für das Luminanzsignal (y) und die Chrominanzsignale (U, V), dessen Codiereinrichtungen (C1, C2, C3) jeweils die Reihenschaltung eines analogen Tiefpasses (11, 21, 31),einer Abtasteinrichtung einschließlich A/D-Wandler (12, 22, 32) und eines digitalen Tiefpasses (13, 23, 33) enthalten, mit einer Zeilenmultiplexeinrichtung (4) für die Chrominanzsignale (U, V), mit einem daran angeschalteten Halbbild-Interpolationsspeicher (5) und mit einem Multiplexer (6) zum Zusammenfassen der von den Codiereinrichtungen abgegebenen Signale, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Steuerung (8) zur Umschaltung der Abtastraten für das Luminanzsignal (Y) und die Chrominanzsignale (U, V) und zur Anpassung der Bandbreiten der digitalen Tiefpässe (13, 23, 33) an die Abtastraten vorgesehen ist, daß eine erste Umschalteinrichtung (9) vorgesehen ist, die wahlweise die Ausgänge der Codiereinrichtungen (C2, C3) für die Chrominanzsignale (U, V), den Ausgang der Zeilenmultiplexeinrichtung (4) oder den Ausgang des Halbbildinterpolationsspeicher (5) an den gesteuerten Multiplexer (6) anschaltet, und daß für jede Codiereinrichtung (C1, C2, C3) jeweils eine weitere Umschalteinrichtung (19, 29, 39) vorgesehen ist, mit der jeweils ein DPCM-Codierer (14, 24, 34) zwischen dem Ausgang der Codiereinrichtung (Ci, C2, C3) und dem Multiplexer (6) einschaltbar ist.
2. Farbfernsehsignal-Codierer nach Anspruch 1 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für einen Ubertragungskanal von 140 Mbit/s Bandbreite a) die Abtastrate von 11,25 NHz für das Luminanzsignal (y) und die Abtastrate von 5,625 MHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß ein achtstelliger PCM-Code für die Codierung der Abtastwerte gewählt wird und und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung (Y Y U Y Y U ... Y Y V Y Y V ...) des Luminanzsignals (Y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird oder b) die Abtastrate von 11,25 MHz für das Luminanzsignal (y) und die Abtastrate von 5,625 MHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß eine DPCM-Codierung der Chrominanzsignale (U, v) und/oder des Luminanzsignals (Y) gewählt wird und daß eine zeilenkontinuierliche Multiplexbildung ( YU YV YU YV ... ) des Luminanzsignals (Y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird oder c) die Abtastrate von 13,5 NHz für das Luminanzsignal (Y) und die Abtastrate von 6,75 MHz für die Chrominanzsignale (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (Y) und die Chrominanzsignale (U, V) vorgesehen ist und daß eine zeilenkontinuierliche Multiplexbildung ( YU YV YU YV ...) des Luminanzsignals (y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird.
3. Farbfernsehsignal-Codierer nach Anspruch 1 , d a -d u r c h g-e k e n n z e'i c h n e t , daß für einen Obertragungskanal von 70 Mbit/s Bandbreite a) die Abtastrate von 10, 125 NHz für das Luminanzsignal (Y) und die Abtastrate von 5,0625 für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (y) und für die Chrominanzsignale (U, V) gewählt wird und daß eine zeilenkontinuierliche Multiplexbildung (YUYVYUYV...) des Luminanzsignals (y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird oder b) Die Abtastrate von 10,125 MHz für das Luminanzsignal (y) und die Abrastraten von 5,0625 NHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (y) und für die Chrominanzsignale (U, v) gewählt wird, daß für die DPCM codierten Abtastwerte für das Luminanzsignal (Y) mindestens 6 BitsiAbtastwert gewählt werden und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung (YYU YYU ... YYV YYV ...) des Luminanzsignals (y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird oder c) die Abtastrate von 11,25 MHz für das Luminanzsignal (y) und die Abtastrate von 5,625 MHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (Y) und die Chrominanzsignale (U, V) gewählt wird und daß die Multiplexbildung des Luminanzsignals (Y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) zeilenkontinuierlich oder zeilensequentiell erfolgt.
4. Farbfernsehsignal-Codierer nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für einen Übertragungskanal von 34 Mbit/s Bandbreite a) die Abtastrate von 9 MHz für das Luminanzsignal (y) und die Abtastrate von 2,25 MHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (Y) und die Chrominanzsignale (U, V) vorgesehen ist und daß eine zeilensequentielle Multiplexbildung (YYYYU ... YYYYV) des Luminanzsignals (y) mit den Chrominanzsignalen (U, V) gewählt wird oder b) die Abtastrate von 9 MHz für das Luminanzsignal (Y) und die Abtastrate von 2,25 MNz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß die DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (y) und für die Chrominanzsignale (U, V) gewählt wird und daß eine zeilensequentielle und halbbildsequentielle Multiplexbildung oder Chrominanzsignale (U, V) mit dem Luminanzsignal ,) gewählt wird oder c) die Abtastrate von 10,125 MHz für das Luminanzsignal (Y) und die Abtastrate von 2,53125 MHz für jedes Chrominanzsignal (U, V) gewählt werden, daß DPCM-Codierung für das Luminanzsignal (y) und für die Chrominanzsignale (U, V) gewählt wird und daß eine zeilen- und halbbildsequentielle Multiplexbildung der Chrominanzsignale (U, V) mit dem Luminanzsignal (Y) gewählt wird.
5. Farbfernsehsignal-Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, .d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Luminanzsignal (y) mit einer gegenüber den Chrominanzsignalen (UiV) erhöhten Genauigkeit ausgesendet wird.
6. Farbfernsehsignal-Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Umschaltung der digitalen Tiefpässe (1D, 23, 33) durch Änderung der zugeführten Arbeitstakte erfolgt.
7. Farbfernsehsignal-Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein Laufzeitglied (7) in den Signalweg des Luminanzsignals (Y) eingeschaltet ist.
8. Farbfernsehsignal-Codierer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils ein zusätzlicher Ausgang (01, 02, 03) nach Jeder zweiten Umschalteinrichtung (19, 29, 39) vorgesehen ist.
9. Farbfernsehsignal-Codierer nach Anspruch 1 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedem Codierer (C1, C2, C3) ein vollständiges Farbfernsehsignal zugeführt ist.
10. Farbfernsehsignal-Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprücke 1 bis 8 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß für die Chrominanzsignale anstelle der DPCM-Codierer (24 und 34) ein im Zeitmultiplexbetrieb arbeitender DPCM-Codierer vorgesehen ist.
11. 1 . Farbfernsehsignal-Decodierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß er dem Farbfernsehsignal-Codierer entsprechend aufgebaut ist.