DE3529147A1

DE3529147A1 - Verfahren zur verminderung der ausgangsbitrate eines digitalisierten farbfernsehsignals

Info

Publication number: DE3529147A1
Application number: DE19853529147
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Hessenmueller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1985-08-14
Filing date: 1985-08-14
Publication date: 1987-02-26

Description

Anwendungsgebiet und Zweck

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Ausgangsbitrate digital codierter Farbfernsehsignale auf eine Bitrate von 68,736 Mbit/s zum Zwecke der Übertragung über Leitungswege eines digitalen Übertragungsnetzes, wobei die vom CCITT empfohlenen Digitalsignalmultiplexer uneingeschränkt verwendet werden können.

Stand der Technik

In der CCIR-Empfehlung 601 für den Studiostandard werden die Abtastfrequenzen des Videosignals auf 13,5 MHz für die Leuchtdichte (Y-Signal) und 6,75 MHz für die Farbdifferenzsignale (U- und V-Signale) als ganzzahlige Vielfache der Zeilenfrequenz festgelegt. Die Anzahl der aktiven Bildpunkte je Zeile beträgt 720 für Y und je 360 für U und V (vertikale Austastlücke nicht berücksichtigt). Bei Codierung jedes Y-, U- bzw. V-Bildpunkts in 8 bit ergibt sich eine Bitrate von 180 Mbit/s. In der Nachrichtentechnischen Zeitschrift Nr. 3 (1985) S. 143 wird gezeigt, daß durch Reduktion der Bitrate im Verhältnis 4 : 3 135 Mbit/s erreicht werden, die in der 4. Stufe der digitalen Übertragungshierarchie übertragen werden können. Im NTZ-Archiv Nr. 4 (1982) S. 105 wird beschrieben, daß auch eine Nachrichtenreduktion durch Quellencodierung auf 68,75 Mbit/s möglich ist. Die realisierte, funktionsfähige Gerätetechnik dazu wird in der Zeitschrift "Der Fernmeldeingenieur" Nr. 3 (1984) S. 19 bis 22 beschrieben.

Aus dem Stand der Technik ergibt sich außerdem das Bekanntsein der zeilenquentiellen Übertragung der Farbdifferenzsignale zur Verminderung der Bitrate.

Es ist weiterhin bekannt, ein von der in der CCITT-Empfehlung G. 751 empfohlenen digitalen Übertragungshierarchie mit 2,048; 8,448; 34,368 und 139,264 Mbit/s abweichendes Digitalsignal mit 68,736 Mbit/s dadurch über Einrichtungen nach der genannten Empfehlung zu übertragen, daß zwei Eingänge eines Digitalsignalmultiplexers DSMX 34/140 belegt und die Bits dieses Digitalsignals abwechselnd über die beiden belegten Kanäle übertragen werden. Ein entsprechender Vorschlag wird im CCITT-Dokument COM XVIII-No. 200-E vom Juli 1983 gemacht.

Kritik des Standes der Technik

Unterstellt man, daß ein 68,75 MHz codiertes Farbfernsehsignal eine für den Teilnehmer akzeptable Bildqualität hat, so hat man zwar gegenüber 135 Mbit/s fast die Hälfte an Informationskapazität eingespart, doch ist es nicht möglich, ohne Entwicklung spezieller Multiplexeinrichtungen, die z. B. 2 x 68,75 Mbit/s zu 139,264 Mbit/s (4. Hierarchiestufe) zusammenfassen, eine der vom CCITT empfohlenen Bitraten zur Übertragung zu benutzen. Es wären neuartige Multiplex- und Demultiplexeinrichtungen erforderlich, wie dies z. B. im CCIR-Dokument CMTT/16-E vom 03. Mai 83 vorgeschlagen wird.

Aufgabe

Die Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Codierverfahren für Farbfernsehsignale anzugeben, das eine Ausgangsbitrate liefert, die kleiner oder gleich 68,736 Mbit/s = 2 × 34,368 Mbit/s ist, so daß ggf. unter Hinzufügung einer Zusatzkapazität und unter Bildung eines entsprechenden Pulsrahmens, die Belegung zweier Eingänge eines Digitalsignalmultiplexers DSMX 34/140 möglich wird.

Lösung

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale a-e gelöst. Eine gleichberechtigte Lösung macht von den Merkmalen a und b des Patentanspruchs 1 Gebrauch, ersetzt jedoch dessen Merkmale a, d und e durch die Merkmale f, g und h, und erreicht dadurch eine einfachere Multiplexbildung und Taktableitung.

Ausgehend von der schon beschriebenen Studionorm zur Codierung von Farbfernsehsignalen wird eine Abtastfrequenzwandlung im Verhältnis 4 : 5 vorgenommen, wodurch sich für das Leuchtdichtesignal 10,8 MHz und für die Farbdifferenzsignale 5,4 MHz als Abtastfrequenzen ergeben, entsprechen 576 und 288 Bildpunkten je Zeile, Mit einer zeilensequenziellen Übertragung der Farbdifferenzsignale ergeben sich unter Überbrückung der horizontalen Austastlücke und einer Codierung jedes Abtastwertes in 5 bit, z. B. mittels DPCM, 4320 bit je Zeile und 67,5 Mbit/s als Nettobitrate des codierten Farbfernsehsignals, die durch Bildung eines aus 5728 bit bestehenden Pulsrahmens von 83,3 µs Dauer auf eine Bruttobitrate von 68,736 Mbit/s gebracht werden. Damit wird eine Übertragung in zwei Kanälen mit 34,368 Mbit/s möglich, unter der Voraussetzung, daß für diese beiden Digitalsignalverbindungen zu jeder Zeit die gleiche Leitungsführung existiert.

Um eine einfachere Multiplexbildung der derart codierten Fernsehsignale mit anderen Digitalsignalen z. B. auf der Teilnehmeranschlußleitung, und auch eine einfachere Taktableitung in der Teilnehmerendeinrichtung zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Anzahl der Bits je Zeile durch Einfügung von 22 Zusatzbits je Zeile, die beliebig nutzbar sind, auf 4342 erhöht wird, wodurch sich die durch eine höhere Potenz von 2, nämlich 2⁸, teilbare Nettobitrate 68 Mbit/s ergibt, die durch Bildung eines aus 4296 bit bestehenden Pulsrahmens von 62,5 µs Dauer auf die gewünschte Bruttobitrate von 68,736 Mbit/s gebracht wird.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß zur Übertragung von digital codierten Farbfernsehsignalen mit den nicht hierarchischen Nettobitraten 67,5 bzw. 68 Mbit/s im digitalen Nachrichtennetz keine zusätzlichen Digitalsignalmultiplex- und Demultiplexeinrichtungen erforderlich sind, sondern die Benutzung der genormten digitalen Übertragungshierarchie möglich ist, wenn nur durch eine relativ einfache Einrichtung die Signale mit den genannten Nettobitraten durch Bildung entsprechender Pulsrahmen auf die Bruttobitrate von 68,736 Mbit/s gebracht werden.

Die Pulsrahmenstrukturen erlauben eine 8-bit-parallele Signalverarbeitung, wodurch zunächst z. B. in CMOS-Technik verarbeitet werden kann und erst am Ende des Prozesses durch Parallel- Serien-Wandlung die Übertragungsgeschwindigkeit von 68,736 Mbit/s erreicht wird.

Die Nettobitrate von 68 Mbit/s hat gegenüber 67,5 Mbit/s den Vorteil, daß aus der zugehörigen Taktfrequenz durch einfache Teilung neben der Zeilenfrequenz von 15,625 kHz auch 32 kHz abgeleitet werden können.

Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele

Anhand der Fig. 1 und 2 sollen zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt das sendeseitige Blockschaltbild zur Übertragung digital codierter Farbfernsehsignale nach der Erfindung. Die analogen TV-Signale werden in einem Codierer C beispielsweise nach folgendem Schema codiert:
Abtastfrequenz Leuchtdichte Y  10,8 MHz
Abtastfrequenz Farbdifferenzsignale U, V  5,4 MHz
Bildpunkte Leuchtdichte  576 je Zeile
Bildpunkte Farbart  288 je Zeile
Codierung (z. B. DPCM)  5 bit je Bildpunkt
Anzahl der Bits je Zeile  4320
Bitrate  67,5 Mbit/s
Die Farbdifferenzsignale werden zeilensequentiell übertragen; die horizontale Austastlücke wird vollkommen mit zur Übertragung verwendet.

Eine Variante des Codierverfahrens enthält 4342 bit je Zeile, wobei in die horizontale Austastlücke jeweils 22 bit eingefügt werden, wodurch sich die für die Multiplexbildung u. U. leichter handhabbare Ausgangsbitrate von 68 Mbit/s ergibt.

Die Bitströme mit den Nettobitraten von 67,5 bzw. 68 Mbit/s gelangen in eine Umsetzeinrichtung U, wo unter Hinzufügen von 1,236 bzw. 0,736 Mbit/s eine Pulsrahmenbildung durchgeführt wird derart, daß in beiden Fällen eine Ausgangsbitrate von 68,736 Mbit/s entsteht. Die zugehörige Bitfolge wird über die Ausgänge A und B abwechselnd an zwei Eingänge eines igital ignal ultipleers DSMX 34/140 (nach CCITT- Empfehlung G. 751) gelegt.

Dabei muß sichergestellt sein, daß die beiden Leitungen (A→1 und B→2) zwischen der Umsetzeinrichtung U und dem DSMX 34/140, die auch eine größere Länge haben können, bezüglich ihrer Laufzeit identisch sind.

Die für die Nettobitraten 67,5 und 68 Mbit/s gebildeten Pulsrahmen sind in Fig. 2a und 2b dargestellt. Die Rahmen beginnen mit 103 bzw. 46 Zusatzbits, die der Synchronisierung bzw. Signalisierung dienen. Die Hauptteile der Rahmen werden von 5625 bzw. 4250 Nutzbits, die das codierte Farbfernsehsignal beinhalten, belegt. Die Belegung der Nutzbits kann bitfolgeunabhängig bezogen auf den Pulsrahmen des Farbfernsehsignals erfolgen. Die Rahmendauer beträgt 83,3 µs in Fig. 1a bzw. 62,5 µs in Fig. 2b.

Claims

1. Verfahren zur Verminderung der Ausgangsbitrate eines nach der CCIR-Empfehlung 601 mit einer Abtastfrequenz von 13,5 MHz für das Helligkeitssignal und 6,5 MHz für die Farbdifferenzsignale digitalisierten Farbfernsehsignals auf eine mit der PCM-Hierarchie durch Verdoppelung kompatible Ausgangsbitrate von 68 736 Mbit/s durch vorangehende Abtastfrequenzwandlung, Quellencodierung, zeilenquentielle Übertragung der Farbdifferenzsignale und wenigstens überwiegende Ausnutzung der horizontalen Austastlücke für die Bildinformation, dadurch gekennzeichnet, daß
a) zunächst eine Abtastfrequenzwandlung im Verhältnis 4 : 5 für die Helligkeits- bzw. Farbdifferenzsignale auf 10,8 bzw. 5,4 MHz mit 576 bzw. 288 Bildpunkten pro Zeile durchgeführt wird,
b) eine 5-bit-Quellencodierung jedes Abtastwertes (z. B. DPCM) vorgenommen wird,
c) die horizontale Austastlücke vollkommen für die Bildinformation ausgenutzt wird,
d) sodaß sich 4320 bit pro Zeile und 67,5 Mbit/s als Nettobitrate ergeben,
e) die durch Bildung eines aus 5728 bit bestehenden Pulsrahmens von 83,3 µsec. Dauer auf die gewünschte Nettobitrate von 68.736 Mbit/s gebracht wird (Fig. 1 und 2).

2. Verfahren nach den Merkmalen a und b des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß
f) in die horizontale Austastlücke neben der Bildinformation 22 beliebig nutzbare Zusatzbit eingefügt werden,
g) sodaß sich 4342 bit je Zeile mit einer durch 2⁸ teilbaren Nettobitrate von 68 Mbit/s ergeben,
h) die durch Bildung eines aus 4296 bit bestehenden Pulsrahmens von 62,5 µ/s Dauer auf die gewünschte Bruttobitrate von 68.736 Mbit/s gebacht wird.