DE3586512T2

DE3586512T2 - Raumzeitliche signalverarbeitung mit frequenzverkammung eines fernsehsignals.

Info

Publication number: DE3586512T2
Application number: DE19853586512
Authority: DE
Inventors: Curtis Raymond Carlson; Glenn Arthur Reitmeier; Christopher Hugh Strolle
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-05-29
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2005-05-29
Also published as: EP0163512B1; EP0163512A2; JPS60261269A; EP0489713A3; EP0489713A2; EP0163512A3; DE3586512D1; JP2528631B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verkämmung der raumzeitlichen Frequenzen eines Videosignals.
Ein wünschenswertes Ziel hochauflösenden Fernsehens ist ein Bild, das schärfer und gefälliger ist, als es mit den zur Zeit allgemein gebräuchlichen Rundfunksende- und Fernsehempfangseinrichtungen geliefert wird. Einige der Merkmale, die für ein hochauflösendes Fernsehsystem vorgeschlagen werden, sind folgende: Erhöhung der Zeilenfrequenz über das herkömmliche Maß von 525 oder 625 Zeilen pro Vollbild auf z. B. 1050 oder 1250 Zeilen pro Vollbild; Vergrößerung des Bildseitenverhältnisses vom üblichen Wert 4:3 auf einen Wert von z. B. 5:3, und Erhöhung der effektiven Auflösung des Bildes.
Ein hochauflösendes Fernsehsystem, das die meisten oder alle dieser Merkmale zu realisieren versucht, erforderte bisher entweder eine wesentliche Erhöhung der Bandbreite des Übertragungskanals oder einen beträchtlichen Kompromiß in den Vorgaben für eine oder mehrere der vorstehend genannten Merkmale. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Methoden der Raumzeitfrequenz-Verkämmung angewandt, um das Raumzeitfrequenzspektrum des Bildes in einer solchen Weise umzuordnen, daß die Anforderung an die Kanalbandbreite für die Übertragung des Bildes reduziert wird, ohne den gewünschten Informationsinhalt des Bildes wesentlich zu vermindern.
Das Konzept der Raumzeitfrequenz-Verkämmung beinhaltet, daß räumlich und/oder zeitlich hochfrequente Information eines Bildes abgetrennt wird und daß diese Information einem raumzeitlichen Träger aufmoduliert wird, der die hochfrequente Information mit der niedrigfrequenten Information des Basisbandspektrums verkämmt. Ein Vorteil der Verkämmung hochfrequenter Information besteht darin, daß Artefakte, die durch die Verkämmung eingeführt werden, im allgemeinen nicht störend sind, weil das Auge für Verzerrungen mit hohen Raumfrequenzen relativ unempfindlich ist.
Wenn das Signalverarbeitungssystem für hochauflösendes Fernsehen mit Abtastprobenentnahme arbeitet, dann werden durch den Abtastvorgang naturgemäß hochfrequente Träger eingeführt, die im Spektrum als wiederholte Zentren erscheinen. Als eine Besonderheit der Erfindung besteht große Flexibilität bei der Wahl der Träger oder Wiederholungszentren an bestimmten Punkten des Raumzeitfrequenz- Volumens. Die Anwendung von Raumzeitträger-Erzeugung hat den Effekt, daß das Spektrum des Bildes umgestaltet wird, indem ein Teil des Basisbandspektrums an einen anderen Ort des Raumzeitfrequenz-Volumens übertragen wird (siehe z. B. "Frequenz", Band 27, Nr. 11/12, Nov./Dez. 1983, Seiten 288- 299, Berlin; H. Sauerburger u. a.: "Verarbeitung und digitale Codierung von HDTV-Signalen").
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Videosignal entwickelt, das ein Bild enthält, zu dem ein Raumzeitfrequenz-Spektrum mit mindestens zwei Dimensionen gehört. Es wird ein moduliertes Signal erzeugt, welches die Modulation eines Raumzeitträgers durch das im Videosignal enthaltene Bild darstellt, um Wiederholungsspektren mindestens eines Abschnittes des Bildspektrums zu erzeugen. Die Trägermodulation ist dazu angelegt, ein Wiederholungsspektrum benachbart zum Bildspektrum so zu positionieren, daß ein Abschnitt des benachbarten Wiederholungsspektrums an einem komplementären Ort neben dem Bildspektrum verkämmt ist. Das Videosignal wird vor der Erzeugung des modulierten Signals gefiltert, um diejenigen Spektralinhalte des Bildes zu entfernen, die an dem komplementären Ort neben demjenigen Teil des Bildspektrums liegen, der übertragen werden soll. Wenn also z. B. das Bildspektrum eine zeitliche Dimension enthält, werden Artefakte vermieden, die durch Bewegungen in der Szene entstehen könnten aufgrund der Wechselwirkung zwischen den frequenzverkämmten Abschnitten und dem zeitlichen Inhalt des Originalbildspektrums.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird zur Rekonstruktion des Raumzeitspektrums des frequenzverkämmten Videosignals ein erstes Signal erzeugt, das eine Modulation eines Raumzeitträgers mit dem Raumzeitfrequenz-Spektrum des frequenzverkämmten Signals darstellt und den entfernten Abschnitt des Bildspektrums wiederhergestellt an seinem ursprünglichen Ort enthält. Das erste Signal wird gefiltert, um aus seinem Spektrum unerwünschte Teile der Wiederholungsspektren zu entfernen. Aus dem gefilterten Signal wird ein zweites Signal entwickelt, welches das rekonstruierte Bildspektrum enthält.
Wie noch beschrieben werden wird, besteht die Neigung, daß bei der Trägermodulation eine Aliasstörung bei voller Stärke eingeführt wird, die zur Folge haben könnte, daß unerwünschte Artefakte gemeinsam mit der Bildinformation wiedergegeben werden. Diese Effekte können wesentlich reduziert werden, indem man den verkämmten Spektralabschnitt mit verminderter Amplitude gegenüber einem restlichen Spektralabschnitt des übertragenen Bildsignals überträgt. Im Empfänger wird ein komplementärer Prozeß durchgeführt, der eine Modulation eines Raumzeitträgers mit dem raumzeitfrequenzverkämmten Videosignal darstellt. Der verkämmte Abschnitt wird auf seine ursprüngliche Position im Bildspektrum wiederhergestellt, während gleichzeitig seine Amplitude erhöht wird.
Wenn ein Signalverarbeitungssystem für hochauflösendes Fernsehen mit Abtastprobenentnahme arbeitet, werden durch den Abtastvorgang naturgemäß hochfrequente Träger in Form sich wiederholender Zentren im Spektrum eingeführt. Wenn Analogverarbeitungsschaltungen verwendet werden, können räumliche Wiederholungsspektren eingeführt werden, z. B. durch Modulation einer passend gewählten Trägerwelle mit dem Videosignal.
Große Flexibilität besteht bei der Wahl der Raumzeitträger, welche die Wiederholungszentren an bestimmten Punkten im Raumzeitfrequenz-Volumen erzeugen. Die Anwendung der Raumzeitträger-Erzeugung hat den Effekt, daß das Spektrum des Bildes umgestaltet wird, indem ein Teil des Basisbandspektrums an einem anderen Ort des Raumzeitfrequenz- Volumens übertragen wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Basisband-Raumzeitfrequenzspektrum des Videosignals so gestaltet, daß rechteckige Abschnitte des Spektrums verkämmt werden können. Das verwendete Basisband- Frequenzspektrum kann z. B. ein kreuzförmiger Bereich sein. Ein solches Spektrum ist in der Lage, bessere Horizontal- und Vertikalauflösung auf Kosten der Diagonalauflösung zu bringen. Diese Art von Kompromiß kann zu einem gefälligeren Bild führen, wenn man die Physiologie des Auges und die Wahrnehmung von Bildern durch das visuelle System in Rechnung zieht. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn man aus dem Basisband-Videospektrum zum Zwecke der Frequenzverkämmung einen spektralen Abschnitt derartiger Form und Orientierung herauszieht, daß man die Seiten des Abschnittes parallel zur horizontalen und vertikalen Richtung orientieren kann.
Im allgemeinen wird durch Techniken der Raumzeitfrequenz- Verkämmung ein Stück Rauminformation, z. B. in den hohen Horizontalfrequenzen enthaltene Information, an die Stelle eines anderen Stückes an Information gesetzt, z. B. an die Stelle von Information, die in Diagonalfrequenzen enthalten ist, wobei es sich in beiden Fällen um relativ hochfrequente räumliche Information handelt. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfolgt die Übertragung verschiedener Teile der räumlichen Information wie z. B. diagonale und hochfrequente horizontale Information an den Empfänger vorteilhafterweise dadurch, daß die Informationsteile abwechselnd bzw. im Zeitmultiplex mit einer gegebenen Rate wie etwa der Vollbildfrequenz übertragen werden. Somit wird das Videosignal Bildes, das Diagonalfrequenz-Information enthält, in einem Vollbild übertragen, während das Videosignal eines Bildes, das hochfrequente Horizontalinformation enthält, in dem damit abwechselnden Vollbild übertragen wird. Unter der Annahme einer Vollbildfrequenz von 30 Hertz sind die in ein solches Übertragungssystem eingefügten sichtbaren Artefakte ein mit der halben Vollbildfrequenz von 15 Hertz auftretendes Flimmern.
In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4A bis 4D Raumfrequenzspektren an verschiedenen Punkten des Frequenzverkämmungsvorgangs;
Fig. 5 einen die Erfindung verkörpernden Codierer von Raumzeitfrequenz-Verkämmung;
Fig. 6 einen die Erfindung verkörpernden Decoder für Raumzeitfrequenz -Verkämmung;
Fig. 7 eine besondere Ausführungsform des horizontalen Tiefpaßfilters der Fig. 5;
Fig. 8 eine raumbezogene Schachbrett-Schalteinrichtung, geeignet zur Erläuterung der Analogie zwischen der Abtastung eines Signals und der Modulation eines Trägers durch ein Signal, und
Fig. 9A einen mit Signal modulierten Träger und Abtastpunkte daran.
Fig. 9B zeigt das Frequenzspektrum des signalmodulierten Trägers der Fig. 9A;
Fig. 10A zeigt einen signalmodulierten Träger mit Abtastpunkten daran, wobei jeder zweite Abtastwert des signalmodulierten Trägers eine verminderte Amplitude gemäß einem Aspekt der Erfindung hat;
Fig. 10b zeigt das Frequenzspektrum des signalmodulierten Trägers der Fig. 10A;
Fig. 11 zeigt einen die Erfindung verkörpernden Raumzeitfrequenz-Verkämmungscodierer, bei dem der verkämmte Abschnitt reduzierte Amplitude hat;
Fig. 12 zeigt einen die Erfindung verkörpernden Raumzeitfrequenz-Verkämmungsdecoder, bei dem der frequenzverkämmte Abschnitt an seine ursprüngliche Position im Bildspektrum wiederhergestellt wird, während gleichzeitig dessen Amplitude vermindert wird.
Fig. 13 zeigt eine besondere Ausführungsform des Interpolators der Fig. 11;
Fig. 14A-14D und 15 zeigen Raumfrequenzspektren an verschiedenen Punkten der Frequenzverkämmung- und Rekonstruktionsprozesse gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung;
Fig. 16 zeigt einen Raumzeitfrequenz-Verkämmungscodierer für diesen letztgenannten Aspekt der Erfindung;
Fig. 17 zeigt einen Decoder für ein raumzeitfrequenzverkämmtes Videosignal, wie es vom Codierer der Fig. 16 geliefert wird;
Fig. 18 zeigt einen Zeitmultiplex-Codierer zur Raumzeitfrequenz-Verkämmung für einen anderen Aspekt der Erfindung;
Fig. 19-21 zeigen einzelne Decoder für Raumzeitfrequenz-Verkämmung im Zeitmultiplex, und
Fig. 22-24 zeigen Raumfrequenzspektren an verschiedenen Punkten der Frequenzverkämmungs- und Rekonstruktionsprozesse des Codierers und der Decoder der Fig. 18-21.
Nur zur Veranschaulichung sei angenommen, daß es erwünscht ist, das übertragene Raumfrequenzspektrum der Leuchtdichte eines Bildes so umzugestalten, daß es den Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems besser angepaßt ist. Nur zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung sei angenommen, daß das originale Basisband-Raumfrequenzspektrum, fx über fy, eines Videosignals rechteckig ist, wie es in der Fig. 1A durch das Rechteck 22 gezeigt ist, wobei fx in Perioden pro Bildbreite und fy in Perioden pro Bildhöhe gemessen wird.
Einer der Faktoren, welche die übertragene maximale räumliche Auflösung in Horizontalrichtung bestimmen, ist die Bandbreite des zur Beförderung des Videosignals ausersehenen Kanals. Die Kanalbandbreite ist daher ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der maximalen horizontalen Raumfrequenz fmx des übertragenen Bildes. Die vertikale Auflösung, gemessen durch die maximale vertikale Raumfrequenz fmy, ist abhängig von der Anzahl der pro Vollbild abgetasteten Zeilen. In einem herkömmlichen Übertragungssystem wird also nur das vom Rechteck 21 der Fig. 1B umgrenzte Raumfrequenzspektrum übertragen.
Versuche haben jedoch gezeigt, daß das menschliche Sehvermögen für Raumfrequenzen auf einen Bereich innerhalb einer rautenförmigen Fläche begrenzt ist, wie es durch das Raumfrequenzspektrum 23 in Fig. 1A angedeutet ist. Der rautenförmige Bereich 23 der Fig. 1A hat die gleiche Nyquist-Fläche wie der rechteckige Bereich 21 der Fig. 1B. Daher läßt sich eine Qualitätsverbesserung des wiedergegebenen Bildes realisieren, indem man die im Frequenzspektrum der Fig. 1B verfügbare diagonale Auflösung vermindert, im Austausch gegen eine Erhöhung entweder der vertikalen oder der horizontalen Auflösung. In der Fig. 1A geht die erhöhte Auflösung in der horizontalen Richtung. Die horizontalen Raumfrequenzen im rautenförmigen Spektrum 23 der Fig. 1A reichen weiter bis zu einer Frequenz 2fmx, dem Doppelten der maximalen Raumfrequenz in der horizontalen Richtung des Spektrums der Fig. 1B.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann mit Hilfe von Raumfrequenzverkämmung ein Signal mit einem Spektrum ähnlich demjenigen der Fläche 23 der Fig. 1A durch denselben schmalbandigen Übertragungskanal gesendet werden, wie er für die Übertragung eines Signals mit einem Spektrum ähnlich demjenigen der Fig. 1B verwendet wird.
Bevor die Frequenzverkämmung in Angriff genommen wird, um die Übertragung eines Bildes mit einer horizontalen Auflösung von 2fmx zu erlauben, wird das Signal diagonal gefiltert, um das Raumfrequenzspektrum des Signals aus dem Spektrum des gestrichelt gezeichneten Rechtecks 22 in das Spektrum der rautenförmigen Fläche 23 zu ändern. Um die Hardware zu vereinfachen, kann die Filterung digital erfolgen. Zuerst wird das Bild in der horizontalen Richtung abgetastet, entsprechend dem orthogonalen Abtastpunktgitter des x-y-Bildraumes der Fig. 2A, wo die Abtastpunkte durch fette Punkte dargestellt sind. Entsprechend dem Nyquist- Theorem wird, um die originale 2fmx-Auflösung in der horizontalen Richtung zu bewahren, das Bild in der Horizontalrichtung mit dem Doppelten der maximalen, im Bild erscheinenden horizontalen Raumfrequenz abgetastet. Wenn also Nx die Anzahl von Abtastungen pro Bildbreite darstellt, dann wird das Nyquist-Kriterium erfüllt, wenn Nx =1/(4fmx) ist. Die Periode R&sub1; zwischen Horizontalabtastungen des orthogonalen Abtastgitters der Fig. 2A ist R&sub1;= 1/Nx = 1/(4fmx). Die Periode R&sub2; zwischen Vertikalabtastwerten der Fig. 2A ist R&sub2;= 1/Ny = 1/(fmy), wobei der Wert von Ny gleich der Anzahl von Zeilen pro Bildhöhe ist.
Durch den zweidimensionalen orthogonalen Abtastvorgang, wie er schematisch durch das Abtastpunktgitter der Fig. 2A dargestellt ist, entsteht eine Vielzahl rechteckiger Wiederholungsspektren 22r in der Raumfrequenzebene, wie es in Fig. 2B gezeigt ist. Die Wiederholungsspektren 22r haben Wiederholungszentren C, die ein orthogonales Gitter bilden und in der Horizontalrichtung einen Frequenzabstand von 4fmx und in der Vertikalrichtung einen Frequenzabstand von 2fmy haben. Jedes der Wiederholungsspektren 22r enthält im Idealfall im wesentlichen die gleiche Information, wie sie im Basisbandspektrum 22 enthalten ist, das sein Zentrum am Ursprung O hat.
Das abgetastete Signal wird dann einer zweidimensionalen digitalen Filterung unterworfen, um das Basisbandspektrum auf den rautenförmigen Bereich 23 zu filtern und die Wiederholungsspektren auf rautenförmige Bereiche 23r zu filtern, wie es durch alle schraffierten Flächen der Fig. 3 gezeigt ist.
Der nächste Schritt im Frequenzverkämmungsprozeß ist die geeignete Abtastung des Signals zur Erzeugung zusätzlicher Wiederholungsspektren in den leeren Bereichen, die an das Basisbandspektrum 23 der Fig. 3 angrenzen. Durch Wahl einer Schachbrett-Unterabtastung kann man zusätzliche Wiederholungsspektren in einer komplementären und nichtüberlappenden Weise bezüglich des existierenden rautenförmigen Basisband-Spektrums 23 und der rautenförmigen Wiederholungsspektren 23r der Fig. 3 anordnen. Eine Art der Schachbrett-Abtastung ist das Schachbrett-Teilbildabtastverfahren, wie es durch das Abtastpunktgitter der Fig. 4A gezeigt ist. Es kann auch eine andersartige Schachbrett-Unterabtastung, wie etwa Zeilen- und Vollbild- Schachbrett-Unterabtastung angewandt werden.
Bei der Teilbild-Schachbrett-Unterabtastung wird auf einer zeilenverkämmten Basis jedes zweite Exemplar der ursprünglichen Pixels fallengelassen. Das resultierende Abtastpunktgitter ist in der Fig. 4A gezeigt und bildet ein nicht-orthogonales Schachbrett- oder Fünferwurf-Muster. Die Teilbild-Schachbrett-Unterabtastung kann erreicht werden durch Unterabtastung von im Zeilensprung verschachtelten Videozeilen mit der Hälfte der ursprünglichen Horizontalabtastrate und durch zusätzliche Änderung der Phase des Abtasttaktes von Teilbild zu Teilbild, wie es später im Verlauf der Beschreibung von Hardware-Ausführungen erläutert wird.
In der Fig. 4B ist dargestellt, wie sich die Teilbild- Schachbrett-Unterabtastung in der Frequenzebene auswirkt. Es werden zusätzliche Wiederholungsspektren 23r mit Wiederholungszentren C' eingefügt, so daß der Ursprung O oder irgendeines der Wiederholungszentren C oder C' gemeinsam mit den vier jeweils benachbarten Wiederholungszentren ein Muster wie die Fünf auf einem Würfel bilden. Die Form der zusätzlichen Wiederholungsspektren 23r ist genau gleich der Form des Basisbandspektrums 23. Das Wiederholungszentrum C' hat von einem anderen Wiederholungszentrum C' einen Abstand, der 4fmx in der Horizontalrichtung und 2fmy in der Vertikalrichtung beträgt.
Die Fig. 4C zeigt aus dem Frequenzraum der Fig. 4B einen Teil, der nur diejenigen Wiederholungsspektren 23r enthält, die dem Basisbandspektrum 23 benachbart sind und um Wiederholungszentren C' zentriert sind. In der Fig. 4C kann man das Basisband-Frequenzspektrum 23 in vier Abschnitte 1, 2, 3, 4 unterteilen. Entsprechende Abschnitte, die identischen Bild- und Raumfrequenzinhalt haben, jedoch um ein Wiederholungszentrum C' zentriert liegen, sind als Abschnitte 1', 2', 3', 4' bezeichnet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Signal nach Durchführung der Unterabtastung nachgefiltert, um die Raumfrequenzen des Signals innerhalb der notwendigen Grenzen für die Übertragung über einen Kanal begrenzter Bandbreite zu halten. Es sei z. B. angenommen, daß es aus verschiedenen Gründen einschließlich der begrenzten Kanalbandbreite wünschenswert ist, ein Signal zu übertragen, dessen Raumfrequenzen nicht höher als fmx sind. Wenn man also beispielsweise die Teilbild-Schachbrett- Unterabtastung bei einem Signal anwendet, das eine rautenförmige Basisbandfläche 23 gemäß Fig. 4B hat und demnach horizontale Raumfrequenzen bis zu einer Maximalfrequenz von ±2fmx enthält, dann wird eine Nachfilterung des schachbrettförmig-unterabgetasteten Signals durchgeführt, um den Bereich der horizontalen Raumfrequenzen auf ein Maximum von ±fmx zu begrenzen. Eine Nachfilterung braucht nicht durchgeführt zu werden, um diejenigen Wiederholungsspektren zu entfernen, deren Zentren auf der vertikalen Achse fy liegen, weil die Rasterabtastprozesse in der Kamera und im Fernsehempfänger im Sinne einer Dämpfung dieser Spektren zusammenwirken. Zur Vereinfachung sind diese Wiederholungsspektren in der Fig. 4D nicht dargestellt.
Das resultierende übertragene Raumfrequenzspektrum im Anschluß an die Nachfilterung hat die rechteckige Form des mit durchgezogenen Linien dargestellten Rechteckes 121 in Fig. 4D, mit einer Horizontalbegrenzung bei der Frequenz fmx und einer Vertikalbegrenzung bei der Frequenz fmy. Die gesamte Nyquist-Fläche, die mit dem durchgezogenen Rechteck 121 der Fig. 4D umschrieben wird, ist die gleiche wie die gesamte Nyquist-Fläche des rautenförmigen Basisband- Spektrums 23.
Wegen der Raumfrequenzverkämmung ist außerdem der Bildinhalt des ganzen Basisbandspektrums 23 ohne Verlust irgendwelcher Basisbandfrequenz-Information im rechteckförmigen Spektrum 121 der Fig. 4D bewahrt geblieben. Die Basisbandinformationen für Frequenzen jenseits fmx, die ursprünglich in den dreieckigen Abschnitten 1a, 2a, 3a und 4a des rautenförmigen Basisbandspektrums 23 der Fig. 4D lagen, sind umgesetzt worden in die Ecken des rechteckigen Frequenzspektrums 121, als die entsprechenden dreieckigen Abschnitte 1a', 2a', 3a' und 4a' der den vier benachbarten Zentren C' zugeordneten Wiederholungsspektren.
In der Fig. 4D sind die Frequenzabschnitte 1a, 2a, 3a, 4a des Basisbandspektrums 23 entfernt worden infolge der Begrenzung auf die niedrige Grenzfrequenz fmx, die durch Nachfilterung des schachbrettförmig unterabgetasteten Signals eingeführt worden ist. Dafür sind aber als Folge der Schachbrett-Unterabtastung komplementäre Abschnitte 1a', 2a', 3a', 4a' jeweils benachbarter Wiederholungsspektren eingesetzt bzw. mit den restlichen Abschnitten 1b, 2b, 3b, 4b des Basisbandspektrums 23 verkämmt worden.
Man sieht, daß es mit der gerade beschriebenen erfindungsgemäßen Frequenzverkämmungstechnik möglich wird, Information mit Gehalt hoher Raumfrequenzen in einem Kanal begrenzter Bandbreite zu übertragen, indem das Originalspektrum so umgeordnet wird, daß die gesamte Nyquist-Fläche des übertragenen Signals aufgefüllt wird.
Im Empfänger kann aus einem Signal, das ein Raumfrequenzspektrum gemäß dem rechteckigen Spektrum 121 der Fig. 4D hat, mit Hilfe eines komplementären Schachbrett- Unterabtastprozesses das ursprüngliche Basisbandspektrum wie z. B. das rautenförmige Basisbandspektrum 23 der Fig. 1A rekonstruiert werden, wie es später noch beschrieben wird.
Die Fig. 5 zeigt einen Codierer 20, der die vorstehend beschriebene Technik der Raumzeitfrequenz-Verkämmung durchführt. In der Fig. 5 wird an einem Anschluß 19 ein im Zwei-zu-eins-Zeilensprung erscheinendes Basisband- Videosignal Vb entwickelt, beispielsweise die Leuchtdichte- Signalkomponente in einem Komponenten-Zeitmultiplex wie etwa einem herkömmlichen Analogkomponenten-Multiplex oder MAC-Format vor der Kompression. Das Basisband-Videosignal kann aus einer herkömmlichen, nicht dargestellten Kamera und Studio-Hardware genommen sein und hat ein Raumfrequenzspektrum rechteckiger Form, wie etwa das Spektrum 22 der Fig. 1A mit Horizontalfrequenzen, die bis zu einer Frequenz 2fmx reichen, und Vertikalfrequenzen, die bis fmy reichen. Wiederholungsspektren, die infolge des Rasterabtastvorgangs existieren und Wiederholungszentren auf der fy-Achse haben, sind nicht dargestellt, weil sie für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung nicht wichtig sind.
Das Basisband-Videosignal Vb wird an einen Taktgenerator 27 gelegt, der Taktsignale für den Frequenzverkämmungs- Codierer 20 erzeugt, der mit der im Basisband-Videosignal enthaltenen Synchroninformation synchronisiert wird. Der Taktgenerator 27 erzeugt ein Taktsignal V,ck mit der Teilbildfrequenz des Basisband-Videosignals und erzeugt verschiedene Abtast- und Unterabtast-Takte für die verschiedenen digitalen Abschnitte des Codierers 20.
Das Basisband-Videosignal Vb wird außerdem an einen Analog/Digital-Wandler ADC 25 gelegt, um das Signal mit einer Abtastfrequenz fs abzutasten, unter Steuerung durch ein vom Taktgenerator 27 entwickeltes Taktsignal fs,ck. Die Abtastrate fs ist so gewählt, daß im Abtastgitter der Fig. 2A Abtastpunkte in gegenseitigem Abstand von R&sub1; erzeugt werden. Somit ist das Frequenzspektrum des digitalisierten Videosignals am Ausgang des ADC 25 das in der Fig. 2B gezeigte Spektrum mit einem rechteckigen Basisbandspektrum 22 und nachgebildeten rechteckigen Spektren 22r, die um die Wiederholungszentren C zentriert sind.
Das digitalisierte und abgetastete Videosignal wird dann einem Raum-Tiefpaßfilter 26 angelegt, welches das Basisbandspektrum 22 in die rautenförmige Basisbandfläche 23 der Fig. 3 filtert und die Wiederholungsspektren 22r in rautenförmige Wiederholungsspektren 23r filtert. Das Raum- Tiefpaßfilter 26 kann irgendeiner von mehreren herkömmlichen Digitalfilter-Typen sein, etwa ein maximal flaches Filter N-ter Ordnung. Je höher die Filterordnung ist, desto schärfer ist die Dämpfungsflanke des Filters. Jedoch ist die notwendige Hardware zur Realisierung des Filters umso komplizierter, je höher die Ordnung des Filters ist. Andererseits können scharf begrenzende Raumfilter gegenständlich unerwünschte Nebenmaxima in den Bildraum der transformierten Raumfrequenz-Impulsantwortfunktionen einführen. Das Filter enthält außerdem einen Teilbildspeicher, um es ihm zu ermöglichen, benachbarte Zeilen des im Zeilensprung erscheinenden Signals zu verarbeiten. Wenn ein zeilensprungfreies Signal zu verarbeiten wäre, bräuchte das Filter keinen Speicher zur Speicherung eines ganzen Teilbildes.
Nachdem das Signal in die rautenförmigen Basisband- und Wiederholungsspektren gefiltert worden ist, wird es in seinen Raumfrequenzen umgestaltet, um hinsichtlich der Bandbreite den Erfordernissen zu genügen, die ihm durch den verwendeten Übertragungskanal auferlegt sind. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Bandbreite des Kanals, der das frequenzverkämmte Signal vom Ausgang des Codierers 20 empfängt, so begrenzt ist, daß die Übertragung horizontaler Raumfrequenzen bis zu einer Maximalfrequenz von fmx möglich ist. Dann kann eine Technik zur Teilbild- Schachbrettabtastung der vorstehend beschriebenen Art verwendet werden, um das Basisband-Frequenzspektrum 23 der Fig. 4C in ein rechteckiges Frequenzspektrum 121 der Fig. 4D umzugestalten.
Um diese Umgestaltung durchzuführen, wird das Ausgangssignal des Tiefpaß-Raumfilters 26 der Fig. 5 an einen Schalter 30 gelegt, der eine schachbrettförmige Teilbild- Schachbrett-Unterabtastung des Videosignals gemäß dem in Fig. 4A gezeigten Abtastmuster durchführt. Als Reaktion auf die Zuführung eines Taktsignals der halben Abtastfrequenz f's/2,ck läßt der Schalter 30 jeden zweiten einlaufenden Abtastwert vom Tiefpaßfilter 26 durch, und zwar in einer jeweils von Zeile zu Zeile abwechselnden Phase.
Das Signal f's/2,ck wird erzeugt, indem abwechselnd von Teilbild zu Teilbild eines von zwei vom Taktgenerator 27 entwickelten Taktsignalen +fs/2,ck und -fs/2,ck ausgewählt wird. Die beiden Taktsignale ±fs/2,ck sind zueinander um 180º gegenphasig, sie haben die halbe Frequenz des Abtasttaktsignals fs,ck des ADC 25 und sind damit synchronisiert.
Um das richtige Schalten des Schachbrettschalters 30 zu erreichen, kippt das Signal V,ck ein Flipflop 28 vom T-Typ, um von Teilbild zu Teilbild abwechselnd hohen und niedrigen Zustand am Ausgang des Flipflops zu erreichen. Der Ausgang des Flipflops 28 ist mit dem Wähleingangsanschluß S eines Multiplexers MUX 29 gekoppelt. Das Signal +fs/2,ck wird dem A-Eingang und das Signal -fs/2,ck dem B-Eingang angelegt. Der Ausgang des MUX 29 ist das taktsteuernde Signal f's/2,ck, das zur Herbeiführung des Schachbrett-Unterabtastungsbetriebs des Schalters 30 benötigt wird.
Wegen der Schachbrett-Unterabtastung ist das Spektrum der abgetasteten Videosignal-Abtastwerte Xi am Ausgang des Schalters 30 das in der Fig. 4B gezeigte, das ein rautenförmiges Basisbandspektrum 23 gemeinsam mit Wiederholungsspektren 23r aufweist, die nicht nur um Wiederholungszentren C', sondern auch um Wiederholungszentren C zentriert sind. Um das rechteckige Spektrum 121 der Fig. 4D mit einer verminderten horizontalen Grenzfrequenz von fmx zu erhalten, werden die Video-Abtastwerte xi an einen Interpolator 12 gelegt, der ein horizontales Tiefpaßfilter 50a enthält. Das Filter 50a erzeugt interpolierte Unterabtastwerte x'i mit der Frequenz fs/2. An einer passenden Anzapfung am Filter 50a werden die unverarbeiteten Video- Abtastwerte xi aus dem Filter herausgezogen.
Die Abtastwerte xi werden an den A-Eingang eines Multiplexers MUX 32 des Interpolators 12 gelegt. An den B-Eingang werden interpolierte Abtastwerte x'i gelegt. Abhängig von einem Wähltaktsignal f's,ck, das einem Wählanschluß S angelegt wird, wird der A- oder der B-Eingang des MUX 32 herausgetaktet. Das Signal f's,ck wird in einem Verdopplerabschnitt 31 durch Frequenzverdoppelung aus dem Signal f's/2,ck abgeleitet. Die Verwendung des Taktsignals f's,ck bewahrt die zeilenweise Phasenalternierung, die von dem Schachbrett-Unterabtastungsvorgang benötigt wird.
Die am Ausgang des MUX 32 entwickelten Video-Abtastwerte x''i haben das frequenzverkämmte Basisbandspektrum des in Fig. 4D gezeigten rechteckigen Basisbandspektrums 121. Alle Bildinformation der Abtastwerte des Originalsignals, die am Ausgang des Raum-Tiefpaßfilters 26 abgeleitet werden, ist im frequenzverkämmten Spektralsignal der Abtastwerte x''i enthalten, jedoch in einer umgeordneten Weise, die den Schmalband-Übertragungserfordernissen Rechnung trägt.
Die digitalen Video-Abtastwerte x''i werden an einen Digital/Analog-Wandler DAC 33 gelegt, um ein analoges Videosignal zu erzeugen, welches das rechteckige Basisbandspektrum 121 der Fig. 4B hat. Dieses Signal wird dann durch ein Kanal-Tiefpaßfilter 34 gesendet, um das frequenzverkämmte Basisband-Videosignal Vfi zu entwickeln, bevor es an die Sendestufe gegeben wird, um über Rundfunk, Kabel oder andere geeignete Übertragungsmedien gesendet zu werden. Das Kanal-Tiefpaßfilter 34 hat eine horizontale Raum-Grenzfrequenz von fmx für die Anpassung an die Bandbreitengrenzen des Senders. Das Filter kann ein gesondertes Filter sein, oder schematisch die Gesamtfilterwirkung des gewählten Übertragungskanals begrenzter Bandbreite darstellen. Nicht gezeigt in der Fig. 5 oder in den späteren Figuren, die andere Formen des Codierers zeigen, sind die zusätzlichen, herkömmlichen Stufen der MAC- Verarbeitung, bei welcher das Leuchtdichtesignal komprimiert und mit dem komprimierten Farbartsignal, dem Referenzburst oder einem anderen Zeitbezugsignal kombiniert wird, sowie der pulscodemodulierte Teil, um ein Signal im MAC-Format zu erhalten.
Die Fig. 7 zeigt den Interpolator 12 der Fig. 5 einschließlicher einer detaillierten Ausführungsform des Horizontal-Tiefpaßfilters 50a. Eine dreistufige Verzögerungsleitung weist Verzögerungselemente 61, 62 und 63 auf. Jedes der Verzögerungselemente wird mit dem Signal f's/2,ck taktgesteuert. Der Schachbrett-Abtastwert xi wird an das erste Verzögerungselement 61 und an einen Eingang eines Addierers 66 gelegt. Der Ausgang des dritten Verzögerungselementes 63 wird dem anderen Eingang des Addierers 66 angelegt. Der Ausgang des Addierers 66 wird mittels eines Koeffizientenmultiplizierers 67, der einen Gewichtskoeffizientenwert von a&sub2; hat, gewichtet. Der Ausgang des Koeffizientenmultiplizierers 67 ist mit einem Eingang eines Summierers 68 gekoppelt. Der Ausgang des Verzögerungselementes 62 wird einem Eingang eines Addierers 64 angelegt, und der Ausgang des Verzögerungselementes 61 wird dem anderen Eingang des Addierers angelegt. Der Ausgang des Addierers 64 wird einem Koeffizientenmultiplizierer 65 angelegt, der einen Gewichtskoeffizientenwert von a&sub1; hat. Der Ausgang des Koeffizientenmultiplizierers 65 wird dem anderen Eingang des Addierers 68 angelegt.
Der Ausgang des Addierers 68 ist der interpolierte Abtastwerte x'i, der dem B-Eingang des MUX 32 angelegt wird. Der Ausgang der Verzögerungsstufe 61 ist der unbehandelte Abtastwert xi, der dem A-Eingang des Multiplexers 32 angelegt wird. Der ausgangsseitige Abtastwerte x'i des Multiplexers 32 besteht aus abwechselnden realen und interpolierten Abtastwerten. Das Filter 50a liefert somit einen interpolierten Abtastwert x'i, der eine Interpolation der beiden vorangehenden und nachfolgenden Abtastwerten xi darstellt.
Die Fig. 6 zeigt einen Decoder 40 im Fernsehempfänger, der das rautenförmige Basisbandspektrum 23 der Fig. 1A aus dem frequenzverkämmten Basisband-Videosignal Vfi rekonstruiert, das vom frequenzverkämmenden Codierer 20 der Fig. 5 erzeugt wird. Nachdem das übertragene Videosignal vom Fernsehempfänger empfangen und von den eingangsseitigen Stufen, etwa dem Tuner und den ZF-Stufen im angenommenen Fall einer Übertragung durch einen HF-modulierten Rundfunkträger, verarbeitet worden ist und in einem MAC- Prozessor demultiplexiert und dekomprimiert worden ist, wird das frequenzverkämmte Basisband-Videosignal Vfi an einem Anschluß 119 der Fig. 6 entwickelt. Teile, die in den Fig. 5 und 6 gleich bezeichnet sind, arbeiten in gleichartiger Weise oder stellen gleichartige Größen dar.
Als erster Schritt bei der Rekonstruktion des rautenförmigen Basisbandspektrums wird das frequenzverkämmte Videosignal Vfi in Schachbrettform mit der halben Abtastrate fs/2 unterabgetastet, um Signal-Abtastwerte yi zu erzeugen. Aufgrund der Schachbrett-Unterabtastung hat das Frequenzspektrum der Signalabtastwerte yi die Gestalt des Frequenzspektrums der Fig. 4B. Um die Schachbrett-Unterabtastung durchzuführen und gleichzeitig das Analogsignal Vfi zu digitalisieren, empfängt ein Analog/Digital-Wandler ADC 125 das frequenzverkämmte Signal Vfi und unterabtastet es in einer schachbrettartigen Weise entsprechend dem Taktsignal f's/2,ck, das vom Multiplexer MUX 29 geliefert wird.
Das unterabgetastete Signal yi wird an einen Interpolator 13 gelegt, der ein Raum-Tiefpaßfilter 26' enthält. Die Funktion des Raum-Tiefpaßfilters 26' besteht darin, die Signalabtastwerte yi zu filtern und dadurch alle diejenigen Wiederholungsspektren 23r der Fig. 4B zu entfernen, die um die Wiederholungszentren C' herum liegen. Die Abtastwerte y'i am Ausgang des Raum-Tiefpaßfilters 26' werden auf den B-Eingang eines Multiplexers MUX 32 gekoppelt. Am Ausgang des MUX 32 werden digitale Abtastwerte y''i mit einer Rate fs entwickelt. Die digitalen Abtastwerte y''i wechseln zwischen unbehandelten Abtastwerten yi und interpolierten Abtastwerten y'i ab und enthalten das Raumfrequenzspektrum der Fig. 3.
Um die Abtastwerte y''i in ein analoges Videosignal umzuwandeln, werden sie einem Digital/Analog-Wandler 33 zugeführt, der mit dem von Teilbild zu Teilbild phasenalternierenden Signal f's,ck taktgesteuert wird. Ein Tiefpaßfilter 34 hat eine horizontale Raum-Grenzfrequenz von 2fmx, um Wiederholungsspektren zu entfernen, deren Horizontalfrequenzen höheren Betrags sind als 2fmx. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 134 liefert ein rekonstruiertes Basisband- Videosignal Vbd, welches das rautenförmige Basisbandspektrum 23 der Fig. 1A hat. Das Signal Vbd enthält außerdem Wiederholungsspektren, die in Fig. 1A nicht dargestellt sind und auf der vertikalen Achse fy liegen. Diese vertikalen Wiederholungsspektren sind für die vorliegende Beschreibung nicht wichtig, da sie durch den Rasterabtastprozeß im Fernsehempfänger gedämpft werden.
Das Filter 26 der Fig. 5 und das Filter 26' der Fig. 6 führen analoge Funktionen im frequenzverkämmenden Codierer 20 bzw. im frequenzrekonstruierenden Decoder 40 durch.
Jedes der beiden Filter nimmt seine jeweiligen Signalabtastwerte auf und verarbeitet sie zur Erzeugung von Signalabtastwerten mit rautenförmigen Spektren. Somit können die Raum-Tiefpaßfilter 26 und 26' in gleichartiger Weise konstruiert sein, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die eingangsseitige Abtastrate für das Filter 26 doppelt so hoch wie diejenige für das Filter 26' ist.
Die Anwendung von Abtastung für die Frequenzverkämmung eines hochauflösenden Fernsehsignals ist bei analoger Verarbeitung vergleichbar mit dem Aufmodulieren des Signals auf einen Träger, um die Information hoher Raumfrequenz mit der Information niedriger Raumfrequenz zu verkämmen. Es sei angenommen, daß die Schachbrett-Unterabtastung des digitalisierten Videosignals Vb der Fig. 5 so angelegt ist, daß jeder zweite digitale Abtastwert am Ausgang des Schachbrettschalters 30 auf Null gezwungen wird. Die Fig. 8 zeigt einen Teil des Systems der Fig. 5, der einen solchen Schachbrett-Schaltbetrieb durchführt und ein D-Flipflop 130 enthält. Die Fig. 9 zeigt reale Abtastwerte xi des Videosignals V'b, wobei das Signal V'b das analoge Äquivalent des digitalisierten Videosignals nach der räumlichen Tiefpaßfilterung durch das Filter 26 der Fig. 8 ist. Die Abtastwerte xj der Fig. 9 stellen abwechselnde Abtastwerte dar, die durch den Betrieb des D-Flipflops 130 der Fig. 8 auf Null gezwungen worden sind.
In der Fig. 9 läßt sich ein Trägersignal s(t) zeichnen, das Maxima und Minima entsprechend den Werten der Abtastwerte xi bzw. xj hat. Somit läßt sich aus der Fig. 9 schließen, daß der Unterabtastvorgang äquivalent ist mit einer Multiplikation des Videosignals V'b mit dem Trägersignal
s(t) = 1/2 + 1/2 cos (πfst).
Die Abtastung bzw. die äquivalente Trägermodulation neigt dazu, eine weiter unten beschriebene Aliasstörung bei voller Stärke einzubringen, die dazu führen könnte, daß unerwünschte Artefakte gemeinsam mit der Bildinformation dargestellt werden. Wie weiter oben angedeutet, können die Auswirkungen von Aliasstörungen wesentlich dadurch reduziert werden, daß man den verkämmten Spektralabschnitt mit verminderter Amplitude gegenüber einem restlichen Spektralabschnitt des gesendeten Videosignals überträgt. Im Empfänger wird ein komplementärer Prozeß durchgeführt, der eine Raumzeitträgermodulation des raumzeitfrequenzverkämmten Videosignals darstellt. Der verkämmte Abschnitt wird an seine ursprüngliche Position im Bildspektrum wiederhergestellt, während gleichzeitig seine Amplitude erhöht wird.
Um den Ursprung der Aliasstörung zu erläutern, sei bemerkt, daß das Frequenzspektrum des videomodulierten Trägersignals V'b·s(t) der Fig. 9A ähnlich dem in Fig. 9B gezeigten Spektrum ist. Das Spektrum enthält das durchgezogen gezeichnete Basisbandspektrum bis zur Frequenz fs/2 und ein gestrichelt gezeichnetes spiegelbildliches Spektrum, das z. B. eine Maximalamplitude bei der Frequenz fs/2 hat und mit wachsender Nähe zum Ursprung auf Null abfällt.
Man sieht, daß in der Fig. 9B das spiegelbildliche Spektrum die volle Amplitude wie das Basisbandspektrum hat. Um die Einführung störender Artefakte im wiedergegebenen Bild zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Amplitude des spiegelbildlichen Spektrums gegenüber dem Basisbandspektrum zu reduzieren.
Zur Reduzierung der Amplitude des spiegelbildlichen Spektrums wird das Signal V'b mit der Rate fs abgetastet, und jeder zweite Abtastwert wird auf einen Wert reduziert, der unterhalb seines Einheitswertes liegt, aber nicht Null ist. Wie in Fig. 10A gezeigt, behalten die ursprünglichen Abtastwerte xi ihre ursprünglichen Einheitswerte; die dazwischenliegenden Abtastwerte xj haben reduzierten Wert.
Der Effekt der Reduzierung des Wertes der Abtastproben xj ist äquivalent zu einer Trägermodulation des Signals V'b mit dem Signal
s'(t) = (1-c) + (c)cos (πfst),
wobei c größer als Null, aber kleiner als 1 ist. Zur Veranschaulichung ist c = 1/4 in Fig. 10A.
Das Spektrum des trägermodulierten Signals V'b·s(t) ist in der Fig. 10B dargestellt und enthält das ursprüngliche Basisbandspektrum und ein spiegelbildliches Spektrum, das gegenüber dem Basisbandspektrum in seiner Amplitude beträchtlich reduziert ist. Beim Beispiel c = 1/4 ist das spiegelbildliche Spektrum auf 1/3 der Amplitude des Basisbandspektrums reduziert, wodurch die Wahrnehmbarkeit irgendwelcher durch Aliasstörungen verursachter Artefakte vermindert ist.
Die Fig. 11 zeigt einen Codierer 20', der die vorstehend beschriebene Raumzeitfrequenz-Verkämmungstechnik durchführt und eine Stufe 330 für einen Schachbrett-Schaltbetrieb mit verminderter Trägeramplitude enthält. Teile, die in der Fig. 5 und in der Fig. 11 gleich bezeichnet sind, arbeiten in gleichartiger Weise oder stellen gleichartige Größen dar.
In Fig. 11 wird das Basisband-Videosignal Vb einem ADC 25 zugeführt, um das Signal mit der Abtastrate fs unter Steuerung durch ein Taktsignal fs,ck abzutasten, das vom Taktgenerator 27 der Fig. 11 abgeleitet wird. Die Abtastrate fs ist so gewählt, daß im Abtastgitter der Fig. 2A Abtastpunkte gebildet werden, die den Abstand R&sub1; voneinander haben. Somit ist das Raumfrequenzspektrum des digitalisierten Videosignals am Ausgang des ADC 25 das in der Fig. 2B gezeigte Spektrum mit einem rechteckigen Basisbandspektrum 22 und nachgebildeten rechteckigen Spektren 22r, die um Wiederholungszentren C zentriert sind.
Das digitalisierte und abgetastete Videosignal wird dann einem Raum-Tiefpaßfilter 26 angelegt, welches das Basisbandspektrum 22 in die rautenförmige Basisbandfläche 23 der Fig. 3 filtert und welches die Wiederholungsspektren 22r in die rautenförmigen Wiederholungsspektren 23r filtert.
Zum Erreichen der Umgestaltung des gefilterten Signals in Raumfrequenzen, die hinsichtlich der Bandbreite den Erfordernissen des benutzten Übertragungskanals genügen, wird das Ausgangssignal des Raum-Tiefpaßfilters 26 einem Schachbrettschalter 330 angelegt, der eine Schachbrett- Unterabtastung des Videosignals gemäß dem in Fig. 4A dargestellten Abtastmuster durchführt. Der Schalter 330 läßt zur Ausgangsleitung 91 unmodifiziert jedes zweite Exemplar der eingangsseitigen Abtastwerte xi durch, die vom Tiefpaßfilter 26 erhalten werden. Dieser Durchlaß erfolgt in einer von Teilbild zu Teilbild phasenalternierenden Weise als Antwort auf das Anlegen des Taktsignals f's/2,ck halber Abtastfrequenz an den Multiplexer 230 des Schalters 330.
Die Abtastwerte xi im Ausgang des Raum-Tiefpaßfilters 26 der Fig. 11 werden außerdem einem Koeffizientenmultiplizierer 71 innerhalb des Schalters 330 angelegt, die die Abtastwerte xi mit dem Koeffizienten (1-2c) multipliziert, um die Abtastwerte xj am B-Eingang des Multiplexers 230 zu entwickeln. Durch Taktsteuerung des Wähleingangsanschlusses S mit dem Taktsignal f's,ck wird ein Strom von Abtastwerten und xj in der in Fig. 10A dargestellten Form erzeugt. Wegen des Äquivalentes des amplitudenreduzierten Raumträgers mit dem amplitudenreduzierten Träger der Fig. 10A haben die Amplituden der Raumfrequenzen in den Abschnitten 1' bis 4' der nachgebildeten Spektren 23r der Fig. 4C und 4D verminderte Amplitude gegenüber den Frequenzen in den Basisbandabschnitten 1 bis 4.
Wegen der Schachbrett-Abtastung ist das Spektrum des abgetasteten Videosignals, nämlich der Abtastwerte xi, xj, am Ausgang des Schalters 330 das in der Fig. 4B gezeigte Spektrum, welches ein rautenförmiges Basisbandspektrum 23 zusammen mit Wiederholungsspektren 23r hat, die nicht nur um Wiederholungszentren C' sondern auch um Wiederholungszentren C zentriert sind. Um das rechteckige Spektrum 121 der Fig. 4D mit der niedrigeren horizontalen Grenzfrequenz fmx zu erhalten, werden die Video-Abtastwerte xi, xj einem Horizontal-Tiefpaßfilter 150a zugeführt.
Im Filter 150a werden die Abtastwerte xi, xj in einer durch das Taktsignal f's,ck taktgesteuerten Latch-Schaltung 72 gespeichert. Das Taktsignal f's,ck wird aus dem Signal f's/2,ck durch Frequenzverdoppelung wie in der Verdoppelungsstufe 31 in Fig. 5 entwickelt. Die Abtastwerte werden dann aus der Latch-Schaltung 72 heraus zu einer zweistufigen Verzögerungseinrichtung getaktet, die Verzögerungsstufen 73 und 74 aufweist. Außerdem werden die Abtastwerte am Ausgang der Latch-Schaltung 72 mit einem Koeffizientenmultiplikator 75 multipliziert und dann an einen Addierer 78 gelegt. Die am Ausgang der Verzögerungsstufe 73 entwickelten Abtastwerte werden mit einem Koeffizientenmultiplikator 76 multipliziert und dann an den Addierer 78 gelegt. Die Abtastwerte am Ausgang der Verzögerungsstufe 74 werden mit einem Koeffizientenmultiplikator 77 multipliziert und dann an den Addierer 78 gelegt. Die Abtastwerte am Ausgang des Addierers 78 werden mit einem Koeffizientenmultiplikator 79 multipliziert, um die frequenzverkämmten digitalen Abtastwerte x'i der Fig. 11 zu erzeugen. Um eine Gesamtverstärkung von Eins zwischen den Abtastwerten xi, xj und den Abtastwerten x'i zu bewahren, ist der Wert des Koeffizientenmultiplikators 79 gleich 1/(1-c).
Die am Ausgang des Filters 150a entwickelten Video- Abtastwerte x'i haben das frequenzverkämmte Basisbandspektrum des in Fig. 4D gezeigten rechteckigen Basisbandspektrums 121. Alle Bildinformation der ursprünglichen Signal- Abtastwerte, die am Ausgang des Raum-Tiefpaßfilters 26 entwickelt werden, ist im frequenzverkämmten Spektralsignal der Abtastwerte x'i enthalten, jedoch umgeordnet zur Anpassung an die Erfordernisse der schmalbandigen Übertragung.
Die digitalen Video-Abtastwerte x'i werden einem Digital/Analog-Wandler DAC 33 angelegt, um ein analoges frequenzverkämmtes Basisband-Videosignal zu erzeugen, welches das rechteckige Basisbandspektrum 121 der Fig. 4D hat. Wie in Fig. 5 wird dieses Signal dann durch ein Kanal-Tiefpaßfilter 34 gelassen, bevor es zur Senderstufe gegeben wird. Das am Ausgang des Filters 34 entwickelte frequenzverkämmte Videosignal Vfi enthält das rechteckige Basisbandspektrum 121 der Fig. 4D.
Das Konzept der relativen Amplitudenreduzierung der verkämmten Abschnitte zur Vermeidung der Einführung aliasbedingter Artefakte kann auch nutzbringend in anderen Ausführungsformen der Erfindung angewandt werden. So kann in Ausführungsformen, die analoge Verarbeitung anwenden, etwa wie sie anhand der Fig. 14-17 zu beschreiben ist, die Amplitude der verkämmten Abschnitte durch Anwendung einer amplitudenreduzierten Trägerwelle vermindert werden: dann wird am Empfänger, wo der komplementäre Trägermodulationsprozeß das ursprüngliche Bildspektrum wiederherstellt, eine Trägerwelle erhöhter Amplitude benutzt, um die Amplitude des rückverlegten Abschnittes auf ihren Originalwert wieder herzustellen.
Die Fig. 12 zeigt einen Decoder 40' im Fernsehempfänger, der das rautenförmige Basisbandspektrum der Fig. 1B aus dem frequenzverkämmten Basisband-Videosignal Vfi wiederherstellt, welches durch den frequenzverkämmenden Codierer 20' der Fig. 11 erzeugt worden ist. Nachdem das gesendete Videosignal vom Fernsehempfänger empfangen und durch die eingangsseitigen Stufen, etwa durch die Tuner- und ZF- Stufen im angenommenen Fall einer Übertragung über einen HF-modulierten Rundfunkträger, verarbeitet worden ist und in einem MAC-Prozessor demultiplexiert und dekomprimiert worden ist, wird an einem Anschluß 119 der Fig. 12 das frequenzverkämmte Basisband-Videosignal Vfi entwickelt. Teile der Fig. 11 und 12, die gleich bezeichnet sind, arbeiten in gleichartiger Weise oder stellen gleichartige Größen dar wie die gleich bezeichneten Teile in den Fig. 6 und 12.
Als erster Schritt bei der Rekonstruktion des rautenförmigen Basisbandspektrums wird das Videosignal Vfi schachbrettartig mit der halben Abtastrate fs/2 abgetastet, um Signal-Abtastwerte yi zu erzeugen. Wegen der Schachbrett- Abtastung ist das Frequenzspektrum der Signalabtastwerte yi gleich dem Frequenzspektrum der Fig. 4B. Um die Schachbrett-Abtastung durchzuführen und gleichzeitig das Analogsignal Vfi zu digitalisieren, empfängt ein Analog/Digital- Wandler ADC 125 das frequenzverkämmte Signal Vfi und unterabtastet es in einer schachbrettartigen Weise entsprechend dem Taktsignal f's/2,ck.
Das unterabgetastete Signal yi wird an einen Interpolator 13 gelegt, der an seinem Ausgang digitale Abtastwerte y''i mit einer erhöhten Rate fs erzeugt. In der Fig. 13 ist eine besondere Ausführungsform des Interpolators 13 mit einem Raum-Tiefpaßfilter 26' dargestellt. Die Funktion des Raum-Tiefpaßfilters 26' besteht darin, die Signalabtastwerte yi so zu filtern, daß alle diejenigen Wiederholungsspektren 23r der Fig. 4B, die um die Wiederholungszentren C' herum liegen, entfernt werden. Abtastwerte y'i am Ausgang des Raum-Tiefpaßfilters 26' werden auf den B- Eingang eines Multiplexers MUX 32 gekoppelt. Die unbehandelten Abtastwerte yi, die an einer passenden Anzapfung des Filters 26 erhalten werden, werden zum A-Eingang gekoppelt. Am Ausgang des MUX werden digitale Abtastwerte y''i mit einer Rate fs entwickelt. Die digitalen Abtastwerte y''i wechseln zwischen unbehandelten Abtastwerten yi und interpolierten Abtastwerten y'i ab und enthalten das Raumfrequenzspektrum der Fig. 3, welches das Basisbandspektrum 23 der Fig. 1A enthält.
Infolge der weiter oben beschriebenen Technik der Amplitudenreduzierung des modulierten Trägers haben die rekonstruierten Abschnitte 1a' bis 4a' der Fig. 1A, die in den Abtastwerten y''i enthalten sind, noch reduzierte Amplitude. Um diese Frequenzen und diese Abschnitte auf ihre ursprüngliche Amplitude zurückzubringen, werden die Abtastwerte y''i horizontal hochpaßgefiltert, mit einem Verstärkungsfaktor von (1-c)/c multipliziert und dann zurück zu den ursprünglichen Abtastwerten y''i addiert, nachdem diese Abtastwerte y''i horizontal tiefpaßgefiltert worden sind.
Wie in Fig. 12 gezeigt, werden die Abtastwerte y''i am Ausgang des Interpolators 13 auf ein Horizontal-Hochpaßfilter 86 gekoppelt, das horizontale Raumfrequenzen, die niedriger sind als fmx, entfernt. Das Basisbandspektrum des Ausgangs des Hochpaßfilters 86 enthält nur Abschnitte 1a' bis 4a'. Die ausgangsseitigen Abtastwerte des Hochpaßfilters 86 werden auf einen Koeffizientenmultiplizierer 81 gekoppelt, was dazu führt, daß die Abschnitte 1a' bis 4a' auf ihre volle Amplitude zurückgebracht werden.
Die Abtastwerte y''i am Ausgang des Interpolators 13 werden außerdem einem Horizontal-Tiefpaßfilter 83 zugeführt, das alle Raumfrequenzen entfernt, die jenseits ±fmx liegen. Das Basisbandspektrum am Ausgang des Tiefpaßfilters 83 enthält nur die Abschnitte 1b bis 4b der Fig. 1A.
Die Abtastwerte an den Ausgängen des Horizontal-Tiefpaßfilters 83 und des Koeffizientenmultiplizierers 81 werden auf einen Addierer 82 gekoppelt, um die Signalproben y''i neu zu entwickeln, jedoch mit wiederhergestellter voller Amplitude der Abschnitte 1a' bis 4a' der Fig. 1A.
Um die Abtastwerte y''i in ein analoges Videosignal umzuwandeln, werden sie einem Digital/Analog-Wandler 33 zugeführt, der mit dem von Teilbild zu Teilbild phasenalternierenden Signal f's,ck taktgesteuert wird. Ein Tiefpaßfilter 134 hat eine horizontale Raum-Grenzfrequenz von 2fmx, um diejenigen Wiederholungsspektren zu entfernen, die Horizontalfrequenzen höher als 2fmx haben. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 134 liefert ein rekonstruiertes Basisband-Videosignal Vbd mit dem rautenförmigen Basisbandspektrum 23 der Fig. 1A. Das Signal Vbd enthält außerdem Wiederholungsspektren, die in Fig. 1A nicht dargestellt sind und auf der vertikalen Achse fy liegen. Diese vertikalen Wiederholungsspektren sind für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung unwichtig, da sie durch den Rasterabtastprozeß im Fernsehempfänger gedämpft werden.
Das Filter 26 der Fig. 11 und das Filter 26' der Fig. 12 führen analoge Funktionen im frequenzverkämmenden Codierer 20' bzw. im frequenzrekonstruierenden Decoder 40' durch. Jedes der beiden Filter nimmt seine jeweiligen Signalabtastwerte auf und verarbeitet sie, um Signalabtastwerte mit rautenförmigen Spektren zu erzeugen. Somit können die Raum- Tiefpaßfilter 26 und 26' gleichartig aufgebaut sein, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die eingangsseitige Abtastrate für das Filter 26 doppelt so hoch wie diejenige für das Filter 26' ist.
Wenn das Signalverarbeitungssystem für hochauflösendes Fernsehen Abtasttechniken anwendet, werden durch den Abtastvorgang naturgemäß hochfrequente Träger in Form von Wiederholungszentren im Spektrum eingeführt. Wenn analoge Verarbeitungsschaltungen verwendet werden, können räumliche Wiederholungsspektren z. B. durch das Modulieren einer geeignet ausgewählten Trägerwelle mit dem Videosignal eingeführt werden.
Es besteht große Flexibilität bei der Auswahl der Raumzeitträger, welche die Wiederholungszentren an bestimmten Punkten im Raumzeitfrequenzvolumen erzeugen. Die Anwendung der Raumzeitträger-Erzeugung hat den Effekt, daß das Spektrum des Bildes umgestaltet wird, indem ein Teil des Basisbandspektrums an eine andere Stelle im Raumzeitfrequenzvolumen verlegt wird.
Wie weiter oben angedeutet, kann das Raumzeitfrequenzspektrum des Basisbandes eines Videosignals so gestaltet werden, daß rechteckige Abschnitte des Spektrums verkämmt werden können. Das verwendete Basisband-Frequenzspektrum kann ein kreuzförmiger Bereich sein, wie er mit den kräftigen Linien in Fig. 14 gezeigt ist. Ein solches Spektrum ist in der Lage, verbesserte horizontale und vertikale Auflösung auf Kosten der diagonalen Auflösung zu bringen. Diese Art von Kompromiß kann ein gefälligeres Bild ergeben, wenn man die Physiologie des Auges und die Wahrnehmung von Bildern durch das visuelle System berücksichtigt. Außerdem ergeben sich zusätzliche Vorteile, wenn man aus dem Basisband-Videospektrum für den Zweck der Frequenzverkämmung einen spektralen Abschnitt solcher Gestalt und Orientierung extrahiert, daß es möglich wird, die Seiten des Abschnittes parallel zu den horizontalen und vertikalen Richtungen zu orientieren. Sowohl die frequenzverkämmende Codierung des Videosignals im Sender als auch auch die Decodierung des frequenzverkämmten Signals im Empfänger lassen sich auf einfache Weise erreichen durch Verwendung analoger Verarbeitungsschaltungen und einer vereinfachten Filteranordnung, die in eine Vielzahl eindimensionaler Filter trennbar ist. Der in Analogschaltung ausgeführte Codierer moduliert eine passend gewählte Trägerwelle, und der in Analogschaltung ausgeführte Decoder demoduliert das empfangene raumzeitfrequenzverkämmte Signal.
In der in Fig. 16 dargestellten Analogschaltung wird an einem Anschluß 219 eines frequenzverkämmenden Codierers 220 ein Basisband-Videosignal Vb durch herkömmliche Kamera- und Studioeinrichtungen entwickelt.
Das Videosignal Vb kann die Leuchtdichtesignalkomponente z. B. eines Komponenten-Zeitmultiplex wie etwa eines multiplexierten Analogkomponenten- oder MAC-Formates sein, vor der Komprimierung. Zu Erläuterungszwecken sei willkürlich angenommen, daß das Raumzeitfrequenzspektrum des Videosignals Vb die rechteckige Fläche 117 der Fig. 14A umfaßt, die den kreuzförmigen Bereich 118 enthält.
Das Basisband-Videosignal Vb wird auf ein Horizontal- Tiefpaßfilter 223 gekoppelt, das den Bereich der horizontalen Raumfrequenzen des Bildes auf ±fh3 Perioden pro Breite des Bildes (ppb) begrenzt. Nicht dargestellt in den Fig. 14A-D sind Wiederholungsspektren, die Wiederholungszentren auf der vertikalen Achse fv haben. Diese Wiederholungsspektren werden naturgemäß beim Rasterabtastprozeß erzeugt. Wenn jedoch dieser gleiche Prozeß sowohl in der Kamera als auch im Fernsehempfänger stattfindet, werden diese Spektren gedämpft.
Das Raumfrequenzspektrum des Videosignals V'b, das am Ausgang des Horizontal-Tiefpaßfilters 223 entwickelt wird, ist das in Fig. 14B dargestellte Spektrum, das den gewünschten kreuzförmigen Bereich 118 und die Eckbereiche 6a bis 6d enthält.
Es sei angenommen, daß der verwendete Übertragungskanal fähig ist, ein Signal mit einer Nyquist-Fläche gleich derjenigen des kreuzförmigen Bereichs 118 der Fig. 14A und 14B zu übertragen, aber nicht in der Lage ist, horizontale Raumfrequenzen zu übertragen, die jenseits der Raumfrequenz ±fh2 liegen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Frequenzverkämmungstechnik angewendet werden, um die Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b im kreuzförmigen Bereich 118 der Fig. 1B aufzugreifen und den Inhalt dieser Bereiche dann in die Ecken des kreuzförmigen Bereichs 118 zu verlegen, wie es in Fig. 14D dargestellt ist. Das rechteckige Raumfrequenzspektrum 221 der Fig. 14D enthält genau den gleichen Spektralgehalt wie das ursprüngliche kreuzförmige Spektrum 118 der Fig. 14D und 14B in einer derart umgeordneten Weise, daß eine Übertragung über einen Kanal begrenzter Kapazität möglich ist.
Die Umordnung geschieht in der nachfolgenden Weise durch den Codierer 220. Das gefilterte Videosignal V'b wird einem Horizontalfilter 224 angelegt, zum Zwecke der Entfernung unerwünschter Raumfrequenzen, die in den Ecken 6a bis 6d der Fig. 14B liegen. Eine Tiefpaß-Ausgangssignalleitung 231 des Filters 224 entwickelt ein aus dem Signal V'b abgeleitetes Videosignal A, das Horizontal-Raumfrequenzen unterhalb ±fh1 enthält. Somit enthält das Signal A die Raumfrequenzen des rechteckigen Abschnitts 3 der Fig. 14B. Eine Hochpaß-Ausgangssignalleitung 232 des Filters 224 entwickelt ein aus dem Signal V'b abgeleitetes Videosignal D, das Horizontal-Spektralfrequenzen mit einem höheren Betrag als der Frequenz fh1 enthält. Somit enthält das Signal D die Raumfrequenzen der Abschnitte 1, 2, 4, 5, 6a-6d der Fig. 14B.
Das Signal D auf der Hochpaß-Ausgangsleitung 232 wird auf ein Vertikal-Tiefpaßfilter 225 gekoppelt, welches vertikale Raumfrequenzen entfernt, deren Betrag höher ist als die Frequenz von fv1 Perioden pro-Höhe des Bildes (pph). Das Ausgangssignal des Vertikal-Tiefpaßfilters 225 auf einer Signalleitung 233 besteht aus einem Videosignal E, das die Raumfrequenzen der Abschnitte 1, 2, 4, 5 der Fig. 3B enthält. Die Eckabschnitte 6a-6d sind daher aus dem Signal E entfernt worden.
Das Signal E auf der Leitung 233 wird auf ein Horizontal- Tiefpaßfilter 226 gekoppelt, welches Horizontal-Raumfrequenzen entfernt, deren Betrag höher ist als die Frequenz fh2. Die Ausgangsgröße des Horizontal-Tiefpaßfilters 226 auf der Signalleitung 234 besteht aus einem Videosignal B, das die Raumfrequenzen nur der Abschnitte 2 und 4 der Fig. 14B enthält.
Das Signal E auf der Leitung 233 wird außerdem auf ein Horizontal-Hochpaßfilter 227 gekoppelt, das alle Horizontal-Raumfrequenzen entfernt, deren Betrag niedriger ist als die Frequenz fh2. Die Ausgangsgröße des Horizontal- Hochpaßfilters 227 auf einer Signalleitung 235 besteht aus einem Videosignal C, das die Raumfrequenzen der Abschnitte 1 und 5 der Fig. 14B enthält. Diese Abschnitte 1 und 5 sind es, die einem passenden Raumträgersignal räumlich aufmoduliert werden sollen, womit eine Raumfrequenzverkämmung dieser Abschnitte in die Ecken des kreuzförmigen Bereichs 118 erfolgt.
Es sei ein Bild i(x,y) betrachtet, das mit Hilfe eines Rasterabtastsystems übertragen werden soll, wobei zur Vereinfachung die zeitliche Dimension des Bildes aus der Betrachtung ausgeschlossen bleibe. Die Transformierte des Bildes in der Raumfrequenzebene ist I(fh, fv), wobei I(fh, fv) die Fourier-Transformierte von i(x,y) ist. Das Bild i(x,y) kann als eine Überlagerung räumlicher Sinuswellengitter S(fh, fv) angesehen werden.
Ein Sinuswellengitter gegebener Raumfrequenz und Orientierung kann als ein Raumträger gesehen werden mit zwei diagonal entgegengesetzten Spektralzentren (+f'h, +f'v) und (-f'h, -f'v) in der Raumfrequenzebene. Durch räumliches Aufmodulieren des Bildes i(x,y) auf den Raumträger S(f'h, f'v) wird das Spektrum I(fh, fv) des Bildes aus seiner auf den Ursprung bezogenen Stelle an jede der beiden Stellen verlegt, die auf die Spektralzentren (+f'h, +f'v) bzw. (-f'h, -f'v) bezogen sind.
Der Rasterabtastprozeß bildet ein gegebenes Bild i(x,y) auf ein gegebenes Videosignal v(t) ab. In ähnlicher Weise bildet der Rasterabtastprozeß einen gegebenen Raumträger S(fh,fV) auf ein gegebenes Videoträgersignal s'(t) ab.
Jede Zeile n des Videoträgersignals s(t) kann die Form cos 2π(f'hflt+ΔΦn) haben, wobei f&sub1; die Zeilenabtastfrequenz ist, z. B. 15734 Zeilen pro Sekunde für ein System, das ein 2:1-NTSC-Zeilensprungformat verwendet, oder 31468 Zeilen pro Sekunde in einem stetig abtastenden System verdoppelter Zeilenfrequenz, und wobei ΔΦn ein addierter Phasenterm für die n-te Zeile des Videoträgersignals v(t) ist. Der Phasenterm ΔΦn ist eine Funktion der Raumfrequenz und Orientierung eines Raumträgers, der Raumfrequenzzentren (+f'h, +f'v) und (-f'h, -f'v) hat. Durch geeignete Wahl der Zentren des Raumspektrum kann der Phasenterm ΔΦn für alle Videozeilen gleich Null gemacht werden, womit das Videoträgersignal s(t) ein ungedämpftes Schwingungssignal v(t) = cos 2πf'hflt werden kann.
Es sei nun wieder die Fig. 16 betrachtet: Das Videosignal C auf der Leitung 235 moduliert ein Trägersignal s'(t) in einem Modulator 228. Durch geeignete Wahl von s'(t) erzeugt die Modulation des Trägersignals s'(t) durch das Signal C ein moduliertes Signal Sc, das zur Erzeugung spektraler Zentren Cmod1 bis Cmod4 der Fig. 14C gewählt wird. Die Positionen der vier Zentren sind die Koordinaten (±fho, ±fv2).
Wenn das Videosignal C, das nur die Abschnitte 1 und 5 der Fig. 14B enthält, den Videoträger s'(t) moduliert, dann hat das modulierte Videosignal Sc den Raumfrequenzgehalt, der durch die mit dicken Linien gezeichneten rechteckigen Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' der Fig. 14C dargestellt ist, die angrenzend an den Ecken des kreuzförmigen Bereichs 118 liegen. Die Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' entsprechen den oberen und unteren Teilen 1a bzw. 1b bzw. 5a bzw. 5b der Abschnitte 1 und 5 in der Fig. 14B.
Das Ausgangssignal eines Addierers 229 ist die Summe der Videosignale A, B und Sc. Ein Kanal-Tiefpaßfilter 237 entfernt alle ungewollt eingeführten Raumfrequenzkomponenten, die höher als fh2 sind. Das Ausgangssignal des Filters 237 besteht aus dem frequenzverkämmten Basisband-Videosignal vfi, das dann auf herkömmliche Senderstufen gegeben wird, z. B. auf die HF-Modulatorstufen in einem Rundfunksendesystem.
Der Raumspektralgehalt des Videosignals Vfi ist in Fig. 14D dargestellt und enthält einen Abschnitt 3, der aus dem Videosignal A erhalten ist, Abschnitte 2 und 4, die aus dem Videosignal B erhalten sind, und Abschnitte 1a', 5a', 5b', die aus dem modulierten Videoträgersignal Sc erhalten sind. Somit wird durch den Frequenzverkämmungsprozeß der ursprüngliche kreuzförmige Bereich 118 der Fig. 14A als der rechteckige Bereich 221 der Fig. 14D übertragen.
Wie weiter oben erwähnt, werden durch die Filterung des Bildspektrums, die zum Entfernen von Spektralgehalt des ursprünglichen Bildes an den verkämmten Stellen durchgeführt wurde, Artefakte vermieden, die durch die Wechselwirkung zwischen den verkämmten Spektralinformationen verursacht werden. Diese Artefakte werden nicht nur dann vermieden, wenn das Bild stationär ist, sondern auch dann, wenn Bewegung im Bild stattfindet.
Im Fernsehempfänger stellt ein in Fig. 17 gezeigter Decoder 340 das Basisband-Raumfrequenzspektrum des ankommenden Videosignals Vfi wieder in das ursprüngliche kreuzförmige Spektrum 118 her. Nachdem das übertragene Videosignal vom Fernsehempfänger empfangen worden ist und von den eingangsseitigen Stufen, wie etwa dem Tuner und den ZF-Stufen, angenommen die Übertragung erfolgt über einen HF-modulierten Rundfunkträger, verarbeitet worden ist und in einem MAC-Prozessor demultiplexiert und dekomprimiert worden ist, wird an einem Anschluß 319 der Fig. 17 das frequenzverkämmte Basisband-Videosignal Vfi entwickelt, das die Leuchtdichtekomponente eines MAC-Signals darstellt. Das Raumfrequenzspektrum des Signals Vfi ist das in Fig. 14D gezeigte rechteckige Spektrum.
Um die verkämmten Spektralkomponenten zu trennen, wird das Videosignals Vfi auf ein Horizontalfilter 341 gekoppelt. Auf einer Tiefpaß-Ausgangssignalleitung 348 wird ein Videosignal M entwickelt, das nur Raumfrequenzen enthält, deren Betrag niedriger ist als die Frequenz fh1 der Fig. 14D. Somit ist der Raumfrequenz-Spektralgehalt des Videosignals M derjenige des Abschnittes 3 der Fig. 14D.
Auf einer Hochpaß-Ausgangssignalleitung 345 des Horizontalfilters 341 wird ein Videosignal N entwickelt. Der Raumfrequenzgehalt des Signals N enthält nur Frequenzen, deren Betrag höher ist als die Raumfrequenz fh1. Daher enthält das Videosignal N die Raumfrequenzen der Abschnitte 2, 4 und der Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' der Fig. 14D.
Das Signal N wird auf ein Vertikalfilter 342 gekoppelt. Ein auf einer Tiefpaß-Ausgangsleitung 347 entwickeltes Videosignal Q enthält Vertikal-Raumfrequenzen, deren Betrag nicht höher ist als die Frequenz fv1. Das Signal Q enthält daher die Spektralabschnitte 2 und 4 der Fig. 14D.
Auf einer Hochpaß-Ausgangssignalleitung 346 des Vertikalfilters 342 wird ein Videosignal P entwickelt, das Vertikal-Raumfrequenzen enthält, deren Betrag nicht größer ist als die Frequenz fv1. Das Signal P enthält daher nur die Spektralkomponenten der Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' an den in Fig. 14C gezeigten Stellen.
Die Spektralinhalte der Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' müssen an ihre ursprünglichen Stellen zurückverlegt werden, als Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b angrenzend an die horizontale Achse fh der Fig. 15. Um dieses Ergebnis zu erzielen, wird das Videosignal P auf einen Eingang eines Demodulators 343 gekoppelt. Das gleiche Trägersignal s'(t) wird auf den anderen Eingang des Demodulators 343 gekoppelt. Die Modulation des Trägersignals s'(t) durch das Videosignal P erzeugt das modulierte Videoträgersignal S'p auf einer Signalleitung 349.
Die Videoträgermodulation des Videosignals P hat den Effekt, daß eine Raumträgermodulation erfolgt, die spektrale Zentren Cdem1-Cdem4 an den in Fig. 15 gezeigten Positionen einführt. Diese Positionen sind genau gleich den Positionen der Raumspektralzentren der Fig. 14C. Die diesen Zentren zugeordneten Raumspektren enthalten genau die gleichen Basisband-Spektralabschnitte 1a, 1b, 5a, 5b an den richtigen Basisbandpositionen des kreuzförmigen Spektralbereichs 118 der Fig. 15.
Der Modulationsvorgang führt auch ungewünschte, in Fig. 15 nicht dargestellte Spektralabschnitte horizontal er Raumfrequenzen ein, deren Betrag kleiner ist als fh2. Ein Horizontal-Hochpaßfilter 352 mit einer Grenzfrequenz von fh2 empfängt das Videosignal S'p, entfernt die ungewünschten Spektralabschnitte und entwickelt auf einer Leitung 351 ein Videosignal Sp, das nur Basisband-Spektralabschnitte 1a, 1b, 5a, 5b enthält. Wie weiter oben erwähnt, sind vertikale Wiederholungsspektren, die in Fig. 15 nicht gezeigt sind, für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung nicht wichtig, da sie durch den Rasterabtastprozeß im Fernsehempfänger gedämpft werden.
Um den kreuzförmigen Basisband-Spektralbereich 118 der Fig. 14A wiederherzustellen, werden die Videosignale M, Q und Sp in einem Addierer 344 summiert, so daß auf einer Ausgangssignalleitung 350 ein rekonstruiertes Basisband- Videosignal V''b entwickelt wird, das Leuchtdichtekanalinformation darstellt. Das Raumfrequenzspektrum des Basisband-Videosignals V''b ist das gewünschte kreuzförmige Spektrum 118.
Indem man gewisse vereinfachende Auswahlen für die Stellen der Raumspektralzentren (±fho, ±fv2) trifft, kann das Videoträgersignal s'(t) zu einem als ungedämpfte Sinuswelle erscheinenden Signal gemacht werden. Zur Erzeugung eines verkämmten Spektrums 221 rechteckiger Form gemäß Fig. 14D beispielsweise sei angenommen, daß
fh3 = 4fho, fh2 = 3fho, fhl = 2fho, fv2 = 2fv1.
Man wähle für fh2 die größte horizontale Raumfrequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches m von Halbperioden pro Bildbreite ist, im Einklang mit einer gegebenen Übertragungskanal-Bandbreite von fBN Perioden pro Sekunde. Dann ist fh2 fBN/fl und fho fBN/3fl. Ein als ungedämpfte Welle erscheinender Videoträger s'(t), der Raumspektralzentren Cmod1 bis Cmod4 der Fig. 14C mit einer horizontalen Raumfrequenz des Betrags fho erzeugt, ist:
s'(t) = cos2πfhoflt cos (πfBNt/3).
Unter der Annahme, daß ein 2:1-Zeilensprung bei der Rasterabtastung des Bildes verwendet wird, setzt der Videoträger s'(t) vertikale Raumfrequenzen der Raumspektralzentren fest. Der Betrag fv2 ist fv2= NFR/4 Perioden pro Bildhöhe, wobei NFR gleich der Anzahl von Abtastzeilen pro Bildhöhe (oder Vollbild) ist, z. B. NFR = 525 für ein NTSC-Abtastformat.
Als besonderes Beispiel sei ein MAC-System betrachtet, das ein NTSC-Abtastformat mit 525 Zeilen pro Vollbild im 2:1- Zeilensprung, 29,97 Vollbildern pro Sekunde und einer horizontalen Abtastfrequenz von fl= 15734 Zeilen pro Sekunde benutzt. Die Videokanalbandbreite für die Übertragung des MAC-Signals ist 5,61 Megahertz. Nimmt man für die Leuchtdichtekomponente des MAC-Signals ein Kompressionsverhältnis von 4:3 an, dann ist die Bandbreite fBN des MAC- Kanals in Relation zur ursprünglichen Leuchtdichtekomponente gleich 4,21 Megahertz. Die Horizontal-Raumfrequenz fh2 ist die am dichtesten an fBN/fl liegende Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches von Halbperioden pro Bildbreite beträgt, nämlich fh2 = 267 1/2 Perioden pro Bildbreite. Die Frequenz f(t) der Videoträgerwelle s'(t), die für Zwecke der Raumfrequenzverkämmung benutzt wird, ist f(t) = fh2fl/3 fBN/3 = 1,40 Megahertz. Die horizontale Raumfrequenz fho der Spektralzentren ist fho = fh2/3 = 89,2 Perioden pro Bildbreite. Die vertikale Raumfrequenz fv2 der Spektralzentren ist fv2= NFR/4 = 525/4 = 131 1/4 Perioden pro Bildhöhe. Der Anstieg in der horizontalen räumlichen Auflösung beträgt (fh3-fh2)/fh2 = 1/3. Anders ausgedrückt: Durch Anwendung der eben beschriebenen erfindungsgemäßen Methoden zur Verkämmung von Raumzeitfrequenzen werden die horizontalen Raumfrequenzen, die sich bei einer gegebenen Kanalbandbreite übertragen lassen, um ein Drittel erhöht.
Mit den eben beschriebenen Frequenzverkämmungsmethoden wird ein raumfrequenzverkämmtes Videosignal Vfi gemäß Fig. 16 erzeugt, das in kompatibler Weise von Fernsehempfängern verarbeitet werden kann, die in ihren Videoverarbeitungsstufen keinen Decoder wie den Decoder 340 enthalten. Die in das wiedergegebene Bild eingeführten Artefakte sind ein feines schachbrettförmiges Punktmuster, das daher rührt, daß auf dem Schirm des Fernsehempfängers der raumfrequenzverkämmte Videoträger s'(t) und die modulierten Abschnitte 1a' bis 5a' der Fig. 14C wiedergegeben werden. Solche Artefakte sind vom Betrachter kaum wahrnehmbar, weil sie nur in den Bereichen relativ hoher Raumfrequenzen erzeugt werden.
Bei dem oben beschriebenen vereinfachten Beispiel, wo die Frequenz des Videoträgersignals s'(t) als ein ganzzahliges Vielfaches der halben Horizontalzeilenfrequenz gewählt wurde, ist die Phase des Videoträgers in jedem gegebenen Augenblick um 180º versetzt gegenüber der Phase, die der Videoträger eine Vollbildperiode später hat. Die Artefakte, die eingeführt werden, wenn das verkämmte Videosignal ohne Verwendung eines Decoders verarbeitet wird, können einen Zeilen-Crawl-Effekt entlang den Rändern des Bildes bringen. Dieser Zeilen-Crawl kann gewünschtenfalls eliminiert werden, indem man die Phase des Videoträgers s'(t) in abwechselnden Vollbildern invertiert.
Durch Verwendung eines Videosignals mit kreuzförmigem Basisband zur Frequenzverkämmung und durch Verwendung rechteckiger Abschnitte als verkämmte Abschnitte ergeben sich verschiedene Vorteile. Der Codierer 220 der Fig. 16 und der Decoder 340 der Fig. 17 können relativ einfache Analogverarbeitungsstufen anstelle von Digitalverarbeitungsstufen benutzen. Sowohl im Codierer als auch im Decoder könnten relativ unkomplizierte trennbare Horizontal- und Vertikalfilter verwendet werden. Die geringere Kompliziertheit der Filter ermöglicht die Verwendung von Trägersignalen, die hinsichtlich der Auswahl der Signale relativ wenigen Zwängen unterliegen. Die Verwendung rechteckiger Bereiche 1a, 1b, 5a, 5b der Fig. 14B und 15 für den Verkämmungsprozeß reduziert sichtbare Artefakte im wiedergegebenen Bild beträchtlich, weil trennbare Horizontal- und Vertikalfilter, die idealen Filtern nahekommen, leicht realisierbar sind.
Im allgemeinen erfordert die Verwendung nicht-trennbarer Filter, die ähnliche Dämpfungsflanken wie trennbare Filter haben, beträchtlich mehr arithmetische Operationen. Beispielsweise erfordert ein nicht-trennbares 11-mal-11- Filter nominell die Verwendung von ungefähr 121 Filterkoeffizienten (realisiert über Multiplizier- und Addieroperationen). Im Gegensatz hierzu erfordert eine trennbare Filteranordnung, die aus zwei eindimensionalen Filtern nter Ordnung besteht, die Verwendung von nur ungefähr 22 Koeffizienten, wodurch die Hardware wesentlich geringer wird.
Falls digitale Verarbeitungsschaltungen verwendet werden, um ein Basisband-Videosignal mit einer Abtastrate fs abzutasten, läßt sich eine äquivalente Modulation mit dem oben erwähnten Träger durchführen, indem man einen Speicher verwendet, um Werte eines Träger-Terms cos(2πfmodt) zu speichern, die über eine Periode entwickelt werden, wobei jeder Wert vom benachbarten Wert einen Zeitabstand gleich 1/fs hat und wobei fmod eine Trägerfrequenz ist. Die Abtastwerte des Basisband-Videosignals werden dann in einer kombinatorischen Multiplizierschaltung mit den entsprechenden Werten des Träger-Terms multipliziert, um Abtastwerte eines trägermodulierten Videosignals zu bekommen, welches das Raumzeitfrequenz-Verkämmungsspektrum der Fig. 14D enthält.
In Hinsicht auf die vorstehende Beschreibung und im allgemeinen sei noch einmal festgestellt, daß die Raumzeitfrequenz-Verkämmungstechniken ein Teil der Rauminformation wie z. B. die in den hohen Horizontalfrequenzen enthaltene Information an die Stelle eines anderen Teiles der Information wie etwa der in Diagonalfrequenzen enthaltenen Information setzen, wobei es sich in beiden Fällen um Rauminformation relativ hoher Frequenz handelt. Die Fig. 18-24 beziehen sich auf ein System, in dem verschiedene Teile der Rauminformation wie etwa diagonale und hochfrequente horizontale Information an den Empfänger gesendet werden, indem die Informationsteile abwechselnd bzw. im Zeitmultiplex mit einer gegebenen Wechselrate wie z. B. der Vollbildfrequenz übertragen werden. So wird das Videosignal eines Bildes, das diagonalfrequente Information enthält, in einem Vollbild übertragen, während das Videosignal eines Bildes, das Information hoher Horizontalfrequenzen enthält, im anderen Vollbild übertragen wird. Unter der Annahme einer Vollbildfrequenz von 30 Hertz sind die sichtbaren Artefakte, die durch ein solches Übertragungssystem eingeführt werden, ein Flackern mit der halben Vollbildfrequenz von 15 Hertz.
Im Videosignalgenerator 400 der Fig. 18 wird ein Basisband-Videosignal Vb durch herkömmliche Kamera- und Studioeinrichtungen an einem Anschluß 419 entwickelt. Das Videosignal Vb kann eine im 2:1-Zeilensprung erscheinende Leuchtdichtesignalkomponente aufweisen, beispielsweise im Format eines Komponenten-Zeitmultiplex wie etwa eines herkömmlichen Analogkomponenten-Multiplex oder MAC-Formats, und zwar vor der Kompression.
Zu Erläuterungszwecken sei willkürlich angenommen, daß das Raumzeitfrequenz-Spektrum des Videosignals Vb die rechteckige Fläche 117 der Fig. 22A umfaßt, die ähnlich wie die Fig. 14A einen kreuzförmigen Bereich 118 enthält. Wie in Verbindung mit der Fig. 14A erläutert, ist der interessierende Spektralgehalt derjenige, der innerhalb des kreuzförmigen Bereichs 118 liegt und Abschnitte 1a, 2a, 5a, 5b hoher horizontaler Raumfrequenzen enthält. Wie oben sei jedoch angenommen, daß der zur Videosignalübertragung an einen Empfänger benutzte Kanal wie z. B. ein HF-Rundfunkkanal begrenzte Kapazität hat und nicht in der Lage ist, Videosignale mit Horizontal-Raumfrequenzen zu übertragen, deren Betrag höher ist als fh2 der Fig. 22A. Der Videosignalgenerator 400 der Fig. 18 kann einen frequenzverkämmenden Codierer 220 enthalten, um das Raumspektrum des Videosignals Vb in das Spektrum 22B, ähnlich der Fig. 14D, umzugestalten. Die Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b hoher Horizontalfrequenzen des Spektrums 118 der Fig. 22A sind nächst den Ecken des kreuzförmigen Spektrums gelegt, um die komplementären Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' des rechteckigen Spektrums 221 der Fig. 22B zu bilden. Das rechteckige Spektrum 221 enthält horizontale Raumfrequenzen, deren Beträge nicht höher sind als die oben erwähnte Frequenz fh2.
Um die spektrale Umgestaltung des Videosignals Vb durchzuführen, erzeugt ein frequenzverkämmender Codierer 220, der ähnlich dem in Fig. 16 beschriebenen Codierer sein kann, ein frequenzverkämmtes Signal Vfi auf einer Signalleitung 426. Das Raumfrequenzspektrum des Videosignals Vfi ist das vorstehend beschriebene rechteckige Spektrum 221, das in Fig. 14D und erneut in Fig. 22A dargestellt ist. Das Signal Vfi enthält hohe Horizontal-Raumfrequenzen, die als Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' in die Ecken des Spektrums 221 bewegt oder verkämmt sind. Das Videosignal Vfi enthält daher keinerlei Diagonalinformation.
Das Basisband-Videosignal Vb wird außerdem auf ein Horizontal-Tiefpaßfilter 422 gekoppelt, das aus dem Videosignal Raumfrequenzen entfernt, die jenseits ±fh2 liegen. Nach passender Verzögerung in einer Verzögerungseinheit 423 wird auf einer Signalleitung 427 ein gefiltertes Videosignal Vb1 entwickelt, dessen Raumfrequenzspektrum 321 in Fig. 22B dargestellt ist. Das Spektrum des Videosignals Vb1 enthält diagonale Raumfrequenzen D1 bis D4, die in denselben Ecken liegen, in welche die hohen horizontalen Raumfrequenzen für das frequenzverkämmte Signal Vfi gelegt sind. Ein Vergleich der Fig. 22B und 22A zeigt, daß beide Signale einen gemeinsamen Spektralbereich 180 haben. Unterschiedlichen Spektralgehalt haben die beiden Signale in den Ecken, wo das Signal Vb1 diagonale Raumfrequenzen begünstigt und das Signal Ffi horizontale Raumfrequenzen begünstigt.
Das Signal Vb1 wird an einen Kontakt S1 eines einpoligen Umschalters 424 gelegt. Dem Schalter 424 wird ein in herkömmlicher Weise abgeleitetes Vertikalsynchronsignal zugeführt, um den Arm des Schalters mit einer Vollbildfrequenz zwischen den Kontakten S1 und S2 zu bewegen. Während des Vollbildes 1 beispielsweise wird das Videosignal Vb1 auf den Pol S3 des Schalters 424 gekoppelt, und während des Vollbildes 2, also des abwechselnden Vollbildes, wird das Videosignal Vfi auf den Pol 53 gekoppelt. Das auf einer Signalleitung 428 entwickelte Videosignal Vs ist ein Leuchtdichtesignal, das während des Vollbildes 1 aus dem Videosignal Vb1 und während des abwechselnden Vollbildes, also dem Vollbild 2, aus dem Videosignal Vfi besteht. Das Raumfrequenzspektrum des Videosignals Vs wechselt daher ab zwischen dem Spektrum 321 der Fig. 22B während des Vollbildes 1 und dem Spektrum 221 der Fig. 22A während des Vollbildes 2.
Anschließend, nach Filterung durch ein Kanal-Tiefpaßfilter 425, wird das Videosignal Vs herkömmlichen Senderstufen zugeführt, z. B. den HF-Modulationsstufen in einem Rundfunk- Sendesystem.
Die Fig. 19 zeigt einen Videosignalprozessor 500 in einem Fernsehempfänger, der das zeitlich multiplexierte Videosignal Vs nimmt und ein Videosignal Vb2 erweiterter Raumfrequenz erzeugt, das sowohl Information diagonaler Raumfrequenzen als auch Information hoher horizontaler Raumfrequenzen enthält, aber nicht im jeweils selben Vollbild.
Nachdem das übertragene Videosignal vom Fernsehempfänger empfangen worden und von den eingangsseitigen Stufen, etwa dem Tuner und den ZF-Stufen im Falle der Übertragung mittels eines HF-modulierten Rundfunkträgers, verarbeitet worden ist und in einem MAC-Prozessor demultiplexiert und dekomprimiert worden ist, wird an einem Anschluß 519 der Fig. 19 das zeitlich multiplexierte Basisband-Videosignal Vs entwickelt, das die Leuchtdichtekomponente eines MAC- Signals darstellt.
In der Fig. 19 wird das Videosignal Vs auf einen Frequenzverkämmungsdecoder 340 gekoppelt, etwa wie er in Fig. 17 dargestellt ist, um auf einer Signalleitung 526 ein Videosignal V''b zu erzeugen. Das Raumfrequenzspektrum des Videosignals V''b während abwechselnder Vollbilder, die jeweils dem oben erwähnten Vollbild 2 entsprechen, ist das rekonstruierte Raumfrequenzspektrum 118, das in Fig. 14A dargestellt ist.
Das Videosignal V''b wird auf einen Kontakt S2 eines Umschalters 424 gekoppelt, und das Videosignal Vs wird über eine Verzögerungseinrichtung 523 und eine Signalleitung 527 auf einen Kontakt S1 gekoppelt. Der Umschalter 424 der Fig. 19 ist genauso aufgebaut und wird genauso betrieben wie der Umschalter 424 der Fig. 18. Daher ist während des Vollbildes 1 der Arm des Umschalters 424 mit dem Kontakt S1 gekoppelt und leitet das Videosignal Vs zum Pol S3. Während des Vollbildes 1 besteht das Videosignal Vs aus dem oben erwähnten Videosignal Vb1 der Fig. 18, das diagonale Raumfrequenzen D1 bis D4 enthält.
Das auf einer Signalleitung 528 entwickelte Videosignal Vb2 besteht während des Vollbildes 1 aus dem Videosignal Vb1. Während des Vollbildes 2 ist der Arm des Schalters 424 mit dem Kontakt S2 verbunden, um das Videosignal V''b zur Signalleitung 528 durchzulassen. Daher besteht das Videosignal Vb2 während des Vollbildes 2 aus dem rekonstruierten Videosignal V''b.
Das Videosignal Vb2 besteht aus einem Leuchtdichtesignal, welches das in Fig. 23 dargestellte Raumfrequenzspektrum 510 enthält. Das Raumfrequenzspektrum 510 weist einen mittleren Abschnitt 180 auf, der dem rekonstruierten Videosignal V''b und dem Videosignal Vb1 gemeinsam ist. Während des Vollbildes 1 enthält das Spektrum 510 Diagonalfrequenz-Abschnitte D1 bis D4, jedoch nicht Horizontalfrequenz-Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b. Während des Vollbildes 2 enthält das Spektrum 510 die Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b hoher Horizontalfrequenzen, aber nicht die Diagonalfrequenz-Abschnitte D1 bis D4.
Wenn man den Videoprozessor 500 der Fig. 2 verwendet, um das Videosignal Vb2 zu erhalten, welches das Raumfrequenzspektrum 510 der Fig. 23 enthält, wird ein 15-Hertz- Flackern in den Inhalt der diagonalen Raumfrequenzen des wiedergegebenen Bildes und in den Inhalt hoher horizontaler Raumfrequenzen eingeführt. Der Videoprozessor 600 der Fig. 20 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die ein raumfrequenzmäßig erweitertes Videosignal V'b2 aus dem Videosignal Vs erzeugt, so daß V'b2 das gleiche Raumfrequenzspektrum 510 hat, aber nicht das 15-Hertz- Flackern enthält.
In der Fig. 20 wird das an einem Anschluß 619 entwickelte zeitlich multiplexierte Videosignal Vs auf ein Horizontal- und Vertikalfilter 620 gekoppelt, welches die hohen Raumfrequenzen des Signals Vs von den niedrigen Raumfrequenzen trennt. Auf einer Ausgangsleitung 625 wird ein Signal M erzeugt, dessen Raumfrequenzinhalt den gemeinsamen Abschnitt 180 des Spektrums der Signale Vfi und Vb1 der Fig. 22A und 22B aufweist. Auf einer Ausgangsleitung 626 wird ein Signal T entwickelt, das den Inhalt hoher Raumfrequenzen des Signals Vs enthält. Während des Vollbildes 1 enthält das Signal T die diagonalen Raumfrequenzen der Abschnitte D1 bis D4 der Fig. 22B, und während des Vollbildes 2 enthält das Signal T die hohen horizontalen Raumfrequenzen der Abschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' der Fig. 22A.
Das Signal T wird auf einen Vollbildspeicher 621 gekoppelt, um ein um eine Vollbildperiode verzögertes Ausgangssignal auf einer Signalleitung 631 zu erzeugen, was in zwei benachbarten Vollbildern Zugriff verschafft zu den Diagonalfrequenzabschnitten D1 bis D4 und den frequenzverkämmten Abschnitten 1a', 1b', 5a', 5b' hoher Horizontalfrequenzen.
Der Vollbildspeicher 621 wird durch das Taktsignal f&sub1;,ck mit einer Frequenz f&sub1; taktgesteuert. Die Abtastfrequenz f&sub1; und die Pixelkapazität des Vollbildspeichers 621 sind so, daß die volle Auflösung bis zu horizontalen Raumfrequenzen ±fh2 und vertikalen Raumfrequenzen ±fv2 erhalten wird.
Das auf der Signalleitung 626 entwickelte unverzögerte Signal T und das auf der Signalleitung 631 entwickelte, um eine Vollbildperiode verzögerte Signal T werden auf einen zweipoligen Umschalter 624 gekoppelt. Die beiden Arme des Umschalters 24 sind miteinander zwangsgekuppelt, so daß sie mit Vollbildfrequenz gleichzeitig zwischen ihren jeweiligen Kontaktanschlüssen umschalten. Während des Vollbildes 1 beispielsweise steht der Arm des Pols S3 in Kontakt mit dem Anschluß S2 und der Arm des Pols S6 in Kontakt mit dem Anschluß S4. Während des abwechselnden Vollbildes, nämlich des Vollbildes 2, steht der Arm des Pols S3 in Kontakt mit dem Anschluß S1 und der Arm des Pols S6 in Kontakt mit dem Anschluß S5. Die Signalleitung 626 ist mit den Anschlüssen S1 und S4 verbunden, und die Signaleitung 631 ist mit den Anschlüssen S2 und S5 verbunden.
Während des Betriebs bewirkt der Umschalter 624 die zeitliche Demultiplexierung der Diagonalfrequenzabschnitte D1 bis D4 des Signals T von den verkämmten Abschnitten 1a', 1b', 5a', 5b' hoher Horizontalfrequenzen, um ein Signal F auf einer mit dem Pol S3 gekoppelten Leitung 627 und ein Signal G auf einer mit dem Pol S6 gekoppelten Leitung 629 zu erzeugen. Das Signal F enthält nur die Abschnitte 1a', 2b', 5a', 5b' verkämmter hoher Horizontalfrequenzen während des Vollbildes 2, wenn diese Abschnitte im eingangsseitigen Videosignal Vs erscheinen, und wegen des Betriebs des Vollbildspeichers, auch während des Vollbildes 1, wenn die Diagonalfrequenzabschnitte D1 bis D4 im Videosignal Vs erscheinen. In ähnlicher Weise enthält das Signal G nur die Diagonalfrequenzabschnitte D1 bis D4 während des Vollbildes 1, wenn diese Abschnitte im eingangsseitigen Videosignal Vs erscheinen und, wegen des Betriebs des Vollbildspeichers, auch während des Vollbildes 2, wenn die verkämmten Abschnitte hoher Horizontalfrequenzen im Videosignal Vs erscheinen.
Das Signal F wird auf einen Modulator 343 gekoppelt. Ein Trägerwellensignal s'(t) wird ebenfalls auf den Modulator 343 gekoppelt, um ein trägerdemoduliertes Signal S'p auf einer Signalleitung 628 zu erzeugen. Ein Hochpaßfilter 352 entfernt ungewünschte Spektralabschnitte, die horizontale Raumfrequenzen enthalten, deren Betrag kleiner ist als fh2. Wie bereits erläutert, besteht infolge des Demodulationsprozesses das Raumfrequenzspektrum des Signals Sp am Ausgang des Filters 352 aus den frequenzmäßig rekonstruierten, hohe Horizontalfrequenzen enthaltenden Abschnitten 1a, 1b, 5a, 5b der Fig. 23. Die Signale M, Sp und G werden in einem Addierer 623 addiert, um auf einer Signalleitung 630 das raumfrequenzmäßig erweiterte Videosignal V'b2 zu erzeugen, welches das in Fig. 23 gezeigte Raumfrequenzspektrum 510 enthält, bei welchem während jedes gegebenen Vollbildes gleichzeitig sowohl diagonale Raumfrequenzen als auch hohe horizontale Raumfrequenzen im Videosignal enthalten sind.
Im Videosignalprozessor 600 der Fig. 20 sind im erweiterten Videosignal V'b2 sowohl die Abschnitte D1 bis D4 diagonaler Raumfrequenzen als auch die Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b hoher horizontaler Raumfrequenzen der Fig. 23 gleichzeitig enthalten. Im Gegensatz hierzu erzeugt der Videosignalprozessor 500 der Fig. 19 ein erweitertes Videosignal Vb2, das von Vollbild zu Vollbild abwechselnd einmal die diagonalen Raumfrequenzen und einmal die hohen horizontalen Raumfrequenzen enthält.
Der Videosignalprozessor 600 unterliegt keinem 15-Hertz- Flackern der diagonalfrequenten und der horizontalhochfrequenten Information. Weil diese Information jedoch in beiden Vollbildern 1 und 2 wiederholt wird, können andere Artefakte eingeführt werden, wie etwa eine Fehldeckung der diagonalen und/oder der hohen horizontalen Raumfrequenzen an bewegten Objekten.
Die Fig. 24A zeigt das Raumfrequenzspektrum des Signals T am Ausgang des Horizontal/Vertikal-Filters 620 der Fig. 20. Die Abschnitte H1 bis H4 sind Abschnitte hoher Raumfrequenzen, die entweder Diagonalfrequenzabschnitte D1 bis D4 während des Vollbildes 1 oder hochfrequente Horizontalfrequenzabschnitte 1a', 1b', 5a', 5b' während des Vollbildes 2 enthalten. Die Abschnitte H1 bis H4 liegen entfernt vom Ursprung an Stellen, die den Stellen der Ecken in den Spektren 221 und 321 der Fig. 22A und 22B entsprechen. Jedoch enthält das Raumfrequenzspektrum des Signals T der Fig. 24A, anders als die Spektren 221 und 321, innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rechtecks 421 keine andere Information als die in den Abschnitten H1 bis H4 enthaltene Information.
Da der Bereich der Raumfrequenzen in Horizontalrichtung ein relativ schmalbandiger Bereich Δfh = fh2-fh1 ist, benötigt man zur Auflösung der in den Abschnitten H1 bis H4 enthaltenen Frequenzen keinen vollauflösenden Vollbildspeicher wie den Vollbildspeicher 621 der Fig. 20. In ähnlicher Weise, weil im Spektrum des Signals T vertikale Raumfrequenzen fehlen, die niedriger sind als fv1, hat der Vollbildspeicher 621 Kapazität für mehr Zeilen, als es erforderlich ist, um den Bereich vertikaler Raumfrequenzen Δfv = fv2-fv1 aufzulösen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Videosignalprozessor 700 für erweiterte Raumfrequenzen, wie er in Fig. 21 dargestellt ist, in Verbindung mit einem Vollbildspeicher 721 kleiner Kapazität verwendet werden. In der Fig. 21 wird das am Anschluß 719 entwickelte, zeitlich multiplexierte Videosignal Vs auf ein Horizontal- und Vertikalfilter 620 gekoppelt, um auf einer Leitung 626 das Signal T zu erzeugen, welches das in Fig. 24A dargestellte Raumfrequenzspektrum hat, und auf der Signalleitung 625 das Signal M zu erzeugen, welches das Raumfrequenzspektrum des Abschnitts 180 der Fig. 22A und 22B hat.
Das Signal T wird auf einen Eingang eines Modulators 722 gekoppelt. Dem anderen Eingang des Modulators wird ein Trägerwellensignal s''(t) zugeführt. Der Modulator 722 bewirkt eine Amplitudenmodulation des Trägersignals s''(t) mit dem Signal T. Das amplitudenmodulierte Trägersignal S'T das auf einer Leitung 728 entwickelt wird, hat das in Fig. 24B dargestellte Raumfrequenzspektrum. Infolge des Modulationsvorgangs werden angrenzend an den Ursprung O Wiederholungszentren in der Raumfrequenzebene eingeführt, welche die Wiederholungszentren C1 bis C4 enthalten. In der Fig. 24B sind nur Wiederholungszentren C1 bis C4 dargestellt, weil dies diejenigen Wiederholungszentren sind, die für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wichtig sind. Die Orte der Wiederholungszentren C1 bis C4 sind so gewählt, daß die Abschnitte H1 bis H4 der Fig. 24A in neue Positionen um den Ursprung O herum gebracht werden, um entsprechende Raumfrequenzabschnitte H1' bis H4' der Fig. 22B zu bilden. Ein Tiefpaßfilter 375 entfernt unerwünschte Spektralabschnitte, die in Fig. 22B nicht dargestellt sind und horizontale Raumfrequenzen eines höheren Betrags als fho aufweisen, um am Filterausgang das amplitudenmodulierte Trägersignal ST zu erzeugen.
Da die Abschnitte H1' bis H4' räumlich hochfrequenter Information nahe dem Ursprung O gruppiert sind, kann ein Vollbildspeicher 721 relativ kleiner Kapazität verwendet werden, um das Signal ST abzutasten, welches das verlegte Spektrum der Fig. 22B enthält. Die Horizontal-Abtastfrequenz f&sub2; des Taktsignals f&sub2;,ck für den Teilbildspeicher 721 ist niedriger als die entsprechende Frequenz f&sub1; des vollauflösenden Vollbildspeichers 621 der Fig. 20.
Außerdem erlaubt es die hinsichtlich der vertikalen Raumfrequenz niedrigere Auflösung des Signals ST, ganze Zeilen von Abtastwerten wegzulassen. Um Zeilen von Abtastwerten fortzulassen, wird das Signal ST am Ausgang des Filters 735 über einen Schalter 723, der durch Horizontalsynchronsignale gesteuert wird, auf den Vollbildspeicher 721 kleiner Kapazität gekoppelt. Wenn z. B. die im Signal ST enthaltene vertikale räumliche Auflösung halb so groß wie im Signal T ist, dann läßt der Schalter 723 nur jede zweite Horizontalzeile durch.
Das auf der Leitung 729 am Ausgang des Schalters 723 entwickelte Signal ST und das auf der Leitung 730 am Ausgang des Vollbildspeichers 721 kleiner Kapazität entwickelte, um ein Vollbild verzögerte Signal ST werden dem zweipoligen Umschalter 624 zugeführt, der genauso arbeitet wie der Schalter 624, der weiter oben in Verbindung mit der Schaltung der Fig. 20 beschrieben wurde. Ein Signal I, das auf der mit dem Pol S3 des Umschalters 624 verbundenen Leitung 731 erscheint, enthält Abschnitte 1a'', 1b'', 5a'', 5b'' der Fig. 24B mit hohen horizontalen Raumfrequenzen. Ein Signal J, das auf der mit dem Pol S6 verbundenen Leitung 732 entwickelt wird, enthält Abschnitte diagonaler Raumfrequenzen D1' bis D4' der Fig. 24B.
Das Signal J wird auf einen Eingang eines Modulators 726 gekoppelt. Dem anderen Eingang des Modulators 726 wird das oben erwähnte Trägerwellensignal s''(t) angelegt. Das auf einer Leitung 734 entwickelte modulierte Signal G' enthält die rekonstruierten Abschnitte D1 bis D4 diagonal er Raumfrequenzen, die sich an ihren richtigen Positionen in den Ecken befinden, wie es in Fig. 23 gezeigt ist. Außerdem werden ungewünschte niedrigfrequente Spektralabschnitte, die nicht dargestellt sind, durch ein Tiefpaßfilter 737 entfernt, das eine Grenzfrequenz von fh1 hat, um auf einer Leitung 738 ein Signal G zu entwickeln, das nur Abschnitte D1 bis D4 diagonaler Raumfrequenzen enthält.
Das Signal I wird auf einen Eingang eines Modulators 725 gegeben. Dem anderen Eingang des Modulators wird ein Trägerwellensignal sa(t) angelegt, um das Signal S'p auf einer Leitung 733 zu erzeugen. Das Trägerwellensignal sa(t) ist so gewählt, daß Wiederholungsspektren erzeugt werden, deren Wiederholungszentran Ca und Cb auf der horizontalen Achse fh an den in Fig. 24B gezeigten Stellen liegen. In der Fig. 24B sind nur die Wiederholungszentren Ca und Cb dargestellt, weil nur sie für die vorliegende Beschreibung wichtig sind.
Wenn die Wiederholungszentren Ca und Cb so liegen, wie es dargestellt ist, werden die Abschnitte 1a'', 1b'', 5a'', 5b'' aus ihren dem Ursprung O benachbarten Stellen an Orte verlegt, die den Wiederholungszentren Ca und Cb benachbart sind. Somit wird die Information hoher horizontaler Raumfrequenzen der Abschnitte 1a, 1b, 5a, 5b an ihrem richtigen Ort in der Raumfrequenzebene wiederhergestellt, nämlich an den in Fig. 23 dargestellten Orten. Um ungewünschte niedrigfrequente Spektralabschnitte zu entfernen, wird das Signal S'p in einem Hochpaßfilter 739 gefiltert, das eine Grenzfrequenz fh2 hat, um auf einer Leitung 740 ein Signal Sp zu entwickeln, welches nur die Spektralabschnitte 1a, 1b, 5a, 5b aufweist.
Die Signale N, Sp und G werden in einem Addierer 623 summiert, um auf einer Leitung 630 das raumfrequenzmäßig erweiterte Videosignal V'b2 zu erzeugen, welches das Raumfrequenzspektrum 510 der Fig. 23 hat, das sowohl Information diagonal er Raumfrequenzen als auch Information hoher horizontaler Raumfrequenzen enthält.
Es versteht sich, daß das beschriebene Zeitmultiplex von Raumfrequenzspektren auf Multiplexanordnungen erweitert werden kann, die anders sind als die von Vollbild zu Vollbild abwechselnde Übertragung der Raumfrequenzspektren 221 und 321 der Fig. 22A und 22B. Beispielsweise kann ein Zeitmultiplex-Schema vorgesehen werden, welches die Information diagonaler Raumfrequenzen, die Information hoher horizontaler Raumfrequenzen und die Information hoher vertikaler Raumfrequenzen überträgt. Während des Vollbildes 1 wird z. B. die Information diagonaler Raumfrequenzen übertragen; während des Vollbildes 2 wird die Information hoher horizontaler Raumfrequenzen übertragen, und während des Vollbildes 3 wird die Information hoher vertikaler Raumfrequenzen übertragen. Außerdem kann die Zeitmultiplex- Verschachtelung auf Teilbildbasis anstatt auf Vollbildbasis erfolgen. Bei jedem dieser Schemen müssen Kompromisse ausgehandelt werden zwischen der Einführung von Flacker- Artefakten, der Einführung räumlicher Artefakte und der Einführung von Bewegungsartefakten.
Es sei erwähnt, daß bei Empfängern von Sendungen des MAC- Typs das von den beschriebenen Decodern gelieferte raumfrequenzmäßig erweiterte Leuchtdichtesignal und die Farbartsignalkomponenten, die von einem in den Fig. nicht dargestellten MAC-Prozessor erzeugt werden, matrixiert und den Bildröhren-Ansteuerstufen angelegt werden, um den in diesen Signalen enthaltenen hochauflösenden Bildinhalt wiederzugeben. Obwohl die Frequenzverkämmungsmethoden am Beispiel der Leuchtdichtesignalkomponente eines MAC-Signals beschrieben worden sind, können ähnliche Frequenzverkämmungsmethoden angewandt werden, um die Raumfrequenzen in den Farbartsignalkomponenten oder in anderen Signalformaten zu erweitern.

Claims

1. Anordnung zur Verarbeitung des Raumzeitfrequenz- Spektrums eines in einem Videosignal enthaltenen Bildes zur Lieferung eines frequenzverkämmten Videosignals für die Übertragung über einen einzigen Kanal, bestehend aus:

einer Einrichtung (Fig. 11) zum Empfang eines ersten Signals (Vb), das ein Bild enthält, zu dem ein Bildspektrum (22, Fig. 1A) in einem Raumzeitfrequenzvolumen gehört;

einer auf das erste Signal ansprechenden Einrichtung (330) zur Erzeugung eines zweiten Signals (xi, x), das eine Raumzeitträgermodulation (Fig. 10A) eines ursprünglichen Spektralabschnittes (1a-4a) des Bildspektrums in eine verkämmte Stelle (1a'-4a') neben dem Bildspektrum darstellt, wobei der verkämmte Spektralabschnitt so hergestellt wird (71), daß er eine reduzierte Amplitude gegenüber der Amplitude des entsprechenden Spektralabschnittes des Bildspektrums hat;

einer Einrichtung zur Begrenzung der Bandbreite des Bildspektrums, um den ursprünglichen Spektralabschnitt (1a-4a) wegzulassen, und

einer auf das zweite Signal ansprechenden Einrichtung (150a) zur Erzeugung eines verkämmten Videosignals, das den amplitudenreduzierten verkämmten Spektralabschnitt und einen Abschnitt des bandbreitenbegrenzten Bildspektrums enthält, aus dem derjenige Spektralabschnitt ebenfalls weggelassen ist, der dem verkämmten Spektralabschnitt entspricht, welcher im Videosignal für die Übertragung den Ort des ebenfalls weggelassenen Abschnittes anstatt den weggelassenen Abschnitt belegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, worin die das zweite Signal erzeugende Einrichtung eine Einrichtung zur Filterung des ersten Signals enthält, um aus dessen Spektrum Spektralinhalt am verkämmten Ort zu entfernen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, worin die das zweite Signal erzeugende Einrichtung eine auf das erste Signal ansprechende Einrichtung enthält, um digitale Abtastwerte aus diesem Signal zu erzeugen und dadurch Wiederholungsspektren zu bilden, die den verkämmten Spektralabschnitt enthalten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, worin die Einrichtung die digitale Abtastwerte erzeugt, eine Einrichtung zur Reduzierung der Amplitude ausgewählter Exemplare der digitalen Abtastwerte enthält, um die Amplitude des verkämmten Spektralabschnittes zu reduzieren.

5. Anordnung nach Anspruch 4, worin der entsprechende Spektralabschnitt des Bildspektrums in mindestens einer Dimension des Raumzeitfrequenzvolumens Frequenzen enthält, die höher sind als die im verkämmten Spektralabschnitt enthaltene Maximalfrequenz in der betreffenden Dimension.

6. Anordnung nach Anspruch 5, worin die Einrichtung, die das verkämmte Videosignal erzeugt, ein mit der amplitudenreduzierenden Einrichtung gekoppeltes Tiefpaßfilter enthält, das die besagte Maximalfrequenz als Grenzfrequenz hat.

7. Anordnung nach Anspruch 3, enthaltend ein auf die digitalen Abtastwerte ansprechendes Raumfilter, um aus deren Spektrum Spektralinhalt am verkämmten Ort zu entfernen.

8. Anordnung zur Rekonstruktion des Raumzeitfrequenzspektrums eines Bildes, das in einem raumzeitfrequenzverkämmten Videosignal enthalten ist, welches einen verkämmten Abschnitt reduzierter Amplitude hat, bestehend aus:

einer Einrichtung (Fig. 12) zum Empfang eines raumzeitfrequenzverkämmten Videosignals Vfi, das ein Raumzeitfrequenzspektrum eines Bildes enthält, aus dem ein Abschnitt des Bildspektrums weggelassen ist, und ferner einen verkämmten Abschnitt enthält, der an einem komplementären Ort neben dem Bildspektrum liegt und dem weggelassenen Abschnitt des Bildspektrums entspricht und der reduzierte Amplitude gegenüber der Amplitude eines anderen Abschnittes des Spektrums des verkämmten Videosignals hat;

einer Einrichtung (125, 86, 81), die auf das verkämmte Videosignal anspricht, um ein zweites Signal zu erzeugen, das eine Raumzeitträgermodulation des verkämmten Abschnittes darstellt, um diesen Abschnitt (1a'-4a') an seinen ursprünglichen Ort im Bildspektrum zurückzubringen unter Erhöhung der Amplitude des zurückgebrachten Abschnittes gegenüber dem reduzierten Amplitudenwert;

einer Einrichtung (83), die auf das verkämmte Videosignal anspricht, um ein drittes Signal zu erzeugen, das den besagten anderen Abschnitt (1b-4b) des Bildspektrums darstellt, und

einer Einrichtung (33), die auf das zweite und das dritte Signal anspricht, um ein Signal zu erzeugen, das eine Rekonstruktion des Bildspektrums darstellt, in welchem der zurückgebrachte Abschnitt erhöhte Amplitude gegenüber dem entsprechenden verkämmten Abschnitt im empfangenen Videosignal hat.

9. Anordnung nach Anspruch 8, worin die Einrichtung, die das zweite Signal erzeugt, eine Einrichtung zur Erzeugung digitaler Abtastwerte des verkämmten Videosignals und eine Einrichtung aufweist, um die Amplitude ausgewählter Exemplare der digitalen Abtastwerte gegenüber anderen Exemplaren der digitalen Abtastwerte zu erhöhen.

10. Anordnung nach Anspruch 8, worin der zurückgebrachte Abschnitt der Rekonstruktion des Bildspektrums in mindestens einer Dimension Raumfrequenzen enthält, die höher sind als die im verkämmten Abschnitt enthaltene Maximalfrequenz in der betreffenden Dimension.

11. Anordnung nach Anspruch 8, worin die Einrichtung, die das zweite Signal erzeugt, eine Einrichtung zur Erzeugung von Schachbrett-Abtastwerten des verkämmten Videosignals, ein mit der die Schachbrett-Abtastwerte erzeugenden Einrichtung gekoppeltes Raum-Hochpaßfilter und eine Verstärkungseinrichtung enthält, die mit dem Raum- Hochpaßfilter gekoppelt ist, um die Amplitude der am Ausgang des Raum-Hochpaßfilters entwickelten Abtastwerte zu erhöhen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, worin die Einrichtung, die das dritte Signal erzeugt, ein Raum-Tiefpaßfilter enthält, das mit der die Schachbrett-Abtastwerte erzeugenden Einrichtung gekoppelt ist, und worin die auf das zweite und das dritte Signal ansprechende Einrichtung einen Addierer aufweist, der mit dem Hoch- und dem Tiefpaßfilter gekoppelt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, worin der zurückgebrachte Abschnitt der Rekonstruktion des Bildspektrums in mindestens einer Dimension Raumfrequenzen enthält, die höher sind als die im verkämmten Abschnitt enthaltene Maximalfrequenz der betreffenden Dimension, und worin die Grenzfrequenzen des Hoch- und des Tiefpaßfilters im wesentlichen gleich der besagten Maximalfrequenz sind.

14. Anordnung zur Erzeugung eines ein Raumzeitfrequenzspektrum enthaltenden Videosignals für die Übertragung über einen einzigen Kanal, bestehens aus:

einer Einrichtung (Fig. 18) zum Empfang eines ersten Videosignals (Vb2), das ein Bild enthält, zu dem ein Bildspektrum in einem Raumzeitfrequenzvolumen gehört;

einer Einrichtung (422, 423), die auf das erste Videosignal anspricht, um ein zweites Videosignal zu erzeugen, das einen ersten Teil (Fig. 22B) des Bildspektrums enthält;

einer Einrichtung (220), die ein zweidimensionales Filter enthält, das auf das erste Videosignal (Vfi) anspricht, um ein drittes Videosignal zu erzeugen, das ein Spektrum (Fig. 22A) mit einem raumzeitfrequenzverkämmten Abschnitt (1a', 1b, 5a', 5b') enthält, der durch Raumzeitträgermodulation aus einem entsprechenden Abschnitt des Bildspektrums abgeleitet ist, der selbst im Spektrum des dritten Signals weggelassen ist, und

einer Einrichtung (424), die auf das zweite und das dritte Videosignal anspricht, um ein viertes Videosignal (Vs) zu erzeugen, dessen Frequenzspektrum zeitlich zwischen dem ersten Teil des Bildspektrums und dem raumzeitverkämmten Abschnitt abwechselt.

15. Anordnung nach Anspruch 15, worin der entsprechende Abschnitt des Bildspektrums Horizontal-Raumfrequenzen enthält, die sämtlich hohe Frequenzen oberhalb einer gegebenen Frequenz sind.

16. Anordnung nach Anspruch 14, worin der erste Teil des Bildspektrums einen Diagonalabschnitt eines allgemein rechteckig geformten Spektrums aufweist.

17. Anordnung nach Anspruch 14, worin das Spektrum des dritten Videosignals im allgemeinen rechteckige Form hat.

Text fehlt

wobei der verkämmte Abschnitt in einer Ecke des Spektrums liegt.

18. Anordnung nach Anspruch 17, worin der verkämmte Abschnitt aus einem entsprechenden Abschnitt des Bildspektrums abgeleitet ist, der Horizontal-Raumfrequenzen enthält, die sämtlich hohe Frequenzen oberhalb einer gegebenen Frequenz sind, und worin der besagte erste Teil des Bildspektrums einen Diagonalabschnitt eines allgemein rechteckig geformten Spektrums aufweist, der am Ort des verkämmten Abschnittes liegt.

19. Anordnung für eine zur Bildwiedergabe dienende Verarbeitung eines ersten Videosignals, das ein Raumzeitfrequenzspektrum enthält, welches einen ersten Teil eines Spektrums eines Bildes und, zeitlich damit abwechselnd, einen raumzeitfrequenzverkämmten Spektralabschnitt hat, der durch Raumzeitträgermodulation aus einem entsprechenden Spektralabschnitt abgeleitet ist, welcher aus dem Spektrum des ersten Videosignals weggelassen ist, bestehend aus:

einer Einrichtung (340, Fig. 19), die ein Filter (341, 342, Fig. 17) in den beiden Dimensionen enthält, das auf das erste Videosignal Vs anspricht, um ein zweites Videosignal V''b zu erzeugen, welches ein rekonstruiertes Spektrum enthält, worin der verkämmte Abschnitt an denjenigen Ort des Bildspektrums verlegt ist, der vom besagten entsprechenden Abschnitt des Bildspektrums eingenommen wird, und

einer Einrichtung (424), die auf das erste und das zweite Videosignal anspricht, um ein drittes Videosignal Vb2 zu erzeugen, das ein Spektrum enthält, welches das rekonstruierte Spektrum und den ersten Teil des Bildspektrums enthält.

20. Anordnung nach Anspruch 19 mit einer Einrichtung, die auf das erste Videosignal anspricht, um ein viertes Signal zu erzeugen, das einen gemeinsamen Spektralabschnitt enthält, der im Bildspektrum einen Ort einnimmt, welcher sowohl dem ersten Teil des Bildspektrums als auch dem besagten entsprechenden Abschnitt des Bildspektrums benachbart ist, und wobei die das dritte Videosignal erzeugende Einrichtung auf das vierte Videosignal anspricht, um den gemeinsamen Spektralabschnitt in das Spektrum des dritten Videosignals einzuschließen.

21. Anordnung nach Anspruch 20, wobei das Spektrum des ersten Teils des Bildspektrums aus einem Diagonalabschnitt eines allgemein rechteckförmigen Spektrums besteht und wobei der rekonstruierte Abschnitt des Bildspektrums Horizontal- Raumfrequenzen enthält, die sämtlich hohe Frequenzen oberhalb einer gegebenen Frequenz sind.

22. Anordnung nach Anspruch 19 mit einem Verzögerungselement, das auf das erste Videosignal anspricht und eine genügende Verzögerungszeit liefert, um auf einer Ausgangssignalleitung des Verzögerungselementes ein verzögertes Videosignal zu erzeugen, welches eines der zeitmultiplexierten Spektren enthält, wenn das Videosignal auf einer Eingangssignalleitung des Verzögerungselementes das andere der zeitmultiplexierten Spektren enthält, und mit einer Schalteinrichtung, die mit dem Verzögerungselement und mit den das zweite und das dritte Videosignal erzeugenden Einrichtungen gekoppelt ist, um zu ermöglichen, daß das Spektrum des dritten Videosignals gleichzeitig das rekonstruierte Spektrum und den ersten Teil des Bildspektrums enthält.

23. Anordnung nach Anspruch 22, worin der erste Teil des Bildspektrums und der verkämmte Spektralabschnitt in einer Dimension Frequenzen enthalten, die sämtlich höher als eine gegebene Frequenz sind, und wobei die Anordnung eine Einrichtung enthält, um auf einer Eingangssignalleitung des Verzögerungselementes ein viertes Videosignal zu erzeugen, das eine Trägermodulation des fünften Teils des Bildspektrums und des verkämmten Spektralabschnitts darstellt, um den ersten Teil des Bildspektrums und den verkämmten Spektralabschnitt auf Frequenzen zu legen, die niedriger als die gegebene Frequenz sind.

24. Anordnung nach Anspruch 23, worin die das dritte Videosignal erzeugende Einrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf den Ausgang der Schalteinrichtung anspricht, um ein fünftes und ein sechstes Videosignal zu erzeugen, die eine weitere Trägermodulation des trägermodulierten ersten Teils des Bildspektrums bzw. des trägermodulierten verkämmten Spektralabschnitts darstellen, so daß das fünfte Signal das rekonstruierte Spektrum und das sechste Signal den ersten Teil des Bildspektrums wiederhergestellt an ihrem ursprünglichen Ort im Bildspektrum enthalten, und mit einer Einrichtung, die auf das fünfte und das sechste Signal anspricht, um daraus das dritte Signal abzuleiten.

25. Anordnung nach Anspruch 22, mit einer Einrichtung, die auf das erste Videosignal anspricht, um ein viertes Videosignal zu erzeugen, das einen gemeinsamen Spektralabschnitt enthält, der einen Ort angrenzend an den besagten Bildteil des Bildspektrums und angrenzend an den besagten entsprechenden Abschnitt des Bildspektrums einnimmt, und wobei die das dritte Videosignal erzeugende Einrichtung auf das vierte Videosignal anspricht, um den gemeinsamen Spektralabschnitt in das Spektrum des dritten Videosignals einzuschließen.

26. Anordnung nach Anspruch 25, worin das Spektrum des ersten Teils des Bildspektrums aus einem Diagonalabschnitt eines allgemein rechteckförmigen Spektrums besteht und worin der rekonstruierte Abschnitt des Bildspektrums Horizontal-Raumfrequenzen enthält, die sämtlich hohe Frequenzen oberhalb der gegebenen Frequenz sind.

27. Anordnung zur Verarbeitung eines ersten Videosignals Vs, das en erstes, den Bildinhalt eines Bildspektrums enthaltendes Raumzeitfrequenzspektrum in mindestens einer ersten und einer zweiten Dimension enthält, wobei das erste Spektrum einen ersten Abschnitt enthält, der einen ersten Teil des Bildspektrums und einen raumfrequenzverkämmten zweiten Abschnitt darstellt, welcher einen zweiten Teil des Bildspektrums darstellt und im ersten Videosignal zeitlich mit dem ersten Abschnitt abwechselt, wobei einer der ersten und zweiten Abschnitte einen hochfrequenten Abschnitt aufweist, der hohe Spektralfrequenzen in der ersten Dimension enthält;

eine erste Modulationseinrichtung (722, Fig. 21), die auf das erste Videosignal anspricht, um ein zweites Videosignal (ST) zu erzeugen, das einen modulierten Spektralabschnitt (Fig. 24B) enthält, der den Bildinhalt des hochfrequenten Abschnittes darstellt und in einem niedrigfrequenten Raumzeitbereich liegt, dessen Spektralfrequenzen in der besagten einen Dimension niedriger sind als die besagten hohen Spektralfrequenzen;

ein Verzögerungselement (721), das mit der ersten Modulationseinrichtung gekoppelt ist, um das modulierte Signal für die Erzeugung eins verzögerten Videosignals zu speichern, das den Bildinhalt des hochfrequenten Abschnittes enthält;

eine Einrichtung (624), die auf das verzögerte Videosignal und auf das modulierte Signal anspricht, um den ersten und den zweiten Teil des Bildspektrums zeitlich voneinander zu trennen;

eine Einrichtung, die eine zweite Modulationseinrichtung (725, 726) enthält, welche auf das verzögerte Videosignal anspricht, um einen zweiten modulierten Spektralabschnitt zu erzeugen, der den Bildinhalt des hochfrequenten Abschnittes wiederhergestellt an seinem entsprechenden Ort im Bildspektrum darstellt;

eine Einrichtung (623), die mit der besagten trennenden Einrichtung und mit der zweiten Modulationseinrichtung gekoppelt ist, um ein rekonstruiertes Spektrum unter Einschluß der getrennten ersten und zweiten Teile zu erzeugen.

28. Anordnung nach Anspruch 27, worin die zweite Modulationseinrichtung einen ersten Modulator enthält, um eine erste Komponente des zweiten modulierten Spektralabschnittes zu erzeugen, die den Bildinhalt des ersten Teils des Bildspektrums in einer darin passend neu positionierten Weise darstellt, und einen zweiten Modulator zur Erzeugung einer zweiten Komponente des zweiten modulierten Spektralabschnittes, die den Bildinhalt des zweiten Teils des Bildspektrums in einer darin passend neu positionierten Weise darstellt.

29. Anordnung nach Anspruch 27, worin das Verzögerungselement Abtastwerte des modulierten Signals speichert, die voneinander in der Horizontalabtastrichtung, welche der ersten Dimension entspricht, beabstandet sind, wobei die abgetasteten Raumfrequenzen niedriger sind als die besagten hohen Spektralfrequenzen.

30. Anordnung nach Anspruch 29, worin das Verzögerungselement Abtastwerte des modulierten Signals speichert, die voneinander in der Vertikalabtastrichtung beabstandet sind, wobei die abgetasteten Raumfrequenzen in der Vertikalabtastrichtung niedriger sind als die Vertikal-Spektralfrequenzen des besagten hochfrequenten Abschnittes.

31. Anordnung nach Anspruch 30, wobei der erste Abschnitt rechteckige Form hat und nur Diagonal-Raumfrequenzen des Bildspektrums enthält und wobei der verkämmte zweite Abschnitt rechteckige Form hat und im selben Spektralbereich wie der erste Abschnitt liegt und repräsentativ für den zweiten Teil des Bildspektrums ist, der nur Horizontal-Raumfrequenzen enthält, die höher sind als die Diagonal-Raumfrequenzen, und nur Vertikal- Raumfrequenzen, die niedriger sind als die Diagonal- Raumfrequenzen.

32. Anordnung nach Anspruch 31, worin die zweite Modulationseinrichtung einen ersten Modulator enthält, um eine erste Komponente des zweiten modulierten Spektralabschnittes zu erzeugen, die den Bildinhalt des ersten Teils des Bildspektrums in einer darin passend neu positionierten Weise darstellt, und einen zweiten Modulator zur Erzeugung einer zweiten Komponente des zweiten modulierten Spektralabschnittes, die den Bildinhalt des zweiten Teils des Bildspektrums in einer passend neu positionierten Weise darstellt.

33. Anordnung zur Erzeugung eines raumzeitlichen Leuchtdichte-Videosignals in einem Leuchtdichtekanal unter Verwendung eindimensionaler Filter, bestehend aus:

einer Einrichtung (219) zum Empfang eines ersten Leuchtdichte-Videosignals, das ein Bild enthält, zu dem ein Basisband-Raumzeitfrequenzspektrum in mindestens einer ersten und einer zweiten Dimension entsprechend der Horizontal- bzw. der Vertikalabtastrichtung gehört;

einer Filteranordnung in der ersten und der zweiten Dimension, bestehend aus einer Vielzahl getrennter eindimensionaler Filter (223, 224), die mit der empfangenden Einrichtung gekoppelt sind, um das Basisbandspektrum sowohl in der ersten als auch in der zweiten Dimension zu filtern und dadurch einen ersten Leuchtdichte-Spektralabschnitt kreuzförmiger Gestalt zu erhalten, der Basisbandfrequenzen des Basisbandspektrums enthält, und einen zweiten Leuchtdichte-Spektralabschnitt des Basisbandspektrums zu erhalten, der in der ersten Dimension Spektralfrequenzen enthält, die höher sind als diejenigen im kreuzförmig gestalteten ersten Spektralabschnitt, unter Ausschluß niedrigerer Spektralfrequenzen in der ersten Dimension, und der in der zweiten Dimension niedrigere Spektralfrequenzen enthält, unter Ausschluß höherer Spektralfrequenzen in der zweiten Dimension, und

einer Einrichtung (225, 227, 228) zur Trägermodulation des zweiten Leuchtdichteabschnittes mittels eines Modulationsprozesses, der den zweiten Abschnitt als einen verkämmten Abschnitt im Leuchtdichtekanal anordnet, gelegen an einer verkämmten Stelle angrenzend an den kreuzförmigen ersten Spektralabschnitt an einem Ort in den höherfrequenten Bereichen sowohl der ersten als auch der zweiten Dimension, wobei die Filteranordnung der getrennten eindimensionalen Filter den zweiten Leuchtdichte-Spektralabschnitt sowohl vertikal als auch horizontal filtert, um in Zusammenwirkung mit dem Modulationsprozeß das verkämmte Leuchtdichte-Videosignal in einer Weise zu erzeugen, bei welcher die Neigung besteht, gegenseitige Störung zwischen dem ersten und dem verkämmten Spektralabschnitt zu vermeiden.

34. Anordnung nach Anspruch 33, worin die Filteranordnung zusätzlich einen dritten Spektralabschnitt liefert, der mit dem Spektrum des verkämmten Abschnittes kombiniert ist.

35. Anordnung nach Anspruch 33, wobei der verkämmte Abschnitt an einer verkämmten Stelle in einer Ecke des kreuzförmigen ersten Spektralabschnitts liegt.

36. Anordnung nach Anspruch 33, wobei der kreuzförmige erste Spektralabschnitt und der verkämmte Spektralabschnitt gemeinsam ein kombiniertes, von Artefakten freies und allgemein rechteckförmiges Leuchtdichtespektrum für einen Kanal begrenzter Kapazität bilden, der von diesem kombinierten Leuchtdichtespektrum bis auf seine Kapazität ausgefüllt ist.

37. Anordnung nach Anspruch 36, wobei der erste Spektralabschnitt in einer der ersten und zweiten Dimensionen Frequenzen enthält, die sämtlich höher sind als eine gegebene Frequenz, und wobei das rechteckförmige Spektrum in dieser einen Dimension keine höheren Frequenzen als die gegebene Frequenz enthält.

38. Anordnung zur Verarbeitung eines raumzeitfrequenzverkämmten Leuchtdichte-Videosignals in einem Leuchtdichtekanal unter Verwendung eindimensionaler Filter, bestehend aus:

einer Einrichtung (319, Fig. 17) zum Empfang eines ersten Leuchtdichte-Videosignals, das ein Raumzeitfrequenzspektrum in mindestens einer ersten und einer zweiten Dimension entsprechend der horizontalen bzw. vertikalen Abtastrichtung aufweist und einen ersten kreuzförmig gestalteten Leuchtdichteteil eines Bildspektrums und einen verkämmten Leuchtdichte-Spektralabschnitt enthält, der einem zweiten Teil des Bildspektrums entspricht, welcher aus dem Spektrum des ersten Videosignals weggelassen ist und höhere Spektralfrequenzen in der ersten Dimension unter Ausschluß niedrigerer Spektralfrequenzen in der ersten Dimension enthält und ferner niedrigere Spektralfrequenzen in der zweiten Dimension unter Ausschluß höherer Spektralfrequenzen in der zweiten Dimension enthält, wobei der verkämmte Spektralabschnitt an einer Stelle in den höherfrequenten Bereichen sowohl der ersten als auch der zweiten Dimension liegt, die dem ersten kreuzförmigen Teil benachbart ist, wo Spektralgehalt des Bildes aus dem Bildspektrum ausgefiltert worden ist;

einer in der ersten und der zweiten Dimension wirkenden Filteranordnung, bestehend aus einer Vielzahl getrennter eindimensionaler Filter (341, 342) zur Filterung des ersten Leuchtdichte-Videosignals sowohl in der ersten als auch in der zweiten Dimension, um ein zweites Leuchtdichte-Videosignal zu erzeugen, das den verkämmten Spektralabschnitt enthält;

einer Einrichtung (343), die auf das zweite Leuchtdichte-Videosignal anspricht und mit der Filteranordnung zusammenwirkt, um ein drittes Leuchtdichte-Videosignal (S'p) zu erzeugen, das eine derartige Trägermodulation des verkämmten Spektralabschnittes im Leuchtdichtekanal darstellt, daß der zweite Teil des Bildspektrums abgetrennt und an seiner ursprünglichen Stelle im Bildspektrum wiederhergestellt wird, und

einer Einrichtung (344), die auf das dritte Leuchtdichte-Videosignal anspricht, um ein viertes Leuchtdichte- Videosignal zu erzeugen, das eine den ersten und den zweiten Teil enthaltende Rekonstruktion des Bildspektrums darstellt.

39. Anordnung nach Anspruch 38, worin die Filteranordnung außerdem ein fünftes Videosignal erzeugt, das den ersten Teil des Bildspektrums enthält, wobei die das vierte Videosignal erzeugende Einrichtung auf das fünfte Videosignal anspricht, um das Spektrum des fünften Videosignals mit dem Spektrum des dritten Videosignals zu kombinieren und dadurch die Rekonstruktion des Bildspektrums zu erreichen.

40. Anordnung nach Anspruch 38, wobei der verkämmte Spektralabschnitt an einer verkämmten Stelle liegt, die einer Eckposition angrenzend an den ersten kreuzförmigen Teil des Bildspektrums entspricht.

41. Anordnung nach Anspruch 40, wobei der verkämmte Spektralabschnitt und der erste Teil des Bildspektrums ein rechteckförmiges Spektrum bilden, das innerhalb des ersten Videosignals enthalten ist.

42. Anordnung nach Anspruch 41, wobei der zweite Teil des Bildspektrums in einer der ersten und zweiten Dimensionen Frequenzen enthält, die sämtlich höher sind als eine gegebene Frequenz, und wobei das rechteckförmige Spektrum des ersten Signals in dieser einen Dimension Frequenzen enthält, die nicht höher als die gegebene Frequenz sind.