DE3707243A1 - Verfahren zur digitalen uebertragung von fernsehsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Übertragung von Fernsehsignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Fernsehprogrammübertragung erfolgt in zunehmendem Maße über die Breitbandkabel-Verteilnetze der Deutschen Bundespost. Dazu werden die Fernsehsignale in Empfangsstellen zunächst in der Zwischenfrequenznormlage aufbereitet, bevor sie nach erneuter Umsetzung im Übertragungsfrequenzbereich zwischen 40 MHz und 300 MHz übertragen werden. Über Breitbandverstärker, Abzweigein­ richtungen und Anschlußdosen gelangen diese Signale zum Teilneh­ mer. Da es sich dabei um analoge Signale handelt, scheidet bis­ her die Übertragung über Glasfaserkabel aus. Dies gilt auch für die Übertragung von einer Empfangsstelle zu einer Breitband-Ver­ teilstelle. Um dennoch eine Übertragung durchführen zu können, werden die Videosignale und die Tonkanäle getrennt demoduliert, digitalisiert und über Multiplexverbindungen übertragen. Hierbei ist insbesondere die Demodulation von Stereo-Tonsignalen beson­ ders aufwendig. Nach der digitalen Übertragung des Videosignals und der Stereo-Tonkanäle müssen diese nach einer Digital-Analog- Umsetzung wieder mit großem Aufwand zu einem kompletten Videosi­ gnal zusammengefügt werden. Einen Überblick über den Geräteauf­ wand bietet das Informationsblatt "Info N4-014 D/E-1" der Firma Rohde & Schwarz, München, Mühldorfstraße.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Übertragungs­ verfahren für Fernsehsignale über Verbindungen eines Breitband­ kabelnetzes anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Videosignale als Träger­ frequenzsignale erhalten bleiben. Sie müssen nicht demoduliert werden und somit auch nicht in einer Breitband-Verteilstelle er­ neut moduliert werden. Die besonders aufwendige Trennung von Bildsignal und Tonsignal ist nicht mehr erforderlich. Auch alle im Fernsehsignal enthaltenen Zusatzinformationen, wie beispiels­ weise Videotext und Prüfzeilen, werden automatisch mit übertra­ gen. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Kostenersparnis gegen­ über der getrennten Übertragung der verschiedenen Informationen. Das digitalisierte Videosignal kann über alle bekannten Übertra­ gungsmedien, wie Koaxialkabel, Richtfunkverbindungen und Glasfa­ serkabel übertragen werden.

Ferner können zur Realisation des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits vorhandene Geräte zur Signalaufbereitung verwendet wer­ den.

Da das digitalisierte Videosignal eine Normbitrate aufweist, können bereits vorhandene Multiplex- und Übertragungseinrichtun­ gen verwendet werden. Bis zu vier digitale Videosignale können zu einem Multiplexsignal mit 565 Mbit/s zusammengefaßt werden. Durch den Einsatz datenreduzierender Verfahren kann die Bitrate des digitalisierten Videosignals auf die Hälfte oder sogar auf ein Viertel reduziert werden. Die Anzahl der übertragbaren Fern­ sehprogramme über denselben Datenkanal wird entsprechend erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird anhand von Prinzip­ schaltbildern näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 sendeseitige Einrichtungen zu Video-Digitalumsetzung,

Fig. 2 empfangsseitige Einrichtungen zur Video-Analogumsetzung,

Fig. 3 einen Frequenzplan zur Videosignal-Umsetzung und

Fig. 4 sendeseitige Aufbereitungsbaugruppen für ein Videosignal.

Die in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen zur Umsetzung von analogen Videosignalen in ein digitales Multiplexsignal enthal­ ten mehrere Video-Digitalumsetzer VDU 1, VDU 2, . . ., denen jeweils ein komplettes Videosignal VZF 1, VZF 2, VZF 3, . . . in der Zwischen­ frequenzlage f _ZF zugeführt wird und die jeweils ein digitali­ siertes Videosignal VD 1, VD 2, . . . an ihrem Ausgang abgeben. Dem ersten Video-Digitalumsetzer VDU 1 wird an seinem Eingang 1 ein erstes Video-Zwischenfrequenzsignal VZF 1 zugeführt. Dies wird in einem ersten Frequenzumsetzer FU 1 aus der Zwischenfrequenzla­ ge f _ZF in die Basisbandlage f _BB umgesetzt. Das zugehörige Fre­ quenzdiagramm ist in Fig. 3 dargestellt. Das so gewonnene Video- Basisbandsignal VB 1 gelangt über ein erstes Tiefpaßfilter F 1, das für eine saubere Begrenzung des Basisbandes sorgt, zu einem ersten Analog-Digital-Umsetzer AD 1. Hier wird das erste Video- Basisbandsignal VB 1 abgetastet und digitalisiert. Das erste di­ gitalisierte Videosignal VD 1 wird dem ersten Eingang EM 1 einer Multiplexeinrichtung MUX zugeführt. Das digitalisierte Videosi­ gnal VD 1 weist nach der CCITT-Empfehlung G. 703 eine Normbitrate von 139,264 Mbit/s auf. Bis zu vier solcher digitalisierter Vi­ deosignale VD 1 bis VD 4 können von der Multiplexeinrichtung zu einem Multiplexsignal MS mit einer Übertragungsbitrate von 565 Mbit/s zusammengefaßt und am Streckenausgang SA ausgesendet wer­ den. Hierzu werden weitere Video-Digitalumsetzer an die weiteren Eingänge EM 2 bis EM 4 der Multiplexeinrichtung angeschaltet.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein zweiter Video- Digitalumsetzer VDU 2 und ein dritter Video-Digitalumsetzer VDU 3 vorgesehen, deren Ausgänge jeweils über einen Codierer CO 1 bzw. CO 2 und einen vorgeschalteten Multiplexer VM 1 zusammengefaßt sind. Der Ausgang dieses Multiplexers ist mit dem dritten Ein­ gang EM 3 der Multiplexeinrichtung MUX verbunden. Die den Eingän­ gen 2 und 3 der Video-Digitalumsetzer VDU 2 und VDU 3 zugeführten Video-Zwischenfrequenzsignale VZF 2 und VZF 3 werden zunächst wie­ der nach Frequenzumsetzung und Abtastung in digitalisierte Video­ signale VD 32, VD 33 mit der Normbitrate von 139,264 Mbit/s umge­ setzt. Jedes dieser digitalisierten Videosignale wird jedoch in einem der Codierer CO 1 bzw. CO 2 einem datenreduzierenden Verfah­ ren unterworfen, wodurch sich die Ausgangsbitrate auf die Hälfte vermindert. Als Datenreduktionsverfahren ist besonders das Dif­ ferenz-Pulscode-Verfahren DPCM zu nennen. Mit geringen Quali­ tätseinbußen kann die Datenrate auch um mehr als die Hälfte re­ duziert werden.

Das beispielsweise über eine Glasfaser übertragene Multiplexsi­ gnal MS wird dem Streckeneingang SE einer Demultiplexeinrichtung DMUX nach Fig. 2 zugeführt. Diese teilt das Multiplexsignal MS wieder in vier digitalisierte Videosignale auf. Das erste digi­ talisierte Videosignal VD 1 wird über einen ersten Ausgang AM 1 der Demultiplexeinrichtung einem ersten Video-Analogumsetzer VAU 1 zugeführt. Dieser enthält einen ersten Digital-Analog-Um­ setzer DA 1, der an seinem Ausgang wieder das erste Video-Basis­ bandsignal VB 1 abgibt. Dieses wird - falls erforderlich - in ei­ nem weiteren Frequenzumsetzer FU 6 beispielsweise wieder in die Zwischenfrequenz f _ZF umgesetzt und als erstes Video-Signal VS 1 am Ausgang 6 abgegeben.

Entsprechend der Ausführung der sendeseitigen Umsetzereinrich­ tung sind weitere Video-Analog-Umsetzer an die weiteren Ausgänge AM 2 bis AM 4 der Demultiplexeinrichtung angeschlossen. In diesem Fall ist an den dritten Ausgang AM 3 der Demultiplexeinrichtung ein nachgeschalteter Demultiplexer DM 1 angeschaltet, an dessen beide Ausgänge Decodierer DCO 1 und DCO 2 angeschlossen sind. Diese rekonstruieren die ursprünglichen digitalisierten Videosignale VD 32 und VD 33 unter Verdoppelung der Datenrate. Diese Videosi­ gnale werden dann durch weitere Video-Analogumsetzer VAU 2 bzw. VAU 3 in Videosignale VS 2 und VS 3, dies können auch die Video- Zwischenfrequenzsignale VZF 1, VZF 2, . . . (Fig. 3) sein, umgesetzt und an den Ausgängen 7 und 8 abgegeben.

Die an den weiteren Eingängen und Ausgängen der Multiplexein­ richtungen angeschlossenen Umsetzer sind aus Gründen der Über­ sicht nicht dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, Video­ signale mit anderen Signalarten zu einem Multiplexsignal zusam­ menzufassen.

Anhand des in Fig. 3 dargestellten Frequenzplanes soll die Vi­ deo-Signalumsetzung nochmals genauer erläutert werden. Das am Eingang des Video-Digitalumsetzers VDU 1 anliegende Video-Zwi­ schenfrequenzsignal VZF 1 wird in ein Video-Basisbandsignal VB 1 umgesetzt. Der Bildträger wird hierbei zweckmäßigerweise auf die Bildträgerfrequenz f _B = 1,25 MHz herabgemischt. Hierdurch erge­ ben sich automatisch als Tonträgerfrequenzen f _{T 1} = 6,75 MHz, f _{T 2} = 7 MHz (bei nur einem Tonkanal (Mono) liegt der Tonträger bei 6,75 MHz). Entsprechend dem Abtasttheorem sollte die Abtast­ rate mindestens bei dem doppelten der höchsten vorkommenden Fre­ quenz liegen. Die Abtastrate sollte daher gleich oder größer 14,4 MHz sein. Ein Abtastwert kann hierbei 8 oder 9 Bits umfas­ sen. Das geschlossen abgetastete Signal wird als digitalisiertes Videosignal VD 1 der Multiplexeinrichtung zugeführt, mit anderen digitalisierten Videosignalen oder anderen Digitalsignalen zu einem Multiplexsignal MS zusammengefaßt und übertragen. Empfangs­ seitig wird das Multiplexsignal wieder in digitalisierte Video­ signale VD 1 bis VD 4 aufgeteilt. Diese werden den Erfordernissen entsprechend in analoge Videosignale VS 1 bis VS 4 zurückgewandelt. In dem angegebenen Ausführungsbeispiel wird das erste digitali­ sierte Videosignal VD 1 zunächst in das Video-Basisbandsignal VB 1 umgesetzt und anschließend über einen Frequenzumsetzer in die Zwischenfrequenzebene f _ZF transformiert. Hierdurch wird das ur­ sprüngliche Video-Zwischenfrequenzsignal VZF 1 wiedergewonnen, das in der Breitband-Verteilstelle in den erforderlichen Fre­ quenzbereich umgesetzt und ausgesendet werden kann. Natürlich ist es auch möglich, eine Mischstufe einzusparen und Video-Si­ gnale VS der gewünschten Frequenzlage direkt aus dem Video-Ba­ sisbandsignal VB 1 zu erzeugen. Ebenso kann auch das digitali­ sierte Videosignal weiterverarbeitet werden.

In Fig. 4 sind der Vollständigkeit halber die Aufbereitungsbau­ gruppen für ein Videosignal in der Fernseh-Empfangsstelle darge­ stellt. Über einen Antenneneingang AE gelangen die Fernsehsi­ gnale zu einem Eingangsteil ET, in dem ein bestimmtes Videosi­ gnal mit der Signalfrequenz f _E in die Zwischenfrequenz f _ZF um­ gesetzt und in den ZF-Teil ZFT übergeben wird. Dieser enthält Filter- und Regelungseinrichtungen zur Signalaufbereitung. Der Ausgang des Zwischenfrequenzteils ist mit dem Eingang eines in Fig. 1 dargestellten Frequenzumsetzers FU des Video-Digitalum­ setzers VDU verbunden. Der Frequenzumsetzer FU enthält außer ei­ nem Mischer ein Tiefpaßfilter, dessen Ausgang entsprechend Fig. 1 mit einem Analog-Digital-Umsetzer AD verbunden ist. Bis auf die Abtasteinrichtung für das Video-Basisbandsignal VB mit anschließender Analog-Digital-Umsetzung können zur Realisierung des Verfahrens bereits bestehende Baugruppen verwendet werden. Entsprechendes gilt für die Aufbereitungsbaugruppen der Breit­ band-Verteilerstelle. Das vorstehend beschriebene Verfahren kann deshalb auch ohne großen Entwicklungsaufwand realisiert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur digitalen Übertragung von Fernsehsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein analoges Video-Zwischenfrequenzsignal (VZF 1) aus der Zwischenfrequenzlage (f _ZF ) in ein Video-Basisbandsignal (VB 1) umgesetzt wird, daß das Video-Basisbandsignal (VB 1) einschließ­ lich eines Tonsignals oder mehrerer Tonsignale geschlossen abge­ tastet und digitalisiert wird, daß das so erzeugte digitalisier­ te Video-Basisbandsignal (VD 1) übertragen wird und daß empfangs­ seitig das digitalisierte Video-Basisbandsignal in ein analoges Videosignal (VS 1) rückumgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz des Bildträgers des Video-Basisbandsignales (VB 1) mit einer Abtastrate gleich oder größer 14,4 MHz abge­ tastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Abtastwert mit 8 oder 9 Bits quantisiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das digitalisierte Video-Basisbandsignal (VD 1) mit einer Normbitrate von 139,264 Mbit/s nach CCITT-Rec. G. 703 übertragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte Video-Basisbandsignal (VD 32) einem Ver­ fahren zur Datenreduktion unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch das Verfahren zur Datenreduktion die Bitrate des digi­ talisierten Video-Basisbandsignals (VD 32) halbiert wird oder auf eine noch niedrige Normbitrate von 34,368 Mbit/s nach CCITT-Rec. G. 703 herabgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere digitalisierte Video-Basisbandsignale (VD 1 bis VD 4) zu einem Multiplexsignal (MS) zusammengefaßt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß empfangsseitig das digitalisierte Basisbandsignal (VD 1) zu­ nächst in ein analoges Video-Basisbandsignal (VB 1) rückumgesetzt wird und anschließend in ein Videosignal (VS 1) der gewünschten Frequenzlage umgesetzt wird.