DE4018812A1 - Anordnung zur digitalen verarbeitung fuer die video- und fernsehsignalerzeugung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur digitalen Verarbeitung für die Video- und Fernsehsignalerzeugung, beispielsweise bei der Erzeugung PAL-Testsignalen.

Der in vielen europäischen Ländern übliche PAL (= Phase Alternation Line)-Standard bezieht sich auf ein Farbfern­ sehsystem, bei dem die V-Komponente des vom Bezugs-Farbsyn­ chronsignal abgeleiteten Unterträgers von einer horizonta­ len Zeile zur nächsten in der Phase umgekehrt wird, um Farbabweichungen, die bei der Farbübertragung auftreten können, auf ein Minimum zu reduzieren. Es gibt drei Grund- PAL-Standards mit unterschiedliche Subträgerfrequenzen.

Es ist bekannt, zur Erzeugung von digitalen PAL-Testsigna­ len zwei Signale umzuformen, wozu zwischen 50 bis 100 Multiplikationen je Daten-Tastpunkt erforderlich sind. Dies ist in reeller Zeit nur mit hohen Kosten möglich.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Berechnungen Off-Line durchzuführen und die Ergebnisse in einem Puffer­ speicher zu speichern, der Daten für acht Felder bereit­ hält. Die Daten aus einer einzelnen Videozeile werden bei PAL einmal je acht Felder wiederholt. Auch dieses Off-Line Verfahren ist sehr teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anord­ nung zur digitalen Verarbeitung für die Video- und Fernseh­ signalerzeugung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und die Verarbeitungsmöglichkeiten für die Erzeugung von PAL-Testsignalen verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsforn werden zur Erzeugung von PAL-Testsignalen die Y-, die U- und die V-Komponente in einem Speicher gespeichert. Diese Signale werden mit einer Tasthäufigkeit erzeugt, die etwa dem Vierfachen der Sub­ trägerfrequenz entspricht und ein Mehrfaches der Horizon­ talrate ist. Nur eine Zeile jeder Komponente (Y, U, V) braucht gespeichert zu werden. Diese Komponenten werden dann zur Erzeugung eines digitalen PAL-Mischsignals (PAL-D2) kodiert.

Die Anordnung enthält einen Multiplizier-Speicherprozessor zum Multiplizieren der kodierten PAL-Tastsignale mit vor­ bestimmten, im Speicher gespeicherten Koeffizienten zur Erzeugung eines PAL-D2-Testsignals als Ausgangssignal. Die Tastrate ist genau gleich dem Vierfachen der Subträger­ frequenz. Dieses Ausgangssignal wird mit einem digitalen Speicherwert integriert, um die Erzeugung von D1- und D2- Formatsignalen für 525/60 und D1-Formatsignale für 625/50- Systeme zu ermöglichen. Eine Bezugszeile von PAL-D2 wird ebenfalls zum Vergleich mit dem digital verarbeiteten PAL-D2 im Digitalspeicher gespeichert. Die Takt- und Spei­ cheradressierung wird dann zur Anpassung an das System geändert. Die Daten werden vom Y-Speicher-NTSC geschaltet oder für PAL im Y-, U-, V-Speicher verarbeitet. Dies er­ möglicht die Wahl von Speicher-direkt- oder digital ver­ arbeiteten Signalen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anord­ nung zur digitalen Verarbeitung für die Video- und Fernsehsignalerzeugung,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Digitalverarbeitungsanordnung und

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm für die erfindungsgemäße PAL-Testsignalverarbeitung.

Zur Klarstellung seien zunächst einige Begriffe erläutert:

DIGITALE KOMPONENTE D1 - bezeichnet ein digitales Format, das eine Videokomponente darstellt, wobei die Daten für 525/60 und 625/50 auf 27 MHz liegen und auf Zeilenfrequenz des Signals festgelegt sind. Die Daten liegen in Parallel­ komponentenforn vor und stellen in Wiederholfolge von CBY, Cr und Y die Signale Y, R-Y C_R, B-Y C_B dar. Dies ergibt eine Datenfrequenz von 13,5 MHz für Y und 6,75 MHz für R-Y und B-Y CCIR 601 und SMPTZ RP, die in diesem Format definiert sind.

DIGITALES MISCHSIGNAL D2 - ein digitales Format, das ein Misch-Videosignal darstellt, wobei die Datenfrequenz das Vierfache der Subträgerfrequenz des Systems beträgt und die Daten den digitalen Wert des analogen Mischsignals dar­ stellen (14,3181 MHz für NTSC und 17,734475 für PAL).

NTSC (NATIONAL TELEVISION SYSTEM COMMITTEE) - Name von zwei Standardisierungsgruppen, von denen die erste den Standard 525 Tastzeilen pro Bild/30 Bilder pro Sekunde und die zweite das derzeit in den Vereinigten Staaten von Amerika verwendete Farbfernsehsystem bildet. Die Bezeichnung ist ferner üblich für das NTSC-Farbsystem. NTSC wird in ganz Nord- und Mittelamerika mit Ausnahme der französischen Inseln St. Pierre und Miquelon verwendet. Es wird ferner angewendet in der Karibik und Teilen von Südamerika, in Asien und im Pazifikraum. Es wird ferner in der ganzen Welt im US-Militärbereich und in einigen Erdöl-Bohrunternehmen in Mittelost verwendet. Nur in Barbados wurde NTSC-Farbe über ein von 525 Zeilen abweichendes System übertragen; inzwischen wurde auf 525 Zeilen umgestellt. Brasilien ist das einzige Land, in dem Farbfernsehen mit 525 Zeilen pro Bild übertragen und das NTSC-System nicht angewendet wird.

PAL (Phase Alternation Line) - ein Mischfarbe-Übertragungs­ system (wie NTSC), das in vielen Ländern verwendet wird, in denen 625 Tastzeilen pro Bild und 25 Bilder pro Sekunde übertragen wird. Brasilien ist das einzige bekannte Land, in dem PAL auf 525/60-Systemen gesendet wird.

B-Y (U) - Chrominanz-Komponente des Videosignals, die die Farbamplitude des 0/180°-Subträgers darstellt (in PAL manchmal als U bezeichnet).

R-Y (V) - Chrominanz-Komponente des Videosignals, die die Farbamplitude des 90/270°-Subträgers darstellt (in PAL manchmal als V bezeichnet).

Y (Luminanz) - Komponente des Videosignals, die die Hel­ ligkeit der visuellen Information darstellt und so bezeich­ net wird, weil sie in der Y-Achse des Spektralempfindlich­ keitsdiagramms für das menschliche Visualsystem liegt.

MISCHSIGNAL-FERNSEHSYSTEM, in dem Chrominanz- und die Luminanzkomponente des Videosignals zu einem einzigen Signal kombiniert werden, wie sie bei NTSC oder PAL vor­ liegen; jedes einzelne Signal besteht aus mehreren Kom­ ponenten.

Subträger - Hilfs-Informationsträger, der vor der Modula­ tion zum Haupt-Modulationsfrequenzband hinzuaddiert wird. Das üblichste Beispiel im Fernsehbereich ist der NTSC- Farb-Subträger. Viele TV-Schemen schlagen vor, zu NTSC zusätzliche Subträger zu addieren.

KODIERER - Einrichtungen, die Signalkomponenten zu Misch­ signalen umformen. Gelegentlich werden A/D-Wandler als Kodierer bezeichnet.

RASTER - Eine durchgehende vertikale Abtastung eines Bil­ des. Bei fortschrittlichen Tastsystemen umfassen alle Tastzeilen sowohl ein Bild als auch einen Raster bzw. ein Halbbild. Bei einem verschachtelten Tastsystem umfassen alle ungradzahligen Tastzeilen einen Raster und zwei se­ quentielle Raster ein Bild.

BILD - Eine vollständige vertikale Abtastung eines Bildes bei fortschrittlichen Tastsystemen. Ein Bild aus zwei Rastern oder Halbbildern bei verschachtelten Tastsystemen.

VIDEOFORMATE - Videoprozeß innerhalb der Standards wie MISCH, KOMPONENTEN, D1 und D2.

VIDEOSTANDARDS - Ein innerhalb einer Gruppe von Ländern standardisiertes Videosystem wie NTSC 525/60 für USA und Kanada und PAL 625/50 für Europa.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer digitalen Verarbei­ tungsanordnung für die Video- und Fernsehsignalerzeugung, und zwar zur Erzeugung von PAL-D2-Testsignalen als Aus­ gangssignalen.

Die Anordnung 10 der Fig. 1 enthält Speicher 12, 14, 16 zum Speichern der Komponenten Y, U bzw. V eines PAL-Standards, einen PAL-Kodierer 20, dessen Ausgang 22 an den Eingang eines Multiplizier-Speicherprozessors 24 angeschlossen ist. An den Eingang des Prozessors 24 ist ferner der Ausgang 26 eines Koeffizientenspeichers 30 angeschlossen. Das inter­ polierte Misch-PAL-Signal auf dem Ausgang 32 des Prozessors 24 wird dem Eingang eines Registers 34 zugeführt, das auf einem weiteren Eingang 36 eine auf den Subträger bezogene Tastfrequenz (D2-Takt) erhält. Am Ausgang 40 wird ein PAL- D2-Signal abgegeben, das das PAL-Testsignal ist.

Die zur Erzeugung von PAL-Testsignalen in den Speichern 12, 14 und 16 gespeicherten Komponenten Y, U bzw. V werden durch einen zeilenbezogenen Takt (24) getaktet, und zwar mit einer Frequenz, die etwa das Vierfache der Subträger­ frequenz und ein Mehrfaches der Horizontalfrequenz beträgt. Das zweite Kriterium erfordert, daß nur eine Zeile jeder der Komponenten Y, U, V gespeichert wird. Diese Komponenten werden dann im PAL-Kodierer 20 kodiert, wodurch am Ausgang 22 des PAL-Kodierers 20 ein digitales PAL-Mischsignal entsteht, das fast D2-Format hat. Die Tastfrequenz muß auf das Vierfache der Subträgerfrequenz geändert werden. Da die Differenz zwischen den Frequenzen 10 Hz und die Frequenz 17,7 MHz beträgt, beträgt die Phasenverschiebung während einer einzelnen Zeile nur 0,576°.

Das Problem liegt in der Interpolation zwischen zwei Tast­ punkten unter Verwendung der gleichen Interpolation für die Punkte in einer Zeile. Die nächste Linie hat eine leicht unterschiedliche Interpolation. Die Interpolation erfolgt unter Anwendung einer sin x über x-Funktion, die durch eine Fensterfunktion modifiziert wird. Die Fensterfunktion ändert sich, wenn sich das Interpolationsintervall ändert (von Zeile zu Zeile), so daß das Gesamt-Ansprechverhalten der Signale verbessert wird.

Im PAL-Format wiederholt sich das Interpolationsintervall alle 157 Zeilen. Die Interpolation wird durch Speicherung von acht Vielfachen der Tastungen und Koeffizienten reali­ siert. Es gibt 157 Gruppen dieser Koeffizienten (eine Gruppe für jede Zeile). Der Koeffizientenspeicher 30 spei­ chert die vorbestimmten Interpolationskoeffizienten und der Multiplizier/Speicherprozessor 24 führt die notwendigen Vervielfachungen der Tastungen und Koeffizienten durch. Die Interpolations-Koeffizienten können zur Verringerung von Fehlern mit den Testsignalen geändert werden. Diese werden über eine Leitung 31 dem Koeffizientenspeicher 30 zuge­ führt.

Herkömmlicherweise sind zwischen 50 und 100 Vielfache bzw. Multiplikationen pro Daten-Tastpunkt erforderlich. Hierzu wird eine sehr schnelle Hardware benötigt und es ist teuer, diesen Vorgang in Realzeit auszuführen. Eine andere Mög­ lichkeit besteht darin, die Berechnungen off-line durch­ zuführen und die Ergebnisse in einem Pufferspeicher zu speichern, der Daten für acht Felder hält. Die Daten aus einer einzelnen Zeile des Videosignals wiederholen sich bei PAL einmal je acht Felder oder Raster. Bei off-line sind verhältnismäßig große Speicher für etwa drei Millionen Daten erforderlich; die Realisierung ist sehr teuer.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen digitalen Verarbeitungssystems 44, wobei ähnliche Aspekte wie im System 10 der Fig. 1 verwendet werden. Die Y-, U- und V-Komponenten 12, 14 bzw. 16 eines Videosignals werden dem PAL-Kodierer 20 zugeführt. Das Ausgangssignal 22 des PAL-Kodierers 20 und das PAL-D2-Taktsignal 52 werden einem Tastfrequenz-Umformer 50 zugeführt, der den Koeffi­ zientenspeicher 30 und den Multiplizier/Speicherprozessor 24 beinhaltet. Auf dem Ausgang des Tastfrequenzumformers 50 liegt das digitale PAL-Mischsignal PAL-D2 40, das einem herkömmlichen Datenschalter 60 zugeführt wird.

Der Datenschalter 60 empfängt ferner NTSC-Mischdaten (NTSC-D2) 56, so daß auf dem Ausgang 62 des Datenschalters 60 entweder der NTSC-D2 oder der PAL-1D2-Standard liegt (je nachdem, ob das gewünschte Format PAL oder NTSC ist).

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 werden die Daten 66 umfassend D1 525, D1 526, D2 525 und eine Leitung D2 625- Daten dem Speicher 70 zugeführt, um Daten für das D1- oder D2-Format in 525/60 oder 626/50 Taststandards zuzuführen. Ein geeigneter Takt, z. B. der D1-Takt 80, der NTSC-D2- Takt 78 oder der PAL-D2-Takt 76 werden einem Taktwähler 74 zugeführt, dessen Ausgang 82 an den Speicher 70 angeschlos­ sen ist, um die dem Format zugeordneten Daten im Speicher 70 zu wählen.

Das Ausgangssignal 84 des Speichers 70 wird ferner dem Datenschalter 60 zugeführt, der eine Signalwahl-Schaltung zwischen den mehrfachen Eingängen ausführt, dem Eingang 84, dem PAL-D2-Eingang 40 oder dem NTSC-Mischdatensignal 56, wie oben beschrieben; am Ausgang 62 erscheint das gewählte digitale Signal.

Bei Verwendung des D1/D2-Speichers 70 kann eine einzelne Zeile des nicht interpolierten D2-PAL-Videosignals am Ausgang 84 durch das interpolierte D2-PAL-Videosignal 40 im Ausgangswählschalter 60 zum direkten Vergleich der beiden substituiert werden. Dies kann einmal je zwei Raster an einer gewählten vertikalen Stelle innerhalb von zwei Ra­ stern geschehen. Dies erlaubt es dem Benutzer, bei einem bestimmten Testsignal die auf die Tastfrequenzumwandlung zurückzuführenden Fehler zu bestimmen. Die Interpolations­ koeffizienten können dann zur Verringerung der Fehler auf ein Minimum gewählt oder modifiziert werden.

Wenn sich der Generator im D1-Ausgangsmodus befindet, kann der Speicher 70 die D1-Daten im 525/60 oder 625/50-Tast­ standard zur direkten Ausgabe speichern. Dies geschieht durch Änderungen der Tastfrequenz vom D2- zum D1-Takt und Verschieben der Speicheradressierung durch Verwendung der Taktwahl 74. Das alternative Schema müßte getrennte Spei­ cher, getrennte Taktfrequenzen und getrennte Adressengene­ ratoren haben, um die zwei Ausgangssignale zu erhalten.

Ein Signaldiagramm für die PAL-Signal-Verarbeitung mit den Anordnungen der Fig. 1 und 2 ist in Fig. 3 gezeigt.

Claims (5)

1. Digitale Verarbeitungsanordnung, gekennzeich­ net durch

• - eine erste Speichereinrichtung (12, 14, 16) zum Spei­ chern einer Zeile für jede Komponente eines ersten Video-Standardsignals,
• - Kodiereinrichtungen (20) zum Kodieren der gespeicher­ ten Komponenten zur Ausbildung eines digitalen Misch­ signals,
• - eine zweite Speichereinrichtung (30) zum Speichern von den gespeicherten Komponenten entsprechenden Inter­ polationskoeffizienten und
• - eine Verarbeitungseinrichtung (24) zum Verarbeiten des Mischsignals und der gespeicherten Koeffizienten zur Erzeugung eines digitalen Ausgangstestsignals.

2. Anordung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Datenschalter (60) zum Schalten zwischen dem Ausgangs-Testsignal und einem zweiten Mischdaten-Stan­ dardsignal.

3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei ein direkter Vergleich von Signalen für die beste Wahl der Interpolationskoef­ fizienten ermöglicht wird.

4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Speichereinrichtung (70) zum Speichern von Daten in einem ersten oder zweiten Digitalformat entsprechend dem ersten oder zweiten Standard, und durch einen Taktwähler (74) zum Wählen der Taktfrequenz ent­ sprechend dem ersten oder zweiten Format, wobei der Datenschalter (60) Daten ausgibt, die dem ersten oder zweiten Format im ersten oder zweiten Standard (D1- oder D2-Formate im 525/60 bzw. 625/50-Standard) entsprechen.

5. Verfahren zur digitalen Verarbeitung für die Video- und Fernsehsignalerzeugung, dadurch gekennzeich­ net, daß ein digitales Ausgangssignal aus einem Haupt-Signalspeicher gewählt und im Hauptspeicher ver­ arbeitet oder vom digitalen Signalspeicher gewählt und dann in Übereinstimmung mit mehrfachen digitalen Video­ formaten ausgegeben wird.