СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ РАДИОКАНАЛА ВЕЩАТЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H04N15/00 

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в системах вещательного телевидения, преимущественно непосредственного телевидения (НТВ) через искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Известны способы уплотнения телевизионного канала: частотный, временной и комбинированный частотно-временной, которые решают задачу увеличения объема передаваемой информации при условии совместимости с системой черно-белого телевидения (ЧБТ). Для систем цветного телевидения (ЦТ) дополнительной информацией является информация о цветности, для систем стереоцветного телевидения (СЦТ) о втором кадре стереопары, для систем с повышенным качеством изображения информация, обеспечивающая дополнительное повышение четкости, увеличение формата кадра и т.п. Так, при частотном способе уплотнения, основной сигнал яркости, определяющий общую четкость изображения, передается широкой полосой частот, а сигналы дополнительной информации - узкими полосами частот на поднесущей, частота которой выбирается близкой к верхней границе спектра сигнала яркости. В системах ЦТ передаются три сигнала яркостный и два цветоразностных, при соотношении полос 4:1:1 (или 4:2:2 в компонентных системах) [1] Например, в системе ЦТ ПАЛ, с частотным уплотнением телевизионного канала применена квадратурная модуляция цветовой поднесущей сигналами цветности.

При частотно-временном способе уплотнения (система ЦТ СЕКАМ) цветоразностные сигналы передаются также на цветовой поднесущей, но поочередно, через строку, с дальнейшим восстановлением в приемнике одновременности сигналов с помощью линии задержки на время строчного интервала.

Временной способ уплотнения (системы МАК) был разработан специально для спутникового телевидения. При этом способе сигналы яркости и цветности подвергаются операции компрессирования по времени и передаются по очереди за время строки: часть интервала строки компрессированный сигнал яркости, другую часть один из двух компрессированных цветоразностных сигналов с чередованием через строку или оба цветоразностных друг за другом в некоторых вариантах систем МАК. На приемной стороне сигналы яркости и цветности восстанавливаются в исходном виде и подаются на видеовходы приемника, либо телевизионный сигнал кодируется по одной из композитных систем ЦТ и подается на антенный вход приемника.

В системах СЦТ, где передается изображение двух кадров стереопары, количество сигналов необходимо увеличивать. Так, в системах СЦТ, совместимых с системой ЦТ ПАЛ или с системой ЦТ НИИР, один кадр стереопары передается в цвете тремя сигналами в обычном соотношении частотных полос 4:1:1, а второй кадр монохроматический передается дополнительным узкополосным сигналом яркости при общем соотношении полос 4:1:1+1. В системе СЦТ, совместимой с системой ЦТ СЕКАМ, дополнительно передаются три узкополосных сигнала второго кадра при соотношении полос 4:1:1+1:1:1.

Общим недостатком перечисленных способов уплотнения является то, что ни один дополнительный уплотняющий сигнал принципиально не должен иметь такую же широкую полосу частот, как основной сигнал яркости из-за нарушения условия совместимости с системой черно-белого телевидения.

При частотном уплотнении это привело бы к недопустимым помехам, а при временном к недопустимому снижению четкости или уменьшению частоты кадров.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является комбинированный частотно поляризационный способ уплотнения, при котором два радиосигнала ТВ передаются по эфиру одновременно на одной несущей частоте, но с ортогональной поляризацией радиоволн. Этот способ предлагался для системы ЦТ, альтернативной известным, и для систем стереотелевидения, черно-белого или цветного. Один радиосигнал передавал основной сигнал яркости V_Y1 (в системе СЦТ к нему добавлялся путем частотного уплотнения узкополосный сигнал яркости второго кадра стереопары V_Y2), а второй радиосигнал передавал два цветоразностных сигнала V_(R-Y)1 и V_(B-Y)1, предварительно перенесенных на цветовые поднесущие F_доп1 и F_доп2, равные нечетным гармоникам полустрочной частоты,для обеспечения перемежения спектров (фиг.1). На приемной стороне сигналы яркости и цветности получались со взаимными помехами, так как при распространении радиоволн ортогональность поляризации может нарушаться. Поэтому антенна, предназначенная для приема радиоволн определенной поляризации, принимает также ослабленный сигнал, который передавался с ортогональной поляризацией. Ослабление помех от разнополяризованных радиоволн в условиях наземного вещания составляет по данным МККР не менее 18дБ ≈ (10 раз). Заметность помехи на экранах черно-белых телевизоров снижается также благодаря частотному перемежению спектров яркостного и цветоразностных сигналов. А в цветных и стереотелевизорах, предназначенных для приема таких сигналов, имеется возможность полного устранения мешающего сигнала. Если на передающей стороне сигнал яркости V_YV_Y1+V_Y2 и сигнал цветности V_C V_(R-Y)1+V_(B-Y)1, то на приемной стороне, с учетом взаимных помех сигнал яркости U_Y V_Y +aV_C и сигнал цветности U_C V_C +aV_Y, где "a" и "b" коэффициенты добавления одного сигнала в другой. Для полной развязки сигналов яркости и цветности в каждом канале усиления производится вычитание из одного сигнала соответствующей доли другого
U_YCOR= U_Y aU_C V_Y + aV_C + a(V_C + bV_Y) V_Y(1-ab);
U_CCOR= U_C bU_Y V_Y + bV_Y + b(V_Y + aV_C) V_C(1-ab).

Признаком определения коэффициентов "а" и "b" в формулах "очистки" является уровень сигнала в тех участках спектра, где его не должно быть (фиг. 2).

Частотно-поляризационный способ уплотнения позволяет обеспечить и полную совместимость с любой системой ЦТ, если с одной поляризацией передается полный цветовой телевизионный сигнал (ПЦТС) данной системы V_Y1 + V_C1, а с ортогональной поляризацией в том же радиоканале и на той же несущей частоте F_из передается сигнал дополнительной информации V_доп, предварительно перенесенный на поднесущую F_доп, равную нечетной гармонике полустрочной частоты, чтобы получилось частотное перемежение спектров (фиг.3). Дополнительный сигнал может передавать изображение второго кадра стереопары или информацию краев основного монокадра для увеличения формата или др.

Недостатками прототипа способа частотно-поляризационного уплотнения- является то, что полоса частот уплотняющего сигнала дополнительной информации должна быть меньше, чем у основного сигнала яркости, из-за необходимости предварительного переноса его на поднесущую частоту, и то, что некоторые технические трудности представляет автоматизация определения коэффициентов "а" и "b", так как необходимо выделять определенные участки частотного спектра (гребенчатым фильтром или др.) и взвешивать там сигнал, который зависит от передаваемого изображения.

Целью изобретения является увеличение в два раза объема информации, передаваемой через радиоканал вещательного телевидения, при сохранении совместимости с существующими системами телевидения.

Поставленная цель достигается тем, что радиоканал вещательного телевидения уплотняется поляризационным способом, при котором на одинаковых несущих частотах, но с различной поляризацией радиоволн передаются два телевизионных сигнала U₁ и U₂, сформированных с помощью синхронных и синфазных развертывающих устройств, с одинаковыми полосами частот и без частотного перемежения спектров, с введенными в их состав специальными "сигналами идентификации поляризационного канала" (СИПК), которые разнесены по времени.

Телевизионные сигналы U₁ и U₂ могут представлять из себя: ПЦТС разных программ, кодированные в разных или одинаковых системах ЦТ, СЦТ [1- 4] с разными или одинаковыми законами скремблирования или без него; телевизионные сигналы одной программы, и тогда один из них кодируется по любой системе ЦТ, а другой может быть телевизионным сигналом высококачественного второго цветного кадра стереопары; телевизионным сигналом дополнительной информации для системы с измененным форматом кадра или для системы телевидения высокой четкости и т.п.

Таким образом, предлагаемый способ уплотнения радиоканала вещательного телевидения существенно отличается универсальностью характера и может быть использован для двукратного увеличения количества передаваемых программ, без расширения диапазона частот, для передачи моноизображений повышенного качества и высокой четкости, для передачи стереоцветных программ при сохранении совместимости с действующими системами телевидения.

Способ может использоваться для уплотнения радиоканалов наземного телевидения, но прежде всего рекомендуется для спутниковых радиоканалов по следующим причинам.

Для непосредственного телевещания используются ИСЗ на геостационарной орбите, количество точек на которой ограничено, также как и количество частотных каналов для вещания. В этих условиях двукратное использование каждого частотного канала является очень ценным.

Передатчик с ИСЗ "освещает" площадь в тысячи раз большую, чем любой наземный передатчик УКВ, с десятками миллионов абонентов. Поэтому даже при передаче одной программы двумя радиосигналами (высококачественное С ЦТ, моноизображения повышенного качества и высокой четкости) ее удорожание за счет применения второго передатчика мало существенно.

Обычный телевизор не может непосредственно принимать радиосигналы с ИСЗ, следовательно, двухканальный тракт обработки сигналов разной поляризации создается именно в спутниковом приемнике, не затрагивая схему обычного телевизора.

Приемные антенны спутникового телевидения имеют узкую диаграмму направленности и нацеливаются на ИСЗ по линии прямой видимости, что фактически исключает прием радиосигналов, отраженных от каких-либо наземных объектов с изменением поляризации. Развязка за счет разной поляризации составляет не менее 28дБ (25 раз).

Каждый из радиосигналов принимается своей антенной с соответствующим поляризатором (или одной более сложной антенной с двумя поляризаторами) и проходит свой тракт обработки и усиления в спутниковом приемнике. Вследствие перекрестных искажений в каждом канале имеется "свой" телесигнал с добавлением ослабленного "чужого". В первом канале U_I U₁ + aU₂, во втором канале U_II U₂ + bU₁, где "а" и "b" - коэффициенты добавления одного телесигнала в другой. С целью полной развязки телевизионных сигналов U₂ и U₂ в каждом канале усиления производится вычитание из одного сигнала соответствующей доли другого аналогично прототипу:
UI_COR U_I aU_II U₁(1-ab);
UII_COR= U_II bU_I U₂(1-ab).

Для автоматизации этой операции и определения коэффициентов "а" и "b" в состав телевизионных сигналов U₁ U₂ вводятся специальные "сигналы идентификации поляризационного канала" СИПК-1 в сигнал U₁ и СИПК-2 в сигнал U₂. Сигналы СИПК передаются в интервалах первых или последних строк поля, изображение которых практически уходит за обрамление кинескопа. СИПК-1 и СИПК-2 передаются в одной контрольной строке, но с разносом по времени, или в двух разных контрольных строках. По форме это могут быть видеоимпульсы размахом от белого до черного (фиг.4,а), или группы видеоимпульсов (фиг.4,б), или радиоимпульсы с разным частотным заполнением (фиг.4,в) и т.п.

Признаком определения коэффициентов "а" и "b" является уровень соответствующего СИПК в те моменты времени, когда его не должно быть (фиг.5).

Если телевизионные сигналы U₁ и U₂ кодированы по одному из вариантов системы МАК или по системе MUSE, то в схему декодеров, как известно, включаются запоминающие устройства (ЗУ). Коэффициент "а" определяется по величине сигнала в тех ячейках ЗУ сигнала U₁, которые соответствуют по времени сигналу СИПК-2, и где заведомо не должно быть сигнала U₁. Коэффициент "b" определяется по величине сигнала в ячейках ЗУ сигнала U₂, которые соответствуют по времени СИПК-1.

При одновременном выводе сигналов из ЗУ осуществляется вычитание U_I aU_II и U_II bU_I цифровым способом.

А если телевизионные сигналы U₁ и U₂ кодированы по каким-либо композитным системам ЦТ, то "очистка" может быть осуществлена, например, по следующей функциональной схеме (фиг. 6), СИПК выберем в форме видеоимпульса (фиг.4,а).

Функциональная схема содержит 1 приемный канал сигнала U_I (представляющий из себя стандартный приемник спутникового телевидения, на выходе которого телевизионный сигнал является униполярным, т.е. без потери постоянной составляющей); 2 идентичный приемный канал сигнала U_II; 3 линия задержки; 4 сумматор; 5 инвертор; 6 регулируемый делитель сигнала U_II; 7 -формирователь управляющего напряжения; 8 блок компараторов; 9 видеоусилитель; 10 схема ключевой АРУ сигнала U₁; 11 линия задержки; 12 сумматор; 13 инвертор; 14 регулируемый делитель сигнала U_I, 15 формирователь управляющего напряжения; 16 блок компараторов; 17 видеоусилитель; 18 схема ключевой АРУ сигнала U₂; 19 формирователь стробирующих импульсов.

Устройство для "очистки" сигналов от взаимных помех содержит приемный канал сигнала U_I1, выход которого соединен с входом регулируемого делителя сигнала U_I14 и со входом линии задержки 3, выход которой соединен с первым входом сумматора 4, выход которого соединен с входом блока компараторов 8 и с входом видеоусилителя 9, с выхода которого снимается телевизионный сигнал U₁ и который соединен с входом схемы ключевой АРУ сигнала U₁10, выход которой соединен с управляющим входом видеоусилителя 9, формирователь стробирующих импульсов 19, один выход которого соединен с управляющим входом блока компараторов 16, а второй выход соединен с управляющим входом блока компараторов 8, выход которого соединен с входом формирователя управляющего напряжения 7, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого делителя сигнала U_II6, выход которого соединен с входом инвертора 5, выход которого соединен с вторым входом сумматора 4, приемный канал сигнала U_II 2, выход которого соединен с входом регулируемого делителя сигнала U_II6 и с входом линии задержки 11, выход которой соединен с первым входом сумматора 12, выход которого соединен с входом блока компараторов 16 и с входом видеоусилителя 17, с выхода которого снимается телевизионный сигнал U₂ и который соединен с входом схемы ключевой АРУ сигнала U₂ 18, выход которой соединен с управляющим входом видеоусилителя 17, блок компараторов 16, выход которого соединен с входом формирователя управляющего напряжения 15, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого делителя сигнала U_I14, выход которого соединен с входом инвертора 13, выход которого соединен с вторым входом сумматора 12.

Импульсы частот F_стр и F_пол, необходимые для работы схем ключевой АРУ сигналов U₁ и U₂ и формирователя стробирующих импульсов, берутся из схем разверток, синхронизируемых обычным образом.

Регулируемые делители сигналов 6 и 14 могут быть выполнены, например, в виде двойной дифференциальной схемы, которая позволяет изменением потенциала на управляющем входе регулировать размах выходного сигнала.

Формирователи управляющего напряжения 7 и 15 могут быть выполнены аналогично формирователям управляющего напряжения для регулировки яркости, контрастности и насыщенности в схемах дистанционного управления современных телевизионных приемников.

Для правильной работы устройства "очистки" сигналов от взаимных помех требуется предварительно установить одинаковые уровни сигналов U_I и U_II с помощью АРУ приемников спутникового телевидения. Затем в первом канале устройства методом временной селекции из сигнала U_I выделяется СИПК-2 и его уровень сравнивается с уровнем черного в блоке компараторов. Сигналы "больше" или "меньше" поступают на формирователь управляющего напряжения, на выходе которого напряжение растет или уменьшается до тех пор, пока сигнал U_II, прошедший регулируемый делитель и инвертор, не просуммируется с сигналом U_I до полного исчезновения составляющей aU_II в сигнале U_I. Аналогичные операции с соответствующими сигналами проводятся по второму каналу до полного исчезновения составляющей в U_I в сигнале U_II. После этого размахи корректированных сигналов окончательно устанавливаются до номинальных в видеоусилителях,охваченных схемами АРУ.

Таким образом, поляризационный способ уплотнения радиоканала вещательного телевидения телевизионными сигналами, сформированными с помощью синхронных и синфазных развертывающих устройств, с одинаковыми полосами частот и без частотного перемежения спектров, с введенными в их состав специальными "сигналами идентификации поляризационного канала", позволяет достичь ряд преимуществ по сравнению с прототипом.

Действующие приемники могут принимать две программы в одном частотном радиоканале с соответствующим качеством изображения цветные или черно-белые, так как способ обеспечивает полную совместимость. В то же время универсальность способа в отношении информации, передаваемой сигналами U₁ и U₂, позволяет выпускать новые телевизоры, адаптирующиеся к качеству передаваемой программы и воспроизводящие изображения черно-белые и цветные моно и стерео, с форматом 4/3 или 16/9, с повышенной четкостью и др. в зависимости от того, какой материал передается, приемник перестраивается автоматически по дополнительному сигналу опознавания качества программы или дополнительному признаку, заложенному в СИПК, что в данной заявке не рассматривается.

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в системах вещательного телевидения, преимущественно непосредственного телевидения через искусственные спутники Земли. Задачей изобретения является увеличение в два раза объема информации, передаваемой через радиоканал вещательного телевидения, при сохранении совместимости с существующими системами телевидения.Поставленная цель достигается тем, что радиоканал вещательного телевидения уплотняется поляризационным способом, при котором на одинаковых несущих частотах, но с различной поляризацией радиоволн, передаются два телевизионных сигнала U₁ и U₂, сформированных с помощью синхронных и синфазных развертывающих устройств, с одинаковыми полосами частот и без частотного перемежения спектров, с введенными в их состав специальными "сигналами идентификации поляризационного канала", которые разнесены по времени. 6 ил.

Способ уплотнения радиоканала вещательного телевидения, основанный на том, что радиоканал вещательного телевидения уплотняется поляризационным способом, при котором на одинаковых несущих частотах, но с различной поляризацией радиоволн передаются два телевизионных сигнала U₁ и U₂, отличающийся тем, что телевизионные сигналы U₁ и U₂ формируются с помощью синхронных и синфазных развертывающих устройств с одинаковыми полосами частот с введением в их состав специальными сигналами идентификации поляризационного канала, которые занимают определенное место в свободных строках каждого из телевизионных сигналов и разнесены по времени между собой, а в приемнике разнополяризованные сигналы, принятые соответствующими антеннами, одновременно усиливаются до номинальных уровней и детектируются в двух параллельных каналах, и затем из первого сигнала выделяется методом временной селекции сигнал идентификации второго поляризационного канала, уровень которого, равный уровню перекрестной помехи, сравнивается в компараторе с уровнем черного, в результате чего вырабатывается напряжение, определяющее коэффициент деления регулируемого делителя, через который в канал первого сигнала подается второй сигнал и вычитается из первого сигнала с целью устранения перекрестной помехи, а в канале второго сигнала аналогичным образом осуществляется вычитание и устранение перекрестной помехи от первого сигнала.