СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СОСТАВЕ ПОЛНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H04N7/08 

Изобретение относится к технике телевидения и может использоваться в системах передачи информации дискретного вида.

Известен ряд способов уплотнения телевизионных (ТВ) каналов связи дополнительной информацией [1,2,3] . Однако их общим и существенным недостатком является неполное использование информационной емкости ТВ канала. Это связано с тем, что вводя дополнительную информацию в ТВ канал, который состоит из полного телевизионного сигнала (ПТС) и сигнала звукового сопряжения, не используется возможность повышения информационной емкости полного телевизионного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ формирования ПТС, описанный в [4, с.50 - 51]. Однако данный способ также не использует возможность повышения информационной емкости ПТС.

Цель изобретения - повышение информационной емкости полного телевизионного сигнала путем передачи в его состав дополнительной информации дискретного вида.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования ПТС, при котором сформированный полный телевизионный сигнал представляет собой совокупность сигналов изображения, гасящих и синхронизирующих сигналов, причем гасящие и синхронизирующие сигналы и передаются по каналу связи одновременно с сигналами изображения, а строчные и кадровые синхронизирующие сигналы передаются, кроме того в переделах тех же интервалов времени, что и соответствующие гасящие, при этом синхронизирующие сигналы располагаются над гасящими, в области "чернее черного", строчные синхронизирующие сигналы модулируются по длительности сигналами дополнительно передаваемой дискретной информации, при этом нулевому сигналу дополнительной дискретной информации соответствует стандартная длительность строчного синхронизирующего сигнала, а единичному сигналу дополнительно передаваемой дискретной информации соответствует строчный синхронизирующий сигнал, длительность которого в два раза меньше стандартной, тем самым в ПТС вводятся сигналы дополнительной информации с возможностью их последующего выделения на приемной стороне.

Изобретение поясняется фиг. 1 - 6.

Рассмотрим саму возможность введения дополнительной информации таким способом. Для этого рассмотрим структуру синхросигналов в ПТС, описанную в [5, с. 3, рис. 2 а, б] и приведенную на фиг. 1 материалов заявки. Итак, структура синхросигналов ПТС такова: следует пять кадровых синхросигналов длительностью q = 27,3 мкс каждый [5, табл.1, с.6 - 7] с "врезками" между ними длительностью μ = 4,7 ± 0,2 мкс каждая; затем следует последовательность пяти уравнивающих сигналов длительностью р = 2,35 ± 0,1 мкс каждый; после чего следуют 304 (триста четыре) строчных синхросигнала длительностью d = 4,7 ± 0,2 мкс каждый; далее следует еще одна последовательность уравнивающих сигналов, полностью аналогичная первой. После этого картина повторяется.

Данные синхросигналы обеспечивают синхронизацию ПТС на приемной стороне по кадрам и строкам. Кадровые и строчные синхросигналы значительно различаются по длительности для облегчения их распознавания на приемной стороне, однако на синхронизацию влияет не их длительность, а лишь прямоугольность формы фронта синхроимпульса [6, с.232].

Таким образом, если в смеси синхросигналов ПТС модулировать длительность строчного синхросигнала так, чтобы сигнал длительности d = 4,7 ± 0,2 мкс соответствовал нулю, а сигнал длительности d/2 = 3,35 ± 0,1 мкс единице передаваемой дополнительно дискретной информации, то возникает возможность передавать дополнительную информацию в составе ПТС. При этом качество синхронизации и, следовательно восстановления изображения на приемной сторон не ухудшится, если фронты синхроимпульсов не ухудшат свою прямоугольность.

Рассмотрим теперь техническое решение. \\2 Система, реализующая предложенный способ, представлена на фиг. 2 и содержит устройство передачи сигналов дополнительной дискретной информации в составе ПТС 1, ретранслятор 2 и устройство приема сигналов дополнительной дискретной информации передаваемых в составе ПТС 3.

Устройств передачи дополнительной дискретной и аналоговой информации в состав ТВ канала известного много, например [7,8]. Однако все они не позволяют реализовать предложенный способ.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство передачи полного телевизионного сигнала, содержащее последовательно включенные передающую станцию, линейный усилитель, промежуточный усилитель и передающую камеру, три управляющих входа которой являются первым, вторым и третьим выходами синхрогенератора соответственно, четвертый выход которого связан с управляющим входом промежуточного усилителя, а пятый выход синхрогенератора соединен с управляющим входом линейного усилителя, и описанное в [6, с. 226, рис. 172]. Но это устройство также не позволяет реализовать предложенный способ.

Цель предлагаемого устройства передачи сигналов дополнительной дискретной информации в составе ПИС - повышение информационной емкости полного телевизионного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно включенные передающую станцию, линейный усилитель, промежуточный усилитель и передающую камеру, три управляющих входа которой являются первым, вторым и третьим выходами синхрогенератора соответственно, четвертый выход которого связан с управляющим входом промежуточного усилителя, а пятый выход синхрогенератора соединен с управляющим входом линейного усилителя, пятый выход синхрогенератора последовательно через синхронизатор и источник дополнительной дискретной информации подключен к управляющему входу синхронизатора. Этим достигается реализация предложенного способа на передающей стороне.

Функциональная схема предлагаемого устройства передачи приведена на фиг. 3 и содержит передающую камеру 4, промежуточный усилитель 5, линейный усилитель 6, передающую станцию 7, синхрогенератор 8, синхронизатор 9 и источник сигналов дополнительной дискретной информации 10.

Передающая камера 4 служит для преобразования оптического изображения в электрический сигнал, несущий информацию об этом изображении. Принцип построения и работы камеры подробно описан в [6, с. 84 - 119]. Промежуточный усилитель 5 и линейный усилитель 6 предназначены для усиления электрического сигнала с выходом камеры 4 до значений, при которых возможна передача сигнала на расстоянии от ТВ камеры до передатчика. Для этого передающая камера 4, промежуточный усилитель 5 и линейный усилитель 6 соединены последовательно. В линейном усилителе 6, кроме того происходит формирование ПТС, а именно смешивание сигналов изображения и синхронизации. Данные усилители также широко освещены в [6, с. 144 - 168].

Передающая станция 7 служит для преобразования поступающего на ее вход ПТС к виду, удобному для передачи, его усиление и передачи к ретранслятору.

Синхронизатор 8 предназначен для формирования синхронизирующих импульсов; которые передаются в составе ПТС для обеспечения возможности восстановления изображения на приемной стороне, то есть с помощью синхрогенератора происходит синхронизация передающей камеры 4, процесс формирования ПТС в линейном усилителе 6 и восстановления изображения на приемной стороне. Принцип построения и работы синхрогенератора также освещен в известной литературе, например, [6, с. 243 - 257]. Однако синхрогенератор 8 имеет небольшое схемное отличие от описанных в литературе, так как в нем необходимо обеспечить модуляцию строчных синхроимпульсов по длительности. Технически это обеспечивается введением в обычный синхронизатор ключа, который управляется сигналами от источника дополнительной дискретной информации 10. Для этого выход источника 10 соединен с управляющим входом синхрогенератора, а он в свою очередь, с управляющим входом ключа. При нулевом потенциале на этом управляющем входе в смесь синхроимпульсов поступает обычный строчный синхроимпульс с длительностью d = 4,7 ± 0,2 мкс. Если же на управляющий вход ключа поступит потенциал единица, то в смесь синхроимпульсов замешивается импульс, в два раза короче по длительности. При техническом исполнении синхрогенератора таким импульсом могут служить формируемый синхрогенератором управляющий синхроимпульс, так как он удовлетворяет условиям по длительности: его длительность есть p = d/2 = 2,35 ± 0,1 мкс.

Источник дополнительной дискретной информации 10 может быть различным: АПД (аппаратура передачи данных), АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и т.д.

Исходя из сущности предлагаемого способа передача дополнительной информации возможна только во время следования строчных, а не иных импульсов синхронизации. Это условие выполняется с помощью синхронизатора 9, для чего на его вход поступает смесь синхроимпульсов, а выход связан с управляющим входом источника 10. Принципиальная схема синхронизатора 9 приведена на фиг. 4 и содержит блок выделения кадрового синхроимпульса 11, суммирующие счетчики на восемь 12 и 13, счетчик на пятьсот двенадцать, дешифраторы для выделения числа пять в двоичном коде 15 и 16 и числа триста четыре в двоичном коде 17, элемент И 18, 19, элемент ИЛИ 20 и элемент ЗАПРЕТ 21. Блок выделения кадрового синхроимпульса 11 не раскрыт подробно, так как в этом нет необходимости. Данный блок по своей сути есть селектор импульсов по длительности и технически реализован в любом существующем телевизоре. Его наличие в синхронизаторе 9 обеспечивает жесткую покадровую синхронизацию сторон системы.

Хотя синхронизатор 9 описан отдельным пунктом 3 в формуле изобретения, он не может претендовать на исключительную новизну, так как имея схемную новизну и индивидуальность, в целом он представляет собой избирательный счетчик. Поэтому авторы заранее сообщают, что полностью согласятся с мнением экспертизы о необходимости описания синхронизатора в отдельном пункте формулы изобретения. Работа синхронизатора 9 подробно описана далее.

Устройство передачи сигналов дополнительной дискретной информации в составе ПТС работает следующим образом.

Оптическое изображение, которое необходимо передать, при помощи объектива проецируется на мозаику передающей телевизионной трубки. В трубке оно превращается в электрическое и на фотомазаике возникает потенциальный рельеф. Электрический луч под действием отклоняющих катушек, питаемых пилообразным напряжением, поочередно обегает все элементы фотомазаики и считывает потенциальный рельеф. При этом на выходе передающей трубки возникает сигнал изображения (видеосигнал), который усиливается и поступает на выход передающей камеры 4. В это же время синхрогенератор 8 формирует определенные последовательности, обеспечивающие работу элементов устройства. При этом на передающую камеру поступает смесь гасящих и ведущие импульсы, Смесь гасящих импульсов поступает также на промежуточный усилитель 5, где видеосигнал усиливается. Линейный усилитель 6 также усиливает сигнал, однако в нем происходит смешивание видеосигнала и смеси синхроимпульсов, поступающей с пятого выхода синхрогенератора 8. Кроме того смесь синхроимпульсов (фиг.1) поступает на вход синхронизатора 9 (фиг.4).

Как только на выход синхронизатора 9 из смеси синхроимпульсов поступит первый кадровый синхроимпульс, на выходе блока 11 выделения кадрового синхроимпульса появится единичный импульс, который подсчитывается счетчиком 12. Следующий кадровый импульс также выделяется и подсчитывается счетчиком 12. Как видно из фиг.1 кадровых синхроимпульсов будет пять. Все они выделяются блоком 11 и суммируются в счетчике 12. С приходом пятого кадрового импульса комбинация на выходе счетчика 12 будет считана дешифратором 15, который настроен на выделение числа пять в двоичном коде. Единичный потенциал на выходе дешифратора 15 разрешит прохождение последующих импульсов синхронизации через И 18. Это будут управляющие импульсы, которые в количестве пяти импульсов пройдут через открытый ЗАПРЕТ 21, поступят на счетчик 13 просуммируются. Как только будут приняты все пять управляющих импульсов, на выходе дешифратора 16 появится потенциал единицы, который через запрет 21 запретит прохождение других синхроимпульсов за счетчик 13 и, кроме того через И 19 разрешит прохождение импульсов, следующих в смеси за уравнивающими на счетный вход счетчика 14. Это и есть строчные синхроимпульсы.

Следом за уравнивающими следуют 304 (триста четыре) строчных импульса. Все они подсчитываются счетчиком 14. Как только будет принят триста четвертый импульс, на выходе дешифратора 17 появится единица, которая обнулит все счетчики, после чего синхронизатор 9 перейдет в исходное состояние до приема следующего кадрового синхроимпульса. Однако в то время, когда происходит подсчет строчных синхроимпульсов, на выходе ИЛИ 18 будет присутствовать единичный потенциал, так как один из разрядов счетчика во время счета будет находится в единичном состоянии. Этот потенциал поступает на выход синхронизатора 9 и далее на управляющий вход источника дополнительной дискретной информации 10. Таким образом наличие логической единицы на этом входе говорит о возможности передачи дополнительной дискретной информации, которая побитно поступает на управляющий вход синхрогенератора 8 и далее на ключ, входящий в состав синхрогенератора. Этот ключ замешивает в смесь синхроимпульсов стандартный строчный синхроимпульс при нулевом значении бита дополнительной информации. Если же бит дополнительной информации имеет единичное значение, то в смесь поступает импульс с длительностью в два раза меньше стандартной (уравнивающий импульс). Полученная смесь с пятого выхода синхрогенератора 8 поступает вход синхронизатора 9 и на управляющий вход линейного усилителя, где видеосигнал усиливается и происходит его смешивание с синхроимпульсами. Полученная смесь именуется полным телевизионным сигналом. С выхода линейного усилителя 6 она поступает на вход передающей станции 7, преобразовывается к виду, удобному для передачи, усиливается и передается в эфир.

В зависимости от того, в каком диапазоне происходит передача телевизионного сигнала, ретранслятор 2 может быть как наземным, так и ретранслятором ИСЗ (искусственный спутник Земли). Для случая кабельного телевидения или при передаче ТВ сигнала на малые расстояния ретранслятор может отсутствовать. Однако для общего случая он показан и существует с целью приема сигнала от передающего устройства, его усиление и передачи далее на устройство приема 3.

Известно много устройств приема дополнительной информации, передаваемой в составе сигнала ТВ вещания. Однако ни одно из них не позволяет выделить из ПТС информацию, вводимую предлагаемым способом.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в [6, с.323, рис.239], содержащее канал высокой частоты, выход которого одновременно связан сo входом канала звукового сопряжения и первым входом канала изображения, выход которого является входом селектора импульсов синхронизации, выход которого соединен со входами первого и второго разделительных фильтров, выход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму входам блока развертки, три выхода которого подсоединены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам канала изображения. Однако это устройство также не в состоянии реализовать предложенный способ.

Цель предлагаемого устройства приема сигнала дополнительной дискретной информации, передаваемой в составе полного телевезионного сигнала - повышение информационной емкости полного телевизионного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее канал высокой частоты, выход которого одновременно связан со входом канала звукового сопровождения и первым входом канала изображения выход которого является входом селектора импульсов синхронизации, выход которого соединен со входами первого и второго разделительных фильтров, выход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму входам блока развертки, три выхода которого подсоединены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам канала изображения введены приемник сигналов дополнительной дискретной информации, синхронизатор и выделитель сигналов дополнительной дискретной информации, вход которого одновременно является выходом селектора импульса синхронизации и входом синхронизатора, выход которого связан с управляющим входом выделителя сигналов дополнительной дискретной информации, два выхода которого подключены соответственно к первому и второму входам приемника сигналов дополнительной дискретной информации.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг.5 и содержит канал высокой частоты 22, канал звукового сопровождения 23, канал изображения 24, селектор импульсов синхронизации 25, разделительные фильтры 26 и 27, блок разверток 28, выделитель сигналов дополнительной дискретной информации 29, синхронизатор 30 и приемник сигналов дополнительной дискретной информации 31. Названия таких блоков устройства, как канала высокой частоты 22, канала звукового сопровождения 23, канала изображения 24, селектора импульсов синхронизации 25, разделительных фильтров 26 и 27 и блока разверток, говорят об их назначении в составе ТВ приемника. Все они описаны в литературе, например, [6, с. 32 - 347] и, кроме того технически реализованы в любом телевизоре. Поэтому авторы сочли возможным не приводить их более подробного описания и принципа работы. Что же касается описания статических связей данных элементов, то они даны в формуле изобретения и наглядно видны на фиг.5.

Выделитель сигналов дополнительной дискретной информации представляет собой импульсов по длительности. Его схемное решение (один из вариантов) приведено на фиг. 6 и содержит элемент И 32, RS - триггер 33, элемент задержки 34, ЗАПРЕТ 35 и 36. На один вход И 32 подается смесь импульсов синхронизации, а на другой - разрешающий сигнал от синхронизатора 3. Сразу следует сказать, что он полностью аналогичен синхронизатору 9 устройства передачи. Таким образом, на приемной стороне также обеспечивается жесткая покадровая синхронизация и наличие единичного потенциала с выхода синхронизатора 30 разрешает выделение сигналов дополнительной дискретной информации из смеси синхроимпульсов. Для этого с выхода И 32 смесь поступает на S - вход триггера 33, который сбрасывается в исходное нулевое состояние сигналом со своего выхода через время задержки , которое обеспечивается элементом задержки 34. Величина этого времени есть среднее значение от длительности тех импульсов, которые несут значение передаваемого бита дополнительной информации.

Сформированный на выходе триггера импульс поступает на инверсный вход ЗАПРЕТА 35 и прямой вход ЗАПРЕТА 36, на другие входы которых поступает синхро-смесь. Если длительность импульса синхронизации из смеси больше, чем импульса на выходе триггера, то единичный импульс появится на выходе ЗАПРЕТА 35, что говорит о том, что значение бита дополнительной информации равно нулю. Если же импульс из смеси короче импульса на выходе триггера, то единичный импульс появится на выходе ЗАПРЕТ 36, что говорит о единичном значении бита дополнительной информации. Таким образом, появление единичного импульса на том или ином выходе выделителя 29 говорит о том, каково значение битов информации. В соответствии с этими значениями приемник сигналов 31 ведет дальнейшую обработку информации. Сам приемник сигналов дополнительной дискретной информации 31 выбирается в зависимости от того, что является их источником на передающей стороне. Это может быть АПД, ЦАП (цифроаналоговый преобразователь) и т.д.

Оценим технико-экономическую эффективность изобретения.

По ГОСТу [5] в СССР принято ТВ изображение с числом строк, равным 625 при 25 полях в секунду. Однако для передачи сигналов дополнительной дискретной информации в каждом поле могут быть использованы лишь 304 импульса строчной синхронизации (фиг.1). Таким образом информационная емкость дополнительного канала, образуемого в составе ПТС для передачи дискретной информации составляет 304 • 25 = 7600/8 байтов, что достаточно для передачи данных к шести терминалами АПД, работающих со скоростями 1200 бит/с плюс передача адресных сообщений перед посылками этой информации.

Уместно также добавить, что затраты на реализацию данной сети передачи будут минимальными, так как основное ее оборудование (передающее станции и камеры, ретрансляторы и ТВ приемники) уже существуют, то есть данная сеть может быть создана на основе любой существующей сети ТВ вещания. При этом ухудшение качества воспроизведения изображения не наблюдается.

Источник информации:
1. Авт.св. СССР N 924918, кл. H 04 H 7/08, 1982.

2. Авт.св. СССР N 1042207, кл. H 04 H 7/08, 1983.

3. Авт.св. СССР N 1109952, кл. H 04 H 7/08, 1984.

4. Блиндер Е.М., Бурман С.Л. Телевидение - М.: Радио и связь, 1984.

5. ГОСТ 7845-79. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений.

6. Костыков Ю.В., Кржитомовский В.Д. Основы телевидения - М.: МО СССР, 1965.

7. Авт.св. СССР N 657665, кл. H 04 H 5/38, 1979.

8. Авт. св. СССР N 856036, кл. H 04 H 7/08, 1981.

Ииспользование: в системах передачи информации. Цель изобретения: повышение информационной емкости полного телевизионного сигнала. В соответствии со способом передачи дополнительной дискретной информации в составе полного телевизионного сигнала на передающей стороне строчные синхросигналы модулируются по длительности сигналами дополнительной дискретной информации. При этом нулевому сигналу дополнительной дискретной информации соответствует строчный синхросигнал стандартной длительности, а единичному - с длительностью в два раза короче стандартной. На приемной стороне происходит демодуляция и восстановление исходной дополнительной информации. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ передачи дополнительной дискретной информации в составе полного телевизионного сигнала, в котором передаваемая информация синхронизируется и вводится в состав полного телевизионного сигнала, отличающийся тем, что введение сигналов дополнительной дискретной информации в полный телевизионный сигнал осуществляется путем модуляции ими длительности строчных синхросигналов, при этом нулевому сигналу дополнительной дискретной информации соответствует строчный синхросигнал стандартной длительности, а единичному сигналу дополнительной дискретной информации соответствует строчный синхросигнал, длительность которого в два раза меньше стандартной. 2. Устройство передачи сигналов дополнительной дискретной информации в составе полного телевизионного сигнала, содержащее последовательно включенные передающую камеру, промежуточный усилитель, линейный усилитель и передающую станцию, а также синхрогенератор, первый, второй и третий выходы которого связаны соответственно с тремя управляющими входами передающей камеры, а четвертый и пятый выходы синхрогенератора соединены соответственно с управляющим входом промежуточного и линейного усилителя, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные синхронизатор и источник дополнительной дискретной информации, выход которого является управляющим входом синхрогенератора, вход синхронизатора связан с пятым выходом синхрогенератора. 3. Устройство приема сигналов дополнительной дискретной информации, передаваемых в составе полного телевизионного сигнала, содержащее канал изображения, выход которого является входом селектора импульсов синхронизации, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные синхронизатор, выделитель сигналов дополнительной дискретной информации и приемник сигналов дополнительной дискретной информации, выход селектора импульсов синхронизации одновременно связан с входом синхронизатора и управляющим входом выделителя сигналов дополнительной дискретной информации. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что синхронизатор содержит первый, второй и третий суммирующие счетчики, первый, второй и третий дешифраторы, блок выделения кадрового синхроимпульса, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ, прямой вход которого одновременно является входом синхронизатора, первым входом второго элемента И и входом блока выделения кадрового синхроимпульса, выход которого связан со счетным входом первого суммирующего счетчика, выходы которого соединены с входами первого дешифратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход первого элемента И является счетным входом второго суммирующего счетчика, выходы которого связаны с входами второго дешифратора, выход которого одновременно соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ и вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего суммирующего счетчика, выходы которого одновременно подсоединены к входам элемента ИЛИ и третьего дешифратора, выход которого одновременно связан со сбросовыми входами суммирующих счетчиков, кроме того, выход элемента ИЛИ является выходом синхронизатора.