СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ, СИСТЕМА ДЛЯ ПРИЕМА ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК H04N7/12 

Изобретение относится к системе телевидения высокой четкости, совместимой с полосой частот телевизионного канала для используемого в настоящее время сигнала стандартной четкости. В частности, изобретение относится к технике модуляции для уменьшения взаимных помех между передаваемыми параллельно телевизионными сигналами высокой четкости и телевизионными сигналами стандартной четкости.

Под системой телевидения высокой четкости (ТВЧ) понимают систему для обработки телевизионного сигнала, у которого четкость изображения по горизонтами и по вертикали в два или более раз больше, чем у стандартного телевизионного сигнала, например системы НТСЦ (Национальный комитет по телевидению США). Сигнал ТВЧ может также иметь большее соотношение сторон изображения, например 16х9, чем соотношение сторон 4х3 стандартного телевизионного изображения НТСЦ.

В параллельной системе телевизионного вещания (т.е. в системе с одновременной передачей телевизионной программы различными станциями) два варианта одного и того же материала программы передаются одновременно по отдельным стандартным каналам с полосой частот 6 МГц. Один из этих двух вариантов программы включает вещательную информацию стандартной четкости НТСЦ и передается по одному каналу, а другой вариант включает вещательную информацию высокой четкости и передается по другому каналу с полосой 6 МГц. На практике параллельная система может использовать два смежных канала системы НТСЦ шириной по 6 МГц, например УКВ каналы 3 и 4, для передачи информации стандартной четкости и информации высокой четкости соответственно. Вариант с высокой четкостью телевизионного вещания в параллельной системе может быть реализован также в одном канале шириной 6 МГц путем использования техники кодирования и временного сжатия. Информация систем НТСЦ и ТВЧ принимается независимо телевизионными приемниками соответствующего стандарта НТСЦ и ТВЧ. Со временем, вероятно в течение 15-20 лет, приемники стандарта НТСЦ будут заменены приемниками стандарта ТВЧ или приемниками двойного стандарта, что может сделать доступными для других целей телевизионные каналы, используемые телевизионными сигналами стандарта НТСЦ. Таким образом, концепция параллельного вещания позволяет продолжать использовать огромное количество существующих приемников стандарта НТСЦ при введении телевизионного вещания ТВЧ, а также предусматривает возможность расширения вещательных услуг в будущем при освобождении каналов системы НТСЦ.

Параллельная система отличается от так называемой совмещенной системы тем, что в совмещенной системе должны быть постоянно использованы два канала. По одному каналу передается информация стандарта НТСЦ, а по другому каналу передается дополнительная информация, которая после объединения в приемнике ТВЧ с информацией НТСЦ позволяет получить телевизионный сигнал высокой четкости.

Очень важно значительно уменьшить или исключить взаимные помехи от стандартных сигналов и сигналов ТВЧ, передаваемых в одном и том же канале от различных источников. Эту проблему решает система, соответствующая настоящему изобретению.

Согласно настоящему изобретению, телевизионная информация высокой четкости перед передачей разделяется на две части, например на информацию высокого приоритета, которая должна быть принята с высокой надежностью, и информацию низкого приоритета. Первая (высокоприоритетная) информация и вторая (низкоприоритетная) информация передаются как отдельные модулированные несущие сигналы в различных областях частотного спектра, в котором обеспечивается ослабление сигнала на частотах, связанных с высокоэнергетической информацией телевизионного сигнала стандартной четкости (например, НТСЦ).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения информация высокого приоритета передается в узкой полосе частот по сравнению с полосой частот информации низкого приоритета и включает низкочастотную видео-, звуковую и синхронизирующую информацию. Информация низкого приоритета включает высокочастотную видеоинформацию. Информация высокого и низкого приоритета передается с помощью техники кратной квадратурной модуляции (КАМ). Высокоприоритетная узкополосная информация имеет значительно большую амплитуду, чем низкоприоритетная широкополосная информация, и модулирует квадратурно по амплитуде первую подавленную несущую в низкочастотной части спектра видеочастот. Модулированная первая несущая значительно ослабляется фильтром Найквиста, имеющим наклонную характеристику, в стандартном телевизионном приемнике. Низкоприоритетная широкополосная информация модулирует квадратурно по амплитуде вторую подавленную несущую в спектре видеочастот, обеспечивая получение кратного квадратурно-амплитудно модулированного сигнала (КАМ сигнала). Частотный спектр кратного КАМ сигнала характеризуется ослаблением сигнала на частотах, связанных с высокоэнергетической информацией вблизи несущих звука и изображения НТСЦ.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает спектр видеочастот стандартного телевизионного сигнала НТСЦ, представленный в полосе частот модулирующих сигналов,
фиг. 2 - спектр видеочастот квадратурно-амплитудно модулированного телевизионного сигнала высокой четкости в соответствии с настоящим изобретением,
фиг. 3 и фиг. 4 - соответственно передающее и приемное устройства для обработки кратного квадратурно-амплитудно модулированного сигнала высокой четкости в соответствии с настоящим изобретением и фиг. 5 - диаграмму, поясняющую принцип обработки сигнала в предлагаемой системе.

На фиг. 1 показан спектр видеочастот стандартного телевизионного сигнала системы НТСЦ, занимающий канал 6 МГц, в полосе частот модулирующих сигналов. В соответствии с общепринятой практикой отображаемые частоты спектра указаны по отношению к отметке 0,0 МГц расположения высокочастотной несущей изображения, модулированной видеоинформацией по амплитуде с частичным подавлением боковой полосы. Модулированный сигнал имеет частично подавленную нижнюю боковую полосу шириной 1,25 МГц и верхнюю боковую полосу, содержащую яркостную и цветовую информацию изображения. Используется квадратурная модуляция подавленной цветовой поднесущей с частотой 3,58 МГц цветовой информацией. Большая часть высокоэнергетической информации находится вблизи несущей изображения и вблизи частотно модулированной несущей звука 4,5 МГц.

На фиг. 2 представлен спектр видеочастот телевизионного сигнала высокой четкости, который совместим с шириной полосы канала 6 МГц телевизионного сигнала НТСЦ и может быть использован в качестве сигнала параллельной системы ТВЧ. Для облегчения сравнения со спектром стандартного сигнала НТСЦ, показанным на фиг. 1, частоты вдоль частотной шкалы на фиг. 2 (от - 1,25 до 4,5 МГц) даны относительно положения 0,0 МГц ВЧ несущей изображения в системе НТСЦ.

Телевизионный сигнал ТВЧ представляет собой сжатый во времени сигнал, разделенный на высоко- и низкоприоритетные информационные компоненты. В данном примере звук, синхронизация и низкочастотная видеоинформация являются компонентами с высоким приоритетом и должны быть приняты с высокой надежностью. Синхронизирующая информация может быть, например, в виде последовательности импульсов, включающей единственный в своем роде характерный признак или код для облегчения восстановления телевизионного сигнала в приемнике, и может содержать, например, информацию о частоте полей (например, начало маркеров полей). Другие, менее критичные компоненты, такие как видеоинформация высокой частоты, имеют низкий приоритет. Информация с высоким приоритетом имеет узкую ширину полосы частот по сравнению с информацией с низким приоритетом и используется для квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) первой подавленной несущей 0.96 МГц, показанной относительно опорного сигнала, как будет рассмотрено ниже. Низкоприоритетная информация осуществляет квадратурную амплитудную модуляцию второй подавленной несущей 3,84 МГц, также показанной относительно опорного сигнала. Результирующий полный сигнал представляет собой кратный квадратурно-амплитудно модулированный (КАМ) сигнал, в данном примере "двойной" КАМ-сигнал. Полный двойной КАМ сигнал переносится в стандартную телевизионную полосу 6 МГц с помощью расположенного вне полосы опорного сигнала. Частота опорного сигнала выбирается таким образом, чтобы при его модуляции полным КАМ-сигналом одна из результирующих суммарных или разностных составляющих оказалась в полосе частот, относящейся к нужному телевизионному ВЧ-каналу, такому как УКВ-канал 3 параллельной системы. Опорный сигнал модулируется полным двойным КАМ-сигналом для получения модулированного сигнала с двумя боковыми полосами, из которых нижняя боковая полоса подавляется, а верхняя боковая полоса остается, как показано на фиг. 2.

Амплитуда узкополосного КАМ-компонента значительно больше амплитуды широкополосного КАМ-компонента, в данном примере вдвое. Ширина полосы частот узкополосного КАМ-компонента на уровне - 6 дБ равна 0,96 МГц, а широкополосного компонента - 3,84 МГц, т.е. в четыре раза больше ширины полосы узкополосного КАМ-компонента. Нелинейные зоны перехода по краям полосы частот узкополосного и широкополосного КАМ-компонентов формируются фильтром с импульсной характеристикой конечной длительности, соответствующей корню квадратному из возведенного в степень косинуса, для получения плавных зон перехода и исключения связанных с высокой частотой нежелательных явлений, вызываемых зонами резкого перехода. Крутизна на краях амплитудно-частотной характеристики широкополосного компонента в 4 раза меньше, чем у более "крутого" узкополосного компонента (на фиг. 2 нарисовано не в масштабе).

Узкополосный и широкополосный КАМ-компоненты содержат каждый синфазную составляющую I и квадратурную составляющую Q. Как будет показано при описании фиг. 3, синфазная составляющая модулирует подавленную косинусную несущую, а квадратурная составляющая 63 - подавленную синусную несущую. "Символ" данных представлен обеими составляющими I и Q. Полный КАМ-сигнал в данном примере имеет 16 значений. Каждая составляющая I и Q этого полного КАМ-сигнала имеет четыре дискретных амплитудных уровня, обеспечивающих в итоге 4х4 или 16 возможных амплитудных уровней или значений для каждого узкополосного и широкополосного КАМ-сигнала. Два бита служат для определения четырех уровней каждой составляющей I и Q, а для каждого символа данных требуется четыре бита для определения шестнадцати уровней, соответствующих комбинациям составляющих I и Q. Таким образом, скорость передачи бит широкополосного КАМ-сигнала, имеющего ширину полосы 3,84 МГц на уровне - 6 дБ, составляет 15,36 Мбит/сек (3,84 МГц х 4 бит), а скорость передачи бит узкополосного КАМ-сигнала, имеющего ширину полосы 0,96 МГц на уровне - 6 дБ, составляет 3,84 Мбит/сек (0,36 МГц х 4 бит). Если КАМ сигнал имеет 64 уровня, то скорости передачи бит узкополосного и широкополосного компонентов будут выше в 1,5 раза.

Описанная кратная (двойная) КАМ-система имеет значительную устойчивость к помехам от стандартного телевизионного сигнала НТСЦ, передаваемого в том же самом канале, что и двойной КАМ сигнал, от различных станций. Это обеспечивается благодаря провалам в спектре КАМ-сигнала вблизи ВЧ-несущей изображения НТСЦ и несущей звука НТСЦ, которые связаны с высокоэнергетической информацией. И наоборот, внутриканальные помехи от двойного КАМ-сигнала на сигнал НТСЦ значительно уменьшаются за счет значительного ослабления большой амплитуды узкополосного КАМ-сигнала фильтром Найквиста, имеющим наклонную характеристику, в стандартном телевизионном приемнике НТСЦ. Характеристика фильтра Найквиста стандартного приемника НТСЦ показана на фиг. 2 пунктирной линией, нанесенной на низкочастотную часть спектра КАМ-сигнала в диапазоне от - 0,75 до 0,75 МГц. Было обнаружено, что узкополосный КАМ-сигнал, амплитуда которого на 6 дБ больше амплитуды широкополосного КАМ-сигнала, т.е. мощность которого в 4 раза больше мощности широкополосного КАМ-сигнала, создает такие же допустимо малые помехи, как и маломощный широкополосный КАМ-сигнал. Большая на 6 дБ амплитуда и меньшая в 4 раза полоса узкополосного КАМ-компонента по сравнению соответственно с амплитудой и полосой широкополосного КАМ-компонента дают плотность мощности на 12 дБ больше, чем плотность мощности широкополосного КАМ-компонента. Поэтому указанный высокоприоритетный узкополосный КАМ-сигнал имеет лучшее на 1 дБ отношение сигнал/шум и более низкий коэффициент ошибок по сравнению с низкоприоритетным широкополосным КАМ-сигналом. Соотношение значений ширины полосы и соотношение амплитуд широкополосного и узкополосного КАМ-сигналов могут быть выбраны так, чтобы отвечать требованиям конкретной системы телевизионного вещания, включая системы НТСЦ и ПАЛ.

Имеющий большую амплитуду узкополосный компонент содержит достаточную видеоинформацию для получения телевизионного изображения с четкостью, близкой к стандартной четкости. Таким образом, зрителя не будет слишком беспокоить, если, например, изображение высокой четкости на мгновение нарушится из-за флаттера самолета, т.е. если передача маломощного широкополосного компонента, содержащего информацию высокой четкости, на какое-то время прервется, то высокоэнергетический узкополосный компонент может оказаться нетронутым помехой, так что изображение в это время будет иметь более низкую, но все же приемлемую четкость.

Скорости передачи бит узкополосного и широкополосного КАМ-сигналов, равные 15,36 Мбит/сек и 3,84 Мбит/сек соответственно и данные в качестве примера возможных альтернативных значений, обеспечивают равное целому числу соотношение скоростей 4:1, что представляется целесообразным. Такое соотношение упрощает восстановление узкополосной и широкополосной КАМ-информации в приемнике, поскольку для синхронизации операции восстановления данных обоих КАМ-компонентов могут быть достаточно просто использованы одни и те же сигналы синхронизации данных. Требуемая частота сигналов синхронизации данных для приемной системы может быть легко получена из легко восстанавливаемого узкополосного КАМ-сигнала высокой мощности, как будет рассмотрено ниже.

На фиг. 3 представлена схема телевизионного передатчика для получения двойного КАМ-сигнала, амплитудно-частотная характеристика которого показана на фиг. 2. Высокоприоритетные и низкоприоритетные данные ТВЧ обеспечиваются источниками 10 и 30 в сжатой во времени цифровой форме для обеспечения совместимости с полосой 6 МГц стандартного канала НТСЦ. Для этого источники 10 и 30 снабжены цифровыми устройствами временного сжатия и кодирования, включающими, например, схемы кодирования Хафмена, кодирования длин серий, квантования и дискретного косинусного преобразования.

Выходной сигнал от источника 10 подается к кодеру 12, который действует как распределитель комбинаций битов для состоящего из непрерывного потока битов сигнала, принимаемого от источника 10. Кодер 12 разделяет сигнал от источника 10 на последовательные сегменты, включающие четыре разряда (символ). Один четырехразрядный сегмент, имеющий 16 значений, представляется как группа двоичных сигналов, расположенных в виде сетки в четырех квадрантах, с помощью просмотровой таблицы, причем четырехразрядные значения в каждом квадранте занимают назначенные им места. На фиг. 5 показано такое распределение значений 16-разрядного KAМ-сигнала в виде сетки в четырех квадрантах с действительной I и мнимой Q осями. Этот распределенный по значениям сегмент появляется на выходах I и Q кодера 12 (например, первые два разряда появляются на выходе I, а следующие два разряда - на выходе Q). Следующий четырехразрядный сегмент из 16 значений представляется аналогично. Для того, чтобы приемник был нечувствительным к вращению фазы группы принимаемого сигнала, в передатчике используется дифференциальное кодирование, с помощью которого первые два разряда каждого четырехразрядного сегмента определяют квадрант, в котором расположен этот сегмент, а последние два разряда определяют точку внутри квадранта. Кодер 32 работает аналогично по отношению к сигналам от источника 30 данных низкого приоритета.

Выходные сигналы кодеров 12 и 32 подаются к соответствующим KAМ модуляторам обычного типа. Узкополосный выходной КАМ сигнал от модулятора 14 преобразуется в аналоговую форму цифроаналоговым преобразователем 15 и подается на сумматор 18 через фильтр 16 нижних частот с горизонтальной характеристикой и полосой 1,5 МГц. Фильтр 16 подавляет нежелательные высокочастотные компоненты, включающие гармоники, создаваемые предшествующими схемами цифровой обработки и цифроаналогового преобразования в узкополосной части. Широкополосный выходной КАМ-сигнал модулятора 34 преобразуется в аналоговую форму цифроаналоговым преобразователем 35 перед подачей на другой вход сумматора 18 через фильтр 36 нижних частот с горизонтальной характеристикой и полосой 6 МГц и аттенюатор 38. Фильтр 36 служит по существу для тех же целей, что и фильтр 16. Аттенюатор 38 изменяет амплитуду широкополосного КАМ-компонента так, что она становится на 6 дБ меньше амплитуды высокоприоритетного узкополосного КАМ-компонента, как показано на фиг. 2. Полный двойной КАМ-сигнал вырабатывается на выходе сумматора 18. Этот сигнал умножается на опорный сигнал в модуляторе (смесителе) 20 для получения на его выходе двухполосного модулированного опорного сигнала с верхней и нижней двойными боковыми полосами. Полосовой фильтр 22 с полосой пропускания 6 МГц телевизионного канала осуществляет режекцию нижней боковой полосы и сохраняет верхнюю боковую полосу (фиг. 2) для передачи через устройство, включающее антенну 25.

КАМ-модулятор 14 содержит идентичные цифровые фильтры 41, 42 с импульсной характеристикой конечной длительности в соответствии с квадратным корнем из косинуса, возведенного в степень. На эти фильтры 41, 42 поступают сигналы I и Q соответственно с выхода кодера 12. Фильтр 41 находится в цепи синфазного сигнала и обозначен как фильтр базы I, а фильтр 42 находится в цепи квадратурного сигнала и обозначен как фильтр базы Q. Фильтры 41 и 42 формируют нелинейные зоны перехода по краям полосы частот узкополосного и широкополосного КАМ-компонентов, как было сказано при рассмотрении фиг. 2.

Сигналы с выходов фильтров 41 и 42 модулируются в умножителях 44 и 45 соответственно опорными сигналами "Синус" и "Косинус". Эти сигналы обеспечиваются источником 46, включающим, например, просмотровую таблицу, которая дает значения синуса и косинуса в четырех точках с интервалами 90^o за период, а именно в точках 90^o, 180^o, 270^o и 360^o. Опорные сигналы "Синус" и "Косинус" соответствуют подавленной квадратурной несущей узкополосного КАМ-сигнала с частотой 0,96 МГц, что соответствует 3,84 Мбит/сек/4. Квадратурные модулированные сигналы с выходов умножителей 44 и 45 объединяются сумматором 48 для получения узкополосного КАМ-сигнала высокого приоритета. Модулятор 34 широкополосного КАМ-сигнала по структуре и принципу действия такой же, как модулятор 14, за исключением того, что частота квадратурных сигналов несущей "Синус" и "Косинус" составляет 3,84 МГц.

Система на фиг. 3 обеспечивает обработку восьмиразрядных цифровых сигналов с дополнением до двух. Сигналы синхронизации цифровых данных снимаются с выходов частотных синтезаторов 52 и 54, управляемых синхросигналами от задающего генератора 55. Синхросигнал с частотой 15,36 МГц с выхода синтезатора 52 обеспечивает синхронизацию источника 30 данных, кодера 32 и модулятора 34 широкополосного КАМ-сигнала. Этот же сигнал используется для синхронизации источника 10 данных, кодера 12 и модулятора 14 узкополосного КАМ сигнала после деления его частоты на четыре делителем 58 частоты, так как скорость передачи узкополосной информации (3,84 Мбит/сек) в четыре раза меньше скорости передачи широкополосной информации (15,36 Мбит/сек). Синтезатор 54 формирует опорный сигнал для переноса полного двойного КАМ-сигнала в телевизионную полосу частот с помощью смесителя 20.

Несущие узкополосного и широкополосного КАМ-сигналов не обязательно должны быть подавленными, хотя использование подавленных несущих обеспечивает экономию мощности и исключает определенные типы помех в воспроизводимом изображении. Для улучшения восстановления синхронизации частоты символов могут быть использованы неподавленные несущие с малой амплитудой. Кроме того, могут быть использованы модулированные КАМ-несущие с несимметричными боковыми полосами.

В приемнике, изображенном на фиг. 4, вещательный двойной КАМ- сигнал, принимаемый антенной 110, подается на смеситель 112 вместе с опорным сигналом с номинальной частотой, равной частоте опорного сигнала, используемого в передатчике. Выходной сигнал смесителя 112 включает суммарную и разностную составляющие. Суммарная составляющая более высокой частоты подавляется фильтром 114 нижних частот, который пропускает разностную составляющую на вход аналого-цифрового преобразователя 116. Разностная составляющая на выходе фильтра имеет сложный спектр частот модуляции, показанный на фиг. 2, с центральной частотой спектра узкополосного КАМ-сигнала 0.96 МГц и центральной частотой спектра широкополосного КАМ-сигнала 3,84 МГц.

Цифровой выходной сигнал блока 116 подается на демодулятор 118, который вместе с последующими элементами 120, 122, 124, 126 и 128 образует устройство обработки узкополосного КАМ-сигнала. Демодулятор 113 содержит несколько фильтров с импульсной характеристикой конечной длительности для избирательного пропускания узкополосного КАМ-компонента и подавления широкополосного КАМ-компонента. В частности, демодулятор 118 устройства обработки узкополосного КАМ-сигнала содержит фильтр, амплитудно-частотная характеристика которого по существу соответствует по форме амплитудно-частотной характеристике модулированного узкополосного КАМ-компонента, как показано на фиг. 2. Демодулятор 119 устройства обработки широкополосного КАМ-сигнала, включающего элементы 119, 121, 123, 125, 127 и 129, пропускает широкополосный КАМ-компонент и подавляет узкополосный КАМ-компонент. Демодулятор 119 устройства обработки широкополосного КАМ-компонента содержит фильтр с характеристикой, в значительной степени соответствующей по форме амплитудно-частотной характеристике модулированного широкополосного КАМ-компонента, как показано на фиг. 2. Таким образом, приемная система обеспечивает ослабление сигнала на частотах, связанных с высокоэнергетической информацией в телевизионном сигнале стандартной четкости. Элементы устройства обработки широкополосного КАМ-сигнала аналогичны соответствующим по наименованию элементам устройства обработки узкополосного КАМ-сигнала, которое будет рассмотрено ниже, за исключением упомянутых различий в характеристиках демодуляторов 118 и 119. Демодуляторы 118 и 119 выполняют операцию, обратную операциям, выполняемым модуляторами 14 и 34 в передатчике (фиг. 3).

Адаптивный корректор 120 обычного типа принимает демодулированные сдвинутые по фазе на 90^o составляющие I и Q от демодулятора 118. В корректоре 120 использован адаптивный цифровой фильтр с импульсной характеристикой конечной длительности для компенсации отклонений амплитуды и фазы, например, включающих паразитное изображение, обусловленное передающим каналом. Выравненные выходные сигналы I и Q корректора 120 подаются на вход устройства 126 оценки, которое формирует выходные сигналы I и Q, представляющие наиболее вероятную оценку значений составляющих I и Q от передатчика. Например, значения составляющих I и Q на выходе устройства 126 оценки отрегулированы так, чтобы обеспечить компенсацию искажений, вызванных шумом в процессе передачи. Устройство 126 оценки, по существу, выполняет интерпретирующую функцию присвоения значений выборкам, которые, например, из-за шумов, не соответствуют точно местам в пределах четырех квадрантов, назначенным для распределения сигнала по шестнадцати значениям. Выходные сигналы устройства 126 оценки подаются на декодер 122, который выполняет операцию, по существу, обратную операции распределения, осуществляемой кодером передатчика. Для этой операции преобразования распределенного в четырех квадрантах сигнала в представленные в цифровой форме последовательные четырехразрядные сегменты, которые существовали в передатчике перед кодированием блоком 12 (фиг. 3), используются просмотровые таблицы.

Обнаружитель 124 ошибок контролирует входные и выходные сигналы I и Q устройства 126 оценки и формирует выходной сигнал, величина которого пропорциональна базовой ошибке между входными и выходными сигналами I и Q устройства 126. Фазовая ошибка может появиться из-за шума, в каковом случае она является случайной величиной. Фазовая ошибка может также возникнуть вследствие неравенства частот опорных сигналов, используемых в передатчике и приемнике, однако в этом случае она по природе не является случайной величиной. Выходной сигнал "Ошибка" обнаружителя 124 ошибок в конечном счете используется для компенсации отклонения частоты опорного сигнала от требуемого значения, т.е. от значения частоты опорного сигнала передатчика.

Говоря более конкретно, сигнал "Ошибка" подается в схему 128 управляемого напряжением генератора, которая также включает фильтр нижних частот, для коррекции сдвинутых по фазе на 90^o значений синусного и косинусного опорных сигналов, подаваемых на квадратурный демодулятор 118. Откорректированные синусные и косинусные опорные сигналы изменяют процесс демодуляции до тех пор, пока величина сигнала ошибки на выходе обнаружителя 124 не будет показывать, что отклонение частоты опорного сигнала от требуемого значения скомпенсировано. Фильтр нижних частот, относящийся к схеме 128, фильтрует сигнал "Ошибка" так, что значения опорных сигналов от управляемого напряжением генератора 128 и соответственно работа демодулятора 118 изменяются в ответ на неслучайные по природе ошибки, такие как указанные отклонения частоты, и не реагируют на случайные воздействия, такие как шумы. Контур управления, включающий элементы 119, 121, 127, 123 и 129 устройства обработки широкополосного КАМ-сигнала, работает так же, как элементы 118, 120, 126, 124 и 128 устройства обработки узкополосного КАМ сигнала, рассмотренного выше. Дополнительную информацию о работе контура управления, включающего устройство 126 оценки, обнаружитель 124 ошибок, управляемый напряжением генератор 128 и демодулятор 118, можно найти в книге "Digital Communication", Lee and Messerschmitt, (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, USA, 1988).

Цифровой частотный синтезатор 126 вырабатывает синхронизирующий сигнал в ответ на задающий синхронизирующий сигнал генератора 130, который также формирует синхронизирующий сигнал для частотного синтезатора 135, на выходе которого вырабатывается опорный сигнал, поступающий на смеситель. Частота опорного сигнала номинально соответствует частоте опорного сигнала, используемого в передатчике. Любое отклонение частоты опорного сигнала от требуемого значения компенсируется как описано выше. Синхронизирующий сигнал с выхода источника 126 служит для синхронизации элементов 119, 121, 125 и 127 устройства обработки широкополосного сигнала. Устройство обработки узкополосного сигнала обрабатывает сигнал с полосой частот, которая в четыре раза меньше полосы частот широкополосного сигнала. В связи с этим элементы устройства обработки узкополосного сигнала синхронизируются сигналами с частотой, в четыре раза меньшей частоты синхронизирующих сигналов для устройства обработки широкополосного сигнала, что обеспечивается делителем 136 частоты.

Частота синхронизирующего сигнала приемника соответствует частоте синхронизирующего сигнала, используемого в передатчике (фиг. 3). Требуемая частота синхронизирующего сигнала в приемнике обеспечивается благодаря тому, что этот сигнал получается из информации, содержащейся в высокоэнергетическом узкополосном КАМ-компоненте, прием которого производится с большей надежностью. Более конкретно, полный КАМ-сигнал с выхода фильтра 114 нижних частот поступает к генератору нелинейного сигнала, например к генератору возведения в степень N, где N может быть 2 или 4. Генератор 133 формирует одночастотный сигнал с частотой символов узкополосного КАМ-компонента. В этом случае частота символов составляет 0,96 МГц, одну четверть от скорости бит. Блок 133 также формирует значительно ослабленный выходной сигнал с частотой символов маломощного широкополосного КАМ-компонента, на который последующие блоки обработки сигнала не реагируют.

Фазовый детектор 137 реагирует на составляющую выходного сигнала блока 133 с частотой 0,96 МГц и вместе с фильтром 138 нижних частот, синтезатором 126 и делителем 139 частоты на шестнадцать образует контур фазовой автоподстройки частоты. Фильтр 138 устраняет побочные частоты, включая шумы, вызванные работой генератора 133 нелинейного сигнала. Делитель 139 частоты получает сигнал частотой 15,36 МГц с выхода синтезатора 126 и формирует выходной сигнал частотой 0,96 МГц, подаваемый на управляющий вход фазового детектора 137. Синтезатор 126 содержит регистр, который накапливает приращения фазы, определяемые сигналом, поступающим с выхода фильтра 138 на управляющий вход блока 126, со скоростью, определяемой частотой генератора 130. Накопленные значения фазы адресуются в ПЗУ, содержащее синусоидальные значения, которые синтезируют выходной сигнал блока 126. Функции блока 126 может выполнять интегральная микросхема типа 02334, выпускаемая Qualcomm Corporation, Сан-Диего, Калифорния.

Устройство 140 обработки сигнала объединяет демодулированный сигнал данных с высоким приоритетом с выхода декодера 122 и демодулированный сигнал данных с низким приоритетом с выхода декодера 125. Устройство 140 обработки может содержать схемы декомпрессии данных, такие как декодеры Хафмена и инверсные квантователи, схемы коррекции ошибок и схемы демультиплексирования и объединения сигналов для разделения аудио- и видеокомпонентов телевизионного сигнала. Аудиокомпонент обрабатывается устройством 142 обработки звукового сигнала перед поступлением на устройство 146 воспроизведения звука. Видеокомпонент обрабатывается устройством 144 для получения сигнала изображения, который подается на устройство 148 воспроизведения изображения.

В системе телевидения высокой четкости, совместимой по полосе частот с системой телевизионного вещания НТСЦ, используется кратная квадратурная модуляция (КАМ). Первая подавленная КАМ-несущая модулируется высокоприоритетной информацией, включающей, главным образом, низкочастотную информацию. Вторая подавленная КАМ-несущая модулируется низкоприоритетной информацией, включающей, главным образом, высокочастотную информацию. Высокоприоритетный КАМ-сигнал имеет большую амплитуду и более узкую полосу частот, чем низкоприоритетный КАМ-сигнал, и размещается в нижней части частотного спектра кратного КАМ-сигнала, обычно занимаемой подавленной боковой полосой стандартного телевизионного сигнала НТСЦ. Частотный спектр кратного КАМ-сигнала характеризуется подавлением сигнала на частотах, связанных с высокоэнергетической информацией в стандартном сигнале НТСЦ, например на частотах вблизи несущих изображения и звука НТСЦ. Техническим результатом является снижение взаимных помех от стандартных сигналов и сигналов ТВЧ. 4 с. и 30 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система обработки телевизионного сигнала высокой четкости, обьеспечивающего более высокую четкость изображения, чем телевизионный сигнал стандартной четкости, содержащая средство модуляции первой несущей первой информацией, содержащейся в телевизионном сигнале, для получения модулированной первой несущей, отличающаяся тем, что она содержит средства модуляции второй несущей второй информацией, содержащейся в телевизионном сигнале, для получения модулированной второй несущей и средства объединения указанных модулированных первой и второй несущих для получения составного модулированного сигнала, содержащего телевизионную информацию высокой четкости и имеющего ширину полосы частот, совместимую с шириной полосы частот канала телевизионного сигнала стандартной четкости, и спектр частот модуляции с ослаблением сигнала на частотах, соответствующих частотам высокоэнергетической информации в указанном телевизионном сигнале стандартной четкости. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная первая несущая является квадратурно-амплитудно-модулированной квадратурными вариантами указанной первой информации и указанная вторая несущая является квадратурно-амплитудно-модулированной квадратурными вариантами указанной второй информации. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что указанная первая несущая, модулированная первой информацией, имеет узкую полосу частот по сравнению с второй несущей, модулированной второй информацией. 4. Система по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что указанная первая несущая, модулированная первой информацией, имеет большую амплитуду по сравнению с второй несущей, модулированной второй информацией. 5. Система по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что указанная модулированная первая несущая расположена в нижней части частотного спектра указанного составного модулированного сигнала, отделенной от модулированной второй несущей полосой частот с уменьшенной амплитудой сигнала, соответствующих частотам высокоэнергетической информации в телевизионном сигнале стандартной четкости. 6. Система по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что указанные частоты с уменьшенной амплитудой сигнала соответствуют частотам высокоэнергетической информации, модулирующей несущую изображения телевизионного сигнала стандартной четкости. 7. Система по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что указанный составной модулированный сигнал дополнительно ослаблен на частотах, соответствующих частотам высокоэнергетической информации, модулирующей несущую звука указанного телевизионного сигнала стандартной четкости. 8. Система по одному из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что указанная первая информация имеет более высокий приоритет, чем указанная вторая информация. 9. Система по одному из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что указанная первая информация содержит видеоинформацию, включающую преимущественно низкочастотную видеоинформацию, а указанная вторая информация содержит высокочастотную видеоинформацию. 10. Система по одному из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что указанная первая информация включает звуковую и синхронизирующую информацию. 11. Система по одному из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что указанные первая и вторая информации представляют собой сжатую цифровую информацию. 12. Система по одному из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник сжатых первых цифровых данных, представляющих собой указанную первую информацию и соответствующих данным изображения, по существу, стандартной четкости, источник сжатых вторых цифровых данных, представляющих собой указанную вторую информацию и соответствующих данным изображения высокой четкости, при этом указанные первые данные имеют более высокий приоритет, чем указанные вторые данные, причем средства модуляции выполнены в виде квадратурно-амплитудных модуляторов с подавлением несущей, а указанные первая и вторая модулированные несущие занимают, по существу, взаимоисключающие спектральные диапазоны, расположенные в частотных полосах, обычно занимаемых соответственно частично подавленной боковой полосой и верхней боковой полосой телевизионного сигнала стандартной четкости. 13. Система по одному из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что она содержит источники сжатых первых цифровых данных и сжатых вторых цифровых данных, представляющих собой соответственно указанные первую и вторую информации и соответствующих данным изображения телевидения высокой четкости, причем модулированные первая и вторая несущие занимают, по существу, взаимоисключающие соответственно нижний и верхний спектральные диапазоны в канале телевизионного сигнала стандартной четкости, а первая модулированная несущая содержит видеоинформацию, достаточную для воспроизведения приемлемого для зрителя изображения пониженной четкости независимо от видеоинформации, связанной с второй модулированной несущей. 14. Система по одному из пп.1 - 13, отличающаяся тем, что частоты модулированной первой несущей, по существу, содержат частоты, значительно ослабляемые фильтром телевизионного сигнала стандартной четкости, имеющим наклонную характеристику Найквиста. 15. Система для приема телевизионного сигнала высокой четкости, содержащего составной модулированный сигнал, включающий первую несущую, модулированную первой информацией, и вторую несущую, модулированную второй информацией, причем указанные первая и вторая модулированные несущие разделены полосой частот, в которой сигнал ослаблен на частотах, соответствующих высокоэнергетической информации в телевизионном сигнале стандартной четкости, а указанный составной модулированный сигнал имеет ширину полосы частот, совместимую с шириной полосы частот канала телевизионного сигнала стандартной четкости, содержащая средства демодуляции первой и второй несущих, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обеспечения ослабления сигнала на указанных частотах, соответствующих высокоэнергетической информации в телевизионном сигнале стандартной четкости, и содержит последовательно соединенные средства, реагирующие на указанный составной модулированный сигнал для разделения указанных модулированных первой и второй несущих, первые средства обработки сигнала для восстановления указанной первой и второй информаций и вторые средства обработки сигнала, реагирующие на восстановленные первую и вторую информации от указанных средств демодуляции, для получения выходного сигнала, соответствующего изображению. 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что указанные средства демодуляции квадратурно-амплитудно демодулируют указанные первую и вторую несущие. 17. Система по п.15 или 16, отличающаяся тем, что первая модулированная несущая имеет узкую полосу частот по сравнению с полосой частот второй модулированной несущей. 18. Система по одному из пп.15 - 17, отличающаяся тем, что первая модулированная несущая расположена в нижней части частотного спектра составного модулированного сигнала, а вторая модулированная несущая расположена в верхней части частотного спектра составного модулированного сигнала. 19. Система по одному из пп.15 - 18, отличающаяся тем, что восстановленная первая информация содержит видеоинформацию, включающую преимущественно низкочастотную видеоинформацию, а восстановленная вторая информация содержит высокочастотную видеоинформацию. 20. Система по п.15 для приема телевизионного сигнала высокой четкости, в котором указанный составной модулированный сигнал включает в качестве модулированных первой и второй несущих соответственно первый и второй квадратурно-амплитудно-модулированные сигналы с подавленными несущими, занимающие взаимоисключающие спектральные диапазоны в канале телевизионного сигнала стандартной четкости, причем первый квадратурно-амплитудно-модулированный сигнал расположен в полосе частот, обычно занятой частично подавленной боковой полосой телевизионного сигнала стандартной четкости, содержит сжатые цифровые данные с более высоким приоритетом, чем сжатые цифровые данные, содержащиеся во втором квадратурно-амплитудно-модулированном сигнале, имеет большую пиковую амплитуду, чем пиковая амплитуда второго квадратурно-амплитудно-модулированного сигнала, и имеет меньшую ширину полосы частот, чем ширина полосы частот второго квадратурно-амплитудно-модулированного сигнала, а второй квадратурно-амплитудно-модулированный сигнал находится в полосе частот канала телевизионного сигнала стандартной четкости, обычно занятой верхней боковой полосой этого телевизионного сигнала, отличающаяся тем, что средства демодуляции выполнены в виде средств квадратурно-амплитудной демодуляции для восстановления соответствующих сжатых цифровых данных, представляющих собой указанные первую и вторую информации, а вторые средства обработки сигнала включают средства декомпрессии восстановленных цифровых данных и средства, реагирующие на декомпрессированные восстановленные цифровые данные, для получения выходного сигнала, соответствующего изображению. 21. Система по п.15 для приема телевизионного сигнала высокой четкости, в котором указанный составной модулированный сигнал включает в качестве модулированной первой несущей первый сигнал, модулированный звуковой информацией и видеоинформацией, которые представляют собой указанную первую информацию, и в качестве модулированной второй несущей - второй сигнал, модулированный видеоинформацией, представляющей собой указанную вторую информацию, причем указанные первый и второй сигналы занимают, по существу, взаимоисключающие ниэний и верхний спектральные диапазоны соответственно в канале телевизионного сигнала стандартной четкости, а первый модулированный сигнал включает звуковую информацию и видеоинформацию, достаточную для получения приемлемого для зрителя изображения пониженной четкости независимо от информации, связанной с вторым модулированным сигналом, отличающаяся тем, что средства демодуляции выполнены с возможностью демодуляции первого модулированного сигнала для восстановления звуковой информации и видеоинформации, представляющих собой указанную первую информацию, и демодуляции второго модулированного сигнала для восстановления видеоинформации, представляющей собой указанную вторую информацию, а вторые средства обработки сигнала включают средства объединения восстановленной видеоинформации, связанной с первым модулированным сигналом, с восстановленной видеоинформацией, связанной с вторым модулированным сигналом, для получения объединенного видеосигнала, и средства обработки видеосигнала, реагирующие на объединенный видеосигнал, для получения сигнала, соответствующего изображению, причем система дополнительно содержит средства обработки звукового сигнала, реагирующие на восстановленную звуковую информацию, связанную с первым модулированным сигналом. 22. Система по одному из пп.15 - 21, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства формирования синхронизирующего сигнала, реагирующие на сигнал, полученный из первой информации, для формирования первого синхронизирующего сигнала. 23. Система по п.22, отличающаяся тем, что средства формирования синхронизирующего сигнала включают средства для получения второго синхронизирующего сигнала из первого синхронизирующего сигнала. 24. Система по одному из пп.15 - 23, отличающаяся тем, что частоты модулированной первой несущей, по существу, содержат частоты, значительно ослабляемые фильтром телевизионного сигнала стандартной четкости, имеющим наклонную характеристику Найквиста. 25. Система обработки телевизионного сигнала высокой четкости, обеспечивающего более высокую четкость изображения, чем телевизионный сигнал стандартной четкости, содержащая средства модуляции первой несущей первой информацией, содержащейся в телевизионном сигнале, отличающаяся тем, что она содержит средства модуляции второй несущей второй информацией, содержащейся в телевизионном сигнале, для получения модулированной второй несущей, имеющей меньшую амплитуду, чем первая модулированная несущая, и средства объединения модулированных первой и второй несущих для формирования сигнала со спектром частот модуляции, в нижней части которого находится модулированная первая несущая, а в верхней части - модулированная вторая несущая. 26. Система по п.25, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит источник сжатых первых цифровых данных, представляющих собой указанную первую информацию и соответствующих данным изображения, по существу, стандартной четкости, и источник сжатых вторых цифровых данных, представляющих собой указанную вторую информацию и соответствующих данным изображения высокой четкости, при этом указанные первые данные имеют более высокий приоритет, чем указанные вторые данные, средства модуляции указанных первой и второй несущих выполнены в виде квадратурно-амплитудных модуляторов с подавлением несущей, квадратурно-амплитудно-модулированная первая несущая имеет большую пиковую амплитуду, чем квадратурно-амплитудно-модулированная вторая несущая, и меньшую полосу частот, чем полоса частот второй квадратурно-амплитудно-модулированной несущей, а сигнал, формируемый указанными средствами объединения, занимает канал телевизионного сигнала стандартной четкости, в котором квадратурно-амплитудно-модулированные первая и вторая несущие занимают, по существу, взаимоисключающие спектральные диапазоны, расположенные в частотных полосах, обычно занимаемых соответственно частично подавленной боковой полосой и верхней боковой полосой телевизионного сигнала стандартной четкости. 27. Система по п.25, отличающаяся тем, что она содержит источники сжатых первых цифровых данных и сжатых вторых цифровых данных, представляющих соответственно указанные первую и вторую информации и соответствующих данным изображения телевидения высокой четкости, причем сигнал, формируемый средствами объединения, занимает канал телевизионного сигнала стандартной четкости, в котором первая и вторая модулированные несущие занимают, по существу, взаимоисключающие спектральные диапазоны, и модулированная первая несущая содержит видеоинформацию, достаточную для воспроизведения приемлемого для зрителя изображения пониженной четкости независимо от видеоинформации, связанной с указанной второй модулированной несущей. 28. Система по одному из пп.25 - 27, в которой частоты модулированной первой несущей, по существу, содержат частоты, значительно ослабляемые фильтром телевизионного сигнала стандартной четкости, имеющим наклонную характеристику Найквиста. 29. Система для приема телевизионного сигнала высокой четкости, содержащего составной модулированный сигнал, включающий первую несущую, модулированную первой информацией, имеющейся в телевизионном сигнале и включающей преимущественно низкочастотную информацию, занимающую нижнюю часть частотного спектра указанного составного модулированного сигнала, и вторую несущую, модулированную второй информацией, имеющейся в телевизионном сигнале и занимающей верхнюю часть частотного спектра составного сигнала, и имеющую меньшую амплитуду, чем первая модулированная несущая, содержащая средства демодуляции первой и второй несущих, отличающаяся тем, что она содержит входные средства, реагирующие на указанный телевизионный сигнал, для получения указанного составного модулированного сигнала в полосе частот модулирующих сигналов, первые средства обработки сигнала, реагирующие на составной модулированный сигнал в полосе частот модулирующих сигналов и включающие средства демодуляции указанных модулированных первой и второй несущих для восстановления указанной первой и второй информаций, и вторые средства обработки сигнала, реагирующие на восстановленные первую и вторую информации от указанных средств демодуляции, для получения выходного сигнала, соответствующего изображению. 30. Система по п.29 для приема телевизионного сигнала высокой четкости, в котором указанный составной модулированный сигнал включает в качестве модулированных первой и второй несущих соответственно первый и второй квадратурно-амплитудно-модулированные сигналы с подавленными несущими, занимающие взаимоисключающие спектральные диапазоны в канале телевизионного сигнала стандартной четкости, причем первый квадратурно-амплитудно-модулированный сигнал расположен в полосе частот, обычно занятой частично подавленной боковой полосой телевизионного сигнала стандартной четкости, содержит сжатые цифровые данные, представляющие собой указанную первую информацию и имеющие более высокий приоритет, чем сжатые цифровые данные, содержащиеся во втором квадратурно-амплитудно-модулированном сигнале и представляющие собой указанную вторую информацию, имеет большую пиковую амплитуду, чем пиковая амплитуда второго квадратурно-амплитудно-модулированного сигнала, и имеет меньшую ширину полосы частот, чем ширина полосы частот второго квадратурно-амплитудно-модулированного сигнала, а второй квадратурно-амплитудно-модулированный сигнал находится в полосе частот канала телевизионного сигнала стандартной четкости, обычно занятой верхней боковой полосой этого телевизионного сигнала, отличающаяся тем, что средства демодуляции выполнены в виде средств квадратурно-амплитудной демодуляции для восстановления соответствующих сжатых цифровых данных, представляющих собой указанные первую и вторую информации, а вторые средства обработки сигнала включают средства декомпрессии восстановленных цифровых данных и средства, реагирующие на декомпрессированные восстановленные цифровые данные, для получения выходного сигнала, соответствующего изображению. 31. Система по п.29 для приема телевизионного сигнала высокой четкости, в котором указанный составной модулированный сигнал включает в качестве модулированной первой несущей первый сигнал, модулированный звуковой информацией и видеоинформацией, которые представляют собой указанную первую информацию, и в качестве модулированной второй несущей - второй сигнал, модулированный видеоинформацией, представляющей собой указанную вторую информацию, причем указанные первый и второй сигналы занимают, по существу, взаимоисключающие нижний и верхний спектральные диапазоны соответственно в канале телевизионного сигнала стандартной четкости, а первый модулированный сигнал включает звуковую информацию и видеоинформацию, достаточную для получения приемлемого для зрителя изображения пониженной четкости независимо от информации, связанной с вторым модулированным сигналом, отличающаяся тем, что средства демодуляции выполнены с возможностью демодуляции первого модулированного сигнала для восстановления звуковой информации и видеоинформации, представляющих собой указанную первую информацию, и демодуляции второго модулированного сигнала для восстановления видеоинформации, представляющей собой указанную вторую информацию, а вторые средства обработки сигнала включают средства объединения восстановленной видеоинформации, связанной с первым модулированным сигналом, с восстановленной видеоинформацией, связанной с вторым модулированным сигналом, для получения объединенного видеосигнала, и средства обработки видеосигнала, реагирующие на объединенный видеосигнал, для получения сигнала, соответствующего изображению,
причем система дополнительно содержит средства обработки звукового сигнала, реагирующие на восстановленную звуковую информацию, связанную с первым модулированным сигналом. 32. Система по одному из пп.29 - 31, отличающаяся тем, что указанная восстановленная первая информация имеет узкую полосу частот по сравнению с полосой частот указанной восстановленной второй информации и содержит низкочастотную видеоинформацию, по существу, исключающую высокочастотную информацию. 33. Система по одному из пп.29 - 32, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства формирования синхронизирующего сигнала, реагирующие на сигнал, полученный из первого модулированного сигнала. 34. Система по одному из пп.29 - 33, отличающаяся тем, что частоты модулированной первой несущей, по существу, содержат частоты, значительно ослабленные фильтром телевизионного сигнала стандартной четкости, имеющим наклонную характеристику Найквиста.