СПОСОБ, КОДЕР И ДЕКОДЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛАХ Российский патент 2000 года по МПК H04N11/00 

Изобретение относится к способу, кодеру и декодеру для обработки вспомогательных сигналов в соответствии со стандартами SECAM, что позволяет осуществлять совместимую 16:9 передачу по существующим телевизионным каналам.

Уровень техники
В любом новом стандарте телевизионного вещания может быть найден формат изображения 16: 9. Относительно PALplus, расширения существующего стандарта PAL, решены проблемы, связанные с обработкой широкоэкранного изображения с сохранением обратной совместимости с существующими приемниками, и первые приемники PALplus уже поставляются на рынок.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа передачи телевизионных сигналов, имеющих формат 16:9, совместимый со стандартом SECAM. Эта задача достигается посредством изобретенного способа, описанного в пункте 1 формулы изобретения, и кодера и декодера, в которых используется изобретенный способ. Эта цель достигается посредством кодера, описанного в пункте 5 формулы изобретения, и посредством декодера, описанного в пункте 9 формулы изобретения соответственно.

В расширении существующего стандарта SECAM - в упомянутом далее SECAMplus наиболее существенным изменением является изменение формата кадра 4:3 на 16: 9. Чтобы добавочная стоимость декодера SECAMplus была небольшой, SECAMplus как можно больше должен удовлетворять стандарту PALplus.

В PALplus формат почтового ящика был выбран одновременно с выбором передачи вспомогательного сигнала в областях диапазона частот черного, как описано в EP-A-0445177 и EP-A-0451205. Так как нет необходимости передавать информацию о цветном изображении в диапазоне частот черного, то вспомогательный сигнал модулируется по амплитуде в виде цветовой поднесущей. Такая же техника преобразования формата может использоваться для SECAMplus, однако, если модуляция вспомогательного сигнала будет непосредственно позаимствована из PALplus, то возникнут сильные помехи в областях диапазона частот черного от всплесков больших цветовых областей. Такое мерцание возникает из-за потери промодулированной по частоте поднесущей в совместимом приемнике SECAM для малых амплитуд вспомогательных сигналов.

В соответствии с настоящим изобретением создаются искусственные, согласованно взвешенные поднесущие с квадратурным сдвигом фазы по отношению к поднесущей, промодулированной вспомогательным сигналом, чтобы гарантировать совместимость с SECAM. Это позволяет совместимое воспроизведение известными приемниками с форматов 4:3, в то время как для приемников с увеличенным форматом кадра вспомогательный сигнал отделяется от искусственных поднесущих посредством демодулятора произведения и используется для восстановления сигнала исходного изображения с увеличенным форматом кадра.

По сути, изобретенный способ осуществляет обработку вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра, которые совместимы с известными телевизионными стандартами, причем видеосигналы разлагаются на вспомогательные сигналы и сигналы почтового ящика, к которым добавляется согласованно взвешенная поднесущая с квадратурным сдвигом по фазе по отношению к поднесущей, промодулированной вспомогательным сигналом, и составной сигнал включается в область диапазона частот черного, сигнал изображения, состоящий из сигнала почтового ящика и сигнала диапазона частот черного, передается и на принимающем конце может быть декодирован как известными приемниками 4:3, так и приемниками с увеличенным форматом кадра, в которых вспомогательные сигналы отделяются от искусственной поднесущей и используются для воспроизведения сигнала исходного изображения с увеличенным форматом кадра.

Полезные дополнительные исполнения изобретенного способа получаются из соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.

Кодер для обработки вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра в соответствии с настоящим изобретением содержит блок преобразования формата, в котором видеосигнал разлагается на сигнал почтового ящика и вспомогательный сигнал, кодер для обработки сигналов почтового ящика, блок модуляции для вспомогательного сигнала, который содержит:
- блок предварительной обработки,
- первый блок модуляции, где предварительно обработанный вспомогательный сигнал модулируется в одну или более соответствующих поднесущих,
- схему амплитудного детектора, которому передается поднесущая, промодулированная определенным вспомогательным сигналом, и который передает нормированный сигнал детектирования,
- сумматор, в котором оценивается сигнал управления посредством вычитания нормированного сигнала детектирования из 1,
- второй блок модуляции, в котором одна или более искусственных поднесущих помножается на сигнал управления для управления их амплитудами,
- блок добавления, в котором одна или более искусственных поднесущих добавляются к соответствующим поднесущим вспомогательного сигнала с квадратурным сдвигом по фазе,
- блок последующей обработки для половинной фильтрации по Найквисту одного или более составных сигналов и для выбора одного отфильтрованного сигнала в случае более одного составного сигнала, а также устройство селекции, при помощи которого объединяются обработанные вспомогательные сигналы и сигналы почтового ящика.

Полезные дополнительные исполнения изобретенного кодера получаются на основании соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.

Декодер для обработки вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра в соответствии с настоящим изобретением содержит:
- блок фильтров, в котором сигналы диапазона частот черного фильтруются по Найквисту,
- блок, который передает составной видеосигнал последующим устройствам при поступлении площадки гасящего импульса,
- схему PLL для восстановления частотно-модулированных несущих в видеосигнале,
- устройство сдвига фазы на 90 градусов,
- устройство селекции, которое выделяет отфильтрованные по Найквисту соответствующие сигналы диапазона частот черного и сдвинутые по фазе частотно-промодулированные несущие,
- демодулятор произведения, где перемножается сигнал диапазона частот черного, отфильтрованный по Найквисту, и сдвинутая по фазе частотно промодулированная несущая,
- фильтр нижних частот для выделения компонента несущей из множества частот несущей,
- а также блок последующей обработки для увеличения амплитуды вспомогательного сигнала.

На фиг. 1 изображена блок-схема обработки на передающей стороне,
фиг. 2 - блок-схема модуляции вспомогательного сигнала,
фиг. 3 - более подробная блок-схема модуляции вспомогательного сигнала,
фиг. 4 - блок-схема демодуляции вспомогательного сигнала на принимающей стороне.

Предпочтительные исполнения
На фиг. 1 показана работа кодера на передающей стороне в случае телевизионных сигналов с увеличенным форматом кадра, который совместим с известными телевизионными стандартами. После преобразования формата, в частности, из 16: 9 в 4:3 в блоке FC видеосигнал разлагается в случае телевизионного сигнала с 576 активными строками на сигнал LS почтового ящика с 432 активными строками в кадре и на вспомогательный сигнал HS с парными 72 активными строками в кадре. Сигнал почтового ящика передается через стандартный кодер ENC, который выдает на свой выход составной сигнал, в то время как вспомогательный сигнал подвергается обработке в блоке MOD. Обработанные вспомогательные сигналы, а также сигналы почтового ящика затем объединяются устройством селекции SELE1.

Изобретенный способ включения согласованно взвешенной искусственной поднесущей в область диапазона частот черного показан на фиг. 2. Вначале осуществляется предварительная обработка вспомогательного сигнала HS в блоке PREE. После прохождения через фильтр нижних частот LPE1 сжимается горизонтальный спектр, таблица просмотра LUT осуществляет компандирование, а следующий фильтр нижних частот LPE2 используется для подавления гармоник, вызванных нелинейностью. После этого, заранее обработанный вспомогательный сигнал модулируется в модуляторе MODH в поднесущую, имеющую частоту, которая составляет одну четвертую часть используемой частоты дискретизации. Затем устанавливается амплитуда суммарного сигнала схемой амплитудного детектора AD, которая содержит последовательно: полосовой фильтр BP, схему измерения амплитуды AM и нелинейный элемент NL. Схема амплитудного детектора гарантирует, что при отсутствии мощного вспомогательного сигнала осуществляется добавление искусственной поднесущей с квадратурным сдвигом фазы в блоке QP, тем самым удерживая суммарную амплитуду в необходимых рамках. Для этой цели осуществляется управление амплитудой искусственной поднесущей в блоке MODA посредством сигнала управления CS, который определяется путем вычитания нормированного сигнала детектирования NS из 1 в блоке ADD. Последующий фильтр половинной фильтрации по Найквисту NF реализует половинную крутизну по Найквисту на частоте поднесущей, которая должна быть использована в случае выбора передачи частично подавленной боковой полосой. Включение искусственной поднесущей с квадратурным сдвигом по фазе позволяет после передачи на принимающей стороне осуществлять более простое разделение вспомогательного сигнала и искусственной поднесущей посредством демодулятора произведения.

В соответствии с парой различных частот для компонентов цветоразностных сигналов в стандарте SECAM для известного приемника SECAM 4:3 возможно осуществление подавления слишком заметного мерцания посредством включения только одной искусственной поднесущей, но при этом области диапазона частот черного остаются несколько окрашенными. Это окрашивание может быть подавлено путем использования двух поднесущих частот для двух компонентов цветоразностных сигналов, что показано более детально на фиг. 3. После предварительной обработки вспомогательный сигнал HS модулируется посредством модуляторов MODH1 и MODH2 в две различные поднесущие с частотами fs/4 и fs/4 - Δf соответственно, где для цифрового декодирования SECAM используемая частота дискретизации равна fs = 17.54 МГц. Устройством селекции SELE2 для компонента D_R выбирается высокочастотная поднесущая, а для компонента D_B - низкочастотная поднесущая, и они передаются на амплитудный детектор AD, который вырабатывает нормированный сигнал детектирования NS. После его вычитания из 1 получается сигнал управления CS, который управляет амплитудой пары искусственных поднесущих, тоже имеющих частоты fs/4 и fs/4 - Δ f, посредством модуляторов MODA1 и MODA2. Соответствующие поднесущие и искусственные поднесущие суммируются с квадратурным сдвигом по фазе в блоках QP1 и QP2 и суммарные сигналы передаются каждый на фильтры половинной фильтрации по Найквисту NYQE1 и NYQE2 соответственно. Переключение отфильтрованных сигналов осуществляется устройством селекции SELE3.

На принимающей стороне вспомогательные сигналы могут быть демодулированы подобно тому, как это показано на фиг. 4. Сигнал диапазона частот черного первым проходит половинную фильрацию по Найквисту в блоках фильтров NYQD1 или NYQD2, которые идентичны используемым на передающей стороне блокам фильтров NYQE1 и NYQE2 соответственно. Первым устройством селекции SELD1 осуществляется переключение этой пары отфильтрованных по Найквисту сигналов диапазона частот черного от строки к строке. Параллельно с обработкой диапазона частот черного должно осуществляться воспроизведение необходимых несущих вспомогательного сигнала. Для этой цели блок GAT передает составной видеосигнал VS на второе устройство селекции SELD2, если вначале строки кадра в области задней площадки гасящего импульса BP передается частотно модулированный пакет, который соответствует квадратурной фазе несущей, используемой в кодере. Устройство селекции SELD2 осуществляет переключение от строки к строке двух отдельных PLL схем PLL1 и PLL2, в которых воспроизводятся две различные частотно модулированные несущие. После третьего устройства селекции SELD3 для коммутации по строкам пары частотно промодулированных несущих необходимо использование устройства PS сдвига фазы на 90^o для синхронной амплитудной демодуляции вспомогательного сигнала. Демодулятор произведения DEM, где перемножаются отфильтрованный по Найквисту сигнал диапазона частот черного и сдвинутая по фазе промодулированная по частоте несущая, вырабатывает демодулированный вспомогательный сигнал, который необходимо отфильтровать по нижней частоте, чтобы избавиться от компонентов несущей на удвоенной частоте несущей. После фильтрации в блоке LPD осуществляется последующая обработка вспомогательного сигнала в блоке POSTD, где учитывается увеличение амплитуды вспомогательного сигнала. Нет необходимости в ограничении спектра выходного сигнала подобно тому, как это происходит в кодере.

Использование двух искусственных поднесущих вызывает уменьшение окрашенности в области диапазона частот черного в известных приемниках SECAM 4:3 до незначительных уровней.

Другим полезным усовершенствованием изобретенного способа является включение поднесущей с постоянной или даже согласованно увеличенной амплитудой туда, где вспомогательный сигнал существенно отличается от нуля, если уровень гашения или уровень черного во вспомогательном сигнале слегка повысился, чтобы гарантировать минимальное различие между импульсом синхронизации и наибольшей отрицательной величиной сигнала диапазона частот черного. Искусственный фон, соответствующий этому сдвигу, может быть устранен схемой сглаживания в совместимом приемнике.

Настоящее изобретение может быть использовано, например, в телевизионных приемниках SECAMplus и VCP.

Изобретение относится к технике телевидения, в частности к способу передачи вспомогательных сигналов в стандарте SECAM. Достигаемый технический результат - осуществление совместимой 16:9 передачи по существующим телевизионным каналам. Согласно предложенному способу для сохранения обратной совместимости с существующими приемниками с форматом 4:3 в PALplus выбран формат почтового ящика одновременно с передачей вспомогательного сигнала HS в областях диапазона частот черного. Использование способа обработки вспомогательного сигнала PALplus для той же задачи в SECAM вызывает помехи в областях диапазона черного в 4:3 приемниках из-за отсутствия частотно промодулированной поднесущей. Согласно изобретению формируются согласованно взвешенные искусственные поднесущие с квадратурным сдвигом по фазе по отношению к несущей, промодулированной вспомогательным сигналом, чтобы гарантировать совместимость с SECAM, что позволяет осуществлять совместимое воспроизведение в известных 4:3 приемниках, в то время как в приемниках с увеличенным форматом кадра вспомогательный сигнал отделяется от искусственных поднесущих демодулятором произведения и используется для восстановления сигнала исходного изображения с увеличенным форматом кадра. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ обработки вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра, которые совместимы с известными телевизионными стандартами, где видеосигналы разлагают на вспомогательные сигналы (HS) и сигналы почтового ящика (LS), отличающийся тем, что согласованно взвешенную искусственную поднесущую (ASUB) добавляют с квадратурным сдвигом по фазе к промодулированной вспомогательным сигналом поднесущей (HSUB), составной сигнал (BS) включают в область черного спектра, передают сигнал изображения, состоящий из сигнала почтового ящика и сигнала диапазона частот черного, причем этот сигнал на принимающем конце может быть декодирован как известными приемниками 4 : 3, так и приемниками для кадра с увеличенным форматом, в которых вспомогательные сигналы (HS) отделяют от искусственной поднесущей и используют для воспроизведения сигнала исходного изображения с увеличенным форматом кадра. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательные сигналы (HS) промодулированы в две поднесущие (SUB11, SUB12) с различными частотами, где первая частота примерно равна или идентична частоте поднесущей одного из компонентов цветоразностного сигнала, а вторая частота примерно равна или идентична частоте поднесущей другого компонента цветоразностного сигнала, а также тем, что согласованно взвешенную искусственную поднесущую (ASUB1 или ASUB2) добавляют к каждой промодулированной вспомогательным сигналом поднесущей (HSUB1 или HSUB2) с квадратурным сдвигом по фазе, причем в сигнале изображения осуществляют переключение пары составных сигналов от строки к строке. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют постоянную или даже согласованно усиленную поднесущую (ASUB1 или ASUB2) с существенной амплитудой, если амплитуда вспомогательного сигнала существенно отличается от нуля и увеличивается уровень черного в вспомогательном сигнале. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что передаваемые телевизионные сигналы с увеличенным форматом кадра совместимы с телевизионным стандартом SECAM и увеличенный формат кадра равен 16 : 9. 5. Кодер для обработки вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра, которые совместимы с известными телевизионными стандартами, где видеосигналы разлагают на вспомогательные сигналы и сигналы почтового ящика, в соответствии со способом по любому из пп.1 - 4, содержащий блок преобразования формата (FC), в котором видеосигнал разлагается на сигнал почтового ящика (LS) и вспомогательный сигнал (HS), кодер (ENC) для обработки сигнала почтового ящика, блок модуляции (MOD) для вспомогательного сигнала, отличающийся тем, что содержит блок предварительной обработки (PREE), первый блок модуляции (MODH), где предварительно обработанный вспомогательный сигнал модулируется в одну или более подходящих поднесущих, схему амплитудного детектора (AD), которому передается выходной сигнал первого блока модуляции и который вырабатывает нормированный сигнал детектирования (NS), первое устройство объединения (ADD), в котором сигнал управления (CS) формируется посредством вычитания упомянутого нормированного сигнала детектирования (NS) из 1, второй блок модуляции (MODA), в котором одна или более искусственных поднесущих помножаются на сигнал управления (CS) для управления их амплитудами, второе устройство объединения (QP), где выходные сигналы второго блока модуляции объединены с соответствующими поднесущими вспомогательного сигнала с квадратурным сдвигом по фазе, блок последующей обработки (POSTE) для половинной фильтрации по Найквисту выходного сигнала второго устройства объединения и для выбора одного из отфильтрованных сигналов в случае более одного составного сигнала, а также устройство селекции (SELE1), посредством которого обработанные вспомогательные сигналы почтового ящика объединены для формирования упомянутых совместимых телевизионных сигналов. 6. Кодер по п.5, отличающийся тем, что первый блок модуляции (MODH) содержит два блока модуляции (MODH1, MODH2) для модуляции предварительно обработанного вспомогательного сигнала в две поднесущие в соответствии с двумя цветоразностными компонентами в SECAM и первое устройство селекции (SELE2) для осуществления коммутации по строкам пары промодулированных поднесущих, второй блок модуляции (MODA) содержит два блока модуляции (MODA1, MODA2), в которых две искусственные поднесущие, соответствующие двум поднесущим вспомогательного сигнала, помножаются на сигнал управления (CS), второе устройство объединения (QP), состоящее из двух дополнительных блоков (QP1, QP2), в которых суммируются соответствующие поднесущие вспомогательного сигнала и искусственные поднесущие с квадратурным сдвигом по фазе, при этом блок последующей обработки (POSTE) содержит для каждого выходного сигнала упомянутых дополнительных блоков блок фильтров (NYQE1, NYQE2) для фильтрации по Найквисту и второе устройство селекции (SELE3), выполненные с возможностью выбора выходных сигналов упомянутых фильтров в соответствии со строками для включения правильного обработанного и промодулированного сигнала в диапазон частот черного. 7. Кодер по п.5 или 6, отличающийся тем, что блок предварительной обработки (PREE) для вспомогательного сигнала содержит последовательно фильтр нижних частот (LEP1), таблицу просмотра (LUT) и фильтр нижних частот (LEP2). 8. Кодер по любому из пп.5 - 7, отличающийся тем, что амплитудный детектор (AD) содержит полосовой фильтр (BP), схему измерения амплитуды (AM) и нелинейный элемент (NL). 9. Декодер для обработки вспомогательных сигналов в телевизионных сигналах с увеличенным форматом кадра, которые совместимы с известными телевизионными стандартами, где видеосигналы разлагаются на вспомогательные сигналы (HS) и сигналы почтового ящика (LS) в соответствии со способом по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что содержит блоки фильтров (NYQD1, NYQD2), в которых сигнал диапазона частот черного (BS) фильтруется по Найквисту, первое устройство селекции (SELD1) для осуществления коммутации по строкам двух сигналов диапазона частот черного, отфильтрованных по Найквисту, блок (GAT), выполненный с возможностью передачи составного видеосигнала (VS) на второе устройство селекции (SELD2) при достижении области площадки гасящего импульса (BP), схемы PLL (PLL1, PLL2) для восстановления промодулированных по частоте несущих из видеосигнала, второе устройство селекции (SELD2), связывающее блок (GAT) с одной из схем (PLL1, PLL2), между которыми осуществляется коммутация по строкам, устройство третьей селекции (SELD3) для осуществления коммутации по строкам двух промодулированных по частоте несущих, устройство сдвига по фазе на 90^o (PS) сигналов от (SELD3), демодулятор произведения (DEM), для осуществления перемножения отфильтрованного по Найквисту сигнала диапазона частот черного и сдвинутой по фазе частотно-промодулированной несущей, фильтр нижних частот (LPD), связанный с демодулятором произведения для выделения компонентов несущей из множества частот несущей, а также последующий блок последующей обработки (POSTD) для увеличения амплитуды вспомогательного сигнала.